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.

Поиск по сайту: