Chương 3
VI MẠCH SỐ
1
Nội dung
Khái niệm vi mạch Phân loại vi mạch số Các thông số đặc trưng của vi mạch số
2
3.1. 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
3
Vi mạch tương tự và số
X
Y
Vi mạch
X, Y: tín hiệu tương tự vi mạch tương tự
X, Y: tín hiệu số vi mạch số
4
3.2. 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
10 100
MSI (Medium Scale Integration)
LSI (Large Scale Integration)
100 1000 103 106
VLSI (Very Large Scale Integration)
ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 106
5
Phân 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)
6
3.3. 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 ….
7
1. Mức logic
Vcc
Mức logic “1”
VH(min)
Dải điện áp không xác định
VL(max)
Mức logic “0”
GND
Qui ước logic dương
8
Các mức logic
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
9
Ví dụ
Với họ TTL chuẩn ta có:
5V
5V
3,5V
2V
Dải điện áp không xác định
Dải điện áp không xác định
0,5V
0.8V
0V
0V
Ra
Vào
10
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%
11
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
12
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
OL 1
OH
1
,10
20
16 6,1
I I
I I
4,0 02,0
IH
2
IL 2 N
10
13
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 2
0
50%
50% 1
14
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
15
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:
(SN 7400)
Texas Instruments (Mỹ) – SN Motorola National Siemens CEMI (Ba lan)
– MTRL, MC (MC 7400) – IPC (IPC 7400) – FL (FL 7400) – UCY (UCY 7400)
16
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
17
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
18
Một số dạng IC
19
VD: Phần tử AND dùng IC
20
VD: Phần tử OR dùng IC
7432
21
VD: Phần tử NOT dùng IC
7404
22
VD: Phần tử NAND dùng IC
7400
23
VD: Phần tử NOR dùng IC
7402
24
VD: Phần tử XOR dùng IC
7486
25
Hết chương 3
26
