В настоящее время промышленностью выпускается ИМС
· Транзисторно-транзисторной логики ТТЛ.
· Схемы на транзисторах с комплиментарной структурой металл-окисел- полупроводник КМОП.
· Элементарно-связанной логики.
Они отличаются
1. электрическими параметрами
2. схемотехническим построением
3. используемыми полупроводниковыми приборами
4. технологией использования
Каждая из типов ЭМС обладает достоинствами и недостатками: ЭСЛ-логика – наибольшее быстродействие (>1Ггц), однако имеет наиболее высокую потребляемую мощность, трудность сопряжения с ТТЛ и КМОП.
КМОП – очень малая величина потребляемой мощности, очень высокое входное сопротивление, наибольший коэффициент нагрузки, но более низкое быстродействие, чем ТТЛ-логика.
Современные цифровые схемы выпускаются в виде серий (комплектов) элементов. При этом все элементы в пределах данной серии взаимно сопрягаются друг с другом по уровням сигналов «0» и «1», по быстродействию, помехоустойчивости и другим параметрам.
В основу построения ЦС, входящих в одну и ту же серию заложен единый принцип построения логических схем. Причем может быть выделен фрагмент электрической схемы, повторяющийся многократно в составе более сложных схем в целом. Такой фрагмент называют базовой схемой.
Параметры промышленных ТТЛ и КМОП логических элементов.
Микросхемы оценивают по следующим основным параметрам: быстродействию, потребляемой мощности, энергии переключения, коэффициенту разветвления по выходу, коэффициенту объединения по входу, помехоустойчивости и т.д.
Быстродействие характеризуется максимальной частотой смены входных сигналов при которой еще не нарушается нормальное функционирование. Характеризуется временем задержки распространения от входа элемента к его выходу:
- интервал времени между входным и выходным импульсами, измеренными на уровне .
Здесь t 0,1 зд.р и t 1,0 зд.р – задержка распространения при включении и выключении элемента.
Временная диаграмма на выходе и входе логического элемента (инвертор):
Иногда пользуются близкими параметрами – временем задержки включения t0 ,1 зд и выключения t 1,0 зд, которые измеряются на уровнях 0,9 и 0,1 соответственно.
Потребляемая мощность Pп
где In – ток потребляемый ИС
E – напряжение источника питания
Здесь I0 n и I1 n – потребляемые ИС в нулевом и единичном состоянии на выходе.
Энергия переключения (энергия затрачиваемая на передачу одного бита информации)
.
С ростом частоты переключения мощность потребления ИС возрастет:
где Свн, Сн – внутренняя емкость и емкость нагрузки (пкф)
Fi,F0 – входная и выходная частота (МГц)
N – количество переключающихся выходов.
Коэффициент разветвления по выходу (нагрузочный коэффициент) – характеризует нагрузочную способность ИС.
Краз – максимальное число входов элементов, которым можно нагружать выходы ИС без нарушения ее нормального функционирования.
Для схем КМОП Кн=90-100 для ТП-5-50.
Коэффициент объединения по входу Коб – определяет число логических входов, которые имеет микросхема. Логические элементы массового производства имеют 2,3,4 и 8 входов. Если необходимо большее число входов, то применяют специальные схемы - експандеры, либо используют несколько однотипных логических элементов, которые соединяют с учетом законов булевой алгебры логики.
Помехоустоичивость (шумовой иммунитет) – определяет допустимое напряжение помех на входах микросхемы. В зависимости от продолжительности помехи различают статическую и динамическую помехоустойчивость.
Статическая помехоустойчивость связана с помехами, длительность которых больше времени переходных процессов, а динамическую – с кратковременными помехами.
Статическая помехоустойчивость по низкому уровню:
U0пом =|U0вых.max-U0вх.max|
по высокому уровню:
U‘ пом =|U ’вых.min-U ’вх.min|
Где U0вых.max, U0вх.max – максимально допустимое напряжение низкого уровня соответственно на выходе нагруженной и входе нагружающей микросхемы.
U ’вых.min, U ’вх.min, - минимальное напряжение высокого уровня соответственно на выходе нагруженной и на входе нагружающей микросхемы.
В справочнике приводится U0пом или U ’пом та что меньше.
Цоколевка цифровых ИМС
При разработке принципиальной электрической схемы и монтажной схемы устройства важно иметь данные о цоколевке применяемых интегральных схем. Эти данные представляют обычно в виде рисунка, на котором изображены все функциональные элементы, содержащиеся в одном корпусе ИМС, а также приводится нумерация их внешних выводов относительно ключа.
Ключ позволяет определить вывод 1.