Bài giảng Điện tử số (Digital Electronics) - Chương 3: Vi mạch số cung cấp cho học viên những kiến thức về khái niệm vi mạch, phân loại vi mạch số, các thông số đặc trưng của vi mạch số, vi mạch tương tự và số,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Chương VI MẠCH SỐ Nội dung Khái niệm vi mạch Phân loại vi mạch số Các thông số đặc trưng vi mạch số 3.1 Khái niệm vi mạch Các phần tử logic cấu thành từ linh kiện điện tử Các linh kiện điện tử kết hợp với khối vi mạch thực chức xác định gọi mạch tích hợp (Integrated Circuit – viết tắt IC) Mạch tích hợp có đặc điểm: Ưu điểm: mật độ linh kiện lớn, làm giảm thể tích, giảm trọng lượng kích thước mạch Nhược điểm: hỏng linh kiện hỏng mạch Có loại mạch tích hơp: Mạch tích hợp tương tự Mạch tích hợp số Vi mạch tương tự số X Vi mạch Y X, Y: tín hiệu tương tự vi mạch tương tự X, Y: tín hiệu số vi mạch số 3.2 Phân loại vi mạch số Theo mức tích hợp linh kiện: Mức tích hợp tổng số phần tử tích cực (transistor) cổng logic chứa mảnh tinh thể bán dẫn Tính theo số lượng cổng logic (gate) có loại sau: Loại mạch Số cổng logic/IC SSI (Small Scale Integration) < 10 MSI (Medium Scale Integration) 10 100 LSI (Large Scale Integration) 100 1000 VLSI (Very Large Scale Integration) 103 106 ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 106 Phân loại theo chất linh kiện 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) 3.3 Các thông số đặc trưng IC số Mức logic Điện áp nguồn cung cấp Công suất tiêu thụ chế độ động Hệ số tải N Trễ truyền đạt Dải nhiệt độ làm việc Hãng chế tạo … Mức logic Vcc Mức logic “1” VH(min) Dải điện áp không xác định VL(max) Mức logic “0” GND Qui ước logic dương Các mức logic VIL(max) – giá trị lớn cho phép điện áp ứng với mức logic “0” lối vào VIH(min) – giá trị nhỏ cho phép điện áp ứng với mức logic “1” lối vào V0L(max) – giá trị lớn điện áp ứng với mức logic “0” lối V0H(min) – giá trị nhỏ điện áp ứng với mức logic “1” lối IIL – dòng điện lối vào cổng logic ứng với điện áp vào mức thấp VIL IIH – dòng điện lối vào cổng logic ứng với điện áp vào mức cao VIH I0L- dòng điện cổng logic cung cấp lối ứng với điện áp V0L I0H- dịng điện cổng logic cung cấp lối ứng với điện áp V0H Ví dụ Với họ TTL chuẩn ta có: Dải điện áp khơng xác định 5V 5V 3,5V 2V Dải điện áp không xác định 0,5V 0V Ra 0.8V 0V Vào 10 Công suất tiêu thụ chế độ động Chế độ động chế độ làm việc có tín hiệu Cơng suất tiêu thụ chế độ động công suất tổn hao phần tử vi mạch chế độ động, nên cần nhỏ tốt Công suất tiêu thụ chế độ động phụ thuộc Tần số làm việc Công nghệ chế tạo 12 Hệ số tải N Hệ số tải N số cực đại cổng logic tương đương nối lối cổng logic xét N =min( I0L1/IIL2, I0H1/IIH2) Ví dụ, với cổng logic TTL chuẩn có: Dịng ra: IOH = 0,4mA, IOL = 16mA Dòng vào: IIH = 0,02mA, IIL = 1,6mA I OL1 16 I OH 0,4 10, 20 I IL 1,6 I IH 0,02 N 10 13 Trễ truyền đạt Trễ truyền đạt khoảng thời gian để đầu mạch có đáp ứng thay đổi mức logic đầu vào Có loại trễ truyền đạt: Trễ xảy đầu thay đổi từ mức cao xuống mức thấp Trễ xảy đầu thay đổi từ mức thấp lên mức cao Trễ truyền đạt cổng giá trị trung bình hai loại trễ Uv 50% ur 50% 0 0 1 1 14 Dải nhiệt độ làm việc Dải nhiệt độ làm việc – dải nhiệt độ để đảm bảo IC làm việc bình thường Mỗi loại IC chế tạo để sử dụng điều kiện môi trường khác tùy theo mục đích sử dụng IC dùng công nghiệp: 0°C 70°C IC dùng quân sự: -55°C 125°C 15 Hãng chế tạo Một mạch IC có chức nhiều hãng sản xuất Mỗi hãng có ký hiệu riêng Ví dụ: Texas Instruments (Mỹ) – SN (SN 7400) Motorola – MTRL, MC (MC 7400) National – IPC (IPC 7400) Siemens – FL (FL 7400) CEMI (Ba lan) – UCY (UCY 7400) 16 Ví dụ SN T 7400 E D Vỏ sứ hàng chân (- 40 ÷ 850) dải nhiệt độ làm việc Chức NAND Loại TTL Hãng Texas sản xuất 17 Kiểu đóng vỏ Có loại thơng dụng: Vỏ trịn kim loại, số chân < 10 Vỏ dẹt gốm, chất dẻo, có loại IC hàng chân SIP (Single Inline Package) IC có 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 26 ... niệm vi mạch Phân loại vi mạch số Các thông số đặc trưng vi mạch số 3.1 Khái niệm vi mạch Các phần tử logic cấu thành từ linh kiện điện tử Các linh kiện điện tử kết hợp với khối vi mạch. .. kiện hỏng mạch Có loại mạch tích hơp: Mạch tích hợp tương tự Mạch tích hợp số Vi mạch tương tự số X Vi mạch Y X, Y: tín hiệu tương tự vi mạch tương tự X, Y: tín hiệu số vi mạch số 3.2 Phân... cổng logic ứng với điện áp vào mức thấp VIL IIH – dòng điện lối vào cổng logic ứng với điện áp vào mức cao VIH I0L- dịng điện cổng logic cung cấp lối ứng với điện áp V0L I0H- dòng điện cổng logic