Файл: Протокол 1 от 28 августа 2020 г. Конспект лекций содержание введение Краткая характеристика дисциплины.doc

1.3.3 Основные параметры ЛЭ
Основные параметры являются общими для всех существующих и возможных логических ИМС и позволяют сравнивать между собой микросхемы различных типов.

Различают следующие типы параметров:

- статические – характеризуют состояние ИМС в статическом режиме (без подключения);

- динамические – характеризуют свойства ИМС в режиме подключения.

Статические параметры ИМС:

1. 
   Напряжение источника питания (U ип) – это максимально разрешенное напряжение, подаваемое на ИМС, при котором соблюдается ее надежная работа.
   
2. 
   Входные и выходные токи (U⁰, U¹) и (I⁰, I¹) напряжения для заданных уровней сигналов.
   
3. 
   Коэффициент разветвления по выходу – Краз.- (нагрузочная способность) – определяет, сколько логических элементов этой же серии можно подключить к выходу данного элемента, не нарушая его функционирование.
   

Чем выше Краз, тем шире логические возможности микросхемы и тем меньше таких микросхем необходимо для построения сложного вычислительного устройства. Однако с увеличением этого коэффициента ухудшаются помехоустойчивость и быстродействие.

4. 
   Коэффициент объединения по входу (Коб.) - определяет допустимое число элементов, подключаемых к входу данного элемента.
   

С его увеличением расширяются возможности микросхемы за счет выполнения более сложных функций на одном типовом элементе. Увеличение коэффициента объединения по входу ухудшает другие параметры микросхемы: быстродействие, помехоустойчивость и нагрузочную способность. Чаще всего он не превышает 8, что определяется ограниченным числом выводов ИС. Для увеличения Коб. в ИМС вводят специальную схему (логический расширитель), подключение которой к основному элементу позволяет увеличить его до 10 и более.

5. 
   Помехоустойчивость (Uпом) - это максимально допустимое значение напряжения сигнала помехи на входе логического элемента, при котором не происходит изменение уровней выходного напряжения (сохраняется работоспособность микросхемы ИМС).
   

или Помехоустойчивость U_п max -это наибольшее значение напряжения на входе микросхемы, при котором еще не происходит изменение уровней выходного напряжения. Помехоустойчивость определяет работоспособность логического элемента при наличии различных помех, действующих на входе ИМС наряду с полезным сигналом. Помехи могут как возникать в самих логических схемах, так и наводиться от посторонних устройств.

---

Помехи бывают статические и динамические.

Под статическими понимают помехи, длительность которых значительно превосходит длительность переходных процессов в логических элементах.

К импульсным (динамическим) помехам относятся кратковременные импульсы, длительность которых соизмерима с длительностью переходных процессов в логических элементах.

Статическая помехоустойчивость — это наименьшее постоянное напряжение, которое, будучи добавлено (при самом неблагоприятном сочетании обстоятельств) к полезному входному сигналу, смещает рабочую точку на передаточной характеристике в область переключения, что вызывает ложное срабатывание по всей последующей цепи логических схем. Логическая ИМС в статическом режиме может находиться в одном из двух состояний — открытомилизакрытом. Поэтому различают помехоустойчивость закрытой схемы по отношению к отпирающим помехам и помехоустойчивость открытой схемы по отношению к запирающим.

Причиной появления статических помех в большинстве случаев является падение напряжения на проводниках, соединяющих микросхемы в устройстве. Наиболее опасные помехи возникают в шинах питания. Для исключения подобных ситуаций необходимо внимательно относиться к расположению проводников, подводящих напряжение питания, увеличивать по возможности их сечение.

По статической помехоустойчивости ЛЭ условно можно разделить на элементы:

• 
  с низкой помехоустойчивостью, U_п. ст = 0,2–0,4 В;
  
• 
  со средней помехоустойчивостью, U_п. ст = 0,4–0,8 В;
  
• 
  с высокой помехоустойчивостью, U_п. ст = 0,8 В.
  

Импульсная помехоустойчивость всегда выше статической. Это вызвано тем, что при коротком импульсе помех паразитные емкости в логическом элементе не успевают перезарядиться до пороговых уровней переключения ИМС. Поэтому при одинаковой статической помехоустойчивости схемы с меньшим временем задержки сильнее подвержены действию импульсных помех.

6. 
   Средняя потребляемая мощность – Рпотр.ср- это мощность, потребляемая данной ИМС от источника питания.
   

Потребляемая схемой мощность в любой момент времени не является постоянной, а зависит от логического состояния и типа логического элемента и изменяется при переключении схемы. Поэтому в качестве основного параметра используют не мгновенное, а среднее значение мощности, потребляемой микросхемой за достаточно большой промежуток времени.

---

По потребляемой мощности ИМС делятся на:

• 
  мощные, 25 мВт  Р_ср  250 мВт (ЭСЛ-схемы);
  
• 
  средней мощности, 3 мВт  Р_ср  25 мВт (ТТЛ-схемы);
  
• 
  маломощные, 0,3 мВт < Р_ср < 3 мВт;
  
• 
  микромощные, 1 мВт Р_ср < 300 мкВт (КМДП-схемы);
  
• 
  нановаттные, Р_ср < 1 мкВт (И²Л).
  

