Цифровые микросхемы представляют собой устройства, которые преобразовывают и обрабатывают изменяющиеся по закону дискретной сигналы. Они являются основой в построении вычислительных цифровых устройств, цифровых механизмов измерительного оборудования, приборов автоматического управления и т. д.
В зависимости от функционального назначения цифровые микросхемы делят на подгруппы:
• Триггеры;
• Цифровые логические микросхемы;
• Механизмы дискретных и арифметических элементов и др.
Каждая подгруппа подразделяется на виды согласно функциональному признаку. Любая микросхема имеет свое условное обозначение, по которому можно узнать о ее подгруппе и виде.
Выпуск цифровых микросхем производится сериями. Каждая серия содержит в себе единые конструктивно-технологические микросхемы, однако, они могут относиться к разным подгруппам и видам. Например, серия может иметь несколько микросхем, относящихся к одному виду, но отличающиеся количеством входов или способностью нагрузки.
Чем в серии будет шире функциональность микросхем, тем лучше она сможет удовлетворить всем требованиям, предъявленным к микроэлектронным устройствам относительно надежности и экономичности. Объясняется это тем, что микросхемы, применяемые из одной серии, исключают необходимость в дополнительном применении других соответствующих устройств.
Относительно технологии производства цифровые интегральные микросхемы делят на полупроводниковые, пленочные или гибридные. Полупроводниковая микросхема представлена элементами, соединения между которыми выполняются на поверхности и в объеме полупроводника.
В пленочной микросхеме все элементы соединяются только пленками с диэлектрических и проводящих материалов. В свою очередь пленочные микросхемы бывают тонкопленочными и толстопленочными. В состав гибридной микросхемы входят простые и сложные механизмы. Примером такой микросхемы может служить многокристальная микросхема.
Кратко об основных подгруппах и видах:
Логические микросхемы
С их помощью выполняются следующие процессы: конъюкция – И, дизъюкция – ИЛИ, инверсия – НЕ. Также есть возможность выполнения сложных логических процессов – это И-ИЛИ-НЕ, И-НЕ и другие.
Как функциональные узлы, цифровые логические интегральные микросхемы могут иметь несколько логических элементов, которые будут выполнять один или несколько перечисленных логических процессов, то есть будут являться функционально-автономной, следовательно, есть возможность независимого от других механизмов микросхемы использования.
Вся конструкция логических элементов объединена единым корпусом и подложкой, а также чаще всего оснащаются общими выводами, необходимыми для подключения к источнику питания.
На данный момент существует большой выбор типов в базовых элементах. Объясняется это тем, что каждый тип обладает своими преимуществами и своей областью применения. Некоторые логические элементы, например, ДТЛ или РТЛ стали использоваться в цифровой микроэлектронике, при этом сохранили практически прежний вид, в котором они применялись для цифровых механизмов на навесных устройствах.
Логические элементы типа МДПТЛ или ТТЛ на современном рынке появились не так давно и имели сразу микроэлектронное исполнение. На сегодня интенсивно развиваются такие популярные цифровые микросхемы, серии которых построены на ТТЛ и МДПТЛ. За счет чего массово вытесняются ДТЛ и РТЛ.
Триггеры
Представлены функциональными узлами, обладающими двумя постоянными состояниями равновесия. Относительно микроэлектронного исполнения триггеры могут различаться согласно трудности построения, функциональной возможности и управления работой.
Разновидности триггеров:
• RS-триггер
Оснащен двумя информационными входами R и S, от которых исходят сигналы, управляющие состоянием триггера. Встречаются асинхронные и синхронные устройства. В асинхронных триггерах запись состояния информации производится сразу, когда поступают сигналы на входы. Синхронные триггеры, кроме информационных входов, имеют еще синхронизирующий вход для сигнала. У RS-триггера есть способность сохранять записанную информацию, то есть он сохраняет установленное состояние с помощью входных сигналов до того момента времени, пока сигналы на входах не изменяются.
• D-триггер
Оснащен одним информационным входом D, а также входом для синхронизирующего сигнала. Такой вид триггера необходим для задержки на один такт информационного сигнала, то есть сигнал, поступивший на вход D, может появиться на выходе только в следующем такте. На данный момент встречаются одноступенчатые и двухступенчатые триггеры.
Одноступенчатый D-триггер содержит в себе один RS-триггер и дополнительные логические элементы на входе. Главное и основное отличие одноступенчатого D-триггера от RS-триггера – это осуществление управления работой первого происходит по одному входу. Двухступенчатый D-триггер представлен двумя RS-триггерами и обладает существенными возможностями.
• Т-триггер
Оснащен одним Т входом. Еще его называют триггером счетным, таким образом, предсказывается основное предназначение – подсчет сигналов, поступающих на вход. Показатель пересчета равняется двум, то есть два входных сигнала соответствуют одному сигналу на выходе. Данный вид триггера представляет «популярные интегральные цифровые микросхемы» и является основой счетчиков.
• JК-триггер
Оснащен двумя информационными входами J и К, а также входом, предназначенным для синхронизирующего сигнала. Обладает универсальностью, благодаря чему включается во многие серии.
Некоторые серии аналоговых и цифровых микросхем имеют «схемы на цифровых микросхемах», выполняющие разные функции. Иначе они называются многофункциональными схемами. Как правило, такие микросхемы предназначаются для выполнения логических функций, и они обладают различной структурой.
Некоторые содержат большое количество логических элементов, благодаря которым есть возможность создавать необходимое устройство путем наружной коммутации выводов. А некоторые представлены сложными логическими устройствами, настройка которых на выполнение установленного логического процесса должна выполняться наружными сигналами.
