Простые и сложные микросхемы
- Степень интеграции микросхемы определен как показатель степени сложности, характеризуемы числом содержащихся в ней элементов и компонентов
К = lg N
Где К – коэффициент, показывающий степень интеграции
N – число элементов, входящих в состав интегральной микросхемы.
Степень интеграции (К) |
Количество элементов (N) |
1 |
До 10 |
2 |
11-100 |
3 |
101 – 1000 |
4 |
1001 – 10 000 |
5 |
10 001 – 100 000 |
И т.д. |
100 001 – 1 000 000 |
количественную меру сложности цифровых микросхем определяют числом логических элементов, из которых состоит интегральная микросхема. Под логическим элементом в этом случае поднимают устройства, выполняющие операции булевой алгебры в двоичной системе счисления.
Табл. 1.
Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции
Уровень |
число элементов и компонентов в одной микросхеме |
||
интеграции |
Цифровые микросхемы |
Аналоговые |
|
|
на МДП транзисторах |
на биполярных транзисторах |
микросхемы |
МИС |
100 |
100 |
30 |
СИС |
100…1000 |
100…500 |
30…100 |
БИС |
1000…10 000 |
500…2000 |
100…300 |
СБИС |
10 000 |
2000 |
300 |
По степени интеграции микросхемы делятся на:
малые интегральные схемы (МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.);
средние интегральные схемы (СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство);
большие интегральные схемы (БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.)
сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры).
Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые микросхемы, затем тонкопленочные и, наконец толстопленочные и гибридными. Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции представлена в табл. 1.
Логические микросхемы на основе биполярных транзисторов по схемотехническому и конструктивно–технологическому исполнению разделяют на типы:
– резистороно–транзисторная логика (РТЛ) и ее модификация (с непосредственной связью, с емкостной связью и т.д.);
– транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ) и ее модификация ( ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ));
– эмиттерно–связанная логика (ЭСЛ);
– интегральная инжекционная логика (И2Л);
– инжекционно–полевая логика (ИПЛ).
Логические микросхемы на МДП транзисторах подразделяются на:
– p–канальные (p–МДП);
– n–канальные (n–МДП);
– комплементарные на взаимодополняющих p– и n–канальных транзисторах (КМДП).
В настоящее время промышленность выпускает множество серий интегральных микросхем. Каждая из этих серий характеризуется следующими параметрами: быстродействие (задержка переключения); потребляемая мощность, произведение мощности на время задержки, запас помехоустойчивости, коэффициент разветвления по выходу, требования к напряжению питания, диапазон рабочих температур, плотность размещения элементов на кристалле, степень интеграции, стоимость и др. Сведения об этих характеристиках приведены в табл. 2.
Табл. 2.
Значение рабочих
параметров элементов цифровых микросхем
Параметр
Биполярные
МДП
ТТЛ
ТТЛШ
ЭСЛ
И2Л
p-МДП
n-МДП
КМДП
Диапазон рабочих
температур для общепромышленных
серий, С
0…70
0…70
0…75
0…70
0…70
0…70
–40…+85
Напряжение питания
для общепромышленных серий, В
5
5
–5,2
1,5
–10
5
3…15
Запас помехоустойчивости
(наихудший), В
0,5
0,3
0,17
0,1
Зависит от процесса
производства
0,3U
Коэффициент
разветвления по выходу
10
10
25
1
20
25
50
Потребляемая мощность
на логический элемент, мВт
10
20
25…50
50 мкВт
0,5
0,1… 1,0
50 нВт, статическая,
зависит от частоты
Задержка переключения
на логический элемент, нс
10
3
0,5… 2,0
10
100
1…10
10…50
Произведение
мощность–задержка, пДж
100
60
25
0,5
50
0,7… 10
Зависит от частоты
Интегральная
плотность логических элементов, мм2
15
15
15
100
100
150
70
Число ЭРЭ в логическом
элементе на два выхода
9…12
14
10…12
3…4
3
3
4