วงจรรวมขนาดใหญ่(LSI) เป็นวงจรรวม (IC) ที่มีการบูรณาการในระดับสูง (จำนวนองค์ประกอบในนั้นถึง 10,000) ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นหน่วยคอมพิวเตอร์ ระบบอัตโนมัติ อุปกรณ์วัด ฯลฯ ที่สมบูรณ์ตามหน้าที่
ขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบ วงจรรวมทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นประเภทตามอัตภาพดังต่อไปนี้:
■ แบบง่าย (SIS) - ด้วยจำนวนองค์ประกอบในคริสตัลมากถึง 10
■ เล็ก (MIS) - มากถึง 100
■ กลาง (SIS) - สูงถึง 1,000
■ ใหญ่ (BIS) - มากถึง 10,000
■ ใหญ่พิเศษ (VLSI) - 1,000,000
■ ขนาดใหญ่พิเศษ (UBIS) - มากถึง 1,000000000
■ giga-large (GBIS) - มากกว่า 1,000000000 องค์ประกอบในคริสตัล
วงจรรวม (IC) ที่มีองค์ประกอบมากกว่า 100 องค์ประกอบเรียกว่าวงจรรวมระดับสูง
การใช้ LSI นั้นมาพร้อมกับการปรับปรุงที่สำคัญในตัวบ่งชี้ที่สำคัญทั้งหมดเมื่อเปรียบเทียบกับคอมเพล็กซ์การทำงานที่คล้ายกันซึ่งใช้งานบนไอซีที่แยกจากกัน การรวมไอซีบนชิปตัวเดียวทำให้จำนวนแพ็คเกจลดลง จำนวนการประกอบและการติดตั้ง และจำนวนการเชื่อมต่อภายนอกที่เชื่อถือได้น้อยที่สุด ซึ่งจะช่วยลดขนาด น้ำหนัก ต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือ
ประโยชน์เพิ่มเติมจากการรวม IC ได้แก่ การลดจำนวนแผ่นทั้งหมด ความยาวการเชื่อมต่อที่สั้นลง และความแปรผันของพารามิเตอร์น้อยลง เนื่องจาก IC ทั้งหมดอยู่บนชิปตัวเดียวกันและผลิตในวงจรกระบวนการเดียว
ประสบการณ์ในการพัฒนา LSI ยังเผยให้เห็นปัญหาทั่วไปหลายประการที่จำกัดการเพิ่มขึ้นของระดับการรวมและจำเป็นต้องแก้ไขในกระบวนการพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม:
■ ปัญหาการกระจายความร้อน
■ ปัญหาการเชื่อมต่อโครงข่าย
■ ปัญหาการควบคุมพารามิเตอร์
■ ข้อ จำกัด ทางกายภาพเกี่ยวกับขนาดขององค์ประกอบ
ในปีพ.ศ. 2507 IBM ได้เปิดตัวตระกูล IBM 360 จำนวน 6 รุ่นที่ใช้ LSI เป็นครั้งแรก
ตัวอย่างของ LSI ยังอาจรวมถึงวงจรหน่วยความจำตั้งแต่ 4 บิตขึ้นไป อุปกรณ์ควบคุมทางคณิตศาสตร์และตรรกะ และตัวกรองดิจิทัล ไอซีได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ มากมาย ดังนั้นจึงผลิตขึ้นโดยใช้วิธีการต่างๆ ที่พบในคลังแสงของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีฟิล์มบางและฟิล์มหนา
โดยปกติ IM จะถูกจำแนกตามวิธีการผลิตและโครงสร้างผลลัพธ์
เซมิคอนดักเตอร์ MI คือไอซีที่องค์ประกอบและการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบทั้งหมดถูกสร้างในปริมาตรเดียวและบนพื้นผิวเดียวของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์
ในวงจรไมโครไฮบริด ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ (ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ) จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของแผ่นอิเล็กทริก ส่วนประกอบที่ใช้งาน (ทรานซิสเตอร์) จะทำในรูปแบบของส่วนประกอบขนาดเล็กที่แยกจากกันและติดอยู่กับวงจรขนาดเล็ก
วรรณกรรม
1. Stepanenko I.P., พื้นฐานของไมโครอิเล็กทรอนิกส์, M.: ห้องปฏิบัติการความรู้พื้นฐาน, 2003, หน้า. 453-460.
2. Batushev A.V., Microcircuits และแอปพลิเคชัน, M.: วิทยุและการสื่อสาร, 1984, p. 13-17.
3. Chernozubov Yu. S., วงจรขนาดเล็กเกิดได้อย่างไร, M.: การศึกษา, 1989, หน้า. 14-19.
การจำแนกประเภทของวงจรรวม
ตามการออกแบบและการออกแบบทางเทคโนโลยีมีความโดดเด่น ไอซีสารกึ่งตัวนำ ฟิล์ม และไฮบริด
อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ SMC (วงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์)องค์ประกอบทั้งหมดและการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบที่ทำในปริมาตรหรือบนพื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์ ขึ้นอยู่กับวิธีการฉนวนของแต่ละองค์ประกอบ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่าง PMS ที่มีฉนวนโดยทางแยก p-n และวงจรไมโครที่มีฉนวนอิเล็กทริก (ออกไซด์) SLM ยังสามารถผลิตได้บนพื้นผิวที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และแบบฟิลด์เอฟเฟกต์ โดยทั่วไปแล้วในวงจรเหล่านี้ ทรานซิสเตอร์ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของโครงสร้างสามชั้นที่มีทางแยก p-n สองทาง (ชนิด n-p-n) และไดโอดถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของโครงสร้างสองชั้นที่มีทางแยก p-n หนึ่งทาง บางครั้งแทนที่จะใช้ไดโอด ทรานซิสเตอร์จะถูกนำมาใช้ในการเชื่อมต่อไดโอด ตัวต้านทาน PMS ซึ่งแสดงโดยส่วนของเซมิคอนดักเตอร์ที่เจือด้วยสองขั้วมีความต้านทานหลายกิโลโอห์ม ความต้านทานย้อนกลับของจุดเชื่อมต่อ p-n หรือความต้านทานอินพุตของตัวทำซ้ำของตัวปล่อยบางครั้งใช้เป็นตัวต้านทานความต้านทานสูง บทบาทของตัวเก็บประจุใน PMS ดำเนินการโดยจุดเชื่อมต่อ p-rt แบบเอนเอียงแบบย้อนกลับ ความจุของตัวเก็บประจุดังกล่าวคือ 50 - 200 pF เป็นการยากที่จะสร้างโช้กใน PMS ดังนั้นอุปกรณ์ส่วนใหญ่จึงได้รับการออกแบบโดยไม่มีองค์ประกอบอุปนัย องค์ประกอบ PMS ทั้งหมดผลิตขึ้นในวงจรเทคโนโลยีเดียวในคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ การเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ของวงจรดังกล่าวทำได้โดยใช้ฟิล์มอลูมิเนียมหรือทองที่เกิดจากการสะสมของสุญญากาศ วงจรนี้เชื่อมต่อกับขั้วต่อภายนอกโดยใช้ตัวนำอลูมิเนียมหรือทองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ไมครอน ซึ่งติดอยู่กับฟิล์มโดยใช้การบีบอัดความร้อนแล้วเชื่อมเข้ากับขั้วต่อภายนอกของไมโครวงจร ชิปเซมิคอนดักเตอร์สามารถกระจายพลังงานได้ 50 - 100 mW ทำงานที่ความถี่สูงถึง 20 - 100 MHz และให้เวลาหน่วงสูงสุด 5 ns ความหนาแน่นในการติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บน PMS สูงถึง 500 องค์ประกอบต่อ 1 cm3 วงจรเทคโนโลยีกลุ่มสมัยใหม่ช่วยให้สามารถประมวลผลเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์หลายสิบชิ้นพร้อมกัน โดยแต่ละเวเฟอร์ประกอบด้วย PMS หลายร้อยรายการที่มีองค์ประกอบหลายร้อยรายการในคริสตัล เชื่อมต่อเข้ากับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนด เทคโนโลยีนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงเอกลักษณ์ทางไฟฟ้าของวงจรไมโครในระดับสูง
ฟิล์มอินทิกรัล(หรือเรียกง่ายๆ ว่าวงจรฟิล์ม PS) เรียกว่า ไอซี องค์ประกอบทั้งหมดและการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบซึ่งเกิดขึ้นในรูปแบบของฟิล์มเท่านั้น วงจรรวมแบ่งออกเป็นฟิล์มบางและฟิล์มหนา แผนงานเหล่านี้อาจมีความแตกต่างในเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ IC ที่มีความหนาของฟิล์มสูงถึง 1 ไมครอนจะถูกจัดประเภทตามอัตภาพเป็นฟิล์มบาง และ IC ที่มีความหนาของฟิล์มมากกว่า 1 µm จะถูกจัดประเภทเป็นฟิล์มหนา ความแตกต่างเชิงคุณภาพถูกกำหนดโดยเทคโนโลยีการผลิตฟิล์ม ส่วนประกอบ IC แบบฟิล์มบางถูกวางลงบนพื้นผิวโดยใช้การสะสมสูญญากาศด้วยความร้อนและการสปัตเตอร์แคโทด องค์ประกอบของไอซีแบบฟิล์มหนานั้นผลิตโดยการพิมพ์ซิลค์สกรีนเป็นหลักตามด้วยการเบิร์นอิน
วงจรรวมแบบไฮบริด(GIS) คือการรวมกันขององค์ประกอบวิทยุแบบแอกทีฟที่ติดตั้งอยู่ (ไมโครทรานซิสเตอร์ ไดโอด) และองค์ประกอบแบบพาสซีฟของฟิล์มและการเชื่อมต่อ โดยทั่วไป GIS ประกอบด้วย: ฐานฉนวนที่ทำจากแก้วหรือ เซรามิก กรอบ บนพื้นผิวที่เกิดตัวนำฟิล์ม ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุขนาดเล็ก องค์ประกอบแอคทีฟแบบเปิดเฟรมที่ติดตั้ง (ไดโอด, ทรานซิสเตอร์); องค์ประกอบแบบพาสซีฟที่ติดตั้งในการออกแบบขนาดเล็ก (โช้ก, หม้อแปลง, ตัวเก็บประจุความจุสูง) ซึ่งไม่สามารถทำในรูปแบบของฟิล์มได้ GIS ที่ผลิตดังกล่าวถูกปิดผนึกไว้ในกล่องพลาสติกหรือโลหะ ตัวต้านทานที่มีความต้านทานตั้งแต่หนึ่งในพันของโอห์มถึงหลายสิบกิโลโอห์มใน GIS นั้นถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของฟิล์มบางของนิกโครมหรือแทนทาลัม ฟิล์มถูกนำไปใช้กับฐานฉนวน (พื้นผิว) และผ่านการอบอ่อนด้วยความร้อน เพื่อให้ได้ตัวต้านทานที่มีความต้านทานหลายสิบเมกะโอห์มจะใช้ส่วนผสมของโลหะ - อิเล็กทริก (โครเมียม, ซิลิคอนมอนอกไซด์ ฯลฯ ) ขนาดเฉลี่ยของตัวต้านทานแบบฟิล์มคือ (1 - 2) X 10 ~ 3 cm2 ตัวเก็บประจุใน GIS ทำจากฟิล์มบางของทองแดง เงิน อลูมิเนียม หรือทอง โลหะเหล่านี้ถูกพ่นด้วยชั้นย่อยของโครเมียม ไทเทเนียม และโมลิบดีนัม เพื่อให้มั่นใจว่ามีการยึดเกาะที่ดีกับวัสดุซับสเตรตที่เป็นฉนวน ฟิล์มซิลิคอนออกไซด์ เบริลเลียม ไทเทเนียมไดออกไซด์ ฯลฯ ถูกใช้เป็นไดอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มผลิตขึ้นโดยมีความจุตั้งแต่หนึ่งในสิบของพิโคฟารัดไปจนถึงหมื่นพิโคฟารัด โดยมีขนาดตั้งแต่ 10~3 ถึง 1 ตารางเซนติเมตร ตัวนำ GIS ซึ่งใช้การเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบและการเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลเอาต์พุตนั้นถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของฟิล์มบาง ๆ ของทองคำ ทองแดง หรืออะลูมิเนียม โดยมีชั้นด้านล่างของนิกเกิล โครเมียม ไทเทเนียม ซึ่งรับประกันการยึดเกาะสูง ฐานฉนวน วงจรรวมแบบไฮบริดซึ่งความหนาของฟิล์มที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตชิ้นส่วนแฝงมีค่าไม่เกิน 1 ไมครอนและมีความกว้าง 100 - 200 ไมครอน จัดเป็นฟิล์มบาง ฟิล์มดังกล่าวผลิตโดยการพ่นด้วยความร้อนบนพื้นผิวของพื้นผิวในสุญญากาศโดยใช้ลายฉลุและสี วงจรรวมไฮบริดที่มีความหนาตั้งแต่ 1 ไมครอนขึ้นไปจัดอยู่ในประเภทฟิล์มหนาและผลิตขึ้นโดยการสปัตเตอร์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือไดอิเล็กทริกเพสต์ลงบนพื้นผิวผ่านสเตนซิลแบบตาข่าย ตามด้วยการเผาพวกมันลงในพื้นผิวที่อุณหภูมิสูง วงจรเหล่านี้มีขนาดใหญ่และมีองค์ประกอบแบบพาสซีฟจำนวนมาก องค์ประกอบแบบแอคทีฟที่ติดตั้งประกอบด้วยสาย "บอล" ที่ยืดหยุ่นหรือแข็ง ซึ่งเชื่อมต่อกับชิปฟิล์มโดยการบัดกรีหรือการเชื่อม
