Изложены основные принципы аппаратурного использования интегральных схем. Рассмотрены приемы разработки типовых субсистем — структурной основы современ ной цифровой микроэлектронной аппаратуры. Описаны системы морфологических оценок, позволяющих производить многофакторное количественное сравнение альтернатив проектирования.
Приводимые в книге примеры базируются на широком использовании методов логического проектирования, ориен тированных на схемотехнические задачи синтеза и анализа интегральных схем. Типовые методы расчета аналоговых структур описаны применительно к конфигурациям интегральных аналоговых цепей. Рассмотрены основные пути обеспечения и оценки безотказности аппаратуры, построенной на основе интегральных схем.
Книга предназначена для инженеров, занимающихся проектированием микроэлектронной аппаратуры, а также научных работников, аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в области микроэлектроники.
325 рис., 89 табл., библ. 230 назв.
Оглавление
Предисловие ко второму изданию................. 3
Из предисловия к первому изданию................, 4
Глава 1. Введение. Задачи и основные понятия микросхемотехники.........., . • 6
1.1. Микроэлектроника и микроэлектронная аппаратура (МЭА) 7
1.2. Микроэлектронные изделия................ 7
1.3. Тенденции развития микроэлектроники. . . ........ 9
1.4. Задачи микросхемотехники и ее теории (морфологии) ... 11
1.5. Заключение........................ 13
Вопросы для самопроверки..... ,............ 14
Список литературы................. 14
Часть I. Цифровые микроэлектронные структуры 17
Главе 2. Основные типы цифровых интегральных схем 17
2.1. Простейшие логические операции и примеры их выполнения
на основе ИС- . . . .................... 18
2.2. Логические элементы ТТЛ-типа............ . . 20
2.3. Основные параметры цифровых ИО ... ......... 25
2.4. Транзисторная логика с эмипериыми .связями (ТЛЭС, токовые ключи)...... ............... . ; • 27
2.5. Логика на однородных (р- и п-канальных) МДП-транзисто-
рах (рМДПТЛ, пМДПТЛ) . . ............. 28
2.6. Логика на комплементарных МДП-транзисторах (КМДПТЛ) 29
2.7. Критерии сравнения логических ИС. Новое поколение логических элементов для БИС............... 30
2.8. Основные требования к серии цифровых ИО ........ 35
2.9. Заключение........................ 35
Вопросы для самопроверки. ...%.............. 36
Список литературы...................... 36
Г л а в а 3. Интегральные схемы со структурами комбинационного типа и методы их логического проек-' -тирсвания ... • . . t . . . . .37
3.1. Основные операции.................... . 37
3.2. Булевы функции одного и двух аргументов......... 39
3.3. Интерпретация булевых функций двух аргументов. Формы представления функций................. 41
3.4. Функционально полные системы булевых функций .... 48
3.5. Упрощение булевых функций............... 52
3.6. Синтез дешифраторов................... 58
3.7. Синтез преобразователей кодов.............. 66
3.8. Полусумматор....................... 79
3.9. Комбинационный сумматор..............' . . 79
3.10. Арифметические субсистемы............... 84
3.11. Состязания и ложные сигналы на выходах комбинационных цепей........................... 88
3.12. Мажоритарные комбинационные цепи. Применение полусум маторов ......................... 90
3 13. Заключение........................ 92
Вопросы для самопроверки.................... 93
Список литературы......... . . . . . . . . 95
Глава 4. Интегральные схемы со структурами последова-тельностного типа и методы их логического проектирования. Триггерные цепи .........96
4.1. Пример последовательностной цепи.............96
4.2. Состязания в последовательностных цепях. Их анализ. Би стабильные ячейки..................... 106
4.3. Характеристические уравнения триггерных структур . . .110
4.4. Логический анализ последовательностных структур.....113
4.5. Логическое проектирование триггерных схем из элементов комбинационного типа...................118
4.6. Аппаратурная модификация характеристических уравнений триггеров.........................122
4.7. Логическое проектирование симметричных триггерных структур..........................122
4.8. Заключение........................130
Вопросы для самопроверки...................131
Список литературы................132
Глава 5. Последовательностные интегральные субсистемы и методы их логического проектирования. Счетчики, регистры, полупроводниковые запоминающие устройства, интеграторы ......... 133
