Основные серии цифровых интегральных схем

Функциональные возможности, параметры и характеристики ЦИС в значительной степени определяются технологией их изготовления. В настоящее время наиболее распространены ЦИС универсального назначения, изготовленные по следующим технологиям: транзисторно- транзисторная логика (ТТЛ), комплементарная МОП - логика ( КМОП) и эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ).

ТТЛ ЦИСявляются наиболее распространенными благодаря технологической отработанности и характеризуются:

- высоким быстродействием;

- помехоустойчивостью;

- умеренным энергопотреблением;

- хорошей нагрузочной способностью;

- низкой стоимостью.

Первым разработчиком ТТЛ ЦИС является фирма Texas Instruments, которая выпустила базовые серии SN74 и SN54. Дальнейшим развитием ТТЛ ЦИС является ТТЛ на базе транзисторов Шоттки (Shottky) – ТТЛШ ИС (SN74S/SN54S), которые обладают более высоким быстродействием.

Отечественной промышленностью выпускается несколько полностью совместимых серий ТТЛ ЦИС:

- универсальные (серии 133, 155);

- быстродействующие (ТТЛШ – серии 530, 531, 1531, с быстродействием в 3-4 раза выше, чем у универсальной серии );

- микромощные (серии с низким энергопотреблением ТТЛШ 533, 555, 1533, 1555, с энергопотреблением в 5-10 раз более низким, чем у универсальной серии при сравнимом быстродействии).

КМОП ЦИСпостроены на базе комплементарных МОП- транзисторах и характеризуются низким энергопотреблением при умеренном быстродействии.

Основными достоинствами КМОП ЦИС являются:

- исключительно низкое энергопотребление при работе на тактовых частотах до 2 МГц (в статическом режиме потребляемая мощность не превышает 1 мкВт);

- высокая помехоустойчивость;

- широкий диапазон питающих напряжений (от 3 до 15 В);

- большой коэффициент разветвления раз K = 50-100;

- сравнительно низкая стоимость.

При этом КМОП ЦИС имеют следующие недостатки:

- низкое быстродействие;

- низкую нагрузочную способность по току;

- большое выходное сопротивление;

- ограниченные возможности при работе на емкостную нагрузку

(С_Н < 500 пФ);

- сильную подверженность влиянию статического электричества (при напряжениях свыше 30-50 В на затворе происходит пробой диэлектрика и МОП- транзисторы выходят из строя).

Первым разработчиком КМОП ЦИС была фирма RCA, которая выпустила в 1968 г. серию CD4000. Отечественной промышленностью выпускаются следующие серии КМОП ЦИС:

- универсальные (серии 164, 176, 561, 564);

- с улучшенными характеристиками (серии 1561, 1564).

Указанные недостатки свойственны КМОП ЦИС ранних разработок. Совершенствование технологии изготовления КМОП ЦИС привело к тому, что новейшие разработки превосходят по быстродействию и потребляемой мощности ТТЛ ЦИС. В качестве примера можно привести КМОП ЦИС серии 74АС (отечественный аналог серия 1554) фирмы «NATIONAL». ЦИС данной серии обладают низкой потребляемой мощностью с возможностью работы в диапазоне питающих напряжений от 2 до 6 В, свойственной КМОП сериям; высоким быстродействием и большим выходным током, свойственным ТТЛ сериям.

ЭСЛ ЦИСявляются наиболее быстродействующими (с временем задержки распространения единицы наносекунд), но имеют при этом следующие недостатки:

- большую потребляемую мощность;

- ограниченный диапазон рабочих температур;

- сложность согласования уровней сигналов с ИС других серий.

Первым разработчиком ЭСЛ ЦИС является фирма Motorola, выпустившая базовые серии MC10000 (MC10K) и MC100000 (МС100К).

Основные серии отечественных ЭСЛ ЦИС – 100, 500, 1500. Основной областью применения ЭСЛ ЦИС являются быстродействующие устройства цифровой обработки информации.

Сравнительная характеристика основных серий ЦИС по основным параметрам приведена в табл. 5.5. Сравнительные данные по основным электрическим параметрам приведены в табл. 5.6.

Для ЦИС общего применения рабочий диапазон температур составляет от –10 до +70 0С , для ЦИС специального применения - от –60 до +125 0С .

Таблица 5.5 Сравнительная характеристика основных серий ЦИС

Таблица 5.6 Сравнительные данные по основным электрическим параметрам