В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года, принятых XXVI съездом КПСС, указано на необходимость развивать производство и обеспечить широкое применение автоматических манипуляторов (промышленных роботов), встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ, создавать автоматизированные цехи и заводы и сосредоточить усилия на повышении качества, надежности, экономичности и производительности машин и оборудования, совершенствовании вычислительной техники и ее элементной базы.
Выполнить эти задачи невозможно без дальнейшего развития электроники, которое обеспечит не только создание сложных автоматизированных систем управления производственными процессами в самых различных-отраслях народного хозяйства, но и разработку принципиально новых изделий, как, например, адаптивных систем управления для промышленных роботов или персональных ЭВМ.
Развитие электроники с начала 60-х годов связано с совершенствованием интегральных микросхем (ИС). Спустя 10 лет практически все серийные .ЭВМ строились не на транзисторах (ЭВМ второго поколения), а на цифровых ИС (ЭВМ третьего поколения). Тогда же появились первые разработки ЭВМ четвертого поколения, отличающиеся широким внедрением больших интегральных микросхем (БИС). Именно свойства и характеристики БИС определяют технические характеристики перспективных ЭВМ. Среди современных БИС особое место занимают микропроцессоры (МП). Освоение в производстве МП, представляющих, собой ИС с повышенной функциональной гибкостью (программу работы МП нетрудно изменить), позволяет по-новому организовать обработку цифровых сигналов и поэтому надеяться на широкое внедрение цифровых методов обработки информации даже там, где применение электроники ранее не давало существенного эффекта. На базе микропроцессорных комплексов создаются достаточно емкие как универсальные, так и специализированные вычислительные, устройства четвертого поколения.
В двадцатилетней истории развития технологии и схемотехники цифровых ИС (ЦИС) можно условно выделить четыре этапа.
* . _
Первый (60-е годы) — разработка базовых серий ЦИС малой степени интеграции, выполняющих простые логические функции. Такие ЦИС принципиально повысили надежность ЭВМ. Их применение стандартизовало многие процессы проектирования вычислительных средств. Были внедрены новые приемы конструирования РЭА (например, машинное проектирование многослойных печатных плат).
Второй этап (70-е годы) — разработка ИС средней степени интеграции, таких как счетчики, регистры, дешифраторы, матрицы ЗУ с числом эквивалентных элементов не более 1000. Функциональный состав разработанных на предыдущем этапе серий постоянно расширяется именно за счет таких ЙС.
Массовое производство ЦИС малой и средней степени интеграции стало отправным пунктом для выпуска первых БИС с числом элементов до 10 тыс. Этот (условно — третий этап развития относится к концу 70-х годов. Как пример можно вспомнить о .широком распространении в то время карманных калькуляторов |{простейших — школьных, программируемых — инженерных).
На четвертом, современном, этапе имеются технологические возможности изготавливать серийно БИС с числом элементов, «а порядок больше (и даже свыше 100 тыс.!). Отметим, что таким количеством элементов весьма трудно распорядиться разработ-' чйку, даже оснащенному мощной системой машинного проектирования. Поэтому сейчас характерны различные БИС с повторяющейся, т. е. регулярной (например, матричной), структурой. Обычно это запоминающие устройства (ЗУ): постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ). Применяется и другой прием: на большом по размеру кристалле объединяются несколько ранее оправдавших себя БИС. Получается так называемая «сверхбольшая» БИС (СБИС). Эти СБИС могут быть однокристальными микро-ЭВМ. Весьма перспективны программируемые логические матрицы.
Отметим также, что «а протяжении этих четырех этапов достигли максимального совершенства ИС трех типов логики: транзисторно-транзисторной (ТТЛ) — универсальной, эмиттерно-связанной (ЭСЛ) — сверхскоростной и КМОП — экономичной. Появились также БИС на перспективной биполярной логике, называемой интегральной инжекционной логикой \И2Л). Поэтому' во втором, дополненном и расширенном, издании книги акцентировано внимание на сложных ИС. Приводится больше информации по схемам ЗУ на .биполярных и полевых структурах. Рассматриваются ближайшие перспективы развития ЦИС. В этом аспекте уделено внимание БИС И2Л. Даются характеристики микропроцессорных комплектов (МПК), в частности серии КР5.80. В книге приведены также характеристики микро-ЭВМ, их типо-». вая структура. Приведен новый материал и по традиционным се-риям-ИС, таким'как К155, К176, К531, К555.
К концу 70-х годов разработчики РЭА получили также аналоговую элементную базу: большой ассортимент универсальных операционных усилителей, компараторов, АЦП и ЦАП, стабилизато-
Е0В напряжения, коммутаторов, а также набор усилителей низкой промежуточной и высокой частоты. Применение АИС позволило увеличить надежность и точность устройств, упростить их . наладку, а во многих случаях и исключить обслуживание во время эксплуатации. «,-*„„•' ж
Совместное применение АИС и ЦИС позволяет включить цифровую ЭВМ в непрерывный (аналоговый) контур. Такая схема широко применяется, например в робототехнике или медицинской электронике. Номенклатура АИС и ЦИС сейчас очень велика. Разработчики могут применять (или делать выбор) как БИС, так и ИС традиционной структуры.
Во втором издании сведения по устаревшим аналоговым ИС (АИС) не приводятся. Здесь описаны новые операционные усилители (ОУ), цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые' (АЦП) преобразователи. Дана информация по телевизионным и радиосхемам.
Залогом высокой надежности РЭА являются правильное применение микросхем ,и соблюдение режимов их эксплуатации, нарушение же этих условий из-за недостаточного знания технических свойств, электрических параметров и режимов эксплуатации может приводить к отказам изделий.
Одна из задач настоящего справочного пособия — дать не только основные характеристики ЦИС и АИС и описать методы их изготовления, но также обратить внимание разработчиков аппаратуры на особенности применения ИС в РЭА (на этапах разработки, монтажа и эксплуатации), т. е. дать рекомендации по обеспечению надежности работы ИС в аппаратуре.
Материал, изложенный в книге, базируется на результатах обобщения опыта разработки и применения ИС.
Отзывы и замечания по книге просим направлять»в адрес' издательства «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693.
Авторы
V
. Оглавление
Предисловие........... - '. "
•••••••. ф
Глава 1. Терминология-в микроэлектронике и классификация интегральных микросхем ....... * .
' ф..... ~ 6-
1.1. История вопроса"........."....- с
1.2. Терминология в микроэлектронике согласно ГОСТ 17021—75 ! 7
1.2.1. Интегральные микросхемы, элементы, компоненты . я
1.2.2. Элементы конструкции ИС . -....... ' j
1.2.3. Простые и сложные ИС ........ * . '. g
ilJJ.4. Мнкросборки и микроблоки........' 4п
1.3. Классификация ИС.......•.......' "Jo
1.4. Система условных обозначений ИС . . . ... '.".' .' .' J2'
Глава 2. Методы изготовления интегральных микросхем..... 16 '
2.1. Пленочная и гибридная технология.......... ' 1в
2.1.1. Материалы для гибридных ИС и микросборок . . . . . "17 .
2.1.2. Изготовление элементов гибридных ИС и микросборок . . -20
2.1.3. Монтаж' электрических соединений в гибридных ИС и микро-сборках ................ 2&
2.2. Полупроводниковая технология . '. . . . . . . . . '. '• 23
2.2.1. Материалы для элементов полупроводниковых ИС и их изго- " товление . .••...'........... 24
2.2.2. Типовые интегральные структуры.........'. .27
2.2.3. Перспективные интегральные структуры...... . 35К
2.2.4. Разделение пластины на кристаллы, монтаж, защита и герме- ', тизация ИС . ............. 36
2.2.5. Типовые корпуса ИС ............ 37
2.3. Особенности ИС высокой степени интеграции ....'. f . 4?
Глава 3. Цифровые интегральные микросхемы....... ^51 '
^ ЗА. Назначение и применение........."... 51
3.2. Логические функции, реализуемые с помощью ЦИС..... ' .52
3.3. Классификация и основные электрические параметры ЦИС ... 55
3.4. Схемы транзисторно-транзисторной логики.......' . 60 •
3.4.1. Основные электрические параметры ИС ТТЛ . . . . . 75
3.4.2. Функциональный состав ТТЛ- серий........ 76 ,„
3.4.3. Некоторые особенности применения ИС ТТЛ..... &7
3.5,. Схемы эмиттерно-связанной-'логики...........103
3.5.1. Функциональный состав серий ЭСЛ....... . м)б
3.5.2. Основные электрические параметры и типовые характеристики ^ ИС ЭСЛ . . . ........' . . . . . '126
3.5.3. Некоторые особенности применения ИС ЭСЛ...... 123
3.6. Цифровые ИС на МОП структурах......... 130
3.6.1. Принцип работы ИС на р-канальных МОП транзисторах . . Ш
3.6.2. Статические схемы на р-канальных МОП транзисторах . . 133',-,
• 3.6.3. Квазистатические и динамические схемы . . . . . , iSf '^
3.6.4. Принцип работы ИС на КМОП транзисторах.....• 14*,(.
3.6.5. Основные серии ИС на МОП структурах...... 143,*,;
' __ \ * **^
«
3.7. Перспективы развития ЦИС . . . .' . • • • • • • }?JL
3.7.1. Интегральная инжекционная логика . . . /. . ... . 156^-
3.7.2. МОП схемы с п-каналами............167
Глава 4. Микропроцессоры и микро-ЭВМ......... 158
4.1. Микропроцессоры..............._. 158
4.1.1. Основные микропроцессорные комплекты и их функциональный состав ...... А......• ' ' ' if?
