Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема - это микроэлектронное изделие, выполняющее определённую функцию преобразования, обработки сигнала и (или) накапливания информации, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединённых элементов, которые изготавливаются в едином технологическом процессе, заключены в общий корпус и рассматриваются как единое целое.

Элемент - это часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие. Под электрорадиоэлементом понимают диод, транзистор, резистор, конденсатор и др. Элементы могут выполнять и более сложные функции, например логические или запоминание информации.

Плотность упаковки - это отношение числа простых элементов и элементов, в том числе содержащихся в составе сложных элементов, к объёму микросхемы без учёта объёма выводов или другими словами количество элементов в единице объёма интегральной микросхемы.

Степень интеграции - это количество элементов, входящих в состав интегральной микросхемы. Она определяется коэффициентом К = lg N, значение которого округляется до ближайшего большего числа.

Классификация интегральных микросхем.

По конструктивно-техническим признакам:

Плёночные - в которых элементы и соединения выполняются в виде различных плёнок на подложке из диэлектрика.

В зависимости от способа нанесения плёнок такие ИС подразделяют на толстоплёночные и тонкопленочные.

Толстоплёночные ИС изготавливают следующим образам. На диэлектрическую пластинку размером в несколько квадратных сантиметров через трафареты наносят пасты различного состава. Проводящие пасты образуют соединения между элементами ИС, обкладки конденсаторов, выводы ИС; резистивные пасты - проводящий слой резисторов; диэлектрические пасты - пространство между обкладками конденсаторов и общую защиту поверхности готовой ИС.

Тонкоплёночные ИС изготавливают по более сложной технологии, в основе которой лежит осаждение плёнки на подложку из газовой фазы. Это делают на специальных вакуумных установках, когда на диэлектрическую подложку напыляют плёнки из различного материала также через специальные маски.

Гибридные - у которых пассивные элементы выполнены внутри поверхности на одной изолирующей подложке, а активные являются навесными (как правило дискретными) без своих собственных корпусов, которые подпаивают к микросхеме. Саму ИС выполняют по технологии аналогичной плёночной.

Полупроводниковые ИС - это микросхемы элементы которых выполнены внутри на поверхности полупроводниковой подложки, называемой кристаллом.

Полупроводниковые ИС изготавливаются по планитарно-эпитаксиальной технологии. На поверхности шлифованной кремневой пластины наращивают тонкий слой полупроводника с проводимостью отличной от проводимости подложки, этот слой называют эпитаксиальным. Далее на поверхности пластинки создают защитную плёнку двуокиси кремния, для чего окисляют её при высокой температуре. Затем формируют полупроводниковые области с разными типами электропроводности и разной электрической проводимостью. Для этого используют фотолитографию, травление и диффузию.

Планитарно-эпитаксиальная технология позволяет формировать и биполярные, и МДП-транзисторы как n-p-n, так и p-n-p типа. В качестве диодов в ИС обычно используют p-n переходы транзисторов. Роль резисторов играют участки полупроводниковой пластинки со строго дозированным количеством примесей. В качестве конденсаторов используют закрытые p-n переходы.

По числу элементов:

Простые ИС - не более 10 элементов, К=1;

Средние ИС - от 10 до 100 элементов, К=2;

Большие ИС - от 100 до 1000 элементов, К=3;

Сверхбольшие - более 1000 элементов, К=4.

По функциональному назначению:

Аналоговые - сигналы изменяются по закону дискретной функции;

Цифровые - сигналы изменяются по закону непрерывной функции.

Основные достоинства и недостатки ИС.

Главные достоинства ИС - малые размеры и масса, малая потребляемая мощность, высокая надёжность за счёт уменьшения числа паяных соединений, высокое быстродействие, относительно низкая стоимость.

Наряду с большими достоинствами ИС имеют и некоторые недостатки. Прежде всего они являются маломощными, поскольку устройства повышенной мощности на ИС сделать пока весьма трудно. Трудности возникают также при создании больших ёмкостей и индуктивностей.

Для защиты микросхем от внешних воздействий их помещают в герметизированные корпуса. Корпуса стандартизованы, бывают пластмассовые, стеклянные и металлостеклянные различных форм и размеров.

Формы корпусов и конструкции их выводов делятся на четыре типа:

Прямоугольной формы, выводы расположены в пределах основания, перпендикулярно ему;

Прямоугольной формы, выводы расположены за пределами основания, перпендикулярно ему;

Круглой формы, выводы расположены в пределах основания, перпендикулярно ему;

Прямоугольной формы, выводы расположены за пределами основания, параллельно ему.

Обозначение микросхем состоит из букв и цифр:

1 элемент - трехзначный номер указывает номер серии: первая цифра означает конструктивно-техническое исполнение (1,5 - полупроводниковые, 2,4,6,8 - гибридные, 3 - плёночные, 7 - безкорпусные); вторая и третья цифры - порядковый номер разработки.