5.1. Требования к субсистемам................ 134
5.2. Субсистемы последовательностного типа..........134
5.3. Таблицы состояний и прикладные уравнения.......135
5.4. Традиционный метод получения уравнений входов запоминающих элементов.....................136
6.5. Словарные преобразования карт минтермов и их использование для синтеза интегрализуемых структур и разработки запоминающих элементов новых типов ........... 139
5.6. «Нетрадиционные» характеристические базисы запоминающих элементов и классификация прикладных уравнений. Новые типы двухвходовых триггерных схем.......143
5.7. Пример проектирования трехразрядного счетчика словарным методом..........................147
5.8. Синхронный двоично-десятичный счетчик..........148
5.9. Простой сдвиговой регистр................. 151
5.10. Десятичный счетчик на основе простого регистра.....154
5.11. Реализация счетчиков на основе простого сдвигового регистра............................ 155
5.12. Регистр с параллельным вводом и параллельным выводом 159
5.13. Субсистемы на основе многовходовых триггерных структур с цепями установки и сброса. Характеристические уравнения триггеров с дополнительными входами установки и сброса ............................163
5.14. Интегральные субсистемы памяти с произвольной записью и выборкой. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств..........................166
5.15. Другие типы БИС полупроводниковых запоминающих
устройств.........................170
5.16. БИС для однородных цифровых инкрементных структур . 173
5.17. Построение структурной схемы цифровой интегрирующей среды...........................176
5.18. Заключение.......................'°"
Вопросы для самопроверки...................||~
Список литературы ................1S1
Глава 6. «Интегрализуемые» цепи с разностными преобразователями и методы их логического проектирования ...... .I..... 1S2
6.1. Разностные преобразователи................ 183
6.2. Варианты схемотехники интегральных РП.........186
6.3. Требования к временным соотношениям в РП и условия их совместной работы с бистабильными ячейками.......187
6.4. Интегральный РП в ТТЛ-базисе.............. 188
6.5. Диализ последовательностных структур с РП........190
6.6. Триггерные цепи с РП..................193
6.7. Цифровые субсистемы на основе РП, ...........198
6.8. Заключение ......; ...'.............. 201
Вопросы для самопроверки...................202
Список литературы.................202
Часть II. Аналоговые микроэлектронные структуры.............203
Глава 7. Классификация аналоговых ИС и элементы их
схемотехники . . ........ 203
7.1. Общая классификация аналоговых ИС...........204
7.2. Специфические ограничения на компоненты и особенности
их использования в схемотехнике аналоговых ИС .... 206
7.3. Дифференциальный каскад................. 210
7.4. Цепи смещения......................215
7.5. Райчет умилительного каскада на составном транзисторе, включенном по схеме Дарлингтона............219
7.6. Каскады с весьма высокими входными сопротивлениями . 220
7.7. Каскады сдвига уроЪня ; ; : : ...'...'.".:.... 222
7.8. Выходные каскады....................223
7.9. Примеры схемотехнических решений и показатели ИС операционных усилителей..................224
7.10. Заключение........................232
Вопросы для самопроверки...................232
Список литературы ...............233
Глава 8. Операционные усилители и их аппаратурные
включения...... i . , . . . . 233
8.1. Идеальный операционный усилитель............234
8.2. Линейные включения ОУ..................235
8.3. Нелинейные включения ОУ................240
8.4. Влияние неидеальности ОУ на показатели его включений . 243
8.5. Пример внешнего описания параметров интегрального ОУ массового применения..................258
8.6. Таблица включений ОУ как многоцелевого аналогового элемента ...........................259
8.7. Заключение.......................269
Вопросы для самопроверки...................269
Список литературы.................269
Г л а в а 9. Обратная связь в усилителях на основе аналоговых ИС.............270
9.1. Основные способы подачи обратной связи.........270
9.2. Обратная связь по напряжению с результирующим сигналом
по току (рис. 9.1.1, а).................272
9.3. Обратная связь по напряжению с результирующим сигналом
по напряжению......................280
