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�(shù)字集成電�
閱讀�13453�(shí)間:2010-12-23 15:56:45

  �(shù)�集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)�芯片上而制成的�(shù)�邏輯電路或系�(tǒng)。根�(jù)�(shù)字集成電路中包含的門電路或元、器件數(shù)�,可將數(shù)字集成電路分為小�(guī)模集成(SSI)電�、中�(guī)模集成MSI電路、大�(guī)模集成(LSI)電�、超大規(guī)模集成VLSI電路和特大規(guī)模集成(ULSI)電�。小�(guī)模集成電路包含的門電路�10�(gè)以內(nèi),或元器件數(shù)不超�100�(gè);中�(guī)模集成電路包含的門電路�10�100�(gè)之間,或元器件數(shù)�100�1000�(gè)之間�大規(guī)模集成電�包含的門電路�100�(gè)以上,或元器件數(shù)�10�10�(gè)之間;超大規(guī)模集成電路包含的門電路�1萬�(gè)以上,或元器件數(shù)�10�10之間;特大規(guī)模集成電路的元器件數(shù)�10�10之間�

類別

  �(shù)字集成電路產(chǎn)品的種類很多,若按電路結(jié)�(gòu)來分,可分成TTL和MOS 兩大系列�

  TTL �(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種載流子�(dǎo)電的,所以又叫做雙極性電�。MOS �(shù)字集成電路是只用一種載流子�(dǎo)電的電路,其中用電子�(dǎo)電的稱為NMOS 電路;用空穴導(dǎo)電的稱為PMOS 電路:如果是用NMOS 及PMOS �(fù)合起來組成的電路,則稱為CMOS 電路�

  CMOS �(shù)字集成電路與TTL �(shù)字集成電路相比,有許多優(yōu)�(diǎn),如工作電掘電壓范圍�,靜�(tài)功耗低,抗干擾能力�(qiáng),輸入阻抗高,成本低,等等。因�� CMOS �(shù)字集成電路得到了廣泛的應(yīng)用�

  �(shù)字集成電路品種繁�,包括各種門電路、觸�(fā)�、計(jì)�(shù)�、編譯碼�、存�(chǔ)器等�(shù)百種器件。數(shù)字集成電路產(chǎn)品的系列見下� �

字集成電路產(chǎn)品的系列

  國家�(biāo)�(zhǔn)型號(hào)的規(guī)定,是完全參照世界上通行的型�(hào)制定的。國家標(biāo)�(zhǔn)型號(hào)中的�(gè)字母"C" 代表中國;第二�(gè)字母"T" 代表TTL � "C" 代表CMOS。CT 就是中國的TTL�(shù)字集成電�� CC 就是中國的CMOS �(shù)字集成電�。其后的部分與國際通用型號(hào)完全一��

主要參數(shù)

  1.一般直流參�(shù)

  1 低電平輸入電�:是為保證輸入為低電平所允許的輸入電�� TTL 電路�0.8V , CMOS 電路為電師、電壓的40% �

  2 高電平最小輸入電�:是為保證輸入為高電平所允許的最小輸入電�� TTL 電路�2V , CMOS 電路為電源電壓的60% �

  3 低電平輸入電�:�(dāng)符合�(guī)定的低電平電壓送入某一輸入端時(shí)流入該輸入端的電流。TTL 電路�1. 6 mA� CMOS 電路�0.1mA�

  4 高電平輸入電�:�(dāng)符合�(guī)定的高電平電壓送入某一輸入端時(shí),流入該輸入端的電流。TTL 電路�0.04 mA� CMOS 電路�0.1μA �

  5 輸入電壓:允許接到輸入端的電壓�

  6 低電平輸出電�:輸出仍可�(guī)定為低電平的電壓(即輸出低電平上限)0 TTL電路�0.4V � CMOS 電路為電源高端電��

  7 高電平輸出電�:輸出仍可�(guī)定為高電平的電壓(即輸出高電平下限)。TTL電路�2 .4 V � CMOS 電路為電源高端電��

  8 低電平輸出電�:輸出為低電平�(shí),輸出端所能提�(吸入)的電��

  9 高電平輸出電�:輸出為高電平�(shí),輸出端所能提供的電流�

  10 輸出�(fù)載能�(扇出):輸出端的輸出電流與被選作參考負(fù)載的某一專門集成電路的輸入電流之�(也就是輸出端能驅(qū)�(dòng)的參考負(fù)載的�(shù)�)�

  11 工作電源電壓: TTL 電路�5V ,常用CMOS 電路的工作電源電壓范圍為3 - 18V �

  12 功�:在額定工作電源電�、最壞工作溫度和50% 工作周期的情況下,器件所消耗的功率。在多�(gè)門單元組成的電路中,功耗常由每�(gè)門來確��

  2. 一般開�(guān)參數(shù)

  開關(guān)參數(shù)用來說明邏輯元件的開�(guān)特性及輸入、輸出之間的�(guān)系和延遲特��

  � 所示為輸入、輸出反相時(shí)的開�(guān)披形?;鹃_�(guān)�(shí)間有三�(gè),即延遲�(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間和傳輸�(shí)�,從這三�(gè)參數(shù)可引出下列輸入開�(guān)參數(shù)�

數(shù)字電路的開關(guān)波形

 ?、傺舆t�(shí)�:輸入信號(hào)在幅度為10% 和輸出信�(hào)�(dá)�10% 的瞬間之間的�(shí)間間隔叫做延遲時(shí)�,分為高/低延遲時(shí)間和�/高延遲時(shí)�(�/低和�/高輸出波形的變化過程)�

  ②轉(zhuǎn)換時(shí)�:輸出信號(hào)幅度�10% �(dá)�90% 的時(shí)間間�,有�/低和�/高兩種轉(zhuǎn)換時(shí)��

  ③傳輸時(shí)�:輸入信號(hào)幅度�50% 到輸出信�(hào)幅度�(dá)�50% 的時(shí)間間隔叫做傳輸時(shí)�,有�/低和�/高兩種傳輸時(shí)間�

 ?、軐?dǎo)通時(shí)�:為高/低延遲時(shí)間和�(zhuǎn)換時(shí)間之��

 ?、萁刂箷r(shí)�:為低/高延遲時(shí)間和�(zhuǎn)換時(shí)間之��

 ?、奁骄_�(guān)�(shí)�:為導(dǎo)通時(shí)間和截止�(shí)間的平均��

 ?、咂骄鶄鬏斞舆t�(shí)�:為低/高和�/低傳輸時(shí)間的平均��

  3. 用于觸發(fā)器的特殊開關(guān)參數(shù)

  觸發(fā)器除用一般開�(guān)參數(shù)描述�,還要用到以下開�(guān)參數(shù)�

 ?、贂r(shí)鐘頻�:在各種工作條件下都能保證正常工作的時(shí)鐘重�(fù)頻率�

 ?、谧钚r(shí)鐘脈沖寬�:在各種工作條件下都能保證正常工作的時(shí)鐘脈沖最小寬��

 ?、蹠r(shí)鐘脈沖的上升�(shí)間和下降�(shí)�:為保證正常觸�(fā)所允許的時(shí)鐘脈沖的上升�(shí)間和下降�(shí)間�

 ?、茏钚≈梦幻}沖寬�:在各種工作條件下都能保證完成置位作用所需的置位脈沖最小持�(xù)�(shí)��

  4. 噪聲參數(shù)

  這類參數(shù)表明邏輯元件對來自電�、地線及信號(hào)線上的干擾的靈敏��

 ?、俚碗娖娇垢蓴_�:低電平輸入電壓和低電平輸出電壓之間的電位差�

 ?、诟唠娖娇垢蓴_�:最小高電平輸入電壓和最小高電平輸出電壓之間的電壓差�

 ?、墼肼暼�?高、低電平抗干擾度的平均��

一般特�

  �1)電源電壓范�

  TTL電路的工作電源電壓范圍很�。S,LS,F(xiàn)系列�5V±5�;AS,ALS系列�5Y±10��

 ?�?)頻率特�

  TTL電路的工作頻率比4000系列的高。標(biāo)�(zhǔn)TTL電路的工作頻率小�35MHz;LS系列TTL電路的工作頻率小 �40MHz;ALS系列電路的工作頻率小�70MHz;S系列電路的工作頻率小�125MHz;AS系列電路的工作頻� 小于200MHz.

 ?�?)TTL電路的電壓輸出特�

  �(dāng)工作電壓為十5V�(shí),輸出高電平大于2.4V,輸人高電平大于2.0V;輸出低電平小于0.4V,輸人低電平 小于0.8V�

 ?�?)最小輸出驅(qū)�(dòng)電流

  �(biāo)�(zhǔn)TTL電路�16mA;LS-TTL電路�8mA;S-TTL電路�20mA;ALS-TfL電路�8mA;AS-TTL電路為⒛ mA。大電流輸出的TTL電路:標(biāo)�(zhǔn)TTL電路�48mA;LS-TTL電路�24mA;S-TTL電路�64mA;ALS-TTL� 路為24/48mA;AS-TTL電路�48/64mA�

