Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
Главная -> Современная электроника

0 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

стоимости сборки и испытаний. При переходе на интегральные схемы уменьшаются все эти составляющие части стоимости.

Разработчик электроннбй аппаратуры, используя ИС, получает существенную экономию времени. Это объясняется прежде всего тем, что для проектирования используются уже готовые узлы, а не отдельные детали. Поскольку ИС представляют собой четко определенные электронные схемы, для которых известны их гарантированные характеристики и обеспечена взаимозаменяемость, то зачастую нет необходимости делать экспериментальный макет. Все проектирование может быть выполнено опытным инженером на бумаге. Проектируемая аппаратура вначале разбивается на блоки, а затем эти блоки Представляются в виде набора необходимых ИС. Таким образом, применение ИС существенно снижает стоимость и сроки разработки аппаратуры. Некоторая формализация процесса проектирования аппаратуры на ИС позволяет даже заменить часть инженерного труда применением электронной вычислительной машины (ЭВМ).

При изготовлении аппаратуры на ИС ее стоимость уменьшается как за счет стоимости самих деталей, так и за счет конструкционных материалов, соединений и разъемов. Кроме того, поскольку применение ИС значительно сокращает количество внешних соединительных проводников, то соответственно сокращается и стоимость сборочных работ. Что касается стоимости самих ИС, то если в США в 1954 г. логическая схема на ИС была в 2,5 раза дороже, чем на дискретных компонентах, то в 1968 г. она была уже в 2 раза дешевле [32]. Снижение цен на ИС происходит как за счет разработки новых технологических процессов, так и за счет отработки существующих, вследствие чего значительно повышается процент выхода годных ИС. Предполагается, что в перспективе стоимость распространенных цифровых схем будет составлять всего десятую часть стоимости аналогичных схем, использующих дискретные компоненты, а стоимость линейных и сложных цифровых схем будет равна примерно половине стоимости аналогичных схем с дискретными компонентами [6].

Повышение надежности и уменьшение номенклатуры и количества комплектующих изделий удешевляет эксплуатацию аппаратуры на ИС [17].

Габариты, масса и потребление электронной аппаратуры при применении ИС также заметно снижаются, что особенно существенно для приборов, устанавливаемых на подвижных объектах. Для стационарной аппаратуры эти параметры не всегда имеют первостепенное значение, но даже и в этом случае их уменьшение позволяет упростить конструкцию, легче обеспечить охлаждение, сократить производственные площади. Величина экономического эффекта от снижения массы аппаратуры, по американским данным, лежит в диапазоне от 1,1-10- йол./г для стационарной до 44 дол./г для ракетно-космической аппаратуры [17].

Снижение габаритов электронной аппаратуры может быть охарактеризовано увеличением плотности упаковки. Если для обычного монтажа плотность упаковки, выраженная количеством элементов в 1 CJtfi, составляет 0,1 - 0,2 эл/см, для модульных конструкций 1-2 эл/см, цдк микромодульных 10-20 ал/см, то для гибридно-пленочных ИС она равна 20-100 эл/см и для полупроводниковых ИС 50-1000 эл/см?. Для схем, плотность упаковки которых более 5 эл/см, употребляют название «микросхемы» (ГОСТ 17021 - 71). Следует отметить, что фактическая плотность упаковки для ИС меньше предельной возможной вследствие относительно больших размеров корпусов.

Развитие ИС в настоящее время идет в основном по пути увеличения степени интеграции. Под степенью, или уровнем, интеграции понимают число элементов, объединенных в одной интегральной схеме [7]. Наряду с улучшением характеристик и снижением стоимости обычных ИС, в которых степень интеграции относительно низка - не превышает 50-60, в настоящее время уже имеются ИС со средним уровнем интеграции, содержащие до 200-300 элементов, и большие интегральные схемы (БИС), содержащие более 400 элементов.

Ожидается, что внедрение БИС в электронную аппаратуру еще более снизит ее стоимость и повысит надежность.



БИС строятся как на основе однокристальных, так и на основе многокристальных полупроводниковых ИС. В первом случае чаще всего находят применение схемы на МДП-транзистор ах, так как они позволяют получить больщую поверхностную плотность размещения элементов. Вероятность неисправности сложной схемы возрастает с увеличением количества элементов, ее составляющих. Поэтому в процессе промышленного производства процент выхода годных БИС с фиксированной схемой соединений невысок. В связи с этим часто схему соединений отдельных элементов, входящих в БИС, не проектируют заранее. После изготовления этих элементов проводят их проверку, а затем составляют схему соединений таким образом, чтобы в окончательную цепь вошли только исправные элементы. Естественно, что в этом случае количество элементов, формируемых на подложке, должно быть предусмотрено с некоторым избытком.

В случае построения многокристальных БИС предварительной проверке подвергаются цепи, сформированные в отдельных кристаллах.

Для выполнения всех внутренних соединений в БИС, как правило, используют несколько слоев металлизации.

