Интегральные микросхемы_Веретенникова

20 Февраль 2014 →

Интегральные микросхемы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Институт международных отношений

Факультет:

«УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Специальность:

031900

«Международные отношения»

Реферат НА ТЕМУ:

«Интегральные микросхемы»

Студент

Веретенникова Э. О.

Подпись

Фамилия И.О.

Руководитель работы

Самедов В. В.

Подпись

Фамилия И.О.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ2

Глава 1.Общие сведения об интегральных микросхемах3

1.1Серии микросхем4

1.2Корпуса4

1.3Специфические названия5

1.4Правовая защита5

Глава 2.История создания7

Глава 3.Классификация интегральных микросхем9

3.1Полупроводниковая ИМС9

3.1.1Особенности полупроводниковых ИМС:10

3.2Пленочные ИМС.11

3.3Гибридные ИМС.13

3.3.1Особенности гибридных ИМС15

Глава 4.Степень интеграции ИМС18

Глава 5.Функциональное назначение19

5.1Аналоговые ИМС19

5.2Цифровые ИМС21

5.2.1Преимущества цифровых ИМС21

Глава 6.Система условных обозначений микросхем.23

Глава 7.Назначение24

7.1Аналоговые схемы24

7.2Цифровые схемы24

7.3Аналогово-цифровые схемы25

7.4Чипы для паспортно-визовых документов и карт с высокой степенью защиты:26

Глава 8.Новейшие разработки27

8.1Самовосстанавливающаяся интегральная микросхема27

Заключение28

Список использованной литературы и интернет-ресурсов29

ВВЕДЕНИЕ

Что может быть проще, чем обычный песок, и что может сравниться по сложности с микросхемами? Между тем кремний, как раз и является исходным материалом для производства интегральных схем, которые сегодня управляют всеми электронными устройствами, начиная от суперкомпьютеров и заканчивая сотовыми телефонами и микроволновыми печами. В настоящее время весьма актуальной задачей является техническое перевооружение, быстрейшее создание и повсеместное внедрение принципиально новой радиоэлектронной техники. В решении этой задачи одна из ведущих ролей принадлежит цифровой технике. Интегральные микросхемы в настоящее время являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Применение микросхем облегчает расчет и проектирование функциональных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, ускоряет процесс создания принципиально новых аппаратов и внедрения их в серийное производство. Широкое использование микросхем позволяет повысить технические характеристики и надежность аппаратуры. Отечественной электронной промышленностью освоен выпуск широкой номенклатуры микросхем, ежегодно создаются десятки и сотни тысяч новых приборов для перспективных радиоэлектронных средств.

Общие сведения об интегральных микросхемах

Интегральная микросхема (ИМС) — это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которые могут рассматриваться как единое целое, выполнены в едином технологическом процессе и заключены в герметизированный корпус.

Электронная аппаратура на ИМС обладает следующими большими преимуществами:

1. Высокой надежностью и технологичностью, поскольку ИМС изготовляют на специализированных предприятиях на основе хорошо автоматизированной современной технологии. При создании аппаратуры на ИМС резко снижаются затраты труда на сборку и монтаж аппаратуры, уменьшается число паяных соединений, которые являются одним из наименее надежных элементов электронных узлов. Поэтому аппаратура на ИМС намного надежнее, чем аппаратура на дискретных элементах, меньше вероятность ошибок при монтаже. Только ИМС обеспечили высокую надежность, необходимую для создания систем управления космическими аппаратами и современных больших вычислительных систем.

2. Аппаратура на ИМС обладает малыми массой и габаритами.

3. При создании аппаратуры из готовых ИМС резко сокращается время на разработку изделия, так как используются готовые узлы и блоки, упрощается внедрение в производство.

4. Применение аппаратуры на ИМС массового выпуска снижает стоимость изделия, так как уменьшаются расходы на монтаж и наладку устройства, да и сами микросхемы стоят дешевле заменяемых ими схем на дискретных компонентах, так как выпускаются по наиболее совершенной и производительной технологии.

5. Создание аппаратуры на ИМС упрощает организацию производства за счет уменьшения числа операций и сокращения числа комплектующих изделий.

