вход Вход Регистрация



Логические элементы (И2Л) в литературе имеют различные названия: интегральная инжекционная логика (И2Л), совмещенная транзисторная логика (СТЛ) и транзисторная логика с инжекционным питанием (ТЛИП).

СТЛ представляет собой физически объединенные (совмещенные) горизонтальные (или боковые) р-n-р транзисторы (VTp) и вертикальные n-р-n (VTn) транзисторы.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.18 – Структура (а), схема (б) и

УГО (в) интегральной инжекционной логики

 

Эмиттерная область VTp называется инжектором и подключается к ип. Общая n-область база VTp и эмиттер VTn и заземляется. Коллектор VTp и база VTn представляют единую область р-типа. Оба транзистора могут быть многоколлекторными (МКТ).

ИМС типа И2Л являются перспективными ЦИМ нового поколения на биполярных транзисторах.

С помощью схем типа И2Л удалось преодолеть традиционные недостатки биполярных ИС: малую плотность компоновки и высокую рассеиваемую мощность на вентиль. По степени интеграции схемы И2Л даже превосходят МОП- схемы, а по уровням рассеиваемой мощности сопоставимы с КМОП- схемами, по быстродействию – с биполярными ИС (tзд.ср?5нс). Небольшая рассеиваемая мощность И2Л – схема объясняется отсутствием резисторов, а большое быстродействие при малых мощностях потребления – незначительными паразитными емкостями, отсутствием накопления заряда и небольшой разницей логических уровней.

Принцип инжекционного питания заключается в том, что с помощью бокового р-n-р транзистора-инжектора (ТИ) реализуется цепь генератора тока (где n – число коллекторов ТИ) базы многоколлекторного вертикального n-р-n транзистора (МКТ), выполняющего функцию инвертора логического сигнала (рисунок 1.19, а). Такая конфигурация строится на безрезисторной структуре, в которых резисторы заменяют генераторами постоянного тока I0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.19 – Вентиль на И2Л (а), схема И2Л типа ИЛИ-НЕ и ИЛИ (б)

Работа вентиля (рисунок 1.19, а) основана на том, что логический сигнал А изменяет направление и ток IH . При А=1 ток течет по пути I0. При А=0 ток течет по пути I0. В первом случае осуществляется инжекция неосновных носителей (дырок) для VTИ в базу VTИ или, что то же самое, в эмиттер МКТ, это вызывает смещение перехода Б-Э и перехода К-Б. МКТ в прямом направлении, МКТ переходит в режим насыщения, при этом напряжение между К-Б мало, т.е. UКБ= 0,01...0,06В (вентиль МКТ замкнут). При подаче на вход А=0 ток инжекции прекращается, поскольку база VTИ оказывается под потенциалом коллектора ТИ, а ток определяется утечкой обратно смещенного перехода Э-Б VTИ. При этом ток перестает течь по пути I0, что вызывает резкое увеличение выходного сопротивления МКТ, попадающего на границу активного режима и режима отсечки. Вентиль МКТ оказывается разомкнутым, при этом UКЭ?0,6В, что соответствует уровню логической 1 (при Еп=1,5В).

С точки зрения схемотехники И2Л имеют ряд особенностей. Одна из основных заключается в том, что МКТ И2Л имеют малый нормальный (?=2...20) и большой инверсный (?1>100) коэффициенты усиления в противоположность обычным биполярным МЭТ. Это объясняется тем, что нормальный коэффициент МКТ прямо пропорционален отношению , где Ski, SЭ – площади i-го коллекторного и эмиттерного переходов. Поскольку <<1, то ? мало. Чем больше число коллекторов МКТ, тем меньше ?, при этом . Следует отметить, что для увеличения ?? желательно создать не одноколлекторный транзистор с большой площадью коллекторного перехода, а МКТ с параллельным соединением коллектора. Однако увеличение числа коллекторов приводит к ухудшению динамических характеристик схемы из-за увеличения емкости коллекторного перехода.

