Thực đơn
trang chủĐiện thoại

Phân loại mạch tích hợp Mạch tích hợp lớn

Trong các máy tính điện đời đầu, các thành phần mạch thực hiện các hoạt động là các ống chân không. Những ống này trông giống như bóng đèn, tiêu thụ rất nhiều điện và tạo ra rất nhiều nhiệt. Mọi thứ thay đổi vào năm 1947 với việc phát minh ra bóng bán dẫn. Thiết bị nhỏ này sử dụng vật liệu bán dẫn, được đặt tên theo khả năng dẫn và bẫy dòng điện, tùy thuộc vào việc có dòng điện trong bản thân chất bán dẫn hay không. Công nghệ mới này cho phép chế tạo tất cả các loại công tắc điện trên chip silicon. Mạch bán dẫn chiếm ít không gian hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Để có những máy tính mạnh hơn, các mạch tích hợp hoặc IC đã được tạo ra.

Ngày nay, các bóng bán dẫn đã trở nên nhỏ đến mức hiển vi và toàn bộ mạch IC nằm gọn trên một miếng bán dẫn hình vuông 1 inch. Các khối nhỏ được gắn thành hàng trên bảng mạch máy tính là các mạch tích hợp được bọc trong vỏ nhựa. Mỗi vi mạch chứa một tập hợp các phần tử hoặc thiết bị mạch đơn giản. Hầu hết chúng đều bị chiếm giữ bởi các bóng bán dẫn. Một IC cũng có thể bao gồm điốt, cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng và các điện trở, chặn dòng điện.
Các bộ phận cố định. Bên trong máy tính, các dãy mạch tích hợp trong vỏ bảo vệ, như minh họa bên dưới, được gắn trên bảng mạch của máy tính (màu xanh lá cây). Mỗi đường màu xanh nhạt tượng trưng cho một đường đi của dòng điện; chúng cùng nhau tạo thành những “đường cao tốc” qua đó dòng điện được truyền từ mạch này sang mạch khác.

Những sứ giả nhỏ bé. Dọc theo rìa của con chip, các dây có từ tính cao, gợi nhớ đến sợi tóc của con người, gửi tín hiệu điện từ mạch điện (có tên ở trên). Những dây vàng hoặc nhôm này hầu như có khả năng chống ăn mòn và là chất dẫn điện tốt.

Giải phẫu của một bóng bán dẫn
Bóng bán dẫn, phần tử vi mô cơ bản của mạch điện tử, là công tắc bật và tắt dòng điện. Các rãnh kim loại nhỏ (màu xám) dẫn dòng điện (đỏ và xanh lục) từ các thiết bị này. Được tổ chức thành một tổ hợp gọi là cổng logic, bóng bán dẫn phản ứng với các xung điện theo nhiều cách khác nhau được cài sẵn, cho phép máy tính thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau.

Mạch logic. Nếu dòng điện đi vào (mũi tên màu đỏ) kích hoạt đế của mỗi bóng bán dẫn, thì dòng điện (mũi tên màu xanh lá cây) sẽ chạy tới dây dẫn đầu ra.

Mạch tích hợp lớn

Mạch tích hợp hiện đại được thiết kế để gắn trên bề mặt.

Vi mạch kỹ thuật số của Liên Xô và nước ngoài.

tích phân(tiếng Anh. Mạch tích hợp, IC, vi mạch, vi mạch, chip silicon hoặc chip), ( vi mô)cơ chế (LÀ, IMS, m/skh), Chip, vi mạch(Tiếng Anh) Chip- mảnh, chip, chip) - thiết bị vi điện tử - một mạch điện tử có độ phức tạp tùy ý, được chế tạo trên tinh thể bán dẫn (hoặc màng) và được đặt trong một hộp không thể tách rời. Thường dưới mạch tích hợp(IC) dùng để chỉ tinh thể hoặc màng thực tế có mạch điện tử và bằng vi mạch(MS) - IC được bọc trong vỏ. Đồng thời, cụm từ "các thành phần chip" có nghĩa là "các thành phần gắn trên bề mặt" trái ngược với các thành phần được hàn xuyên lỗ truyền thống. Vì vậy, nói “vi mạch chip” thì đúng hơn, nghĩa là vi mạch gắn trên bề mặt. Hiện tại (năm) hầu hết các vi mạch đều được sản xuất dưới dạng gói gắn trên bề mặt.

Câu chuyện

Việc phát minh ra vi mạch bắt đầu bằng việc nghiên cứu các tính chất của màng oxit mỏng, biểu hiện ở hiệu ứng dẫn điện kém ở điện áp thấp. Vấn đề là ở chỗ hai kim loại chạm vào nhau thì không có tiếp xúc điện hoặc nó có cực. Các nghiên cứu sâu về hiện tượng này đã dẫn đến việc phát hiện ra điốt và sau này là bóng bán dẫn và mạch tích hợp.

Cấp độ thiết kế

  • Vật lý - phương pháp thực hiện một bóng bán dẫn (hoặc một nhóm nhỏ) dưới dạng các vùng pha tạp trên tinh thể.
  • Sơ đồ mạch điện (bóng bán dẫn, tụ điện, điện trở, v.v.).
  • Mạch logic - logic (bộ biến tần logic, phần tử OR-NOT, AND-NOT, v.v.).
  • Cấp độ mạch và hệ thống - thiết kế mạch và hệ thống (dép xỏ ngón, bộ so sánh, bộ mã hóa, bộ giải mã, ALU, v.v.).
  • Topo - photomasks topo để sản xuất.
  • Cấp độ chương trình (dành cho bộ vi điều khiển và bộ vi xử lý) - hướng dẫn lắp ráp cho người lập trình.

Hiện nay, hầu hết các mạch tích hợp đều được phát triển bằng CAD, cho phép bạn tự động hóa và tăng tốc đáng kể quá trình thu được mặt nạ quang tôpô.

Phân loại

Mức độ tích hợp

Mục đích

Một mạch tích hợp có thể có chức năng hoàn chỉnh, bất kể phức tạp đến đâu - lên tới toàn bộ máy vi tính (máy vi tính đơn chip).

Mạch tương tự

  • Máy phát tín hiệu
  • Bộ nhân tương tự
  • Bộ suy giảm analog và bộ khuếch đại biến thiên
  • Bộ ổn định nguồn điện
  • Chuyển mạch chip điều khiển nguồn điện
  • Bộ chuyển đổi tín hiệu
  • Mạch định thời
  • Các cảm biến khác nhau (nhiệt độ, v.v.)

Mạch kỹ thuật số

  • Phần tử logic
  • Bộ chuyển đổi bộ đệm
  • Mô-đun bộ nhớ
  • Bộ xử lý (Micro) (bao gồm CPU trong máy tính)
  • Máy vi tính đơn chip
  • FPGA - mạch tích hợp logic khả trình

Mạch tích hợp kỹ thuật số có một số ưu điểm so với mạch tương tự:

  • Giảm tiêu thụ điện năng liên quan đến việc sử dụng các tín hiệu điện xung trong thiết bị điện tử số. Khi nhận và chuyển đổi các tín hiệu như vậy, các phần tử hoạt động của thiết bị điện tử (bóng bán dẫn) hoạt động ở chế độ “chìa khóa”, nghĩa là bóng bán dẫn ở trạng thái “mở” - tương ứng với tín hiệu cấp cao (1) hoặc “đóng”. ” - (0), trong trường hợp đầu tiên tại Không có hiện tượng sụt áp trong bóng bán dẫn; trong trường hợp thứ hai, không có dòng điện chạy qua nó. Trong cả hai trường hợp, mức tiêu thụ điện năng gần bằng 0, trái ngược với các thiết bị analog, trong đó phần lớn thời gian các bóng bán dẫn ở trạng thái trung gian (điện trở).
  • Khả năng chống ồn cao các thiết bị kỹ thuật số có liên quan đến sự khác biệt lớn giữa tín hiệu mức cao (ví dụ 2,5 - 5 V) và mức thấp (0 - 0,5 V). Có thể xảy ra lỗi với sự can thiệp như vậy khi mức cao được coi là thấp và ngược lại, điều này khó xảy ra. Ngoài ra, trong các thiết bị kỹ thuật số có thể sử dụng các mã đặc biệt cho phép sửa lỗi.
  • Sự khác biệt lớn giữa tín hiệu mức cao và mức thấp và phạm vi thay đổi khá rộng cho phép của chúng khiến công nghệ kỹ thuật số trở nên khó khăn hơn. vô cảmđến sự phân tán không thể tránh khỏi của các tham số phần tử trong công nghệ tích hợp, loại bỏ nhu cầu lựa chọn và định cấu hình các thiết bị kỹ thuật số.

Chỉ hai mươi lăm năm trước, những người vô tuyến nghiệp dư và các chuyên gia thế hệ cũ đã phải nghiên cứu các thiết bị mới vào thời điểm đó - bóng bán dẫn. Thật không dễ dàng để từ bỏ các ống chân không mà chúng ta đã quá quen thuộc và chuyển sang “dòng” thiết bị bán dẫn ngày càng đông đúc và ngày càng mở rộng.

Và giờ đây “gia đình” này ngày càng bắt đầu nhường chỗ cho kỹ thuật vô tuyến và điện tử cho thế hệ thiết bị bán dẫn mới nhất - mạch tích hợp, thường gọi tắt là IC.

Mạch tích hợp là gì

Mạch tích hợp là một thiết bị điện tử thu nhỏ chứa trong một vỏ thông thường các bóng bán dẫn, điốt, điện trở và các phần tử chủ động và thụ động khác, số lượng có thể lên tới vài chục nghìn.

Một vi mạch có thể thay thế toàn bộ bộ phận của máy thu sóng vô tuyến, máy tính điện tử (máy tính) và máy điện tử. Ví dụ, “cơ chế” của đồng hồ đeo tay kỹ thuật số chỉ là một con chip lớn hơn.

Theo mục đích chức năng của chúng, các mạch tích hợp được chia thành hai nhóm chính: vi mạch tương tự hoặc xung tuyến tính và logic hoặc kỹ thuật số.

Các vi mạch tương tự được thiết kế để khuếch đại, tạo và chuyển đổi các dao động điện có tần số khác nhau, chẳng hạn như cho máy thu, bộ khuếch đại và logic - để sử dụng trong các thiết bị tự động hóa, trong các thiết bị có đồng hồ kỹ thuật số, trong máy tính.

Hội thảo này được dành để làm quen với thiết bị, nguyên lý hoạt động và khả năng ứng dụng của các mạch tích hợp logic và tương tự đơn giản nhất.

Trên chip analog

Trong số “gia đình” tương tự khổng lồ, đơn giản nhất là các vi mạch đôi K118UN1A (K1US181A) và K118UN1B (K1US181B), là một phần của dòng K118.

Mỗi người trong số họ là một bộ khuếch đại chứa... Tuy nhiên, tốt hơn hết là nên nói về việc "nhồi" điện tử thay thế. Hiện tại, chúng ta sẽ coi chúng là “hộp đen” có các chân để kết nối nguồn điện, các bộ phận bổ sung, mạch đầu vào và đầu ra với chúng.

