Загальні відомості про мікроелектроніку

Електроніка пройшла кілька етапів розвитку, за час яких змінилося кілька поколінь елементної бази: дискретна електроніка електровакуумних приладів, дискретна електроніка напівпровідникових приладів, інтегральна електроніка мікросхем (мікроелектроніка), інтегральна електроніка функціональних мікроелектронних пристроїв (функціональна мікроелектроніка).

Елементна база електроніки розвивається безупинно зростаючими темпами. Кожне з наведених поколінь, з'явившись у певний момент часу, продовжує вдосконалюватися в найбільш виправданих напрямках. Розвиток виробів електроніки від покоління до покоління йде в напрямку їх функціонального ускладнення, підвищення надійності та терміну служби, зменшення габаритних розмірів, маси, вартості і споживаної енергії, спрощення технології і поліпшення параметрів електронної апаратури.

Сучасний етап розвитку електроніки характеризується широким застосуванням інтегральних мікросхем (ІМС). Це пов'язано зі значним ускладненням вимог і завдань, що вирішуються електронною апаратурою, що призвело до зростання кількості елементів у ній. Число елементів постійно збільшується. Розробляються зараз складні системи містять десятки мільйонів елементів. У цих умовах винятково важливе значення набувають проблеми підвищення надійності апаратури та її елементів, мікромініатюризація електронних компонентів і комплексної мініатюризації апаратури. Усі ці проблеми успішно вирішує мікроелектроніка.

Становлення мікроелектроніки як самостійної науки стало можливим завдяки використанню багатого досвіду і бази промисловості, що випускає дискретні напівпровідникові прилади. Однак у міру розвитку напівпровідникової електроніки з'ясувалися серйозні обмеження застосування електронних явищ і систем на їх основі. Тому мікроелектроніка продовжує просуватися швидкими темпами як в напрямку вдосконалення напівпровідникової інтегральної технології, так і в напрямку використання нових фізичних явищ.

Розробка будь-яких ІМС являє собою досить складний процес, що вимагає рішення різноманітних науково-технічних проблем. Питання вибору конкретного технологічного втілення ІМС вирішуються з урахуванням особливостей розробляється схеми, можливостей і обмежень, притаманних різних способів виготовлення, а також техніко-економічного обгрунтування доцільності масового виробництва.

Ці питання знаходять рішення шляхом використання двох основних класів мікросхем - напівпровідникових та гібридних. Обидва ці класу можуть мати різні варіанти структур, кожен з яких з точки зору проектування і виготовлення володіє певними перевагами і недоліками. За своїм конструктивним і електричним характеристикам напівпровідникові та гібридні інтегральні схеми доповнюють один одного і можуть одночасно застосовуватися в одних і тих же радіоелектронних комплексах.

При масовому випуску різних ІМС малої потужності, особливо призначених для ЕОМ, використовуються, в основному, напівпровідникові ІМС. Гібридні мікросхеми зайняли домінуюче становище в схемах з великими електричними потужностями, а також у пристроях СВЧ, в яких можна застосовувати як товстоплівкових технологію, що не вимагає жорстких допусків і високої точності нанесення і обробки плівок, так і тонкоплівкових технологію для забезпечення нанесення плівкових елементів дуже малих розмірів.

Вироби мікроелектроніки: інтегральні мікросхеми різної ступенів інтеграції, мікроскладені, мікропроцесори, міні-і мікро-ЕОМ -- дозволили здійснити проектування та промислове виробництво функціонально складної радіо-та обчислювальної апаратури, що відрізняється від апаратури попередніх поколінь кращими параметрами, вищими надійністю і строком служби, меншими споживаної енергією і вартістю. Апаратура на базі виробів мікроелектроніки знаходить широке застосування у всіх сферах діяльності людини. Створенню систем автоматичного проектування, промислових роботів, автоматизованих та автоматичних виробничих ліній, засобів зв'язку і багато чого іншого сприяє мікроелектроніка./1/

Мета роботи: проектування топології гібридної інтегральної мікросхеми К2ТС241 (RST-тригер)
1. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

1.1 Характеристика схеми

Гібридні інтегральні мікросхеми (Гим) є мікросхеми, які містять крім елементів, нерозривно пов'язаних з підкладкою, компоненти, які можуть бути виділені як самостійне виріб.