ความหนาแน่นขององค์ประกอบแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟที่มีการจัดเรียงหลายชั้นใน GIS ซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางมีถึง 300 - 500 องค์ประกอบต่อ 1 cm3 และความหนาแน่นในการติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บน GIS คือ 60 - 100 องค์ประกอบต่อ 1 cm3 ด้วยความหนาแน่นในการติดตั้งปริมาตรของอุปกรณ์ที่มี 107 องค์ประกอบคือ 0.1 - 0.5 ลบ.ม. และเวลาการทำงานที่ไร้ปัญหาคือ 103 - 104 ชั่วโมง -
ข้อได้เปรียบหลักของ GIS คือความเป็นไปได้ของการรวมองค์ประกอบบางส่วนที่ใช้เทคโนโลยีต่างๆ (ไบโพลาร์ ฟิล์มบางและหนา ฯลฯ) พร้อมพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่หลากหลาย (พลังงานต่ำ พลังงานสูง แอคทีฟ พาสซีฟ ความเร็วสูง ฯลฯ)
ในปัจจุบัน การผสมข้ามพันธุ์ของวงจรรวมประเภทต่างๆ มีแนวโน้มที่ดี ด้วยมิติทางเรขาคณิตเล็กๆ ขององค์ประกอบฟิล์มและพื้นที่พื้นผิวแบบพาสซีฟขนาดใหญ่ ทำให้สามารถวาง IC และส่วนประกอบอื่นๆ นับสิบหรือหลายร้อยตัวบนพื้นผิวได้ ด้วยวิธีนี้ ไอซีไฮบริดหลายชิปถูกสร้างขึ้นด้วยไดโอดและทรานซิสเตอร์จำนวนมาก (หลายพัน) ในองค์ประกอบที่แบ่งแยกไม่ได้ ในวงจรรวมแบบรวมสามารถวางหน่วยการทำงานที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าต่างกันได้
การเปรียบเทียบ PMS และ GISไมโครวงจรเซมิคอนดักเตอร์ที่มีระดับการรวมองค์ประกอบมากถึงหลายพันองค์ประกอบขึ้นไปในชิปตัวเดียวได้รับลำดับความสำคัญ การแพร่กระจาย ปริมาณการผลิต PMS นั้นมีลำดับความสำคัญสูงกว่าปริมาณการผลิตของ GIS ในอุปกรณ์บางชนิด ขอแนะนำให้ใช้ GIS ด้วยเหตุผลหลายประการ
เทคโนโลยี GIS ค่อนข้างง่ายและต้องใช้ต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้นต่ำกว่าเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งช่วยให้การสร้างผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ที่ไม่ได้มาตรฐานและไม่ได้มาตรฐานง่ายขึ้น
ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟของ GIS นั้นผลิตขึ้นบนพื้นผิวที่แยกจากกัน ซึ่งทำให้ได้องค์ประกอบแบบพาสซีฟคุณภาพสูงและสร้างไอซีความถี่สูงได้
เทคโนโลยี GIS ช่วยให้สามารถแทนที่วิธีการที่มีอยู่ของการประกอบวงจรพิมพ์หลายชั้นได้ เมื่อวาง IC และ LSI ที่ไม่ได้บรรจุหีบห่อและส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ลงบนพื้นผิว เทคโนโลยี GIS เป็นที่ต้องการสำหรับไอซีกำลังสูง นอกจากนี้ยังควรใช้การออกแบบวงจรรวมของอุปกรณ์เชิงเส้นแบบไฮบริดที่ให้ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ในอุปกรณ์เหล่านี้ สัญญาณจะแตกต่างกันไปตามช่วงความถี่และกำลังที่กว้าง ดังนั้น IC จะต้องมีพิกัดที่หลากหลายซึ่งเข้ากันไม่ได้ในกระบวนการผลิตเดียวที่มีองค์ประกอบแบบพาสซีฟและแบบแอกทีฟ วงจรรวม LSI ขนาดใหญ่ทำให้สามารถรวมหน่วยการทำงานต่างๆ เข้าด้วยกันได้ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เชิงเส้นตรง
ข้อดีและข้อเสียของวงจรรวม
- ข้อดีของไอซีคือความน่าเชื่อถือสูง ขนาดและน้ำหนักที่เล็ก ความหนาแน่นขององค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ใน LSI สูงถึง 103 - 104 ต่อ 1 cm3 เมื่อติดตั้งไมโครวงจรลงในแผงวงจรพิมพ์และเชื่อมต่อเข้ากับบล็อก ความหนาแน่นขององค์ประกอบคือ 100 - 500 ต่อ 1 cm3 ซึ่งสูงกว่าเมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และตัวต้านทานแต่ละตัวในอุปกรณ์ไมโครโมดูลาร์ 10 - 50 เท่า
- วงจรรวมไม่มีความเฉื่อยในการทำงาน เนื่องจากไมโครวงจรมีขนาดเล็ก ความจุอินเตอร์อิเล็กโทรดและความเหนี่ยวนำของสายเชื่อมต่อจึงลดลง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานได้ที่ความถี่สูงพิเศษ (สูงสุด 3 GHz) และในวงจรลอจิกที่มีเวลาหน่วงต่ำ (สูงสุด 0.1 ns)
- วงจรไมโครมีความประหยัด (ตั้งแต่ 10 ถึง 200 mW) และลดการใช้ไฟฟ้าและน้ำหนักของแหล่งจ่ายไฟ
ข้อเสียเปรียบหลักไอซีมีกำลังเอาท์พุตต่ำ (50 - 100 mW)
ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน IC แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก - อะนาล็อก (หรือพัลส์เชิงเส้น) และดิจิทัล (หรือลอจิคัล)
อนาล็อกแบบบูรณาการวงจร AIS ใช้ในอุปกรณ์ทางเทคนิคทางวิทยุและให้บริการในการสร้างและขยายสัญญาณเชิงเส้นซึ่งแตกต่างกันไปตามกฎของฟังก์ชันต่อเนื่องในช่วงกำลังและความถี่ที่หลากหลาย เป็นผลให้ไอซีแอนะล็อกต้องมีองค์ประกอบแบบพาสซีฟและแอคทีฟซึ่งมีพิกัดและพารามิเตอร์ต่างกัน ซึ่งทำให้การพัฒนามีความซับซ้อน วงจรไมโครแบบไฮบริดช่วยลดปัญหาในการผลิตอุปกรณ์อะนาล็อกในการออกแบบขนาดเล็กจิ๋ว วงจรรวมแบบรวมกำลังกลายเป็นฐานองค์ประกอบหลักสำหรับอุปกรณ์วิทยุอิเล็กทรอนิกส์
บูรณาการแบบดิจิทัลวงจร ISC ใช้ในคอมพิวเตอร์ การประมวลผลข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง และอุปกรณ์อัตโนมัติ ด้วยความช่วยเหลือของระบบข้อมูลดิจิทัล รหัสดิจิทัลจะถูกแปลงและประมวลผล วงจรที่แตกต่างออกไปคือชิปลอจิคัลที่ทำงานบนรหัสไบนารี่ในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ดิจิทัลสมัยใหม่ส่วนใหญ่
ไอซีแอนะล็อกและดิจิทัลผลิตเป็นอนุกรม ซีรีส์นี้ประกอบด้วยไอซีที่สามารถทำหน้าที่ต่างๆ ได้ แต่มีการออกแบบเดียวและมีการออกแบบทางเทคโนโลยี และมีจุดประสงค์เพื่อใช้ร่วมกัน แต่ละซีรีส์ประกอบด้วยหลายประเภท ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นพิกัดมาตรฐานที่มีวัตถุประสงค์การใช้งานและสัญลักษณ์เฉพาะ การรวมกันของค่าที่กำหนดมาตรฐานทำให้เกิดประเภท IP
การพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์นำไปสู่การกำเนิดของ LSI ที่มีความเชี่ยวชาญสูงในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบลอจิกนับร้อยนับพันและทำหน้าที่หนึ่งหรือจำนวนที่จำกัด อุปกรณ์ดิจิทัลประเภทต่างๆ จำเป็นต้องขยายขอบเขตของ LSI ซึ่งสัมพันธ์กับต้นทุนที่ยอมรับไม่ได้ในมุมมองทางเศรษฐกิจ ทางออกของสถานการณ์นี้คือการพัฒนาและการผลิต LSI ในปริมาณจำกัด ซึ่งทำหน้าที่ต่างๆ ขึ้นอยู่กับสัญญาณควบคุมภายนอก ชุดของ LSI ดังกล่าวจะสร้างชุดไมโครโปรเซสเซอร์ และทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ดิจิทัลที่หลากหลายไม่ว่าจะซับซ้อนเพียงใด ส่วนประกอบพิเศษที่สำคัญที่สุดของชุด BIS คือ ไมโครโปรเซสเซอร์(MP): LSI มาตรฐานสากล ซึ่งฟังก์ชันต่างๆ ถูกกำหนดโดยโปรแกรมที่กำหนด
คุณสมบัติเชิงคุณภาพของ MP คือความเป็นไปได้ในการปรับโครงสร้างการทำงานโดยการเปลี่ยนโปรแกรมภายนอก โดยพื้นฐานแล้ว MP เป็นองค์ประกอบการประมวลผลกลางของคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นในรูปแบบของ LSI หนึ่งรายการขึ้นไป
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง MP และวงจรรวมประเภทอื่นคือความสามารถในการตั้งโปรแกรมลำดับของฟังก์ชันที่ทำ เช่น ความสามารถในการทำงานตามโปรแกรมที่กำหนด
ตารางที่ 4.1
| การกำหนด |
เทคโนโลยี |
จำนวนไอซี |
ความลึกของบิต |
ผลงาน, |
| ร-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
||||
| พี-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
||||
| ร-ทีอาร์ |
||||
| ร-ทีอาร์ |
||||
| n-ทีอาร์ |
การเปิดตัวไมโครโปรเซสเซอร์ทำให้สามารถเปลี่ยนหลักการออกแบบของอุปกรณ์ดิจิทัลได้ ก่อนหน้านี้ การใช้อัลกอริธึมใหม่จำเป็นต้องมีการพัฒนาฮาร์ดแวร์ใหม่ ตอนนี้เมื่อใช้ MP ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ใหม่เพื่อใช้อัลกอริทึมใหม่ ก็เพียงพอแล้วที่จะเปลี่ยนโปรแกรมการทำงานตามนั้น คุณลักษณะนี้อธิบายถึงความสนใจมหาศาลที่แสดงในประเทศของเราและต่างประเทศในอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์
ช่วงเวลาสั้น ๆ (พ.ศ. 2514-2518) มีลักษณะโดยการปรากฏตัวของ ส.ส. ของการดัดแปลงที่หลากหลาย ปัจจุบันจำนวน MP ในโลกเกิน 1,000 ประเภท
พารามิเตอร์ของชุดไมโครโปรเซสเซอร์ภายในประเทศประเภทหลัก (MPC) แสดงไว้ในตารางที่ 1 4.1.
4.2. โครงสร้างไมโครโปรเซสเซอร์
แผนภาพบล็อกแบบง่ายของ MP แสดงในรูปที่ 1 4.1.
