25.1 Семейства цифровых микросхем

Все микросхемы принято группировать в семейства. Микросхемы, входящие в одно семейство, имеют одинаковые или близкие электрические параметры и единый принцип, положенный в основу их построения. Вместо термина «семейство» можно употреблять термин «серия».

Наиболее распространенными являются 3 семейства:

– ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика). В основу семейства положены биполярные транзисторы. Данное семейство имеет множество подсемейств, которые отличаются различными модификациями, позволяющими увеличить быстродействие и уменьшить энергопотребление. ТТЛ-серия самая распространенная в мире;

– КМОП. Серия, основанная на усовершенствованной (комплиментарной) структуре построения микроэлектронных схем на трехслойной (МОП) основе металл–окисид–полупроводник. Так же, как и у ТТЛ, имеются подсемейства. КМОП-серию отличает низкое энергопотребление;

– ЭСЛ. Самая редкая серия, имеет самое высокое быстродействие. В основе лежат биполярные транзисторы, включенные по схеме дифференциального усилителя.

Кроме того, существует множество других семейств, но они по ряду причин не получили широкого распространения.

Из этих трёх семейств рассмотрим подробно два наиболее распространенных – ТТЛ и КМОП.

Серии ТТЛ. Базовой серией микросхем ТТЛ является серия 155. С неё началось семейство ТТЛ-микросхем. В ней насчитывается более 100 наименований микросхем. Развитием этой серии в сторону уменьшения потребляемой мощности явилась серия 555, построенная с применением транзисторов Шотки. Для получения более высокого быстродействия была разработана серия 531. И, наконец, наиболее совершенная разработка – серии 1533 и 1531, которые имеют высокую скорость работы при низком энергопотреблении. Данные серии являются самыми распространёнными из серий ТТЛ, но не единственными. Все микросхемы одного логического типа вне зависимости от принадлежности к разным сериям ТТЛ полностью совпадают по выполняемой функции и распределению выводов в корпусе.

Серии КМОП. Серии КМОП не имеют существенных отличий друг от друга – это серии 176, 561, 564 и 1561. Особенностью КМОП микросхем является очень большой разброс и нестабильность напряжения переключения: область входных напряжений, в которой может находиться порог переключения КМОП микросхем, составляет примерно треть напряжения питания (тогда как для ТТЛ микросхем эта область на один-два порядка меньше). Второй особенностью микросхем КМОП является ничтожное потребление тока в статическом режиме 0,1…100 мкА. При работе на максимальной рабочей частоте потребляемая мощность увеличивается и приближается к потребляемой мощности наименее мощных микросхем ТТЛ.

Все микросхемы одного логического типа вне зависимости от принадлежности к разным сериям КМОП полностью совпадают по выполняемой функции и распределению выводов в корпусе.