Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Vi mạch số - Hoàng Văn Phúc

 HVKTQS 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ 
************ 
8/2015 
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ 
Chương 3: 
Vi mạch số 
TS Hoàng Văn Phúc, Bộ môn KT Vi xử lý 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Các khái niệm cơ bản 
2 
 Mạch tích hợp, hay vi mạch (IC: Integrated Circuit), là một miếng 
bán dẫn chứa các phần tử thụ động (như điện trở, tụ điện, cuộn 
cảm) và các phần tử tích cực (như diode, transistor) cùng với các 
dây nối được chế tạo trên đó theo cùng một công nghệ và đóng vỏ 
chung với nhau. 
 Mạch tích hợp có đặc điểm: 
 Ưu điểm: mật độ linh kiện cao, làm giảm thể tích, giảm trọng 
lượng và kích thước mạch. 
 Nhược điểm: hỏng một linh kiện thì hỏng cả mạch. 
 Các loại mạch tích hơp: 
 Mạch tích hợp tương tự: làm việc với các tín hiệu tương tự 
 Mạch tích hợp số: làm việc với các tín hiệu số 
 Mạch tích hợp hỗn hợp 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Phân loại vi mạch số 
3 
1963: Bipolar TTL Logic Series 7400 
1968: CMOS Logic series 4000 
SSI (Small Scale Integration) : <100 transistors (1963) 
MSI (Medium Scale Integration) : 100-300 transistors (1970) 
LSI (Large Scale Integration) : 300-30K transistors (1975) 
 1974: 1K-bit RAM (4K transistors) 
 1978: uP Intel 8086 : (29K transistors) 
VLSI (Very Large Scale Integration) : 30K-1M transistors (1980) 
 1986: 1M-bit RAM (>1M transistors) 
 1989: uP Intel 80846 (>1M transistors) 
ULSI (Ultra Large Scale Integration) : >1M transistors (1990) 
 2000: uP Intel Pentium 4 (40 M transistors) 
WSI (Wafer Scale Integration): chip IC chiếm toàn bộ wafer 
GSI (Giga Scale Integration) : >1G transistors (2010) 
 2007: 16G-bit RAM 
 2008: Intel Core 2 Quad (820 M transistors) 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Phân loại vi mạch số 
4 
 Theo bản chất linh kiện được sử dụng: 
 IC sử dụng Transistor lưỡng cực: 
• RTL: Resistor Transistor Logic (đầu vào mắc điện trở, đầu ra 
là Transistor) 
• DTL: Diode Transistor Logic (đầu vào mắc Diode, đầu ra là 
Transistor) 
• TTL: Transistor Transistor Logic (đầu vào mắc Transistor, đầu 
ra là Transistor) 
• ECL: Emitter Coupled Logic (Transistor ghép nhiều cực 
emitter) 
 IC sử dụng Transistor trường - FET (Field Effect Transistor) 
• MOS: Metal Oxide Semiconductor 
• CMOS: Complementary MOS 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Sự gia tăng mật độ IC 
5 
1970 1975
1.000
10.000
1980 1985 1990 1995 2000 20102005
100.000
1.000.000
10.000.000
100.000.000
1.000.000.000
10.000.000.000
Năm
S
ố
 l
ư
ợ
n
g
 t
ra
n
s
is
to
r
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Phòng sạch (Clean room) 
6 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Tấm bán dẫn (Wafer) 
7 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
IC 
8 
Silicon wafer 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính điện của IC 
9 
Dải điện áp quy định mức logic 
VD về mức điện áp qui ước với chuẩn TTL: 
Dải điện 
áp không 
xác định 
5V 
2V 
0.8V 
0V 
Vào 
5V 
3,5V 
0,5V 
0V 
Ra 
Dải điện 
áp không 
xác định 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính điện của IC 
10 
 Thời gian truyền: 
 Thời gian trễ: là thời gian trễ thông tin của đầu ra so với 
đầu vào 
 Thời gian chuyển biến: là thời gian cần thiết để chuyển 
biến từ mức 0 lên mức 1 và ngược lại. 
– Thời gian chuyển biến từ 0 đến 1 (thời gian thiết 
lập sườn dương) 
– Thời gian chuyển biến từ 1 đến 0 (thời gian thiết 
lập sườn âm) 
– Trong thực tế, thời gian chuyển biến được đo 
bằng thời gian chuyển biến từ 10% đến 90% giá 
trị biên độ cực đại. 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính điện của IC 
11 
 Thời gian truyền: 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính điện của IC 
12 
 Công suất tiêu thụ ở chế độ động: 
 Chế độ động là chế độ làm việc có tín hiệu 
 Là công suất tổn hao trên các phần tử trong vi mạch, 
nên cần càng nhỏ càng tốt. 
 Công suất tiêu thụ ở chế độ động phụ thuộc 
• Tần số làm việc. 
• Công nghệ chế tạo: công nghệ CMOS có công suất 
tiêu thụ thấp nhất. 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính cơ học của IC 
13 
 Là đặc tính của kết cấu vỏ bọc bên ngoài. 
 Có 2 loại thông dụng: 
 Vỏ tròn bằng kim loại, số chân < 10 
 Vỏ dẹt bằng gốm, chất dẻo, có 3 loại 
• IC một hàng chân SIP (Single Inline Package) hay 
SIPP (Single In-line Pin Package) 
• IC có 2 hàng chân DIP (Dual Inline Package) 
• IC chân dạng lưới PGA (Pin Grid Array): vỏ vuông, 
chân xung quanh 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính cơ học của IC 
14 
Một số dạng đóng vỏ IC: 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Đặc tính nhiệt của IC 
15 
Mỗi một loại IC được chế tạo để sử dụng ở một 
điều kiện môi trường khác nhau tùy theo mục 
đích sử dụng nó. 
 IC dùng trong công nghiệp: 0°C70°C 
 IC dùng trong quân sự: -55°C 125°C 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử AND dùng IC 
16 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử AND dùng IC 
17 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử OR dùng IC 
18 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử NAND dùng IC 
19 
74LS00 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử NOR dùng IC 
20 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
VD: Phần tử XOR và XNOR dùng IC 
21 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Phần tử logic cơ bản dùng IC họ 74 
22 
AND: 74LS08 
OR: 74LS32 
NOT: 74LS04/05 
NAND: 74LS00 
NOR: 74LS02 
XOR: 74LS136 
NXOR: 74LS266 
LOGO Diagram Hot Tip Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 
Bài tập áp dụng 
23 
 Đọc datasheet một số IC. 
LOGO Diagram Hot Tip 
Contents 
Chương 3 - Bài giảng Điện tử số 2015 24 
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! 
Q&A!