В силу этих преимуществ практически все современные устройства информационной электроники создаются с применением ИМС.

Серии микросхем

Аналоговые и цифровые микросхемы выпускаются сериями. Серия — это группа микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенные для совместного применения. Микросхемы одной серии, как правило, имеют одинаковые напряжения источников питания, согласованы по входным и выходным сопротивлениям, уровням сигналов.

Корпуса

Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном.

Корпус микросхемы — это несущая система и часть конструкции, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для электрического соединения с внешними цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологии изготовления готовых изделий.

Бескорпусная микросхема — это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку (возможен непосредственный монтаж на печатную плату).

Специфические названия

Фирма Intel первой изготовила микросхему, которая выполняла функции микропроцессора (англ. microproccessor) — Intel 4004. На базе усовершенствованных микропроцессоров 8088 и 8086 фирма IBM выпустила свои известные персональные компьютеры)

Микропроцессор формирует ядро вычислительной машины, дополнительные функции, типа связи с периферией выполнялись с помощью специально разработанных наборов микросхем (чипсет). Для первых ЭВМ число микросхем в наборах исчислялось десятками и сотнями, в современных системах это набор из одной-двух-трёх микросхем. В последнее время наблюдаются тенденции постепенного переноса функций чипсета (контроллер памяти, контроллер шины PSI Express) в процессор.

Микропроцессоры со встроенными ОЗУ и ПЗУ, контроллерами памяти и ввода-вывода, а также другими дополнительными функциями называют микроконтроллерами.

Правовая защита

Законодательство России предоставляет правовую охрану топологиям интегральных микросхем. Топологией интегральной микросхемы является зафиксированное на материальном носителе пространственно-геометрическое расположение совокупности элементов интегральной микросхемы и связей между ними (ст. 1448 ГК РФ).

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат следующие интеллектуальные права: 1) исключительное право; 2) право авторства.

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат также другие права, в том числе право на вознаграждение за использование служебной топологии.

Исключительное право на топологию действует в течение десяти лет. Правообладатель в течение этого срока может по своему желанию зарегистрировать топологию в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

История создания

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер впервые выдвинул идею интеграции множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника, а год спустя Харвик Джонсон подал первую в истории патентную заявку на прототип интегральной схемы (ИС). Реализация этих предложений в те годы не могла состояться из-за недостаточного развития технологий.

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип интеграции, создал первые, несовершенные, прототипы ИС и довёл их до серийного выпуска. Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированых на одном кристалле полупроводника (изоляцию p-n-переходом). Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС (металлизацию алюминием) и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Жана Эрни. 27 сентября 1960 года группа Джея Ласта создала на Fairchild Semiconductor первую работоспособную полупроводниковую ИС по идеям Нойса и Эрни. Texas Instruments, владевшая патентом на изобретение Килби, развязала против конкурентов патентную войну, завершившуюся в 1966 году мировым соглашением о перекрёстном лицензировании технологий.

Ранние логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами. В 1961—1962 парадигму проектирования сломал ведущий разработчик Sylvania Том Лонго, впервые использовав в одной ИС различные конфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме. В конце 1962 Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынке. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб Видлар.

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была создана на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ («Микрон»). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским полупроводниковым заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязино (1967 год)

Классификация интегральных микросхем

Полупроводниковая ИМС

Полупроводниковые ИМС в основном являются ИМС общего применения, т. е. выпускаются в виде типовых элементов для различных областей использования, обладают универсальными достоинствами, что обеспечивает их высокий тираж.Это полупроводниковый кристалл, в толще которого выполняются все компоненты схемы: полупроводниковые приборы и полупроводниковые резисторы. Поверхность полупроводника покрывается изолирующим слоем окисла, по которому в нужных местах расположен слой металла, обеспечивающий соединения между элементами схемы. На рис. 1а показана часть схемы, состоящая из резистора, диода и транзистора, а на рис.1б — разрез полупроводникового кристалла, в толще которого выполнены указанные схемные элементы.Цифровые интегральные схемы реферат Рисунок 1. Фрагмент схемы и ее реализация в виде полупроводниковой ИМС

Эзоляция элементов друг от друга осуществляется с помощью p-n переходов, смещенных в обратном направлении. Для этого к подложке прикладывается наиболее отрицательный потенциал. После создания слоя окисла на поверхности и нанесения соединений кристаллы полупроводника помещают в герметизированный корпус, имеющий выводы во внешнюю цепь.

