Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВЫБОР СХЕМО-ТЕХНОЛОГИИ
ПРОЕКТИРУЕМОЙ БИС
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Рассмотрим наиболее распространенные схемотехнологии применяемые в интегральных схемах:
Технология ТТЛ основана на биполярных структурах. Базовый элемент ТТЛ представляет собой схему, содержащую один многоэмиттерный транзистор и один обычный (см. рис. 4.1), это логическая схема И-НЕ (функцию И выполняет транзистор VT1, а функцию инверсии выполняет транзистор VT2).
Рис. 4.1. Базовый элемент ТТЛ.
Подобная схема обладает низкой помехоустойчивостью и низким быстродействием, быстродействие можно увеличить, используя сложный инвертор, который позволяет сократить время включения (переход из логического «0» в логическую «1»); но время выключения (переход из логической «1» в логический «0») сократить, не удается.
Более высокое быстродействие позволяют получить схемы субсемейства ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с использованием транзисторов с барьером Шотки; см. рисунок 4.2). В таких схемах барьер Шотки создает нелинейную обратную связь в транзисторе, в результате транзисторы не входят в режим насыщения, хотя и близки к этому режиму. Следовательно, практически исключается время рассасывания, что позволяет существенно увеличить быстродействие.
Рис. 4.2. Транзистор Шотки.
Технология ЭСЛ является так же, как и технология ТТЛ, биполярной, т.е. элементы строятся с использованием биполярных структур. Основой элементов ЭСЛ является так называемый «переключатель тока», на основе которого строится базовый элемент этой технологии - ИЛИ- -НЕ (см. рис. 4.3); по выходу1 данной схемы реализуется логическая функция ИЛИ-НЕ, а по выходу2 - ИЛИ.
Рис. 4.3. Базовый элемент ЭСЛ.
Из-за низкого входного сопротивления схемы ЭСЛ обладают высоким быстродействием и работают преимущественно в активном режиме, следовательно, помеха попавшая на вход усиливается. Для повышения помехоустойчивости шину коллекторного питания делают очень толстой и соединяют с общей шиной.
По сравнению со схемами ТТЛ схемы ЭСЛ обладают более высоким быстродействием, но помехоустойчивость у них гораздо ниже. Схемы ЭСЛ занимают большую площадь на кристалле, потребляют большую мощность в статическом состоянии, так как выходные транзисторы открыты и через них протекает большой ток. Схемы, построенные по данной технологии не совместимы со схемами, построенными по другим технологиям, использующим источники положительного напряжения.
В отличие от технологий, рассмотренных выше, технология пМДП основана на МДП - структурах, которые обеспечивают следующие преимущества по сравнению с биполярными:
Основными логическими схемами изготовлеваемыми на основе пМДП являются схема ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см. рис. 4.4 и рис. 4.5).
Рис. 4.4. Схема ИЛИ-НЕ.
Рис. 4.5. Схема И-НЕ.
К недостаткам этих схем можно отнести невысокое быстродействие, по сравнению со схемами ТТЛШ и ЭСЛ. Но в настоящее время благодаря применению новых технологий (окисная изоляция, использование поликремневых затворов, технология «кремний на сапфире») создаются быстродействующие МДП структуры.
4.1.4. ТЕХНОЛОГИЯ КМДП.
Следующим шагом развития МДП технологии стало использование комплиментарных МДП транзисторов, т.е. транзисторов с разным типом проводимости, причем основными являются транзисторы п-типа; а транзисторы р-типа используются в качестве динамической нагрузки.
Использование КМДП-схем по сравнению со схемами пМДП позволяет снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и помехоустойчивость, однако это достигается за счет увеличения площади занимаемой на кристалле и усложнения технологии производства.
Базовыми элементами КМДП-схем являются, как и для пМДП, логические элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см рис. 4.6 и 4.7).
Рис. 4.7. Схема И-НЕ.
К особенностям интегральных схем, построенных по технологии КМДП можно отнести следующее:
При сравнении рассмотренных выше схемотехнологий не трудно придти к следующим выводам:
В результате анализа различных технологий (см. ГЛАВА 9) было отдано предпочтение технологии КМДП, как наиболее оптимальной для решения данной задачи.
Для решения некоторых задач, например, таких как подключение нескольких устройств к одной шине, используются схемы с третьим состоянием. Помимо двух логических уровней у такой схемы есть еще одно - третье состояние, в котором выход (иногда вход) схемы отключен, и сигналы проходящие по шине в этот момент не влияют на элементы данной схемы, и в тоже время на шину не поступают сигналы от отключенных таким способом элементов. В результате схемы с третьим состоянием позволяют избежать наложения сигналов от разных устройств, подключенных к одной шине и, следовательно, избежать помех в общих для нескольких устройств проводниках. Так как для построения схемы была выбрана технология КМДП, то рассмотрим схему с тремя состояниями на примере инвертора построенного по технологии КМДП, схема этого устройства изображена на рисунке 4.8.
Транзисторы VT1 и VT2 представляют собой обычный КМДП инвертор, подключенный к источнику питания и общей шине через транзисторные ключи, построенные на транзисторах VT3 и VT4.
Рис. 4.8. Схема КМДП с тремя состояниями.
Рассмотрим принцип работы данной схемы. Управление ей осуществляется двумя входами Z и Z. Если на вход Z подать напряжение логической единицы, то транзисторы VT3 и VT4 откроются и схема работает как обычный инвертор, а при подаче на управляющий вход напряжения логического нуля транзисторы VT3 и VT4 закроются и на выходе схемы окажется очень большое сопротивление. Таблица истинности такого элемента сведена в таблицу 4.1.
|
Вход |
Z |
Z |
Выход |
|
0 1 0 1 |
0 0 1 1 |
1 1 0 0 |
Отключен Отключен 1 0 |
Таблица 5.1.