Классификация цифровых микросхем.

Интегральная микросхема это микроэлектронное изделие, состоящее из активных (транзисторов) и пассивных (диодов, резисторов, конденсаторов) элементов, а также из соединяющих их проводников, которое изготавливается в едином технологическом процессе в объеме полупроводника или на поверхности диэлектрического основания, заключено в корпус и представляет собой неразделимое целое. Иногда ее называют интегральной схема, иногда микросхемой, соответственно, возможны сокращенные обозначения ИМС, ИС, МС.

По технологии изготовления микросхемы делятся на три разновидности: полупроводниковые (самые распространенные), пленочные (почти не выпускаются) и гибридные (выпускают немного и выпуск сокращают).

В полупроводниковых микросхемах все элементы и их соединения изготавливаются в объеме (внутри) и частично на поверхности полупроводника. Иногда полупроводниковую микросхему называют твердотельной схемой, что является буквальным переводом с английского языка (solid state).

В пленочной микросхеме все элементы и их соединения выполнены в виде пленок из проводящих и диэлектрических материалов на диэлектрическом основании. В этих микросхемах нет транзисторов и диодов.

В гибридных микросхемах пассивные элементы и соединительные проводники изготавливают по пленочной технологии, а бескорпусные транзисторы и диоды, изготовленные отдельно по полупроводниковой технологии, соединяют тонкими проводами диаметром 0,04 мм с контактными площадками.

По функциональному назначению микросхемы делятся на две категории:

– аналоговые, обрабатывающие сигналы, изменяющиеся по закону непрерывной функции;

– цифровые, обрабатывающие цифровые сигналы.

Транзисторы, применяющиеся в цифровых микросхемах, бывают двух типов:

– обычные (n–p–n или p–n–p) биполярные транзисторы;

– полевые (униполярные) транзисторы.

В цифровых микросхемах применяются полевые транзисторы только с изолированным затвором, имеющие структуру: металл (затвор), диэлектрик (изоляция затвора), полупроводник (канал, сток–исток), сокращенно МДП, а так как в качестве диэлектрика обычно используется окись кремния, то обычно эти транзисторы а также микросхемы на них сокращенно называют МОП. Чаще всего в цифровых микросхемах используют пары МОП транзисторов, дополняющие друг друга по проводимости канала, такие микросхемы называют КМОП от слова комплиментарный, что означает дополняющий.

В зависимости от элементов, на которых собраны входные и выходные каскады микросхем, от схемных особенностей этих каскадов цифровые микросхемы делятся на несколько групп или, так называемых "логик" (здесь под словом "логика" подразумевается логический элемент или электронный ключ):

1. РТЛ, – резистивно–транзисторная логика, в которой на входах стоит резистивный сумматор токов, реализующий для положительной логики функцию ИЛИ; выходной каскад собран на транзисторном инверторе;

2. ДТЛ, – диодно–транзисторная логика, в которой на входах стоит несколько диодов, реализующих функцию И или ИЛИ; выходной каскад на транзисторах;

3. ТТЛ, – транзисторно–транзисторная логика, в логических элементах которой ко входам подключены эмиттеры многоэмиттерного транзистора; с помощью этого многоэмиттерного транзистора реализуется функция И; выходной каскад собран на транзисторах;

4. ЭСЛ, – эмиттерно–связанная логика, в которой на входах стоят транзисторы, эмиттеры которых связаны друг с другом;

5. nМОП, pМОП, – МОП логика, все элементы которой выполнены на МОП транзисторах с проводимостью канала n–типа (n–МОП) или p–типа (p–МОП);

6. КМОП, – логика, все элементы которой выполнены на двух типах МОП транзисторов nМОП и pМОП, дополняющих друг друга, т.е. комплиментарных;

7. И² Л, – интегральная инжекционная логика, в которой отсутствуют резисторы; инжекция носителей в область базы транзистора осуществляется с помощью активных генераторов тока, выполненных на p–n–p транзисторах, тогда как сам базовый инвертор, – на n–p–n транзисторах.

По принятой у нас системе обозначение микросхемы должно состоять из четырех основных элементов:

1) цифра, соответствующая конструктивно–технологической группе (1, 5, 6, 7, – полупроводниковые микросхемы , из них 7, – бескорпус­ные; 2, 4, 8, – гибридные микросхемы ; 3, – прочие, в том числе пленочные, вакуумные, керамические и т.д.);

2) две, а в последнее время три цифры, обозначающие порядковый номер разработки серии микросхем;

3) две буквы, обозначающие функциональное назначение микросхемы ; первая буква соответствует подгруппе (сейчас девятнадцать подгрупп), вторая, – виду (от трех до семнадцати видов в подгруппе);

4) порядковый номер разработки данной микросхемы внутри своего вида в данной серии.