Полупроводниковые интегральные схемы – это интегральные схемы, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Конструктивной основой ИС является подложка из кремния р-типа или арсенида галлия толщиной 200–300 мкм. Элементы ИС формируются в изолированных от подложки локальных областях n-типа, называемых карманами. Изоляция карманов от подложки может быть осуществлена несколькими способами. Идеальной является изоляция посредством пленки двуокиси кремния (рис. 2, б). Однако такой способ технологически трудоемок. Наиболее простым является способ изоляции с помощью обратно смещенного р-n-перехода (рис. 2, а), но он не является совершенным из-за наличия обратного тока. Основным способом изоляции в современных ИС является метод комбинированной изоляции (рис. 2 в), сочетающий изоляцию диэлектриком и обратно смещенным р-n-переходом.

Интегральные микросхемы

Рисунок 2

Особенности полупроводниковых ИМС:

1. В кристалле полупроводника могут быть выполнены полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, полевые транзисторы) и полупроводниковые резисторы. В качестве конденсаторов с емкостью до 200-400 пФ (пико фарад 10^-12) (1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт) используют емкости полупроводниковых диодов, смещенных в обратном направлении. Наиболее предпочтительными элементами являются те, которые занимают наименьшую площадь на кристалле, это, в первую очередь, полевые транзисторы МДП-типа, затем другие полупроводниковые приборы.

Конденсаторы большей емкости и магнитные элементы (дроссели, трансформаторы) в составе полупроводниковых ИМС невыполнимы.

2. Точность воспроизведения параметров компонентов полупроводниковой ИМС невелика, но одинаковые элементы на одном кристалле имеют практически идентичные параметры.

3. Технология ИМС очень сложна, и их выпуск может быть налажен лишь на крупном специализированном предприятии.

4. Затраты на подготовку выпуска нового типа ИМС велики, поэтому экономически оправдан выпуск этих изделий только очень крупными сериями (10^4 экземпляров и выше). Чем выше тираж изделия, тем дешевле оно обходится изготовителю.

5. Масса и габариты полупроводниковых ИМС очень малы, на одном кристалле кремния (размером несколько квадратных сантиметров) могут располагаться десятки и сотни тысяч отдельных элементов схемы.

Пленочные ИМС.

Пленочная интегральная микросхема - это ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрического материала.

Пленочные интегральные микросхемы состоят из изоляционной подложки, на которую наносят тонкопленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, токопроводящие перемычки и контактные площадки. 

В пленочных интегральных микросхемах все элементы и межсоединения выполняют в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрического материала - стекла, керамики или полиамидного вещества. Для уменьшения отвода тепла от элементов мощных микросхем используют керамику с высокой теплопроводностью или анодированный алюминий. В последнем случае изоляцией служит тонкая пленка окисла

В пленочной ИМС все элементы и межэлементные соединения выполнены только в виде пленок. К вариантами пленочных ИМС относятся тонко- и толстопленочные ИМС . К тонкопленочным условно относятся ИМС с толщиной пленок до 1 мкм, а к толстопленочным свыше 1 мкм.В толстопленочных ИС в качестве диэлектрика применяют специальные пасты.

Пленочные катушки индуктивности выполняют в виде круглой или квадратной спирали из проводящего материала.

Площадь, занимаемая спиралью, составляет 1 см2, значение индуктивности не превышает 10 мкГн. В тех случаях, когда требуется применение катушек индуктивности с большей индуктивностью, используют миниатюрные кольцевые катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками. Во многих случаях вместо катушек индуктивности применяют специальные транзисторные схемы на основе гираторов, эквивалентные индуктивностям.