รูปที่ 4.1
รูปที่ 4.2
ไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์-โลจิคัล ALU อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลสำหรับการจัดเก็บข้อมูลการเข้าถึงแบบสุ่ม (RAM) และการจัดเก็บข้อมูลแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) อุปกรณ์ควบคุมที่รับ ถอดรหัสคำสั่ง และกำหนดลำดับของการดำเนินการ เช่นเดียวกับอินพุต-เอาท์พุต อุปกรณ์ (I/O) สำหรับข้อมูลด้วยความช่วยเหลือในการป้อนข้อมูลเริ่มต้นและข้อมูลที่ได้รับจากการทำงานของ MP จะถูกส่งออก
ไมโครโปรเซสเซอร์ประมวลผลตัวเลข 2-, 4-, 8-, 16-, 32 บิต ดำเนินการคำสั่ง 30...500 คำสั่งของการบวก การลบ การเปลี่ยนแปลง และการดำเนินการทางลอจิคัล
MP สี่และแปดบิตคือ LSI ที่มีขนาดคริสตัล 5 x 5 x 0.2 มม. แผนภาพบล็อกทั่วไปของ MP จะแสดงในรูป 4.2.หน่วยลอจิกเลขคณิต
ALU ดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะต่างๆ กับตัวเลขและที่อยู่ที่แสดงในรหัสไบนารี่ องค์ประกอบการดำเนินการที่ดำเนินการโดย ALU จะถูกกำหนดโดยรายการคำสั่ง (ชุดคำสั่ง) ชุดคำสั่งมักจะรวมถึงการบวกและการคูณทางคณิตศาสตร์และตรรกะ การเลื่อน การเปรียบเทียบ ฯลฯ การดำเนินการทางคณิตศาสตร์จะดำเนินการตามกฎของเลขคณิตไบนารี การดำเนินการเชิงตรรกะจะดำเนินการตามกฎของพีชคณิตแบบบูล
ALU รวมถึงตัวบวก ตัวจำแลง รีจิสเตอร์ และองค์ประกอบอื่นๆอุปกรณ์ควบคุม ควบคุมการทำงานของ ALU และบล็อก MP อื่น ๆ ทั้งหมด ชุดควบคุมรับคำสั่งจากบล็อกหน่วยความจำ ที่นี่สัญญาณเหล่านั้นจะถูกแปลงเป็นสัญญาณควบคุมไบนารีเพื่อดำเนินการคำสั่งที่กำหนด การทำงานของชุดควบคุมจะซิงโครไนซ์โดยตัวจับเวลาซึ่งจะกระจายกระบวนการดำเนินการคำสั่งเมื่อเวลาผ่านไป
อย่างไรก็ตาม การกำหนดที่อยู่ทางอ้อมมักถูกใช้บ่อยกว่า ซึ่งจำเป็นเมื่อความกว้างบิตของส่วนที่อยู่น้อยกว่าที่กำหนด ในกรณีนี้ การระบุที่อยู่จะดำเนินการในสองขั้นตอน ในขั้นตอนแรก โดยใช้ที่อยู่ที่มีอยู่ในคำสั่ง เซลล์จะถูกเลือกซึ่งมีที่อยู่ของเซลล์อื่น ซึ่งตัวถูกดำเนินการจะถูกเลือกในขั้นตอนที่สอง
คำสั่งที่มีวิธีการระบุที่อยู่ทางอ้อมต้องมีบิตของแอตทริบิวต์ตัวถูกดำเนินการ ซึ่งสถานะจะกำหนดสิ่งที่ถูกเลือกในขั้นตอนนี้: ที่อยู่ของตัวถูกดำเนินการหรือตัวถูกดำเนินการเอง
แน่นอนว่าวิธีการระบุที่อยู่ทางอ้อมนั้นช้ากว่าวิธีโดยตรง อนุญาตให้เข้าถึงจำนวนตัวถูกดำเนินการ 2 n ครั้ง (โดยที่ n คือขนาดของส่วนที่อยู่ของคำสั่ง) มากกว่าวิธีโดยตรง โดยการเพิ่มความจุหน่วยความจำที่อยู่ อุปกรณ์ควบคุมจะกระจายการดำเนินการใดๆ ตามรหัสที่ระบุโดยคำคำสั่งไปเป็นลำดับของเฟส (เฟสการกำหนดแอดเดรสและเฟสการดำเนินการ) ที่เรียกว่าวงจร เนื่องจากความจุที่จำกัดของ MP การดำเนินการกับตัวถูกดำเนินการที่มีความกว้างขนาดใหญ่จึงสามารถดำเนินการได้ในสองรอบขึ้นไป แน่นอนว่าสิ่งนี้จะลดประสิทธิภาพของ MP ลง 2 เท่าหรือมากกว่านั้น สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่น่าสนใจและสำคัญในทางปฏิบัติ: ความเร็วของ MP นั้นขึ้นอยู่กับความแม่นยำแบบผกผัน ซึ่งจะถูกกำหนดโดยความจุบิตของตัวถูกดำเนินการโดยเฉพาะไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วย
บล็อกการลงทะเบียน (ป). การลงทะเบียนการทำงานของ MP เป็นตัวแทนเซลล์หน่วยความจำที่เหมือนกันซึ่งใช้สำหรับการจัดเก็บข้อมูลปัจจุบัน (SRAM) แบบซุปเปอร์ปฏิบัติการ ตามฟังก์ชันที่ดำเนินการ P มีกลุ่มที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบบางอย่างของโครงสร้าง MPสอง
ลงทะเบียนตัวถูกดำเนินการ(O) ในระหว่างการดำเนินการ ALU จะจัดเก็บเลขฐานสองสองตัว ในตอนท้ายของการดำเนินการในการลงทะเบียนครั้งแรก หมายเลขจะถูกแทนที่ด้วยผลลัพธ์ นั่นคือมันสะสมเหมือนเดิม (ดังนั้นชื่อของการลงทะเบียน "ตัวสะสม") เนื้อหาของการลงทะเบียนตัวถูกดำเนินการที่สองจะถูกแทนที่ด้วยการดำเนินการถัดไปโดยตัวถูกดำเนินการอื่น ในขณะที่เนื้อหาของตัวสะสมสามารถจัดเก็บได้ด้วยคำสั่งพิเศษจำนวนหนึ่ง
ทะเบียนคำสั่ง (K) จัดเก็บบิตคำสั่งหลายบิตระหว่างการดำเนินการ ซึ่งเป็นตัวแทนของโค้ดสำหรับการดำเนินการนี้ ส่วนที่อยู่ของคำคำสั่งมีอยู่ในที่อยู่ทะเบียน Aหลังจากดำเนินการใดๆ ความกว้างบิตของผลลัพธ์อาจมากกว่าความกว้างบิตของแต่ละตัวถูกดำเนินการ ซึ่งได้รับการลงทะเบียนโดยสถานะของฟังก์ชันพิเศษ ทะเบียนธง,ในระหว่างกระบวนการดีบักโปรแกรมที่คอมไพล์แล้ว โปรแกรมเมอร์จะต้องตรวจสอบสถานะของการลงทะเบียนแฟล็ก และหากจำเป็น ให้กำจัดโอเวอร์โฟลว์ที่เกิดขึ้น
ที่สำคัญมากในระบบคำสั่ง MP คือ คำสั่งการเปลี่ยนแปลงเพื่อดำเนินการส่วนที่กำหนดของโปรแกรมตามคุณลักษณะและเงื่อนไขบางอย่างที่เรียกว่าคำสั่ง การเปลี่ยนผ่านแบบมีเงื่อนไขการปรากฏตัวของทีมดังกล่าวจะกำหนดระดับ "ความฉลาด" ของ MP เนื่องจากเป็นลักษณะของความสามารถในการตัดสินใจทางเลือกและเลือกเส้นทางที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดสินใจ เพื่อกำหนดเงื่อนไขดังกล่าวเป็นพิเศษ ลงทะเบียนสถานะ(C) แก้ไขสถานะของ MP ในแต่ละช่วงเวลาของการทำงานของโปรแกรมและส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงไปยังชุดควบคุมไปยังคำสั่งซึ่งมีที่อยู่อยู่ในการลงทะเบียนพิเศษที่เรียกว่า ตัวนับโปรแกรม(เอสเค). คำสั่งในหน่วยความจำถูกเขียนในลำดับโปรแกรมบางอย่าง ณ ที่อยู่ซึ่งก่อตัวเป็นอนุกรมธรรมชาติ กล่าวคือ ที่อยู่ของคำสั่งถัดไปแตกต่างจากที่อยู่ของคำสั่งก่อนหน้าทีละรายการ ดังนั้นเมื่อใช้ลำดับคำสั่งอย่างต่อเนื่อง ที่อยู่ของคำสั่งถัดไปจะได้รับโดยการเพิ่มที่อยู่ลงในเนื้อหาของ CS นั่นคือมันถูกสร้างขึ้นจากการนับ จุดประสงค์ของไอซีคือการค้นหาที่อยู่คำสั่งที่จำเป็น และหากมีคำสั่ง Jump ในโปรแกรม คำสั่งถัดไปก็อาจไม่มีที่อยู่ถัดไป ในกรณีนี้ ส่วนที่อยู่ของคำสั่งการเปลี่ยนจะถูกเขียนไปยัง CS
ทะเบียนวัตถุประสงค์ทั่วไป(RON) ใช้เพื่อจัดเก็บผลลัพธ์ระดับกลาง ที่อยู่ และคำสั่งที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของโปรแกรม และสามารถสื่อสารผ่านบัสทั่วไปกับรีจิสเตอร์การทำงานอื่นๆ ได้ เช่นเดียวกับตัวนับโปรแกรมและบล็อกข้อมูลอินพุต/เอาต์พุต MP มักจะประกอบด้วย 10...16 RONs แต่ละความจุ 2...8 บิต จำนวน RON บ่งบอกถึงความสามารถในการคำนวณของ MP โดยอ้อม
สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการปรากฏตัวใน MP หลายรุ่นของกลุ่มการลงทะเบียนที่มีองค์กรร้านค้าหรือสแต็ก - ที่เรียกว่า กองสแต็กช่วยให้คุณจัดระเบียบลำดับที่ถูกต้องของการดำเนินการของลำดับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ต่างๆ โดยไม่ต้องแลกเปลี่ยนหน่วยความจำ ตัวถูกดำเนินการหรือข้อมูลอื่นๆ สามารถพุชลงบนสแต็กได้โดยไม่ต้องระบุที่อยู่ เนื่องจากแต่ละคำที่วางอยู่บนนั้นก่อนจะครอบครองรีจิสเตอร์แรก จากนั้นจะถูก "ผลัก" ด้วยคำที่ตามมาในแต่ละครั้งที่รีจิสเตอร์ลึกลงไป ผลลัพธ์ของข้อมูลจะเกิดขึ้นในลำดับย้อนกลับ โดยเริ่มจากการลงทะเบียนครั้งแรก ซึ่งจะเก็บคำสุดท้ายที่พุชลงบนสแต็ก ในกรณีนี้ การลงทะเบียนล่าสุดจะถูกล้าง
บล็อก ALU, UU, P ซีพียู(CPU) ที่รวมอยู่ในคอมพิวเตอร์เครื่องใดก็ได้: เน้นไว้ในรูปที่ 1 4.2 มีเส้นประ ส.ส.อาจรวมถึงจับเวลา (T) โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบแขวนลอยหรือเครื่องสะท้อนเสียงแบบควอตซ์ ตัวจับเวลาเป็นหัวใจของ MP เนื่องจากการทำงานของมันจะกำหนดไดนามิกของข้อมูลที่อยู่และสัญญาณควบคุมทั้งหมดและซิงโครไนซ์การทำงานของชุดควบคุมและองค์ประกอบอื่น ๆ ของโครงสร้างผ่านทางนั้น ความถี่สัญญาณนาฬิกาที่เรียกว่านาฬิกา,
ถูกเลือกเป็นค่าสูงสุดและถูกจำกัดด้วยความล่าช้าของสัญญาณเท่านั้น ซึ่งกำหนดโดยเทคโนโลยีการผลิต LSI เป็นหลัก ความเร็วที่ไมโครโปรเซสเซอร์รันโปรแกรมนั้นแปรผันโดยตรงกับความถี่สัญญาณนาฬิกา ส.ส.อาจรวมถึงอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต
(UVV) สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง MP และอุปกรณ์อื่นๆ สัญญาณสามประเภท - ข้อมูล ที่อยู่ และการควบคุม - สามารถส่งผ่านรถบัสหนึ่ง สอง หรือสามคันยาง
คือกลุ่มของสายการสื่อสาร จำนวนที่กำหนดความลึกบิตของข้อมูลไบนารี่ที่ส่งผ่านพร้อมกัน จำนวนบรรทัดบัสข้อมูล (IS) กำหนดจำนวนข้อมูลที่ MP ได้รับหรือส่งในการเข้าถึงหน่วยความจำ อุปกรณ์อินพุตหรือเอาท์พุตเพียงครั้งเดียว ส.ส. ส่วนใหญ่มีข้อมูล 8 บัสทางหลวง.
ซึ่งช่วยให้สามารถรับข้อมูลไบนารี่ได้ครั้งละ 8 หน่วย (1 ไบต์) ข้อมูลหนึ่งไบต์สามารถประกอบด้วยอักขระที่เป็นไปได้ 256 ตัวของตัวอักษรของแหล่งข้อมูล หรือหนึ่งใน 256 รหัสการทำงานที่เป็นไปได้ อักขระที่ถูกต้องและประเภทการดำเนินการจำนวนนี้เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่
มี ส.ส.บรรจุรถเมล์ 16 และ 32 คันในทางหลวงสารสนเทศ
จำนวนบรรทัดในบัสควบคุม (VIII) ขึ้นอยู่กับลำดับการโต้ตอบระหว่าง MP, หน่วยความจำ และข้อมูลทางอากาศภายนอก โดยทั่วไปรถควบคุมจะมี 8... 16 สาย
ผลลัพธ์ที่สำคัญของการพัฒนา LSI ที่ตั้งโปรแกรมได้คือการพัฒนาไมโครคอมพิวเตอร์
หากไมโครคอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นบนวงจรรวมเดี่ยว จะเรียกว่าชิปตัวเดียว แผนภาพบล็อกแบบง่ายของไมโครคอมพิวเตอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 4.3.