Номером серии микросхемы считают первые три или четыре цифры. Для микросхем, используемых в устройствах широкого применения, перед номером серии ставится буква К. Для характеристики материала и типа корпуса микросхемы после буквы К могут быть добавлены следующие буквы: Р, – для пластмассового корпуса второго вида, М, – для керамического, металлического и стеклокерамического корпуса второго типа. В конце обозначения микросхемы может быть добавлена буква, конкретизирующая один из основных ее параметров. меняются для построения ЦВМ, а также цифровых узлов измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления, связи и т. д.

По конструктивно-технологическому исполнению все цифровые ИС делятся на группы. По характеру выполняемых функций в аппаратуре ИС подразделяются на подгруппы (например, логические элементы, триггеры и т. д.) и виды внутри подгрупп (например, триггеры с задержкой, триггеры универсальные и т. д.). Разделение цифровых ИС на подгруппы и виды по функциональному назначению приведены в следующей таблице:

Таблица 1.1. Цифровые интегральные микросхемы
Подгруппа и вид ИС	Обозначение
Формирователи:
импульсов тока	AA
импульсов прямоугольной формы	АГ
импульсов специальной формы	АФ
прочие	АП
Схемы задержки	БР
Схемы вычислительных средств:
сопряжение с магистралью	ВА
синхронизации	ВБ
управления вводом-выводом (схемы интерфейса)	ВВ
контроллеры	ВГ
микроэвм	BE
специализированные	ВЖ
времязадающие	ВИ
комбинированные	ВК
микропроцессоры	ВМ
управление прерыванием	ВН
прочие	ВП
функциональные расширители (в том числе расширители разрядных данных)	ВР
микропроцессорные секции	ВС
схемы управления памятью	ВТ
схемы микропрограммного управления	ВУ
функциональные преобразователи информации (арифметические, тригонометрические, логарифмические, быстрого преобразования Фурье и др.)	ВФ
Генераторы :
прямоугольных сигналов	ГГ
сигналов специальной формы	ГФ
Схемы арифметических и дискретных устройств:
арифметическо-логические устройства	ИА
шифраторы	ИВ
дешифраторы	ИД
счетчики	ИЕ
комбинированные	ИК
полусумматоры	ИЛ
сумматоры	ИМ
прочие	ИП
регистры	ИР
Коммутаторы и ключи:
напряжения	КН
тока	КТ
прочие	КП
Логические элементы:
И-НЕ	ЛА
И-НЕ/ИЛИ-НЕ	ЛБ
расширители	ЛД
ИЛИ-НЕ	ЛЕ
И	ЛИ
И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ	ЛК
ИЛИ	ЛЛ
ИЛИ-НЕ/ИЛИ	ЛМ
НЕ	ЛН
прочие	ЛП
И-ИЛИ-НЕ	ЛР
И-ИЛИ	ЛС
Преобразователи сигналов:
двоичного кода в семисегментный код	ПП
уровня (согласователи)	ПУ
код - код	ПР
Схемы запоминающих устройств (ЗУ):
ассоциативные ЗУ	РА
матрицы постоянных ЗУ	РВ
постоянные ЗУ (масочные)	РЕ
матрицы оперативных ЗУ	РМ
прочие	РП
постоянные ЗУ с возможностью многократного электрического перепрограммирования	РТ
оперативные ЗУ	РУ
постоянные ЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации	РФ
Схемы сравнения	СА
	СП
	СК
Триггеры :
универсальные (типа JK)	ТВ
динамические	ТД
комбинированные	ТК
Шмитта	ТЛ
с задержкой (типа D)	ТМ
прочие	ТП
с раздельным запуском (типа RS)	ТР
счетные (типа Т)	ТТ
Усилители	УЛ
Многофункциональные схемы
цифровые	ХЛ
комбинированные	ХК
цифровые матрицы	ХМ
прочие	ХП

Сведения о подгруппе и виде микросхемы содержатся в ее условном обозначении

.