В качестве навесных активных компонентов в ГИС применяют бескорпусные диоды, транзисторы и полупроводниковые ИС, которые по способу их установки в микросхему подразделяются на две группы: приборы с гибкими выводами и приборы с жесткими выводами. Компоненты с гибкими выводами имеют выводы из золотой проволоки диаметром 2,5 мкм и длиной 0,6...5,0 мм. Такие компоненты приклеиваются к подложке, а гибкие выводы соединяются с пленочными контактными площадками. Существенным недостатком таких конструкций является невозможность автоматизировать этот процесс. Поэтому в современных ИС используют активные компоненты с жесткими выводами. Установка таких транзисторов осуществляется методом перевернутого кристалла, при котором происходит непосредственное соединение сферических выводов с контактными площадками. Монтаж осуществляется посредством ультразвуковой или термокомпрессионной сварки.

Гибридные ИМС.

В состав гибридной ИМС, кроме элементов, неразрывно связанных с поверхностью подложки, входят  простые и сложные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИМС). Гибридные ИМС изготавливаются по тонко- или толстостеночной технологии с применением бескорпусныхполупроподниковых приборов и керамических конденсаторов.

Основу гибридной ИМС составляет пленочная схема: пластина диэлектрика, на поверхности которого нанесены в виде пленок толщиной порядка 1 мкм компоненты схемы и межсоединения. Этим способом легко выполнимы пленочные проводниковые соединения, резисторы, конденсаторы. Резисторы больших номиналов выполняют в виде меандра (рис. 3, а), что обеспечивает минимальную площадь, занимаемую элементом. Сопротивление таких резисторов может достигать 10^5 Ом.

Цифровые интегральные схемы реферат

Рисунок 3. Компоненты пленочных ИМС: а — резистор: б — конденсатор; в — индуктивность

Конденсатор состоит из трех пленочных слоев: металл — диэлектрик — металл.

Бескорпусные полупроводниковые приборы, конденсаторы больших номиналов и магнитные элементы в гибридных ИМС выполняются навесными: эти элементы приклеиваются в определенных местах к плате, осуществляется их контактирование с элементами пленочной схемы, затем плата с пленочной схемой и навесными элементами помещается в герметизированный корпус, имеющий определенное количество выводов.

Гибридные интегральные схемы (ГИС) подразделяются на толстопленочные и тонкопленочные. Конструктивной основой толстопленочных ИС является керамическая подложка, на которую через сетку-трафарет последовательно наносят проводящие, резистивные и диэлектрические пасты с последующим вжиганием, создавая таким способом пленочные резисторы, конденсаторы и проводники. Толщина наносимых пленок, образующих элементы ИС, составляет от единиц до десятков микрометров. Основой тонкопленочных ИС является подложка из ситалла или фотоситалла, на которую напыляют пленки толщиной порядка десятых долей микрометра. Навесные активные компоненты ИС крепятся на подложке после создания пленок и соединяются с ними через контактные площадки. Для защиты от внешних воздействий и создания выводов подложку с созданными на ее поверхности элементами и компонентами помещают в корпус. Пленочный резистор состоит из резистивной пленки 1 и контактных площадок 2 (рис. 4). Высокоомные резисторы имеют форму меандра (рис. 5).

Интегральные микросхемы

Рисунок 4

Цифровые интегральные схемы реферат

Рисунок 5

Особенности гибридных ИМС

1. Наиболее предпочтительными элементами являются пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы), число навесных элементов в ИМС должно быть небольшим, так как их установка и монтаж требуют больших затрат труда.

2. Точность воспроизведения параметров в гибридных ИМС значительно выше, чем полупроводниковых. Возможна подгонка номиналов резисторов и конденсаторов (например, путем соскабливания части пленки).

3. Технология гибридных ИМС значительно проще технологии полупроводниковых. Гибридные ИМС делятся на тонкопленочные, в которых пленки создаются методом термовакуумного напыления, и толстопленочные, в которых пленки получают путем нанесения пасты через трафарет с последующим спеканием в печи. Технология толстопленочных ИМС сравнительно проста, и их выпуск может быть налажен в стенах лаборатории или производственного участка.

