Klasyfikacja cyfrowych układów scalonychtrewa.zsl.gda.pl/PRACOWNIA UKŁADÓW...
7
1 Klasyfikacja cyfrowych układów scalonych Podział układów scalonych ze względu na stopień scalenia małej skali integracji (SSI – small scale of integration – do 10 bramek) średniej skali integracji (MSI – medium scale of integration – 10 do 100 bramek) dużej skali integracji (LSI – large scale of integration – 100 do 10 000 bramek) wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration) ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration) Ze względu na sposób przetwarzania informacji rozróżnia się dwie główne klasy układów logicznych: układy kombinacyjne – układy „bez pamięci”, w których sygnały wyjściowe są zawsze takie same dla określonych sygnałów wejściowych; układy sekwencyjne – układy „z pamięcią”, w których stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również od stanów poprzednich. Ze względu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne: bipolarne, o TTL (ang. Transistor-Transistor Logic), o ECL (ang. Emitter Coupled Logic), o I²L (ang. Integrated Injection Logic), unipolarne, o PMOS (pierwsze - najłatwiejsze w produkcji, niewygodne zasilanie), o NMOS (lepsze, stosowane do dziś w układach dużej skali integracji) o CMOS (ang. Complementary MOS) – z użyciem tranzystorów komplementarnych, podstawa współczesnej techniki cyfrowej), o Bi-CMOS (Bi-MOS). Ostatnimi laty bardzo popularne stały się programowalne układy cyfrowe. W odróżnieniu od programowalnych mikroprocesorów, programowana jest fizyczna struktura układu oparta na: matrycach, o PLA, o PAL, komórkach, o SPLD, o CPLD, o FPGA.
Transcript of Klasyfikacja cyfrowych układów scalonychtrewa.zsl.gda.pl/PRACOWNIA UKŁADÓW...
– do 10 bramek)
– 10 do 100 bramek)
– 100 do 10 000 bramek)
wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration)
ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration)
Ze wzgldu na sposób przetwarzania informacji rozrónia si dwie gówne klasy ukadów logicznych:
ukady kombinacyjne – ukady „bez pamici”, w których sygnay wyjciowe s zawsze takie same dla okrelonych sygnaów wejciowych;
ukady sekwencyjne – ukady „z pamici”, w których stan wyj zaley nie tylko od aktualnego stanu wej, ale równie od stanów poprzednich.
Ze wzgldu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne:
bipolarne, o TTL (ang. Transistor-Transistor Logic), o ECL (ang. Emitter Coupled Logic), o I²L (ang. Integrated Injection Logic),
unipolarne,
o PMOS (pierwsze - najatwiejsze w produkcji,
niewygodne zasilanie), o NMOS (lepsze, stosowane do dzi w ukadach duej
skali integracji) o CMOS (ang. Complementary MOS) – z uyciem
tranzystorów komplementarnych, podstawa
wspóczesnej techniki cyfrowej),
o Bi-CMOS (Bi-MOS).
matrycach, o PLA, o PAL,
komórkach, o SPLD, o CPLD, o FPGA.
RTL (Resistor-Transistor-Logic)
DTL (Diode-Transistor-Logic)
wersji ju wyszy z uycia) wywary ogromny wpyw na standardy
elektroniki cyfrowej.
TTL - S (Shottky TTL; przestarzaa)
TTL - LS (Low power Shottky TTL; wychodzi z uycia)
TTL - ALS (Advanced Low power Shottky TTL)
TTL - AS (Advanced Shottky TTL)
TTL - F (Fast TTL)
Rozszerzony Scottky TTL o niskim
poborze prdu
Szybki TTL
Szybki CMOS
Rozszerzony szybki CMOS
TTL
74
74S
74AS
74LS
74ALS
74F
74HC
74HCT
74AC
74ACT
Advanced High-Speed CMOS
Logic)
rodziny TTL. Obecnie ju rzadko spotykana i prawie wcale
nieprodukowana. Wersja stosunkowo wolna (10ns na bramk) i o
sporym poborze mocy okoo 10mW na bramk. Napicie zasilania
+4,75V do +5,25V (jak dla wszystkich ukadów z rodziny TTL).