4.1.2. Характеристика микропроцессора........' J i
4.2. Микропроцессорный комплект серии КР580......• 163
4.2.1. Центральное процессорное устройство КР580ИК80А . . . . 165
4.2.2. Программируемое устройство КР580ИК51 . . • ... • 168 423. Программируемое устройство ввода/вывода КР580ИК55 . . 171
4.2.4. Таймер КР580ВИ53............ 173
4.2.5. Устройство прямого доступа КР580ИК57 . . . • . • • 1'6
4.2.6. Контроллер прерываний КР580ВН59.........178
4.3. КМОП микропроцессорный комплект.......• • 181
4.4. Микропроцессорный комплект серии КР588 . ...... 183
4.5. Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия . . . 190
4.5.1. Блок микропрограммного управления К589ИК01 . .. . . 191
4.5.2. Центральный процессорный элемент К589ИК02..... 200
4.5.3. Схема ускоренного переноса К589ИКОЗ....... 207
4.5.4. Многорежимный буферный регистр К589ИР12..... 209
4.5.5. Блок приоритетного прерывания К589ИК14 . . . . • 212 ' 4.5.6. Шинный формирователь К589АП16 и шинный формирователь
' с инверсией К589АП26............ 214
4.6. Микропроцессорные комплекты серии К1800......• . 216
4.7. Микропроцессорный комплект серии К1804....... 223
4.8. Микро-ЭВМ................. 238
4.8. К Организация микро-ЭВМ . . ........ 239"
4.8.2. Взаимодействие функциональных блоков . ..... 243
4.9. Классификация и система условных обозначений микро-ЭВМ . . 244
4.10. Основные типы микро-ЭВМ и микропроцессорные средства вычислительной техники............• 246
Глава 5. Интегральные микросхемы запоминающих устройств . . . 246
5.1. Основные характеристики запоминающих устройств..... 246
5.2. Элементы запоминающих устройств.......... 248
5.2.1. Запоминающие элементы на -биполярных структурах . . . 248
5.2.2. Запоминающие элементы на МОП структурах..... 851
5.2.3. Запоминающие элементы на КМОП транзисторах . . ' . . 253
5.2.4. Запоминающие элементы на МНОП структурах ....'. 254
5.3. Типы запоминающих устройств........... 255
5.3.1. Оперативные запоминающие устройства....... 257
5.3.2. Постоянные запоминающие устройства ....... 259
5.4. Основные серии ИС ЗУ и их функциональный состав .... 261
Глава 6. Аналоговые интегральные микросхемы...... . 268
6.1. Назначение и применение ............. 268
6.2. Операционные усилители............ 270
6.2.1. Основные параметры ОУ........... 273
6.2.2. Операционные усилители общего применения..... 276
6.2.3. Прецизионные ОУ . . ........... 291
6.2.4. Быстродействующие ОУ ........... . 295
6.2.5. Микромощные ОУ............. 299
6.2.6. Мощные и высоковольтные усилители........ 304
6.3. Интегральные компараторы..........., 307
6.4. Аналоговые перемножители . . -. ......... 315
6.5. Интегральные микросхемы для теле- и радиоприемных устройств . 322
6.5.1. Микросхемы для* телевизионных приемников..... 323
6.5.2. Микросхемы для радиоприемников и магнитофонов . . . 333
431
' . 9 ' '
6.5.3. Усилители низкой частоты , ....*..,.; 340
6.6. Интегральные ЦАП и АЦП . , . . . .-. < ; . -.*•.-. 3.47 6.6.11. Цифро-аналоговые преобразователи . ; . . ; . ; •. . - 348
6.6.2. Аналого-цифровые преобразователи........ 357
6.6.3. Устройства выборки и хранения аналоговых сигналов . ' . . 369
6.7. Аналоговые коммутаторы............ 371
6.8. Интегральные стабилизаторы напряжения ;.;..... 377
Глава 7. Обеспечение надежности И С при их производстве. Рекомендации по конструктивно-технологическому применению . . . . . 385
7.1. Надежность ИС и радиоэлектронной аппаратуры ..;... 386
•7.2. Операционный контроль ; •, , , . > . -. . - . . . . 387
7.3. Отбраковочные испытания . . . . ........ 389
7.4. Основные виды дефектов ИС .... . . . . . . . ' . 394
7.5. Причины отказов ИС ...,....:.... 394
7.5.1. Дефекты металлизации ; ;,.;..:... 394
7.5.2. Дефекты внутренних соединений . ........ 394
i 7.5.3. Деградационные процессы в объеме кристалла .... . J395
7.5.4. Термокомпрессионные соединения . . •. . . . . . 396
7.5.5. Загрязнение поверхности кристалла...... . . 397
7.5.6. Обрыв алюминия на ступеньке окисла, повреждение металлизированных дорожек . ; . . . . . . . . ;. . 398
7.5.7. Термическая, коррозия алюминиевой металлизации . . . . 398
7.5.8. Структурные дефекты подзатворого окисла . . . . ' ; . 398
7.6. Испытания ИС у потребителей . ; ,........ , 401
7.6.1. Экономическая целесообразность испытаний .'..... 401 .
• 7.6.2. Объей дополнительных технологических испытаний..... 403
7.7. Воздействие внешних факторов при производстве РЭА . . . .' 405
7.8. Формовка и обрезка выводов........... 409
7.9. Лужение и пайка............. 4Ф2
7.10. Установка ИС на печатные платы . . . .' . . . . . 419
* 7.Ы. Защита ИС от электрических воздействий....... 422
Список литературы...............
Цена: 200руб.
