Серии цифровых микросхем

Способ соединения транзисторов между собой в пределах одного элемента определяет их логический базис или, проще, логику.

Для удобства разработчиков аппаратуры и по технологическим признакам цифровые интегральные схемы выпускают сериями на базе определенной логики. Серией называется совокупность микросхем различного функционального назначения, которые имеют согласованные электрические и временные параметры для совместного использования. Микросхемы одной серии изготавливаются по единой технологии, имеют сходное конструктивное исполнение. В состав современных развитых серий входят десятки типов микросхем – от логических элементов до функционально законченных узлов: счетчиков, регистров, сумматоров, запоминающих устройств и т.д.

Стандартом по функциональному составу в цифровой схемотехнике принято считать классический набор микросхем малой и средней интеграции транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), в основе которого лежат ТТЛ серии семейства 74, выпускаемые уже несколько десятилетий рядом фирм, например американской фирмой Texas Instruments (TI). Эти серии включают в себя функциональный комплект микросхем, достаточный для создания различных цифровых устройств.

Система обозначений фирмы TI (рис 1.3) состоит следующих элементов:

Рис 1.3. Система обозначений ИС фирмы Texas Instruments

1. Идентификатор фирмы SN (для серий AC и ACT отсутствует);

2. Температурный диапазон (тип семейства);

¾ 74 – коммерческие микросхемы (температура окружающей среды для биполярных ИС – 0…+70⁰С, для КМОП ИС - -40…+85⁰С),

¾ 54 – микросхемы военного назначения (температура окружающей среды – 55…+125⁰С);

3. Код серии (до трех символов);

¾ Отсутствует – стандартная ТТЛ серия,

¾ LS (Low Power Schottky) – маломощная ТТЛ логика на транзисторах Шотки (ТТЛШ),

¾ S (Schottky) – серия ТТЛШ,

¾ ALS (Advanced Schottky) – улучшенная серия ТТЛШ,

¾ F (Fast) – быстрая серия,

¾ HC (High Speed CMOS) – высокоскоростная серия на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП),

¾ HCT (High Speed CMOS with TTL inputs) – серия HC, совместимая по входу с ТТЛ,

¾ AC (Advanced CMOS) – улучшенная серия КМОП,

¾ ACT (Advanced CMOS with TTL inputs) – серия AC, совместимая по входу с ТТЛ,

¾ BCT (BiCMOS Technology) – серия c БиКМОП технологией,

¾ ABT (Advanced BiCMOS Technology) – улучшенная серия c БиКМОП технологией,

¾ LVT (Low Voltage Technology) – серия с низким напряжением питания.

4. Идентификатор специального типа (2 символа) – может отсутствовать;

5. Тип микросхемы (от двух до шести цифр);

6. Код корпуса (от одного до двух символов) – может отсутствовать.

N – пластмассовый корпус DIL (DIP), J- керамический корпус DIL (DIC), T – плоский металлический корпус.

Отечественная система обозначений (Рис 1.4) отличается от рассмотренной выше. Основные элементы обозначения следующие:

Рис 1.4. Обозначения отечественных микросхем.

1. Область применения. Буква К означает ИС широкого применения, для микросхем военного назначения буква отсутствует;

2. Тип корпуса ИС (один символ) – может отсутствовать.

Р – пластмассовый, М – керамический, Б – бескорпусная ИС

3. Номер серии ИС (от трех до четырех цифр);

4. Функция ИС (две буквы);

5. Номер ИС (от одной до трех цифр). Таблица функций и номеров ИС, а также их соответствие зарубежным аналогам приведены в Приложении.

В отечественной системе обозначений легко понять функцию ИС по ее обозначению. Зато в системе обозначений TI видны особенности серии.

Серия К155 (SN74) – это одна из первых ТТЛ серий. Устарела, снята с производства, но пока разрешена к применению в связи с накопленными значительными запасами. С этой классической серией принято сравнивать все остальные.

Серия К555 (SN74LS) ТТЛШ полностью совместима с серией К155, выпущена для ее замены. Имеет меньший входной ток. Потребляет ток от источника питания втрое меньше при одинаковом быстродействии.

Серия КР531 (SN74S) – быстродействующая ТТЛ серия. Задержки примерно в 3-4 раза меньше, чем у серии К155. При этом входные токи на 25% больше, чем у К155. Ток потребления и потребляемая мощность в полтора раза больше, чем у К155.

Серия КР1533 (SN74ALS) – стандартная серия ТТЛШ следующего поколения. Имеет по сравнению с серией К155 вдвое большее быстродействие и в четыре раза меньше потребляемый ток и мощность. Входные токи еще меньше, чем у серии К555.

Таблица 1.3. Сравнение параметров одинаковых ИС в разных сериях.

Серия КР1531 (SN74F) выполнена на базе ТТЛШ логики для замены серии КР531. При том же быстродействии имеет меньшую потребляемую мощность. Входные токи и ток потребления вдвое меньше, чем у серии К155.

Серия КР1554 (SN74AC) отличается от всех предыдущих тем, что она выполнена по КМОП – технологии. Поэтому она характеризуется сверхмалыми входными токами и сверхмалым потреблением на низких частотах. Задержки примерно вдвое меньше, чем у серии К155.

Приведенные здесь соотношения по быстродействию довольно приблизительны и могут отличаться для некоторых разновидностей ИС.

ИС перечисленных серий имеют одинаковое напряжение питания, практически идентичные напряжения логических уровней. Обычно легко сопрягаются между собой, то есть сигналы с выходов одной серии можно смело подавать на входы ИС другой серии. Одно из исключений – соединение выходов ТТЛ с входами КМОП серии КР1554 (74AC), у которых несколько различается напряжение логической 1. При таком соединении необходимо применение резистора 560 Ом между линиями сигнала и питания (Рис 1.6), подтягивающего высокий выходной уровень к напряжению питания. И, наоборот, при соединении КР1554 с ТТЛ необходимость в резисторе отпадает.

Рис 1.5. Сопряжение ИС ТТЛ и КМОП (КР1554).

При выборе той или иной серии ИС следует учитывать, что ИС мощной и быстрой серии КР1531 создают высокий уровень помех по шинам питания, а ИС маломощной серии К555 очень чувствительны к таким помехам. Поэтому серию КР1531 рекомендуется использовать только в крайних случаях, когда необходимо получить высокое быстродействие. Не рекомендуется также применять в одном устройстве мощные быстродействующие и маломощные ИС.