Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Vi mạch số

1Chương 3 VI MẠCH SỐ 2Nội dung  Khái niệm vi mạch  Phân loại vi mạch số  Các thông số đặc trưng của vi mạch số 33.1. Khái niệm vi mạch  Các phần tử logic được cấu thành từ các linh kiện điện tử  Các linh kiện điện tử này khi kết hợp với nhau trong một khối vi mạch thực hiện một chức năng xác định được gọi là mạch tích hợp (Integrated Circuit – viết tắt là IC)  Mạch tích hợp có đặc điểm:  Ưu điểm: mật độ linh kiện lớn, làm giảm thể tích, giảm trọng lượng và kích thước mạch  Nhược điểm: hỏng một linh kiện thì hỏng cả mạch  Có 2 loại mạch tích hơp:  Mạch tích hợp tương tự  Mạch tích hợp số 4Vi mạch tương tự và số X Vi mạch Y X, Y: tín hiệu tương tự  vi mạch tương tự X, Y: tín hiệu số  vi mạch số 53.2. Phân loại vi mạch số  Theo mức tích hợp linh kiện:  Mức tích hợp là tổng số phần tử tích cực (transistor) hoặc cổng logic chứa trên một mảnh tinh thể bán dẫn  Tính theo số lượng cổng logic (gate) có các loại sau: Loại mạch Số cổng logic/IC SSI (Small Scale Integration) < 10 MSI (Medium Scale Integration) 10  100 LSI (Large Scale Integration) 100  1000 VLSI (Very Large Scale Integration) 103  106 ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 106 6Phân loại theo bản chất linh kiện được sử dụng  IC sử dụng linh kiện lưỡng cực:  RTL (Resistor Transistor Logic)  DTL (Diode Transistor Logic)  TTL (Transistor Transistor Logic)  IC sử dụng linh kiện đơn cực (MOSFET):  PMOS (p – Panel Metal Oxide Semiconductor)  NMOS (n – Panel Metal Oxide Semiconductor)  CMOS (Complementary MOS) 73.3. Các thông số đặc trưng của IC số  Mức logic  Điện áp nguồn cung cấp  Công suất tiêu thụ ở chế độ động  Hệ số tải N  Trễ truyền đạt  Dải nhiệt độ làm việc  Hãng chế tạo . 81. Mức logic Dải điện áp không xác định VL(max) Mức logic “1” Mức logic “0” VH(min) GND Vcc Qui ước logic dương 9 VIL(max) – giá trị lớn nhất cho phép của điện áp ứng với mức logic “0” ở lối vào  VIH(min) – giá trị nhỏ nhất cho phép của điện áp ứng với mức logic “1” ở lối vào  V0L(max) – giá trị lớn nhất của điện áp ứng với mức logic “0” ở lối ra  V0H(min) – giá trị nhỏ nhất của điện áp ứng với mức logic “1” ở lối ra  IIL – dòng điện ở lối vào của cổng logic ứng với điện áp vào mức thấp VIL  IIH – dòng điện ở lối vào của cổng logic ứng với điện áp vào mức cao VIH  I0L- dòng điện cổng logic có thể cung cấp ở lối ra ứng với điện áp ra V0L  I0H- dòng điện cổng logic có thể cung cấp ở lối ra ứng với điện áp ra V0H Các mức logic 10 Ví dụ Với họ TTL chuẩn ta có: Dải điện áp không xác định 5V 2V 0.8V 0V Vào 5V 3,5V 0,5V 0V Ra Dải điện áp không xác định 11 2. Điện áp nguồn cung cấp  Vcc – dải điện áp cung cấp đảm bảo cho cổng logic hoạt động bình thường  Ví dụ:  TTL chuẩn: Vcc = +5V ± 5%  CMOS: Vcc = (+3V ÷ +18V) ± 5% 12 3. Công suất tiêu thụ ở chế độ động  Chế độ động là chế độ làm việc có tín hiệu  Công suất tiêu thụ ở chế độ động là công suất tổn hao trên các phần tử trong vi mạch ở chế độ động, nên cần càng nhỏ càng tốt  Công suất tiêu thụ ở chế độ động phụ thuộc  Tần số làm việc  Công nghệ chế tạo 13 4. Hệ số tải N  Hệ số tải N là số cực đại các cổng logic tương đương có thể nối ở lối ra của cổng logic đang xét  N =min( I0L1/IIL2, I0H1/IIH2)  Ví dụ, với một cổng logic TTL chuẩn có:  Dòng ra: IOH = 0,4mA, IOL = 16mA  Dòng vào: IIH = 0,02mA, IIL = 1,6mA 10 20 02,0 4,0 ,10 6,1 16 2 1 2 1   N I I I I IH OH IL OL 14 5. Trễ truyền đạt  Trễ truyền đạt là khoảng thời gian để đầu ra của mạch có đáp ứng đối với sự thay đổi mức logic của đầu vào  Có 2 loại trễ truyền đạt:  Trễ xảy ra khi đầu ra thay đổi từ mức cao xuống mức thấp  Trễ xảy ra khi đầu ra thay đổi từ mức thấp lên mức cao  Trễ truyền đạt của cổng là giá trị trung bình của hai loại trễ trên Uv ur 0 1 50% 50% 2 10    15 6. Dải nhiệt độ làm việc  Dải nhiệt độ làm việc – là dải nhiệt độ để đảm bảo IC làm việc bình thường  Mỗi một loại IC được chế tạo để sử dụng ở một điều kiện môi trường khác nhau tùy theo mục đích sử dụng nó  IC dùng trong công nghiệp: 0°C  70°C  IC dùng trong quân sự: -55°C  125°C 16 7. Hãng chế tạo  Một mạch IC có cùng chức năng có thể do nhiều hãng cùng sản xuất  Mỗi hãng có ký hiệu riêng  Ví dụ:  Texas Instruments (Mỹ) – SN (SN 7400)  Motorola – MTRL, MC (MC 7400)  National – IPC (IPC 7400)  Siemens – FL (FL 7400)  CEMI (Ba lan) – UCY (UCY 7400) 17 Ví dụ SN T 7400 E D Vỏ sứ 2 hàng chân (- 40 ÷ 850) dải nhiệt độ làm việc Chức năng NAND Loại TTL Hãng Texas sản xuất 18 8. Kiểu đóng vỏ  Có 2 loại thông dụng:  Vỏ tròn bằng kim loại, số chân < 10  Vỏ dẹt bằng gốm, chất dẻo, có 3 loại  IC một hàng chân SIP (Single Inline Package)  IC có 2 hàng chân DIP (Dual Inline Package)  IC chân dạng lưới PGA (Pin Grid Array): vỏ vuông, chân xung quanh 19 Một số dạng IC 20 VD: Phần tử AND dùng IC 21 VD: Phần tử OR dùng IC 7432 22 VD: Phần tử NOT dùng IC 7404 23 VD: Phần tử NAND dùng IC 7400 24 VD: Phần tử NOR dùng IC 7402 25 VD: Phần tử XOR dùng IC 7486 26 Hết chương 3