Potřeba zmenšit rozměry, hmotnost elektronických zařízení a zlepšit jejich parametry podnítila rozvoj nového technologického směru – mikroelektronika. Základní mikroelektronickou součástkou je integrovaný obvod.
Rozdělení integrovaných obvodů
Z funkčního hlediska dělíme integrované obvody na analogové a digitální.
Z konstrukčního hlediska rozdělujeme integrované obvody na monolitické a hybridní.
Podle hustoty integrace (počet aktivních i pasivních součástek umístněných na základní destičce polovodiče) dělíme integrované obvody na obvody:
1) S malou hustotou integrace: Obsahují méně než 100 obvodových prvků. SSI
2) Se střední hustotou integrace: Obsahují víc jak 100 obvodových prvků. MSI
3) S velkou hustotou integrace: Obsahují několik 1000 obvodových prvků. LSI
4) S velmi vysokou hustotou integrace: Obsahují několik desítek tisíc až sto tisíc obvodových prvků. VLSI
Dělení integrovaných obvodů z konstrukčního hlediska
Z konstrukčního hlediska je rozdělujeme na monolitické a hybridní.
Monolitické integrované obvody (MIO)
Mají dvě podskupiny:
a) Bipolární
b) Unipolární
Monolitický integrovaný obvod je vytvořen na jediném kusu polovodičového materiálu (podložce), na níž jsou realizovány jednotlivé funkční prvky.
Hybridní integrované obvody (HIO)
Mají čtyři podskupiny:
a) Mnoho čipové
b) Tenkovrstvé
c) Tlustovrstvé
d) Kombinované
Hybridní obvod je vytvořen na nosné nevodivé podložce (keramika, sklo) a jednotlivé funkční prvky jsou vytvářeny různými způsoby.
Analogové integrované obvody (AIO)
Základními analogovými funkcemi jsou zesílení, porovnávání, násobení a dělení, frekvenční filtrace. Většina těchto obvodů se vyrábí monolitickými technikami, převážně bipolární a epitaxně planární technologií. Pro správnou činnost obvodů pracujících se spojitými signály je nutné dodržovat pracovní body s velkou přesností, takže nároky na přesné dodržení parametrů aktivních součástek a parametrů pasivních součástek jsou podstatně vyšší než u číslicových obvodů. Dále se nepříznivě projevuje to, že některé pasivní součástky nelze realizovat monolitickými technologiemi (všechny cívky a kapacity vyšší než několik desítek pF). Tato nevýhoda se obvykle řeší připojení diskrétních součástek k příslušným bodům integrovaného obvodu prostřednictvím vnějších vývodů.
Číslicové integrované obvody (ČIO)
Číslicové integrované obvody jsou určené pro zpracování číselného signálu. Obvykle je tento signál dvouhodnotový (logický). Zpracovává se pomocí logických funkcí realizovaných jednotlivými členy integrovaného obvodu.
Základní logické funkce tvoří soubor matematických operací realizovaných množinou vstupních poměrových signálů.
1) Negace NOT
2) Součet OR
3) Součin AND
4) Negovaný součet NOR
5) Negovaný součin NAND
A, B = Vstupní nezávislé proměnné.
Y = Výstupní závislá proměnná.
Značení logických proměnných signálů:
Logická 0 = značí se „L“
Logická 1 = značí se „H“
(To platí pro pozitivní logiku, pro negativní logiku je to obráceně). Tyto logické proměnné, respektive logické úrovně, jsou u číslicových integrovaných obvodů definovány hodnotami napětí.
Monolitické integrované obvody MIO
Bipolární integrované obvody
Používají jako stavební prvek bipolární tranzistor (elektronickou aktivní součástku řízenou elektrickým proudem, u které se využívá pohybu majoritních i minoritních nosičů náboje). Bipolární součástky se vyznačují poměrně velkou rychlostí činnosti a velkým výkonem. Potřebují jedno napájecí napětí. U bipolárních obvodů LSI se dosahuje menší hustoty integrace vzhledem k poměrně velkému ztrátovému výkonu, který se musí zmenšit chlazením.
V bipolární technologii se postupně vyrobilo více technik používaných u obvodů typu SSI nebo MSI:
RTL Odporově vázaná logika
DTL Diodově vázaná logika
ECL Editorově vázaná logika
TTL Tranzistorově tranzistorová logika
TTL-S Tranzistorově tranzistorová Schottkyho logika (rychlá verze TTL)
Unipolární integrované obvody
Základním stavebním prvkem je unipolární tranzistor (elektronický aktivní prvek řízený elektrickým napětím, u kterého se využívá pohybu pouze majoritních nosičů náboje). Tyto obvody mají některé negativní vlastnosti, především menší rychlost a možnost poškozením statickým nábojem, poměrně vysoké napájecí napětí a napěťovou neslučitelnost s logikou TTL.
Při výrobě unipolárních integrovaných obvodů se uplatňují tyto technologie:
PMOS: Využívá kanálu P, vyznačuje se malou rychlostí.
NMOS: Využívá kanálu N, proti technice PMOS má asi třikrát větší rychlost (elektrony jsou pohyblivější než díry), tato technologie je výhodná a proto se zdokonaluje:
CMOS: Využívá tranzistor s kanálem P tak i tranzistor s kanálem N, v komplementárním zapojení je vždy jeden tranzistor otevřený a druhý zavřený. Výhody: jedno napájecí napětí (1,5 až 9 V), malý ztrátový výkon. Nevýhody: vysoké náklady a menší hustota (kalkulátory a hodinky).
VMOS: Využívá trojrozměrného uspořádání tranzistoru, které podstatně zvětšuje integraci a zlepšuje elektrické parametry obvodu. Modifikace NMOS.
HMOS: Zdokonalená technologie NMOS.
Žádné komentáře:
Okomentovat