Интегральная микросхема – это миниатюрный электронный блок, в корпусе которого содержатся соединенные по определенной схеме радиокомпоненты: транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и другие электронные элементы. Число компонентов в современных микросхемах может достигать нескольких сотен тысяч и даже миллионов элементов.
Микросхемы по типу обрабатываемого сигнала делятся на три типа:
- аналоговые;
- цифровые;
- аналогово-цифровые.
Познакомимся поближе с цифровой микросхемой логики SN74HC02N.
Это одна из многочисленной 74xx-серии микросхем булевой логики, где входные данные представляются в виде напряжения высокого или низкого уровня (1 или 0), а результат логической операции на выходе – тоже в виде напряжения высокого или низкого уровня (1 или 0).
Немного истории о микросхеме логики
Интегральные микросхемы начинают свой путь в 1958 году. Их начинают разрабатывать два незнакомых между собой ученых:
Джек Килби из компании Texas Instruments.
Роберт Нойс из компании Fairchild Semiconductor.
Оба разработчика задавались вопросом: «Как в минимум пространства вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Джек Килби воспользовался германием, а Роберт Нойс предпочёл кремний.
В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения – началось противостояние двух компаний. В результате они заключили мирный договор и создали совместную лицензию на производство чипов.
Что касается именно логических микросхем, то первым продуктом серии 74xx-серии стал четырёхканальный элемент «2И-НЕ / 2NAND» в металлическом плоском корпусе в октябре 1964 года.
Микросхемы серии 74xx использовались во многих популярных мини-компьютерах 1970-х, и начала 1980-х годов, например в Data General Nova и Hewlett-Packard 21-MX.
Область применения
Микросхемы логики ранее использовалась в различных электронные часах, бытовых таймерах, переключателях елочных гирлянд и других электронных устройствах.
Сейчас интегральные микросхемы вытеснены микроконтроллерами, так как это более простое решение на рынке. Но для понимания принципов работы булевой алгебры, микросхемы широко используются в образовательных наборах, например в электронном конструкторе Омка.
Из каких элементов состоит микросхема SN74HC02?
Микросхема SN74HC02 включает 4 отдельные логические элемента «2 ИЛИ-НЕ/ 2NOR»:
- «2» – означает что у каждого логического элемента два входа (A и B);
- «ИЛИ» – в основе элемент логического сложения;
- «НЕ» – выходной сигнал (Y) инвертируется.
Рассмотрим на примере одного канала: при логическом нуле на обоих входах A и B, на выходе Y будет логическая единица. Во всех остальных случаях – логический ноль.
Маркировка и обозначения SN74HC02N
На корпусе каждой интегральной микросхемы есть маркировка для идентификации её типа и назначения. Рассмотрим на примере микросхемы с маркировкой SN74HC02N.
Производитель
Первые буквы перед числами обозначают производителя микросхемы. Под SN зашифрован известный производитель микросхем Texas Instruments. Но важнее функциональное назначение микросхемы, а не производитель.
Современные технологии делают качество производства стабильным, поэтому одна и та же микросхема может быть одинакового качества у разных производителей. Именно поэтому в электронном наборе Омка мы опускаем обозначения производителей, поскольку разные партии конструктора могут быть укомплектованы микросхемами от разных производителей.
Примеры производителей:
- SGS-Thomson
- CD – Harris
- GD – Gold Star
- IDT – IDT
- KS – Samsung
- LT – LSTI
- M – Mitsubishi
- ML, SL – Lansdale
- MV – GEC Plessey
- MM, DM, CGS – National
- MC – Motorola
- NCR – NCR
- P – Performance
- QS – Quality Semic
- SN – Texas Instruments
- T, M – SGS-Thomson
- TC, TD – Toshiba
- US – Universal
Семейство
Далее пишутся две цифры, которые характеризуют семейство микросхем, а точнее температурный диапазон. В нашем случае – это 74, которое обозначает семейство «74хх». Вместо крестиков в этом семействе еще двумя числами обозначается конкретная модель микросхемы, об этом говорим дальше.