Sự khác biệt giữa chúng chỉ nằm ở hệ số khuếch đại đối với dao động tần số thấp: hệ số khuếch đại của vi mạch K118UN1A ở tần số 12 kHz là 250 và hệ số khuếch đại của vi mạch K118UN1B là 400.

Ở tần số cao, mức tăng của các vi mạch này là như nhau - khoảng 50. Vì vậy, bất kỳ vi mạch nào trong số chúng đều có thể được sử dụng để khuếch đại dao động của cả tần số thấp và tần số cao, và do đó cho các thí nghiệm của chúng tôi. Hình thức và ký hiệu của các vi mạch khuếch đại này trên sơ đồ mạch của thiết bị được thể hiện trong Hình 2. 88.

Chúng có thân hình chữ nhật bằng nhựa. Ở mặt trên của vỏ có một dấu dùng làm điểm tham chiếu cho các số pin. Các vi mạch được thiết kế để cấp nguồn từ nguồn DC có điện áp 6,3 V, được cung cấp qua chân 7 (+Upit) và 14 (— bạn Pete).

Nguồn điện có thể là nguồn điện xoay chiều có điện áp đầu ra có thể điều chỉnh được hoặc pin được tạo thành từ bốn ô 334 và 343.

Thí nghiệm đầu tiên với vi mạch K118UN1A (hoặc K118UN1B) được thực hiện theo sơ đồ trong Hình 2. 89. Sử dụng tấm bìa cứng có kích thước khoảng 50X40 mm để làm bảng gắn.

Chân vi mạch 1, 7, 8 Và 14 những chiếc ghim hàn vào dây điện xuyên qua các lỗ trên bìa cứng. Tất cả chúng sẽ hoạt động như các giá đỡ giữ vi mạch trên bảng và các giá đỡ chân 7. và 14, Ngoài ra, kết nối danh bạ với pin G.B.1 (hoặc nguồn điện chính).

Giữa chúng, ở cả hai phía của vi mạch, tăng cường thêm hai hoặc ba tiếp điểm nữa, đây sẽ là điểm trung gian cho các bộ phận bổ sung. Gắn tụ điện vào bo mạch C1(loại K50-6 hoặc K50-3) và C2(KYAS, BM, MBM), kết nối tai nghe với đầu ra của vi mạch TẠI 2.

Kết nối với đầu vào của vi mạch (thông qua tụ điện C1) micro điện động TRONG 1 bất kỳ loại nào hoặc hộp điện thoại DEM-4m, hãy bật nguồn và ấn chặt điện thoại vào tai hơn, dùng bút chì gõ nhẹ vào micrô. Nếu không có lỗi trong quá trình cài đặt, điện thoại sẽ nghe thấy âm thanh giống như tiếng click trên trống.

Yêu cầu một người bạn nói điều gì đó trước micrô - bạn sẽ nghe thấy giọng nói của anh ấy trên điện thoại. Thay vì micrô, bạn có thể kết nối loa phát thanh (thuê bao) với biến áp phù hợp với đầu vào của vi mạch. Hiệu quả sẽ giống nhau.

Tiếp tục thực nghiệm với thiết bị điện thoại tác động đơn, nối dây dẫn chung (âm) của mạch điện với đầu ra 12 tụ điện vi mạch Tây Bắc,được biểu thị trên sơ đồ bằng những đường đứt nét. Đồng thời, âm lượng trên điện thoại sẽ tăng lên.

Điện thoại sẽ phát ra âm thanh to hơn nếu cùng một tụ điện được kết nối với mạch đầu ra 5 (trong hình 89 - tụ điện C4). Nhưng nếu bộ khuếch đại bị kích thích thì giữa dây chung và chân 11 bạn sẽ phải mắc một tụ điện điện phân có công suất 5 - 10 µF. điện áp danh định 10 V.

Một thử nghiệm khác: bật nó lên giữa các chân 10 Và 3 tụ điện bằng gốm hoặc giấy vi mạch có công suất 5 - 10 nghìn picofarad. Chuyện gì đã xảy ra thế? Một âm thanh trung bình không ngừng xuất hiện trên điện thoại. Khi điện dung của tụ điện này tăng lên, âm thanh trong điện thoại sẽ giảm và khi giảm thì âm thanh sẽ tăng lên. Kiểm tra điều này.

Bây giờ chúng ta hãy mở “hộp đen” này và xem phần “làm đầy” của nó (Hình 90). Đúng, đây là bộ khuếch đại hai tầng có khớp nối trực tiếp giữa các bóng bán dẫn của nó. Bóng bán dẫn silicon, cấu trúc n -R-N. Tín hiệu tần số thấp do micrô tạo ra được cung cấp (thông qua tụ điện C1) đến đầu vào của vi mạch (chân 3).

Điện áp rơi trên điện trở R6 trong mạch phát của bóng bán dẫn V.2, thông qua điện trở R4 Và R5 cung cấp cho đế của bóng bán dẫn VI và mở nó ra. Điện trở R1 — tải của bóng bán dẫn này. Tín hiệu khuếch đại lấy từ nó sẽ đi đến đế của bóng bán dẫn V.2 để có thêm lợi ích.

Trong bộ khuếch đại thử nghiệm có tải bóng bán dẫn V.2 có tai nghe đi kèm trong mạch thu của nó, giúp chuyển đổi tín hiệu tần số thấp thành âm thanh.

Nhưng tải của nó có thể là một điện trở R5 vi mạch, nếu bạn kết nối các dây dẫn với nhau 10 Và 9. Trong trường hợp này, điện thoại phải được kết nối giữa dây chung và điểm kết nối của các thiết bị đầu cuối này thông qua một tụ điện có công suất vài microfarad (tấm dương của vi mạch).

Khi nối tụ điện giữa dây chung và cực 12 vi mạch, âm lượng tăng lên, Tại sao? Bởi vì anh ta đang tắt điện trở R6 vi mạch, làm suy yếu phản hồi tiêu cực về dòng điện xoay chiều hoạt động trong đó.

Phản hồi tiêu cực thậm chí còn trở nên yếu hơn khi bạn đưa tụ điện thứ hai vào mạch cơ sở của bóng bán dẫn V.1. Và tụ điện thứ ba nối giữa dây chung và đầu ra 11, hình thành với một điện trở R7 bộ lọc tách vi mạch ngăn chặn sự kích thích của bộ khuếch đại.

Điều gì đã xảy ra khi bạn kết nối một tụ điện giữa các cực? 10 và 5? Ông đã tạo ra phản hồi tích cực giữa đầu ra và đầu vào của bộ khuếch đại, biến nó thành bộ dao động tần số âm thanh.

Vì vậy, như bạn có thể thấy, vi mạch K118UN1B (hoặc K118UN1A) là một bộ khuếch đại có thể ở tần số thấp hoặc tần số cao, chẳng hạn như trong một máy thu. Nhưng nó cũng có thể trở thành một máy phát các dao động điện ở cả tần số thấp và cao.

Vi mạch trong máy thu radio

Chúng tôi đề xuất thử nghiệm vi mạch này trên đường dẫn tần số cao của máy thu được lắp ráp, chẳng hạn như theo mạch hiển thị trong Hình 2. 91. Mạch đầu vào của ăng ten từ của máy thu như vậy được tạo thành bởi một cuộn dây L1 và một tụ điện biến thiên C1. Tín hiệu tần số cao từ đài phát thanh mà mạch được điều chỉnh, thông qua cuộn dây liên lạc L2 và tụ điện cách ly C2đến đầu vào (đầu ra 3) vi mạch L1.

Từ đầu ra của vi mạch (đầu ra 10, kết nối với đầu ra 9) tín hiệu khuếch đại được đưa qua một tụ điện C4 cho máy dò, điốt VI Và V.2 được bật theo mạch nhân điện áp và tín hiệu tần số thấp được phân bổ cho nó là điện thoại TRONG 1 chuyển thành âm thanh. Đầu thu chạy bằng pin G.B.1, bao gồm bốn phần tử 332, 316 hoặc năm pin D-01.

Trong nhiều máy thu bóng bán dẫn, bộ khuếch đại tần số cao được hình thành bởi các bóng bán dẫn, nhưng trong cái này nó là một vi mạch. Đây là sự khác biệt duy nhất giữa họ. Với kinh nghiệm từ các buổi workshop trước đây, tôi hy vọng các bạn sẽ có thể độc lập lắp đặt và G thiết lập một máy thu như vậy và thậm chí, nếu bạn muốn, hãy bổ sung nó bằng bộ khuếch đại tần số thấp để thu sóng radio lớn.

Trên chip logic

Một phần không thể thiếu của nhiều mạch tích hợp kỹ thuật số là phần tử logic AND-NOT, ký hiệu mà bạn thấy trong Hình 2. 92, MỘT. Biểu tượng của nó là dấu "&" được đặt bên trong một hình chữ nhật, thường ở góc trên bên trái, thay thế cho từ "AND" trong tiếng Anh. Có hai hoặc nhiều đầu vào ở bên trái, một đầu ra ở bên phải.

Vòng tròn nhỏ bắt đầu đường truyền của tín hiệu đầu ra tượng trưng cho Phủ định logic “KHÔNG” ở đầu ra của vi mạch. Trong ngôn ngữ công nghệ kỹ thuật số, “NOT” có nghĩa là phần tử NAND là một biến tần, tức là một thiết bị có các thông số đầu ra đối lập với các thông số đầu vào.

Trạng thái điện và hoạt động của phần tử logic được đặc trưng bởi các mức tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của nó. Tín hiệu điện áp nhỏ (hoặc 0), mức không vượt quá 0,3 - 0,4 V, thường được gọi là (theo hệ thống số nhị phân) logic 0 (0) và tín hiệu điện áp cao hơn (so với logic 0) , mức có thể là 2,5 - 3,5 V, - đơn vị logic (1).

Ví dụ: họ nói: “đầu ra của phần tử là logic 1”. Điều này có nghĩa là tại thời điểm này, tín hiệu đã xuất hiện ở đầu ra của phần tử, điện áp tương ứng với mức logic 1.

Để không đi sâu vào công nghệ và cấu trúc của phần tử NAND, chúng ta sẽ coi nó như một “hộp đen”, có hai đầu vào và một đầu ra cho tín hiệu điện.

Logic của phần tử là khi logic O được áp dụng cho một trong các đầu vào của nó và logic 1 được áp dụng cho đầu vào thứ hai, tín hiệu logic 1 xuất hiện ở đầu ra, tín hiệu này sẽ biến mất khi các tín hiệu tương ứng với logic 1 được áp dụng cho cả hai đầu vào. .

Đối với các thí nghiệm ghi nhớ đặc tính này của phần tử, bạn sẽ cần vi mạch K155LAZ phổ biến nhất, vôn kế DC, pin 3336L mới và hai điện trở có điện trở 1...1,2 kOhm.