รูปที่ 4.3 อย่างที่คุณเห็น มันมีหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) (ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับ MP ที่กล่าวถึงข้างต้น), ROM, RAM และอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุต อุปกรณ์อินพุตประกอบด้วยตัวเลือกที่อยู่ และสิ่งที่เรียกว่าพอร์ตอินพุต
สำหรับการอ่านข้อมูลจากฟล็อปปี้ดิสก์, ADC, โทรพิมพ์, เทปพันช์ อุปกรณ์เอาต์พุตยังประกอบด้วยตัวเลือกที่อยู่และพอร์ตเอาต์พุตข้อมูล (จอแสดงผล อุปกรณ์การพิมพ์ อุปกรณ์เอาต์พุตเทปพันช์ DAC)
ข้อมูลที่ได้รับจากอุปกรณ์อินพุตจะถูกส่งไปยังแอดเดรสบัส โดยปกติจะอยู่ในรูปแบบของสัญญาณรหัสขนานหรืออนุกรม 8 บิตผ่านพอร์ตอินพุต ตัวเลือกที่อยู่จะระบุพอร์ตอินพุตที่ส่งข้อมูลบนทางหลวงข้อมูล ณ จุดใดจุดหนึ่ง หน่วยความจำหลักประกอบด้วย ROM และ RAM หน่วยความจำถาวรจะถูกใช้เป็นหน่วยความจำโปรแกรมที่ผู้พัฒนาไมโครคอมพิวเตอร์ได้ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าตามความต้องการของผู้ใช้ โปรแกรมที่ต่างกันใช้ส่วนต่าง ๆ ของ ROM หน่วยความจำข้อมูลในไมโครคอมพิวเตอร์คือ RAM ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ใน RAM จะถูกลบเมื่อปิดแหล่งจ่ายไฟ ข้อมูลที่เข้าสู่ RAM จะถูกประมวลผลโดย CPU ตามโปรแกรมที่เก็บไว้ใน ROM ผลลัพธ์ของการดำเนินการใน CPU จะถูกจัดเก็บไว้เป็นพิเศษขับ
ข้อมูลที่เรียกว่าแบตเตอรี่หรือ RAM สามารถส่งออกได้โดยคำสั่งผ่านพอร์ตเอาท์พุตพอร์ตใดพอร์ตหนึ่งไปยังอุปกรณ์เอาท์พุตที่เชื่อมต่อกับพอร์ตนั้น พอร์ตเอาต์พุตที่ต้องการถูกเลือกโดยใช้วงจรการเลือกที่อยู่
4.4. อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล บล็อกที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์ดิจิทัลคืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (บล็อกหน่วยความจำ) ซึ่งแบ่งออกเป็นภายนอกและภายในภายนอก อุปกรณ์หน่วยความจำยังคงใช้กับเทปแม่เหล็กและดิสก์แม่เหล็ก พวกเขาให้การจัดเก็บข้อมูลระยะยาวอย่างไม่มีกำหนดในกรณีที่ไม่มี! แหล่งจ่ายไฟตลอดจนความจุหน่วยความจำที่จำเป็นเกือบทั้งหมดภายในประเทศ
อุปกรณ์หน่วยความจำเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ดิจิตอล ก่อนหน้านี้ พวกมันถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของแกนเฟอร์ไรต์โดยมีวงฮิสเทรีซีสเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขณะนี้ ในการพัฒนาไอซี มีโอกาสมากมายสำหรับการสร้างอุปกรณ์หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์
อุปกรณ์หน่วยความจำประกอบด้วยอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลประเภทต่อไปนี้:ดำเนินการบันทึกและจัดเก็บข้อมูลไบนารี่โดยพลการ
ในระบบดิจิทัล RAM จะจัดเก็บอาร์เรย์ของข้อมูลที่ประมวลผลและโปรแกรมที่กำหนดกระบวนการประมวลผลข้อมูลในปัจจุบัน RAM มีความจุ 10 2 ... 10 7 บิตทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และโครงสร้าง
อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบอ่านอย่างเดียวใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูลซึ่งเนื้อหาไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงานของระบบ เช่น รูทีนย่อยมาตรฐานและไมโครโปรแกรมที่ใช้ระหว่างการทำงาน ค่าตารางของฟังก์ชันต่างๆ ค่าคงที่ ฯลฯ ข้อมูลถูกเขียนไปยัง ROM โดยผู้ผลิต LSI
อุปกรณ์หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้เป็น ROM ประเภทหนึ่งซึ่งมีความเป็นไปได้ในการบันทึกข้อมูลเพียงครั้งเดียวตามคำแนะนำของลูกค้า
ROM ที่ตั้งโปรแกรมใหม่ได้
แตกต่างจากแบบทั่วไปโดยความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงข้อมูลทางไฟฟ้าหลายครั้งที่ดำเนินการโดยลูกค้า ระดับเสียงของ EEPROM โดยปกติจะเป็น 10 2 ... 10 5 บิต
อุปกรณ์หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM, PROM, RPZU) จำเป็นต้องเก็บข้อมูลเมื่อปิดเครื่อง
พารามิเตอร์หลักของหน่วยความจำคือ: ความจุข้อมูลเป็นบิต;
ระยะเวลาหมุนเวียนขั้นต่ำ ช่วงเวลาขั้นต่ำที่ยอมรับได้ระหว่างจุดเริ่มต้นของหนึ่งรอบและจุดเริ่มต้นของรอบที่สอง ความถี่การไหลเวียนสูงสุดคือส่วนกลับของระยะเวลาการไหลเวียนขั้นต่ำ
พลังงานเฉพาะ - พลังงานทั้งหมดที่ใช้ในโหมดการจัดเก็บข้อมูลต่อ 1 บิต ต้นทุนเฉพาะของข้อมูลหนึ่งบิตคือต้นทุนรวมของคริสตัลหารด้วยความจุข้อมูล
4.5. อุปกรณ์เก็บข้อมูลการเข้าถึงแบบสุ่ม nโครงสร้างทั่วไปของ LSI RAM แสดงไว้ในรูปที่ 1 4.4. รูปที่ 4.4รูปที่ 4.5 โหนดหลักคือเมทริกซ์ของเซลล์หน่วยความจำ (MCM) ประกอบด้วย= เส้นด้วยต
เซลล์จัดเก็บข้อมูล (สร้างคำเล็กน้อย) ในแต่ละบรรทัด ความจุข้อมูลของหน่วยความจำ LSI ถูกกำหนดโดยสูตร เอ็นนาโนเมตร นิดหน่อย.อินพุตและเอาต์พุตของเซลล์หน่วยความจำเชื่อมต่อกับแอดเดรส ASH และบัสบิต RH เมื่อเขียนและอ่าน จะมีการเข้าถึง (ดึงข้อมูล) เซลล์หน่วยความจำตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไปพร้อมกัน
ในกรณีแรกให้ใช้เมทริกซ์สองพิกัด (รูปที่ 4.5, ก) ในกรณีที่สองเมทริกซ์ที่มีการสุ่มตัวอย่างแบบคำต่อคำ (รูปที่ 4.5,6)ตัวถอดรหัสสัญญาณที่อยู่ (DAS) เมื่อส่งสัญญาณที่อยู่ที่เหมาะสม ให้เลือกเซลล์หน่วยความจำที่ต้องการ ด้วยความช่วยเหลือของ RS ทำให้ MNP เชื่อมต่อด้วย(CPS) กำหนดโหมดการทำงานของ LSI (การเขียน การอ่าน การจัดเก็บข้อมูล) รูปแบบการเลือกคริสตัล(SVK) อนุญาตให้ดำเนินการเขียน-อ่านบนไมโครวงจรนี้ สัญญาณการสุ่มตัวอย่างคริสตัลช่วยให้แน่ใจว่าได้เลือก LSI หน่วยความจำที่ต้องการในหน่วยความจำที่ประกอบด้วย LSI หลายตัว
การใช้สัญญาณควบคุมกับอินพุตของระบบควบคุมโดยมีสัญญาณสุ่มตัวอย่างคริสตัลอยู่ที่อินพุตของระบบควบคุมจะเป็นการดำเนินการเขียน สัญญาณที่อินพุตข้อมูล BUZ (1 หรือ 0) จะกำหนดข้อมูลที่เขียนลงในเซลล์หน่วยความจำ สัญญาณข้อมูลเอาต์พุตจะถูกลบออกจาก BUS และมีระดับที่สอดคล้องกับระบบข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรม
วงจรรวมขนาดใหญ่ของ RAM มีแนวโน้มที่จะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่ง่ายที่สุด TTL, TTLSh, MDP, KMDP, I 2 L, ESL ซึ่งได้รับการดัดแปลงโดยคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของผลิตภัณฑ์เฉพาะ ในเซลล์หน่วยความจำไดนามิก ตัวเก็บประจุมักใช้บ่อยที่สุด และใช้ทรานซิสเตอร์ MOS เป็นองค์ประกอบสำคัญ
การเลือกฐานองค์ประกอบจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดสำหรับความจุข้อมูลและประสิทธิภาพของหน่วยความจำ LSI ความจุสูงสุดจะเกิดขึ้นได้เมื่อใช้องค์ประกอบลอจิกซึ่งครอบครองพื้นที่เล็กๆ บนชิป: 2 ลิตร, MIS, ไดนามิก SJ
LSI ที่มีองค์ประกอบลอจิคัลซึ่งมีความแตกต่างเล็กน้อยในระดับลอจิคัล (ESL, I 2 L) รวมถึงองค์ประกอบลอจิคัล TTLSH จะมีประสิทธิภาพสูง , การใช้งานความถี่ของ LSI
โดยใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคพื้นฐานต่างๆ ดังภาพประกอบ 4.6.
รูปที่ 4.6
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีและวงจร ประสิทธิภาพขององค์ประกอบต่างๆ จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นขอบเขตระหว่างพื้นที่เหล่านี้จึงเปลี่ยนไปตามเวลาไปยังขอบเขตของความถี่การทำงานที่สูงขึ้น
4.6. อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบอ่านอย่างเดียว
วงจร ROM คล้ายกับวงจร RAM (ดูรูปที่ 4.4) ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวมีดังนี้:
ROM ใช้เพื่ออ่านข้อมูล
ใน ROM จะมีการสุ่มตัวอย่างหลายบิตของที่อยู่เดียวพร้อมกัน (4, 8, 16 บิต)
ข้อมูลที่เขียนใน ROM ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ และในโหมดสุ่มตัวอย่างเท่านั้นที่จะอ่านได้ วงจรรวม ROM ขนาดใหญ่แบ่งออกเป็นโรงงานตั้งโปรแกรมได้ (ใช้เทมเพลตภาพถ่ายพิเศษ) และลูกค้าสามารถตั้งโปรแกรมได้
(ทางไฟฟ้า).
