Маркировка

В обозначениях логических ИМС после номера серии ставится буква Л, следующая буква обозначения зависит от вида выполняемой логической операции:

Схемы «И» обозначаются ЛИ

Схемы «ИЛИ» обозначаются ЛЛ

Схемы «НЕ» обозначаются ЛН

Схемы «И-НЕ/ИЛИ-НЕ» обозначаются ЛБ

Схемы «И-ИЛИ» обозначаются ЛС

Схемы «И-ИЛИ-НЕ» обозначаются ЛР

Прочие обозначаются ЛП

До 1973 г. «И-НЕ» ЛА

«ИЛИ-НЕ» ЛЕ

1,5,7 – полупроводниковые ИМС

2,4,6,8 – гибридные

3 – прочие

К – широкого применения

Серия К178

К1ЛБ781

2 логических элемента ИЛИ-НЕ на 4-е входа каждый с прямым и инвертным выходами.

К1ЛР781 2 логических элемента И-ИЛИ-НЕ на 4-е вывода каждый с прямым и инверсным выходами.

Серия К178

Двоичные многоразрядные счетчики, параллельные и последовательные регистры, шифраторы. Дешифраторы, сумматоры и т.д.

Современные цифровые микросхемы характеризуются широким диапазоном выполняемых функций и большим разнообразием вариантов конструк­тивно-технологического исполнения [2... 7].

Цифровые ИС, как и аналоговые, выпускаются сериями. Микросхемы одной серии имеют одинаковые напряжения питания, электрические и экс­плуатационные характеристики и при совместном применении не нуждаются в дополнительных согласующих элементах. Принадлежность ИС к той или иной серии указывают в ее условном обозначении. Среди большого числа серии цифровых ИС можно выделить следующие группы: серии функ­ционально полного состава, серии, специализированные по функциональному назначению, микропроцессорные комплекты больших интегральных схем.

Серии первой группы включают ИС различного функционального назна­чения: логические, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, кодопреоб­разователи и т. д. Чем шире функциональный состав серии, тем в боль­шей степени она обеспечивает выполнение требований к микроэлектрон­ной аппаратуре в отношении надежности, компактности, экономичности, технологичности, удобства эксплуатации и ремонта. Некоторые серии со­стоят из 100 и более типов ИС. Примерами серий ИС с развитым функциональным составом могут служить серии К500, К155, К555, К561, 564 и др. Такие серии можно назвать универсальными, имея в виду широкую область их применения.

Серии ИС второй группы характеризуются более узкой специализацией. К ним относят серии ИС памяти К537, К565, К556. К573, К1601 и др., серии ИС сопряжения с линиями передачи и управления различными устройствами (интерфейсные ИС) К169, К170, К1102, серии ИС аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования К572, К1107, К1113 и др., серии ИС вторичных источников питания и т. д.

Серии ИС третьей группы, называемые микропроцессорными комплектами БИС, включают ИС, необходимые для построения микропроцессорных вычислительных и управляющих устройств. Сюда входят микропроцессоры, БИС ввода-вывода, таймеры, генераторы, различные вспомогательные ИС. Примеры микропроцессорных комплектов: К580, К1810, К588, К1801, К1802, К1804 и др.

Цифровую микросхему как функциональный узел характеризуют системой сигналов, которые целесообразно разделить на информационные (Х₁...Х_m— входные, Y₁...Y_n - выходные) и управляющие (V₁…V_k. Каждая ИС в соответствии со своим функциональным назначением выполняет определенные операции над входными сигналами (переменными), так что выходные сигналы (переменные) представляют собой результат этих операций: Y_j = F(X₁,..., X_m). Операторами F могут быть как простейшие логические преобразования, так и сложные многофункциональные преобразования, имеющие, например, место в БИС памяти, микропроцессоре и др.

Сигналы управления определяют вид операции, режим работы ИС, обеспечивают синхронизацию, установку начального состояния, коммутируют входы и выходы, стробируют входные или выходные сигналы, задают адрес, например в БИС памяти, и т. д.

