數(shù)字集成電路的分類word資料10頁

1、數(shù)字集成電路的分類數(shù)字集成電路有多種分類方法，以下是幾種常用的分類方法。1. 按結(jié)構(gòu)工藝分按結(jié)構(gòu)工藝分類，數(shù)字集成電路可以分為厚膜集成電路、薄膜集成電路、混合集成電路、半導(dǎo)體集成電路四大類。圖如下所示。世界上生產(chǎn)最多、使用最多的為半導(dǎo)體集成電路。半導(dǎo)體數(shù)字集成電路（以下簡稱數(shù)字集成電路）主要分為 TTL 、 CMOS 、 ECL 三大類。ECL 、 TTL 為雙極型集成電路，構(gòu)成的基本元器件為雙極型半導(dǎo)體器件，其主要特點是速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、集成度較低。雙極型集成電路主要 有 TTL（Transistor-Transistor Logic）電路、ECL（Emitter Couple

2、d Logic）電路和 I 2 L（Integrated Injection Logic） 電路等類型。 其中 TTL 電路的性能價格比最佳， 故應(yīng)用最廣泛。ECL ，即發(fā)射極耦合邏輯電路，也稱電流開關(guān)型邏輯電路。它是利用運放原理通過晶體管射極耦合實現(xiàn)的門電路。在所有數(shù)字電路中， 它工作速度最高，其平均延遲時間 tpd 可 小至 1ns 。這種門電路輸出阻抗低，負(fù)載能力強(qiáng)。它的主要缺點是抗干擾能力差，電路功耗大。MOS 電路為單極型集成電路，又稱為 MOS 集成電路，它采用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 （Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transis

3、tor, 縮寫為 MOSFET） 制造， 其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。 MOS 集成電路又分為PMOS（P-channelMetalOxideSemiconductor，P溝 道金屬 氧 化物 半 導(dǎo) 體 ） 、NMOS（N-channelMetalOxideSemiconductor，N溝 道金屬 氧 化物 半 導(dǎo) 體 ） 和CMOS（Complement Metal Oxide Semiconductor ，復(fù)合互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 ）等類型。MOS 電路中應(yīng)用最廣泛的為 CMOS 電路， CMOS 數(shù)字電路中， 應(yīng)用最廣泛的為 4000 、4500 系列

4、，它不但適用于通用邏輯電路的設(shè)計，而且綜合性能也很好，它與TTL 電路一起成為數(shù)字集成電路中兩大主流產(chǎn)品。 CMOS 數(shù)字集成電路電路主要分為 4000 （4500 系列）系列、 54HC/74HC 系列、 54HCT/74HCT 系列等，實際上這三大系列之間的引腳功能、排列順序是相同的，只是某些參數(shù)不同而已。例如， 74HC4017 與 CD4017 為功能相同、引腳排列相同的電路，前者的工作速度高，工作電源電壓低。 4000 系列中目前最常用的是B系列，它采用了硅柵工藝和雙緩沖輸出結(jié)構(gòu)。Bi-CMOS 是雙極型 CMOS （ Bipolar-CMOS ）電路的簡稱，這種門電路的特點是邏輯部

5、分采用 CMOS 結(jié)構(gòu)， 輸出級采用雙極型三極管， 因此兼有 CMOS 電路的低功耗和雙極型 電路輸出阻抗低的優(yōu)點。（ 1 ） TTL 類型這類集成電路是以雙極型晶體管 （即通常所說的晶體管） 為開關(guān)元件， 輸入級采用多發(fā)射極晶體管形式，開關(guān)放大電路也都是由晶體管構(gòu)成，所以稱為晶體管- 晶體管 - 邏輯，即Transistor-Transistor-Logic ，縮寫為TTL 。 TTL 電路在速度和功耗方面，都處于現(xiàn)代數(shù)字集成電路的中等水平。它的品種豐富、互換性強(qiáng)，一般均以74（民用）或54（軍用）為型號前綴。 74LS 系列（簡稱LS ， LSTTL 等） 。這是現(xiàn)代TTL 類型的主要應(yīng)用

