Серия цифрови чипове
В момента се произвеждат огромен брой различни цифрови микросхеми: от най-простите логически елементи до най-сложните процесори, микроконтролери и специализирани LSI (големи интегрални схеми). Много фирми се занимават с производство на цифрови микросхеми - както у нас, така и в чужбина. Следователно дори класификацията на тези микросхеми е доста трудна задача.
Въпреки това, като основа в цифровата схема е обичайно да се разглежда класически чипсет с малка и средна степен на интеграция, който се основава на серията TTL от семейството 74, които се произвеждат от няколко десетилетия от редица компании, например американската компания Texas Instruments (TII). Тези серии включват функционално пълен набор от чипове, с които можете да създавате различни цифрови устройства. Дори при компютърното проектиране на съвременни сложни микросхеми с програмируема логика (FPGA) се използват модели на най-простите микросхеми от тези серии от семейството 74. В същото време разработчикът рисува верига на екрана на компютъра в познатата му елементна база и след това програмата създава фърмуера на FPGA, който изпълнява необходимата функция.
Фиг. 2.5.Нотация на Texas Instruments
Всяка микросхема от серия от 74 семейства има свое собствено обозначение, а системата за обозначаване на вътрешните серии се различава значително от тази, приета в чужбина.
Като пример, разгледайте нотацията на Texas Instruments (Фигура 2.5). Пълното обозначение се състои от шест елемента:
Идентификационен номер на фирма SN (не е наличен за сериите AC и ACT).
Температурен диапазон (семеен тип):
74 - търговски микросхеми (околна температура за биполярни микросхеми - 0,70 ° С, за CMOS микросхеми - - 40.+85°C),
54 - микросхеми за военни цели (температура - -55. + 125 ° С).
Сериен код (до три знака):
Няма - стандартна TTL-серия.
LS (Low Power Schottky) - серия TTLSH с ниска мощност.
S (Шотки) - серия TTLSH.
ALS (Advanced Schottky) - подобрена серия TTLSH.
F (FAST) - бързи серии.
HC (High Speed CMOS) е високоскоростна CMOS серия.
HCT (високоскоростен CMOS с TTL входове) е серия HC, съвместима с TTL вход.
AC (Advanced CMOS) е подобрена серия CMOS.
ACT (Advanced CMOS с TTL входове) е AC серия, съвместима с TTL вход.
BCT (BiCMOS Technology) е серия с BiCMOS технология.
ABT (Advanced BiCMOS Technology) е подобрена серия с BiCMOS технология.
LVT (Low Voltage Technology) - серия с ниско захранващо напрежение.
Идентификатор на специален тип (2 знака) - може да липсва.
Тип чип (две до шест цифри). Списък на някои видове микросхеми е даден в приложението.
Код тип корпус (от един до два знака) - може да отсъства. Например N е пластмасов DIL (DIP), J е керамичен DIL (DIC), T е плосък метал.
Примери за обозначения: SN74ALS373, SN74ACT7801, SN7400.
Фиг. 2.6.Обозначения на домашни микросхеми
Домашната система за обозначаване на микросхеми се различава значително от разглежданата (фиг. 2.6). Основните елементи на обозначението са както следва:
Буквата K означава микросхеми за обща употреба; няма буква за военни микросхеми.
Тип пакет на чипа (един знак) - може да отсъства. Например P е пластмасов корпус, M е керамичен корпус, B е микросхема без рамка.
Сериен номер на чипа (от три дочетири цифри).
Функция на микросхемата (две букви).
Номер на чипа (от една до три цифри). Таблица с функции и номера на микросхеми, както и таблица на тяхното съответствие с чуждестранни аналози са дадени в приложението.
Например KR1533LA3, KR531IE17, KR1554IR47.
Основното предимство на вътрешната система за нотиране е, че чрез обозначението на микросхемата можете лесно да разберете нейната функция. Но в нотацията на Texas Instruments типът на серията с нейните характеристики се вижда.
Как една серия е различна от друга?
Таблица 2.2. Сравнение на параметрите на едни и същи микросхеми в различни стандартни серии
tPLH, ns не повече
tPHL, ns не повече
На първото ниво на представяне (логически модел) сериите не се различават по нищо. Тоест едни и същи микросхеми от различни серии работят според едни и същи таблици на истината, според едни и същи алгоритми. Вярно е, че трябва да се има предвид, че някои микросхеми са налични само в една от сериите, а някои не са в няколко серии.
На второто ниво на представяне (моделът със закъснения) сериите се различават по стойността на забавянето на разпространението на сигнала. Тази разлика може да бъде доста значителна. Следователно, в тези схеми, където размерът на забавянето е основен, е необходимо да се използват микросхеми от по-бързи серии (Таблица 1.3).
На третото ниво на представяне (електрически модел) сериите се различават по стойностите на входните и изходните токове и напрежения, както и, не по-малко важно, токовете на потребление (Таблица 1.3). Следователно, в тези устройства, където тези параметри са основни, е необходимо да се използват микросхеми, които осигуряват например ниски входни токове, високи изходни токове и ниска консумация.
Серията K155 (SN74) е най-старата серия и ще бъде премахната. Тя не е твърде различнадобри параметри в сравнение с други серии. С тази класическа серия е обичайно да се сравняват всички останали.
