Тема: Цифровые интегральные схемы на МОП и КМОП транзисторах. Зарубежные аналоги.

ЛЕКЦИЯ № 18

 

Микросхемы на базе КМДП - транзисторов получили широкое рас - построение. Они применяются в радиоэлектронных устройствах с автономными источниками питания: разные бортовые устройства, автономные устройства сбора и обработки данных и т. п. Их применяют и в устройствах ,где потребление мощности не имеет жестких ограничений. При этом снижаются требования к электрическим параметрам источников питания, снижается их мощность, повышается надежность, уменьшаются габариты и вес аппаратуры. Одновременно улучшается температурный режим аппаратуры и повышается ее надежность .

Первой серией, получившей широкое распространение, была серия К176 (зарубежный аналог CD4000). Микросхемы этой серии в зависимости от типа потребляют в статическом режиме ток 0,1…100мкА.Номинальное напряжение питания микросхем серии К176 9 В +_ 5 % .Однако они сохраняют свою работоспособность при напряжении питания 512В. Базовый элемент серии К176 имел невысокое быстродействие (200нс ).

Серия К176 содержит больше 40 различных функциональных элементов.

Микросхемы серии К561, 564 (зарубежный аналог CD4000A ) имеют более высокое быстродействие ( 50…110нс ) и могут работать при напряжении питания от 3 до 15В. При увеличении напряжения питания быстродействие микросхем повышается. Микросхемы серии К561 и 564 являются более совершенными, они превосходят микросхемы серии К176 по всем параметрам, однако, номенклатура микросхем серии К561 лишь частично совпадает с номенклатурой К176 и целиком микросхемы серии К561 заменить микросхемы серии К176 не могут. Микросхемы серии К176 и К561 выпускаются в корпусах 2-го типа.

Улучшенными характеристиками обладают микросхемы серии К1561 (зарубежный аналог CD4000В). Они отличаются наличием развязывающего буферного каскада на выходе. Это увеличивает среднее время задержки распространения сигнала при небольшом напряжении источника питания (5В) до 150нс, но улучшает переключательные характеристики. Микросхемы К1561, по сравнению с микросхемами К561, расширенный диапазон напряжения питания (3…18В), маленькую потребляемую мощность и высокую помехоустойчивость.

Для защиты от статического электричества базовые элементы этих серий содержат на выходе диоды и резистор. Под затворный диэлектрик КМДП-инвертора имеет высокое сопротивление и маленькую толщину. Это приводит к тому, что статический заряд способен создать напряжение достаточное для пробоя подзатворного диэлектрика и вызвать отказ ИМС. При появлении на выходе напряжения больше, чем напряжение источника питания диоды открываются и повышенное напряжение на затвор не подаётся. При поступлении на вход отрицательного напряжения относительно общей шины открывается также входной диод. При монтаже микросхем для устранения случайного пробоя статическим электричеством потенциалы платы, паяльника и тела монтажника должны быть одинаковыми.

Преимущества КМДП ИМС серий К561, К1561:

- маленькая мощность, потребляемая в диапазоне частот до 2 МГц;

- широкий диапазон напряжения питания от (3…18В);

- высокое входное сопротивление;

- большая нагрузочная способность (N=50);

- слабая зависимость электрических характеристик от температуры.

К недостаткам КМДП серии К561, К1561 можно отнести:

- повышенное входное сопротивление (0,5…1,0кОм);

- большое влияние емкости нагрузки и напряжения питания на среднее время задержки и потребляемую мощность;

- большой разброс всех параметров.

Применение микросхем серии К561, К1561 имеет свои особенности. Неиспользованные свободные выходы элементов должны быть соединены с используемыми входами или подключены к шине питания или обшей шине соответственно логике работы схемы.

Напряжение источника питания должно подаваться раньше или одновременно с поступлением входных сигналов.

Микросхемы серии К176, К561, К1561, имеющие одинаковые буквенно-цифровые обозначения, выполняют одинаковые функции и аналогичны по размещению выводов корпуса.

Микросхемы серии К1564 (зарубежный аналог 74НС ) относятся ко второму поколению КМДП цифровых ИМС. Они имеют более высокое быстродействие (10 нс.) при небольшом напряжении питания (2…6В), нагрузочную способность и меньшее изменение времени задержки в зависимости от емкости нагрузки. Преимуществом микросхем этой серии является значительно больший выходной ток, возможность работы на малые сопротивления нагрузки. Серия К1564 имеет расширенный функциональный состав. Микросхемы серии К1554 (зарубежный аналог 74АС) и КР1594 (зарубежный аналог 74АСТ) относятся к сериям, которые изготавливаются по усовершенствованной КМДП-технологии с оксидной изоляцией. Микросхемы серии К1554 предназначены для совместной работы с ТТЛ-схемами. Для этих серий характерно высокое быстродействие (3,5нс.), маленькая потребляемая мощность в статическом режиме, большие выходные токи.

Усовершенствование серий цифровых ИМС малой и средней степени интеграции в своём составе имеют ограниченное число функциональных элементов. В состав серии входят ИМС шинных формирователей, шинных интерфейсов с разной разрядностью. Они служат для согласования БИС и СБИС с другими микросхемами и линиями связи.

Вопросы для самопроверки

1 Какие электрические параметры и характеристики имеют первые серии КМДП?

2 Назовите меры, необходимые для защиты КМДП микросхем от статического электричества.

3 Охарактеризуйте усовершенствованные серии КМДП.