6、產(chǎn)品系列，也是邏輯集成電路的重要產(chǎn)品之一。其主要特點是功耗低、品種多、價格便宜。 74S 系列 （簡稱 S， STTL 等） 。 這是 TTL 的高速型， 也是目前應(yīng)用較多的產(chǎn)品之一。其特點是速度較高，但功耗比 LSTTL 大得多。 74ALS 系列（簡稱ALS ， ALSTTL 等） 。這是 LSTTL 的先進(jìn)產(chǎn)品，其速度比LSTTL提高了一倍以上，功耗降低了一倍左右。其特性和 LS 系列近似，所以成為 LS 系列的更新 換代產(chǎn)品。 74AS 系列（簡稱AS， ALSTTL 等） 。這是 S TTL （抗飽和 TTL ）的先進(jìn)型，速度比STTL 提高近一倍，功耗比STTL 降低一倍以上，與

7、ALSTTL 系列合并起來成為 TTL 類型的新的主要標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。 74F 系列（簡稱F， FTTL 或 FAST 等） 。這是美國（仙童）公司開發(fā)的相似于ALS 、AS 的高速類 TTL 產(chǎn)品，性能介于ALS 和 AS 之間，已成為 TTL 的主流產(chǎn)品之一。（ 2 ） ECL 類型ECL （ Emitter Coupled Logic 的縮寫）門是雙極型邏輯門的一種非飽和型的門電路，它的電路構(gòu)成和差分放大器外形相似， 但工作在開關(guān)狀態(tài)， 即截止與放大兩種工作狀態(tài)。 它是非飽和的發(fā)射極耦合形式的電源開關(guān)，故稱為發(fā)射極耦合邏輯（ ECL ） 。由于它工作在非飽和狀態(tài)，其突出優(yōu)點是開關(guān)速度非常高，在

8、邏輯上具有靈活性，所以 ECL 門是高速邏輯門電路中的主要類型。 同時，這類電路還具有邏輯功能強(qiáng)、 扇出能力高、 噪聲低和引線串?dāng)_小等優(yōu)點。因此，廣泛應(yīng)用于高速大型計算機(jī)、數(shù)字通信系統(tǒng)、高精度測試設(shè)備等方面。此類電路的缺點是功耗大， 此外， 由于電源電壓和邏輯電平特殊， 使用上難度略高。 通用的 ECL 集成電路系列主要有ECL10K 系列和 ECL100K 系列等。ECL10K系列是門電路傳輸延遲時間為20ns、功耗為25mw的邏輯電路系列，屬于ECL 中的低功耗系列，是目前應(yīng)用很廣泛的一種 ECL 集成電路系列。ECL100K系列，最初由美國 FSC （仙童公司）生產(chǎn)，是現(xiàn)代數(shù)字集成電路系

9、列中性能最優(yōu)越的系列， 其最大特點是速度高。 同時還具有邏輯功能強(qiáng)、 集成度高和功耗低等特點。 因此，它已廣泛應(yīng)用于大型高速電子計算機(jī)和超高速脈碼調(diào)制器等領(lǐng)域中。（ 3 ） CMOS 類型CMOS 類型集成電路是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體數(shù)字集成電路的簡稱，這里C 表示互補(bǔ)的意思，這是由 P 溝道 MOS 晶體管和 N 溝道 MOS 晶體管組合而成的。 CMOS 電路首先由 美國無線電公司（ RCA ）實驗室研制成功的。由于電路具有微功耗、集成度高、噪聲容限 和寬工作電壓范圍等許多突出的優(yōu)點， 所以發(fā)展速度很快， 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大， 現(xiàn)在幾乎滲 透到所有的相關(guān)領(lǐng)域。尤其是隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路

10、的工作速度和密度不斷提高、 過大的功耗已成為設(shè)計上的一個難題。這樣，具有微功耗特點的 CMOS 電路已成為現(xiàn)代集 成電路中重要的一類，并且越來越顯示出它的優(yōu)越性。CMOS 電路的產(chǎn)品主要有： 4000B （包括 4500B） ， 40H ， 74HC 系列。 4000B 系列。 這是國際上流行的 CMOS 通用標(biāo)準(zhǔn)系列， 例如， 美國無線電公司 （ RCA ） 的CD4000B ,摩托羅拉（MOTA ）的4500B和MC4000系列，國家半導(dǎo)體（NS）公司的 MM74C000系列和CD4000系列，德克薩斯公司（TI）的TP4000系列，仙童（FS）公司的 F4000 系列，日本東芝公司的 T

