العناصر المنطقية على شكل دارة مندمجة ( درس مفصل )

تمهيد:

           كانت بداية التكنولوجيا المعتمدة في تركيب الدوال المنطقية بالثنائي المساري ،ثم بالمقحل وهي كالتالي :

  DTL: (Diode Transistor Logic)  -    RTL: ( Résistor Transistor Logic).

و حاليا  أصبحت تستعمل تقنية الدارات المندمجة

 

 1.    تعريف الدارة المندمجة:

          صفيحة من السليكون تغرس فيها عناصر إلكترونية ( ثنائيات, مقاحل , مقاومات, مكثفات أحيانا... )، توضع داخل علبة من البلاستيك أو السيراميك وتكون موصولة خارجيا بأقطاب خارجية  يتراوح عددها من 8 إلى 64.

 2.    الخصائص المميزة الدارات المندمجة:

الايجابيات	السلبيات
-         الحجم صغير. -         استهلاك ضعيف للطاقة. -         تكلفة أقل. -         الحرارة الناتجة عنها بسيطة لا تحتاج إلى تبريد. -         سرعة عالية للأداء (زمن الاستجابة صغير). -         أي جهاز مصنوع من الدارات المندمجة يتميز بـ: ·        عدد المكونات الداخلية اقل. ·        توصيلات اقل وبالتالي زمن التصنيع أقل.	-    لا يمكنها العمل بتيارات عالية لصغر حجمها وإلا تتلف أجزاؤها الداخلية بسبب الحرارة المتولدة. -    لا يمكن تصنيع بعض العناصر داخلها كالوشائع كما أن تصنيع المقاومات والمكثفات صعب بسبب المساحة الكبيرة التي تحتلها كل منهما وخاصة مع القيم الكبيرة. -    لا يمكن إصلاح الدارات المندمجة عند إتلاف أي جزء منها.

 

 3.    تصنيف الدارات المندمجة:

SSI	MSI	LSI	VLSI
Small Scale Intégration   (الإدماج بسلم صغير)	Medium Scale Intégration (الإدماج بسلم متوسط)	Large Scale Intégration   (الإدماج بسلم كبير)	Very Large Scale Intégration (الإدماج بسلم كبير جدا)
تصل إلى 13 بوابة منطقية مثل (AND,OR,NAND,..) حوالي 100 مقحل.	13 إلى 100 بوابة منطقية مثل (العدادات). 1000 مقحل.	100إلى 1000 بوابة منطقية مثل(المعالجات). 10آلاف إلى 100ألف مقحل.	تفوق 1000 بوابة منطقية. 0,1 إلى 1مليون مقحل.

 

 4.    الخصائص الرئيسية للدارات المندمجة المنطقية:

 o       توتر التغذية (Tension d’alimentation).

o       توتر الدخول  :(Tension d’entrée) توتر دخول مستوى أعلى   - توتر دخول مستوى أدنى .

o       توتر الخروج :(Tension de sortée) توتر خروج مستوى أعلى   - توتر خروج مستوى أدنى .

o       الاستطاعة الممتصة(Puissance absorbée): هي الاستطاعة المتوسطة المستهلكة من طرف الدارة المندمجة.

o       زمن انتشار الإشارة بين المدخل و المخرج(Temps de propagation) : هو زمن تأخير استجابة مخرج عامل منطقي ، عندما يتغير مدخله. نُعرف زمني انتشار:

t_PHL: زمن التأخير للمرور من المستوى المنطقي 1 إلى 0 - t_PLH: زمن التأخير للمرور من المستوى المنطقي 0 إلى 1.

o       المناعة ضد الضوضاء (Immunité aux bruits électriques) : وهي تمثل درجة حساسية الدارة المندمجة للإشارات الطفيلية ( parasites ).

o       La sortance N (Fan Out) : العدد الأقصى N للمداخل المنطقية  التي يمكن ربطها مع مخرج بوابة منطقية.

 

5.    دراسة العائلات المنطقية:

 1.5- عائلة TTL (Transistor Transistor Logic) (مقحل مقحل منطقي):

    تعتبر أشهر العائلات المنطقية وأكثرها استعمالا وأقلها تكلفة ،وتعتمد في صناعتها على تكنولوجيا المقاحل الثنائية القطب بالإضافة إلى عناصر أخرى. تتميز بالخصائص التالية:

·        توتر التغذية 5v.

