Порівняльні характеристики цифрових мікросхем

На характеристики та параметри цифрових мікросхем значно впливає технологія їх виготовлення. Групу мікросхем, що виконані за однаковою або близькою технологією і мають схожі схемотехнічні рішення та деякі характеристики, називають серією мікросхем. Різновидів технологій виготовлення цифрових мікросхем досить багато. Але незважаючи на це всіх їх об’єднує логічна спільність, а саме – однотипність "цеглинок" цифрової техніки ЛЕ, тобто базис, у якому можна виконувати логічне проектування (синтез) цифрових пристроїв, абстрагуючись при цьому від будь-якої конкретної серії чи технології. Це і є головною перевагою ЦТ.

Прив’язка до конкретної серії мікросхем необхіднана етапі схемотехнічного проектування. Тут вже потрібні знання про характеристики та параметри мікросхеми, виходячи з вимог щодо роботи цифрового пристрою та критеріїв, які поставлені перед розробником.

Залежно від схемотехнічної реалізації ЛЕ поділяютьна такі типи мікросхем:

· ТТЛ (Т²Л) – транзисторно-тразисторної логікина біполярних транзисторах;

· МОН або МДН – на польових транзисторах (МОН - метал-оксид-напівпровідники; МДН - метал-діелектрик-напівпровідник);

· КМОН – із симетричною комплементарною структурою на польових транзисторах - та -типів;

· ЕЗЛ – емітерно-зв’язаної логіки на біполярних транзисторах;

· ІІЛ (І² Л) - інтегрально-інжекційної логіки.

Кожна технологія виготовлення мікросхем безперервно удосконалюється у напрямку збільшення швидкодії, зменшення споживаної потужності та зростання ступеня інтеграції.

У табл. 2.1 зведені усереднені характеристики мікросхем, що виготовлені за найбільш поширеними в практиці технологіями.

Таблиця 2.8 Характеристики мікросхем виконаних в деяких технологій

Тип Техно- логії	Серія мікросхем	Параметри одного ЛЕ	Зарубіжний аналог
, нс	, мВА	нДж	В
ТТЛ	К155, КМ155 К131 К134, КР134					SN74 SN74 SN74
ТТЛШ	К551 К1531, КР1531 К555, КМ555, 533 К1533, КР1533					SN74 S SN74 F SN74 LS SN74 ALS
ЕЗЛ	К100, К500, 700 К1500 К1800	0,75 1,5			-5,2 -4,5 -5,2	MC10K F00K MC1080
КМОН	К176 К561, 564, 1561	15-50	10-3 10-3	0,1	3-15	CD4000B CD4000
І2Л	К583, КР 584		0,2		5-9	-

З метою якісного та кількісного порівняння на рис. 2.3,а показані логічні рівні для входів мікросхем КМОН та ТТЛ у процентному співвідношенні щодо напруги живлення, а на рис. 2.3,б - характеристики рівнів напруг на вході та виході ЛЕ ТТЛ. Різниці між гарантованими вхідними та вихідними, високим та низьким рівнями напруг визначають можливості ЛЕ не реагувати на завади. Отже, згідно із зображеними на рис. 2.3,б даними характерними гарантованими для ТТЛ рівнями є: на вході - для В, для В; на виході - для В; для В.

Рис. 2.5 Рівні напруг для входів ЛЕ ТТЛ та КМОН

Мікросхеми ЕЗЛ належать до найбільш швидкодіючих ЛЕ (частота перемикання ЛЕ серій К100 і К500 становить 150 мГц). Висока швидкодія забезпечується за рахунок глибоких зворотних зв’язків і ненасиченого режиму роботи всіх транзисторів, який виключає процес розсмоктування неосновних носіїв заряду.

Мікросхеми ЛЕ І²Л належать до перспективних компактних і швидкодіючих ЛЕ. Вони забезпечують високу щільність розміщення елементів на кристалі (приблизно у 100 разів більшу від ТТЛ). ЛЕ І²Л споживають на порядок меншу потужність порівняно з ЛЕна КМОН. Висока швидкодія цих ЛЕ досягається за рахунок як власної технології, так і застосування діодів Шоткі.