Сторінка
1

Характеристики та параметри логічних ІМС

Важливими характеристиками логічних мікросхем є вхідні та передаточні характеристики. Вхідні характеристики - це графічна залежність величини вхідного струму Iвх від величини вхідної напруги Uвх, тобто Iвх = f (Uвх). За видом вхідних характеристик логічні мікросхеми можна розділити на дві групи. До першої відносяться схеми, в яких при відсутності вхідних напруг вхідний струм відсутній і з'являється, коли рівень вхідної напруги досягне певної величини (рис.1,а крива 1). Для мікросхем другої групи, навпаки, - при відсутності вхідної напруги струм вхідного кола має максимальне значення, а при збільшенні вхідної напруги - струм зменшується (рис.1,а крива 2). Передаточні характеристики логічної ІМС визначають залежність вихідної напруги схеми від напруги на одному з вхідних виводів при визначених постійних напругах на інших входах, тобто Uвих = j (Uвх).

Приблизний вигляд передаточних характеристик наведено на рис.1,б. Крива 1 на рис.1,б показує, що логічна мікросхема працює без інверсії сигалу: при малій вхідній напрузі вихідна напруга близька до нуля, при збільшенні вхідної напруги рівень вихідної також збільшується. Крива 2 на цьому ж рисунку показує, що логічна мікросхема працює з інверсією вихідного сигналу, коли малій вхідній напрузі відповідає високий роівень вихідної, а при збільшенні вхідної напруги, вихідна - зменшується. Чим різкішим є перехід між максимальним та мінімальним рівнями вихідної напруги, тим чіткіше працює схема і тим вища її якість.

Рисунок 1 Приблизний вигляд вхідних (а) та передаточних (б) характеристик логічних мікросхем.

Від функціональної складності мікросхеми залежить і система її електричних параметрів, які найчастіше розділяють на статичні та динамічні.

Статичні параметри ІМС: напруга джерела живлення ; вхідна , та вихідна , напруги відповідно низького (лог.0) та високого (лог.1) рівнів (рис.2); вхідний , та вихідний , струми при напругах відповідно низького та високого рівнів; коефіцієнт розгалуження по виходу Kр (або інакше навантажувальна спроміжність), який визначає кількість мікросхем-навантажень даної серії, що можна під'єднати до виходу даної мікросхеми; допустима напруга статичної завади , яка характеризує статичну завадостійкість мікросхеми та середня потужність споживання: .

Динамічні параметри ІМС характеризують властивості ІМС в режимі перемикання. До них відносяться (див. рис.2): час затримки розповсюдження сигналу при вмиканні та вимиканні ; середній час розповсюдження сигналу через ІМС від її входів до виходів (визначається як півсума затримок при вмиканні та вимиканні); динамічна завадостійкість; динамічна потужність споживання.

Потужність, яка споживається мікросхемою в режимі перемикання, значно вища, аніж в статичному режимі. Для деяких типів ІМС таке первищення може досягати двох - трьох порядків. Це пояснюється наявністю в мікросхемах ємнісних елементів, роботою біполярних транзисторів в режимі насичення, іншими причинами. Вказану обставину необхідно враховувати при розрахунках енергоємності джерел живлення мікроелектронних пристроїв.

Динамічна завадостійкість кількісно визначається амплітудою короткочасного імпульсу завади на вході ІМС, при якій рівень сигналу на виході не виходить за встановлені межі. Причиною виникнення імпульсів завад можуть бути ємнісні та індуктивні зв'язки в міжз'єднаннях, джерела потужних енергетичних випромінювань (реле, тиристори та ін.), імпульси струму та напруги в колах живлення. Існує тісний взаємозв'язок між часовими параметрами та завадостійкістю: чим менша середня затримка сигналу, тобто, чим вища швидкодія ІМС, тим нижча її динамічна завадостійкість. Про це необхідно пам'ятати при виборі ІМС: неоправдане завищення вимог до швидкодії обов'язково приведе до зниження надійності пристроїв через збої під впливом імпульсів завад. З швидкодією безпосередньо пов'язаний ще один важливий показник - споживана потужність: чим вище швидкість перемикання, тим більша потужність споживається ІМС від джерела живлення. В свою чергу, споживана потужність визначає рівень розсіюваної потужності, а через цей показник - густину розміщення елементів в напівпровідниковому кристалі, тобто рівень інтеграції: чим вищий рівень споживаної потужності, тим нижчий рівень інтеграції. Тому практично доцільно мати серії ІМС з різною швидкодією та енергоспоживанням.

Крім статичних та динамічних параметрів, що характеризують електричні режими роботи логічної ІМС, використовуються і експлуатаційні параметри, до яких відносяться: діапазон робочих температур; допустимі механічні навантаження (вібрації, удари, лінійні прискорення); межі допустимих змін атмосферного тиску, вологості та ін.