Космонавтика  Конструирование интегральных микросхем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

Таблица 23

Логические элементы

триггеры

Технология

Серия SN

Время задержки распространения, не

Мощность рассеивания, мВт

Произведение быстродейст -вия на мощность рассен-

вания,

нс мВт

Частота переклю. чения, МГЦ

54/74

54Н/74Н

54L/74L

22 1

100 132 33

До 35 До 50 До 3

ТТЛ с диодами Шотки

54S/74S 54LS/74LS 54AS/74AS 54ALS/74ALS

9,5 1,5

19 2

20 1

57 19 30 4

До 125 До 45 До 200 До 50

4 нс при мощности рассеивания 1 мВт на ЛЭ. Для оценки эффек-тивности цифровых микросхем и рабочих характеристик применяется показатель, равный произведению быстродействия в наносекундах на рассеиваемую мощность в милливаттах. Типовые рабочие характеристики различных модификаций ЛЭ И-НЕ серий SN54/SN74 и частота переключения триггеров приведены в табл. 2.3. Данные в табл. 2.3 приведены при Сн=15пФ и Rh=2kOm, Как видно из таблицы, микросхемы серий AS и ALS значительно улучшены по сравнению с остальными микросхемами серий ТТЛ и ТТЛШ. Схема AS обладает меньшей задержкой распространения и более высокой частотой переключения, чем любая схема других серий при незначительном увеличении мощности рассеивания. Стабильность параметров по постоянному току и времени переключения достигается во всем диапазоне температур. Серии микросхем AS и ALS совместимы между собой.

Таким образом, можно сделать вывод, что серия AS 1530 является целесообразной заменой для высокоскоростных видов логических схем даже серии ЭСЛ, а серии ALS- 1533, КР1533 наиболее эффек-тивны в системах с низкими скоростями и могут конкурировать с микросхемами КМОП. Рассмотри.м более подробно технологию усовершенствованных маломощных схем с диодами Шотки (ALS).

В отличие от технологии обычных маломощных микросхем с диодами Шотки (LS) технология схем ALS отличается применением ионной имплантации примесей вместо диффузии. Это дает возможное гь осуществлять точный контроль над глубиной легирования и разрешающей способностью. Отсюда более топкий эпитаксиальный слой и геометрия более малых размеров, снижающих паразитные емкости. Применение окисной изоляции между транзисторами вместо изоляции р-п-переходом также улучшает рабочие характеристики, уменьшая емкость коллектор-подложка. Рассмотрим инвертор серии 54ALS/74ALS, созданный на основе усовершенствованной схемы ТТЛ (рис, 2.11). Схема имеет следующие преимущества по сравне-



:VD}

Rif Л- VT5

R6 Vlk

R7 VT7

livDit

Рис. 2.И. Базовая схема инвертора усовершеиствоваиной маломощной серии с диодами Шотки типа ALS

нию со схемами 54LS/74LS: полное ограничение диодом Шотки всех насыщающихся транзисторов, что способствует исключению накопления излищнего базового заряда и значительно уменьшает время выключения транзисторов; устранение излишнего накопления заряда, что позволяет получить более стабильное время переключения в диапазоне температур; обеспечение улучшения динамической помехоустойчивости при высоком логическом уровне за счет активного выключения выходного транзистора.

Входной порог переключения устанавливается транзисторами при следующем соотношении: ипор=и ggyji+UE3VT3 + UE3YTb ~

d,3B. В схеме 54LS/74LS в отличие от

приведенной выше отсутствует транзистор VT2. Когда открывается выходная схема Дарлингтона (см. рис. 2.11, транзисторы VT6, VT7), позволяющая осуществить формирование сигнала на выходе с сохранением низкого выходного сопротивления при высоком и низком логических уровнях, на выходе устанавливается напряжение высокого уровня Ugyx РИ выходном сопротивлении, равном 10 Ом.

При небольших токах нагрузки схема Дарлингтона находится в ненасыщенном состоянии. При увеличении тока нагрузки она насыщается и выходное сопротивление возрастает до 58 Ом, определяясь в основном сопротивлением R7 = 50Om. Это сопротивление обеспечивает защиту каскада от короткого замыкания. Стабильность выходного напряжения высокого уровня осуществляется благо-

даря активному выключению транзистора VT5 транзистором Vl4. Выходное напряжение определяется как

-вых = -ип ~ (bvT6 3 + -бЭУТ6 + -бЭУТ? )




Рис 2,12. Базовая схема 2И-НЕ микросхемы FAST

Выходное напряжение низкого уровня U°y устанавливается транзн-стором VT5, когда он включен. Этот транзистор включается цепью VT3, R3, когда на входе схемы высокий логический уровень, а транзистор VT2 включен. Коэффициент разветвления по выходу схемы равен 10 для микросхем серии 1533 и 20 для микросхем серии КР1533 при работе схем друг от друга. При этом гарантированный выходкой ток ];;, = 4мА.

Наибольшим быстродействием среди схем ТТЛ обладают микросхемы серий 1531, КР1531 (функциональные аналоги 54F/74F). созданные на основе модернизнроваиного технологического процесса Isoplanaz II, позволяющего получать транзисторы с очень высокой, хорошо управляемой скоростью переключения и малыми паразитными емкостями. Частота переключепня у этих схем достигает 5 ГГц. Изо-планарная технология была разработана фирмой Fairchild и широко используется для производства биполярных ЗУ, микросхем КАЮП н ЭСЛ высокого быстродействия и ИЗЛ БИС.

Изопланарная технология предусматривает изоляцию компонентов селективно выращенным слоем окисла в отличие от изоляции р-областя,ми, свойственной планарной технологии, н позволяет значительно сократить размеры компонентов и кристалла. Следует отметить, что из-за тонких слоев окисла п мелких диффузионных областей схемы типа FAST, как и указанные выше схемы ALS, AS. более чувствительны к повреждениям, вызванным электростатическими разрядами и требуют применения мер предосторожности. Запрещается размещать эти схемы на непроводящих пластмассовых поверхностях, в пластмассовой таре, необходимо заземлять оборудование и самих работников, занятых монтажом и испытанием микросхем. Рассмотрим (рис, 2.12) некоторые особенности логической



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165