Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Лекция № 4

Для простейших логических элементов это число равноценных входов по И либо ИЛИ. Логические элементы массового производства выпускаются с 2,3,4 и 8 входами. Когда возникает надобность в большем числе входов, применяют специальные ИС – расширители (экспандеры) числа входов, которые не имеют самостоятельного применения, либо используют несколько однотипных элементов, которые соединяют с учетом законов Булевой алгебры. Увеличение Коб ведет к потере частотных характеристик, уменьшению помехоустойчивости увеличению мощности потребления.

Более сложные устройства содержат и другие входы: адресные, установочные, разрешающие, входы синхронизации и т.д. По отношению к индивидуальным каскадам каждый такой вход обычно представляет такую же нагрузку, как и логические (информационные) входы.

Помехоустойчивость или, как ее еще называют, шумовой иммунитет определяет допустимое напряжение помех на входах микросхемы и непосредственно связана с ее передаточной характеристикой. В общем случае этот параметр оценивается по нескольким показателям.

В зависимости от продолжительности помехи различают статическую и динамическую помехоустойчивость.

Статическую помехоустойчивость связывают с помехами, длительность которых больше времени переходных процессов, а динамическую – с кратковременными помехами. Для обоих видов помехоустойчивости может учитываться воздействие напряжения низкого и высокого уровней.

Статической помехоустойчивостью по низкому уровню считается разность

U⁰_ПОМ = |U⁰_{ВЫХ. MAX} – U⁰_{ВХ. MAX} |,

где U⁰_вых.max – максимально допустимое напряжение низкого уровня на выходе нагрузочной микросхемы;

U⁰_вх.max - максимально допустимое напряжение низкого уровня на входе нагружающей ИС;

U⁰_пом – отпирающая помеха.

Помехоустойчивость по высокому уровню определяется как

U¹_пом =|U¹_{вых. min} – U¹_вх.min|,

где U¹_{вых. min} – минимальное напряжение высокого уровня на выходе нагруженной ИС.

U¹_вх.min – минимальное допустимое напряжение высокого уровня на нагружающем входе.

U¹_пом – запирающая помеха.

Так как логическая ИС может находиться в одном из двух устойчивых состояний (открытом или закрытом), то различают:

помехоустойчивость закрытой схемы по отношению к отпирающим помехам U⁰_пом;

помехоустойчивость открытой схемы по отношению к запирающим помехам U¹_пом.

Часто используют не абсолютные значения напряжений максимально допустимых помех по входу, а их отношение к минимальному перепаду напряжения ΔU_MIN на выходе элемента при его переключении.

К^0,1_пом.ст. = (U^0.1_пом) / (ΔU_min) – это отношение называют коэффициентом статической помехоустойчивости.

Статическая помехоустойчивость служит основным показателем защищенности микросхем от помех. В справочниках приводят одну величину, U⁰_пом или U^0.1_пом , ту, что меньше.

Динамическая помехоустойчивость выше, чем статическая, так как при кратковременных помехах сказываются паразитные емкости и инерционные процессы в микросхеме.

Динамическая помехоустойчивость в справочных данных не указывается, так как зависит не только от типа микросхемы, но и от условий ее работы.

Энергия (работа) переключения – определяется как А=Р_ПОТ*t_{ЗД.Р.СР.}, где Р_ПОМ – средняя потребляемая мощность.

t_{ЗД.Р.СР.} – среднее время задержки распространения.

Параметр характеризует качество разработки и исполнения микросхемы.

Более мощные схемы обладают повышенным по сравнению с маломощными схемами быстродействием. Снижение микросхемами мощности потребления при сохранении высокого быстродействия – одна из задач микроэлектроники.

Р_пот – средняя мощность потребления, важнейший параметр ИС.

Логическая ИС может находиться в четырех состояниях:

1) в стадии включения;

2) в состоянии “ Включено”;

3) в стадии выключения;

4) в состоянии “ Выключено”.

Каждое из этих состояний характеризуется различной мощностью потребления. При этом в зависимости от типа логического элемента мощность потребления будет происходить в основном при переключении из одного состояния в другое для одного типа элементов и в состояниях «Включено», «Выключено» для другого. Оба типа элементов характеризуются средним значением мощности потребления Р_потр.

где Р_пот⁰ – в состоянии “ Выключено ”

Р_пот¹ – в состоянии “ Включено ”.

По мощности потребления ИС делят на:

Мощные - 30 мВт < Р_{потр. ср.} <300мВт;

Средние - 3мВт < Р_{потр. ср.}< 30 мВт;

Маломощные - 0,3 мВт < Р_{потр.ср.} < 3 мВт;

Микроваттные - 1 мкВт < Р_{потр.ср.} < 300мкВт;

Нановаттные - Р_{потр.ср.} < 1 мкВт.

Для большинства семейств цифровых микросхем энергия переключения находится в пределах от 0,1 – 500 пДж. Чем меньше этот параметр, тем выше качество разработки. С другой стороны для микросхем с высокой помехоустойчивостью большая энергия является благом, так как импульсы помех даже большей амплитуды, но недостаточной энергии не создают ложных срабатываний.

Надежность характеризуется тремя взаимосвязанными показателями:

1) Интенсивностью отказов λ;

2) Наработкой на отказ Т;

3) Вероятностью безотказной работы Р(t) в течение заданного времени t.

В ИС отсутствует перегрев, они мало подвержены вибрации и ударам, технология производства обеспечивает высокое качество продукции, и поэтому их надежность во много раз выше, чем у изделий, собранных из отдельных деталей.

Интенсивность отказов определяется в ходе испытаний большой партии изделий и характеризуется выражением λ=n/Nt,

где n – число отказов в ходе испытаний;

t – время испытаний;

N – число используемых изделий в партии.

Интенсивность отказов для современных микросхем λ=10^-8..10^-9 (1/ч).

По этому параметру можно вычислить и остальные показатели надежности

Т = 1/ λ ч, и Р(t) = е ^λt;

Приняв λ = 10^-8 ч^-1, а t = 15000, можно найти, что вероятность безотказной работы составляет Р(t) = 0,998, то есть –99,8%,это исключительно высокий показатель.

Стойкость микросхем к механическим и климатическим воздействиям очень высока.

Они способны работать нормально при интенсивных механических нагрузках (вибрация, удары, центробежные силы) и в неблагоприятных климатических условиях: при повышенной влажности (до 98% при 25⁰С) и в большом температурном диапазоне (от –10 до +70⁰С для ИС широкого применения и от –60 до +125⁰С - специального).

Кроме того, когда это требуется, учитывается также стоимость микросхемы, число типономиналов изделий в серии, особые условия эксплуатации, возможность сопряжения с изделиями других серий и другие показатели.