Файл: Проектирование цифрового арифметикологического устройства на интегральных микросхемах.doc

Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора (рисунок 1.4.): Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:

1. Режим отсечки – оба p-n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток;

2. Режим насыщения – оба p-n перехода открыты;

3. Активный режим – эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт.

4. Инверсный режим – эмиттерный переход закрыт, коллекторный открыт. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно. Область транзистора, расположенная между переходами, называется базой (Б). Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну из них изготовляют так, чтобы из нее наиболее эффективно происходила инжекция в базу, а другую – так, чтобы соответствующий переход наилучшим образом осуществлял экстракцию инжектированных носителей из базы. Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером (Э), а соответствующий переход – эмиттерным. Область, основным назначением которой является экстракция носителей из базы, называют коллектором (К), а переход – коллекторным. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном переходе – обратное, то включение транзистора считают активным, при противоположной полярности – инверсным.

Многоэммитерные n-p-n транзисторы (МЭТ) отличаются от одноэммитерных прежде всего тем, что в их базовой области p-типа создают несколько (обычно 4…8) эммитерных областей n + - типа. Эти транзисторы используют в микросхемах вместе с одноэммитерными. Поэтому МЭТ изготавливают с помощью тех же технологических процессов, что и одноэммитерные, а структура МЭТ содержит те же полупроводниковые слои и изолирующие области. Основная область применения МЭТ – цифровые микросхемы ТТЛ.

Схема (рисунок 1.5.) состоит из двух частей. Первая часть – входная, реализующая функцию И, содержит резистор R1 и многоэмиттерный транзистор (МЭТ); вторая – выходная, реализующая функцию НЕ, содержит сложный инвертор на транзисторах Τ1-Τ4. Этот инвертор состоит из фазораспределяющего каскада (T1, R2, R3), предназначенного для противофазного переключения транзисторов T2, T4 и выходного усилителя (T2, T3, T4, R4). Транзистор T3 используется в диодном включении (UБК=0). Количество входов у реальных схем К≤8. Увеличение количества входов расширяет возможности схемы элемента, однако ухудшает ее динамические параметры. В быстродействующих схемах серий ТТЛ на

---

входах элемента включаются диоды Двх, предназначенные для ограничения амплитуды отрицательных сигналов (помех), образующихся при распространении сигналов в линиях связи между цифровыми интегральными схемами из-за отражений на концах несогласованных линий.



Рисунок 1.5. Схема электрическая принципиальная логического элемента И-НЕ ТТЛ

2. 1   2   3   4   5   6   7   8

---

Серии микросхем

1. КМОП

• 
  На КМОП-транзисторах (CMOS):
  
  • 
    4000 — CMOS с питанием от 3 до 15В, 200 нс;
    
  • 
    4000B — CMOS с питанием от 3 до 18В, 90 нс;
    
  • 
    74C — семейство в серии 7400, аналогичное 4000B;
    
  • 
    74HC — высокоскоростное CMOS, по скорости аналогично семействам LS, 12 нс;
    
  • 
    74HCT — высокоскоростное, совместимо по выходам с биполярными сериями;
    
  • 
    74AC — улучшенное CMOS, скорость в целом между семействами S и F;
    
  • 
    74ACT — улучшенное CMOS, совместимо по выходам с биполярными сериями;
    
  • 
    74AHC — улучшенное высокоскоростное CMOS, втрое быстрее HC;
    
  • 
    74AHCT — улучшенное высокоскоростное CMOS, совместимо по выходам с биполярными сериями;
    
  • 
    74ALVC — с низким напряжением питания (1,65 — 3,3В), время срабатывания 2 нс;
    
  • 
    74AUC — с низким напряжением питания (0,8 — 2,7В), время срабатывания < 1,9 нс при Vпит=1,8В;
    
  • 
    74FC — быстрое CMOS, скорость аналогична F;
    
  • 
    74FCT — быстрое CMOS, совместимо по выходам с биполярными сериями;
    
  • 
    74LCX — CMOS с питанием 3В и 5В-совместимыми входами;
    
  • 
    74LVC — с пониженным напряжением (1,65 — 3,3В) и 5В-совместимыми входами, время срабатывания < 5,5 нс при Vпит=3,3V, < 9 нс при Vпит=2,5В;
    
  • 
    74LVQ — с пониженным напряжением (3,3В);
    
  • 
    74LVX — с питанием 3,3В и 5В-совместимыми входами;
    
  • 
    74VHC — сверхвысокоскоростное CMOS-семейство — быстродействие сравнимо с S;
    
  • 
    74VHCT — сверхвысокоскоростное CMOS, совместимая по выходам с биполярными сериями;
    
