Модули интегральных микросхем

В предыдущих разделах были рассмотрены базовые принципы построения электронных схем для реализации логических функций. Для их практического воплощения используются серийно производимые интегральные схемы (ИС). Когда в 1960-х годах появились первые интегральные схемы, логические вентили стали выпускать в виде стандартизированных чипов. Такой чип монтировался в полностью закрытый защитный корпус со множеством металлических контактов для соединения с внешним устройством. Стандартные модули ИС имели разное количество контактов. На рис. 3.35 показан простейший модуль с четырьмя вентилями И-НЕ. логическая структура схемы с четырьмя 2-входовыми вентилями И-НЕ (б)

Эти четыре вентиля имеют общие контакты для соединения с «землей» и источником питания. Подобные ИС, содержащие всего несколько логических вентилей, называются схемами с малой степенью интеграции или малыми интегральными схемами (МИС).

Рис. 3.33. Дешифратор, преобразующий двоично-десятичное число для отображения на 7-сегментном индикаторе

Рис. 3.34. Таблица истинности

Рис. 3.35. Модуль 14-контактной интегральной схемы: внешний вид (а);

Для столь простых функций, которые выполняют малые интегральные схемы, они занимают слишком много физического пространства. Более того, их производительность довольно низка из-за электрических характеристик контактов модуля ИС. Чтобы сгенерировать сигналы достаточной мощности, необходимые для управления устройствами и схемами, подсоединенными к внешним контактам, приходится использовать большие транзисторы. В результате задержка на распространение сигнала и потребляемая схемой мощность заметно увеличиваются.

Время задержки на распространение сигнала для КМОП-вентиля И-НЕ, который входит в состав модуля интегральных может достичь 5 нс. В случае таких же вентилей, используемых в больших интегральных схемах КМОП, задержка обычно составляет не более 0,2 нс, что зависит от технологии производства.

В настоящее время производятся гораздо более крупные ИС, реализующие образные логические элементы. Чип интегральной схемы может содержать полезный функциональный блок, такой как сумматор, умножитель, регистр, шифратор или дешифратор, либо просто набор вентилей и программируемых переключателей внутренних соединений, с помощью которых конструктор может реализовать множество разных функций.