В соответствии с ГОСТ 17021-75 обозначение цифровых ИС должно состоять из четырех элементов. Первый из них - цифра (1, 5, 7), обозначающая группу ИС. Она определяется конструктивно-технологическим исполнением ИС. Второй элемент -две или три цифры (от 00 до 99 либо от 000 до 999), указывающие порядковый номер разработки серии ИС. Третий элемент - две буквы, обозначающие подгруппу и вид микросхемы, определяющие основные функциональные назначения ИС (табл. 1.1). Четвертый элемент-число, обозначающее порядковый номер разработки ИС по функциональному признаку в данной серии.

Два первых элемента обозначают серию ИС. Под серией понимают совокупность типов ИС, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения.

Пример условного обозначения интегральной полупроводниковой логической микросхемы И-НЕ с порядковым номером разработки серии - 1533, порядковым номером разработки данной схемы в серии по функциональному признаку - 3 приведен ниже.

При необходимости разработчик ИС имеет право после порядкового номера разработки ИС по функциональному признаку в данной серии дополнительно поместить букву (от А до Я), обозначающую отличие электрических параметров ИС одного типа (например, 531ЛА1П). Конечная буква при маркировке может быть заменена точкой. Цвет ее указывается в технических условиях (ТУ) на ИС конкретных типов. Для микросхем, используемых в устройствах широкого применения, в начале обозначения добавляется буква К (на- пример, К1533ЛАЗ). Как правило, ИС с буквой К отличаются от микросхем, не имеющих ее, условиями приемки на заводе-изготовителе, т. е. отличаются не только диапазоном температур, при которых они могут быть использованы, но и численными значениями некоторых параметров.

В последнее время для некоторых ИС после буквы К ставится дополнительная буква, указывающая особенность конструктивного исполнения (например, КР, КМ, КФ).

Для бескорпусных ИС перед цифровым обозначением серии добавляют букву Б, а после обозначения порядкового номера разработки ИС по функциональному признаку в данной серии (или после дополнительного буквенного обозначения) через дефис указывают цифру, характеризующую модификацию конструктивного исполнения (например, Б133ЛАЗ-1). В табл. 1.2 приведены обозначения конструктивного исполнения для различных модификаций бескорпусных ПС.

Таблица 1.2. Модификация конструктивного исполнения
Характеристика конструктивного исполнения микросхем (модификация)	Обозначение конструктивного исполнения
С гибкими выводами	1
С ленточными (паучковыми) выводами	2
С жесткими выводами	3
На общей пластине (нераздельные)	4
Раздельные без потери ориентировки	5
С контактными площадками без выводов (кристалл)	6

Основные серии, тип логики, шифр корпуса и номер его рисунка, а также назначение цифровых ПС приведены в табл 1.2.

Например: КМ155ЛА3, К561ИЕ33, 564ЛА7, КР565РУ8Г.

Корпуса цифровых микросхем бывают в основном двух видов:

1. Планарные (плоские), у этих микросхем условное обозначение корпуса начинается с цифры 4; выводы числом от четырнадцати до сорока двух расположены с двух сторон микросхемы с шагом 1.25 мм, прямые, припаиваются, как правило, к дорожкам печатной платы на стороне установки микросхем; такие корпуса часто называют SOIC (small outline integrated cirquit, – микросхема в малом корпусе с выводами, не лежащими в одну линию). Иногда такой тип корпуса называют сокращенно, – SO.

Планарный корпус микросхемы

2. Корпус dip – dual in line package, – в две линии расположенные выводы (иногда этот тип корпуса называют DIL, иногда, чтобы указать, что корпус изготовлен из пластмассы – PDIP, plastic DIP), – корпус микросхемы, у которой обозначение корпуса начинается с цифры 2; выводы числом от четырнадцати до сорока двух с двух сторон микросхемы с шагом обычно 2,5 мм, изогнутые под углом 90⁰ , припаиваются только в отверстиях печатных плат.

DIP корпус микросхемы

Отечественные ТТЛ микросхемы в планарных корпусах часто имеют в обозначении серии вторую цифру 3 (133, 136), они обычно выпускаются для специального применения при температуре от – 60 ⁰C до 125 ⁰C, а в dip–корпусах имеют вторую цифру 5 (155,1531), выпускаются для широкого применения при температуре от – 10 ⁰C до 70 ⁰C.

