Caracteristicile circuitelor logice integrate

Introducere. Clasificare.

O familie de circuite integrate logice este caracterizata, oricare ar fi functia logica realizata de un anumit circuit component, printr-o structura de baza unica comuna tuturor circuitelor din familie, denumita poarta logica. Poarta logica reprezinta un operator logic fundamental si caracteristicile sale determina performante comune intregii familii logice, si da posibilitatea interconectarii directe a circuitelor din familie.

Numarul de porti logice incluse intr-o capsula de circuit integrat determina gradul de complexitate al acestuia. Delimitam astfel:

- circuite integrate pe scara mica, SSI (small scale integration) ce includ pana la 12 porti logice si includ porti simple si bistabile;

- circuite integrate pe scara medie, MSI (medium scale integration) cu o capacitate intre 12 si 100 de porti. Acestea includ functii logice cum ar fi codificatoare, decodificatoare, numaratoare registre, multiplexoare, circuite aritmetice, memorii de capacitate mica, etc.;

- circuite integrate pe scara larga, LSI (large scale integration) ce cuprind intre 100 si 10.000 de porti logice, inclusiv memorii;

- circuite integrate pe scara foarte larga, VLSI (very large scale integration) ce contin intre 10.000 si 100.000 de porti logice;

- circuite integrate pe scara ultra larga, ULSI (ultra large scale integration) cu o complexitate de peste 100.000 de porti logice echivalente. In aceasta categorie intra memorii de capacitate foarte mare, microprocesoarele etc.

Caracteristicile circuitelor logice

Circuitele logice integrate au ca baza de fabricatie siliciul si tehnologia planara a acestuia si se impart in principal in doua mari grupe:

Tabelul   Parametrii principali pentru diferite familii de circuite integrate.

- Circuite bipolare, caracterizate prin frecventa mare de lucru si printr-o densitate a componentelor pe unitatea de suprafata a pastilei de siliciu mai mica;

- Circuite unipolare (MOS) care au o densitate mai mare (cu 1 pana la 2 ordine de marime) si sunt mai lente decat circuitele bipolare.

Principalii parametrii ai unei porti sunt: nivelele logice, factorii de incarcare, imunitatea la perturbatii, timpul de propagare al informatiei logice de la intrare catre iesire, t_pd, puterea medie consumata pe poarta, P_d si produsul ultimilor doi parametrii numit factor de calitate, P_Q. Acest ultim parametru este un factor de merit al familiilor de circuite integrate digitale.

Tabelul 4.1 prezinta o situatie comparativa din punctul de vedere al acestor trei parametrii pentru familiile de circuite logice existente.

Nivele logice.

In circuitele logice electronice se asociaza starilor logice 0 si 1 doua nivele de tensiune distincte. Notam valoarea superioara prin V_H si cea inferioara prin V_L. Prin conventie circuitul poate lucra in logica pozitiva sau negativa, dupa cum se atribuie tensiunilor V_H si V_L valorile logice 1 si 0, respectiv 0 si 1. In logica pozitiva lucreaza circuitele logice TTL ce au nivelele de tensiune logica : V_H 2,0 V si V_L 0,8 V.

Imunitatea la perturbatii

Imunitatea la perturbatii reprezinta amplitudinea maxima a zgomotului care, suprapus peste semnalul de intrare a unui circuit digital nu produce comutari eronate ale semnalului la terminalul de iesire. Definirea imunitatii la zgomot a unei familii de circuite logice se face ca in figura 4.2 producatorii de circuite garantand urmatoarele valori limita ale tensiunilor din circuit :

Figura   Definirea imunitatii la perturbatii.

V_{IL max} - tensiune maxima acceptata la intrare drept nivel de tensiune V_L ;

V_{IH min} - tensiune minima acceptata la intrare drept nivel de tensiune V_H ;

V_{0L max} - valoarea maxima a tensiunii V_L la iesire ;

V_0Hmin

V_IHmin

V_ILmax

V_0Lmax