Выбор и описание элементной базы - Конструирование СВТ

На сегодняшний день существует 6 основных технологий [1, 4, 5, 6, 7] изготовления микросхем по:

    1. Транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ); 2. Транзисторно-транзисторной логике с использованием транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки (ТТЛШ); 3. Эмиттерно-связанной логике (ЭСЛ); 4. Интегральной инжекционной логике (И2Л); 5. МОП транзисторной логике (МОПТЛ). МОП (МДП) - металл-окисел (диэлектрик)-полупроводник; 6. МОП транзисторной логике на комплиментарных ключах (КМОПТЛ).

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

Для построения устройств автоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровые микросхемы, которые изготавливаются по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). При всех своих преимуществах - высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.

Транзисторно-транзисторная логика с использованием транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки (ТТЛШ)

Пришли на смену цифровым микросхемам, которые изготавливались по технологии ТТЛ.

Принципиальное отличие ТТЛШ - использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем ТТЛШ не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает емкости их p-n-переходов. В результате при сохранении и повышении быстродействия удалось уменьшить ее потребляемую мощность примерно в 6...10 раз.

Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

Достоинства:

    1) Высокое быстродействие (малое время задержки распространения сигнала), обеспечивается следующими факторами: транзисторы находятся в активном режиме (не в режиме насыщаются) (TЗ. ср.=4,6 нс); 2) применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезаряда емкостей, подключенных к выходам 3) транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включения с общей базой, что улучшает частотные характеристики транзисторов и ускоряет процесс их переключения; 4) на выходах стоят эмиттерные повторители и, следовательно, увеличивается нагрузочная способность; 5) широкие логические возможности, т. к. схема имеет два выхода.

Недостатки:

    1) большая потребляемая мощность, т. к. в схеме переключаются большие токи; 2) сравнительно низкая помехоустойчивость элемента, т. к. выбран малый перепад логических уровней U1 - U0 = 0,8 В.

Интегральная инжекционная логика (И2Л)

Достоинства:

    1) Используется пониженное напряжение питания (1 В); 2) малая потребляемая мощность, т. к. в схеме протекает ток мкА, а UПит=1 В; 3) обеспечивают высокую степень интеграции (нет изоляционных карманов); 4) при изготовлении схем И2Л используется те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов; 5) хорошо согласуются с элементами ТТЛ.

Недостатки:

    1) Небольшая помехоустойчивость, т. к. логический перепад 0,50,8 В; 2) Быстродействие ниже, чем в схемах ЭСЛ.

МОП транзисторная логика (МОПТЛ)

Достоинства:

    1) большая помехоустойчивость, т. к. высокий логический перепад; 2) высокая нагрузочная способность, т. к. схема имеет малое выходное сопротивление (RВых); 3) высокая степень интеграции, т. к. нет изолирующих каналов.

Недостаток:

Низкое быстродействие, т. к. емкость нагрузки (CН) заряжается через большое входное сопротивление (RВх).

МОП транзисторная логика на комплиментарных ключах (КМОПТЛ)

Достоинства:

    1) Выше быстродействие, т. к. СН заряжается через открытый транзистор; 2) КМОП-схема характеризуется весьма малым потребляемым током (а следовательно, и мощности) от источника питания; 3) Меньше напряжение питания (UПит).

Недостаток:

Быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.

Основная особенность микросхем КМОП - ничтожное потребление тока в статическом режиме - 0,1...100 мкА. При работе на максимальной рабочей частоте потребляемая мощность увеличивается и приближается к потребляемой мощности наименее мощных микросхем ТТЛ.

Исходя из сказанного выше, выбираются элементы серии КР1533, которые изготавливаются по технологии ТТЛШ, т. к. они обладают достаточно высоким быстродействием, обширной номенклатурой и сравнительно малой потребляемой мощностью. Микросхемы этой серии имеют большой порог переключения и, как следствие, наибольшую помехоустойчивость.

Напряжение питания микросхем серии КР1533 - +5 В 10%.

Стандартные выходные уровни лог.1 для серий К155, К555 и КР1533 составляют 2,4...2,7 В, лог.0 - 0,6...0,5 В.

Выбраны микросхемы: дешифратор - К1533ИД3; счетчик - КР1533ИЕ9; сумматор - К555ИМ6; регистры - КР1533ИР35 и КР1533ИР16; элементы ИЛИ-НЕ - К1533ЛЕ1 и КР1533ЛЕ4; конъюнкторы - КР1533ЛИ1 и КР1533ЛИ6; элементы ИЛИ - КР1533ЛЛ4; элементы НЕ (инверторы) - КР1533ЛН1; элементы М2 - КР1533ЛП5; D-триггер - КР1533ТМ2.

Микросхемы выпускают в пластмассовых корпусах с 8, 14, 16, 20, 24, 28 выводами, температурный диапазон их работоспособности:
-10...+70°С. Часть микросхем серий К155 и К555 выпускают в керамических корпусах (их обозначение КМ155 и КМ555), температурный диапазон работоспособности таких микросхем -45...+85°С.

В табл.2.3 приведены обозначения рассматриваемых микросхем, функциональное назначение, число выводов корпуса, средняя потребляемая мощность, средняя задержка распространения сигнала и номер рисунка, на котором приведено графическое изображение микросхемы.

В функциональном назначении буква Z означает, что выходы могут переводиться в высокоимпедансное состояние.

Выводы питания:

    1) микросхема К1533ИД3 - +UПит подводят к 24-ому выводу, общий провод (GND) - к 12-ому выводу. 2) микросхемы К1533ИЕ9, К555ИМ6 - +UПит - 16 вывод, общий провод (GND) - 8 вывод. 3) микросхем К1533ИР35 - +UПит - 20 вывод, общий провод (GND) - 10 вывод. 4) микросхемы К1533ЛЕ1, К1533ЛЕ4, К1533ЛИ1, К1533ЛИ6, К1533ЛЛ4, К1533ЛН1, К1533ЛП5, К1533ТМ2, - +UПит - 14 вывод, общий провод (GND) - 7 вывод.

Таблица 2.3

Основные параметры используемых микросхем [6]

Обозначение микросхемы

Функциональное назначение

Число выводов корпуса

РСр, мВт

Tз. ср, нс

Номер рисунка

К1533ИД3

Дешифратор 4-16

24

75

33

2,5 а)

КР1533ИЕ9

Десятичный синхронный счетчик

16

105

20,5

2,5 б)

К555ИМ6

Четырехразрядный сумматор

16

200

21

2,5 в)

КР1533ИР16

Четырехразрядный сдвигающий регистр (Z)

14

150

28

2,5 н)

КР1533ИР35

Восьмиразрядный регистр хранения информации

20

120

15

2,5 г)

К1533ЛЕ1

4 элемента 2ИЛИ-НЕ

14

15,5

11

2,5 д)

КР1533ЛЕ4

3 элемента 3ИЛИ-НЕ

14

14,5

12

2,5 е)

КР1533ЛИ1

4 элемента 2И

14

16

12

2,5 ж)

КР1533ЛИ6

2 элемента 4И

14

8

18

2,5 з)

КР1533ЛЛ4

4 элемента 2ИЛИ

14

39

10,5

2,5 и)

КР1533ЛН1

6НЕ

14

12

12

2,5 к)

КР1533ЛП5

4 сумматора по модулю 2

14

30

13

2,5 л)

КР1533ТМ2

2 D-триггера

14

20

15,5

2,5 м)

Похожие статьи




Выбор и описание элементной базы - Конструирование СВТ

Предыдущая | Следующая