Современные ИС повышенного уровня интеграции содержат в едином полупроводниковом кристалле десятки и сотни тысяч транзисторов, объеди­ненных в сложные функциональные узлы и устройства. Такие БИС имеют большое число внешних выводов (24, 48 или 64) для информационных и управляющих сигналов. Учитывая сложность таких ИС, их свойства обычно рассматривают на структурном уровне с привязкой основных элементов структуры ИС к ее информационным и управляющим сигналам. Такой подход оказывается целесообразным и при рассмотрении сравнительно несложных ИС, таких как триггеры, регистры и т. п.

От функциональной сложности микросхемы зависит и система ее электри­ческих параметров, которые обычно разделяют на статические и динамические. В общем случае перечень параметров может включать десятки наименований, причем многие из параметров характерны только для ИС какого-либо одного класса. Поэтому ограничимся рассмотрением тех из них, которые характе­ризуют большинство ИС. В дальнейших разделах книги этот перечень по мере необходимости будет расширен.

К статическим параметрам ИС относятся: напряжение источника питания Uи.п.; входное U°_вх U¹_вх и выходное U°_вых, U¹_вх, напряжение низкого (лог. 0) и высокого (лог. 1) уровня соответственно (рисунок 1); входной I°_вх, I¹_вых, и выходной I⁰_вых I¹_вых токи при напряжениях низкого и высокого уровней соответственно; допустимое напряжение статической помехи U_п, средняя потребляемая мощность P_пот.ср = U_и.п(I⁰_пот + I¹_пот)/2.

Динамические параметры характеризуют свойства ИС в режиме переключе­ния. К ним относятся (рисунок 1): время задержки распространения сигнала при включении t^1,0_зд.ри выключении t^0,1_зд.р среднее время задержки распространения сигнала через ИС от ее входа к выходу t_зд.р.ср (определяется как полусумма задержек при включении и выключении); динамическая помехоустойчивость, динамическая потребляемая мощность.

Рисунок 1. Временные диаграммы напряжений на входе и выходе логического элемента

Потребляемая микросхемой от источника питания мощность в режиме переключения обычно значительно выше, чем в статическом режиме. Для некоторых типов ИС это превышение может достигать двух-трех порядков. Это объясняется наличием в микросхемах емкостных элементов, работой биполяр­ных транзисторов с насыщением и другими причинами. Указанное обстоятель­ство следует учитывать при расчете энергоемкости источников питания микроэлектронных устройств.

Динамическая помехоустойчивость количественно определяется амплитудой кратковременного импульса помехи на входе ИС, при которой уровень сигнала на выходе не выходит за установленные пределы. Причиной возникновения импульсов помех могут быть емкостные и индуктивные связи в межсоедине­ниях, источники мощных энергетических излучений (реле, тиристоров и др.), броски тока и напряжения в цепях питания. Имеется тесная связь между временными параметрами и динамической помехоустойчивостью: чем меньше средняя задержка, т. е. чем выше быстродействие ИС, тем ниже ее динамическая помехоустойчивость. Об этом следует помнить при выборе ИС: неоправданное завышение требований к быстродействию ИС неминуемо приводит к снижению надежности функционирования микроэлектронных устройств из-за сбоев под воздействием импульсов помех.

Современные цифровые ИС характеризуются широким диапазоном электри­ческих параметров. Наиболее важным показателем, определяющим многие свойства и область применения ИС, является быстродействие. Если оценить этот показатель частотой переключения, то достигнутый уровень определяется 2000 МГц. С быстродействием непосредственно связан другой важный показа­тель — потребляемая мощность: чем выше скорость переключения, тем большая мощность потребляется ИС от источника питания. В свою очередь, мощность потребления определяет уровень рассеиваемой мощности, а через этот показатель — допустимую плотность размещения элементов (транзисторов) в полупроводниковом кристалле, т. е. уровень интеграции: чем выше уровень потребляемой мощности, тем ниже уровень интеграции. Поэтому практически целесообразно иметь серии ИС с различным быстродействием и энерго­потреблением.

Для реализации ИС с различным быстродействием используют несколько отличающихся друг от друга схемотехнических принципов. Наиболее быстро­действующие ИС построены на основе элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Такие ИС могут переключаться с высокой частотой, достигающей в некоторых микросхемах 2000 МГц, но при этом они потребляют значительную мощность.