Следующая особенность И2Л-схем состоит в том, что в них рабочие токи IК могут изменяться в широком диапазоне (от мкА до мА) в зависимости от площадей транзисторов и их коэффициентов усиления. Благодаря этому на одной и той же подложке можно реализовать как микромощную И2Л-схему, так и схему с рабочими токами в несколько миллиампер. Следует отметить, что зависимость значения ? от IК и от температуры довольно слабая. В диапазоне Ik=1мкА…1мA и Т=0?…+70 можно считать постоянным.

Третья особенность И2Л состоит в том, что они имеют малые рабочие сигналы: . Из-за малой толщины базы и эмиттера И2Л -схемы имеют наибольшие напряжения пробоя (2...5В) в обратно смещенных коллекторных переходах транзисторов.

При выполнении операции ИЛИ-НЕ () два вентиля инвертора МКТ1 и МКТ2 объединяют по коллекторным цепям (рисунок 1.19, б). Для образования операции ИЛИ () применяется дополнительный инжекционный инвертор. Достоинства И2Л – отсутствие резисторов (и связанные с этим экономия площади, уменьшение мощности, уменьшение Еп и времени задержки), малая емкость коллектора и малое остаточное напряжение на насыщенных транзисторах.

 

Случайные новости

3. Система умовних позначень і корпуси ІМС

Інтегральні мікросхеми поділяються за функціональними ознаками на підгрупи і види. Кожна підгрупа і вид мають відповідне буквене позначення. Вони представлені у довідниках по інтегральним схемам. Наприклад, підгрупа формувачів імпульсів має буквене позначення “А”, а окремий вид – друге позначення (для формувачів імпульсів прямокутної форми – “Г” і одержуємо буквене позначення типономіналу “АГ”). Генератори “Г”, гармонічних сигналів (“С”) – ГС, схеми вторинних джерел живлення “Е”, стабілізатори напруги “Н” –ЕН, елементи арифметичних і дискретних пристроїв “І”, регістри “Р” –ІР, логічні елементи “Л”, елемент ”НІ” – ЛН, ”АБО” – ЛЛ, ”І-АБО” – ЛС.

Повне умовне позначення ІМС складається з чотирьох елементів.

Перший елемент (одна цифра) відображає класифікацію ІМС за конструктивно-технологічними ознаками: 1,5,7 – напівпровідникові; 2,4,6,8 – гібридні; 3- інші.

Другий елемент (дві цифри) – це порядковий номер розробки, якого набуває дана серія ІМС, в сукупності перші два елементи у вигляді цифр визначають повний номер серії (155 серія, 710 серія).

Третій елемент складається з двох букв, які відображають підгрупу і вид ІМС (АГ, ЕН,ІР…).

Четвертий елемент- цифра, яка означає порядковий номер розробки конкретної мікросхеми за функціональною ознакою в даній серії.

Наприклад, мікросхема 140УД7 - інтегральний напівпровідниковий операційний підсилювач (УД) з порядковим номером розробки серії 40, серії 140, з порядковим номером розробки даної схеми в серії за функціональною ознакою 7.

Для врахування розкиду електричних параметрів ІМС в межах даного типономіналу в кінці умовного позначення може бути добавлена буква. В умовних позначеннях ІМС широкого застосування на початку позначення ставиться буква К. Після цієї букви може бути також приведене умовне позначення корпуса мікросхеми (пластмасовий –П, керамічний –І). Буква Б відповідає безкорпусному варіанту ІМС.

В умовних позначеннях безкорпусних ІМС вводиться через дефіс цифра, яка характеризує конструктивні особливості мікросхеми : 1 – з гнучкими виводами; 2 – з павуковими; 3 – з жорстким; 4 – нерозділені на пластині; 5 – розділені без втрати орієнтації; 6 – без виводів. Наприклад КБ710УД4-4.