11、C4000 系列，日立公司的 HD14000 系列。國內(nèi)采用 CC4000 標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)與CD4000B 系列完全一致，從而使國產(chǎn) CMOS 電路與國際上的 CMOS 電路兼容。4000B 系列的主要特點是速度低、功耗最小、并且價格低、品種多。 40H 系列。這是日本東芝公司初創(chuàng)的較高速鋁柵 CMOS ，以后由夏普公司生產(chǎn)，分別用 TC40H- ， LR40H- 為型號，我國生產(chǎn)的定為 CC40 系列。 40H 系列的速度和 N-TTL 相 當(dāng)， 但不及 LS-TTL 。 此系列品種不太多， 其優(yōu)點是引腳與 TTL 類的同序號產(chǎn)品兼容， 功耗、 價格比較適中。 74HC 系列 （簡稱 HS

12、或 H-CMOS 等） 。 這一系列首先由美國 NS ， MOTA 公司生產(chǎn)，隨后，許多廠家相繼成為第二生產(chǎn)源，品種豐富，且引腳和 TTL 兼容。此系列的突出優(yōu)點第 3 頁是功耗低、速度高。國內(nèi)外74HC系列產(chǎn)品各對應(yīng)品種的功能和引腳排列相同，性能指標(biāo)相似，一般都可方便地直接互換及混用。國內(nèi)產(chǎn)品的型號前綴一般用國標(biāo)代號CC,即CC74HC。(4 )各類數(shù)字集成電路的性能為了系統(tǒng)地掌握各類數(shù)字集成電路的主要性能，便于實際應(yīng)用時選擇合適的器件，現(xiàn)將各類數(shù)字電路的主要性能和特點進(jìn)行比較，如表1所示。表1各類數(shù)字電路的性能性能名稱單 位LSTTLECLPMOSNMOSCMOS主要特點高速低功耗超高速低

13、速廉價高集成度微功耗高抗干擾電源電壓V5-5.2+2012.538單門平均延遲時間ns9.52100010050單門靜態(tài)功耗mW22550.50.01速度功耗積(S-P)PJ1950100100.5直流噪聲容限V0.40.14521電源的40%扇出能力102010020101000卜面對表1中所列的主要性能作一說明。 表1所列出的各種技術(shù)數(shù)據(jù)各種技術(shù)數(shù)據(jù)均為一般產(chǎn)品的平均數(shù)據(jù)，與各公司生產(chǎn)的各品種的集成電路實際情況有可能不完全相同。因而具體選用時，還需查更詳細(xì)的資料。電源電壓TTL類型的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓都是 +5V,其他邏輯器件的工作電壓一般都有較寬的允許范 圍。特別是 MOS器件，如CMOS中的

14、4000B系列可以工作在 318V; PMOS一般可工作 在1024V; HCMOS系列為26V。另外，在使用各種器件組成系統(tǒng)時， 要注意各種相互連接的器件必須使用同一電源電壓， 否則，就可能不滿足 0, 1 (或L、H)電平的定義范圍，而造成工作異常。單門平均延時單門平均延時是指門傳輸延遲時間的平均值tpd,它是衡量電路開關(guān)速度的一個動態(tài)參數(shù)，用以說明一個脈沖信號從輸入端經(jīng)過一個邏輯門，再從輸出端輸出要延遲多少時間。把輸出電壓下降邊的 50%對于輸入電壓上升邊的50%的時間間隔稱為導(dǎo)通延遲時間，即tPHL,把輸出電壓上升邊的50 %對于輸入電壓下降邊的50%的時間間隔稱為關(guān)閉延遲時間，即tP

15、LH,平均延遲時間 tpd定義為：tpd=(tPHL + tPLH)/2。如TTL與非門，一般要求tpd=1040ns之間，通常把tpd為40160ns的稱為低速集成 電路，1540ns的稱為中速集成電路，615ns的稱為高速集成電路，tpd&6ns的稱為甚高速集成電路。由表可見， ECL 的速度最高，而PMOS 的速度最低。 單門靜態(tài)功耗單門靜態(tài)功耗是指單門的直流功耗， 它是衡量一個電路質(zhì)量好壞的重要參數(shù)。 靜態(tài)功耗等于工作電源電壓及其泄漏電流的乘積， 一般說靜態(tài)功耗越小， 電路的質(zhì)量越好， 由表中可知 CMOS 電路靜態(tài)功耗是極微小的，因此對于一個由 CMOS 器件組成的工作系統(tǒng)來說，靜

