Интегральные микросхемы. Технология производства цифровых микросхем, страница 3

Электрическая принципиальная схема стандартного ТТЛ-вентиля кроме обычных n-p-n  транзисторов содержит один многоэмиттерный транзистор, с помощью которого реализуется необходимая входная логическая функция. Напряжение питания вентиля 5±0,5 В. Стандартные уровни выходных сигналов U0£0,4 В, U1³2,4 В. По ТТЛ-технологии реализованы ИС серий К133, К134, К155.

Электрическая принципиальная схема стандартного ТТЛШ-вентиля, отличается от предыдущей применением диодов и транзисторов с барьером Шоттки. По сравнению с обычным ТТЛ, ТТЛШ-вентиль обеспечивает приблизительно вдвое меньшие задержки включения и выключения за счет использования ненасыщенного режима работы транзисторов, а также несколько меньшую мощность потребления и обладает в 1,5-2 раза меньшей площадью. Напряжение питания и стандартные входные-выходные напряжения ТТЛШ-вентиля  унифицированы с аналогичными параметрами обычного ТТЛ-вентиля.

По ТТЛШ технологии реализованы ИС и БИС серий К533, К555, К589, К585, К1802, К1804 и др.

Электрическая принципиальная схема И2Л-вентиля содержит p-n-p транзистор, играющий роль генератора тока (инжектора) и многоколлекторный     n-p-n транзистор, выполняющий функцию инвертора. Диапазон размаха логического сигнала И2Л-вентиля лежит в пределах 0,2-0,8 В, поэтому для сопряжения И2Л БИС с ТТЛ-схемами используются специальные входные и выходные каскады.

Стандартные И2Л-вентили имеют широкий диапазон рабочих токов питания, при этом их быстродействие прямо пропорционально току инжекции. По сравнению с ТТЛШ И2Л-технология обеспечивает приблизительно в десять раз большую степень интеграции БИС при меньшем (в 2-3 раза) быстродействии. В настоящее время развиваются многочисленные разновидности И2Л-технологии, такие, как изопланарная И2Л (И3Л) и инжекционная Шоттки (ИШЛ)-логика. На основе И2Л-технологии реализованы БИС серий К582, К583, К584, КА1808, К1815.

Различают электрические схемы МОП инверторов р-типа и n-типа.

р-МОП вентили имеют небольшую площадь, но обладают малым быстродействием (время переключения более 0,1 мкс). В настоящее время р-МОП-технология практически не используется в новых разработках. Ранее по ней разрабатывались БИС серий К145, К536, К1814.

Для работы n-МОП-инвертора необходимо подать напряжение питания UCC=(5±0,25) В и напряжение смещения подложки UBC=(2,4±0,2) В. Входные и выходные напряжения n-МОП БИС обычно обеспечивают прямое сопряжение с ТТЛ-схемами. Площадь n-МОП-вентиля в два раза меньше, чем у р-МОП и в 5-7 раз меньше, чем у ТТЛ-вентиля. Быстродействие в 4-10 раз меньше, чем у ТТЛ-схем. По n-МОП-технологии разработаны комплекты БИС серий К145, К580, К581, К586, К1801 и др.

В состав КМОП-инвертора входят два транзистора разного типа проводимости. КМОП-вентиль потребляет энергию только в процессе переключения и имеет очень высокую помехоустойчивость. Амплитуда помехи может составлять до 40% от напряжения питания ИС. На основе КМОП-технологии реализованы ИС серии К564, К561 и К1564.

Электрическая принципиальная схема ЭСЛ-вентиля обладает самым большим быстродействием, но занимает самую большую площадь и потребляет большую, чем у всех остальных вентилей, мощность. ЭСЛ-вентили возможно использовать совместно с ТТЛ-схемами только при наличии специальных схем сопряжения.

Сравнительный анализ различных технологий ИС приведен в таблице 1. Из нее следует, что n-МОП, КМОП, ТТЛШ, И3Л и ЭСЛ являются наиболее перспективными. Каждая из технологий имеет свои преимущества:

1) КМОП и И3Л позволяют строить микромощные системы;

2) n-МОП имеют высокую плотность компоновки и низкую стоимость ИС;

3) ЭСЛ - максимальное быстродействие;

4)  ТТЛШ - высокое быстродействие при высокой степени интеграции.

Функциональный состав цифровых ИС

Цифровые ИС в зависимости от наличия элементов памяти подразделяются на комбинационные и последовательностные [3]. В состав любой серии микросхем входят ИС обоих типов, что позволяет создавать цифровые узлы любой сложности в соответствии с заданным функциональным назначением. К отдельному типу относят микросхемы памяти.

Комбинационными называют узлы, которые не содержат элементов памяти. К ним относятся логические ИС, шифраторы, дешифраторы, кодопреобразователи, мультиплексоры, устройства сравнения, сумматоры и др.

Логические ИС выполняют логические операции И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и пр. (например, К155ЛА1).

Шифратор предназначен для преобразования входного унитарного кода в выходной двоичный код (К155ИВ1).