2 элемент - две буквы отражающие функциональное назначение микросхем.

3 элемент - цифра соответствующая порядковому номеру одноимённых по функциональному признаку микросхем данной серии.

4 элемент - буква означающая различные группы микросхем данного типа.

Перед условным обозначением микросхем бытовой и промышленной аппаратуры ставится буква К.

Логические интегральные микросхемы

Логические интегральные микросхемы предназначены для выполнения разнообразных логических функций, запоминания информации и ряда других операций и в совокупности обеспечивают возможность построения арифметических, запоминающих и управляющих устройств цифровых ЭВМ, измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления и т.д.

В настоящее время, как правило, изготавливают не отдельные логические схемы, а серии интегральных микросхем, в каждую из которых входят в той или иной комбинации элементы, выполняющие операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ) и более сложные логические операции И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и др.

По виду схемотехнической реализации основных логических операций и принципу построения базовых логических элементов различают следующие типы логических интегральных микросхем:

ТЛНС - транзисторная логика с непосредственной связью между логическими элементами;

РТЛ - резистивно-транзисторная логика;

РЕТЛ - резистивно-емкостная транзисторная логика;

ДТЛ - диодно-транзисторная логика;

ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика;

ТЛПТ - транзисторная логика на переключателях тока или ТЛЭС - транзисторная логика с эмиттерными связями;

МДПТЛ - транзисторная логика на МДП-транзисторах.

Разнообразие типов базовых элементов объясняется тем, что каждый из них имеет свои достоинства и свою область применения. Для сравнения и оценки логических микросхем того или иного типа используются их характеристики и параметры.

Характеристики и параметры логических ИМС

Важнейшими характеристиками логических микросхем являются входные и передаточные.

Входные характеристики представляют собой графические зависимости величины входного тока Iвх от величины входного напряжения Uвх, т.е. Iвх=f(Uвх). По виду входных характеристик все логические схемы можно разделить на две группы. К первой относятся схемы, у которых при отсутствии входных напряжений входной ток отсутствует и появляется, когда уровень входного напряжения достигнет определенной величины. Для микросхем второй группы, наоборот, при отсутствии входного напряжения ток во входной цепи имеет максимальное значение, а при увеличении входного напряжения входной ток уменьшается.

Передаточная характеристика логической микросхемы определяет зависимость выходного напряжения схемы от напряжения на одном из ее входов при определенных постоянных напряжениях на остальных входах, т.е. Uвых = ц(Uвх).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Входные характеристики, передаточные характеристики

Кривая 1 рис. показывает, что логическая микросхема работает без инвертирования сигнала, а кривая 2 на этом рисунке, наоборот, характеризует работу логической микросхемы с инвертированием. Чем более резким является переход от максимального к минимальному уровню выходного напряжения, тем более четко работает схема, тем выше ее качество.

Все логические ИМС характеризуются определенным набором - номенклатурой параметров, приводимых в справочниках и другой документации. Большинство параметров стандартизировано, что обеспечивает однозначность измерительных методик и возможность сравнения различных типов логических ИМС. Все параметры можно разделить на статические и динамические.

Статические параметры характеризуют микросхему в статическом режиме. К ним относятся:

напряжение источника питания Uип;

входное и выходное напряжения логического нуля;

входное и выходное напряжения логической единицы;

входной и выходной токи логического нуля и логической единицы;

Краз - коэффициент разветвления по выходу, определяющий число входов микросхем-нагрузок, которые можно одновременно подключить к выходу данной микросхемы;

Коб - коэффициент объединения по входу, определяющий число входов микросхемы, по которым реализуется логическая функция.

Допустимое напряжение статической помехи Uп характеризует статическую помехоустойчивость микросхемы, ее способность противостоять воздействию мешающего сигнала, длительность которого значительно превосходит время переключения микросхемы.

Средняя потребляемая мощность - потребляемая микросхемой мощность в состоянии логического 0 и 1 на выходе.

Р^српот= (Р⁰пот + Р¹пот)/2.

Динамические параметры характеризуют свойства микросхемы в режиме переключения. К ним относятся:

время перехода из состояния логического нуля в состояние логической единицы;

время перехода из состояния логической единицы в состояние логического нуля и др.

Кроме статических и динамических параметров, характеризующих электрический режим работы логической ИМС, используются и эксплуатационные параметры. Они характеризуют работоспособность интегральных микросхем в условиях воздействия окружающей среды. К числу эксплуатационных параметров относятся: диапазон рабочих температур, допустимые механические нагрузки (вибрации, удары, линейные ускорения), границы допустимого изменения атмосферного давления, влажности и т.п.

Основные параметры логических ИМС разных типов

интегральный аналоговый микросхема физический

Аналоговые интегральные микросхемы

АИМС предназначены для работы с аналоговыми сигналами в радиоаппаратуре, средствах автоматики и вычислительной техники, в устройствах промышленной электроники.