16、態(tài)功耗與總功耗相比?？梢院雎圆挥嫛Ｋ俣裙姆e（S P）速度功耗積（S- P）也叫時延功耗積，它是衡量邏輯集成電路性能優(yōu)劣的一個很 重要的基本特征參數(shù)。不論何種數(shù)字集成電路，其平均延遲時間都要受到消耗功率的制約。一定形式的數(shù)字邏輯電路， 其消耗功率的大小約反比于平均延時， 因此， 一般用每門 （電路）的平均延遲時間tpd與功耗Pd的乘積來表征數(shù)字集成電路的優(yōu)劣，這個乘積就是速度功耗（S- P）,即S。P=tpd Pd。式中S- P的單位為pJ （皮焦耳），tpd的單位為ns, Pd的單位為 mwo通常，S- P越小，電路性能越好。在選用電路時，S- P是一個需要考慮的重要參數(shù)。但一般不能僅僅依據(jù)

17、S- P來選擇，還必須根據(jù)實際情況，同時兼顧速度（或功耗） ，抗干擾性能和價格等因素。 直流噪聲容限直流噪聲容限又稱抗干擾度， 它是度量邏輯電路在最壞工作條件下的抗干擾能力的直流電壓指標(biāo)。 該電壓值常用 VNM 表示或VNL 及 VNH 表示。 它是指邏輯電路輸入與輸出各自定義1電平和0電平的差值大小，TTL類電路只能用5V電源，輸入1電平定義為2V, 0電平 定義為00.8V,輸出電平定義是1電平）2.7V, 0電平0 0.4V,所以l電平的 Vnh=2. 7V-2V=0 . 7V, 0 電平的 Vnl=0. 8V-0. 4V=0.4V。對 ECL 類來說，電源多用 -5.2V, Vnh-

18、1-（- 1.1）=0. 1V, Vnl- 1.5-（- 1.6）=0.1V。CMOS 及 HCMOS 可以在很寬的范圍內(nèi)工 作，輸出電平接近電源電壓范圍，而輸入電平范圍不論1 電平還是 0 電平，均可達(dá)到 45 Vcc,也就是 Vnm*45%Vcc,最低限度可以達(dá)到Vnl）19%Vcc, Vnh）29%Vcc。Vcc越高則噪聲容限也越大，也即 VCC 高則抗干擾能力強(qiáng)。 扇出能力扇出能力也就是輸出驅(qū)動能力， 它是反映電路帶負(fù)載能力大小的一個重要參數(shù)， 表示輸出可以驅(qū)動同類型器件的數(shù)目。如 TTL 標(biāo)準(zhǔn)門電路的扇出能力為10，就表示這個門電路的第 5 頁輸出最多可以和10個同類型的門電路的標(biāo)準(zhǔn)

19、輸入端連接。表 1中所列出的是各種數(shù)字集成電路的直流扇出能力的理論值，對于CMOS, HCMOS來說，靜態(tài)時扇出能力很大，盡管輸出電流一般僅在 0.5mA以內(nèi)，但因其輸入電流僅有幾納安（ nA）上下，所以，直流扇出能 力可達(dá)1000以上，甚至更大。但是它們的交流（動態(tài)）扇出能力就沒有這樣高，要根據(jù)工 作頻率（速度）和輸入電容量（一般約5pF）來考慮決定。在微機(jī)系統(tǒng)的接口電路中，常用CMOS （HCMOS）電路驅(qū)動TTL 一類電路，表2給出了 CMOS驅(qū)動LS-TTL和S-TTL的輸入端數(shù)目的比較， 其中，4049UB因內(nèi)部無輸出緩沖級（型號尾帶U的是僅一級CMOS反相器），雖對直流來說也能驅(qū)動

