Lektsii_SEUSU_0

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ (ФИЛИАЛ)

ФГБОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. ГАГАРИНА Ю.А.»

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА «УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»

Лекции

по дисциплине:

«СТАНДАРТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ»

Составил ассистент кафедры УИТ

Шумарова О.С.

2012

Лекция 1

Тема: Классификации и система условных обозначений ИС. Корпуса ИС.

1.Интегральные микросхемы (ИС).

Основной элементарной базой современной дискретной механики является интегральная микроэлектроника. Переход к ИС существенно изменил способы построения электронной аппаратуры, поскольку изделия микросхема техники представляют собой законченные функциональные узлы, будь то логические эл-ты для выполнения простейших операций или процессоры вычислительных машин,

состоящие из многих тысяч элементов.

1.1 Терминология.

В нашей стране разработан и действует ГОСТ17021-88 «Микросхемы интегральные. Термины и определения».

Некоторые из этих терминов, мы запишем.

Интегральная микросхема (ИС) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую мощность электрически соединенных элементов и кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям рассматриваются как единое целое.

Полупроводниковая интегральная микросхема – интегральная микросхема, все элементы и межэлементы соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная интегральная микросхема – интегральная микросхема, все элементы и межэлементы соединения которой выполнены в виде пленок

(толстопленочные и тонкопленочные ИС).

Гибридная интегральная микросхема – интегральная микросхема, содержащая кроме элементов кристаллы (многокристальная ИС).

Тонкопленочная технология – основные материалы:

-для нанесения и создания рисунка или схемы.

-проводящая пленка – медь, алюминий, золото.

- Рулстивный материал – металлы и их сплавы, оксид олова, диэлектрики.

Толстопленочные – в основном кач-ве коммуникационных.

В настоящее время сущ-ют интегральные микросхемы 6-ти степеней интеграции.

1)Малая интегральная микросхема (МИС) - ИС содержащая до 100

элементов и компонентов включительно (1..2 степень).

2)Средняя интегральная микросхема (СИС) - ИС содержащая свыше

100 до 1000 элементов и компонентов для цифровых ИС и свыше 100 до 500 –

для аналоговых (2..3 степень).

3)Большая интегральная микросхема (БИС) - ИС содержащая свыше

1000 элементов и компонентов до 1000 элементов и компонентов для цифровых ИС и свыше 500 – для аналоговых (3..4 степень).

4) Сверх большая интегральная микросхема (СБИС) - ИС содержащая свыше 1000 элементов и компонентов до 100000 элементов и компонентов для цифровых ИС с регулярной структурой построения, свыше

50000 – для аналоговых с нерегулярной структурой построения, и свыше

10000 – для аналоговых (5..7 степень).

Примечание к цифровым ИС с регулярной структурой построения схемы запоминающих устройств и схемы на основе базовых матричных сигналов, с

нерегулярной структурой построения схемы вычислительных средств.

5) Сверхскоростная интегральная микросхема (ССИС) – цифровая ИС, функциональное быстродействие которой не менее 1*1013Гц/см3 на 1

логический эл-нт.

Под функциональным быстродействием понимают произведение рабочей частоты логич. эл-та, равный обратному учетверенному max значению среднего времени задержки распространения сигнала на число логич. эл-ов, приходящихся на

1 см2 площади кристалла.

Классификация ИС по уровням интеграции.

Уровень		Число эл-ов и компонентов в одной микросхеме
Интеграции		Цифровые микросхемы				Аналоговые
						микросхемы
		на МДМ-транзист.	на биполярных
МИС (1-2 ст.)		<= 100	<= 100			<= 100
CИС (3-4 ст.)		> 100 <= 1000	> 100 <= 500			> 100 <= 500
БИС (5-6 ст.)		> 1000 <= 10000	> 500 <= 2000			> 500
СБИС (7 ст.)		> 100000	> 50000			> 10000
	Аналоговая интегральная		микросхема		-	интегральная микросхема,

предназначенная для преобразования и обработки сигналов по з-ну непрерывной функции (микросхема с линейчатой хар-ой - линейная ИС).

Цифровая ИС - интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по з-ну дискретной функции

(логич. микросхема)

Степень интеграции интегральной микросхемы – показатель степени сложения микросхемы, хар-ый числом содержащихся в ней эл-ов и компонентов.

Определяется по фор-ле: K=L*N, где

К – коэф., определяющий степень интеграции, округляемый до ближайшего больше целого числа.

N – число эл-ов и компонентов, входящих в интегральную микросхему.

Серия интегральных микросхем - совокупность интегральных микросхем,

кот. могут выполнять различные функции, имеющие единое конструктивно-

технологическое исполнение и предназначенные для совместного применения.