ROM ใช้โครงสร้างเมทริกซ์: แถวถูกสร้างขึ้นโดยแอดเดรสบัสของ DS และคอลัมน์ถูกสร้างขึ้นโดยบิตของ RS AS แต่ละตัวจะเก็บโค้ดเฉพาะ: ชุดโลจิคัล 1 และ 0 ที่กำหนดใน MLP ที่แสดงในรูปที่ 1 ตามข้อกำหนด 4.7 a การบันทึกโค้ดแบบครั้งเดียวจะดำเนินการโดยใช้ไดโอดที่เชื่อมต่อระหว่าง ASH และ RC เหล่านั้นซึ่งควรมีตรรกะ 1 เมื่ออ่าน โดยปกติแล้วลูกค้าจะได้รับ ROM พร้อมเมทริกซ์ในทุกโหนด ซึ่งมีไดโอดอยู่ด้วย
สาระสำคัญของการเขียนโปรแกรมไฟฟ้าครั้งเดียวของ PROM คือผู้ใช้ (โดยใช้อุปกรณ์โปรแกรมเมอร์พิเศษ) เบิร์นเทอร์มินัล - จัมเปอร์ของไดโอดเหล่านั้นซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งของโลจิคัล 0 การเบิร์นเอาท์ของเทอร์มินัลจะดำเนินการโดยการส่งผ่าน กระแสผ่านไดโอดที่สอดคล้องกันซึ่งเกินค่าที่อนุญาต
Diode ROM นั้นเรียบง่าย แต่มีข้อเสียเปรียบอย่างมาก: พวกมันใช้พลังงานมาก เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำงานของตัวถอดรหัสจึงใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (รูปที่ 4.7,6) และ (รูปที่ 4.7, c) แทนไดโอด
เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ AS จะรับประกันการไหลของกระแสเบส ซึ่งอยู่ในหน่วย β b.t น้อยกว่าตัวปล่อยที่จ่าย RS +1 เท่า ดังนั้นพลังการถอดรหัสที่จำเป็นจึงลดลงอย่างมาก
การใช้ทรานซิสเตอร์ MOS ช่วยให้ได้รับผลดียิ่งขึ้น เนื่องจากวงจรเกตไม่ใช้พลังงานเลย สิ่งที่ใช้ที่นี่ไม่ใช่การเผาไหม้เทอร์มินัล แต่ไม่มีการชุบโลหะของเกทในทรานซิสเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าอ่านค่าลอจิคัล 0 ในบิตบัส
4.7. หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้
ROM แบบแฟลชได้เป็นอุปกรณ์หน่วยความจำที่หลากหลายที่สุด บล็อกไดอะแกรมของ RPOM นั้นคล้ายกับของ RAM (ดูรูปที่ 4.4) คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สำคัญของ ROM คือการใช้ทรานซิสเตอร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษพร้อมโครงสร้างโลหะไนไตรด์ออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MNOS) ใน MNP หลักการทำงานของเซลล์หน่วยความจำนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของทรานซิสเตอร์ MNOS แบบย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น หากคุณสร้าง U ZIP หรือ >U AS ทรานซิสเตอร์จะไม่ถูกปลดล็อคโดยพัลส์ที่อยู่ (เช่น จะไม่เข้าร่วมในการดำเนินการ) ในขณะเดียวกัน ทรานซิสเตอร์ MNOS อื่นๆ ที่มี U
โครงสร้างของทรานซิสเตอร์ MNOS พร้อมช่องสัญญาณเหนี่ยวนำ ร-ประเภทแสดงในรูป 4.8 ก.
รูปที่ 4.8
ที่นี่อิเล็กทริกประกอบด้วยสองชั้น: ซิลิคอนไนไตรด์ (Si 3 N 4) และซิลิคอนออกไซด์ (SiO 2) แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์สามารถเปลี่ยนได้โดยการใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าสั้น (ประมาณ 100 μs) ที่มีขั้วต่างกันไปที่เกต โดยมีแอมพลิจูดขนาดใหญ่ 30...50 V เมื่อใช้พัลส์ +30 V แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ U ZIPor = -5 V ถูกตั้งค่าไว้ แรงดันไฟฟ้านี้จะคงอยู่หากใช้ทรานซิสเตอร์หรือแรงดันเกต U ZI =±10V ในโหมดนี้ ทรานซิสเตอร์ MNOS ทำงานเหมือนกับทรานซิสเตอร์ MOS ทั่วไปที่มีช่องสัญญาณเหนี่ยวนำ ร-พิมพ์.
เมื่อใช้พัลส์ที่ -30 V แรงดันธรณีประตูจะใช้ค่า UZIPor ~20 V ดังแสดงในรูป 4.8, 6 และ วี.ในกรณีนี้สัญญาณที่อินพุตของทรานซิสเตอร์ U ZI ± 10 V ไม่สามารถนำทรานซิสเตอร์ออกจากสถานะปิดได้
ปรากฏการณ์นี้ใช้ใน RPOM การทำงานของทรานซิสเตอร์ MNOS ขึ้นอยู่กับการสะสมประจุที่ขอบเขตของชั้นไนไตรด์และออกไซด์ การสะสมนี้เป็นผลมาจากกระแสการนำไฟฟ้าไม่เท่ากันในชั้นต่างๆ กระบวนการสะสมอธิบายไว้ในนิพจน์/ ดีคิว= dt 2 - ครับ 3 ไอซี 4 . n ที่แรงดันลบสูงคุณ ที่แรงดันลบสูงประจุบวกสะสมที่ขอบเขต ซึ่งเทียบเท่ากับการแนะนำผู้บริจาคเข้าสู่อิเล็กทริกและมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่เป็นลบ ที่แรงดันบวกสูง ที่แรงดันลบสูงประจุลบสะสมที่ขอบเขต ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ติดลบลดลง ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ
กระแส SI ในชั้นอิเล็กทริกจะลดลง 10...15 ลำดับความสำคัญ ดังนั้นประจุที่สะสมจะคงอยู่เป็นเวลาหลายพันชั่วโมง และด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จึงยังคงอยู่ ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือการสร้างเซลล์หน่วยความจำสำหรับ ROM โดยใช้ทรานซิสเตอร์ MIS ที่มีอิเล็กทริกชั้นเดียว หากคุณจ่ายไฟฟ้าแรงสูงเพียงพอให้กับประตู คุณจะเห็นหิมะถล่ม
อิเล็กทริกซึ่งเป็นผลมาจากการที่อิเล็กตรอนจะสะสมอยู่ในนั้น ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยนไป ประจุของอิเล็กตรอนจะคงอยู่เป็นเวลาหลายพันชั่วโมง ในการเขียนข้อมูลใหม่ จำเป็นต้องเอาอิเล็กตรอนออกจากอิเล็กทริก ซึ่งทำได้โดยการส่องสว่างคริสตัลด้วยแสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งทำให้เกิดเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก นั่นคือการผลักอิเล็กตรอนออกจากอิเล็กทริก เมื่อใช้ลบยูวี
รูปที่ 4.9
ตามแผนภาพบล็อกที่กำหนดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง LSI RPOM ที่มีการลบรังสีอัลตราไวโอเลตประเภท K573RF1 ที่มีความจุ 8192 บิตถูกสร้างขึ้น
4.8. ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก
วัตถุประสงค์ของ DAC คือการแปลงสัญญาณดิจิทัลไบนารี่ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกที่เทียบเท่ากัน การแปลงดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้วงจรต้านทานที่แสดงในรูปที่ 1 4.10.
รูปที่ 4.10
DAC ที่มีตัวต้านทานน้ำหนักไบนารี (รูปที่ 4.10a) ต้องใช้ตัวต้านทานน้อยกว่า แต่ต้องใช้ค่าความต้านทานที่แม่นยำหลายช่วง แรงดันเอาต์พุตแบบอะนาล็อก ที่แรงดันลบสูง DAC ถูกกำหนดให้เป็นฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าอินพุตสองระดับ:
ที่แรงดันลบสูงอัน =( ที่แรงดันลบสูงเอ+2 ที่แรงดันลบสูงบี+4 ที่แรงดันลบสูง C +…)/(1+2+4+...).
เกี่ยวกับอินพุตดิจิตอล ที่แรงดันลบสูงก , ยู บี, ยู ซี, ... แรงดันไฟฟ้าสามารถรับค่าคงที่ได้เพียงสองค่า เช่น 0 หรือ 1 สำหรับ DAC ที่ใช้ตัวต้านทาน รและ ร/2, จำเป็นต้องมีตัวต้านทานเพิ่มเติม (รูปที่ 4.10.6) แต่มีเพียงสองค่าเท่านั้น แรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกที่เอาต์พุตของ DAC ดังกล่าวถูกกำหนดโดยสูตร
ที่แรงดันลบสูงอัน =( ที่แรงดันลบสูงเอ+2 ที่แรงดันลบสูงบี+4 ที่แรงดันลบสูงค +…+ม ที่แรงดันลบสูงน)/2น
ที่ไหน - จำนวนบิต DAC; ที -ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับจำนวนบิต DAC
เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำสูง วงจรต้านทาน DAC จะต้องทำงานโดยมีโหลดที่มีความต้านทานสูง เพื่อให้ตรงกับวงจรตัวต้านทานกับโหลดอิมพีแดนซ์ต่ำ จะใช้แอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์ที่ใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน ดังแสดงในรูปที่ 1 4.10, ก, ข.
4.9. ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล
วัตถุประสงค์ของ ADC คือการแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกให้เทียบเท่ากับดิจิตอล โดยทั่วไป ADC จะมีวงจรที่ซับซ้อนมากกว่า DAC โดยที่ DAC มักจะเป็นส่วนย่อยของ ADC แผนภาพบล็อกทั่วไปของ ADC ที่มี DAC ในวงจรป้อนกลับจะแสดงในรูปที่ 1 4.11.
รูปที่ 4.11
ADC ที่ใช้การออกแบบนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแม่นยำ ความเร็ว ความเรียบง่ายค่อนข้างดี และต้นทุนต่ำ
ADC รวมถึง n-bit trigger register ของผลลัพธ์การแปลง วว 1 - ดีดีเอ็น, ตัวจัดการบิต DAC; เครื่องเปรียบเทียบที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ควบคุมของชุดควบคุมและมีเครื่องกำเนิดความถี่สัญญาณนาฬิกา ด้วยการใช้อัลกอริธึมการทำงานของ ADC ที่แตกต่างกันใน VCU ทำให้ได้คุณลักษณะที่แตกต่างกันของตัวแปลง
ใช้รูป 4.11 ให้เราพิจารณาหลักการทำงานของ ADC โดยสมมติว่ามีการใช้ตัวนับขึ้น/ลงเป็นรีจิสเตอร์ทริกเกอร์
ตัวนับถอยหลังมีเอาท์พุตดิจิตอล แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามแต่ละพัลส์นาฬิกา เมื่อระดับแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตตัวนับ "นับโดยตรง" สูง และอินพุต "นับล่าง" ต่ำ ในทางกลับกัน แรงดันเอาต์พุตดิจิทัลจะลดลงตามแต่ละพัลส์นาฬิกา เมื่ออินพุตนับขึ้นต่ำและอินพุตนับถอยหลังสูง ที่แรงดันลบสูงโหนดที่สำคัญที่สุดของ ADC คือตัวเปรียบเทียบ (K) ซึ่งมีอินพุตแบบอะนาล็อกสองตัว ที่แรงดันลบสูงดีเอซีและ
และเอาต์พุตดิจิทัลที่เชื่อมต่อผ่านชุดควบคุมไปยังเคาน์เตอร์แบบพลิกกลับได้ หากแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบสูง ระดับที่อินพุตของตัวนับนับโดยตรงก็จะสูงเช่นกัน ในทางกลับกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของตัวเปรียบเทียบต่ำ อินพุตการนับขึ้นก็จะต่ำเช่นกัน ที่แรงดันลบสูงดังนั้น ขึ้นอยู่กับว่าระดับเอาท์พุตของเครื่องเปรียบเทียบสูงหรือต่ำ ตัวนับขึ้น/ลงจะนับในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ตามลำดับ ในกรณีแรกตรงทางเข้า
ตัวเปรียบเทียบ DAC จะแสดงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นแบบขั้นตอน และในส่วนที่สองจะแสดงแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงแบบขั้นตอน ที่แรงดันลบสูงเนื่องจากตัวเปรียบเทียบทำงานแบบลูปเปิด ระดับแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตจึงสูงเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต ที่แรงดันลบสูง a จะกลายเป็นลบมากกว่าที่อินพุตเล็กน้อย ที่แรงดันลบสูงดีเอซี. ในทางกลับกัน ระดับแรงดันไฟฟ้าขาออกจะต่ำทันทีที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้า ที่แรงดันลบสูง a จะกลายเป็นค่าบวกมากกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเล็กน้อย
ดีเอซี. ที่แรงดันลบสูงที่ทางเข้า ที่แรงดันลบสูงตัวเปรียบเทียบ DAC จะรับแรงดันเอาต์พุตของ DAC ซึ่งเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกที่จ่ายให้กับอินพุต .