До Гим відносяться: мікросхеми з високою точністю елементів і можливістю їх підстроювання, мікросхеми значної потужності, мікросхеми приватного застосування, мікросхеми НВЧ - діапазону.

Цифрові функціональні вузли, що містять елементи пам'яті (тригери), отримали назву послідовних вузлів. До них відносять тригери, лічильники, дільники, розподільники імпульсів. Ці функціональні вузли входять до складу багатьох серій ІВ.

Цифровий мікросхему як функціональний вузол характеризують системою сигналів, які доцільно розділити на інформаційні (X1. .. Xm - вхідні, Y1 ... Yn - вихідні) і керуючі (V1. .. Vk). Кожна схема у відповідності зі своїми функціональними призначенням виконує певні операції над вхідними сигналами (змінними), так що вихідні сигнали (змінні) є результат цих операцій Yj = F (X1 ,..., Xm). Операторами F можуть бути як прості логічні перетворення, так і складні багатофункціональні перетворення, які мають, наприклад, місце в ВІС пам'яті, мікропроцесорі та ін

Сигнали управління визначають вид операції, режим роботи схеми, забезпечують синхронізацію, встановлення початкового стану, коммутіруют входи і виходи, і т.д.

Дана схема являє собою імпульсна пристрій - RST - тригер.

Від функціональних можливостей тригерів і режимів управління їх роботою залежать характеристики регістрів, лічильників та інших вузлів.

Найпростіша схема тригера містить два входи, на які надходять сигнали, що управляють, і два виходи з різним рівнем напруг на них: низьким і високим.

При зміні комбінації сигналів на входах тригер стрибком переходить з одного стану в інше, коли змінюються рівні його вхідних напруг. Якщо один з рівнів вхідної напруги тригера прийняти за логічну одиницю, а інший - за логічний нуль, то, подаючи певну комбінацію електричних сигналів на входи тригера, його можна використовувати для зберігання і обробки двійковій інформації, поділу та рахунки числа імпульсів і т.д.

В даний час широке поширення в імпульсної і цифрової техніки отримали інтегральні тригерні пристрої, реалізовані на основі логічних схем І-НІ і АБО-НЕ.

Асинхронний Т-тригер має один інформаційний вхід і перемикається фронтом, або зрізом вступників на його вхід імпульсів. Його називають рахунковим, тому що число його перемикань відповідає числу що надходять на його вхід імпульсів.

На практиці широко застосовуються різні варіанти схем асинхронних Т-тригерів з установочними R і S входами (RST-тригер) для встановлення тригера у стан «0» або «1»./4/

тригером RST-типу (рахунковий тригер з роздільним установкою) називають пристрій з двома стійкими станами і трьома входами (R, S і T), що поєднує в собі властивості тригерів RS-і T-типів. Входи Sd і Rd у даного тригера є установочними, а вхід T - рахунковим.

Схема може знаходитися в двох стійких станах, кожне з яких визначається комбінацією сигналів на входах тригера. Робота тригера RST-типу відображена в таблиці 1. Структурна схема RST-тригера представлена на малюнку 1.

Структурна схема RST-тригера

Q Q

1 1 Sd RST Rd

& & & &

Sd Rd T

Рис. 1

Таблиця 1

мінімізована таблиця переходів RST-тригера        tn         tn 1             Rn         Sn         Tn         Qn +1             0         0         0         Qn              0         0         1         Qn             0         1         0         1             1         0         0         0     

Логічне рівняння тригера RST-типу, яке складається на основі табл. 1 з урахуванням

обмежень, що виключають заборонені комбінації сигналів, записується у вигляді

Qn +1 = Sn + Tn