Цифровые интегральные микросхемы

Популярные цифровые интегральные микросхемы. Справочник.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель”.

Сегодняшняя статья “Практикума” посвящена цифровым интегральным микросхемам.
Как-то, собирая конструкцию на микроконтроллере, я столкнулся с проблемой нехватки портов ввода-вывода. Первая реакция – съездить в город, в магазин, и купить более “навороченный” микроконтроллер. Но ехать далеко, погода отвратительная, да и особого желания потратить полдня на покупку одной микросхемы не было. Решил включить “мозги” и решить проблему другим путем. Вспомнил схему из книги посвященной микроконтроллерам (слава Богу, есть еще в голове серое вещество), где связь с семисегментным светодиодным индикатором осуществлялась по одной линии (вместо семи), если не ошибаюсь – автор книги А. Мортон, и она, скорее всего, есть на сайте. А осуществлялось это чудо посредством цифровых интегральных микросхем.
Это длинное предисловие к статье к тому, что разрабатывая, или собирая готовую конструкцию, стоит помнить, что есть на свете цифровые микросхемы, которые помогут вам в трудную минуту, надо только не забывать об их существовании и знать на что они способны.

И так, приступаем. Как всегда немного теории, да еще чуть-чуть истории.

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была создана на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ («Микрон»). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Поэтому у каждой отечественной цифровой микросхемы есть зарубежный аналог (или наоборот).
Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах — самые экономичные (по потреблению тока):
♦ МОП-логика (металл-оксид-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;
♦ КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

Микросхемы на биполярных транзисторах:
♦ РТЛ — резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
♦ ДТЛ — диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
♦ ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика — микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;
♦ ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки — усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;
♦ ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика — на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, — что существенно повышает быстродействие;
♦ ИИЛ — интегрально-инжекционная логика.
КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем.

Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость к статическому электричеству — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 — сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Состав (назначение) цифровых микросхем:
– Логические элементы
– Триггеры
– Счётчики
– Регистры
– Буферные преобразователи
– Шифраторы
– Дешифраторы
– Цифровой компаратор
– Мультиплексоры
– Демультиплексоры
– Сумматоры
– Полусумматоры
– Ключи
– АЛУ
– Микроконтроллеры
- (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)
– Однокристальные микрокомпьютеры
– Микросхемы и модули памяти
– ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Цифровые интегральные микросхемы ТТЛ.
Наиболее популярными сериями микросхем ТТЛ являются:
– К155 - высокое быстродействие, обширная номенклатура, хорошая помехоустойчивость, большая потребляемая мощность;
–  К555 - замена серии “К155″ – потребляемая мощность меньше в 4-5 раз (по сравнению с К155);
– КР1533 - дальнейшее развитие микросхем серии ТТЛ, в 1,5-2 раза меньше потребляемая мощность при сохранении и повышения быстродействия (по сравнению с К555);
– КР531 - самое высокое быстродействие
Данные серии цифровых микросхем серии ТТЛ обеспечивают построение различных цифровых устройств, работающих на частотах до 80 МГц, однако их существенный недостаток – большая потребляемая мощность.
Если не нужно такое высокое быстродействие, а необходима минимальная потребляемая мощность применяют микросхемы КМОП серий.
Цифровые интегральные микросхемы КМОП (по мере развития):
– К176
– К561
– КР1564
– 564
– а также серия КР1554, которая практически по всем параметрам превосходит микросхемы ТТЛ и КМОП.
Основная особенность микросхем КМОП – ничтожно малое потребление тока в статическом режиме: 0,1-100 мкА.

В данной статье даются общие данные по цифровым интегральным микросхемам. Для использования их в конструкциях радиолюбителей необходим очень хороший справочник по таким микросхемам, который бы включал:
– принципы работы
– технические характеристики
– рекомендации по применению
– назначение
– распиновка
– схемы включения
– возможность самостоятельно подобрать замену
– примеры
Мне повезло, – когда-то я приобрел книгу С.А. Бирюкова “Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП”, было это еще в 2001 году, но до сегодняшнего дня она служит мне верой и правдой, заменяя кучу разнообразных справочников и даташитов. Если вам повезет и встретите эту книгу на прилавках магазинов – не раздумывая берите, не пожалеете.
А в настоящее время предлагаю вам воспользоваться ее электронной версией (но лучше иметь, естественно, бумажную версию книги):

  Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП (2.2 MiB, 4,715 hits)