Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40

ствием непрерывного совершенствования технологических процессов изготовления ИМС, увеличения степени интеграции, уменьшения размеров активных и пассивных элементов, роста функциональной сложности микросхем.

БИС - это интегральная микросхема третьей, четвертой и более высокой степени интеграции, которая содержит несколько функциональных устройств. Каждое из этих устройств в свою очередь содержит более 1000 элементов.

БИС отличаются от ИМС с меньшей степенью интеграции тем, что представляют собой более сложные интегральные схемы, выполняющие функции блоков и целых радиоэлектронных устройств. Они предназначаются для определенных типов аппаратуры и не являются устройствами широкого применения. При изготовлении БИС на полупроводниковой пластине одновременно создается большое количество микросхем, но, в отличие от процесса изготовления ИМС, пластина не разрезается на отдельные кристаллы, а готовые ИМС путем создания специальных металлизированных межсоединений объединяются на общей подложке в определенную единую систему, которая и является большой интегральной схемой.

БИС позволяет повысить не только степень интеграции, но и качественные показатели, и надежность радиоэлектронной аппаратуры при снижении ее стоимости. Это достигается за счет уменьшения числа соединений в аппаратуре, поскольку БИС заменяет ряд отдельных ИМС; уменьшения объема монтажно-сборочных работ, а также сокращения числа технологических операций. Создание БИС повышает быстродействие узлов аппаратуры и ее помехозащищенность.

БИС, как и ИМС, подразделяют на цифровые и аналоговые, а по конструкционно-технологическому признаку - на полупроводниковые и гибридные. В гибридных БИС в качестве навесных компонентов используют бескорпусные ИМС средней степени интеграции. Широкое распространение получили БИС в вычислительной аппаратуре, которая производит миллионы операций в секунду. К ним относятся микропроцессорные схемы и другие блоки ЭВМ, микрокалькуляторы.

Микропроцессором называют устройство цифровой обработки информации, осуществляемой по программе. Это функционально законченное устройство, построенное на одной или нескольких БИС. Микропроцессорные ИМС были созданы в начале 70-х годов и получили бурное развитие, в результате которого появились четыре поколения микропроцессоров: медленно действующих, среднего быстродействия, быстродействующих и однокристальных микропроцессоров, процессорных секций и микро-ЭВМ. Микропроцессоры и микропроцессорные системы применяют также для расширения возможностей телефонных и телеграфных аппа-

ратов. Например, телефонный аппарат, построенный на базе микропроцессора, позволяет: осуществить кнопочный набор номера с преобразованием сигнала в импульсы дискового набора; осуществить автоматическое повторение последнего набранного номера; закодировать ряд номеров в запоминающем устройстве микропроцессора с последующим автоматическим набором любого из них путем нажатия соответствующей коду кнопки и т. п.

С помощью микропроцессоров можно осуществить преобразование звуковых сигналов в цифровой код и обратно для передачи по линии связи только цифровой информации. БИС с высокой степенью интеграции позволяют создавать микроэлектронные устройства для широкого применения не только в технике, но и в быту: карманные калькуляторы, наручные часы, микро-ЭВМ.

5.4.3. Система обозначений интегральных микросхем

Для разработки и создания сложной электронной аппаратуры, электронной базой которой являются интегральные микросхемы, требуются не отдельные ИМС различного назначения, а их полный набор. Поэтому электронная промышленность выпускает серии интегральных микросхем, т. е. совокупность микросхем, выполняющих различные функции, но имеющих одинаковое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения в радиоэлектронной аппаратуре. В состав серии могут входить десятки различных типов микросхем в зависимости от области применения и назначения.

Система буквенно-цифровых обозначений ИМС состоит из четырех элементов, установленных ГОСТ 19480-74.

Первый элемент - цифра, обозначающая конструктивно-технологическую группу: полупроводниковые, гибридные и прочие.

Полупроводниковым ИМС присвоены цифры 1 и 5 для корпусных ИМС, 7 - для бескорпусных; гибридным ИМС присвоены цифры 2, 4, 6, 8; прочим ИМС - цифра 3. К прочим относят пленочные ИМС, вакуумные и керамические. Пленочные ИМС выпускаются в ограниченном количестве.

Второй элемент - две-три цифры, указывающие на порядковый номер разработки данной серии.

Первые два элемента вместе составляют число, указывающее на полный номер данной серии ИМС. Микросхемы широкого применения имеют перед номером серии букву К; например, серия К122 - полупроводниковые ИМС широкого применения, номер разработки 22. Отсутствие буквы К означает изделие специального применения, по заказу потребителя.

Третий элемент - две буквы, первая из которых соответствует подгруппе по функциональному назначению, а вторая - виду в данной подгруппе. Например, первая буква Г - генераторы, Д - детекторы, К - коммутаторы и ключи, Л -логические элементы, X - многофункциональные микросхемы, М - модуляторы, Н - наборы элементов, П - преобразователи, Е - вторичные источники питания, Т - триггеры, У - усилители, Ф - фильтры и т. д.