Vi mạch K155LAZ bao gồm bốn phần tử 2I-NOT (Hình 92, b),được cung cấp bởi một nguồn DC 5 V chung, nhưng mỗi nguồn hoạt động như một thiết bị logic độc lập. Số 2 trong tên của vi mạch chỉ ra rằng các phần tử của nó có hai đầu vào.

Về hình thức và thiết kế, nó, giống như tất cả các vi mạch thuộc dòng K155, không khác biệt so với vi mạch tương tự K118UN1 vốn đã quen thuộc, chỉ có cực của kết nối nguồn điện là khác nhau. Vì vậy, tấm bìa cứng bạn làm trước đó phù hợp cho các thí nghiệm với vi mạch này. Nguồn điện được kết nối: +5 V - tới chân 7" — 5 B - kết luận 14.

Nhưng những kết luận này thường không được biểu thị trên sơ đồ của vi mạch. Điều này được giải thích là do trên sơ đồ mạch, các phần tử tạo nên vi mạch được mô tả riêng biệt, chẳng hạn như trong Hình. 92, v. Đối với các thử nghiệm, bạn có thể sử dụng bất kỳ yếu tố nào trong bốn yếu tố của nó.

Chân vi mạch 1, 7, 8 Và 14 hàn vào các trụ dây trên tấm bìa cứng (như trong Hình 89). Một trong các chân đầu vào của bất kỳ phần tử nào của nó, ví dụ: phần tử có các chân 1 — 3, kết nối thông qua một điện trở có điện trở 1...1,2 kOhm với đầu ra 14, đầu ra của đầu vào thứ hai nối trực tiếp với dây dẫn chung (“nối đất”) của mạch điện và kết nối vôn kế DC với đầu ra của phần tử (Hình 93, MỘT).

Bật nguồn điện lên. Vôn kế chỉ ra điều gì? Điện áp xấp xỉ 3 V. Điện áp này tương ứng với tín hiệu logic 1 ở đầu ra của phần tử. Sử dụng cùng một vôn kế, đo điện áp ở đầu ra của đầu vào đầu tiên. Và ở đây, như bạn có thể thấy, nó cũng logic 1. Do đó, khi một trong các đầu vào của phần tử là logic 1, và đầu vào thứ hai là logic 0. , đầu ra sẽ logic 1.

Bây giờ kết nối đầu ra của đầu vào thứ hai thông qua một điện trở có điện trở 1...1,2 kOhm với đầu ra 14 đồng thời là một dây nhảy - với một dây dẫn chung, như trong Hình. 93, b.

Trong trường hợp này, đầu ra, như trong thí nghiệm đầu tiên, sẽ là logic 1. Tiếp theo, quan sát kim vôn kế, tháo dây nhảy để tín hiệu tương ứng với logic 1 được gửi đến đầu vào thứ hai.

Vôn kế ghi lại những gì? Tín hiệu ở đầu ra của phần tử được chuyển đổi thành logic 0. Đây là cách nó phải như vậy! Và nếu bất kỳ đầu vào nào được rút ngắn định kỳ đến một dây chung và do đó mô phỏng việc cung cấp logic 0 cho nó, thì các xung dòng điện sẽ xuất hiện ở đầu ra của phần tử có cùng tần số, bằng chứng là sự dao động của kim vôn kế. Kiểm tra điều này bằng thực nghiệm.

Thuộc tính của phần tử NAND là thay đổi trạng thái dưới tác động của tín hiệu điều khiển đầu vào được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy tính kỹ thuật số khác nhau. Những người nghiệp dư về radio, đặc biệt là những người mới bắt đầu, rất thường sử dụng phần tử logic làm biến tần - một thiết bị có tín hiệu đầu ra ngược lại với tín hiệu đầu vào.

Thí nghiệm sau đây có thể xác nhận tính chất này của nguyên tố. Kết nối các cực của cả hai đầu vào của phần tử với nhau và thông qua một điện trở có điện trở 1...1,2 kOhm, kết nối chúng với đầu ra 14 (Hình 93, V).

Bằng cách này, bạn sẽ áp dụng tín hiệu tương ứng với logic 1 cho đầu vào chung của phần tử, điện áp của tín hiệu này có thể được đo bằng vôn kế. Đầu ra là gì?

Kim vôn kế nối với nó hơi lệch khỏi vạch số 0. Do đó, ở đây, như mong đợi, tín hiệu tương ứng với logic 0.

Sau đó, không ngắt kết nối điện trở khỏi đầu ra 14 vi mạch, kết nối đầu vào phần tử với dây dẫn chung nhiều lần liên tiếp bằng dây nhảy (trong Hình 93, V. thể hiện bằng nét đứt có mũi tên) đồng thời theo kim vôn kế. Vì vậy, bạn sẽ bị thuyết phục rằng khi đầu vào biến tần có giá trị logic 0 thì đầu ra có giá trị logic 1 và ngược lại, khi đầu vào có giá trị logic 1 thì đầu ra có giá trị logic 0.

Đây là cách hoạt động của biến tần, đặc biệt thường được những người nghiệp dư vô tuyến sử dụng trong các thiết bị xung mà họ chế tạo.

Một ví dụ về thiết bị như vậy là một máy phát xung được lắp ráp theo mạch như trong Hình 2. 94. Bạn có thể xác minh chức năng của nó ngay lập tức, chỉ mất vài phút cho nó.

Đầu ra của phần tử D1.1 được kết nối với đầu vào của phần tử D1.2 cùng một vi mạch, đầu ra của nó trùng với đầu vào của phần tử DJ.3, và đầu ra của phần tử này (đầu ra 8) - với đầu vào phần tử D1.1 thông qua biến trở R1 . Để đầu ra phần tử D1.3 (giữa đầu ra 8 và một dây dẫn chung) kết nối tai nghe B1, song song với phần tử D1.1 và D1.2 tụ điện C1.

Đặt thanh trượt điện trở thay đổi sang bên phải (theo sơ đồ) và bật nguồn - trong điện thoại, bạn sẽ nghe thấy âm thanh, âm sắc của âm thanh này có thể được thay đổi bằng một điện trở thay đổi.

Trong thí nghiệm này các yếu tố D1.1, D1,2 vàD1.3, được mắc nối tiếp với nhau, giống như các bóng bán dẫn của bộ khuếch đại ba tầng, chúng tạo thành một bộ dao động đa năng - một máy phát các xung điện hình chữ nhật.

Vi mạch trở thành máy phát điện nhờ tụ điện và điện trở, tạo ra các mạch phản hồi phụ thuộc tần số giữa đầu ra và đầu vào của các phần tử. Bằng cách sử dụng một điện trở thay đổi, tần số của các xung do bộ dao động tạo ra có thể thay đổi trơn tru từ khoảng 300 Hz đến 10 kHz.

Thiết bị xung như vậy có thể có ứng dụng thực tế gì? Ví dụ, nó có thể trở thành một chiếc chuông chung cư, một đầu dò để kiểm tra hiệu suất của các tầng máy thu và bộ khuếch đại tần số thấp, một máy phát điện để đào tạo cách nghe bảng chữ cái điện báo.

Máy đánh bạc tự chế trên chip

Một thiết bị như vậy có thể được biến thành một máy đánh bạc “Đỏ hay Xanh?” Sơ đồ của một thiết bị xung như vậy được hiển thị trong Hình. 95. Đây là những yếu tố D1.1, D1.2, D1.3 cùng (hoặc giống) vi mạch và tụ điện K155LAZ C1 tạo thành một bộ đa hài tương tự, các xung của nó điều khiển các bóng bán dẫn VI Và V.2, được kết nối theo một mạch phát chung.

Yếu tố D1.4 hoạt động giống như một biến tần. Nhờ đó, các xung đa dao động đến chân đế của các bóng bán dẫn ngược pha và lần lượt mở chúng. Vì vậy, ví dụ, khi mức logic là 1 ở đầu vào của biến tần và mức logic là 0 ở đầu ra, thì tại những thời điểm này, bóng bán dẫn TRONG 1 mở và bóng đèn CHÀO trong mạch thu của nó sáng lên và bóng bán dẫn V.2 đóng cửa và bóng đèn của nó H2 không cháy.

Với xung tiếp theo, biến tần sẽ thay đổi trạng thái sang trạng thái ngược lại. Bây giờ bóng bán dẫn sẽ mở V.2 và đèn bật sáng H2, và bóng bán dẫn VI bóng đèn sẽ đóng lại H1 sẽ ra ngoài.

Nhưng tần số của các xung do bộ dao động tạo ra tương đối cao (ít nhất là 15 kHz) và đương nhiên, bóng đèn không thể đáp ứng với mọi xung.

Đó là lý do tại sao chúng phát sáng lờ mờ. Nhưng cần nhấn nút S1 để đoản mạch tụ điện với các tiếp điểm của nó C1 và do đó làm gián đoạn quá trình tạo ra bộ dao động đa năng, khi bóng đèn của bóng bán dẫn trên cơ sở lúc đó sẽ có điện áp tương ứng với logic 1 ngay lập tức sáng lên và bóng đèn còn lại tắt hoàn toàn.

Không thể nói trước bóng đèn nào sẽ tiếp tục sáng sau khi nhấn nút - người ta chỉ có thể đoán. Đây là điểm của trò chơi.

Máy đánh bạc cùng với pin (3336L hoặc ba phần tử 343 được kết nối nối tiếp) có thể được đặt trong một hộp nhỏ, chẳng hạn như trong trường hợp máy thu “bỏ túi”.

Bóng đèn sợi đốt CHÀO Và H2(MH2.5-0.068 hoặc MH2.5-0.15) đặt dưới các lỗ trên thành trước của hộp và đậy chúng bằng nắp hoặc tấm thủy tinh hữu cơ có màu đỏ và xanh lục. Ở đây tăng cường công tắc nguồn (công tắc bật tắt TV-1) và công tắc nút nhấn §1(loại P2K hoặc KM-N) dừng bộ rung đa năng.

Thiết lập máy đánh bạc bao gồm việc lựa chọn cẩn thận một điện trở R1. Điện trở của nó phải sao cho khi bạn dừng bộ rung đa năng bằng nút S1 ít nhất 80 - 100 lần số lượng đèn trên mỗi bóng đèn là gần như nhau.

Đầu tiên hãy kiểm tra xem bộ rung đa năng có hoạt động không. Để làm điều này, song song với tụ điện C1, e, điện dung của nó có thể là 0,1...0,5 µF, kết nối một tụ điện điện phân có công suất 20...30 µF và tai nghe với đầu ra của bộ dao động đa năng - âm thanh trầm sẽ xuất hiện trong điện thoại.

Âm thanh này là dấu hiệu cho thấy bộ rung đa năng đang hoạt động. Sau đó tháo tụ điện, điện trở R1 thay thế bằng một điện trở điều chỉnh có điện trở 1,2...1,3 kOhm và giữa các cực 8 và 11 yếu tố D.I..3 Và D1.4 bật vôn kế DC. Bằng cách thay đổi điện trở của điện trở cắt, đạt được vị trí sao cho vôn kế hiển thị điện áp bằng 0 giữa các đầu ra của các phần tử này của vi mạch.