ห้องน้ำในตัว ที่แรงดันลบสูงถ้าเป็นแรงดันอนาล็อก ที่แรงดันลบสูงเกินแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเอาออกจากเอาท์พุตของ DAC ตัวนับแบบย้อนกลับจะนับในทิศทางไปข้างหน้า เพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตเป็นขั้น ที่แรงดันลบสูง DAC เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต ที่แรงดันลบสูงตัวเปรียบเทียบ DAC จะรับแรงดันเอาต์พุตของ DAC ซึ่งเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกที่จ่ายให้กับอินพุต<ที่แรงดันลบสูงหนึ่ง. ถ้า ที่แรงดันลบสูง DAC หรือกลายเป็นหนึ่งเดียวในระหว่างกระบวนการนับ แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบต่ำและตัวนับจะนับไปในทิศทางตรงกันข้าม นำอีกครั้ง ที่แรงดันลบสูงตัวเปรียบเทียบ DAC จะรับแรงดันเอาต์พุตของ DAC ซึ่งเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกที่จ่ายให้กับอินพุต . ดีเอซีถึง ที่แรงดันลบสูงตัวเปรียบเทียบ DAC จะรับแรงดันเอาต์พุตของ DAC ซึ่งเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกที่จ่ายให้กับอินพุต . ดังนั้น ระบบจึงมีวงจรป้อนกลับที่จะรักษาแรงดันเอาท์พุต DAC ให้เท่ากับแรงดันไฟฟ้าโดยประมาณ
ดังนั้นเอาต์พุตของตัวนับขึ้น/ลงจะเป็นค่าดิจิตอลที่เทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกเสมอ ค่าเทียบเท่าดิจิตอลของสัญญาณอินพุตอะนาล็อกของ ADC จะถูกอ่านจากเอาต์พุตของตัวนับขึ้น/ลง
ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์, ADC, DAC รวมถึงในระบบสวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์ มัลติเพล็กเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย: สวิตช์หลายช่องสัญญาณ (มีอินพุต 4, 8, 16, 32, 64 และเอาต์พุต 1-2) ด้วยอุปกรณ์ควบคุมแบบดิจิทัล มัลติเพล็กเซอร์ที่ง่ายที่สุดของสัญญาณดิจิตอลและอนาล็อกจะแสดงในรูปที่ 1 4.12 ก และ ขตามลำดับ
รูปที่ 4.12
มัลติเพล็กเซอร์แบบดิจิทัล (รูปที่ 4.12, a) ช่วยให้สามารถซักถามสถานะตรรกะของแหล่งสัญญาณตามลำดับหรือแบบสุ่ม เอ็กซ์ 0 , เอ็กซ์ 1 , เอ็กซ์ 2 , เอ็กซ์ 3 และส่งผลการสำรวจไปยังเอาท์พุต
ตามหลักการนี้ มัลติเพล็กเซอร์ถูกสร้างขึ้นสำหรับการป้อนข้อมูลตามจำนวนที่ต้องการ มัลติเพล็กเซอร์ดิจิตอลบางประเภทอนุญาตให้สลับสัญญาณข้อมูลอะนาล็อกได้
อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดนั้นทำได้โดยมัลติเพล็กเซอร์แบบอะนาล็อกที่มีเมทริกซ์ของสวิตช์แอนะล็อกคุณภาพสูง (AK 1 ... AK 4) ที่ทำงานบนแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์เอาต์พุตซึ่งเป็นชุดควบคุมดิจิทัล การเชื่อมต่อของโหนดระหว่างกันแสดงไว้ในรูปที่ 1 4.12.6.
ตัวอย่างของแอนะล็อกมัลติเพล็กเซอร์ LSI คือไมโครวงจรประเภท K591KN1 ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของทรานซิสเตอร์ MOS มีการสลับแหล่งข้อมูลอะนาล็อก 16 แหล่งต่อเอาต์พุต ช่วยให้สามารถระบุที่อยู่และการสุ่มตัวอย่างช่องสัญญาณตามลำดับได้
เมื่อพัฒนามัลติเพล็กเซอร์แบบอะนาล็อก LSI จำเป็นต้องคำนึงถึงความเข้ากันได้กับระบบคำสั่งของไมโครโปรเซสเซอร์ด้วย
มัลติเพล็กเซอร์แบบอะนาล็อกเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มสูงสำหรับสนามสวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์และสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์แบบหลายช่องสัญญาณสำหรับการสื่อสาร วิทยุกระจายเสียง และโทรทัศน์
เมื่อยี่สิบห้าปีที่แล้ว นักวิทยุสมัครเล่นและผู้เชี่ยวชาญรุ่นเก่าต้องศึกษาอุปกรณ์ใหม่ในขณะนั้น นั่นก็คือ ทรานซิสเตอร์ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะละทิ้งหลอดสุญญากาศที่เราคุ้นเคยและเปลี่ยนไปใช้ "ตระกูล" ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจำนวนเพิ่มมากขึ้นและเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ
และตอนนี้ "ตระกูล" นี้เริ่มหลีกทางให้กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นล่าสุด - วงจรรวม หรือเรียกสั้น ๆ ว่า ICs ในด้านวิศวกรรมวิทยุและอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นเรื่อยๆ
วงจรรวมคืออะไรวงจรรวม
ไมโครวงจรหนึ่งตัวสามารถแทนที่เครื่องรับวิทยุคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (คอมพิวเตอร์) และเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดได้ ตัวอย่างเช่น “กลไก” ของนาฬิกาข้อมือดิจิทัลเป็นเพียงชิปที่ใหญ่กว่าเพียงตัวเดียว
ตามวัตถุประสงค์การใช้งาน วงจรรวมแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: อนาล็อกหรือพัลส์เชิงเส้น และไมโครวงจรตรรกะหรือดิจิทัล
ไมโครวงจรแอนะล็อกมีไว้สำหรับการขยาย การสร้าง และการแปลงการสั่นทางไฟฟ้าของความถี่ที่แตกต่างกัน เช่น สำหรับเครื่องรับ แอมพลิฟายเออร์ และโลจิคัล - สำหรับใช้ในอุปกรณ์อัตโนมัติ ในอุปกรณ์ที่มีการจับเวลาแบบดิจิทัล ในคอมพิวเตอร์
เวิร์กชอปนี้เน้นไปที่การทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์ หลักการทำงาน และการใช้งานที่เป็นไปได้ของวงจรรวมแอนะล็อกและลอจิคัลที่ง่ายที่สุด
บนชิปอะนาล็อก
ในบรรดา "ตระกูล" ขนาดใหญ่ของอะนาล็อกสิ่งที่ง่ายที่สุดคือไมโครวงจรคู่ K118UN1A (K1US181A) และ K118UN1B (K1US181B) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของซีรี่ส์ K118
แต่ละตัวเป็นเครื่องขยายเสียงที่มี... อย่างไรก็ตาม เป็นการดีกว่าถ้าพูดถึง "การบรรจุ" แบบอิเล็กทรอนิกส์ ในตอนนี้เราจะพิจารณา "กล่องดำ" ที่มีหมุดสำหรับเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ ชิ้นส่วนเพิ่มเติม วงจรอินพุตและเอาต์พุต
ความแตกต่างระหว่างพวกเขาอยู่ที่ปัจจัยการขยายสำหรับการสั่นความถี่ต่ำเท่านั้น: ค่าเกนของไมโครวงจร K118UN1A ที่ความถี่ 12 kHz คือ 250 และไมโครวงจร K118UN1B คือ 400
ที่ความถี่สูง อัตราขยายของวงจรไมโครเหล่านี้จะเท่ากัน - ประมาณ 50 ดังนั้นวงจรใดวงจรหนึ่งสามารถใช้เพื่อขยายการแกว่งของความถี่ต่ำและความถี่สูงได้ ดังนั้นสำหรับการทดลองของเรา ลักษณะและสัญลักษณ์ของวงจรไมโครแอมพลิฟายเออร์เหล่านี้บนไดอะแกรมวงจรของอุปกรณ์แสดงในรูปที่ 1 88.
พวกเขามีตัวเครื่องพลาสติกสี่เหลี่ยม ด้านบนของเคสมีเครื่องหมายที่ใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับหมายเลขพิน วงจรไมโครได้รับการออกแบบมาสำหรับแหล่งจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายกระแสตรงที่มีแรงดันไฟฟ้า 6.3 V ซึ่งจ่ายผ่านพิน 7 (+Upit) และ 14 (— ที่แรงดันลบสูงพีท)
แหล่งพลังงานอาจเป็นแหล่งจ่ายไฟ AC ที่มีแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตแบบปรับได้ หรือแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยเซลล์ 334 และ 343 จำนวน 4 เซลล์
การทดลองครั้งแรกกับไมโครวงจร K118UN1A (หรือ K118UN1B) ดำเนินการตามแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 89. ใช้แผ่นกระดาษแข็งขนาดประมาณ 50X40 มม. เป็นแผ่นยึด
หมุดไมโครวงจร 1, 7, 8 และ 14 บัดกรีลวดเย็บกระดาษผ่านรูในกระดาษแข็ง พวกเขาทั้งหมดจะทำหน้าที่เป็นขาตั้งที่ยึดไมโครวงจรไว้บนบอร์ดและขายึดพิน 7 และ 14, นอกจากนี้การเชื่อมต่อหน้าสัมผัสกับแบตเตอรี่ จี.บี.1 (หรือแหล่งจ่ายไฟหลัก)
ระหว่างพวกเขาทั้งสองข้างของไมโครวงจรเสริมความแข็งแกร่งของหน้าสัมผัสอีกสองหรือสามอันซึ่งจะเป็นสื่อกลางสำหรับชิ้นส่วนเพิ่มเติม ติดตั้งตัวเก็บประจุบนบอร์ด ค1(ประเภท K50-6 หรือ K50-3) และ ค2(KYAS, BM, MBM) เชื่อมต่อหูฟังเข้ากับเอาต์พุตของไมโครวงจร บี2.
เชื่อมต่อกับอินพุตของไมโครวงจร (ผ่านตัวเก็บประจุ C1)ไมโครโฟนไฟฟ้าไดนามิก B1แคปซูลโทรศัพท์ประเภทใดก็ได้หรือ DEM-4m เปิดเครื่องแล้วกดโทรศัพท์แนบกับหูให้แน่นยิ่งขึ้น แตะไมโครโฟนเบา ๆ ด้วยดินสอ หากไม่มีข้อผิดพลาดในการติดตั้ง ควรได้ยินเสียงที่คล้ายกับการคลิกบนดรัมในโทรศัพท์
ขอให้เพื่อนพูดอะไรบางอย่างหน้าไมโครโฟน - คุณจะได้ยินเสียงของเขาทางโทรศัพท์ แทนที่จะใช้ไมโครโฟน คุณสามารถเชื่อมต่อลำโพงกระจายเสียงวิทยุ (สมาชิก) พร้อมหม้อแปลงที่เข้ากันกับอินพุตของวงจรขนาดเล็กได้ ผลกระทบก็จะประมาณเดียวกัน
ทำการทดลองต่อด้วยอุปกรณ์โทรศัพท์แบบออกฤทธิ์เดี่ยวให้เชื่อมต่อระหว่างตัวนำทั่วไป (ลบ) ของวงจรไฟฟ้าและเอาต์พุต 12 ไมโครเซอร์กิต ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ตะวันตกเฉียงเหนือ,ระบุบนแผนภาพด้วยเส้นประ ในขณะเดียวกัน ระดับเสียงในโทรศัพท์ควรเพิ่มขึ้น
โทรศัพท์จะดังขึ้นอีกหากต่อตัวเก็บประจุตัวเดียวกันเข้ากับวงจรเอาท์พุต 5 (ในรูปที่ 89 - ตัวเก็บประจุ C4)แต่ถ้าเครื่องขยายเสียงตื่นเต้นคุณจะต้องเชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่มีความจุ 5 - 10 µF ระหว่างสายสามัญและพิน 11 แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 10 V.
การทดลองอื่น: เปิดระหว่างพิน 10 และ 3 ตัวเก็บประจุเซรามิกหรือกระดาษไมโครวงจรที่มีความจุ 5 - 10,000 พิโคฟารัด เกิดอะไรขึ้น เสียงแหลมกลางดังขึ้นอย่างต่อเนื่องบนโทรศัพท์ เมื่อความจุของตัวเก็บประจุนี้เพิ่มขึ้น โทนเสียงในโทรศัพท์ควรลดลง และเมื่อลดลงก็ควรเพิ่มขึ้น ตรวจสอบออก
ตอนนี้เรามาเปิด "กล่องดำ" นี้แล้วดู "ไส้" ของมัน (รูปที่ 90) ใช่ นี่คือแอมพลิฟายเออร์สองสเตจที่มีการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ซิลิคอน โครงสร้าง n -ร-n. สัญญาณความถี่ต่ำที่สร้างโดยไมโครโฟนจะถูกส่ง (ผ่านตัวเก็บประจุ C1) ไปยังอินพุตของวงจรไมโคร (พิน 3)
แรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน ร6 ในวงจรอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ วี2, ผ่านตัวต้านทาน ร4 และ ร5 จ่ายให้กับฐานของทรานซิสเตอร์ วี และเปิดมัน ตัวต้านทาน ร1 — โหลดของทรานซิสเตอร์ตัวนี้ สัญญาณขยายที่นำมาจากนั้นจะไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์ วี2 เพื่อประโยชน์เพิ่มเติม
ในแอมพลิฟายเออร์ทดลองที่มีโหลดทรานซิสเตอร์ วี2 มีหูฟังรวมอยู่ในวงจรสะสมซึ่งแปลงสัญญาณความถี่ต่ำให้เป็นเสียง
แต่โหลดอาจเป็นตัวต้านทานได้ ร5 ไมโครวงจรหากคุณเชื่อมต่อสายนำเข้าด้วยกัน 10 และ 9. ในกรณีนี้ โทรศัพท์จะต้องเชื่อมต่อระหว่างสายสามัญและจุดเชื่อมต่อของขั้วต่อเหล่านี้ผ่านตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่มีความจุหลายไมโครฟารัด (แผ่นบวกถึงไมโครวงจร)
เมื่อเชื่อมต่อตัวเก็บประจุระหว่างสายสามัญกับขั้วต่อ 12 ไมโครเซอร์กิตระดับเสียงเพิ่มขึ้นเพราะเหตุใด? เพราะเขากำลังแบ่งตัวต้านทาน ร6 microcircuit ทำให้ข้อเสนอแนะเชิงลบลดลงเกี่ยวกับการทำงานของกระแสสลับในนั้น
ผลตอบรับเชิงลบยิ่งอ่อนแอลงเมื่อคุณรวมตัวเก็บประจุตัวที่สองไว้ในวงจรฐานของทรานซิสเตอร์ วี1. และตัวเก็บประจุตัวที่สามเชื่อมต่อระหว่างสายสามัญกับเอาต์พุต 11, เกิดขึ้นจากตัวต้านทาน ร7 ตัวกรองการแยกวงจรไมโครวงจรที่ป้องกันการกระตุ้นของแอมพลิฟายเออร์
เกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุระหว่างขั้ว? 10 และ 5? เขาสร้างการตอบรับเชิงบวกระหว่างเอาต์พุตและอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ ซึ่งเปลี่ยนให้เป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่เสียง
อย่างที่คุณเห็นไมโครวงจร K118UN1B (หรือ K118UN1A) เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่สามารถเป็นความถี่ต่ำหรือความถี่สูงได้เช่นในเครื่องรับ แต่ยังสามารถกลายเป็นเครื่องกำเนิดการสั่นทางไฟฟ้าทั้งความถี่ต่ำและสูงได้
ไมโครวงจรในเครื่องรับวิทยุ
เราเสนอให้ทดสอบวงจรไมโครนี้ในเส้นทางความถี่สูงของเครื่องรับที่ประกอบขึ้นตามวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 91. วงจรอินพุตของเสาอากาศแม่เหล็กของเครื่องรับนั้นเกิดจากขดลวด ล1 และตัวเก็บประจุแบบแปรผัน C1 สัญญาณความถี่สูงจากสถานีวิทยุที่ปรับวงจรผ่านคอยล์สื่อสาร ล2 และตัวเก็บประจุแยก ค2มาถึงอินพุต (output 3) ไมโครวงจร L1.
