Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 8: Các họ vi mạch số

Chương 8: Các họ vi mạch số Các họ mạch logic lưỡng cực Các họ mạch logic đơn cực Các đặc trưng của các vi mạch số Phân loại Khái niệm họ vi mạch số (họ các phần tử Logic) họ mạch logic lưỡng cực RTL (resistor – transistor logic) DTL (diode-transistor logic) TTL (transistor-transistor logic) họ mạch logic đơn cực PMOS NMOS CMOS Các đặc trưng cơ bản của IC Tốc độ hoạt động: phụ thuộc vào thời gian trì hoãn truyền tải: Hàm chức năng mà mạch phải thực hiện Fan in, Fan out Thời gian trễ trung bình Tần số hoạt động lớn nhất cho phép Khả năng chống nhiễu Công suất tiêu thụ Các yêu cầu về nguồn điện Miền nhiệt độ họat động: 0-700C cho các ứng dụng tiêu dùng và công nghiệp, từ 550C – 1250C cho các mục đích quân sự input output Các đặc trưng cơ bản của IC (tt) Các tham số dòng và áp: VIH (điện áp tối thiểu mà cổng có thể nhận biết mức 1) VIL (điện áp tối đa mà cổng có thể nhận biết mức 0) VOH(điện áp tối thiểu tại đầu ra tương ứng mức 1) VOL (điện áp tối đa tại đầu ra tương ứng mức 0) IIH (dòng tối thiểu được cung cấp tương ứng với mức 1) IIL (dòng tối đa được cung cấp tương ứng với mức 0) IOH (dòng cực đại mà ngõ ra cung cấp tương ứng với mức 1) IOL (dòng cực tiểu mà ngõ ra cung cấp tương ứng với mức 0) Các đặc trưng cơ bản của IC (tt) Nhiễu Diode Diode dẫn điện theo một hướng Đặc trưng của Diode là điện áp ngưỡng Vt Khi VD>Vt thì sẽ có dòng điện ID Transistor lưỡng cực Transistor lưỡng cực (Bipolar transistor) ~ transistor lưỡng cực nối - BJT( Bipolar junction transistor) có hai loại: NPN PNP Các cực: Cực nền (Base) Cực phát (Emitter) Cực thu (Collector) Hoạt động chuyển mạch BJT được điều khiển bởi: VBE, VBC, IB B E C B E C Các ký hiệu của PJT a) NPN b) PNP Họ RTL (resistor – transistor logic) Là loại vi mạch đều tiên Nhược điểm: Cần có các điện trở lớn, độ chính xác và tính ổn định cao Tốc độ hoạt động của mạch thấp Ví dụ, một cổng NOR RTL HỌ DTL (DIODE-TRANSISTOR LOGIC) Ví dụ, cổng NAND DTL Họ TTL (transistor-transistor logic) Các loại RTL và DTL sớm bị thay thế bởi TTL CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỌ TTL CHUẨN Loạt IC TTL chuẩn đầu tiên gọi là seri 54/74 Khoảng nhiệt độ và điện thế nguồn Seri 74 : 4.75  5.25 ; 00C  700C Seri 54 : 4.5  5.5 ; -550C  1250C Mức điện thế của seri 74 Công suất tiêu hao bình quân một cổng khoảng 10mW tpLH=11ns ; tpHL=7ns ; tdelay = 9ns Đầu ra TTL chuẩn có thể kích thích 10 đầu vào TTL chuẩn Họ TTL cải tiến (Schottky TTL) Thay transistor lưỡng cực bằng transistor lưỡng cực bị kẹp sckottky Diode Schottky có Vt thấp hơn loại thường B E C B E C Các tính chất của IC TTL HỌ TTL BA TRẠNG THÁI (TRISTATE) MẠCH LOGIC MOS MOS (Metal – Oxide Semiconductor) Transistor MOS hiệu ứng trường (MOSFET – MOS Field- Effect Transistor) Các loại MOSFET: NMOS tăng cường, NMOS suy biến PMOS tăng cường , PMOS suy biến Ký hiệu Ehancement-Mode NMOS: G D S B Đặc điểm của logic MOS So với họ lưỡng cực thì N-MOS và P-MOS có tốc độ hoạt động chậm hơn, tiêu hao năng lượng ít hơn, giới hạn nhiễu hẹp hơn, khoảng điện thế nguồn nuôi lớn hơn, hệ số tải lớn hơn và đòi hỏi ít chỗ trên chip hơn Mức logic dành cho mạch MOS là: V(0) ≈ 0V V(1) ≈ VDD VD mạch NOT dùng NMOS tĩnh: Input Output VDD CMOS Kết hợp transistor kênh P với transistor kênh N Công suất tiêu thụ trạng thái tĩnh nhỏ Tốc độ chuyển đổi trạng thái cao Khả năng chống nhiễu tốt Khả năng tải lớn Bộ chuyển đổi ADC - DAC Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC ADC 0801/ ADC0802/ ADC0803/ ADC0804/ ADC0805 (IC CMOS 20 chân). IC DAC chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự Tự đọc thêm Vấn đề giao tiếp giữa các họ Logic Hazard