Có thể có bất kỳ số lượng người chơi. Mỗi người lần lượt nhấn nút dừng bộ rung đa năng. Người chiến thắng là người có số lần di chuyển bằng nhau, chẳng hạn như hai mươi lần nhấn nút, đoán được màu sắc của các bóng đèn sẽ sáng nhiều lần hơn sau khi bộ rung đa năng dừng lại.

Thật không may, tần số của bộ dao động đa năng của máy đánh bạc đơn giản nhất được mô tả ở đây thay đổi phần nào do xả pin, tất nhiên, điều này ảnh hưởng đến xác suất thắp sáng các bóng đèn khác nhau như nhau, vì vậy tốt hơn là bạn nên cấp nguồn cho nó từ nguồn điện áp ổn định là 5 V.

Văn học: Borisov V. G. Hội thảo dành cho người mới bắt đầu phát thanh nghiệp dư, tái bản lần thứ 2. và bổ sung - M.: DOSAAF, 1984. 144 tr., ill. 55k.

MẠCH TÍCH HỢP
(IC), một mạch vi điện tử được hình thành trên một tấm wafer nhỏ (tinh thể hoặc "chip") bằng vật liệu bán dẫn, thường là silicon, được sử dụng để điều khiển và khuếch đại dòng điện. Một IC điển hình bao gồm nhiều thành phần vi điện tử được kết nối với nhau, chẳng hạn như bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện và điốt, được chế tạo ở lớp bề mặt của chip. Kích thước của tinh thể silicon dao động từ khoảng 1,3-1,3 mm đến 13-13 mm. Những tiến bộ trong mạch tích hợp đã dẫn đến sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp quy mô lớn và rất lớn (LSI và VLSI). Những công nghệ này giúp tạo ra các IC, mỗi IC chứa hàng nghìn mạch: một con chip có thể chứa hơn 1 triệu linh kiện.
Xem thêm THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ BÁN DẪN. Mạch tích hợp có một số ưu điểm so với các mạch tiền nhiệm - mạch được lắp ráp từ các bộ phận riêng lẻ được gắn trên khung. IC nhỏ hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn; Chúng cũng rẻ hơn và ít bị hỏng hóc do rung, ẩm và lão hóa. Việc thu nhỏ các mạch điện tử có thể thực hiện được nhờ các tính chất đặc biệt của chất bán dẫn. Chất bán dẫn là vật liệu có độ dẫn điện (độ dẫn) lớn hơn nhiều so với chất điện môi như thủy tinh, nhưng kém hơn đáng kể so với các chất dẫn điện như đồng. Mạng tinh thể của vật liệu bán dẫn như silicon có quá ít electron tự do ở nhiệt độ phòng để mang lại độ dẫn điện đáng kể. Vì vậy, chất bán dẫn nguyên chất có độ dẫn điện thấp. Tuy nhiên, việc đưa tạp chất thích hợp vào silicon sẽ làm tăng tính dẫn điện của nó.
Xem thêm TRANSISTOR. Dopants được đưa vào silicon bằng hai phương pháp. Đối với doping nặng hoặc trong trường hợp không cần kiểm soát chính xác lượng tạp chất được đưa vào thì phương pháp khuếch tán thường được sử dụng. Quá trình khuếch tán phốt pho hoặc boron thường được thực hiện trong môi trường tạp chất ở nhiệt độ từ 1000 đến 1150 ° C trong nửa giờ đến vài giờ. Trong quá trình cấy ion, silicon bị bắn phá bởi các ion tạp chất tốc độ cao. Lượng tạp chất được cấy ghép có thể được điều chỉnh với độ chính xác vài phần trăm; độ chính xác rất quan trọng trong một số trường hợp, vì độ lợi của bóng bán dẫn phụ thuộc vào số lượng nguyên tử tạp chất được cấy vào trên 1 cm2 bazơ (xem bên dưới).

Sản xuất. Việc sản xuất một mạch tích hợp có thể mất tới hai tháng vì một số vùng nhất định của chất bán dẫn phải được pha tạp với độ chính xác cao. Trong một quá trình gọi là nuôi cấy tinh thể, hay kéo tinh thể, lần đầu tiên một tấm hình trụ bằng silicon có độ tinh khiết cao được tạo ra. Từ hình trụ này, các tấm có độ dày, ví dụ 0,5 mm, được cắt ra. Tấm wafer cuối cùng được cắt thành hàng trăm mảnh nhỏ gọi là chip, mỗi mảnh được chuyển thành mạch tích hợp thông qua quy trình được mô tả bên dưới. Quá trình xử lý chip bắt đầu bằng việc sản xuất mặt nạ cho từng lớp của IC. Một khuôn tô quy mô lớn được tạo ra, có hình dạng giống như một hình vuông có diện tích khoảng. 0,1 m2. Một bộ mặt nạ như vậy chứa tất cả các thành phần của IC: mức khuếch tán, mức kết nối, v.v. Toàn bộ cấu trúc thu được được thu nhỏ về mặt hình ảnh thành kích thước của một tinh thể và được sao chép từng lớp trên một tấm kính. Một lớp silicon dioxide mỏng được hình thành trên bề mặt của tấm wafer silicon. Mỗi tấm được phủ một vật liệu nhạy sáng (chất cản quang) và tiếp xúc với ánh sáng truyền qua mặt nạ. Các khu vực không tiếp xúc của lớp phủ cảm quang sẽ được loại bỏ bằng dung môi và với sự trợ giúp của một thuốc thử hóa học khác có tác dụng hòa tan silicon dioxide, chất này sẽ được khắc từ những khu vực không còn được bảo vệ bởi lớp phủ cảm quang. Các biến thể của công nghệ xử lý cơ bản này được sử dụng trong sản xuất hai loại cấu trúc bóng bán dẫn chính: lưỡng cực và hiệu ứng trường (MOS).
Transistor lưỡng cực. Transistor như vậy có cấu trúc kiểu n-p-n hoặc ít phổ biến hơn là kiểu p-n-p. Thông thường, quá trình này bắt đầu với một tấm wafer (chất nền) bằng vật liệu loại p được pha tạp nhiều. Một lớp mỏng silicon loại n pha tạp nhẹ được tạo thành epitaxy trên bề mặt của tấm bán dẫn này; do đó, lớp phát triển có cấu trúc tinh thể giống như chất nền. Lớp này phải chứa phần hoạt động của bóng bán dẫn - các bộ thu riêng lẻ sẽ được hình thành trong đó. Tấm đầu tiên được đặt trong lò hơi boron. Sự khuếch tán Boron vào tấm wafer silicon chỉ xảy ra ở nơi bề mặt của nó đã bị ăn mòn. Kết quả là các vùng và cửa sổ của vật liệu loại n được hình thành. Quá trình nhiệt độ cao thứ hai, sử dụng hơi phốt pho và một mặt nạ khác, nhằm tạo thành sự tiếp xúc với lớp thu gom. Bằng cách thực hiện các quá trình khuếch tán liên tiếp của boron và phốt pho, bazơ và bộ phát tương ứng được hình thành. Độ dày của đế thường là vài micron. Những hòn đảo nhỏ có độ dẫn điện loại n và p này được kết nối thành một mạch chung thông qua các kết nối được làm bằng hơi nhôm lắng đọng hoặc phún xạ chân không. Đôi khi các kim loại quý như bạch kim và vàng được sử dụng cho những mục đích này. Bóng bán dẫn và các phần tử mạch khác, chẳng hạn như điện trở, tụ điện và cuộn cảm, cùng với các kết nối liên kết, có thể được hình thành trong tấm bán dẫn bằng kỹ thuật khuếch tán thông qua một loạt hoạt động, cuối cùng tạo ra một mạch điện tử hoàn chỉnh. Xem thêm TRANSISTOR.
Transistor MOSFET.Được sử dụng rộng rãi nhất là MOS (chất bán dẫn oxit kim loại) - một cấu trúc bao gồm hai vùng silicon loại n có khoảng cách gần nhau được triển khai trên đế loại p. Một lớp silicon dioxide được hình thành trên bề mặt silicon và trên lớp này (giữa các vùng loại n và bắt chúng một chút) một lớp kim loại cục bộ được hình thành, hoạt động như một cổng. Hai vùng loại n được đề cập ở trên, được gọi là nguồn và cống, đóng vai trò tương ứng là các phần tử kết nối cho đầu vào và đầu ra. Thông qua các cửa sổ được cung cấp bằng silicon dioxide, các kết nối kim loại được tạo ra với nguồn và cống. Một kênh bề mặt hẹp của vật liệu loại n nối nguồn và cống; trong các trường hợp khác, kênh có thể được tạo ra - được tạo ra bởi điện áp đặt vào cổng. Khi một điện áp dương được đặt vào cổng của một bóng bán dẫn kênh cảm ứng, lớp loại p bên dưới cổng được chuyển đổi thành lớp loại n và dòng điện được điều khiển và điều chế bởi tín hiệu cổng sẽ chạy từ nguồn đến cống. MOSFET tiêu thụ rất ít năng lượng; Nó có trở kháng đầu vào cao, dòng thoát thấp và độ ồn rất thấp. Vì cổng, oxit và silicon tạo thành tụ điện nên thiết bị như vậy được sử dụng rộng rãi trong hệ thống bộ nhớ máy tính (xem bên dưới). Trong các mạch bổ sung, hay CMOS, các cấu trúc MOS được sử dụng làm tải và không tiêu thụ điện năng khi bóng bán dẫn MOS chính ở trạng thái không hoạt động.