Примеры буквенного обозначения вида (вторая буква):

для усилителей высокой частоты - буква В, низкой частоты - Н, промежуточной частоты - Р, импульсных сигналов - И. постоянного тока - Т, операционных и дифференциальных - Д, прочих - П;

для вторичных источников питания: выпрямители - В, стабилизаторы напряжения - Н, стабилизаторы тока - Т, прочие - П;

для набора элементов: диодов - Д, транзисторов - Т, резисторов - Р, конденсаторов - Е, комбинированных - К, прочих - П;

для логических элементов: И - элемент И, Н - элемент НЕ. Л - элемент ИЛИ, С - элемент И - ИЛИ, А - элемент И - НЕ, Е - элемент ИЛИ - НЕ, Р - элемент И - ИЛИ - НЕ и т. д.

Примеры полного обозначения типономинала, т. е. подгруппы и вида (две буквы): усилитель низкой частоты - УН, усилитель операционный - УД, источник питания - выпрямитель - ЕВ, набор диодов - НД, логический элемент НЕ - ЛН.

Четвертый элемент - одна или несколько цифр, указывающих порядковый номер разработки ИМС в данной серии.

После четвертого элемента может стоять буква, отличающая данный тип в серии от другого по разбросу параметров, конкретные значения которых приводятся в справочниках.

Примеры обозначений интегральных микросхем:

К174УН7 - усилитель низкой частоты широкого применения, серия К174, полупроводниковая ИМС, порядковый номер разработки серии 74, порядковый номер разработки усилителя низкой частоты в данной серии 7.

553УД2А - полупроводниковая ИМС серии 553, порядковый номер разработки серии 53, операционный усилитель, порядковый номер разработки которого в данной серии 2, значения электрических параметров соответствуют букве А.

204ЛИ1-гибридная ИМС серии 204, порядковый номер разработки 4, логический элемент ЭВМ И, порядковый номер разработки логического элемента в данной серии 1.

До введения действующего в настоящее время ГОСТ интегральным микросхемам присваивались старые буквенно-цифровые условные обозначения типов, некоторые из которых сохранились до сих пор. Старые обозначения отличаются от новых тем, что порядковый номер разработки серии стоит не до буквенных обозначений подгруппы и вида, а после них, т. е. второй и третий элемент меняются местами. Кроме того, могут отличаться и буквенные обозначения подгрупп и видов. Например, операционный усилитель К140УД1 обозначался раньше К1УТ401, усилитель низкой частоты К122УН1В обозначался как К1УС221Б, где буквы УС означали: усилитель синусоидальных колебаний.

В кинотехнике интегральные микросхемы применяются в транзисторной звуковоспроизводящей аппаратуре киноустановок для усиления электрических колебаний звуковой частоты. В усилителях большой мощности интегральные микросхемы еще не нашли применения; их используют для предварительного усиления сигнала, а также в качестве контрольных усилителей в аппаратных кинотеатров.

Контрольные вопросы

1. Какие ИМС называют аналоговыми и для чего их применяют?

2. Какие ИМС называют цифровыми (логическими) и i.U они находят применение?

3. Что представляют собой БИС и микропроцессоры и где их используют?

4. Объясните систему обозначения ИМС.

Глава S.S.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

5.5.1. Общие сведения о функциональной микроэлектронике

Одним из современных направлений микроэлектроники наряду с интегральными микросхемами является функциональная микроэлектроника. В интегральной микроэлектронике проектирование, разработка и изготовление микросхем осуществляются на основе электрических схем. При этом в одном кристалле формируются области, каждая из которых эквивалентна определенной радиодетали. Усложнение интегральной микросхемы приводит к необходимости увеличивать количество элементов и уменьшать их размеры, что не беспредельно. При большом количестве очень малых элементов возрастают паразитные связи между ними и вредные взаимовлияния, которые трудно устранить.

В функциональной микроэлектронике приборы строят на основе преобразования энергии с использованием различных физических явлений в твердом теле, например фотоэлектрических, электронно-оптических, выделения тепла при прохождении электрического тока и, наоборот, возникновения э. д. с. при нагреве. Поэтому при создании функциональных микросхем не воспроизводят все элементы электрической схемы в соответствующих участках твердого тела, а создают области с определенными свойствами, необходимыми для вьшолнения данной функции.

