Учебное пособие: Цифровая схемотехника
По конструктивному
исполнению в зависимости от функциональной сложности микроэлектронные
устройства подразделяются:
- на простые микросхемы (ИМС);
- на микросборки;
- на микроблоки.
ИМС - микроэлектронное изделие, изготавливаемое в едином технологическом
цикле, пригодное для самостоятельного применения или в составе более
сложных изделий (в том числе, микросборок и микроблоков). Микросхемы могут быть
бескорпусными и иметь индивидуальный корпус, защищающий кристалл от внешних
воздействий.
Микросборка - микроэлектронное изделие, выполняющее достаточно сложную
функцию (функции) и состоящее из электрорадиокомпонентов и микросхем,
изготавливаемое с целью миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры. По существу
гибридные микросхемы являются микросборками. Самой простой микросборкой может
быть, например, набор микрорезисторов, выполненных на кристалле полупроводника
и оформленных в едином корпусе (как микросхема).
Микроблок также является микроэлектронным
изделием, состоит из электрорадиокомпонентов и интегральных схем и выполняет
сложную функцию (функции).
Как правило, микросборки
и микроблоки изготавливаются в различных технологических циклах, и, может быть,
на разных заводах-изготовителях.
В качестве классификационных
технических характеристик обычно используются потребляемая мощность
(одной микросхемой) и быстродействие.
По потребляемой
мощности все ИМС можно разделить на: а) микромощные (менее 10
мВт); б) маломощные (не более 100 мВт); в) средней
мощности (до 500 мВт) и г) мощные (более или = 0,5 Вт).
По быстродействию
(максимальным задержкам времени распространения сигналов через ИС) микросхемы
делятся условно на: а) сверхбыстродействующие с граничной частотой fгр
переключений свыше 100 МГц; б) быстродействующие (fгр от
50 МГц до 100 МГц); в) нормального быстродействия (fгр от 10 МГц до 50 МГц). При этом задержки
распространения составляют порядка от единиц наносекунд (10-9с.)
до 0,1 микросекунды (1ms
=10-6с.).
Цифровые микроэлектронные
устройства, в том числе микросхемы и другие устройства дискретного действия,
удобно классифицировать по характеру зависимости выходных
сигналов от входных. Как это принято в теории конечных автоматов. В
соответствии с этим признаком все устройства принято разделять на комбинационные
и последовательностные.
В комбинационных
устройствах значения выходных сигналов в какой-либо момент времени
однозначно определяются значениями входных сигналов в этот же момент времени.
Поэтому можно считать, что работа таких устройств не зависит от времени. Их ещё
называют устройствами «без памяти», однотактными устройствами или
устройствами однотактного действия. В теории конечных автоматов комбинационные
устройства называют «примитивными конечными автоматами».
В последовательностных
устройствах значения выходных сигналов (выходные сигналы) зависят от
значений входных сигналов не только в рассматриваемый момент времени, но и от
значений входных сигналов в предыдущие моменты времени. Поэтому такие
устройства называют устройствами с «памятью», многотактными
устройствами, а в теории конечных автоматов, просто − конечным
автоматом (не тривиальным).
При
рассмотрении учебного материала, в дальнейшем, за основную примем именно
эту классификацию, так как методы построения (синтеза) и процессы
функционирования названных устройств существенно различаются.
Заканчивая изложение
вопросов классификации, отметим, что приведённый перечень классификационных
признаков и перечень наименований микроэлектронных изделий (микросхем) далеко
не исчерпывающий. В дальнейшем, по мере необходимости, этот перечень мы
дополним.
1.3. Логические элементы
Логические элементы относятся к
простейшим комбинационным «устройствам», имеющим один выход и один-два входа.
Своё название они получили по той причине, что их функционирование полностью
можно описать логическими функциями и в частности булевыми функциями.
Как и в формальной логике, все
высказывания могут быть истинными либо ложными, так и логические функции могут
принимать только два условных значения: логической единицы (лог.1) - «истина» и логического нуля (лог.0) - «ложь».
При описании работы логических элементов
выходным сигналам ставят в однозначное соответствие функции, а входным сигналам - аргументы
этих функций. Таким образом, и функции, и аргументы функций, а также входные и
выходные сигналы логических элементов являются двоичными. Если пренебречь
реальным временем перехода логического элемента из одного состояния (состояния
лог.1) в другое (состояние лог.0), то ни аргументы и ни функции не будут
зависеть от фактора времени - переменной
времени. Правила получения и преобразования логических выражений рассматривает алгебра
логики или булева алгебра.