Wersja 74S: Szybkie ukady pracujce na poziomie logicznym TTL
(3ns) niestety bardzo prdoerne (20mW). Szybkie dziaanie
ukadów z tej serii uzyskano dziki wbudowaniu w ich struktur
diod Schottky'ego.
szybsza (1,5ns) i niestety zdecydowanie najbardziej prdoerna
(22mW) ze wszystkich ukadów pracujcych na poziomie logicznym
TTL.
Wersja 74ALS: Rozbudowana i udoskonalona wersja ukadu 74LS o
prdkoci zblionej do ukadów 74S (4ns) bardziej jednak od nich
oszczdna - tylko 1mW na bramk.
Wersja 74F: Szybka wersja ukadu TTL (ok.3ns) i o niezbyt wysokim
poborze mocy na bramk (4mW) wykonana bez wykorzystania w
budowie struktury diod Schottky'ego.
"CMOS-y" uywane jest jako synonim cyfrowych ukadów logicznych
z serii 4000 i 4500. Nazwa ta zostaa wzita od technologii ich wykonania
charakteryzujcej si tym, e stopnie wyjciowe ukadów zbudowane s z
komplementarnych tranzystorów MOS. Mimo tego, e pierwsze ukady z
tej rodziny zostay opracowane jeszcze w latach 60-sitych ubiegego
stulecia (a wic miao moemy je zaliczy do staroci) do dzisiaj ciesz si
du popularnoci i nadal maj wielorakie zastosowania. Trudno wrcz
sobie wyobrazi budowanie bez nich wikszoci ukadów i urzdze
elektronicznych. Ukady z tej rodziny róni si od ukadów z rodziny TTL
rozkadem wyprowadze, chocia czsto speniaj dokadnie te same
funkcje. Podstawow ich zalet w porównaniu do ukadów TTL jest bardzo
may pobór mocy na bramk wynoszcy w stanie statycznym zaledwie
okoo 10nW. S one równie znacznie bardziej elastyczne pod wzgldem
wymaganego napicia zasilania, gdy moe si ono zawiera w przedziale
od +3 do +15V (dla TTL zaledwie +4,75 do +5,25V). Podstawow ich wad
jest natomiast to, e w porównaniu do ukadów TTL s stosunkowo
powolne, czas przejcia sygnau przez bramk wynosi okoo 20ns
(dwukrotnie wicej ni wynosi dla najwolniejszych ukadów TTL !!!).
Nowsz generacj tej rodziny ukadów s serie 74HC4000 i 74HCT4000. S
one znacznie szybsze (ok. 8ns), ale za to maj nisz tolerancj napicia
zasilania. Dla ukadów HC zawiera sie ono w przedziale od +2 do +6V, dla
HCT +4,5 do +5,5V. Ukady 74HCT s wersj przystosowan do pracy na
poziomie logicznym TTL dziki czemu mog doskonale wspópracowa z
ca rodzin 74xxx.
ukadów bipolarnych, ale za to charakteryzuj si bardzo maym poborem
mocy na jedn bramk. Mona wyróni dwie podstawowe rodziny tych
ukadów: seri 4000 oraz seri 74xxx wykonan w technologii CMOS, ale z
rozkadem wyprowadze identycznym jak w rodzinie TTL.
Wersja 74HC: Zastpia praktycznie wycofane ju z produkcji ukady serii
74C bdce pierwsz wersj ukadów, które byy zgodne aplikacyjnie z
ukadami serii TTL, ale wykonanymi w technologii CMOS. Ukady w tej
wersji pod wzgldem szybkoci (8ns) s porównywalne z ukadami 74LS.
Przewyszaj je jednak znikomym poborem mocy (0,075mW) oraz
znacznie bardziej elastycznym napiciem zasilania zawierajcym si w
przedziale +2 do +6V.
poziomem logicznym TTL. Szybko i pobór mocy tej odmiany jest
identyczna jak dla wersji HC, natomiast napicie zasilania wynosi od +4,5
do +5,5V.
