Выбор элементной базы

Перед рассмотрением вопроса выбора элементной базы уточним следующий момент: при курсовом проектировании не является обязательным использовать последние разработки в области интегральных микросхем.

Можно пользоваться любым справочником «Цифровые интегральные микросхемы», имеющимся в наличии, а также использовать любые серии (например, 155), удовлетворяющие требуемым по заданию критериям.

Характеристики и параметры входов и выходов цифровых микросхем определяются, прежде всего, технологией и схемотехникой их внутреннего строения.

Для разработчика цифровых устройств любая микросхема представляет собой «черный ящик» и разработчик, не всегда зная внутреннее ее строение, должен четко представлять, как поведет себя та или иная микросхема в данном конкретном включении и будет ли она правильно выполнять требуемую от нее функцию.

Конструктивно-технологическая реализация цифровых интегральных схем (ИС) во многом определяет их основные технические параметры: быстродействие, потребляемую мощность, устойчивость к внешним дестабилизирующим факторам.

Различают следующие основные виды (типы) конструктивно-технологического исполнения ИС: биполярные, на основе МОП транзисторов, на основе комбинированной биполярно-комплементарной (КМОП) технологии.

ИС на основе р-МОП обладают самой низкой стоимостью, однако имеют невысокие быстродействие и нагрузочную способность, не сопрягаются со стандартными ТТЛ-микросхемами.

ИС на основе n-МОП характеризуются высокой степенью интеграции и быстродействием, однако обладают низкой нагрузочной способностью при сравнительно высокой потребляемой мощности, могут сопрягаться с ТТЛ-микросхемами.

ИС на основе КМОП-транзисторов обладают высоким быстродействием, очень низкой потребляемой мощностью и высокой помехоустойчивостью.

Цифровые ИС на основе ЭСЛ-технологии (эмиттерно-связанной технологии) отличаются сверхвысоким быстродействием, однако обладают высокой потребляемой мощностью, требуют специальных внешних схем для сопряжения с ИС других типов.

Цифровые ИС на основе интегральной инжекционной логики (И2Л) характеризуются самой высокой степенью интеграции, низкой потребляемой мощностью, высоким быстродействием, сопрягаются с другими типами ИС.

Цифровые ИС на основе технологии транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (ТТЛШ) обладают более низким по сравнению с ЭСЛ ИС быстродействием, однако рассеивают меньшую мощность, обеспечивая высокие характеристики нагрузочной способности, помехоустойчивости.

Выбор элементной базы для реализации устройства выполняется с учетом исходных данных. Для исходных данных к проекту, приведенных в приложении 1, критериями выбора элементной базы являются:

- внешняя среда эксплуатации (закрытые отапливаемые помещения в соответствии с примером задания, приведенного в приложении 1);

- критерий выбора семейства интегральных схем. В соответствии с примером задания, приведенного в приложении 1, критерием является быстродействие.

В зависимости от внешней среды эксплуатации выпускаются семейства интегральных схем для применения в военной промышленности, автомобильной промышленности, общего назначения. В нашем случае выбираем семейства общего назначения.

В соответствии со вторым критерием выбираем стандартную технологию ТТЛ, учитывая доступность элементной базы и достаточное быстродействие. Напряжение питания у них U_ип = 5В ± 10%. Отличаются полной электрической и конструктивной совместимостью однотипных ИС.

При выборе микросхем необходимо избегать применения ИС разных серий. Если это неизбежно, то лучше применять микросхемы с одинаковым напряжением питания. При использовании ИС различных типов в одном устройстве необходимо учитывать также нагрузочную способность различных элементов.

Раздел пояснительной записки «Выбор элементной базы» должен содержать следующие сведения:

1. Краткое описание вида конструктивно-технологического исполнения (базовая схема, ее работа, основные параметры). Данные сведения приводятся из справочной литературы;

2. Обоснование выбора ИС для реализации конкретного схемотехнического решения. Обоснование выбора ИС производится отдельно для каждого блока устройства (БВв, БВыв, БУ). Например, БВв схемотехнически организуется на следующих ИС:

- для подключения/отключения от внешней шины ввода необходимо использовать буферный элемент, имеющий 1 вход данных. Если такой ИС не имеется, то выбирается ИС, например, на 8 входов и приводится схемотехническое решение, удовлетворяющее условиям;

- для последовательного ввода данных, их хранения и передачи на операционный блок необходимо использовать 16-ти разрядный регистр, имеющий последовательный вход данных и параллельные выходы. Если используется ИС на 4 или 8 разрядов, то показывается схемотехническое решение по наращиванию входов;

- для последовательного ввода паритета используется D-триггер.

Для каждой выбранной ИС приводится ее УГО, цоколевка, режимы работы, краткое описание работы, параметры.

Например, в качестве регистра для БВв выбран регистр К155ИР1, а для реализации БВыв выбран регистр К155ИР15, имеющий на выходе буферные инверторы, которые могут иметь третье Z-состояние (выход разомкнут), тем самым при реализации БВыв можно не использовать отдельный буферный элемент, обеспечивающий 3С.

3. Типовые ситуации, которые могут возникнуть при реализации узлов схемы на базе выбранной технологии. В данном случае необходимо рассмотреть все типовые ситуации, которые могут быть. К типовым ситуациям могут быть отнесены: режим неиспользуемых входов элементов, режим неиспользуемых элементов в корпусе, наращивание числа входов элементов, снижение нагрузок, устранение паразитных связей по цепям питания и др. Если в дальнейшем при разработке принципиальной схемы возникает типовая ситуация, то необходимо сослаться на рассмотренное решение.

Этот вопрос можно рассматривать и в разделе «Разработка принципиальной схемы устройства» применительно к конкретной ситуации (например, в корпусе DDi И-НЕ не используется один элемент из трех).

ВНИМАНИЕ: если в схеме присутствуют светодиоды, устройства коммутационные, резисторы, то они также должны быть обоснованно выбраны в соответствии со справочной литературой. Для них необходимо представить в данном разделе сведения, аналогичные перечисленным выше.