Основными логическими функциями в алгебре логики принято считать функции от двух
аргументов. Им даны названия, введены логические символы для обозначения соответствующих
логических операций при их записи в алгебраической форме, а также эти символы
используются в условных графических обозначениях (УГО) логических элементов в
схемной документации.
Прежде чем рассматривать непосредственно
виды логических элементов, рассмотрим вначале общий вопрос о системе
обозначений микросхем, содержащих логические элементы. Такие микросхемы
относятся к микросхемам малой степени интеграции.
1.3.1.
Система условных цифробуквенных обозначений ИМС логических элементов
В отечественной технической литературе,
а также при маркировке ИМС отечественного производства, при их изготовлении на
заводах-изготовителях, принята 4-х элементная форма обозначений микросхем
(рис.1.1).
Первым элементом в обозначении является цифра, которой указывается группа
конструктивно-технологического исполнения ИС. Эта цифра может принимать следующие
значения:
1, 5, 6, 7 - соответствуют полупроводниковым ИС. Причём цифра 7
используется для обозначения только бескорпусных ИМС;
2, 4, 8 - это гибридные микросхемы;
3 -
прочие микросхемы, в том числе, и плёночные.
Перед первым элементом обозначения может
стоять буква или две буквы (русского алфавита), они не обязательны, но ими
обозначают тип и материал корпуса микросхемы и возможности её применения.
Например, буквой К обозначают
микросхемы широкого применения в пластмассовом корпусе первого
типа. Есть микросхемы специального применения, например, для устройств, эксплуатируемых
в условиях тропического климата.
Второй элемент - 2 или 3
цифры, ими обозначают порядковый номер серии микросхем. Всё
множество выпускаемых отечественной промышленностью микросхем делится на серии.
Серия ИМС - это совокупность ИС единого
конструктивно-технологического исполнения, выполняющих различные функции и
предназначенных для совместного применения.
Третьим элементом в
обозначении являются две русские
буквы, первая из которых обозначает
подгруппу ИС по функциональному назначению, а вторая буква соответствует виду
ИС также по функциональному назначению микросхемы. Например, первая буква Л «говорит», что это ИС логических элементов
(подгруппа логика), вторая буква А
соответствует логическим элементам вида И-НЕ. В табл.1.2 приведены наиболее употребительные буквенные коды видов ИС
по выполняемым функциям.
  И, наконец, 4-м элементом в обозначениях микросхем являются одна
или две цифры, обозначающие
условный номер микросхемы в рассматриваемой серии. Так, приведённый на рис.1.1
пример обозначения соответствует обозначению полупроводниковой микросхемы серии
К155, широкого применения, в пластмассовом корпусе 1-го типа. В её состав
входят 4 двухвходовых логических элементов вида И-НЕ (2И-НЕ).
Обычно четвёртым элементом в обозначении
ИМС «зашифровывается» порядковый номер модификации элементов одного вида,
различающихся числом входов и способом «организации» выхода.
Кроме названных обозначений, согласно
ГОСТ 2.743-91 «Условные графические обозначения в электрических схемах.
Элементы цифровой техники», используются другие двухбуквенные коды для
обозначения функционального назначения микросхем, например: ИД - декодеры- демультиплексоры, дешифраторы, ИР - регистры, КП -
коммутаторы дискретных сигналов и так далее. В частности, буква И соответствует
подгруппе микросхем, используемых для построения вычислительных цифровых
устройств.
Различные серии ИС отличаются
количеством микросхем и их номенклатурой (типономиналами). Типономинал ИС - конкретное
условное обозначение, содержащее основные сведения о микросхеме. В процессе
развития технологии количество типономиналов ИМС конкретной серии может увеличиваться.
Среди серий микросхем наиболее
функционально развиты ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ и ТТЛш). Эти
серии характеризуются широкой номенклатурой ИС, поэтому изложение учебного
материала будем в основном иллюстрировать примерами этих микросхем.
В указанном выше ГОСТе содержатся также
условные графические обозначения логических элементов и приведены правила
формирования УГО более сложных логических элементов и модулей. Поэтому следует,
прежде всего, ознакомиться с указанным ГОСТом.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 |