Среди миниатюризированных современных корпусов микросхем, предназначенных для припаивания только на стороне установки микросхем, можно в качестве примера привести следующие:

– SOIC – small outline integrated circuit, при обозначении SN…DW

За рубежом в обозначении ТТЛ микросхем имеются числа 54 для микросхем специального (военного) применения, и 74, – для широкого (гражданского) применения. Буквы в конце зарубежных обозначений означают: L, – низкое потребление мощности, но низкое быстродействие; H, – высокое быстродействие, но и большое потребление мощности; S, – с диодами Шоттки (Sсhottky); A, – улучшенные, перспективные от слова Advance (вольный перевод "аванс"); F, – быстрые от слова Fast – быстрый.

В обозначение зарубежных КМОП (CMOS) микросхем обычно входит число 40 (CD4011B).

Американская фирма "TEXAS INSTRUMENTS", крупнейший в мире разработчик и производитель цифровых микросхем средней интеграции, в одном из своих проспектов в 1996 году опубликовала график, приведенный на рис. 1, которым, по мнению специалистов этой фирмы, можно охарактеризовать историю развития и перспективы использования различных серий цифровых микросхем.

Жизненный цикл микросхем различной технологии по данным американской фирмы "texas instruments" :

V/ LVC Низковольтная CMOS логика;

LVT Низковольтная технология;

ALVC Усовершенствованная низковольтная CMOS логика;

ABT Усовершенствованная BiCMOS технология;

BCT BiCMOS технология;

F Биполярная технология серии 74F;

AC/ACT Усовершенствованная CMOS логика;

HC/HCT Высокоскоростная CMOS логика.

КОД ASCII.

Для представления символичной информации в персональных компьютерах используется этот код. (эски).Это основной стандарт, международный для кодировки символов шестнадцатеричные коды 00 – 7F, расширение стандарта 80 – FF, расширенный стандарт( графика, нац.алфавит)

Впоследствии оказалось удобнее использовать 8-битные кодировки (кодовые страницы), где верхнюю половину кодовой таблицы (0—127) занимают символы US-ASCII, а нижнюю (128—255) — дополнительные символы, включая набор национальных символов. Таким образом, верхняя половина таблицы ASCII до повсеместного внедрения Юникода активно использовалась для представления локализированных символов, букв местного языка. Отсутствие единого стандарта размещения кириллических символов в таблице ASCII доставляло множество проблем с кодировками (КОИ-8, Windows-1251 и другие). Другие языки с нелатинской письменностью тоже страдали из-за наличия нескольких разных кодировок.

В Юникоде первые 128 символов тоже совпадают с соответствующими символами US-ASCII.

Кодировка

.0

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

.A

.B

.C

.D

.E

.F

0.

NUL

SOH

STX

ETX

EOT

ENQ

ACK

BEL

BS

TAB

LF

VT

FF

CR

SO

SI

1.

DLE

DC1

DC2

DC3

DC4

NAK

SYN

ETB

CAN

EM

SUB

ESC

FS

GS

RS

US

2.

!

"

#

$

%

&

'

(

)

*

+

,

—

.

/

3.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

:

;

<

=

>

?

4.

@

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

5.

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

[

\

]

^

_

6.

`

a

b

c

d

e

f

g

h

i

j

k

l

m

n

o

7.

p

q

r

s

t

u

v

w

x

y

z

{

|

}

~

DEL

Символ 0x5e в первой версии стандарта ASCII (1963) соответствовал стрелке вверх, а символ 0x5f — стрелке влево. Стандарт ECMA-6 (1965) заменил их на знак вставки (используемый также в роли циркумфлекса) и нижнюю черту (подчёркивание) соответственно.

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ БРАЙЛЯ КОДАМИ ASKII.

Система брайлевской письменности может быть разделена на две основные части по числу точек в одной ячейки, что образует шеститочечный и восьмиточечный Брайль. Для компьютера более характерен именно дополненный восьмиточечный вариант, который и нашёл отражение в стандарте Unicode 6.0, но зачастую возникает необходимость и в кодировании более простого шеститочечного варианта, кроме того, без использования Unicode, а в рамках стандартного диапазона ASCII.

Для решения этой задачи в конце шестидесятых годов XX века, ещё до появления Unicode 6.0, в США была разработана система кодирования шеститочечного Брайля посредством подмножества из шестидесяти четырёх символов из диапазона ASCII, которая получила название "The North American Braille ASCII Code" (Североамериканский ASCII код для представления шрифта Брайля - англ.). В последствии система получила распространение по всему миру и сейчас, как правило, называется просто "Braille ASCII".