Sau khi chế biến xong, các tấm được cắt thành từng miếng. Thao tác cắt được thực hiện bằng cưa tròn có cạnh kim cương. Sau đó, mỗi tinh thể (chip hoặc IC) được đặt trong một trong một số loại vỏ. Dây vàng 25 micron được sử dụng để kết nối các thành phần IC với khung dẫn gói. Các chân khung dày hơn cho phép IC được kết nối với thiết bị điện tử mà nó sẽ hoạt động.
Độ tin cậy.Độ tin cậy của một mạch tích hợp xấp xỉ độ tin cậy của một bóng bán dẫn silicon riêng lẻ, có hình dạng và kích thước tương đương. Về mặt lý thuyết, bóng bán dẫn có thể tồn tại hàng nghìn năm mà không hỏng hóc - một yếu tố quan trọng đối với các ứng dụng như tên lửa và công nghệ vũ trụ, trong đó một hỏng hóc duy nhất có thể đồng nghĩa với việc dự án sẽ thất bại hoàn toàn.
Bộ vi xử lý và máy tính mini.Được giới thiệu rộng rãi lần đầu tiên vào năm 1971, bộ vi xử lý thực hiện hầu hết các chức năng cơ bản của máy tính trên một IC silicon duy nhất, được triển khai trên một con chip 5-5 mm. Nhờ các mạch tích hợp, người ta có thể tạo ra các máy tính mini - máy tính nhỏ trong đó tất cả các chức năng được thực hiện trên một hoặc nhiều mạch tích hợp lớn. Sự thu nhỏ ấn tượng này đã giúp giảm đáng kể chi phí tính toán. Những máy tính mini hiện đang được sản xuất, có giá dưới 1.000 USD, mạnh mẽ như những chiếc máy tính rất lớn đầu tiên, có giá lên tới 20 triệu USD vào đầu những năm 1960. Bộ vi xử lý được sử dụng trong các thiết bị liên lạc, máy tính bỏ túi và đồng hồ đeo tay, bộ chọn kênh truyền hình. , trò chơi điện tử, thiết bị nhà bếp và ngân hàng tự động, hệ thống kiểm soát nhiên liệu và xử lý khí thải tự động trên ô tô du lịch cũng như nhiều thiết bị khác. Phần lớn ngành công nghiệp điện tử toàn cầu trị giá 15 tỷ USD dựa vào các mạch tích hợp bằng cách này hay cách khác. Trên khắp thế giới, mạch tích hợp được sử dụng trong các thiết bị có tổng giá trị lên tới hàng chục tỷ USD.
Thiết bị lưu trữ máy tính. Trong điện tử, thuật ngữ "bộ nhớ" thường dùng để chỉ bất kỳ thiết bị nào được thiết kế để lưu trữ thông tin ở dạng kỹ thuật số. Trong số nhiều loại thiết bị lưu trữ (MSD), chúng tôi xem xét bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), thiết bị ghép điện tích (CCD) và bộ nhớ chỉ đọc (ROM). Đối với RAM, thời gian truy cập vào bất kỳ ô nhớ nào nằm trên chip là như nhau. Những thiết bị như vậy có thể lưu trữ 65.536 bit (đơn vị nhị phân, thường là 0 và 1), một bit trên mỗi ô và là loại bộ nhớ điện tử được sử dụng rộng rãi; trên mỗi con chip họ có khoảng. 150 nghìn linh kiện. RAM có sẵn với dung lượng 256 Kbit (K = 210 = 1024; 256 K = 262.144). Trong các thiết bị bộ nhớ có khả năng truy cập tuần tự, sự lưu thông của các bit được lưu trữ xảy ra như thể dọc theo một băng tải kín (CCD sử dụng chính xác kiểu lấy mẫu này). CCD, một IC có cấu hình đặc biệt, có thể đặt các gói điện tích bên dưới những miếng kim loại nhỏ cách nhau gần nhau và cách ly về điện với chip. Do đó, điện tích (hoặc thiếu điện) có thể di chuyển khắp thiết bị bán dẫn từ ô này sang ô khác. Kết quả là, có thể lưu trữ thông tin dưới dạng chuỗi số 1 và số 0 (mã nhị phân) và truy cập thông tin đó khi được yêu cầu. Mặc dù CCD không thể cạnh tranh với bộ nhớ RAM về tốc độ nhưng chúng có thể xử lý lượng lớn thông tin với chi phí thấp hơn và được sử dụng khi không cần bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. RAM, được tạo trên một IC như vậy, không ổn định và thông tin ghi trong đó sẽ bị mất khi tắt nguồn. Thông tin được nhập vào ROM trong quá trình sản xuất và được lưu trữ vĩnh viễn. Việc phát triển và phát hành các loại IP mới không dừng lại. ROM lập trình có thể xóa được (EPROM) có hai cổng, cổng này chồng lên cổng kia. Khi đặt điện áp vào cổng trên, cổng dưới có thể thu được điện tích tương ứng với 1 của mã nhị phân và khi chuyển đổi (đảo ngược) điện áp, cổng có thể mất điện tích, tương ứng với 0 của mã nhị phân. .
Xem thêm
THIẾT BỊ VĂN PHÒNG VÀ THIẾT BỊ VĂN PHÒNG;
MÁY TÍNH ;
TRUYỀN THÔNG ĐIỆN TỬ;
TÍCH LŨY THÔNG TIN VÀ TÌM KIẾM.
VĂN HỌC
Meizda F. Mạch tích hợp: công nghệ và ứng dụng. M., 1981 Zi S. Vật lý của các thiết bị bán dẫn. M., 1984 Công nghệ VLSI. M., 1986 Maller R., Keimin S. Các phần tử của mạch tích hợp. M., 1989 Shur MS Vật lý của các thiết bị bán dẫn. M., 1992

Bách khoa toàn thư của Collier. - Xã hội mở. 2000 .

Xem "MẠCH TÍCH HỢP" là gì trong các từ điển khác:

    Một thiết bị thể rắn chứa một nhóm thiết bị và các kết nối (kết nối) của chúng, được làm trên một tấm duy nhất (đế). Trong I. s. Các phần tử thụ động (điện dung, điện trở) và các phần tử hoạt động được tích hợp, hoạt động của chúng dựa trên nhiều yếu tố khác nhau. thuộc vật chất... ... Bách khoa toàn thư vật lý

    - (IC, mạch tích hợp, vi mạch), thiết bị cực nhỏ với mật độ đóng gói cao của các phần tử (điốt, bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v.), liên kết chặt chẽ (thống nhất) với nhau về mặt cấu trúc, công nghệ... ... Bách khoa toàn thư hiện đại

    - (IC mạch tích hợp, vi mạch), một thiết bị điện tử cực nhỏ, các phần tử của nó được liên kết chặt chẽ (thống nhất) về mặt cấu trúc, công nghệ và điện. IS được phân chia: theo phương pháp kết hợp (tích hợp) các phần tử thành... Từ điển bách khoa lớn

    mạch tích hợp- (ITU T Q.1741). Chuyên đề: viễn thông, khái niệm cơ bản EN mạch tích hợpIC... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

    Yêu cầu "BIS" được chuyển hướng tới đây; xem thêm các ý nghĩa khác Mạch tích hợp hiện đại được thiết kế để gắn trên bề mặt Mạch tích hợp (vi) (... Wikipedia

    - (LÀ). mạch tích hợp (IC), vi mạch, thiết bị điện tử cực nhỏ với mật độ đóng gói cao của các phần tử kết nối với nhau (thường là điện) (điốt, bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v.),... ... Từ điển bách khoa bách khoa lớn

    - (IC, mạch tích hợp, vi mạch), một thiết bị điện tử cực nhỏ, các phần tử của nó được sản xuất trong một chu trình công nghệ duy nhất và được liên kết chặt chẽ (thống nhất) về mặt cấu trúc và điện. Mạch tích hợp được chia thành:... từ điển bách khoa

Sự phát triển của vi điện tử vào đầu những năm 70 dẫn đến sự xuất hiện của các LSI chuyên môn cao chứa hàng trăm, hàng nghìn phần tử logic và thực hiện một hoặc một số chức năng hạn chế. Sự đa dạng của các loại thiết bị kỹ thuật số đòi hỏi phải mở rộng phạm vi của LSI, điều này đi kèm với những chi phí không thể chấp nhận được từ quan điểm kinh tế. Cách thoát khỏi tình trạng này là phát triển và sản xuất quy mô lớn một số LSI có giới hạn, thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển bên ngoài. Các bộ LSI như vậy tạo thành bộ vi xử lý và giúp tạo ra nhiều loại thiết bị kỹ thuật số ở bất kỳ mức độ phức tạp nào. Siêu thành phần quan trọng nhất của bộ BIS là bộ vi xử lý(MP): LSI tiêu chuẩn phổ quát, các chức năng của nó được xác định bởi một chương trình nhất định.

Một đặc điểm định tính của các nghị sĩ là khả năng tái cơ cấu chức năng của họ bằng cách thay đổi chương trình bên ngoài. Về bản chất, MP là thành phần xử lý trung tâm của máy tính, được tạo thành dưới dạng một hoặc nhiều LSI.

Sự khác biệt chính giữa MP và các loại mạch tích hợp khác là khả năng lập trình chuỗi chức năng được thực hiện, tức là khả năng làm việc theo một chương trình nhất định.

Bảng 4.1

chỉ định

công nghệ

Số lượng IC

Dung lượng bit,

Hiệu suất,

R-TIR

N-TIR

N-TIR

N-TIR

N-TIR

P-TIR

N-TIR

R-TIR

R-TIR

N-TIR

Sự ra đời của bộ vi xử lý giúp thay đổi nguyên tắc thiết kế của thiết bị kỹ thuật số. Trước đây, việc triển khai một thuật toán mới đòi hỏi phải phát triển phần cứng mới. Giờ đây, khi sử dụng MP, thiết bị mới không cần phải thực hiện thuật toán mới; chỉ cần thay đổi chương trình vận hành cho phù hợp là đủ. Tính năng này giải thích sự quan tâm to lớn ở nước ta và nước ngoài đối với các thiết bị vi xử lý.

Một khoảng thời gian ngắn (1971-1975) được đặc trưng bởi sự xuất hiện của các nghị sĩ với nhiều sửa đổi khác nhau. Hiện tại, số lượng loại MP trên thế giới đã vượt quá 1000.

Các thông số của các loại bộ vi xử lý gia dụng (MPC) chính được đưa ra trong Bảng. 4.1.

4.2. Cấu trúc vi xử lý

Sơ đồ khối đơn giản của MP được hiển thị trong Hình 2. 4.1.

Hình 4.1

Hình 4.2

Bộ vi xử lý chứa thiết bị logic số học ALU, thiết bị lưu trữ để truy cập ngẫu nhiên (RAM) và lưu trữ thông tin chỉ đọc (ROM), thiết bị điều khiển nhận, giải mã các lệnh và đặt trình tự thực hiện của chúng, cũng như đầu vào-đầu ra. thiết bị (I/O) để lấy thông tin, với sự trợ giúp của dữ liệu ban đầu được nhập và dữ liệu thu được do hoạt động của MP được xuất ra.

Bộ vi xử lý xử lý các số 2-, 4-, 8-, 16-, 32 bit, thực hiện 30...500 lệnh cộng, trừ, dịch chuyển và các phép toán logic. MP bốn và tám bit là LSI có kích thước tinh thể là 5 x 5 x 0,2 mm.

Sơ đồ khối tổng quát của MP được hiển thị trong Hình 2. 4.2. Đơn vị logic số học ALU thực hiện các phép toán số học và logic khác nhau trên các số và địa chỉ được biểu thị bằng mã nhị phân. Thành phần của các hoạt động do ALU thực hiện được xác định bởi một danh sách các hướng dẫn (bộ lệnh). Tập hợp các lệnh thường bao gồm các phép cộng và nhân số học và logic, dịch chuyển, so sánh, v.v. Các phép toán số học được thực hiện theo các quy tắc số học nhị phân. Các phép toán logic được thực hiện theo các quy tắc của đại số Boolean.

ALU bao gồm bộ cộng, bộ dịch chuyển, thanh ghi và các phần tử khác.

