ВВЕДЕНИЕ

Последнее десятилетие характеризуется высоким совершенством как профессиональной, так и любительской радиоэлектронной аппаратуры. Дальнейшее повышение технического уровня радиоэлектронной аппаратуры достигается путем ее миниатюризации на основе развития функционально-узлового метода конструирования и использование новой элементной базы-- интегральных микросхем. Благодаря таким достоинствам, как высокая надежность, малые габариты и энергопотребление, сравнительно невысокая стоимость, производство интегральных микросхем бурно расширяется во всех странах мира.

Проникнув в самые разнообразные виды радиоэлектронной техники -- от сложнейших управляющих комплексов до бытовых приборов и устройств, микросхемы значительно расширили сферу применения радиоэлектронных средств и обеспечили высокий технико-экономический эффект от их внедрения. Постепенно возрастает такой показатель современной аппаратуры, как количество функций, приходящихся на единицу объема и массы, существенно повышается срок службы аппаратуры, снижается ее эквивалентная стоимость.

Однако возможности интегральной электроники далеко еще не использованы в практике, особенно в радиолюбительской. Внедрение интегральных микросхем в радиолюбительскую аппаратуру значительно отстает от темпов развития профессиональной аппаратуры, в которой используются микросхемы.

Слабое внедрение микросхем в радиолюбительскую аппаратуру можно отнести за счет недостаточного освещения в литературе возможностей и преимуществ микросхем и опыта их применения. В связи с этим до сих пор наблюдается определенная «робость» радиолюбителей при использовании микросхем.

Переход радиолюбителей к широкому применению микросхем в аппаратуре позволит не только повысить качество аппаратуры в целом, но и ускорить сроки ее разработки и создания, избежать ряда традиционных неудобств, в том числе настроек и подстроек, свойственных сборке узлов и блоков из навесных компонентов. В то же время он потребует отказа от некоторых традиционных схемных решений, более продуманного выбора элементной базы -- интегральных микросхем, знания их номенклатуры и принципов синтеза устройств. Интегральная технология, возникшая как дальнейшее развитие и совершенствование способов и процессов, принятых в производстве полупроводниковых приборов, не только породила новые представления об оптимальных функциональных структурах и рациональных способах их построения, но и вызвала к жизни новые принципы проектирования и конструирования аппаратуры, оказала глубокое влияние на все этапы разработки, производства и эксплуатации радиоэлектронных устройств.

Из многочисленных серий цифровых микросхем на полевых транзисторах наибольшее распространение получили серии микросхем КМОП.

Сокращение КМОП -- это начальные буквы четырех слов из полного определения: комплементарные полевые транзисторы со структурой металл -- окисел -- полупроводник. Слово комплементарный переводится как взаимно дополняющий. Так называют пару транзисторов, сходных по абсолютным значениям параметров, но с полупроводниковыми структурами, взаимно отображенными как бы в виде негатива и позитива. В биполярной схемотехнике -- это транзисторы n-p-n и p-n-p, в полевой p-канальные и n-канальные. Здесь p -- первая буква слова positive, и-- negative.

Интересно, что на первых этапах развития биполярных цифровых микросхем предсказывали широкое распространение комплементарных биполярных логических элементов на p-n-p и n-p-n транзисторах. К примеру, если в ТТЛ удалось бы заменить выходной каскад на двухтактный комплементарный, принципиально повысилась бы экономичность элемента. Однако биполярная комплементарная транзисторная логика не прижилась из-за трудности изготовления на кристалле большого количества» компактных по площади и высококачественных по параметрам интегральных p-n-p транзисторов.

Напомним, что в аналоговой схемотехнике, где p-n-p транзисторы просто необходимы как для упрощения схемотехники, так и для улучшения свойств усилителей, проблема создания хороших p-n-p транзисторов для технологов все еще существует. Поэтому реально биполярные микросхемы ТТЛ имеют на выходе так называемый квазикомплементариый каскад. На кристалле, делают только n-p-n транзисторы. Эта компромиссная схема элемента ТТЛ оказалась оптимальной и перспективной на многие десятилетия.

Первые попытки выпускать серии простых полевых элементов к успеху не привели. Логические элементы получались крайне медленнодействующими, поскольку внутреннее сопротивление канала у полевого транзистора на порядок больше, чем сопротивление между коллектором и эмиттером насыщенного биполярного транзистора. Однополярные микросхемы МОП не отличались ни помехоустойчивостью, ни малой потребляемой мощностью. Хорошие результаты дало применение двуполярного инвертора, построенного на комплементарной полевой паре.

В середине 60-х годов был достигнут большой прогресс в разработке МОП - транзистора -- элемента с ничтожно малым тепловыделением и простой конструкцией. Эти факторы позволили изготовить ИС с еще более высокой плотностью расположения элементов, что, в свою очередь, привело к сборке целого процессора (т. е. основы ЭВМ) на одном кристалле небольших размеров.

В начале 70-х годов фирме Intel (США) удалось разработать микропроцессор (Р), хотя вначале его набор команд и разрядность шины данных были небольшими. За первым микропроцессором типа 4004 вскоре был создан микропроцессор типа 8008 с 8-разрядной шиной передачи данных, а затем -- микропроцессор 8080 с более совершенной системой команд.

В настоящее время разрабатываются микропроцессоры с 16-разрядными шинами передачи данных (1 бит--1 двоичному числу) и с еще большим набором команд.

Одновременно с созданием микропроцессоров разрабатывались полупроводниковые ЗУ на МОП - транзисторах, поэтому в настоящее время уже на одной плате можно разместить целый компьютер. Цена такого компьютера составляет от сотни до нескольких тысяч долларов, а зависимости от объема ЗУ и состава системы внешних устройств для ввода данных и вывода на магнитную ленту.

С появлением микропроцессоров область применения ЭВМ существенно расширилась. Если вначале компьютеры применялись только в научно-исследовательской работе и АСУ, то сегодня их можно встретить и в швейных машинках, бензоколонках и в кассовых аппаратах. Можно назвать также персональные компьютеры, которые используются не только любителями разнообразных хобби, но и профессионалами, занимающимися разработкой проектов автоматизации систем распределения газа, электричества и воды и других систем управления процессами.

Несмотря на интенсивную разработку микропроцессоров, потребность в схемах на ТТЛ- и КМОП - элементах с относительно невысокой степенью интеграции остается, как и прежде, большой. Это связано с тем, что такие элементы обеспечивают большую гибкость при разработке логических схем, предназначенных для применений, в которых важную роль играют скорость переключения, небольшие размеры и небольшая стоимость.