Wersja 74AC: Szybsza odmiana ukadów wersji 74HC (4ns) niestety troch
bardziej od nich prdoerna (0,1mW).
Wersja 74ACT: Szybsza odmiana wersji HCT (6ns) z poborem mocy 0,1mW
na bramk.
System oznaczania ukadów scalonych polskiej produkcji jest objty dwiema normami branowymi:
BN-70/3375-15 - Elementy póprzewodnikowe. System oznaczania typów;
BN-73/3375-21 -Mikroukady scalone. System oznaczania typów.
Oznaczenie ukadu scalonego skada si z dwóch czci: literowej i cyfrowej. Cz literowa zawiera dwie lub trzy litery. Pierwsza litera okrela sposób wykonania (technologi) ukadu:
U - ukady póprzewodnikowe, monolityczne bipolarne; H - ukady hybrydowe; M i ukady MOS.
Druga litera oznacza funkcj spenian przez ukad:
C - ukady cyfrowe; L - ukady analogowe; R - ukady inne.
Trzecia litera (lub jej brak) okrela przeznaczenie ukadu:
brak litery - ukady do zastosowa powszechnego uytku; Y - ukady do zastosowa profesjonalnych; A - ukady do zastosowa specjalnych; T - ukady do zastosowa profesjonalnych o zwikszonej niezawodnoci; Q - ukady do zastosowa specjalnych o zwikszonej niezawodnoci; X - ukay prototypowe, dowiadczalne lub na zamówienie.
Cz cyfrowa skada si z czterech lub piciu liczb i jednej litery. Pierwsza cyfra okrela zakres dopuszczalnej temperatury pracy:
4 - od -55 do +85 oC; 5 - od -55 do +125 oC; 6 - od -40 do +85 oC; 7 - od 0 do 70 oC; 8 - od -25 do +85 oC; 1 - inny zakres.
Pozostae trzy lub cztery cyfry s liczb porzdkow, okrelajc grup oraz konkretny typ ukadu w danej grupie. Dopuszcza si te wprowadzenie dodatkowej litery dla oznaczenia waciwoci charakterystycznych ukadów:
H - ukady serii szybkiej; L - ukady serii maej mocy; S - ukady serii bardzo szybkiej.
Litera umieszczona na kocu oznacza rodzaj obudowy:
F - obudowa paska, metalowa, izolowana od ukadu; S - obudowa paska, metalowa, majca kontakt elektryczny z podoem
ukadu i wyprowadzeniem masy; H - obudowa paska z nieprzewodzcego materiau ceramicznego; J - obudowa dwurzdowa z nieprzewodzcego materiau ceramicznego; N - obudowa dwurzdowa plastykowa; L - obudowa kubkowa, metalowa, o wyprowadzeniach umieszczonych
koowo; …….. …R - obudowa inna.
– 10 do 100 bramek)
– 100 do 10 000 bramek)
wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration)
ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration)
Ze wzgldu na sposób przetwarzania informacji rozrónia si dwie gówne klasy ukadów logicznych:
ukady kombinacyjne – ukady „bez pamici”, w których sygnay wyjciowe s zawsze takie same dla okrelonych sygnaów wejciowych;
ukady sekwencyjne – ukady „z pamici”, w których stan wyj zaley nie tylko od aktualnego stanu wej, ale równie od stanów poprzednich.
Ze wzgldu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne:
bipolarne, o TTL (ang. Transistor-Transistor Logic), o ECL (ang. Emitter Coupled Logic), o I²L (ang. Integrated Injection Logic),
unipolarne,
o PMOS (pierwsze - najatwiejsze w produkcji,
niewygodne zasilanie), o NMOS (lepsze, stosowane do dzi w ukadach duej
skali integracji) o CMOS (ang. Complementary MOS) – z uyciem
tranzystorów komplementarnych, podstawa
wspóczesnej techniki cyfrowej),
o Bi-CMOS (Bi-MOS).
matrycach, o PLA, o PAL,
komórkach, o SPLD, o CPLD, o FPGA.