Для захисту елементів і компонентів ІМС від дії зовнішнього середовища – пилу, вологи, механічних і електромагнітних дій – кристал (підкладку) герметизують за допомогою ізоляційних матеріалів, або використовуючи вакуум – щільну герметизацію. Це ускладнює конструкцію ІМС, суттєво підвищуючи, однак її надійність. Виготовляється велика номенклатура корпусів для ІМС. Всі вони стандартизовані і тому наперед визначають правила встановлення і монтажу ІМС на друкованих платах. Отже, крім прямого призначення корпус ІМС повинен мати конструктивні характеристики, особливо за габаритними розмірами і розміщенням виводів.

Промисловість випускає корпуси ІМС круглої та прямокутної форми. Корпус круглої форми являє собою модифікований металоскляний корпус транзисторів із збільшеним числом виводів. Спочатку число виводів було збільшено до 8, а потім до 12.

Прямокутні корпуси поділяються на дві основні групи: з планарними виводами, які розміщені в площі корпусу, і з штирьовими виводами. У поперечному розрізі виводи можуть бути круглої, квадратної або прямокутної форми.

Мікросхеми в круглих і прямокутних корпусах з штирьовими виводами встановлюють на друкованих платах, запаюючи виводи в отворах плат. Корпуси з планарними виводами при встановлені на плати не потребують в ній отворів: планарні виводи зверху припаюються до контактних площинок плат. Тому планарні виводи можуть бути легко відпаяні під час ремонтних робіт. Мікросхеми з такими виводами можна розміщувати з двох сторін друкованої плати.

В залежності від використаних матеріалів розрізняють такі типи корпусів: металоскляні, металокерамічні, керамічні і пластмасові.

Кристали мікросхеми високого ступеню інтеграції з числом елементів понад 103 –104 - ВІС мають велику кількість виводів, що накладає особливості на конструкцію корпусу. Для розміщення великого числа виводів з встановленим кроком металокерамічні та пластмасові корпуси ВІС роблять подовженої форми.

Велика кількість виводів в корпусі ВІС, а також їх недостатня механічна міцність збільшує ймовірність пошкодження виводів при виробництві, транспортуванні і встановленні мікросхеми в радіоелектронну апаратуру. Через це почали виготовляти корпуси для ВІС без штирьових або планарних виводів. Встановлюють такі корпуси на друковану плату з допомогою спеціальної панелі типу “роз’єднувач”, яка затискує контакти.

Графічно ІМС зображують відповідно ГОСТ 2.759-82 для цифрових та аналогових ІМС відповідно (рис. 2). Для цифрових ІМС введені такі па­раметри, як напруга логічної одиниці – ”1”, та логічний ноль – ”0”. Логічна одиниця — це високий потен­ціал, а логічний нуль — низький потен­ціал для позитивної логіки і, навпаки, для зворотної логіки.

 

Рис. 2. Графічне зображення інтегральних мікросхем за ГОСТ 2.743—82 и ГОСТ 2.759—82:

а— елемент І; б — елемент І-НІ; в — елемент АБО, г — RS-тригер; д—набір транзисторів (транзисторна збірка) типу р-п-р; е—набір транзисторів типу п-р-п; ж—набір діодів з прямою полярністю; з — операційний посилювач без зворотного зв’язку

Інтегральні мікросхеми випускають серіями. Серії поєднують в собі мікро­схеми, які мають однакове конструктив­не виконання, але які відносятся до різних підгруп і призначені для спільного використання. Більшість цифрових схем відносяться до потенціаль­них схем, у яких сигнал на вході та виході має два рівня: високий та низький. Високому рівню відповідає логічна одиниця, а низькому — логічний нуль.

Розробка будь-якої серії та цифрових мікросхем зазвичай починається з розробки базового логічного елемента. Цей еле­мент лежить в основі всіх мікросхем серії.

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру