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

HVKTQS HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ ************ 8/2015 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ Chương 3: Vi mạch số TS Hoàng Văn Phúc, Bộ môn KT Vi xử lý LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Các khái niệm cơ bản 2  Mạch tích hợp, hay vi mạch (IC: Integrated Circuit), là một miếng bán dẫn chứa các phần tử thụ động (như điện trở, tụ điện, cuộn cảm) và các phần tử tích cực (như diode, transistor) cùng với các dây nối được chế tạo trên đó theo cùng một công nghệ và đóng vỏ chung với nhau.  Mạch tích hợp có đặc điểm:  Ưu điểm: mật độ linh kiện cao, làm giảm thể tích, giảm trọng lượng và kích thước mạch.  Nhược điểm: hỏng một linh kiện thì hỏng cả mạch.  Các loại mạch tích hơp:  Mạch tích hợp tương tự: làm việc với các tín hiệu tương tự  Mạch tích hợp số: làm việc với các tín hiệu số  Mạch tích hợp hỗn hợp LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Phân loại vi mạch số 3 1963: Bipolar TTL Logic Series 7400 1968: CMOS Logic series 4000 SSI (Small Scale Integration) : <100 transistors (1963) MSI (Medium Scale Integration) : 100-300 transistors (1970) LSI (Large Scale Integration) : 300-30K transistors (1975) 1974: 1K-bit RAM (4K transistors) 1978: uP Intel 8086 : (29K transistors) VLSI (Very Large Scale Integration) : 30K-1M transistors (1980) 1986: 1M-bit RAM (>1M transistors) 1989: uP Intel 80846 (>1M transistors) ULSI (Ultra Large Scale Integration) : >1M transistors (1990) 2000: uP Intel Pentium 4 (40 M transistors) WSI (Wafer Scale Integration): chip IC chiếm toàn bộ wafer GSI (Giga Scale Integration) : >1G transistors (2010) 2007: 16G-bit RAM 2008: Intel Core 2 Quad (820 M transistors) LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Phân loại vi mạch số 4  Theo bản chất linh kiện được sử dụng:  IC sử dụng Transistor lưỡng cực: • RTL: Resistor Transistor Logic (đầu vào mắc điện trở, đầu ra là Transistor) • DTL: Diode Transistor Logic (đầu vào mắc Diode, đầu ra là Transistor) • TTL: Transistor Transistor Logic (đầu vào mắc Transistor, đầu ra là Transistor) • ECL: Emitter Coupled Logic (Transistor ghép nhiều cực emitter)  IC sử dụng Transistor trường - FET (Field Effect Transistor) • MOS: Metal Oxide Semiconductor • CMOS: Complementary MOS LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Sự gia tăng mật độ IC 5 1970 1975 1.000 10.000 1980 1985 1990 1995 2000 20102005 100.000 1.000.000 10.000.000 100.000.000 1.000.000.000 10.000.000.000 Năm S ố l ư ợ n g t ra n s is to r LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Phòng sạch (Clean room) 6 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Tấm bán dẫn (Wafer) 7 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 IC 8 Silicon wafer LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính điện của IC 9 Dải điện áp quy định mức logic VD về mức điện áp qui ước với chuẩn TTL: 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 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính điện của IC 10  Thời gian truyền:  Thời gian trễ: là thời gian trễ thông tin của đầu ra so với đầu vào  Thời gian chuyển biến: là thời gian cần thiết để chuyển biến từ mức 0 lên mức 1 và ngược lại. – Thời gian chuyển biến từ 0 đến 1 (thời gian thiết lập sườn dương) – Thời gian chuyển biến từ 1 đến 0 (thời gian thiết lập sườn âm) – Trong thực tế, thời gian chuyển biến được đo bằng thời gian chuyển biến từ 10% đến 90% giá trị biên độ cực đại. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính điện của IC 11  Thời gian truyền: LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính điện của IC 12  Công suất tiêu thụ ở chế độ động:  Chế độ động là chế độ làm việc có tín hiệu  Là công suất tổn hao trên các phần tử trong vi mạch, nên cần càng nhỏ càng tốt.  Công suất tiêu thụ ở chế độ động phụ thuộc • Tần số làm việc. • Công nghệ chế tạo: công nghệ CMOS có công suất tiêu thụ thấp nhất. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính cơ học của IC 13  Là đặc tính của kết cấu vỏ bọc bên ngoài.  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) hay SIPP (Single In-line Pin Package) • IC có 2 hàng chân DIP (Dual Inline Package) • IC chân dạng lưới PGA (Pin Grid Array): vỏ vuông, chân xung quanh LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính cơ học của IC 14 Một số dạng đóng vỏ IC: LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Đặc tính nhiệt của IC 15 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 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử AND dùng IC 16 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử AND dùng IC 17 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử OR dùng IC 18 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử NAND dùng IC 19 74LS00 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử NOR dùng IC 20 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 VD: Phần tử XOR và XNOR dùng IC 21 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Phần tử logic cơ bản dùng IC họ 74 22 AND: 74LS08 OR: 74LS32 NOT: 74LS04/05 NAND: 74LS00 NOR: 74LS02 XOR: 74LS136 NXOR: 74LS266 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 Bài tập áp dụng 23  Đọc datasheet một số IC. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 24 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Q&A!