1. Введение в дисциплину, общие сведения о имс

Элементную базу цифровых устройств составляет ИМС, характеристикой и сложностью которых является степень интеграции, оцениваемая либо числом транзисторов, либо числом базовых ЛЭ.

В зависимости от степени интеграции ИМС делятся на несколько категорий:

- малые интегральные схемы. Реализуют простейшие логические преобразования и характеризуются высокой универсальностью.

- в виде средних ИС выпускаются в готовом виде такие устройства, как счетчики, дешифраторы, регистры и т.д. Номенклатура в подобных схемах должна быть шире, т.к. их универсальность ниже.

- в больших и сверхбольших ИС на одном кристалле реализуются устройства, состоящие из сотен тысяч элементов. Универсальность становится еще ниже.

Проблема универсальности была решена с появлением программируемых больших и сверхбольших ИС, а также микропроцессора. Микропроцессор выполняет лишь те команды, которые составляют его систему команд. Изменяя последовательности команд (изменяя программу), можно решать различные задачи, используя один и тот же микропроцессор. Т.е., можно сказать, что структура аппаратного средства не так сильно связана с характером решаемых задач, как это было раньше.

В виде больших и сверхбольших ИС с программируемой структурой пользователю предлагается кристалл, содержащий множество логических блоков, соединения между которыми назначает сам схемотехник. Т.о., у промышленности появляется возможность производства кристаллов массовым тиражом, не адресуясь к конкретному потребителю.

Микропроцессор реализует последовательно обработку информации, выполняя большое число отдельных действий, что может не обеспечивать требуемого быстродействия.

В большой ИС задачи решаются сразу целиком, и обработка данных происходит параллельно во многих частях устройства.

2. Основные параметры имс

Быстродействие логического элемента определяется скоростями его перехода из состояния логического нуля в состояние логической единицы и наоборот.

Оно ограничивается не только задержками сигналов логических элементов, но и задержками в цепях всязи между ними. Полную задержку вычисляют как сумму обеих этих задержек.

Потребляемая мощность может быть статической, динамической и полной

Статическая мощность потребляется логическим элементом, который не переключается. Этот элемент может находиться в одном из двух состояний: состоянии логического нуля или в состоянии логической единицы.

Для схем, содержащих много логических элементов, значение нуля и единицы принимают равно возможными и оперируют средним значением статической мощности, т.е.,( Р_»0»+Р_»1»)/2

Потребление статической мощности не является принципиальным, т.к. не переключающийся элемент не совершает никакой полезной работы.

Полная мощность, потребляемая переключающимся логическим элементом, зависит от частоты переключения, т.е. к статической мощности добавится динамическая, составляющая в следствие возникновения токов в емкостных цепях.

Потребление динамической мощности неизбежно, т.к. при переключении элементов приходится перезаряжать емкости схемы, затрачивая определенное количество энергии.

По характеру зависимости полной мощности от частоты переключения все элементы можно разделить на два класса:

- элементы, у которых мощность в некоторых пределах частоты переключения мало зависит от частоты

- элементы с малой статической мощностью и большой динамической.

Работа переключения – это параметр, одновременно учитывающий и быстродействие и мощность. Вычисляется как произведение потребляемой модности на задержку распространения сигнала.

Допустимое напряжение помех. Помехи бывают статическими и динамическими.

Статические помехи представляют собой длительно действующий или длительно существующий уровень потенциалов.

Динамические помехи – это импульсы ограниченной длительности.

Устойчивость элементов к длительной помехе меньше, чем к воздействию кратковременной помехе той же амплитуды. В следствие трудности определения динамической помехоустойчивости принято оценивать статическую помехоустойчивость.

Допустимая статическая помеха определяется характеристикой вход/выход логического элемента. Идеальный элемент с характеристикой в форме ступеньки обеспечил бы допустимое напряжение помех, равное половине логического перепада. У реальных элементов помехоустойчивость достигает 40-50% от этого значения.

Нагрузочная способность. Она определяется током, который может быть отдан элементом во внешнюю нагрузку или принят от нее.