В качестве примера БИС можно привести миниатюрную вычислительную машину, выполненную практически полностью в одном кристалле кремния. Квадратный кристалл размером 4,5X4,5 мм содержит 360 логических схем и 160 триггеров, необходимых для производства арифметических действий над 12-разрядными числами [24].

Наряду-с увеличением количества элементов, помещаемых в один корпус, развитие ИС идет также по пути создания функциональных схем, в ко-, торых отсутствуют традиционные электронные цепи, а их работа основана на использовании различных свойств твердого тела.

Применение ИС в измерительных приборах приводит к повышению надежности измерительной аппаратуры, снижению ее габаритов, массы, потребления, стоимости. Но наряду с количественными изменениями характеристик внедрение ИС вызывает также существенные качественные изменения измерительной аппаратуры. Так, например, улучшение эксплуатационных характеристик и снижение габаритов цифровых приборов на ИС поставило на повестку дня вопрос о замене большей части аналоговых щитовых приборов на цифровые. При этом стоимость цифровых приборов при использовании дешевых ИС оказывается сравнимой со стоимостью аналоговых, габариты - почти такими же, а характеристики - лучшими.

Существует мнение, что в настоящее время аналоговые приборы должны использоваться лишь для грубых измерений, а приборы с классом точности 1% и выше должны быть цифровыми [И]. Потребитель в этом случае получает такие дополнительные преимущества, как возможность цифровой регистрации, возможность сопряжения с ЦВМ и т. п.

Конструктивная простота и надежность электронных узлов на ИС позволяет вводить в измерительную аппаратуру много новых узлов, автоматизирующих процесс измерения, улучшающих его характеристики, придающих ему новые функции. Сюда можно отнести различные цепи линеаризации, масштабирования, обработки, регулирования и т. п.

Применение ИС в измерительной технике быстро расширяется. Показательно, что среди первых зарубежных и отечественных серий ИС со средним и большим уровнем интеграции разработаны схемы, предназначенные для работы в узлах измерительных приборов и аналого-цифровых преобразователей [13, 33].



г шва вторая

ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

4. Основные положения алгебры логики

Анализ и синтез логических цепей производится на основе математического аппарата алгебры логики, или булевой алгебры. Поэтому прежде чем переходить д изложению материала, посвященного логическим интегральным схемам, необходимо рассмотреть основные понятия и законы этой алгебры.

В булевой алгебре переменные могут принимать только два значения, О и 1. Над переменными могут производиться три основных действия: логическое сложение, логическое умножение и логическое отрицание, что соответствует логическим функциям «ИЛИ», «И», «НЕ».

Операция логического сложения (дизъюнкция) обозначается знаком «-Ь» или V (первая буква латинского слова vel - или). В качестве примера цепи, реализующей функцию «ИЛИ», можно привести параллельное соединение замыкающих (нормально открытых) контактов нескольких реле. Цепь, в которую входят эти контакты, будет замкнута, если сработает хотя бы одно реле. Таким образом, логическая, сумма равна единице тогда, когда равно единице одно или несколько слагаемых:

0 + 0 = 0; 0-Ь1 = 1-, 1 + 1 + 1 + . . .-f 1 = 1.

Операция логического умножения (конъюнкция) обозначается точкой, или знаком «Л », или вообще в буквенных выражениях никак не обозначается. Функцию «И» реализуют, например, соединенные последовательно замыкающие контакты нескольких реле. Цепь в этом случае будет замкнута только тогда, когда сработают все реле:

0-0 = 0; 0-1 = 0; 1-1 = 1.

Логическое отрицание (инверсия) обозначается чертой или щтрихом над обозначением аргумента. Моделью ячейки, реализующей функцию «НЕ», может служить размыкающий, (нормально закрытый) контакт реле. При срабатывании реле цепь, в которую входит такой контакт, будет размыкаться. Таким образом, инверсия единицы равна нулю, инверсия нуля - единице, а двойная инверсия не изменяет значение переменной:

0=1; Т= 0: 6=0; Т= 1.

Основываясь на приведенных числовых равенствах, можно записать следующие выражения, в которых / переменная а может принимать значение О или 1:

а + О = а; atJ-Ja-f а + . . . + а = а; а + а = 1; а-0 = 0; а-1-а; аа...а = а; аа = 0; а = а. Основные законы алгебры Буля. Лереместительные законы:

а -\- Ь = b -\- а; аЬ = Ьа. Сочетательные законы:

(а + 6) + с =а + (Ь + с); (ab)c = a(bc). Распределительные законы:

a(b + c)=ob + ac; а + bc= (а + b) (а + с).

Последнее равенство можно получить в результате следующих преобразований:

а + fee = а-1 + Ьс = а (1 + 6 + с) + fee =

= a + ab + ac-\- bc={a + b)(a-\-c).



0 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



0.0163
Яндекс.Метрика