3. Типи логіки

Існує ряд типів логіки (способів промислового виготовлення) функціонально еквівалентних мікросхем.

Функціональна еквівалентністьбазується на незмінності початкової логічної схеми цифрового приладу.

Найрадикальніше між собою розрізняються наступні типи логіки :

·         резистивно-транзисторна логіка (РТЛ) - найбільш простий варіант, де базовий елемент перемикача представлений транзистором з резисторами на вході; має низьку швидкодію і недостатню завадозахищеність;

·         діодно-транзисторна логіка (ДТЛ) - базовий елемент є транзистором з включеними на вході діодами; забезпечується максимальний захист від перешкод;

·         транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ) заснована на застосуванні біполярних транзисторів з декількома емітерами, кожен з яких є самостійним входом.

Логіка ТТЛ показала себе універсальною. Інтегральні схеми, реалізовані на її основі, мають збалансовані технічні показники та характеризуються великою здатністю навантаження, порівняно високою швидкодією і низькою споживаною потужністю.

Існують типи логіки, створені на основі ТТЛ, :

·         транзисторна емітерно-пов'язана логіка (ЭСЛ) - дозволяє максимально збільшити швидкодію за рахунок включення базового транзистора в ненасиченому режимі; недолік - порівняно висока споживана потужність;

·         логіка з діодами Шотки (ТТЛШ) - використовує ефект Шотки, що не дозволяє базовому транзистору увійти до режиму насичення, внаслідок чого значно скорочується затримка перемикання і знижується енергоспоживання.

Біполярна мікроелектронна технологія на основі ефекту Шотки досить поширена. Важливу роль грає той факт, що мікросхеми ТТЛ і ТТЛШ мають однакову напругу електроживлення +5В і схожі значення логічних рівнів, що полегшує їх електричне сполучення.

Основні технічні параметри ТТЛ і ТТЛШ приведені в таблиці 1.1.

Перспективи розвитку радянської мікроелектроніки зв'язувалися з інтегрально-інжекційною логікою (И2Л), яка, не дивлячись на обмежену швидкодію, могла стати альтернативою біполярним технологіям. Переваги И2Л - висока міра інтеграції і низьке енергоспоживання. З розвалом СРСР дослідження інжекційних технологій сповільнилися.

Переважна більшість сучасних мікросхем, у тому числі, мікропроцесорів і систем на кристалі, виготовляється за технологією КМОП - логіки комплементу на полярних транзисторах «метал-оксид-напівпровідник» (МОН).

В порівнянні з іншими МОН-структурами (n-МОП, p-МОП), базовий елемент комплементу об'єднує в собі частини польових транзисторів n- і p- типа. Мікросхеми КМОП мають високу швидкодію і порівняно мале енергоспоживання, хоча складніші у виготовленні.

Таблиця 1.1 - Основні параметри вітчизняних серій мікросхем

Параметр

133, 155

130, 131

136, 158

134

530, 531

533, 555

1531

1533

I 0вх, мА

-1.6

2.3

-0.4

-1.18

-2

-0.4

0.6

-0.2

I 1вх, мА

0.04

0.07

0.02

0.01

0.05

0.02

0.02

0.02

U 0вых, В

0.4

0.35

0.3

0.3

0.5

0.4

0.8

0.4

U 1вых, В

2.4

2.4

2.4

2.3

2.7

2.5

2.0

2.5

Kраз

10

10

10

10

10

10

30

20

t0/1, нс

22

10

60

100

4.5

10

3.9

4

t1/0, нс

15

10

60

100

5

10

3.8

4

Pпот, мВт

22

44

6

2

19

2

4

1

fмакс, Мгц

10

30

5

3

50

15

5000

100

Uпом, В

0.4

0.4

0.4

0.35

0.5

0.7

0.8

0.8

У 2011 році по КМОП-технології з технологічним допуском 0.28 нм була виготовлена «найбільша» у світі мікросхема, що складається з 3.9 млрд. транзисторів (фірма Altera).


Рисунок 1.1 - Маркування мікросхем фірми Texas Instruments