  �5)扇出能力(以帶�(dòng)LS-TTL�(fù)載的�(gè)�(shù)為例�

  �(biāo)�(zhǔn)TTL電路�40;IS-TTL電路�20;S-TTL電路�50;ALS-TTL電路�20;AS-TTL電路�50。大電流 輸出的TTL電路:標(biāo)�(zhǔn)TTL電路�120;LS-TTL電路�60;S-TTL電路�160;ALS-TTL電路�60/120;AS -TTL電路�120/160�

  對于同一功能編號(hào)的各系列TTL集成電路,它們的引腳排列與邏輯功能完全相�。比如,7404�74LS04� 74A504�74F04�74ALS04等各集成電路的引腳圖與邏輯功能完全一�,但它們在電路的速度和功耗方面存 在著明顯的差��

  2.CM0S系列集成電路的一般特�

 ?�?)電源電壓范�

  集成電路的工作電源電壓范圍為3�18V�74HC系列�2�6V�

 ?�?)功�

  �(dāng)電源電壓VDD�5V�(shí),CM0S電路的靜�(tài)功耗分別是:門電路類為2.5�5μW;緩沖器和觸�(fā)器類�5�20μW;中�(guī)模集成電路類�25�100μW�

 ?�?)輸人阻�

  CM05電路的輸入阻抗只取決于輸人端保護(hù)二極管的漏電�,因此輸人阻抗極高,可達(dá)108�1011Ω以上。所以,CM0S電路幾乎不消耗驅(qū)�(dòng)電路的功��

  �4)抗干擾能力

  �?yàn)樗鼈兊碾娫措妷涸试S范圍�,因此它們輸出高低電平擺幅也大,抗干擾能力就�(qiáng),其噪聲容限值為45%VDD保證值可�(dá)30%VDD,電源電壓越�,噪聲容限值越大�

 ?�?)邏輯擺�

  CM0S電路輸出的邏輯高電平�1”非常接近電源電壓VDD邏輯低電平�0”接近電源Vss,空載時(shí),輸出高電平VOH=VCC-0.05V,輸出低電平VOL�0.05V。因�,CM0S電路電源利用系數(shù)�

  �6)扇出能�

  在低頻工作時(shí),一�(gè)輸出端可�(qū)�(dòng)50�(gè)以上CM0S器件�

 ?�?)抗輻射能力

  CMOS管是多數(shù)載流子受控導(dǎo)電器�,射線輻射對多數(shù)載流子濃度影響不大。因�,CM0S電路特別適用于航�、衛(wèi)星和核試�(yàn)條件下工作的裝置�

  CM0S集成電路功耗低,內(nèi)部發(fā)熱量小,集成度可大大提高。又�?yàn)殡娐繁旧淼幕パa(bǔ)對稱�(jié)�(gòu),當(dāng)�(huán)境溫度變化時(shí),其參數(shù)有互相補(bǔ)償作�,因而其溫度�(wěn)定性好�

 ?�?)CM0S集成電路的制造工�

  CM0S集成電路的制造工藝比TTL集成電路的制造工藝簡�,而且占用硅片面積也小,特別適合于制造大�(guī)模和超大�(guī)模集成電��

使用�(shí)的技�

  對于初學(xué)者來�,使用數(shù)字集成電路或�(shè)�(jì)集成電路的應(yīng)用電路時(shí),先不用去了解其�(fù)雜的�(nèi)部結(jié)�(gòu),主要了解兩方面的知�(shí)就可�。一是了解集成電路的引出管腳,二是了解輸人與輸出的關(guān)系即真值表。為此我們列出了74系列(TTL�)常用的一些集成電路管腳功能和真值表(見圖�-�),為使用者提供方��

 ?�?400 2輸入四與非門(7400�74LS00�74F00�74AS00�74HC00�74HCT00)



 ?�?402 2輸入四或非門(7402�74ALS02�74S02�74AS02�74ALS1002�74AS1002�74HC02�40H002)

集成電路管腳功能和真值表

  �1集成電路管腳功能和真值表

使用注意事項(xiàng)

 ?、俨辉试S在超過極限參�(shù)的條件下工作。電路在超過極限參數(shù)的條件下工作,就可能工作不正�,且� 易引起損�。TTL集成電路的電源電壓允許變化范圍比較窄,一般在4.5�5.5V之間,因此必須使用+5V�(wěn) 壓電�;CM0S集成電路的工作電源電壓范圍比較寬,有較大的選擇余�。選擇電源電壓時(shí),除首先考慮� 要避免超過極限電源電壓外,還要注意到,電源電壓的高低�(huì)影響電路的工作頻率等性能。電源電壓低� 電路工作頻率�(huì)下降或增加傳輸延遲時(shí)�。例如CM0S觸發(fā)�,當(dāng)電源電壓由+15V下降到十3V�(shí),其 工作頻率將從10MHz下降到幾十千��

  ②電源電壓的極性千萬不能接�,電源正�(fù)極顛�、接�(cuò),會(huì)�?yàn)檫^大電流而造成器件損壞�

 ?、跜M0S電路要求輸人信號(hào)的幅度不能超過VDD~VSS,即滿足VSS=V1=VDD。當(dāng)CM0S電路輸入端施加的� 壓過高(大于電源電壓)或過低(小�0V�,或者電源電壓突然變化時(shí),電路電流可能會(huì)迅速增大,燒壞器件,這種�(xiàn)象稱為可控硅效應(yīng)。預(yù)防可控硅效應(yīng)的措施主要有�

  ·輸入端信�(hào)幅度不能大于VDD和小�0V�

  ·消除電源上的干擾�

  ·在條件允許的情況�,盡可能降低電源電壓,如果電路工作頻率比較低,用�5V電源供電�

  ·對使用的電源加限流措�,使電源電流被限制在30mA以內(nèi)�

 ?、軐Χ嘤噍斎硕说奶幚怼τ贑M0S電路,多余的輸人端不能懸�,否�,靜電感�(yīng)�(chǎn)生的高壓容易引起 器件損壞,這些多余的輸人端�(yīng)該接yDD或yss,或與其他正使用的輸人端并聯(lián)。�3種處置方�,應(yīng)根據(jù) �(shí)際情況而定�

  對于TTL電路,對多余的輸人端允許懸空,懸空時(shí),該端的邏輯輸入狀�(tài)一般都作為�1”對�,雖然懸 空相�(dāng)于高電平,并不影響與門、與非門的邏輯關(guān)系,但懸空容易受干擾,有�(shí)�(huì)造成電路誤動(dòng)作。因� ,多余輸人端要根�(jù)�(shí)際需要做適當(dāng)處理。例�,與門、與非門的多余輸人端可直接接到電源上;也可將 不同的輸人端公用一�(gè)電阻連接到電源上;或?qū)⒍嘤嗟妮斎硕瞬⒙?lián)使用。對于或門、或非門的多余輸人端 �(yīng)直接接地�

 ?、荻嘤嗟妮敵龆藨?yīng)該懸空處�,決不允許直接接到VDD或VSS,否則會(huì)�(chǎn)生過大的短路電流而使器件損壞 。不同邏輯功能的CM0S電路的輸出端也不能直接連到一�,否則導(dǎo)通的P溝道MOS場效�(yīng)管和�(dǎo)通的N溝道 MOS場效�(yīng)管形成低阻通路,造成電源短路而引起器件損�。除三態(tài)門、集電極開路門�,TTL集成電路� 輸出端不允許并聯(lián)使用。如果將幾�(gè)集電極開路門電路的輸出端并聯(lián),實(shí)�(xiàn)“線與”功能時(shí),應(yīng)在輸出端 與電源之間接人上拉電阻�

 ?、抻捎贑M0S電路輸人阻抗高,容易受靜電感�(yīng)�(fā)生擊�,除電路�(nèi)部設(shè)置保�(hù)電路�,在使用和存放時(shí) �(yīng)注意靜電屏蔽;焊接CM0S電路�(shí),焊接工具應(yīng)良好接地,焊接時(shí)間不宜過�,焊接溫度不要太高。更� 能在通電的情況下,拆�,拔、插集成電路�

 ?、叨嘈吞?hào)的數(shù)字電路之問可以直接互換使�,如國產(chǎn)的CC4000系列可與CD4000系列、MC14000系列直接� 換使�。但有些引腳功能、封裝形式相同的IC,電參數(shù)有一定差別,互換�(shí)�(yīng)注意�

 ?、嘧⒁庠O(shè)�(jì)工藝,增�(qiáng)抗干擾措�。在�(shè)�(jì)印制線路板時(shí),應(yīng)避免引線過長,以防止信號(hào)之間的竄擾和 對信�(hào)傳輸?shù)难舆t。此外要把電源線�(shè)�(jì)得寬一�,地線要�(jìn)行大面積接地,這樣可減少接地噪聲干擾� 在CM0S邏輯系統(tǒng)�(shè)�(jì)�,應(yīng)盡量減少電容�(fù)�。電容負(fù)載會(huì)降低CM0S集成電路的工作速度和增加功��

維庫電子通,電子知識(shí),一查百��

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