RTL (Resistor-Transistor-Logic)
DTL (Diode-Transistor-Logic)
wersji ju wyszy z uycia) wywary ogromny wpyw na standardy
elektroniki cyfrowej.
TTL - S (Shottky TTL; przestarzaa)
TTL - LS (Low power Shottky TTL; wychodzi z uycia)
TTL - ALS (Advanced Low power Shottky TTL)
TTL - AS (Advanced Shottky TTL)
TTL - F (Fast TTL)
Rozszerzony Scottky TTL o niskim
poborze prdu
Szybki TTL
Szybki CMOS
Rozszerzony szybki CMOS
TTL
74
74S
74AS
74LS
74ALS
74F
74HC
74HCT
74AC
74ACT
Advanced High-Speed CMOS
Logic)
rodziny TTL. Obecnie ju rzadko spotykana i prawie wcale
nieprodukowana. Wersja stosunkowo wolna (10ns na bramk) i o
sporym poborze mocy okoo 10mW na bramk. Napicie zasilania
+4,75V do +5,25V (jak dla wszystkich ukadów z rodziny TTL).
Wersja 74S: Szybkie ukady pracujce na poziomie logicznym TTL
(3ns) niestety bardzo prdoerne (20mW). Szybkie dziaanie
ukadów z tej serii uzyskano dziki wbudowaniu w ich struktur
diod Schottky'ego.
szybsza (1,5ns) i niestety zdecydowanie najbardziej prdoerna
(22mW) ze wszystkich ukadów pracujcych na poziomie logicznym
TTL.
Wersja 74ALS: Rozbudowana i udoskonalona wersja ukadu 74LS o
prdkoci zblionej do ukadów 74S (4ns) bardziej jednak od nich
oszczdna - tylko 1mW na bramk.
Wersja 74F: Szybka wersja ukadu TTL (ok.3ns) i o niezbyt wysokim
poborze mocy na bramk (4mW) wykonana bez wykorzystania w
budowie struktury diod Schottky'ego.
"CMOS-y" uywane jest jako synonim cyfrowych ukadów logicznych
z serii 4000 i 4500. Nazwa ta zostaa wzita od technologii ich wykonania
charakteryzujcej si tym, e stopnie wyjciowe ukadów zbudowane s z
komplementarnych tranzystorów MOS. Mimo tego, e pierwsze ukady z
tej rodziny zostay opracowane jeszcze w latach 60-sitych ubiegego
stulecia (a wic miao moemy je zaliczy do staroci) do dzisiaj ciesz si
du popularnoci i nadal maj wielorakie zastosowania. Trudno wrcz
sobie wyobrazi budowanie bez nich wikszoci ukadów i urzdze
elektronicznych. Ukady z tej rodziny róni si od ukadów z rodziny TTL
rozkadem wyprowadze, chocia czsto speniaj dokadnie te same
funkcje. Podstawow ich zalet w porównaniu do ukadów TTL jest bardzo
may pobór mocy na bramk wynoszcy w stanie statycznym zaledwie
okoo 10nW. S one równie znacznie bardziej elastyczne pod wzgldem
wymaganego napicia zasilania, gdy moe si ono zawiera w przedziale
od +3 do +15V (dla TTL zaledwie +4,75 do +5,25V). Podstawow ich wad
jest natomiast to, e w porównaniu do ukadów TTL s stosunkowo
powolne, czas przejcia sygnau przez bramk wynosi okoo 20ns
(dwukrotnie wicej ni wynosi dla najwolniejszych ukadów TTL !!!).