4. Стоимость подготовки к выпуску нового типа гибридных ИМС меньше, чем полупроводниковых, поэтому экономически оправдан выпуск гибридных ИМС малыми сериями (сотни и даже десятки экземпляров).

5. Массогабаритные показатели гибридных ИМС хуже, чем у полупроводниковых, и число компонентов в одной схеме обычно не больше нескольких десятков.

Полупроводниковые ИМС в основном являются ИМС общего применения, т. е. выпускаются в виде типовых элементов для различных областей использования, обладают универсальными достоинствами, что обеспечивает их высокий тираж.

Гибридная технология особенно предпочтительна при разработке ИМС частного применения, т. е. для решения какой-то определенной задачи. В этом случае тираж ИМС обычно невысок, и экономически выгоднее выпуск гибридных ИМС.

Интегральные микросхемы

Рисунок 6. Воздействие дефектов кристаллической решетки на выпуск ИМС малой (а) и большой (б) степени интеграции

На рис. 6, а показана пластина полупроводника, на которой изготавливаются девять ИМС малого или среднего уровня интеграции. На рис. 19a показана такая же пластина, на которой расположена только одна большая ИМС (БИС).

Если на пластине имеется локальный дефект (показан на рис. 6, а и б крестиком), то в первом случае придется забраковать 1/9 часть изготовленных ИМС, а в случае БИС негодным окажется 100% изделий. Большим достижением электроники стало преодоление упомянутого препятствия на пути увеличения N: найдены способы создания сложных БИС, которые при этом не теряют своей универсальности. Это программируемые ИМС. Далее развития электроники характеризовалось все усиливающимся применением БИС вплоть до создания однокристальных ЭВМ. Эта тенденция была обусловлена повышением основных технико-экономических показателей электронных устройств управления при использовании БИС.

Степень интеграции ИМС

Сложность интегральной схемы характеризуется степенью интеграции. Интегральные схемы, насчитывающие более 100 элементов, называются микросхемами с малой степенью интеграции; схемы, содержащие до 1000 элементов, — интегральными схемами со средней степенью интеграции, схемы, включающие до десятка тысяч элементов, — большими интегральными схемами. В настоящее время изготавливаются схемы, содержащие до миллиона элементов  - сверхбольшими ИМС. С каждым годом схемы становятся все более миниатюрными и соответственно все более сложными. Множество электронных устройств, имевших раньше большие габариты, умещаются теперь на крошечной кремниевой пластинке, что послужило грандиозному прорыву микроэлектроники в сферу вычислительной техники.

Число компонентов, заключенных в одном корпусе ИМС, называют степенью интеграции N.

Функциональное назначение

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой, линейная микросхема. С помощью цифровых микросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции – ее входные и выходные сигналы могут иметь два значения. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры (логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения).

Аналоговые ИМС

Аналоговые интегральные микросхемы (АИМС) предназначены для преобразования и обработки сигналов, непрерывно изменяющихся по уровню и во времени. Они широко применяются в аппаратуре звуковоспроизведения и звукоусиления, радиоприемниках и телевизорах, видеомагнитофонах, в аналоговых вычислительных машинах, и измерительных приборах, технике связи и т. д. АИМС позволяет создавать сложный завершенный функциональный узел в совокупности с ограниченным количеством внешних радиоэлементов (например, УПЧ изображения, видеоусилитель, генератор и т. п.). Функциональный узел - это группа радиоэлементов, объединенных конструктивно и технологически в модуль. Эта группа предназначена для создания какой-либо законченной части радиоэлектронной аппаратуры, например, усилителя, фильтра, источника питания и т. п. (стабилизаторы источников питания, операционные усилители, фильтры, преобразователи сигналов).

Аналоговые микросхемы характеризуются тем, что входная и выходная электрические величины могут иметь любые значения в заданном диапазоне. В цифровых же микросхемах входные и выходные сигналы могут иметь либо высокий, либо низкий уровень напряжения. В первом случае мы имеем дело с высоким логическим уровнем, а во втором - с низким логическим уровнем. Так, для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон 2,4…5 В — логической единице; а для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания −5,2 В диапазон −0,8…−1,03 В — логической единице, а −1,6…−1,75 В — логическому нулю.