Примеры температурного диапазона:
- 54xx, 55xx: от −55…+125 °C для использования в военных устройствах;
- 74xx, 75xx, 76xx: от 0…+70 °C для коммерческого варианта;
- 84xx: от −25°С…+70 °C промышленный вариант.
Технология изготовления SN74HC02N
Следующие две буквы указывают модель или поколение микросхемы. Как и любые технические изделия, микросхемы постоянно совершенствуются. При смене поколений в первую очередь улучшается технологический процесс, по которому микросхема производится, но могут производиться изменения и в схемотехнике. В совокупности эти изменения позволяют делать микросхемы новых поколений более быстрыми и универсальными. Буквосочетание НС в нашем примере обозначает, что микросхема относится к поколению высокоскоростных КМОП-микросхем.
Сокращения:
- ТТЛ (англ. TTL, Transistor-Transistor Logic). Разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов.
- КМОП (англ. CMOS, Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Разновидность цифровых логических микросхем, в которых применяются пары транзисторов с абсолютно одинаковыми параметрами. Только один транзистор имеет затвор n-типа, а другой транзистор – затвор p-типа.
- Би-КМОП (англ. BiCMOS, Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor). Технология изготовления интегральных микросхем с использованием биполярных и КМОП-транзисторов на одном кристалле. Технология Би-КМОП объединила преимущества КМОП и ТТЛ-технологий, убрав их недостатки.
Примеры технологии изготовления:
- Нет символа: стандартная ТТЛ (Транзисторно-транзисторная логика)
- ABT, BCT, BC, FBT: ТТЛ-совместимые Би-КМОП-схемы
- AC, ACQ: улучшенные КМОП-схемы
- ACT, ACTQ, CT: ТТЛ-совместимые улучшенные КМОП-схемы
- C, CBT, LCX, PCT, TV, TC, SC, FCT, HL: КМОП-схемы
- AS, B: улучшенные ТТЛ с диодами Шотки
- ALS: улучшенные маломощные ТТЛ-схемы с диодами Шотки
- ALVT, LVT: Би-КМОП-схемы
- F, FR: быстродействующие ТТЛ-схемы с диодами Шотки
- HC, HCA: быстродействующие КМОП-схемы
- H: быстродействующие ТТЛ-схемы
- S: ТТЛ-схемы с диодами Шотки
- L: маломощные ТТЛ-схемы
- LS: маломощные ТТЛ-схемы с диодами Шотки
- LVX, LVQ, LVCH, LVC, LV: КМОП-схемы с пониженным напряжением питания
- VHCT: сверхбыстродействующие ТТЛ-совместимые КМОП-схемы
- VHC: сверхбыстродействующие КМОП-схемы
Модель
После буквенного обозначения поколения микросхемы следуют еще две или более цифр. Они обозначают конкретную модель микросхемы семейства и характеризуют ее назначение. Эти цифры определяют, держим ли мы в руках логический элемент «И/AND», элемент «ИЛИ/OR» или какой-нибудь другой. В нашем примере – цифры «xx02», что означает 4 логических элемента «2ИЛИ-НЕ/2NOR».
Примеры моделей:
- xx00: 4 логических элемента «2И-НЕ/2NAND»;
- xx04: 6 логических элементов «НЕ/NOR»;
- xx11: 3 логических элемента «2И/2AND».
Корпус
Последнее буквосочетание отражает тип корпуса микросхемы. В нашем случае N означает DIP-корпус.
Примеры корпусов:
- E: PDIP
- N: DIP
- PW: TSSOP
- D: SOIC
- NS: SO
Характеристики
- Модель: SN74HC02N
- Тип логического элемента: 4× «2ИЛИ-НЕ / 2NOR»
- Напряжение питания: 5 В
- Максимальный выходной ток: 5 мА
- Логический уровень нуля: 0–0,4 В
- Логический уровень единицы: 2,4–5 В
- Вес: 0,25 г
Оставьте свой отзыв