Потребляемая мощность зависит от напряжения источника питания U_ип. При снижении U_ип уменьшается потребляемая мощность, ухудшаются помехоустойчивость, нагрузочная способность, а иногда и быстродействие. В связи с этим U_ип выбирается с учетом требований, предъявляемых ко всем параметрам ИМС. Для цифровых микросхем на биполярных транзисторах типовые значения U_ип составляют 2–5 В, для схем на МДП-транзисторах– 5-9 В.

Цифровые ИМС, потребляющие большую мощность, характеризуются наибольшим быстродействием и применяются для создания быстродействующих вычислительных устройств.

В устройствах, для которых быстродействие не является определяющим параметром, применяются мало- и микромощные схемы.

Снижение потребляемой мощности ИМС при сохранении высокого быстродействия является одной из важных проблем микроэлектроники.

В настоящее время наметились два пути снижения потребляемой мощности:

• 
  создание логических элементов, работающих при минимально допустимых токах и напряжениях;
  
• 
  создание логических элементов, потребляющих энергию только при переключениях и практически не потребляющих ее в статических состояниях.
  

Динамические параметры ИМС:

Среднее время задержки распространения сигналов – t зад.р.ср.- характеризует быстродействие логического элемента (обуславливается протеканием переходных процессов в цепи).

Оно определяет время прохождения сигнала через одну микросхему в устройстве. При определении средней задержки в качестве границ временных интервалов обычно берут точки на фронтах, соответствующие половине перепада напряжения, или точки, соответствующие уровням 0,1 и 1,0 этого перепада.

По среднему времени задержки ИС делятся на:

• 
  сверхбыстродействующие, t_зд. ср = 5 нс;
  
• 
  быстродействующие, 10 нс ≥ t_зд. ср ≥ 5 нc;
  
• 
  среднего быстродействия, 100 нс ≥   t_зд. ср ≥ 10 нс;
  
• 
  низкого быстродействия, t_зд. ср  ≥   100 нс.
  

---

1.3.4 Система условных обозначений интегральных микросхем
Интегральные микросхемы обозначаются буквенно-цифровым кодом.

По принятой системе, обозначение микросхемы должно состоять из четырех элементов.

Первый элемент - цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе.

1, 5, 6, 7 - полупроводниковые (обозначение 7 присвоено бескорпусным микросхемам);

2, 4, 8 - гибридные;

3 - прочие микросхемы.

Перед цифрой может стоять буква, характеризующая материал и тип корпуса микросхемы.

К - означает, что ИМС предназначена для устройств широкого общепромышленного применения. Если микросхема выполнена в экспортном исполнении, то перед буквой К стоит буква Э.

А - пластмассовый, планарный корпус;

Е - металлополимерный корпус с параллельным двухрядным расположением выводов;

И - стеклокерамический планарный корпус,

М - металлокерамический, керамический или стеклокерамический корпус с параллельным двухрядным расположением выводов;

Н - кристаллоноситель (без выводной),

Р - пластмассовый корпус с параллельным двухрядным расположением выводов (у цифровых микросхем часто опускается);

С - стеклокерамический корпус с двухрядным расположением выводов;

Ф - микрокорпус.

Отсутствует буква – ИМС предназначена для применения в специальной продукции.
Второй элемент - две-три цифры, указывает на порядковый номер разработки данной серии.

Первые два элемента - три-четыре цифры - определяют полный номер серии микросхемы.

Третий элемент - две буквы, соответствующие подгруппе и виду (таблица).

Четвертый элемент - порядковый номер разработки микросхемы в данной серии по функциональному признаку микросхем среди однотипных. Он может состоять как из одной цифры, так и из нескольких цифр и буквы от А до Я (без букв Ы, Ъ, Ь, Ш, Щ) или цифры с буквами, которые определяют разброс (разницу) электрических параметров микросхем данного типа.

Примеры обозначения микросхем



КМ155ЛЕЗ - микросхема общепромышленного применения (К); корпус металлокерамический с параллельным двухрядным расположением выводов (М); полупроводниковая (1); цифровая с технологией ТТЛ (155); выполняемая логическая функция каждого элемента ИЛИ-НЕ (ЛЕ), число логических элементов в одном корпусе - два (три).

---

521 САЗ - микросхема с приемкой заказчика (отсутствует первый элемент обозначения - буква К). Корпус металлический типа 301 (отсутствует буква Р как в предыдущем примере); порядковый номер разработки данной серии - 44; функциональное назначение - компаратор (СА).
К555ТМ8 - микросхема общепромышленного применения (К); пластмассовый корпус с параллельным двухрядным расположением выводов (отсутствует второй элемент обозначения - буква); содержит D - триггеры (ТМ), количество триггеров в одном корпусе - четыре (восемь).
561ИЕ10 - микросхема с приемкой заказчика (отсутствует первый элемент обозначения - буква К); пластмассовый корпус с параллельным двухрядным расположением выводов (отсутствует второй элемент обозначения - бук--ва); функциональное назначение - счетчик - делитель (ИЕ), один корпус содержит два синхронных двоичных счетчика - делителя (10).
КР544УД2А - микросхема общепромышленного применения (К); корпус пластмассовый с параллельным двухрядным расположением выводов (Р), полупроводниковая (5), порядковый номер разработки данной серии - 44; функциональное назначение - операционный усилитель (УД), конкретная разработка данной серии - 2, с параметрами определяемыми буквой А.

Функциональное назначение ИМС



1.3.5

---