Радиолюбители наряду с микросхемами ТТЛ широко применяют также микросхемы на полевых транзисторах, из которых наиболее распространены серии микросхем КМОП (комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник). Для микросхем напряжения серий К164, К176, К561, К564, соответствующие высокому и низкому логическим уровням, составляют соответственно 8,6...8,8 и 0,02...0,05 В (при напряжении питания 9 В).

Таким образом, в микросхемах ТТЛ и КМОП высокий и низкий уровни напряжений сильно отличаются друг от друга, что упрощает совместную работу микросхем с транзисторами, тиристорами и другими приборами.

Как мы видим, уровни напряжений принято называть логическими. Это обусловлено тем, что цифровые микросхемы предназначены для выполнения определенных логических действий над входными сигналами. Например, на выходе цифровой микросхемы должно появиться напряжение высокого уровня в случае, если напряжение высокого уровня присутствует хотя бы на одном из входов. Таким образом, данная микросхема выполняет логическую операцию или (логическое сложение). Если же логический сигнал на выходе микросхемы должен быть равен произведению логических сигналов на входах микросхемы, то это операция называется логическим умножением. Можно назвать множество других правил обработки сигналов в цифровых микросхемах. Поэтому цифровые микросхемы называют еще и логическими.

Цифровые ИМС

Служат для преобразования и обработки сигналов, выраженных в двоичном или другом цифровом коде. Широко применяются для разработки логических элементов, триггеров, регистров, счетчиков, дешифраторов, микрокортроллеров.

Основу работы цифровых микросхем составляет двоичная система счисления. В этой системе используются две цифры: 0 и 1. Цифра 0 обозначает отсутствие напряжения на выходе логического устройства, 1 - наличию напряжения. С помощью нулей и единиц двоичной системы можно закодировать любое десятичное число. Так, для записи одноразрядного десятичного числа требуются четыре двоичных разряда.

Преимущества цифровых ИМС

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» — что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» — (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором — через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.

Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня. Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень воспринимается как низкий и наоборот, что маловероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов, позволяющих исправлять ошибки.

Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий интервал их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.

Система условных обозначений микросхем.

Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы разрабатываются и выпускаются предприятиями - изготовителями в виде серий. Каждая серия отличается степенью комплектности и содержит несколько микросхем, которые, в свою очередь, подразделяются на типономиналы. К серии микросхем относят совокупность типов микросхем, которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. Как правило, с течением времени состав перспективных серий расширяется.

Тип интегральной микросхемы - интегральная микросхема конкретного функционального назначения и определенного конструктивно-технологического и схемотехнического решения, имеющая свое условное обозначение. Под типономиналом интегральной микросхемы понимается микросхема конкретного типа, отличающаяся от других микросхем того же типа одним или несколькими параметрами.

Группа типов микросхем - совокупность типов микросхем в пределах одной серии, имеющих аналогичное функциональное назначение и принцип действия, свойства которых описываются одинаковым или же близким составом электрических параметров.

Назначение

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

Операционные усилители.

Компараторы.

Генераторы сигналов.

Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

Аналоговые умножители.

Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители.

Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

Микросхемы управления импульсных блоков питания.

Преобразователи сигналов.

Схемы синхронизации.

Различные датчики (например, температуры).

Цифровые схемы

Цифровая интегральная схема

Логические элементы

Триггеры

Счётчики

Регистры

Буферные преобразователи

Шифраторы

Дешифраторы

Цифровой компаратор

Мультиплексоры

Демультиплексоры

Сумматоры

Полусумматоры

Ключи

АЛУ

Микроконтроллеры

(Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

Однокристальные микрокомпьютеры

Микросхемы и модули памяти

ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Аналогово-цифровые схемы

цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС).

Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet).

Модуляторы и демодуляторы.

Радиомодемы

Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста



Страницы: 1 | 2 | Одной страницей


See also:
Для студента
Похожие записи

Комментарии закрыты.