Основная сфера применения данной системы - это хранение шеститочечного брайлевского текста в простом цифровом формате, при котором не требуется какого-то специального программного обеспечения для редактирования файлов. Например, вот так будет выглядеть слово "Тифлокомп", закодированное по правилам этой системы, - "^TIFLOKOMP". Большинство программ по подготовки брайлевской печати могут экспортировать и импортировать файлы в данной системе кодирования. Кроме того, формат электронных брайлевских документов BRF также основан на кодировании по системе Braille ASCII с добавлением некоторых служебных конструкций.

Как уже отмечалось, стандарт Unicode 6.0 также включает в себя средство для кодирования брайлевских символов, к тому же по расширенной восьмиточичной системе. Подробнее об этом и некоторых общих принципах Брайля можно прочитать в материале Шрифт Брайля в стандарте Unicode. Однако в отношении кодирования именно шеститочичного Брайля до сих пор предпочтение отдаётся именно системе Braille ASCII.

В сущности, Braille ASCII - это лишь подмножества всей таблицы ASCII. Поскольку вариативность шеститочия равна 2⁶, то есть 64, здесь задействована лишь половина всего ASCII-диапазона, а именно символы от 32 до 95 включительно.

Правила соответствия различных конфигураций точек и ASCII символов построены не на основе бинарного инкремента, как в Unicode, а, главным образом, на принципе максимального соответствия плоскопечатных и брайлевских символов. По этой причине, система Braille ASCII, пожалуй, менее очевидна, нежели Braille Patterns из Unicode 6.0, особенно если речь идёт о тексте не на английском языке.

Таблица знаков Braille ASCII выглядит следующим образом:

Код символа	ASCII-символ	Брайлевские точки	Брайлевский символ
U+20	(знак пробела)	0	⠀
U+21	!	2-3-4-6	⠮
U+22	"	5	⠐
U+23	#	3-4-5-6	⠼
U+24	$	1-2-4-6	⠫
U+25	%	1-4-6	⠩
U+26	&	1-2-3-4-6	⠯
U+27	'	3	⠄
U+28	(	1-2-3-5-6	⠷
U+29	)	2-3-4-5-6	⠾
U+2A	*	1-6	⠡
U+2B	+	3-4-6	⠬
U+2C	,	6	⠠
U+2D	-	3-6	⠤
U+2E	.	4-6	⠨
U+2F	/	3-4	⠌
U+30	0	3-5-6	⠴
U+31	1	2	⠂
U+32	2	2-3	⠆
U+33	3	2-5	⠒
U+34	4	2-5-6	⠲
U+35	5	2-6	⠢
U+36	6	2-3-5	⠖
U+37	7	2-3-5-6	⠶
U+38	8	2-3-6	⠦
U+39	9	3-5	⠔
U+3A	:	1-5-6	⠱
U+3B	;	5-6	⠰
U+3C	<	1-2-6	⠣
U+3D	=	1-2-3-4-5-6	⠿
U+3E	>	3-4-5	⠜
U+3F	?	1-4-5-6	⠹
U+40	@	4	⠈
U+41	A	1	⠁
U+42	B	1-2	⠃
U+43	C	1-4	⠉
U+44	D	1-4-5	⠙
U+45	E	1-5	⠑
U+46	F	1-2-4	⠋
U+47	G	1-2-4-5	⠛
U+48	H	1-2-5	⠓
U+49	I	2-4	⠊
U+4A	J	2-4-5	⠚
U+4B	K	1-3	⠅
U+4C	L	1-2-3	⠇
U+4D	M	1-3-4	⠍
U+4E	N	1-3-4-5	⠝
U+4F	O	1-3-5	⠕
U+50	P	1-2-3-4	⠏
U+51	Q	1-2-3-4-5	⠟
U+52	R	1-2-3-5	⠗
U+53	S	2-3-4	⠎
U+54	T	2-3-4-5	⠞
U+55	U	1-3-6	⠥
U+56	V	1-2-3-6	⠧
U+57	W	2-4-5-6	⠺
U+58	X	1-3-4-6	⠭
U+59	Y	1-3-4-5-6	⠽
U+5A	Z	1-3-5-6	⠵
U+5B	[	2-4-6	⠪
U+5C	\	1-2-5-6	⠳
U+5D	]	1-2-4-5-6	⠻
U+5E	^	4-5	⠘
U+5F	_	4-5-6	⠸