Тело корпуса – часть корпуса без выводов.

Позиция вывода – одно из нескольких равноотстоящих др. от др. место положений выводов на выходе из тела корпуса, разложенных по окружностям или в ряду, которое может быть занято или не занято выводом, каждая позиция вывода отмечена порядковым номером.

Установочная плоскость – плоскость, на которую устанавливается интегральная микросхема.

Ключ - конструктивная особенность, кот. опр-ет позицию вывода1.

На низшем, нулевом, уровне конструктивной иерархии ЭВА любого типа и назначения находятся ИС, выполняющие логич., вспомогат., специальные функции,

атакже функции запоминания.

1.2Классификация микросхем и условные обозначения.

Взависимости от технологии изготовления ИС делятся на 3 разновидности:

1)полупроводниковые.

2)пленочные.

3) гибридные.

Кроме того, ИС можно разделить на:

1)цифровые

2)аналоговые.

Воснову классификации цифровых микросхем положены 3 признака:

1)компонентов логической схемы, на кот. выполняются логич.

операции над входными переменными;

2)способ соед. полупроводниковых приборов в логич. схему;

3)вид связи между логич. схемами.

По этим признакам логич. ИС можно классифицировать следующим образом:

а) схемы с непосредственными связями МОП-стимуляторах – НСТЛМ

(МОП – металл-окисел-полупроводник или МДП металл-диэлектрик -

полупроводник).

б) схемы с резисторно-емкомстными связями – РЕТЛ; РЕТЛ – схемы,

входная логика кот. осущ-ся на резисторных цепях. РЕТЛ и РТЛ – морально устарели и в новых разработках не используются.

в) схемы, входная логика кот. осущ-ся на диодах – ДТЛ.

г) схемы, входная логика кот. выполняется многоэмитторным транзистором

– ТТЛ.

д) схемы, со связанными эмиттерами – ЭСЛ, или ПТТЛ – логика на переключателях тока.

ж) инжекторно-интегральная логика ИИЛ или И2Л – на ее основе создаются микросхемы большой степени интеграции высокого быстродействия и с малым потреблением энергии.

з) схемы, основанные на современном вкл. пары транзисторов с каналами разных видов проводимости, так наз. комплиментарные структуры. (КМОЛ – структуры).

Все отечественные ИС делятся по конструктивно-технологическому исполнению делятся на 3 группы:

1)1 ,5 ,6 ,7 – полупроводниковые.

2)2 ,4 ,8 – гибридные.

3)3 прочие – (пленочные, вакуумные и т.д.).

Применение микро корпусов (МК) дает возможность увеличить мощность компоновки БИС и улучшить их эл. проводимость.

Наиболее очевидны преимущества МК по сравнению с традиционными корпусами. ИС явл. значительное уменьшение геометр. параметров МК занимает площадь примерно в 4,8 раза меньше, и объем в 5,5 раза, чем обычный корпус ИС.

МК явл. частью конструкции ИС (БИС) и предназначен для защиты кристаллов от внеш. воздействий и соединения по средствам выводных площадок

(выводов) с внеш. эл. цепями.

1.3 Корпуса микросхем.

Каждый вид корпуса хор-ся габаритными и присоед-ми размерами, числом выводов и расположением их относит. плоскости основания корпуса. Выводы ИС могут лежать в плоскости осн. корпуса (планарные выводы) или быть перпендикулярными ему (штыревые выводы). Планарные выводы по сечению, как правило, прямоугольные, штыревые – круглые или прямоугольные.

Плоскость основания.

Установочная плоскость.

Интегральные микросхемы выпускаются в корпусах и бес корпусном варианте.

Условные обозначения корпуса микросхемы состоит из шифра типоразмера,

вкл. поджим корпуса и двузначное число, обозначающее порядковый номер типоразмера, цифрового индекса, порядкового регистрационного номера. Вводится также буквенное обозначение в соответствии с лат. алфавитом.

Типы и подтипы опр-ся:

1)формой проекции тела корпуса на плоскость осн.

2)по положению выводов корпуса.

Шаг позиций выводов имеет размеры от ,625 до 2,5 мм.

Выводы корпусов в поперечном сечении могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными.

Корпуса, разработанные до 1989 года имеют старые условные обозначения.

Вопросы для самоконтроля

1.Классификация интегральных схем.

2.Степень интеграции. Уровень интеграции.

3.Классификация интегральных схем по технологии изготовления.

4.Что такое серия микросхемы?

5.Типы и подтипы корпусов интегральных схем.

6.Что такое «ключ» микросхемы?