9.4. Общая методика расчета усилительных параметров схем с обратной связью......................284
403
9.5. Заключение........................287
Вопросы для самопроверки.......•. •...........287
Список литературы...................287
Глава 10. Асимптотические диаграммы и обеспечение
устойчивости аналоговых интегральных схем 283
10.1. Асимптотические диаграммы частотно-фазовых характерис-тик усилительных схем..................288
10.2. Методика построения асимптотических диаграмм усилителей 292
10.3. Асимптотические Диаграммы и устойчивость аналоговых ИС 293
10.4. Цепи компенсации неустойчивости аналоговых ИС.....294
10.5. Цепи компенсации и частотные" свойства операционного усилителя массового применения...............298
10.6. Заключение.......................299
Вопросы для самопроверки.................... 300
Список литературы................300
Глава 11. Инструментальные, радиочастотные и «мощные» . ИС как многоцелевые элементы микроэлектронной аппаратуры.......... . 300
11.1. Интегральные компараторы................ 301
11.2. Компараторы на интегральных операционных усилителях 307
11.3. Аппаратурное использование интегральных компараторов 309
11.4. Интегральные регуляторы напряжения как представители «мощных» ИС.......................315
11.5. Интегральные аналоговые перемножители как инструментальные ИС..........................317
11.6. Выполнение радиотехнических преобразований и аналоговых операций на основе идеальных перемножителей . . . . 319
11.7. Многоцелевые широкополосные радиочастотные ИС. . . . 326
11.8. Заключение........................332
Вопросы для самопроверки....................333
Список литературы.................333
Част ьН1. Морфологическая метрика .... 334
Глава 12. Морфологическая метрика цифровых «интегра-
лизуемых» структур МЭА . • . . . . • 334
12.1. Морфологическая сложность цифровых цепей МЭА.....335
12.2. Универсальный базис и его использование для оценки и минимизации морфологической сложности цифровых структур 338
12.3. Синтез логической цепи в универсальном базисе......340
12.4. Морфологическая сложность реализации булевых функций
в различных базисах...................343
12.5. Степень структурной (морфологической) интеграции и коэффициенты автономности...................• 343
12.6. Оценка степени однородности цепей ... . ,......345
12.7. Оценка степени применяемости типовых конфигураций в сложной структуре......................• • 346
12.8. Примеры расчета морфологических показателей ... ... 346
12.9. Физическая интеграция и оценка вариантов одной и той же морфологической сложности............_...-• 348
12.10. Специальные морфологические показатели........350
12.11. Заключение.....................• **|
Вопросы для самопроверки..................• • ***
Список литературы.................• <**>
Глава 13. Метрика точностных показателей и интегральных операционных усилителей ...
13.1. Общая характеристика точностных показателей интегральных ОУ.........................356
13.2. Коэффициенты различимого усиления...........357
13.3. Морфологические показатели ОУ.............357
13.4. Заключение...................... . 358
Вопросы для самопроверки..................358
Список литературы................. .358
Глава 14. Надежностная метрика и причинный подход к проблеме безотказности микроэлектронной аппаратуры (МЭА)..............358
14.1. Особенности причинного подхода к проблеме надежности. Источники отказов.....................359
14.2. Распределение отказов ИС по основным причинам их появления. Обобщенная надежностная модель ИС........363
14.3. Надежностные модели контактных узлов ИС........366
14.4. Модели отказов, связанных с чипом ИС. . .......368
14 5. Испытания с целью входного контроля, отбраковки потенциально ненадежных ИС, выявления «слабых» мест и механизмов отказов......................370
ф 14.6. Анализ отказов ИС...................376
*14.7. Заключение......................'. . 379
Вопросы для самопроверки ..................387
Список литературы.............. . . . 388
Глава 15. Заключение. Микросхемотехника на этапе больших интегральных схем ...... 389
15.1. Элементные средства МЭА как единая система......389
15.2. Микросхемотехника и большие электронные системы . . . 391
15.3. Заключение.......................396
Вопросы для самопроверки .... .............397
Список литературы.............397
Предметный указатель ..............398
Цена: 150руб.