Thiết bị điều khiểnđiều khiển hoạt động của ALU và tất cả các khối MP khác. Bộ điều khiển nhận lệnh từ khối bộ nhớ. Ở đây chúng được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển nhị phân để thực hiện một lệnh nhất định. Hoạt động của bộ điều khiển được đồng bộ hóa bằng bộ đếm thời gian, bộ đếm thời gian này phân phối quá trình thực hiện lệnh theo thời gian. Lệnh là một từ nhị phân có 8, 16, 24 bit trở lên (tối đa 64), một số trong đó biểu thị mã hoạt động và phần còn lại được phân bổ giữa các địa chỉ dữ liệu (toán hạng) trong bộ nhớ. Một lệnh có phần địa chỉ 16 bit cho phép bạn truy cập 2 ô nhớ 16 -1 = 65635. Số lượng này, như một quy luật, là khá đủ cho các vấn đề được MP giải quyết. Kiểu truy cập bộ nhớ này được gọi là địa chỉ trực tiếp.

Tuy nhiên, địa chỉ gián tiếp thường được sử dụng hơn, điều này cần thiết khi độ rộng bit của phần địa chỉ nhỏ hơn yêu cầu. Trong trường hợp này, việc đánh địa chỉ được thực hiện theo hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, bằng cách sử dụng địa chỉ có trong lệnh, một ô chứa địa chỉ của một ô khác được chọn, từ đó toán hạng được chọn ở giai đoạn thứ hai. Lệnh với phương pháp đánh địa chỉ gián tiếp phải chứa một bit của thuộc tính toán hạng, trạng thái của thuộc tính này xác định cái gì được chọn ở giai đoạn này: địa chỉ của toán hạng hay chính toán hạng đó? Tất nhiên, phương pháp đánh địa chỉ gián tiếp chậm hơn phương pháp đánh địa chỉ trực tiếp. Nó cho phép, bằng cách tăng dung lượng bộ nhớ địa chỉ, truy cập vào số lượng toán hạng 2 n lần (trong đó n là kích thước của phần địa chỉ của lệnh) lớn hơn so với phương thức trực tiếp.

Thiết bị điều khiển phân phối bất kỳ hoạt động nào theo mã được chỉ định bởi từ lệnh thành một chuỗi các giai đoạn (giai đoạn đánh địa chỉ và giai đoạn thực thi), được gọi là chu trình. Do khả năng hạn chế của MP, các phép toán trên toán hạng có độ rộng lớn có thể được thực hiện trong hai chu kỳ trở lên. Rõ ràng, điều này làm giảm hiệu suất của MP từ 2 lần trở lên. Điều này dẫn đến một kết luận thú vị và quan trọng trên thực tế: tốc độ của MP phụ thuộc nghịch đảo vào độ chính xác, được xác định duy nhất bởi dung lượng bit của toán hạng.

Bộ vi xử lý chứa khối đăng ký(R). Các thanh ghi làm việc MP thể hiện vật lý các ô nhớ giống hệt nhau được sử dụng để lưu trữ thông tin hiện tại siêu hiệu quả (SRAM). Theo các chức năng được thực hiện, P chứa các nhóm được liên kết với các phần tử nhất định của cấu trúc MP.

Hai thanh ghi toán hạng(O) Trong quá trình thực hiện một thao tác, ALU lưu trữ hai số nhị phân. Khi kết thúc thao tác trong thanh ghi đầu tiên, số được thay thế bằng kết quả, tức là, nó tích lũy như cũ (do đó có tên là thanh ghi “tích lũy”). Nội dung của thanh ghi toán hạng thứ hai được thay thế trong thao tác tiếp theo bằng một toán hạng khác, trong khi nội dung của bộ tích lũy có thể được lưu trữ bằng một số lệnh đặc biệt.

Thanh ghi lệnh(K) lưu trữ trong quá trình thực hiện thao tác một số bit của từ lệnh, đại diện cho mã cho thao tác này. Phần địa chỉ của từ lệnh được chứa trong thanh ghi địa chỉ A.

Sau khi thực hiện bất kỳ thao tác nào, độ rộng bit của kết quả có thể lớn hơn độ rộng bit của từng toán hạng, được đăng ký bởi trạng thái của một đặc biệt đăng ký cờ,đôi khi được gọi kích hoạt tràn. Trong quá trình gỡ lỗi chương trình đã biên dịch, lập trình viên phải theo dõi trạng thái của thanh ghi cờ và nếu cần, loại bỏ tình trạng tràn đã xảy ra.

Các nghị sĩ rất quan trọng trong hệ thống chỉ huy lệnh chuyển tiếpđể thực hiện một phần nhất định của chương trình theo những đặc điểm và điều kiện nhất định, cái gọi là lệnh chuyển tiếp có điều kiện. Sự hiện diện của các đội như vậy quyết định mức độ “trí thông minh” của MP, vì nó đặc trưng cho khả năng đưa ra các quyết định thay thế và chọn các con đường khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện phát sinh trong quá trình ra quyết định. Để xác định các điều kiện như vậy, một điều kiện đặc biệt đăng kí trạng thái(C), sửa trạng thái của MP tại mỗi thời điểm thực hiện chương trình và gửi tín hiệu chuyển tiếp đến bộ điều khiển tới lệnh, địa chỉ của nó được chứa trong một thanh ghi đặc biệt gọi là bộ đếm chương trình(SK). Các lệnh trong bộ nhớ được ghi theo một trình tự chương trình nhất định tại các địa chỉ tạo thành một chuỗi tự nhiên, tức là địa chỉ của lệnh tiếp theo khác với địa chỉ của lệnh trước đó. Do đó, khi thực hiện một chuỗi lệnh liên tục, địa chỉ của lệnh tiếp theo được lấy bằng cách thêm một vào nội dung của CS, tức là nó được hình thành do kết quả của việc đếm. Mục đích của IC là tìm các địa chỉ lệnh cần thiết, nếu có lệnh nhảy trong chương trình thì lệnh tiếp theo có thể không có địa chỉ tiếp theo. Trong trường hợp này, phần địa chỉ của lệnh chuyển tiếp được ghi vào CS.

Sổ đăng ký mục đích chung(RON) được sử dụng để lưu trữ các kết quả, địa chỉ và lệnh trung gian phát sinh trong quá trình thực hiện chương trình và có thể giao tiếp qua các bus chung với các thanh ghi làm việc khác, cũng như với bộ đếm chương trình và khối thông tin đầu vào/đầu ra. Một MP thường chứa 10...16 RON, mỗi RON 2...8 bit. Số lượng RON gián tiếp đặc trưng cho khả năng tính toán của MP.

Điều đặc biệt quan tâm là sự hiện diện trong nhiều mô hình MP của một nhóm thanh ghi có tổ chức lưu trữ hoặc ngăn xếp - cái gọi là ngăn xếp. Ngăn xếp cho phép bạn sắp xếp trình tự thực hiện chính xác các chuỗi phép tính số học khác nhau mà không cần trao đổi bộ nhớ. Một toán hạng hoặc thông tin khác có thể được đẩy lên ngăn xếp mà không cần chỉ định địa chỉ, vì mỗi từ được đặt trên nó trước tiên chiếm thanh ghi đầu tiên, sau đó được "đẩy" bởi các từ tiếp theo mỗi khi thanh ghi sâu hơn. Đầu ra của thông tin xảy ra theo thứ tự ngược lại, bắt đầu từ thanh ghi đầu tiên, nơi lưu trữ từ cuối cùng được đẩy vào ngăn xếp. Trong trường hợp này, các thanh ghi cuối cùng sẽ bị xóa.

Các khối ALU, UU, P dạng CPU(CPU) có trong bất kỳ máy tính nào: được tô sáng trong Hình. 4.2 với một đường đứt nét. Nghị sĩ có thể bao gồm hẹn giờ(T), sử dụng tụ điện định thời treo hoặc bộ cộng hưởng thạch anh. Bộ hẹn giờ là trái tim của MP, vì hoạt động của nó xác định động thái của tất cả thông tin, địa chỉ và tín hiệu điều khiển, đồng thời đồng bộ hóa hoạt động của bộ điều khiển và thông qua nó, các thành phần khác của cấu trúc. Tần số đồng hồ, được gọi là cái đồng hồ,được chọn ở mức tối đa và chỉ bị giới hạn bởi độ trễ tín hiệu, được xác định chủ yếu bởi công nghệ sản xuất LSI. Tốc độ mà bộ vi xử lý thực hiện chương trình tỷ lệ thuận với tần số xung nhịp.

Nghị sĩ có thể bao gồm thiết bị vào/ra(UVV) để trao đổi thông tin giữa MP và các thiết bị khác.

Tín hiệu gồm ba loại - thông tin, địa chỉ và điều khiển - có thể được truyền qua một, hai hoặc ba xe buýt. Lốp xe là một nhóm các đường truyền, số lượng đường truyền xác định độ sâu bit của thông tin nhị phân được truyền đồng thời qua nó.

Số lượng đường bus thông tin (IS) xác định lượng thông tin được MP nhận hoặc truyền trong một lần truy cập vào bộ nhớ, thiết bị đầu vào hoặc đầu ra. Hầu hết các nghị sĩ đều có thông tin 8 xe buýt Xa lộ.Điều này cho phép nhận được tám đơn vị thông tin nhị phân (1 byte) cùng một lúc. Một byte thông tin có thể chứa một trong 256 ký tự có thể có trong bảng chữ cái của nguồn thông tin hoặc một trong 256 mã hoạt động có thể có. Số lượng ký tự hợp lệ và loại thao tác này đủ cho hầu hết các ứng dụng.

Có các nghị sĩ chứa 16 và 32 xe buýt trên xa lộ thông tin.

Số lượng đường trong bus điều khiển (VIII) phụ thuộc vào thứ tự tương tác giữa MP, bộ nhớ và thông tin trên không bên ngoài. Thông thường, xe buýt điều khiển có 8... 16 đường.

4.3. Máy vi tính

Một kết quả quan trọng của sự phát triển LSI lập trình được là sự phát triển của máy vi tính. Nếu một máy vi tính được tạo ra trên một mạch tích hợp duy nhất thì nó được gọi là chip đơn. Sơ đồ khối đơn giản của máy vi tính được hiển thị trong Hình 2. 4.3.

Hình 4.3

Như bạn có thể thấy, nó chứa bộ xử lý trung tâm (CPU) (có cấu trúc tương tự như MP đã thảo luận ở trên), ROM, RAM và các thiết bị đầu vào và đầu ra. Thiết bị đầu vào chứa bộ chọn địa chỉ và cái gọi là cổng đầu vàođể đọc thông tin từ đĩa mềm, ADC, teletype, băng đục lỗ. Thiết bị xuất còn chứa bộ chọn địa chỉ và các cổng xuất thông tin (màn hình hiển thị, thiết bị in, thiết bị xuất băng đục lỗ, DAC).

Dữ liệu mà thiết bị đầu vào nhận được sẽ được truyền đến bus địa chỉ, thường ở dạng tín hiệu mã song song hoặc nối tiếp 8 bit thông qua cổng đầu vào. Bộ chọn địa chỉ chỉ định cổng đầu vào truyền dữ liệu trên đường cao tốc thông tin tại một thời điểm nào đó. Bộ nhớ chính bao gồm ROM và RAM. Bộ nhớ vĩnh viễn được sử dụng làm bộ nhớ chương trình mà nhà phát triển máy vi tính đã lập trình sẵn theo yêu cầu của người dùng. Các chương trình khác nhau sử dụng các phần khác nhau của ROM.