Nowsz generacj tej rodziny ukadów s serie 74HC4000 i 74HCT4000. S
one znacznie szybsze (ok. 8ns), ale za to maj nisz tolerancj napicia
zasilania. Dla ukadów HC zawiera sie ono w przedziale od +2 do +6V, dla
HCT +4,5 do +5,5V. Ukady 74HCT s wersj przystosowan do pracy na
poziomie logicznym TTL dziki czemu mog doskonale wspópracowa z
ca rodzin 74xxx.
ukadów bipolarnych, ale za to charakteryzuj si bardzo maym poborem
mocy na jedn bramk. Mona wyróni dwie podstawowe rodziny tych
ukadów: seri 4000 oraz seri 74xxx wykonan w technologii CMOS, ale z
rozkadem wyprowadze identycznym jak w rodzinie TTL.
Wersja 74HC: Zastpia praktycznie wycofane ju z produkcji ukady serii
74C bdce pierwsz wersj ukadów, które byy zgodne aplikacyjnie z
ukadami serii TTL, ale wykonanymi w technologii CMOS. Ukady w tej
wersji pod wzgldem szybkoci (8ns) s porównywalne z ukadami 74LS.
Przewyszaj je jednak znikomym poborem mocy (0,075mW) oraz
znacznie bardziej elastycznym napiciem zasilania zawierajcym si w
przedziale +2 do +6V.
poziomem logicznym TTL. Szybko i pobór mocy tej odmiany jest
identyczna jak dla wersji HC, natomiast napicie zasilania wynosi od +4,5
do +5,5V.
Wersja 74AC: Szybsza odmiana ukadów wersji 74HC (4ns) niestety troch
bardziej od nich prdoerna (0,1mW).
Wersja 74ACT: Szybsza odmiana wersji HCT (6ns) z poborem mocy 0,1mW
na bramk.
System oznaczania ukadów scalonych polskiej produkcji jest objty dwiema normami branowymi:
BN-70/3375-15 - Elementy póprzewodnikowe. System oznaczania typów;
BN-73/3375-21 -Mikroukady scalone. System oznaczania typów.
Oznaczenie ukadu scalonego skada si z dwóch czci: literowej i cyfrowej. Cz literowa zawiera dwie lub trzy litery. Pierwsza litera okrela sposób wykonania (technologi) ukadu:
U - ukady póprzewodnikowe, monolityczne bipolarne; H - ukady hybrydowe; M i ukady MOS.
Druga litera oznacza funkcj spenian przez ukad:
C - ukady cyfrowe; L - ukady analogowe; R - ukady inne.
Trzecia litera (lub jej brak) okrela przeznaczenie ukadu:
brak litery - ukady do zastosowa powszechnego uytku; Y - ukady do zastosowa profesjonalnych; A - ukady do zastosowa specjalnych; T - ukady do zastosowa profesjonalnych o zwikszonej niezawodnoci; Q - ukady do zastosowa specjalnych o zwikszonej niezawodnoci; X - ukay prototypowe, dowiadczalne lub na zamówienie.
Cz cyfrowa skada si z czterech lub piciu liczb i jednej litery. Pierwsza cyfra okrela zakres dopuszczalnej temperatury pracy:
4 - od -55 do +85 oC; 5 - od -55 do +125 oC; 6 - od -40 do +85 oC; 7 - od 0 do 70 oC; 8 - od -25 do +85 oC; 1 - inny zakres.
Pozostae trzy lub cztery cyfry s liczb porzdkow, okrelajc grup oraz konkretny typ ukadu w danej grupie. Dopuszcza si te wprowadzenie dodatkowej litery dla oznaczenia waciwoci charakterystycznych ukadów:
H - ukady serii szybkiej; L - ukady serii maej mocy; S - ukady serii bardzo szybkiej.
Litera umieszczona na kocu oznacza rodzaj obudowy:
F - obudowa paska, metalowa, izolowana od ukadu; S - obudowa paska, metalowa, majca kontakt elektryczny z podoem
ukadu i wyprowadzeniem masy; H - obudowa paska z nieprzewodzcego materiau ceramicznego; J - obudowa dwurzdowa z nieprzewodzcego materiau ceramicznego; N - obudowa dwurzdowa plastykowa; L - obudowa kubkowa, metalowa, o wyprowadzeniach umieszczonych
koowo; …….. …R - obudowa inna.