Серията K555 (SN74LS) се различава от серията K155 по ниските входни токове и по-ниската консумация на енергия (консумираният ток е почти три пъти по-малък от този на K155). По отношение на скоростта (от гледна точка на времената на забавяне) той е близо до K155.
Серията KR531 (SN74S) се характеризира с висока скорост (закъсненията й са около 3-4 пъти по-малки от тези на серията K155), но с големи входни токове (25% повече от тази на K155) и висока консумация на енергия (токът на консумация е един и половина пъти повече в сравнение с K155).
Серията KR1533 (SN74ALS) се отличава с приблизително два пъти по-висока скорост в сравнение с K155 и ниска консумация на енергия (четири пъти по-малка от тази на K155). Входните токове са дори по-малки от тези на K555.
Серията KP1531 (SN74F) се характеризира с висока производителност (на нивото на KP531), но ниска консумация на енергия. Входните токове и консумацията на ток са около половината от тези на K155.
Серията KP1554 (SN74AC) се различава от всички предишни по това, че е направена по CMOS технология. Следователно, той има ултра ниски входни токове и ултра ниска консумация при ниски работни честоти. Латентността е около половината от тази на K155.
Сериите K155 и KR1533 се отличават с най-голямото разнообразие от налични микросхеми, серията KR1531 и KR1554 са най-малките.
Трябва да се отбележи, че дадените тук съотношения за скоростта на стандартните серии са по-скоро приблизителни и не са верни за всички видове микросхеми, налични в различни серии. Точните стойности на закъсненията трябва да се видят в справочници и за предпочитане в патентовани референтни материали.
Микросхемите от различни серии обикновено лесно се сдвояват помежду си, т.е. сигналите от изходите на микросхеми от една и съща серия могат безопасно да се прилагаткъм входовете на микросхеми от друга серия. Едно изключение е свързването на изходите на TTL ИС към входовете на CMOS ИС от серията KP1554 (74AC). При такава връзка е необходимо да се използва резистор 560 Ohm между сигнала и захранващото напрежение (фиг. 2.7).
Фиг. 2.7.Обозначения на домашни микросхеми
При избора на една или друга серия микросхеми трябва също да се има предвид, че микросхемите от мощната и бърза серия KR531 създават високо ниво на смущения на захранващите шини, а микросхемите от серията K555 с ниска мощност са много чувствителни към такива смущения. Следователно серията KP531 се препоръчва да се използва само в екстремни случаи, когато е необходимо да се получи много висока производителност. Също така не се препоръчва използването на мощни високоскоростни микросхеми и микросхеми с ниска мощност в едно устройство. Цифрови IC пакети
Повечето микросхеми имат кутия, тоест правоъгълен контейнер (пластмаса, керамика, металокерамика) с метални проводници (крака). Предложени са много различни видове корпуси, но най-широко използвани са два основни вида:
Фиг. 2.8.Примери за DIL и плоски пакети
Опаковка с двуредно вертикално подреждане на щифтове, например DIP (Dual In Line Package, Plastic) - пластмасова опаковка, DIC (Dual In Line Package, Ceramic) - керамична опаковка. Общото име за такива пакети е DIL (фиг. 2.8). Разстоянието между щифтовете е 0,1 инча (2,54 mm). Разстоянието между редовете щифтове зависи от броя на щифтовете.
Опаковка с двуредово планарно подреждане на щифтове, например FP (Flat-Package, Plastic) - пластмасова плоска опаковка, FPC (Flat-Package, Ceramic) - керамична плоска опаковка. Общото наименование за такива случаи е плоски (фиг. 2.8). Разстояние междукабели е 0,05 инча (1,27 mm) или 0,025 инча (0,0628 mm).
Номерата на щифтовете на всички случаи се броят, като се започне от щифта, маркиран с ключ, в посока, обратна на часовниковата стрелка (когато се гледа микросхемата отгоре). Ключът може да бъде изрез на една от страните на микросхемата, точка близо до първия щифт или удебеляване на първия щифт (фиг. 2.8). Първият щифт може да бъде в долния ляв или в горния десен ъгъл (в зависимост от това как е обърната кутията). Микросхемите обикновено имат стандартен брой щифтове от диапазона: 4, 8, 14, 16, 20, 24, 28, ... За чипове от стандартни цифрови серии се използват пакети с брой щифтове, започващ от 14.
Целта на всеки от щифтовете на микросхемата е дадена в справочници за микросхеми, от които сега има много. Вярно е, че е по-добре да се съсредоточите върху директории, публикувани директно от производителите. В тази книга целта на заключенията не е дадена.
Домашните микросхеми се произвеждат в пакети, много подобни на DIL и Flat, но разстоянията между техните изходи се изчисляват в метрична скала и следователно се различават леко от тези, приети в чужбина. Например 2,5 мм вместо 2,54 мм, 1,25 мм вместо 1,27 мм и т.н. За пакети с малък брой щифтове (до 20) това не е много важно, но за големи пакети несъответствието в разстоянието може да стане значително. В резултат на това платка, предназначена за чужди микросхеми, не може да бъде снабдена с вътрешни микросхеми и обратно.