  • 
    74G — супер-сверхвысокоскоростное для частот выше 1 ГГц, питание 1,65В — 3,3В, 5В-совместимые входы;
    
• 
  BiCMOS
  
  • 
    74BCT — BiCMOS, TTL-совместимые входы, используется для буферов;
    
  • 
    74ABT — улучшенное BiCMOS-семейство, TTL-совместимые входы, быстрее ACT и BCT;
    

Для более гибкого применения у ряда производителей существуют также особые семейства, в которых каждая ИМС включает всего 1 логический элемент в 5..6-пиновом корпусе, что бывает полезно для конструкций с малым количеством разных элементов и минимальным размером платы (например: 74LVC1G00GW фирмы NXP; SOT353-1 Single 2-Input Positive-AND Gate)

Серии логических КМОП-микросхем производства СССР

• 
  164, 176 соответствуют серии 4000, но у 164 и 176 серий напряжение питания 5…12 В (номинальное значение 9 В);
  
• 
  561 и 564 — семейству 4000A из серии 4000;
  
• 
  1554 — семейству 74AC из серии 7400;
  
• 
  1561 — семейству 4000B;
  
• 
  1564 — семейству 74HC;
  
• 
  1594 — семейству 74ACT;
  
• 
  5564 — семейству 74HCT;
  
• 
  5584 — семейству 74VНС;
  
• 
  5514БЦ — серия логических микросхем на основе БМК. Предназначена для замены устаревших логических микросхем серий
  564 , 1564 и их зарубежных аналогов.
  

---

2. ТТЛ

Серии ТТЛ-микросхем зарубежного производства

В скобках указаны типовые значения времени задержки (Tpd) и потребляемой мощности (Pd) для каждой серии, взятые из документа SDAA010.PDF фирмы Texas Instruments, кроме 74F, для которой данные взяты из AN-661 фирмы Fairchild.

• 
  74 — базовая ТТЛ-серия. Несмотря на то, что была первой серией, выпускавшейся фирмой Texas Instruments, до сих пор находится в производстве (Tpd = 10 нс, Pd = 10 мВт);
  
• 
  74L — серия с пониженным энергопотреблением, заменена серией LS, а также КМОП-микросхемами, значительно превосходящими её по экономичности (Tpd = 33 нс, Pd = 1 мВт);
  
• 
  74H — повышенная скорость. Использовалась в 1960-е — начале 1970-х годов и была заменена S-серией (Tpd = 6 нс, Pd = 22 мВт);
  
• 
  74S — с диодами Шоттки (Schottky). Хотя устарела (её превосходят серии 74AS и 74F), до сих пор производится фирмой Texas Instruments(Tpd = 3 нс, Pd = 19 мВт);
  
• 
  74LS — с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением (Low Power Schottky) (Tpd = 9 нс, Pd = 2 мВт);
  
• 
  74AS — улучшенная с диодами Шоттки (Advanced Schottky) (Tpd = 1,7 нс, Pd = 8 мВт);
  
• 
  74ALS — улучшенная с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением (Advanced Low Power Schottky) (Tpd = 4 нс, Pd = 1,2 мВт);
  
• 
  74F — быстрая (Fast) с диодами Шоттки (Fast) (Tpd = 1,7 нс, Pd = 4 мВт, в действительности 74F несколько уступает по быстродействию 74AS);
  

Префикс серии «74» обозначает коммерческий вариант микросхем, «54» — индустриальный или военный, с расширенным температурным диапазоном -55 °C..+125 °C. Тип корпуса, как правило, указывается последней буквой в обозначении, например для Texas Instruments тип корпуса пластиковый DIP кодируется буквой N (SN7400N).

Советские серии ТТЛ-микросхем

• 
  106 — ранняя серия ТТЛ-микросхем пониженной степени интеграции (не более 2 логических элементов в одном корпусе), предназначенная для тяжёлых условий эксплуатации (военная аппаратура, космос, и т. п.). Не имеет аналогов среди микросхем фирмы Texas Instruments.
  
• 
  133 и 155 соответствуют сериям 54 и 74;
  
• 
  130, 131 — сериям 54H и 74H;
  
• 
  134, КР134 — сериям 54L и 74L;
  
• 
  136 и 158 — близки к сериям 54L и 74L, но имеют вдвое большее энергопотребление при несколько большем быстродействии;
  
• 
  530 и 531 — сериям 54S и 74S;
  
• 
  533 и 555 — сериям 54LS и 74LS;
  
• 
  1530 — серии 74AS (приблизительное соответствие);
  
• 
  1531 — серии 74F;
  
• 
  1533 — серии 74ALS;
  

---

3. 1   2   3   4   5   6   7   8

---