จากเอาต์พุตของไมโครวงจร (output 10, เชื่อมต่อกับเอาท์พุท 9) สัญญาณที่ขยายจะถูกป้อนผ่านตัวเก็บประจุ ค4สำหรับเครื่องตรวจจับ ไดโอด วี และ วี2 ซึ่งจะเปิดตามวงจรคูณแรงดันไฟฟ้า และสัญญาณความถี่ต่ำที่จัดสรรให้เป็นโทรศัพท์ B1แปลงเป็นเสียง เครื่องรับใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ จี.บี.1, ประกอบด้วยแบตเตอรี่ D-01 จำนวน 4 ก้อน 332, 316 หรือ 5 ก้อน
ในเครื่องรับทรานซิสเตอร์หลายตัว แอมพลิฟายเออร์ความถี่สูงถูกสร้างขึ้นโดยทรานซิสเตอร์ แต่ในตัวนี้เป็นไมโครวงจร นี่เป็นข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างพวกเขา ด้วยประสบการณ์จากเวิร์คช็อปครั้งก่อน ฉันหวังว่าคุณจะสามารถขึ้นขี่ได้อย่างอิสระและ ชตั้งค่าเครื่องรับดังกล่าวและหากต้องการให้เสริมด้วยเครื่องขยายสัญญาณความถี่ต่ำสำหรับการรับสัญญาณวิทยุที่พูดเสียงดัง
บนชิปลอจิก
ส่วนสำคัญของวงจรรวมดิจิทัลจำนวนมากคือองค์ประกอบตรรกะ AND-NOT ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ที่คุณเห็นในรูปที่ 1 92, ก.สัญลักษณ์ของมันคือเครื่องหมาย "&" ที่วางอยู่ในสี่เหลี่ยม ปกติจะอยู่ที่มุมซ้ายบน แทนที่คำร่วม "AND" ในภาษาอังกฤษ มีอินพุตตั้งแต่สองตัวขึ้นไปทางด้านซ้าย และเอาต์พุตหนึ่งตัวทางด้านขวา
วงกลมเล็กๆ ที่เริ่มต้นสายการสื่อสารของสัญญาณเอาท์พุตเป็นสัญลักษณ์ของการปฏิเสธเชิงตรรกะ "NOT" ที่เอาต์พุตของไมโครวงจร ในภาษาของเทคโนโลยีดิจิทัล “NOT” หมายความว่าองค์ประกอบ NAND นั้นเป็นอินเวอร์เตอร์ ซึ่งก็คืออุปกรณ์ที่มีพารามิเตอร์เอาต์พุตอยู่ตรงข้ามกับอินพุต
สถานะทางไฟฟ้าและการทำงานขององค์ประกอบลอจิกมีลักษณะเฉพาะด้วยระดับสัญญาณที่อินพุตและเอาต์พุต สัญญาณแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก (หรือศูนย์) ซึ่งระดับไม่เกิน 0.3 - 0.4 V มักจะเรียกว่า (ตามระบบเลขฐานสอง) ศูนย์โลจิคัล (0) และสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (เทียบกับโลจิคัล 0) ระดับที่สามารถเป็น 2.5 - 3.5 V - หน่วยลอจิคัล (1)
ตัวอย่างเช่น พวกเขาพูดว่า: "ผลลัพธ์ขององค์ประกอบคือตรรกะ 1" ซึ่งหมายความว่าในขณะนี้สัญญาณปรากฏที่เอาต์พุตขององค์ประกอบซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะสอดคล้องกับระดับลอจิคัล 1
เพื่อไม่ให้เจาะลึกเทคโนโลยีและโครงสร้างขององค์ประกอบ NAND เราจะถือว่าเป็น "กล่องดำ" ซึ่งมีอินพุต 2 ช่องและเอาต์พุต 1 ช่องสำหรับสัญญาณไฟฟ้า
ตรรกะขององค์ประกอบคือ เมื่อมีการใช้ตรรกะ O กับอินพุตตัวใดตัวหนึ่ง และใช้ตรรกะ 1 กับอินพุตที่สอง สัญญาณตรรกะ 1 จะปรากฏที่เอาต์พุต ซึ่งจะหายไปเมื่อมีการใช้สัญญาณที่สอดคล้องกับตรรกะ 1 กับอินพุตทั้งสอง .
สำหรับการทดลองที่จะจดจำคุณสมบัตินี้ขององค์ประกอบ คุณจะต้องมีวงจรไมโคร K155LAZ ที่พบบ่อยที่สุด, โวลต์มิเตอร์แบบ DC, แบตเตอรี่ 3336L ใหม่ และตัวต้านทานสองตัวที่มีความต้านทาน 1...1.2 kOhm
ไมโครวงจร K155LAZ ประกอบด้วยองค์ประกอบ 2I-NOT สี่องค์ประกอบ (รูปที่ 92, ข)ขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟ DC 5 V ทั่วไปหนึ่งแหล่ง แต่แต่ละแหล่งทำงานเป็นอุปกรณ์ลอจิกอิสระ หมายเลข 2 ในชื่อของไมโครวงจรระบุว่าองค์ประกอบนั้นมีอินพุตสองตัว
ในลักษณะและการออกแบบเช่นเดียวกับไมโครวงจรทั้งหมดของซีรีย์ K155 ไม่แตกต่างจากไมโครวงจรอะนาล็อกที่คุ้นเคยอยู่แล้ว K118UN1 มีเพียงขั้วของการเชื่อมต่อแหล่งพลังงานเท่านั้นที่แตกต่างกัน ดังนั้นกระดานกระดาษแข็งที่คุณทำไว้ก่อนหน้านี้จึงเหมาะสำหรับการทดลองกับไมโครวงจรนี้ เชื่อมต่อแหล่งพลังงานแล้ว: +5 V - เพื่อพิน 7" — 5 B - เพื่อสรุป 14.
แต่มักจะไม่ได้ระบุข้อสรุปเหล่านี้ไว้ในแผนผังของไมโครวงจร สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าใน แผนภาพวงจร องค์ประกอบที่ประกอบเป็นไมโครวงจรนั้นจะถูกแยกออกจากกันเช่นดังในรูป 92 ว. สำหรับการทดลอง คุณสามารถใช้องค์ประกอบทั้งสี่นี้ได้
พินไมโครวงจร 1, 7, 8 และ 14 ประสานกับเสาลวดบนกระดานกระดาษแข็ง (ดังรูปที่ 89) หนึ่งในพินอินพุตขององค์ประกอบใดๆ เช่น องค์ประกอบที่มีพิน 1 — 3, เชื่อมต่อผ่านตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1...1.2 kOhm ไปยังเอาต์พุต 14, เอาต์พุตของอินพุตที่สองเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวนำทั่วไป ("ต่อสายดิน") ของวงจรไฟฟ้าและเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์ DC เข้ากับเอาต์พุตขององค์ประกอบ (รูปที่ 93, ก)
เปิดเครื่อง โวลต์มิเตอร์แสดงอะไร? แรงดันไฟฟ้าประมาณ 3 V แรงดันไฟฟ้านี้สอดคล้องกับสัญญาณลอจิก 1 ที่เอาต์พุตขององค์ประกอบ ใช้โวลต์มิเตอร์เดียวกันวัดแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของอินพุตแรก และอย่างที่คุณเห็นนี่เป็นตรรกะ 1 เช่นกัน ดังนั้นเมื่อหนึ่งในอินพุตขององค์ประกอบเป็นตรรกะ 1 และอันที่สองคือตรรกะ 0 ผลลัพธ์จะเป็นตรรกะ 1
ตอนนี้เชื่อมต่อเอาต์พุตของอินพุตที่สองผ่านตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1...1.2 kOhm ไปยังเอาต์พุต 14 และในเวลาเดียวกันก็มีจัมเปอร์ลวด - ที่มีตัวนำร่วมกันดังแสดงในรูป 93 บี.
ในกรณีนี้เอาต์พุตเช่นเดียวกับในการทดลองครั้งแรกจะเป็นตรรกะ 1 จากนั้นดูเข็มโวลต์มิเตอร์ถอดสายจัมเปอร์ออกเพื่อให้สัญญาณที่สอดคล้องกับตรรกะ 1 ถูกส่งไปยังอินพุตที่สอง
โวลต์มิเตอร์บันทึกอะไร? สัญญาณที่เอาต์พุตขององค์ประกอบจะถูกแปลงเป็นโลจิคัล 0 นี่คือสิ่งที่ควรจะเป็น! และหากอินพุตใด ๆ ถูกลัดวงจรเป็นระยะ ๆ ไปยังสายสามัญและด้วยเหตุนี้จึงจำลองการจ่ายตรรกะ 0 ให้กับมัน พัลส์ปัจจุบันจะปรากฏที่เอาต์พุตขององค์ประกอบที่มีความถี่เดียวกันดังที่เห็นได้จากความผันผวนของเข็มโวลต์มิเตอร์ ลองดูสิ่งนี้แบบทดลอง
คุณสมบัติขององค์ประกอบ NAND ในการเปลี่ยนสถานะภายใต้อิทธิพลของสัญญาณควบคุมอินพุตนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ดิจิทัลต่างๆ นักวิทยุสมัครเล่นโดยเฉพาะผู้เริ่มต้นมักใช้องค์ประกอบลอจิกเป็นอินเวอร์เตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีสัญญาณเอาต์พุตอยู่ตรงข้ามกับสัญญาณอินพุต
การทดลองต่อไปนี้สามารถยืนยันคุณสมบัติขององค์ประกอบนี้ได้ เชื่อมต่อเทอร์มินัลของอินพุตทั้งสองขององค์ประกอบเข้าด้วยกันและเชื่อมต่อเข้ากับเอาต์พุตผ่านตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1...1.2 kOhm 14 (รูปที่ 93, วี)
ด้วยวิธีนี้คุณจะใช้สัญญาณที่สอดคล้องกับตรรกะ 1 กับอินพุตทั่วไปขององค์ประกอบซึ่งสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้ด้วยโวลต์มิเตอร์ ผลลัพธ์คืออะไร?