В качестве примера рассмотрим простейший функциональный блок, который выполняет функцию преобразования переменного тока в постоянный (рис. 5.12, а). Для сравнения на рис. 5.12, б приведена простейшая электрическая схема, которая при реализации с помощью электрорадиоэлементов выполняет ту же функцию выпрямителя. Рассматриваемый функциональный блок состоит из трех областей: / - область, обладающая активным сопротивлением и выделяющая тепло при прохождении через нее электрического тока любого рода; 2 - область, являющаяся электрическим изолятором, но проводящая тепло; 3 - термоэлектрическая область, которая под воздействием теплового потока вырабатывает э. д. с. постоянного тока. К области / подводится переменное напряжение, и под действием электрического тока выделяется тепло. Тепловой поток проходит из области / через теплопроводящую область 2 в термоэлектрическую область 3, которая при этом генерирует постоянный ток.

Другим примером является пьезоэлектрический кристалл, генерирующий колебания подобно резонансному контуру, содержащему катушку индуктивности, конденсатор и резистор.

По сравнению с электрической схемой количество элементов или компонентов в функциональной микросхеме гораздо

меньше, а следовательно, появляется возможность значительно уменьшить размеры и стоимость устройств, а главное, резко повысить надежность схемы и устройства в целом.

Однако функциональные микросхемы не универсальны. Это специфические схемы, имеющие свои преимущества и недостатки. В основном они используются для управления электрическими сигналами, однако могут найти применение и в случаях, когда

Рис. 5.12. Функциональный блок для выпрямления переменного tOKa (а) и аналогичная по функции электрическая схема (б)

входными или выходными величинами являются тепло, электромагнитное излучение, механическое смещение и т. п. В качестве материала, на базе которого создаются функциональные микросхемы, могут использоваться как полупроводники, так и сверхпроводники, диэлектрики, фотопроводящие материалы и другие.

5.5.2. Направления функциональной микроэлектроники

Оптоэлектроника основана на использовании различных оптических явлений, т. е. свойств твердых тел, вызванных световым потоком. Световой поток электрически нейтрален, не создает электрических контактов и гальванических связей, обладает односторонней направленностью и очень высокой несущей частотой, позволяет пропускать много каналов обработки информации.

Акустоэлектроника основана на явлениях, возникающих при взаимодействии потока электронов с акустическими волнами в твердом теле. На этой основе можно осуществлять генерацию и усиление акустических волн с помощью потока электронов, скорость которых значительно превышает звуковую. В акустоэлек-тронике используются механические резонансные эффекты, пьезоэлектрический эффект и др. Акустоэлектроника занимается преобразованием электрических сигналов в акустические и акустических в электрические.

Прибор, основанный на электромеханическом резонансе, называют резонистором. Он представляет собой полевой транзистор с затвором, часть которого нависает над каналом. Сигнал подается на электрод, расположенный на изоляторе под нависаю-

щим концом затвора, а на затвор подается постоянное смещение. При совпадении частоты сигнала с частотой резонанса свободного конца затвора последний вибрирует под действием электрического поля между затвором и сигнальным электродом. Механические колебания, генерируемые при этом, могут иметь частоту от I кГц до 1 МГц.

На пьезоэлектрическом эффекте, который заключается в изменении размеров образца материала под действием электрического поля, основана работа кварцевых генераторов и фильтров, а также ультразвуковых линий задержки. Пьезоэлектрические преобразователи возбуждают с помощью электрических сигналов акустические волны и осуществляют обратное преобразование акустических волн в электрический сигнал.

Магнитоэлектроника основана на использовании свойств слабых ферромагнетиков и магнитных полупроводников, которые имеют малую намагниченность насыщения и позволяют управлять движением намагниченных микроминиатюрных областей в трех измерениях. Используется для хранения, обработки и перемещения больших объемов информации, причем для хранения информации не требуется питания, а при ее перемещении выделяется очень небольшая мощность рассеяния.

Квантовая микроэлектроника основана на явлениях, которые возникают при изменении структуры тел на молекулярном уровне при их конденсации. Это сопровождается изменением оптических, электрических и магнитных свойств твердых тел и жидких кристаллов при высокой чувствительности к внешним воздействиям, что используют для управления и преобразования потоков информации в различных функциональных устройствах.

Биоэлектроника, одно из направлений бионики, использует явления живой природы на молекулярном уровне. Она исследует принципы хранения и обработки информации в живых организмах для создания сверхсложных систем обработки информации, подобных по своим функциональным возможностям человеческому мозгу. Биоэлектроника изучает нервную систему животных и человека для совершенствования микроэлектронных устройств и разработки для них новых элементов. Использование явлений живой природы в микроэлектронике - это перспективное направление, которое таит в себе огромные возможности.

Диэлектрическая электроника использует свойства тонких пленок диэлектриков, возникающие при контакте их с тонкими пленками металла. При этом из металла в диэлектрик эмитти-руются электроны, которыми обогащается приконтактный слой диэлектрика. Они распространяются во всем объеме тонкой диэлектрической пленки благодаря очень малой ее толщине и определяют проводящие свойства диэлектрической пленки. Если между двумя пленочными металлическими электродами с разными

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.