·        الاستطاعة الممتصة ضعيفة (حوالي mw1 إلى 10mw).

·        سرعة التشغيل عالية.

·        مناعة جيدة ضد الضوضاء.

·        سهولة توصيلها وربطها بالدارات الأخرى.

·        زمن الانتشار يقدر بالنانو ثانية.

   أ- ترميز العائلة TTL:

 

                ب- سلاسل العائلة TTL:

××74	TTL Standart	تتميز بأقل سرعة  من أجل استهلاك عالي.
××L74	TTL Low Power	تتميز باستطاعة ضعيفة لكن زمن الانتشار طويل.
××S74	TTL Schottky	تعمل بسرعة كبيرة ولكن استهلاكها كبير للتيار.
××LS74	TTL Low Power Schottky	تتميز باستطاعة ضعيفة وسرعة كبيرة (مزج بين 74S و 74L).
××F74	TTL Fast	تتميز بسرعة أكبر وزمن أقل 5 مرات مقارنة بالسلاسل السابقة.
××AS74	TTL Advansed	وتسمى بالتكنولوجيا المتطورة لـ TTL.
××ALS74	TTL Advansed Low Power Schottky

 

مثال:

التركيب المنطقي لبوابة NAND بمدخلين.

 

-2- عائلة CMOS (Complimentary Metal Oxyde Semiconductor) (معدن أكسيد شبه ناقل مكمل)

  

 تختلف   عن عائلة TTL من الناحية التكنولوجية، حيث تتكون من مقاحل أحادية القطب تُسمى: MOSFET وعناصر أخرى فعالة ، تتميز بالخصائص التالية:.

·        الاستطاعة المستهلكة شبه معدومة (1nw).

·        توتر التغذية  بين 3V +  إلى +15V .

·        أقل سرعة مقارنة بعائلة TTL.

·        صنع بسيط.

·        زمن الانتشار أقل ببعض العشرات من عائلة TTL.

 

ملاحظة: حتى لا يتلف هذا النوع من الدارات يجب عدم ترك المدخل غير الموصول  في الهواء كما هو الحال في عائلة TTL.

 

                    أ- ترميز العائلة CMOS:

            

 

ب- مجال الحرارة: تشتغل هذه الدارات في المجال الحراري التالي:

·  [-40  ,  85]°C التسلسل التجاري.

·  [-55  ,  125]°C التسلسل العسكري.

جـ- سلاسل العائلة CMOS:

 

4000.	تعتبر هذه السلسلة قديمة. كما ظهرت أيضا في سلسلة 74C ولكن مع نفس رقم العلبة ونفس التكبيل كعائلة TTL.
74HC، 74HCT، 74AHC، 74AHCT.	تسمى بتكنولوجيا CMOS السريعة (Hig speed CMOS)، حيث تتميز بسرعة أكبر من السلسلة السابقة.
74LV، 74HCT، 74ALVC، 74LVT، 74ALVC.	تعمل بتوتر منخفض تستعمل في الهاتف النقال.

 

 ملاحظة: تستعمل تكنولوجية TTL في صناعة أجهزة الكمبيوتر الكبيرة، وتكنولوجية CMOS في صناعة أجهزة الكمبيوتر الصغيرة، كما أنها تستعمل بكثرة في المعالجات Microprocesseurs.

 

مثال:

التركيب المنطقي لبوابة NOR بمدخلين.

 

3-5 . جدول مقارنة بين العائلة TTL و CMOS.

	العائلة زمن الانتشار (ns) الاستطاعة المستهلكة mW التردد الأعلى (MHz) توتر التغذية (V) Sortance TTL 10 10 30 +5  ± 5% 10 TTL-LS 10 2 30 +5 ± 5% 20 C-MOS 40 0.3 10 +3 à +15 50 HC-MOS 10 0.3 30 +3 à +15 50

 

 

   لتحميل الدرس يرجى النقر على الرابط الاتي       

  درس الدارات المندمجة