7.Чем определяется тип и подтип корпуса?

8.От чего зависит типоразмер корпуса микросхемы?

9.Основные функции корпуса микросхем.

Лекция 2

Тема: Основные параметры ИС

1.4 параметры микросхем.

Каждая микросхема оценивается рядом параметров, обусловленных внутр.

структурой и конструктивным исполнением. Некоторые из этих параметров касаются конкретной микросхемы, др. хар-ют все изделия данной серии. Если в условиях эксплуатации эти параметры будут выдержаны, завод изготовитель гарантирует нормальную работу микросхем. Значения параметров, как правило,

задаются с запасом и не исчерпывают физич. возможностей микросхемы, однако превышать их не следует, особенно же, от кот. зависят работоспособность и надежность приборов.

Оценивают микросхемы по следующим основным параметрам:

1)быстродействию (задержка переключения);

2)напряжению питания;

3)потребляемой мощности;

4)коэф. разветвления по выходу;

5)коэф. объединения по входу;

6)помехоустойчивости;

7)энергии переключения;

8)надежности;

9)стойкости к климатическим и механ. воздействиям.

Быстродействие хар-ся max частотой смены входных сигналов, при кот. еще не нарушается норм. функционирование. Это один из важнейших параметров, т.к.

опр-ет время обработки информации.

Инерционность полупроводниковых приборов и емкости служат причиной того, что каждое переключение сопровождается переходными процессами, отчего фронт импульсов растягивается. Когда частота смены входных сигналов не велика,

можно считать, что переключение происходит мгновенно, а при повешенных частотах приходится считаться с искажениями импульсов. Фронты искаженных

прямоугольных импульсов представляют собой участки кривых, но для простоты их принято заменять кусочками прямых.

Для оценки временных св-в микросхем сущ-ет несколько параметров. на практике обычно пользуются так называемой задержкой распространения сигнала, кот. представляет собой интервал времени между входным и выходным импульсами, измеренными на уровне 0.5. времена задержки распространения сигнала при вкл. t1,0и при выкл. t0,1 близки, но не равны. Обычно пользуются усредненным параметром (1.1)

tзд.р.ср. = 0,5 (t1, 0+t0, 1), кот. наз. средним временем задержки распространения. На рис.1 Сочетание Вкл. - выкл. – t1,0;

Выкл. – вкл. – t0,1;

UВХ

1.0

0.9

0.5

0.1

0

UВЫХ

1.0

0.9

0.5

0.1

0

UВЫХ

1.0

0.9

0.5

0.1

t

t1.0

							t0.1
							t0.1
t1.0
							t
t1..0					t1.0

t0.1

t0.1

0	t

tЗД.Р.СР. - используют при расчете временных хар-к цепочек посл-но соед. по этому параметру ИС можно разделить на:

1)Сверхбыстродейств. tЗД.Р.СР. < 5 нс

Pпотер = 50..100 мВт Быстродейств. tзд.р.ср. = 50..100 нс.

Pпот.ср. = 20..50 мВт

2)Среднего tзд.р.ср. = 10..100 нс

Pзд.р.ср. = 1..30 мВт Малого tзд.р.ср > 100 нс

Рпот.ср. < 1 мВт Рис.1 Оценка задержки сигналов.

а) Входной импульс;

б) выходной импульс и инверсный;

в) выходной импульс без инверсий.

Иногда пользуются близкими параметрами – временем, задержкой вкл. t1,0 и

выкл. t0,1, они измеряются на уровнях 0,1 и 0,9 соответственно.

КРАЗ – логич. элемента (нагрузочная способность) опр-ет max идентичных эл-

ов, может быть подключено к выходу данной схемы. При этом должна

обеспечиваться устойчивая передача сигналов «0» или «1» при воздействии дестабилизирующих факторов: изменение t0С; уменьшение номиналов ист. питания

в пределах допустимого.

Нагрузочная способность выражается целым полодит. числом (КРАЗ = 2,4,6,10

и т. д.). Чем выше нагрузочная способность эл-та, тем выше его логич. возможности

тем меньше требуется для построения вычисл. устройств. Однако увеличивать

бесконечно параметр КРАЗ нецелесообразно, т.к. это ведет к снижению быстродействия, увелич. мощности потребления, ухудшению частичных хар-к и

помехоустойчивости.

Поэтому в состав серии ИС входят обычно эл-ты с низкой нагрузочной

способностью (КРАЗ = 2..10 осн. логич. эл-ты) и с высокой нагрузочной способностью (КРАЗ = 20..50).

Это дает возможность разработчику проектировать военную технику с

оптимальным соотношением между потребляемой мощностью и количеством ИС в

машине.