Bộ nhớ dữ liệu trong máy vi tính là RAM. Thông tin được lưu trữ trong RAM sẽ bị xóa khi tắt nguồn điện. Dữ liệu vào RAM được CPU xử lý theo chương trình được lưu trong ROM. Kết quả hoạt động trên CPU được lưu trữ trong một thư mục đặc biệt lái xe thông tin được gọi là pin hoặc RAM. Chúng có thể được xuất ra bằng lệnh thông qua một trong các cổng đầu ra tới các thiết bị đầu ra được kết nối với cổng đó. Cổng đầu ra cần thiết được chọn bằng mạch chọn địa chỉ.

4.4. Thiêt bị lưu trư

Các khối quan trọng nhất của thiết bị kỹ thuật số là thiết bị lưu trữ (khối bộ nhớ), được chia thành bên ngoài và bên trong. Bên ngoài Các thiết bị bộ nhớ vẫn được thực hiện trên băng từ và đĩa từ. Họ cung cấp khả năng lưu trữ thông tin lâu dài vô thời hạn khi vắng mặt! nguồn điện, cũng như hầu hết mọi dung lượng bộ nhớ cần thiết. Nội địa Thiết bị bộ nhớ là một phần không thể thiếu của thiết bị kỹ thuật số. Trước đây, chúng dựa trên lõi ferit có vòng trễ hình chữ nhật. Hiện nay, cùng với sự phát triển của IC, có rất nhiều cơ hội để tạo ra các thiết bị bộ nhớ bán dẫn.

Thiết bị bộ nhớ bao gồm các loại thiết bị lưu trữ sau:

Thiết bị lưu trữ truy cập ngẫu nhiên, thực hiện ghi và lưu trữ thông tin nhị phân tùy ý. Trong các hệ thống kỹ thuật số, RAM lưu trữ các mảng dữ liệu đã xử lý và các chương trình xác định quy trình xử lý thông tin hiện tại. Tùy theo mục đích và cấu trúc, RAM có dung lượng 10 2 ... 10 7 bit.

Thiết bị lưu trữ chỉ đọc dùng để lưu trữ thông tin, nội dung không thay đổi trong quá trình vận hành hệ thống, ví dụ: các chương trình con và vi chương trình tiêu chuẩn được sử dụng trong quá trình vận hành, các giá trị dạng bảng của các hàm, hằng số khác nhau, v.v. Thông tin được nhà sản xuất LSI ghi vào ROM.

Thiết bị bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình là một loại ROM, được đặc trưng bởi khả năng ghi thông tin một lần theo hướng dẫn của khách hàng.

ROM có thể lập trình lại, khác với những cái thông thường ở khả năng thay đổi thông tin nhiều lần bằng điện do khách hàng thực hiện. Âm lượng của EEPROM thường là 10 2 ... 10 5 bit.

Cần có các thiết bị bộ nhớ chỉ đọc (ROM, PROM, RPZU) để giữ lại thông tin khi tắt nguồn.

Các thông số chính của bộ nhớ là: dung lượng thông tin tính bằng bit; thời gian lưu hành tối thiểu; khoảng thời gian tối thiểu có thể chấp nhận được giữa thời điểm bắt đầu một chu kỳ và thời điểm bắt đầu chu kỳ thứ hai; tần số lưu thông tối đa là nghịch đảo của thời gian lưu thông tối thiểu; công suất cụ thể - tổng công suất tiêu thụ ở chế độ lưu trữ, trên 1 bit; Chi phí cụ thể của một bit thông tin là tổng chi phí của tinh thể chia cho dung lượng thông tin.

4.5. Thiết bị lưu trữ truy cập ngẫu nhiên

Cấu trúc điển hình của RAM LSI được hiển thị trong Hình 2. 4.4.

Hình 4.4

Hình 4.5

Nút chính là một ma trận các ô nhớ (MCM), bao gồm N dòng với Tô lưu trữ (tạo thành một từ bit) trong mỗi dòng. Dung lượng thông tin của bộ nhớ LSI được xác định theo công thức N= bước sóng chút.

Đầu vào và đầu ra của các ô nhớ được kết nối với các bus địa chỉ ASH và bit RH. Khi ghi và đọc, một hoặc nhiều ô nhớ được truy cập (tìm nạp) đồng thời. Trong trường hợp đầu tiên, sử dụng ma trận hai tọa độ(Hình 4.5, a), trong trường hợp thứ hai ma trận với việc lấy mẫu từng từ(Hình 4.5,6).

Bộ giải mã tín hiệu địa chỉ(DAS) khi gửi tín hiệu địa chỉ thích hợp, hãy chọn các ô nhớ cần thiết. Với sự trợ giúp của RS, MNP được kết nối với bộ khuếch đại đệm ghi âm(BUZ) và đọc(BMS) thông tin. Sơ đồ kiểm soát ghi âm(CPS) xác định chế độ hoạt động của LSI (ghi, đọc, lưu trữ thông tin). Sơ đồ lựa chọn tinh thể(SVK) cho phép thực hiện các hoạt động ghi-đọc của vi mạch này. Tín hiệu lấy mẫu tinh thể đảm bảo lựa chọn bộ nhớ LSI cần thiết trong bộ nhớ bao gồm một số LSI.

Việc áp dụng tín hiệu điều khiển cho đầu vào CPS khi có tín hiệu lấy mẫu tinh thể ở đầu vào SVK sẽ thực hiện thao tác ghi. Tín hiệu ở đầu vào thông tin BUZ (1 hoặc 0) xác định thông tin được ghi vào ô nhớ. Tín hiệu thông tin đầu ra được loại bỏ khỏi BUS và có mức phù hợp với hệ thống thông tin kỹ thuật số nối tiếp.

Các mạch tích hợp lớn của RAM có xu hướng dựa trên các phần tử đơn giản nhất là TTL, TTLSh, MDP, KMDP, I 2 L, ESL, được sửa đổi có tính đến đặc thù của các sản phẩm cụ thể. Trong các ô nhớ động, tụ điện lưu trữ thường được sử dụng nhiều nhất và bóng bán dẫn MOS được sử dụng làm thành phần chính.

Việc lựa chọn cơ sở phần tử được xác định bởi các yêu cầu về dung lượng thông tin và hiệu suất của bộ nhớ LSI. Công suất cao nhất đạt được khi sử dụng các phần tử logic chiếm diện tích nhỏ trên chip: 2 L, MIS, SJ động. LSI với các phần tử logic có sự khác biệt nhỏ về mức logic (ESL, I 2 L), cũng như các phần tử logic TTLSH, có hiệu suất cao.

Ứng dụng tần số của LSI , sử dụng các giải pháp kỹ thuật cơ bản khác nhau, minh họa trong Hình 2. 4.6.

Hình 4.6

Nhờ sự phát triển của công nghệ và mạch điện, hiệu suất của các phần tử không ngừng tăng lên, do đó ranh giới giữa các khu vực này dịch chuyển theo thời gian sang khu vực có tần số hoạt động cao hơn.

4.6. Thiết bị lưu trữ chỉ đọc

Mạch ROM tương tự như mạch RAM (xem hình 4.4). Sự khác biệt duy nhất là như sau:

ROM được sử dụng để đọc thông tin;

trong ROM, một số bit của một địa chỉ được lấy mẫu đồng thời (4, 8, 16 bit);

thông tin được ghi trong ROM không thể thay đổi và chỉ ở chế độ lấy mẫu nó được đọc.

Mạch tích hợp ROM lớn được phân thành lập trình nhà máy(sử dụng các mẫu ảnh đặc biệt) và khách hàng có thể lập trình(bằng điện).

Hình 4.7

ROM sử dụng cấu trúc ma trận: các hàng được tạo thành bởi các bus địa chỉ của DS và các cột được tạo thành bởi các bit của RS. Mỗi AS lưu trữ một mã cụ thể: một tập hợp logic 1 và 0 nhất định trong MLP được hiển thị trong Hình 2. 4.7, a, việc ghi mã một lần được thực hiện bằng cách sử dụng các điốt được kết nối giữa ASC và các RC mà trên đó phải có mức logic 1 khi đọc. Thông thường, khách hàng được cung cấp một ROM có ma trận, trong tất cả các nút. trong đó có điốt.

Bản chất của lập trình điện một lần của PROM là người dùng (sử dụng một thiết bị lập trình đặc biệt) đốt cháy các thiết bị đầu cuối - bộ nhảy của các điốt nằm ở vị trí logic 0. Việc đốt cháy các thiết bị đầu cuối được thực hiện bằng cách truyền qua dòng điện qua diode tương ứng vượt quá giá trị cho phép.

Diode ROM rất đơn giản nhưng có một nhược điểm đáng kể: chúng tiêu thụ điện năng đáng kể. Để tạo thuận lợi cho hoạt động của bộ giải mã, các bóng bán dẫn lưỡng cực (Hình 4.7,6) và (Hình 4.7, c) được sử dụng thay cho điốt.

Khi sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực, AS đảm bảo dòng điện cơ bản, tính bằng β b.t. Ít hơn +1 lần so với bộ phát cung cấp RS. Do đó, công suất giải mã cần thiết sẽ giảm đi đáng kể.

Việc sử dụng bóng bán dẫn MOS thậm chí còn mang lại lợi ích lớn hơn vì mạch cổng hầu như không tiêu thụ điện năng. Những gì được sử dụng ở đây không phải là đốt cháy các thiết bị đầu cuối, mà là không có cổng kim loại hóa trong các bóng bán dẫn để đảm bảo đọc các số 0 logic trong bus bit.

4.7. Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình

ROM có thể flash là thiết bị bộ nhớ linh hoạt nhất. Sơ đồ khối của RPOM tương tự sơ đồ khối của RAM (xem Hình 4.4). Một tính năng đặc biệt quan trọng của ROM là việc sử dụng một bóng bán dẫn được thiết kế đặc biệt với cấu trúc chất bán dẫn oxit kim loại (MNOS) trong MNP. Nguyên lý hoạt động của ô nhớ như vậy dựa trên sự thay đổi thuận nghịch về điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn MNOS. Ví dụ: nếu bạn tạo U ZIPhoặc >U AS thì bóng bán dẫn sẽ không được mở khóa bằng xung địa chỉ (tức là nó sẽ không tham gia vào hoạt động). Đồng thời, các bóng bán dẫn MNOS khác có U

Cấu trúc của bóng bán dẫn MNOS với kênh cảm ứng R-type được hiển thị trong hình. 4.8, a.

