Дата последнего обновления файла 27.09.2012

Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем

Вся современная схемотехника разделяется на две большие области: аналоговую и цифровую. Аналоговая схемотехника характеризуется максимальным быстродействием, малым потреблением энергии и малой стабильностью параметров. Цифровая схемотехника обладает прекрасной повторяемостью параметров. Это привело к её развитию в последние годы. В результате в ряде устройств потребление цифровых микросхем оказалось сравнимым и даже меньше потребления аналоговых схем, реализующих те же функции. Основные направления развития цифровых микросхем в настоящее время приведены на рисунке 1.

Классификация видов цифровых микросхем
Рисунок 1. Классификация видов цифровых микросхем

Для того, чтобы лучше понимать особенности работы цифровых микросхем в данном курсе мы кратко повторим особенности основных технологий производства цифровых микросхем, применяемых в настоящее время: ТТЛ, и КМОП,

По мере развития цифровых микросхем их быстродействие достигло впечатляющих результатов. Наиболее быстрые из цифровых микросхем обладают скоростью переключения порядка 3..5 нс. (серия микросхем 74ALS), а внутри кристалла микросхемы, где нет больших ёмкостей нагрузки время переключения измеряется пикосекундами. Таким быстродействием обладают программируемые логические схемы и заказные БИС. В этих микросхемах алгоритм решаемой задачи заключён в их принципиальной схеме.

Часто для решаемой задачи не требуется такого быстродействия, каким обладают современные цифровые микросхемы. Однако за быстродействие приходится платить:

  1. Быстродействующие микросхемы потребляют значительный ток.
  2. Для решения задачи приходится использовать много микросхем, это выливается в стоимость и габариты устройства.

Первую задачу решает применение технологии КМОП цифровых микросхем (например микросхемы серий 1564, 74HC, 74AHC). Потребляемый ими ток зависит от скорости переключения логических вентилей. Именно поэтому в настоящее время подавляющее большинство микросхем выпускается именно по этой технологии.

Вторую задачу решают несколькими способами. Для жёсткой логики это разработка специализированных БИС (ASIC). Использование специализированных БИС позволяет уменьшить габариты устройства, но стоимость его снижается только при крупносерийном производстве. В качестве примера можно назвать микросхемы, выпускаемые для сотовых телефонов, стиральных машин, телевизоров и т.п. Для среднего и малого объёмов производства такое решение неприемлемо.

Ещё одним решением уменьшения габаритов и стоимости устройства является применение программируемых логических схем (ПЛИС). Это направление активно развивается в настоящее время. На рисунке 1 приведены основные направления развития ПЛИС. Это следующие виды цифровых микросхем:

  1. программируемые логические матрицы (ПЛМ);
  2. программируемые логические устройства, ПЛУ (PLD);
  3. сложныенпрограммируемые логические устройства (CPLD);
  4. постоянные запоминающие устройства (ПЗУ);
  5. программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA);

В цикле лабораторных работ по курсу цифровые устройства мы изучаем цифровые микросхемы на стенде, реализованном на FPGA микросхеме.

Литература:

  1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  2. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  3. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М, Радио и связь, 1987.
  4. Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.

Вместе со статьей "Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем" читают:

Что такое микроконтроллеры, микропроцессоры и сигнальные процессоры
http://digteh.ru/proc/MicroProc.php

Особенности сигнальных процессоров
http://digteh.ru/dsp/DSP/

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)
http://digteh.ru/digital/PLD/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100