Следует отметить, что работа любого аналогового устройства сопровождается ошибками. Источником погрешности может быть технологический разброс параметров элементов, их температурный и временной дрейфы, а также шумы и наводки.

Сложность достижения высокой точности воспроизведения послужила причиной того, что технология аналоговых микросхем развивалась медленнее по сравнению с цифровыми. Серьёзным препятствием явился ограниченных набор элементов полупроводниковых микросхем, в частности отсутствие индуктивных элементов и конденсаторов.

Аналоговые микросхемы можно разделить на две группы. В первую группу входят микросхемы универсального назначения: матрицы согласованных резисторов, диодов, транзисторов и т.д. Сюда также следует отнести интегральные операционные усилители. Во вторую группу входят специализированные аналоговые микросхемы, каждая из которых выполняет некоторую определённую функцию, например перемножение аналоговых сигналов, фильтрация и т.д.

К основным типам аналоговых микросхем специального назначения относятся:

Усилители - предназначены для усиления сигналов в заданном диапазоне частот. К ним относятся усилители низких, промежуточных и высоких частот.

Фильтры - устройства, выполняющие функцию частотной избирательности необходимых сигналов.

Стабилизаторы напряжения в цепях питания микросхем разрабатывают в виде микросхем централизованной или распределённой стабилизации.

Схемы формирования и преобразования сигналов: генераторы, детекторы, смесители, фазовращатели, инверторы и т.д.

Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи решают задачу преобразования аналоговой информации в цифровую и наоборот. Они состоят из цифровых и аналоговых узлов и реализуются в виде БИС.

К этой же группе микросхем относятся также интегральные СВЧ-микросхемы, которые появились несколько позднее и имеют свою схемотехническую и функциональную специфику. Их развитие стимулируется такими областями техники, как радиолокация и телевидение.

Особенностью АИМС является специфичность применения их в конкретных схемах. В общем случае аналоговое устройство можно представить в виде совокупности каскадов, соединяемых последовательно. При этом каждый каскад выполняет какую-то одну элементарную аналоговую операцию. Сложность каскада зависит как от реализуемой им операции, так и от точности её исполнения.

По функциональному назначению разделяют следующие основные типы обозначений АИМС:

Генераторы сигналов

АГ - автогенератор

ГГ - мультивибратор

ГФ - тактовый генератор

Усилители

УТ - постоянного тока

УД - дифференциальные и операционные

УН - низкой частоты

УР - промежуточной частоты

ХА - высокой частоты

Компараторы сигналов - СА

Коммутаторы и ключи - КП, КН

Вторичные источники электропитания

ПП - диодный мост

ЕН - стабилизатор

Основные виды напряжения электропитания бывают на ±6,3 ±12,6 и ±15В.

Примеры.

Микросхемы серий К142 и КР142

Микросхемы серий К142 и КР142 - стабилизаторы напряжения, выполненные методом полупроводниковой технологии на основе биполярных транзисторов с изоляцией элементов р - п переходом и диэлектриком. Предназначены для построения источников вторичного электропитания.

В состав серии входят стабилизаторы напряжения с выходным напряжением:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типовая схема включения микросхем К142ЕН5 К142ЕН8 К142ЕН9

Микросхема К157УД2

Микросхема представляет собой двухканальный операционный усилитель универсального назначения, обладающий низким уровнем собственных шумов, большим диапазоном входных дифференциальных напряжений; имеет защиту от коротких замыканий на выходе. Большой коэффициент усиления операционных усилителей во всем диапазоне звуковых частот и линейность амплитудной характеристики в широком диапазоне выходных напряжений позволяют использовать эту микросхему в самых разнообразных устройствах стереофонической аппаратуры.

Электрические параметры

Напряжение питания: ………………………………………. ±3… ±18 В

Ток потребления при Rн = 2 кОм, не более: ………………………9мА

Коэффициент усиления напряжения при Rн = 2 кОм, не менее:…..5·10⁴

Максимально допустимые синфазные напряжения………………±18В

Температура окружающей среды: …………………………… -25 +70 ^оС.

Микросхемы серии К538УНЗ

Микросхемы представляют собой сверхмалошумящий широкополосным усилитель сигналов. Шумовые характеристики усилителя оптимизированы для работы с низкоомным генератором сигналов. Коэффициент усиления фиксирован внутренним делителем, имеется возможность его внешней регулировки. Усилитель предназначен для применения в качестве предварительного усилителя воспроизведения кассетного магнитофона высшего класса, а также в качестве усилителя для низкоомных датчиков.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания:……….…………………………. 6В

Ток потребления при 1/п - 6 В, Т = -45… +70°С, не более………. 5 мА

Коэффициент усиления напряжения с внутренней ОС, не менее…. 200

Размещено на Allbest.ru