20、一個S-TTL的輸入端，但由于CMOS的上升/下降延遲時間長，用于驅(qū)動 S-TTL是不合適的。表2 CMOS的驅(qū)動能力接收端驅(qū)動源LS-TTLS-TTL4011B104000B系列4049UB81TC40H系列TC40H00020CC40H系歹UTC50H0005174HC系列74HC00102LS-TTL系列74LS00204從表2中可以看出，74HC的驅(qū)動能力接近LS-TTL , 40H系列的驅(qū)動能力較次。另外,ECL電路的直流扇出能力也是比較大的，這是由于ECL電路的輸入阻抗高，輸出阻抗低所致。但是，ECL電路的實際扇出能力還要受到交流因素的制約，一般來說主要受容性負(fù)載 的影響（ECL1

21、0K系列每門輸入電容約為 3pF）,因為電路的交流性能與容性負(fù)載直接有關(guān)， 容性負(fù)載越大，交流性能就越差。所以，在實際應(yīng)用中，為了使電路獲得良好的交流性能， 一般希望將門的負(fù)載數(shù)（扇出數(shù)）控制在 10個以內(nèi)。2,按集成電路規(guī)模的大小分根據(jù)集成電路規(guī)模的大小，數(shù)字集成電路通常分為小規(guī)模集成電路（ SSI）、中規(guī)模 集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）。（1）小規(guī)模集成電路（Small Scale Integration , SSI）小規(guī)模集成電路通常指含邏輯門個數(shù)小于10門（或含元件數(shù)小于100個）的電路。（2）中規(guī)模集成電路（Medium Scale In

22、tegration , MSI）中規(guī)模集成電路通常指含邏輯門數(shù)為10門991（或含元件數(shù)100個999個）的電路。（3） 大規(guī)模集成電路（ Large Scale Integration ， LSI ）大規(guī)模集成電路通常指含邏輯門數(shù)為1000門99991（或含元件數(shù)1000個99999 個）的電路。（4） 超大規(guī)模集成電路（ Very Large Scale Integration ， VLSI ）超大規(guī)模集成電路通常指含邏輯門數(shù)大于 10000 門 （或含元件數(shù)大于 100000 個） 的 電路。3. 按電路的功能分（ 1 ）門電路 與門/ 與非門、或門/或非門、非門等。（ 2 ） 觸發(fā)器

23、鎖存器 R-S 觸發(fā)器、 D 觸發(fā)器、 J-K 觸發(fā)器等（ 3 ） 編碼器 譯碼器 二進(jìn)制 十進(jìn)制譯碼器、 BCD 7 段譯碼器等。（ 4 ）計數(shù)器二進(jìn)制、十進(jìn)制、 N 進(jìn)制計數(shù)器等。（ 5）運算電路加/減運算電路、奇偶校驗發(fā)生器、幅值比較器等。（ 6 ） 時基 定時電路單穩(wěn)態(tài)電路 、延時電路等。（ 7 ） 模擬電子開關(guān)數(shù)據(jù)選擇器（ 8 ）寄存器基本寄存器、移位寄存器（單向、雙向）。（ 9 ）存儲器RAM 、 ROM 、 E2PROM 、 Flash ROM 等。（ 10 ） CPU第 # 頁數(shù)字集成電路的命名1 .數(shù)字集成電路型號的組成及符號的意義數(shù)字集成電路的型號組成一般由前綴、編號、后綴

24、三大部分組成，前綴代表制造廠商，編號包括產(chǎn)品系列號、器件系列號，后綴一般表示溫度等級、封裝形式等。如表01所示為TTL 74系列數(shù)字集成電路型號的組成及符號的意義。(1) . TTL 74系列數(shù)字集成電路型號的組成及符號的意義表0 1 TTL74系列數(shù)字集成電路型號的組成及符號的意義第1*分第2部分第3部分第4部分第5部分前綴產(chǎn)品系列器件類型器件功能器件封裝形式、溫度范 圍符號意義符號意義號義意 符號意義54軍用 電路-55 +125oC標(biāo)準(zhǔn)電路拉伯 數(shù)字可W陶瓷扁平H高速電路B塑封扁平代表“造1商S肖特基電 路器F牛全密封扁平74民用通用 電路LS低功耗肖 特基電路D 切陶瓷雙列直插ALS先進(jìn)低功 耗肖特基電路能P塑封雙列直插AS先進(jìn)肖特 基電路(2) .4000系列集成電路的組成及符號意義4000系列CMOS器件型號的組成及符號的意義見表02。表02 4000系列CMOS器件型號的組成及符號意義第1部分第2部分第3部分第4部分型號前綴的意 義器件系列器件種類工作溫度范