เข็มโวลต์มิเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่นั้นเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากเครื่องหมายระดับศูนย์ ดังนั้นตามที่คาดไว้ สัญญาณจึงสอดคล้องกับตรรกะ 0
จากนั้นโดยไม่ต้องถอดตัวต้านทานออกจากเอาต์พุต 14 ไมโครวงจรเชื่อมต่ออินพุตขององค์ประกอบกับตัวนำทั่วไปหลาย ๆ ครั้งติดต่อกันด้วยจัมเปอร์ลวด (ในรูปที่ 93, วีแสดงเป็นเส้นประพร้อมลูกศร) และในขณะเดียวกันก็ติดตามเข็มโวลต์มิเตอร์ ดังนั้นคุณจะมั่นใจได้ว่าเมื่ออินพุทอินเวอร์เตอร์เป็นโลจิคัล 0 เอาท์พุตจะเป็นโลจิคัล 1 และในทางกลับกัน เมื่ออินพุทเป็นโลจิคัล 1 เอาท์พุตจะเป็นโลจิคัล 0
นี่คือวิธีการทำงานของอินเวอร์เตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักใช้โดยนักวิทยุสมัครเล่นในอุปกรณ์พัลส์ที่พวกเขาสร้างขึ้น
ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าวคือเครื่องกำเนิดพัลส์ที่ประกอบขึ้นตามวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 94. คุณสามารถตรวจสอบฟังก์ชันการทำงานได้ทันที โดยใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีในการตรวจสอบ
เอาต์พุตขององค์ประกอบ D1.1 เชื่อมต่อกับอินพุตขององค์ประกอบ ดี1.2 ไมโครวงจรเดียวกันเอาต์พุตจะอยู่กับอินพุตขององค์ประกอบ ดีเจ.3, และเอาต์พุตขององค์ประกอบนี้ (output 8) - พร้อมอินพุตองค์ประกอบ ดี1.1 ผ่านตัวต้านทานปรับค่าได้ R1 . ไปยังเอาต์พุตองค์ประกอบ ดี1.3 (ระหว่างเอาท์พุต 8 และตัวนำร่วม) เชื่อมต่อหูฟัง บี1, ขนานกับองค์ประกอบ D1.1 และ ดี1.2 ตัวเก็บประจุไฟฟ้า C1.
ตั้งมอเตอร์ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ไปทางขวา (ตามแผนภาพ) แล้วเปิดเครื่อง - คุณจะได้ยินเสียงในโทรศัพท์ซึ่งสามารถเปลี่ยนโทนเสียงได้ด้วยตัวต้านทานแบบปรับค่าได้
ในการทดลองนี้จะมีธาตุต่างๆ ดี1.1, ดี1.2 และดี1.3, เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมเช่นทรานซิสเตอร์ของแอมพลิฟายเออร์สามเฟสพวกมันสร้างเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ - เครื่องกำเนิดพัลส์ไฟฟ้ารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
วงจรขนาดเล็กกลายเป็นเครื่องกำเนิดด้วยตัวเก็บประจุและตัวต้านทานซึ่งสร้างวงจรป้อนกลับที่ขึ้นกับความถี่ระหว่างเอาต์พุตและอินพุตขององค์ประกอบ เมื่อใช้ตัวต้านทานแบบแปรผัน ความถี่ของพัลส์ที่สร้างโดยมัลติไวเบรเตอร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างราบรื่นตั้งแต่ประมาณ 300 Hz ถึง 10 kHz
อุปกรณ์พัลส์ดังกล่าวสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริงอะไรบ้าง? ตัวอย่างเช่นมันสามารถกลายเป็นระฆังอพาร์ทเมนต์ซึ่งเป็นโพรบสำหรับตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องรับและแอมพลิฟายเออร์ความถี่ต่ำซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดสำหรับฝึกการฟังตัวอักษรโทรเลข
สล็อตแมชชีนแบบโฮมเมดบนชิป
อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเปลี่ยนเป็นสล็อตแมชชีน “แดงหรือเขียว” ได้ แผนภาพของอุปกรณ์อิมพัลส์ดังกล่าวแสดงในรูปที่ 1 95. นี่คือองค์ประกอบ ดี1.1, ดี1.2, ดี1.3 ไมโครวงจรและตัวเก็บประจุ K155LAZ เดียวกัน (หรือเหมือนกัน) ค1สร้างมัลติไวเบรเตอร์ที่คล้ายกันซึ่งเป็นพัลส์ที่ควบคุมทรานซิสเตอร์ วี และ วี2, เชื่อมต่อตามวงจรอีซีแอลทั่วไป
องค์ประกอบ ดี1.4 ทำงานเหมือนอินเวอร์เตอร์ ด้วยเหตุนี้พัลส์มัลติไวเบรเตอร์จึงมาถึงฐานของทรานซิสเตอร์ในแอนติเฟสและเปิดสลับกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อระดับลอจิคัลเป็น 1 ที่อินพุตของอินเวอร์เตอร์ และระดับลอจิคัลเป็น 0 ที่เอาต์พุต ดังนั้น ณ ช่วงเวลาเหล่านี้ ทรานซิสเตอร์ B1เปิดและหลอดไฟ สวัสดี ในวงจรสะสมของมันจะติดสว่างและทรานซิสเตอร์ วี2 ปิดแล้วมีหลอดไฟ H2ไม่ไหม้
ด้วยพัลส์ถัดไป อินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยนสถานะไปเป็นตรงกันข้าม ตอนนี้ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้น วี2 และแสงสว่างก็สว่างขึ้น H2,และทรานซิสเตอร์ วี หลอดไฟจะปิด ชม1 จะออกไป
แต่ความถี่ของพัลส์ที่สร้างโดยมัลติไวเบรเตอร์ค่อนข้างสูง (อย่างน้อย 15 kHz) และโดยธรรมชาติแล้วหลอดไฟไม่สามารถตอบสนองต่อทุกพัลส์ได้
นั่นเป็นสาเหตุที่พวกมันเรืองแสงสลัว แต่มันก็คุ้มค่าที่จะกดปุ่ม S1 เพื่อลัดวงจรตัวเก็บประจุด้วยหน้าสัมผัส ค1และรบกวนการสร้างมัลติไวเบรเตอร์เมื่อหลอดไฟของทรานซิสเตอร์ซึ่งในขณะนั้นจะมีแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับโลจิคัล 1 จะสว่างขึ้นทันทีและหลอดไฟอีกดวงจะดับลงอย่างสมบูรณ์
เป็นไปไม่ได้ที่จะบอกล่วงหน้าว่าหลอดไฟใดจะยังคงสว่างอยู่หลังจากกดปุ่ม - ใคร ๆ ก็เดาได้เท่านั้น นี่คือจุดสำคัญของเกม
สล็อตแมชชีนพร้อมกับแบตเตอรี่ (3336L หรือองค์ประกอบ 343 สามชิ้นเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม) สามารถวางในกล่องขนาดเล็กได้ เช่น ในกรณีของตัวรับสัญญาณแบบ "พกพา"
หลอดไส้ สวัสดี และ H2(MH2.5-0.068 หรือ MH2.5-0.15) วางไว้ใต้รูที่ผนังด้านหน้าของเคส แล้วปิดด้วยฝาปิดหรือแผ่นกระจกออร์แกนิกสีแดงและเขียว ที่นี่ให้เสริมสวิตช์ไฟ (สวิตช์สลับ TV-1) และสวิตช์ปุ่มกด §1(พิมพ์ P2K หรือ KM-N) หยุดการทำงานของมัลติไวเบรเตอร์
การตั้งค่าสล็อตแมชชีนเกี่ยวข้องกับการเลือกตัวต้านทานอย่างระมัดระวัง ร1. ความต้านทานควรเป็นเช่นนั้นเมื่อคุณหยุดเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ด้วยปุ่ม ส1 อย่างน้อย 80 - 100 เท่าของจำนวนไฟบนหลอดไฟแต่ละดวงจะเท่ากันโดยประมาณ
ตรวจสอบก่อนว่ามัลติไวเบรเตอร์ทำงานหรือไม่ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ให้ขนานกับตัวเก็บประจุ C1, e ความจุที่สามารถเป็น 0.1...0.5 µF เชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่มีความจุ 20...30 µF และหูฟังเข้ากับเอาต์พุตของมัลติไวเบรเตอร์ - เสียงต่ำควรปรากฏในโทรศัพท์
เสียงนี้เป็นสัญญาณของการทำงานของมัลติไวเบรเตอร์ จากนั้นจึงถอดตัวเก็บประจุไฟฟ้าและตัวต้านทานออก ร1 แทนที่ด้วยตัวต้านทานการปรับค่าที่มีความต้านทาน 1.2...1.3 kOhm และระหว่างขั้วต่อ 8 และธาตุทั้ง 11 ดี.ไอ..3 และ ดี1.4 เปิด DC โวลต์มิเตอร์ โดยการเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานการตัดแต่งให้ได้ตำแหน่งที่โวลต์มิเตอร์แสดงแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ระหว่างเอาต์พุตขององค์ประกอบเหล่านี้ของไมโครวงจร
สามารถมีผู้เล่นจำนวนเท่าใดก็ได้ แต่ละคนผลัดกันกดปุ่มหยุดของมัลติไวเบรเตอร์ ผู้ชนะคือผู้ที่มีจำนวนการเคลื่อนไหวเท่ากัน เช่น การกดปุ่มเพียงยี่สิบครั้ง เดาสีของหลอดไฟที่สว่างขึ้นหลายครั้งหลังจากที่เครื่องมัลติไวเบรเตอร์หยุด
น่าเสียดายที่ความถี่ของมัลติไวเบรเตอร์ของสล็อตแมชชีนที่ง่ายที่สุดที่อธิบายไว้ที่นี่มีการเปลี่ยนแปลงบ้างเนื่องจากการคายประจุของแบตเตอรี่ซึ่งแน่นอนว่าส่งผลต่อความน่าจะเป็นที่เท่ากันในการให้แสงสว่างกับหลอดไฟที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรที่ 5 วี.
วรรณกรรม: Borisov V.G. การประชุมเชิงปฏิบัติการสำหรับนักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่ ฉบับที่ 2 แก้ไข และเพิ่มเติม - อ.: DOSAAF, 1984. 144 น., ป่วย. 55k
ในคอมพิวเตอร์ไฟฟ้ายุคแรก ส่วนประกอบของวงจรที่ดำเนินการคือหลอดสุญญากาศ หลอดเหล่านี้ซึ่งมีลักษณะคล้ายหลอดไฟ ใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมากและสร้างความร้อนได้มาก ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปี 1947 ด้วยการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ อุปกรณ์ขนาดเล็กนี้ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งตั้งชื่อตามความสามารถในการนำไฟฟ้าและดักจับกระแสไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับว่ามีกระแสไฟฟ้าอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์หรือไม่ เทคโนโลยีใหม่นี้ทำให้สามารถสร้างสวิตช์ไฟฟ้าทุกชนิดบนชิปซิลิคอนได้ วงจรทรานซิสเตอร์ใช้พื้นที่น้อยลงและใช้พลังงานน้อยลง สำหรับคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น วงจรรวมหรือไอซีได้ถูกสร้างขึ้น
ในปัจจุบัน ทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กจนมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ และวงจร IC ทั้งหมดพอดีกับเซมิคอนดักเตอร์ขนาด 1 นิ้วสี่เหลี่ยมจัตุรัส บล็อกขนาดเล็กที่ติดตั้งเป็นแถวบนแผงวงจรคอมพิวเตอร์เป็นวงจรรวมที่อยู่ในกล่องพลาสติก ไมโครวงจรแต่ละตัวมีชุดขององค์ประกอบวงจรหรืออุปกรณ์อย่างง่าย ส่วนใหญ่ถูกครอบครองโดยทรานซิสเตอร์ ไอซียังอาจรวมถึงไดโอดซึ่งยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และตัวต้านทานซึ่งปิดกั้นกระแส
ชิ้นส่วนคงที่ ภายในคอมพิวเตอร์ แถวของวงจรรวมในเคสป้องกันดังที่แสดงด้านล่างจะติดตั้งอยู่บนแผงวงจรของคอมพิวเตอร์ (สีเขียว) เส้นสีเขียวอ่อนแต่ละเส้นแสดงถึงเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหล เมื่อรวมกันแล้วจะกลายเป็น "ทางหลวง" ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่ง
ผู้ส่งสารตัวน้อย ตามขอบของชิป สายไฟที่มีแม่เหล็กสูงชวนให้นึกถึงเส้นผมของมนุษย์ ส่งสัญญาณไฟฟ้าจากวงจรไฟฟ้า (ตามชื่อด้านบน) ลวดทองหรืออะลูมิเนียมเหล่านี้ทนทานต่อการกัดกร่อนและเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดี
กายวิภาคของทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นองค์ประกอบระดับจุลทรรศน์พื้นฐานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ คือสวิตช์ที่เปิดและปิดกระแสไฟฟ้า รางโลหะขนาดเล็ก (สีเทา) นำกระแส (สีแดงและสีเขียว) จากอุปกรณ์เหล่านี้ ทรานซิสเตอร์ที่จัดรวมกันเรียกว่าลอจิกเกตจะตอบสนองต่อแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าด้วยวิธีต่างๆ ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้หลากหลาย
แผนภาพลอจิก หากกระแสไฟฟ้าขาเข้า (ลูกศรสีแดง) เปิดใช้งานฐานของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว กระแสไฟที่จ่าย (ลูกศรสีเขียว) จะพุ่งไปที่สายไฟเอาท์พุต