Hình 4.8

Ở đây chất điện môi bao gồm hai lớp: silicon nitride (Si 3 N 4) và silicon oxit (SiO 2). Điện áp ngưỡng có thể được thay đổi bằng cách đặt các xung điện áp ngắn (khoảng 100 μs) có cực tính khác nhau vào cổng, với biên độ lớn 30...50 V. Khi đặt xung +30 V, điện áp ngưỡng U ZIPor = -5 V được đặt. Điện áp này được duy trì nếu sử dụng bóng bán dẫn hoặc điện áp cổng U ZI = ± 10V. Ở chế độ này, bóng bán dẫn MNOS hoạt động giống như bóng bán dẫn MOS thông thường với kênh cảm ứng R-kiểu.

Khi đặt một xung -30 V, điện áp ngưỡng sẽ có giá trị USIpore ~20 V, như trong Hình 2. 4,8, 6 và V. Trong trường hợp này, tín hiệu ở đầu vào của bóng bán dẫn U ZI ± 10 V không thể đưa bóng bán dẫn ra khỏi trạng thái đóng. Hiện tượng này được sử dụng trong EPROM.

Hoạt động của bóng bán dẫn MNOS dựa trên sự tích tụ điện tích ở ranh giới của lớp nitrit và oxit. Sự tích tụ này là kết quả của dòng dẫn không đồng đều trong các lớp. Quá trình tích lũy được mô tả bằng biểu thức dq/ dt= tôi yêu 2 - Isi 3 N 4 . Ở điện áp âm cao bạn Một điện tích dương tích lũy ở ranh giới. Điều này tương đương với việc đưa các nhà tài trợ vào chất điện môi và kèm theo sự gia tăng điện áp ngưỡng âm. Ở điện áp dương cao bạn Một điện tích âm tích tụ ở giao diện. Điều này dẫn đến giảm điện áp ngưỡng âm. Ở điện áp thấp bạn Dòng điện SI trong các lớp điện môi giảm đi 10...15 bậc độ lớn, do đó điện tích tích lũy được giữ lại trong hàng nghìn giờ và do đó, điện áp ngưỡng được bảo toàn.

Một khả năng khác được biết đến là xây dựng một ô nhớ cho ROM dựa trên các bóng bán dẫn MOS với chất điện môi một lớp. Nếu bạn đặt một điện áp đủ cao vào cổng, bạn sẽ thấy sự cố tuyết lở chất điện môi, do đó các electron sẽ tích tụ trong đó. Trong trường hợp này, điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn sẽ thay đổi. Điện tích của các electron được duy trì trong hàng nghìn giờ. Để viết lại thông tin, cần phải loại bỏ các electron khỏi chất điện môi. Điều này đạt được bằng cách chiếu sáng tinh thể bằng tia cực tím, gây ra hiệu ứng quang điện: đánh bật các electron ra khỏi chất điện môi.

sử dụng xóa tia cực tím có thể đơn giản hóa đáng kể mạch RPOM. Sơ đồ khối tổng quát của RPOM có tính năng xóa tia cực tím (Hình 4.9), ngoài MAP, còn có bộ giải mã tín hiệu địa chỉ (DAS), thiết bị chọn tinh thể (CSD) và bộ khuếch đại đệm (BU) để đọc thông tin.

Hình 4.9

Cụ thể, theo sơ đồ khối đã cho, một LSI RPOM có tính năng xóa tia cực tím loại K573RF1 có dung lượng 8192 bit được tạo ra.

4.8. Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự

Mục đích của DAC là chuyển đổi tín hiệu số nhị phân thành điện áp tương tự tương đương. Việc chuyển đổi như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các mạch điện trở như trong hình. 4.10.

Hình 4.10

Một DAC có điện trở trọng lượng nhị phân (Hình 4.10a) yêu cầu ít điện trở hơn nhưng yêu cầu một loạt các giá trị điện trở chính xác. Điện áp đầu ra tương tự bạn DAC được định nghĩa là một hàm của điện áp đầu vào hai mức:

bạn một =( bạn A+2 bạn B+4 bạn C +…)/(1+2+4+...).

Trên đầu vào kỹ thuật số bạn MỘT , U B, U C, ... điện áp chỉ có thể nhận hai giá trị cố định, ví dụ: 0 hoặc 1. Đối với DAC sử dụng điện trở R Và R/2, Cần nhiều điện trở hơn (Hình 4.10.6), nhưng chỉ có hai giá trị. Điện áp tương tự ở đầu ra của DAC như vậy được xác định theo công thức

bạn một =( bạn A+2 bạn B+4 bạn C +…+m bạn n)/2n

ở đâu n - số lượng bit DAC; T - hệ số phụ thuộc vào số lượng bit DAC.

Để đảm bảo độ chính xác cao, mạch DAC điện trở phải hoạt động với tải có điện trở cao. Để phù hợp với các mạch điện trở có tải trở kháng thấp, các bộ khuếch đại đệm dựa trên bộ khuếch đại hoạt động được sử dụng, như trong Hình 2. 4.10, một, b.

4.9. Bộ chuyển đổi tương tự sang số

Mục đích của ADC là chuyển đổi điện áp tương tự thành điện áp số tương đương. Nói chung, ADC có mạch điện phức tạp hơn DAC, trong đó DAC thường là một tập hợp con của ADC. Sơ đồ khối tổng quát của ADC với DAC trong mạch phản hồi được hiển thị trong Hình 2. 4.11.

Hình 4.11

Các ADC được chế tạo theo thiết kế này được sử dụng rộng rãi do độ chính xác, tốc độ, tính đơn giản tương đối và chi phí thấp.

ADC bao gồm N-bit kích hoạt thanh ghi kết quả chuyển đổi ĐĐ 1 - DD n, Trình quản lý bit DAC; một bộ so sánh được kết nối với thiết bị điều khiển của bộ điều khiển và chứa bộ tạo tần số xung nhịp. Bằng cách triển khai các thuật toán vận hành ADC khác nhau trong VCU, sẽ thu được các đặc tính khác nhau của bộ chuyển đổi.

Sử dụng hình. 4.11, chúng ta hãy xem xét nguyên lý hoạt động của ADC, giả sử rằng bộ đếm tăng/giảm được sử dụng làm thanh ghi kích hoạt. Bộ đếm đảo ngược có đầu ra kỹ thuật số, điện áp tăng theo mỗi xung đồng hồ khi mức điện áp ở đầu vào bộ đếm “Direct Count” cao và đầu vào “Đếm xuống” ở mức thấp. Ngược lại, điện áp đầu ra kỹ thuật số giảm theo mỗi xung đồng hồ khi đầu vào Đếm ngược ở mức thấp và đầu vào Đếm ngược ở mức cao.

Nút quan trọng nhất của ADC là bộ so sánh (K), có hai đầu vào tương tự bạn DAC và bạn và một đầu ra kỹ thuật số được kết nối thông qua bộ điều khiển với bộ đếm đảo ngược. Nếu điện áp ở đầu ra của bộ so sánh cao thì mức ở đầu vào của bộ đếm Trực tiếp cũng sẽ cao. Ngược lại, khi điện áp đầu ra của bộ so sánh thấp thì đầu vào Up Count cũng sẽ ở mức thấp.

Do đó, tùy thuộc vào mức đầu ra của bộ so sánh cao hay thấp, bộ đếm lên/xuống đếm theo hướng thuận hoặc ngược tương ứng. Trong trường hợp đầu tiên, ở lối vào bạn Bộ so sánh DAC hiển thị điện áp tăng dần và ở bộ thứ hai hiển thị điện áp giảm dần.

Do bộ so sánh hoạt động ở vòng hở nên mức điện áp đầu ra của nó tăng cao khi điện áp ở đầu vào của nó bạn an sẽ trở nên âm hơn một chút so với đầu vào bạnĐẮC. Ngược lại, mức điện áp đầu ra của nó trở nên thấp ngay khi điện áp đầu vào bạn an sẽ trở nên dương hơn một chút so với điện áp đầu vào bạnĐẮC.

Ở lối vào bạn Bộ so sánh DAC nhận điện áp đầu ra của DAC, được so sánh với điện áp đầu vào analog được cung cấp cho đầu vào bạn vi .

Nếu điện áp tương tự bạn vượt quá điện áp lấy từ đầu ra của DAC, bộ đếm đảo ngược sẽ đếm theo hướng thuận, tăng điện áp ở đầu vào theo từng bước bạn DAC đến giá trị điện áp đầu vào bạn MỘT. Nếu như bạn vi<bạn DAC hoặc trở thành một trong quá trình đếm, điện áp ở đầu ra của bộ so sánh thấp và bộ đếm đếm theo hướng ngược lại, lại dẫn đến bạn DAC để bạn vi . Do đó, hệ thống có một vòng phản hồi giữ cho điện áp đầu ra của DAC xấp xỉ bằng điện áp bạn vi . Do đó, đầu ra của bộ đếm tăng/giảm luôn tương đương với điện áp đầu vào analog. Giá trị số tương đương của tín hiệu đầu vào tương tự của ADC được đọc từ đầu ra của bộ đếm tăng/giảm.

4.10. Bộ ghép kênh kỹ thuật số và tương tự

Trong các hệ thống vi xử lý, ADC, DAC, cũng như trong các hệ thống chuyển mạch điện tử, bộ ghép kênh được sử dụng rộng rãi: bộ chuyển mạch đa kênh (có 4, 8, 16, 32, 64 đầu vào và 1-2 đầu ra) với thiết bị điều khiển kỹ thuật số. Bộ ghép kênh đơn giản nhất của tín hiệu số và tín hiệu tương tự được hiển thị trong Hình 2. 4.12, a và b tương ứng.

Hình 4.12

Bộ ghép kênh kỹ thuật số (Hình 4.12, a) cho phép thẩm vấn tuần tự hoặc ngẫu nhiên các trạng thái logic của nguồn tín hiệu X 0 , X 1 , X 2 , X 3 và truyền kết quả thăm dò đến đầu ra

Theo nguyên tắc này, bộ ghép kênh được xây dựng cho bất kỳ số lượng thông tin đầu vào cần thiết nào. Một số loại bộ ghép kênh kỹ thuật số cho phép chuyển đổi tín hiệu thông tin tương tự.

Tuy nhiên, hiệu suất tốt nhất đạt được nhờ các bộ ghép kênh tương tự chứa ma trận các công tắc tương tự chất lượng cao (AK 1 ... AK 4) hoạt động trên bộ khuếch đại đệm đầu ra, bộ điều khiển kỹ thuật số. Sự kết nối của các nút với nhau được minh họa trong hình. 4.12.6.

Một ví dụ về bộ ghép kênh tương tự LSI là một vi mạch loại K591KN1, được chế tạo trên cơ sở các bóng bán dẫn MOS. Nó cung cấp khả năng chuyển đổi 16 nguồn thông tin tương tự trên mỗi đầu ra, cho phép cả địa chỉ và lấy mẫu tuần tự các kênh. Khi phát triển bộ ghép kênh tương tự LSI, nhu cầu về khả năng tương thích của chúng với hệ thống lệnh của bộ vi xử lý sẽ được tính đến.

Bộ ghép kênh tương tự là sản phẩm rất hứa hẹn cho các lĩnh vực chuyển mạch điện tử và chuyển mạch điện tử đa kênh cho truyền thông, phát thanh và truyền hình.