Арифметико-логические основы схемотехники

с. 1 с. 2 с. 3 ... с. 7 с. 8

Лекция № 3.


Сумматоры.

Пример №1.


Сi – перенос из старшего разряда в младший;

Сi+1 – перенос из младшего разряда в старший.


Аi

Вi

Сi

Si

Ci+1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

Уравнение суммы:


СДНФ: Si = Аi·Вi·Сi V Аi· Вi· Сi i ·Вi ·Сi i·Вi·Сi


СКНФ: Ci+1 i·Вi·Сi V Аi·Вi· Сi i·Вi·Сi i·Вi·Сi .
Функция суммы:

Минимизация определяется так: проверяют есть ли рядом стоящие единицы (если их нет, то склеивания нет),

х уVх у = х (у V у) = х

т.е. функция не подлежит минимизации.


Функция переноса:

Склеивание есть, следовательно, минимизация здесь работает.

2к (к=0,1,2,…,(n-1)), где n – число переменных у данной функции (у нас 3 переменные).

Ci+1= АС V BC V AB


Пример №2.

Возьмем 4 переменные:



При минимизации вместо * можно писать либо 0, либо 1(по своему усмотрению).

Здесь заменим * на 0. n = 4, k=0,1,2,3. Число прямоугольников должно быть минимальным, а число единиц в прямоугольнике максимальным.

МДНФ: у = f (х1, х2, х3, х4) = х2 · х32 ·х4 V х1·х2 ·х3 V х3 ·х4



Технологические основы схемотехники.
Биполярный транзистор представляет собой два диода:

Технология:



  1. диффузия

  2. фотолитография

  3. изоляция (окись кремния)

  4. окисление

  5. металлизация


Схема биполярного транзистора.

1) 2) 3) 4)



5) 6) 7) 8)





  1. 10)




  1. серийный процесс (окисление пластины полупроводника)

    1. заштрихованная часть – это окись (SiO2)

    2. сплошные линии означают, что это алюминий (Al)

  1. первая фотолитография для вскрытия окон

  2. первая диффузия с целью формирования коллекторной области транзистора

  3. вторая фотолитография с целью вскрытия окон

  4. вторая диффузия, совмещенная с окислением для получения базовой области транзистора

  5. третья фотолитография с целью вскрытия окон

  6. третья последняя диффузия, совмещенная с окислением для получения эмиттерной области (базы/транзистора). Здесь n+ - избыточное количество электронов

  7. четвертая фотолитография для вскрытия окон

  8. металлизация

10)пятая фотолитография с целью избирательного травления металлической пленки.

Полупроводниковый конденсатор.




Лекция № 4.


Униполярные транзисторы (полевые).

В униполярных транзисторах в качестве носителей используются либо электроны, либо дырки (но не одновременно). Управление работой этих транзисторов осуществляется электрическим полем (поэтому эти транзисторы называют полевыми).

Первый униполярный транзистор (с управляющим р-n переходом):



Различают два типа униполярных транзисторов:

- с управляющим p-n переходом;

- с изолированным затвором.



В качестве изолятора использовался SiO2.

Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают:

- с индуцированным каналом проводимости

- с металлургическим (встроенным) каналом проводимости

МОП МДП

Технологический процесс изготовления МОП транзисторов.

1) 2) 3) 4)



5) 6) 7)





  1. исходная пластина кремния n-типа, покрытая окисью SiO2

  2. фотолитография для вскрытия окон под диффузию носителей р-типа

  3. диффузия (Бора)

  4. фотолитография для вскрытия окон с целью осаждения защитного слоя высокого качества (слой SiO2 толщиной 0,1 мкм)

  5. формирование сверхчистого изолирующего слоя

  6. фотолитография с целью вскрытия окон под контакты

  7. металлизация и травление для получения проводников


Комплиментарные транзисторы (составные).

Это пара транзисторов с противоположной проводимостью.



При таком подходе один из транзисторов всегда закрыт. Такая схема практически не потребляет энергии.



Технологический процесс изготовления.


Лекция № 5.


Базовые логические элементы.

Базовые элементы представляют собой схемы, содержащие электронные ключи и реализующие базовые логические функции: &,V,¬.

В общем случае электронный ключ представляет собой следующее:

Управляются такие ключи импульсами:



Um – машинный ноль.

Многоэмиттерная логика используется для построения базовых логических элементов.

у = f (х1, х2) = х1·х2

Базовые логические элементы используются в трех режимах (состояниях):

- с открытым коллектором

- с открытым эмиттером

- с тремя устойчивыми состояниями

Логические элементы с тремя устойчивыми состояниями:

ВК – выбор кристалла.

При наличии разрешения (ВК = 1) элемент работает как обычно, выполняя свою логическую операцию, а при его отсутствии (ВК = 0), транзисторы закрыты и выход находится в состоянии «отключено» и на выходе получается огромное сопротивление 1010 – 1015 Ом. Это устройство служит для включения или выключения элементов.



Для обозначения элементов с тремя устойчивыми состояниями применяется следующий знак:


Схема с открытым коллектором.

Схема И-НЕ:


Схема, которая не имеет нагрузочное сопротивление. Обозначается: ◊ .


Схема с открытым эмиттером.

Схема ИЛИ-НЕ:



Используется для умощнения (повторяет сигнал на входе, чем и умощняет сигнал). Обозначается: ◊


Базовые логические элементы. Условное графическое обозначение (УГО) и классификация.

Базовые логические элементы организуют базовые логические функции: &, V, ¬, .

Выделяют два вида приборов:

- биполярные

- униполярные

Инверсия (НЕ): представляет собой один транзистор. Обозначается прямоугольником (размер кратен 5 мм).

В корпусе может быть до шести элементов НЕ (на кристалле).

Американский инвертор (NO\NOT):



Конъюнкция (И): минимум два аргумента (два входа).


  1. без инверсии (на трех транзисторах)

схема И (ЛИ):

·

Количество входов может быть произвольным, но обычно колеблется от 2 до 6.

2) с инверсией (два транзистора)

Схема И-НЕ (ЛА):



Американская конъюнкция(AND\NAND):


  1. схема И:


2) схема И-НЕ



Логический элемент (ИЛИ):

  1. схема ИЛИ (без инверсии) ЛЛ:

2) схема ИЛИ-НЕ (с инверсией) ЛЕ:



В корпусе может быть до четырех элементов.

Американское ИЛИ.


  1. OR



  1. NOR



Сложение по модулю два (исключающее ИЛИ):

  1. без инверсии ЛП:



  1. с инверсией ЛП:

Американское сложение по модулю два:



  1. без инверсии



  1. с инверсией

Располагается до четырех элементов в корпусе. Два элемента последовательно и два между собой параллельно.


Американское 2х2 И-ИЛИ (НЕ):

ЛР

х0 ·х1 V х2· х3


с. 1 с. 2 с. 3 ... с. 7 с. 8