3/4/2015
Integrisani digitalni sklopovi
Vanr.prof.dr.Lejla Banjanović‐
Mehmedović
Sadržaj rada
 Integrisani digitalni sklopovi. Tehnička realizacija digitalnih sklopova.
 Logički sklopovi. Bulova algebra.  Realna logička kola (korištenjem DTL, RTL,TTL i CMOS logike).
 Primjeri sinteze logičkih funkcija. Optimizacija realizacije logičkih funkcija.
 Kombinacijski sklopovi. Sabirač i oduzimač. Koderi i dekoderi. Multiplekseri i demultiplekseri. Primjeri sinteze kombinacionih kola u automatici i robotici.
 Sekvencijalni sklopovi. Elementarni automati. Flip‐flopovi kao memorijski elementi. Registri i brojači. Primjeri sinteze sekvencijalnih kola u automatici i robotici.
robotici
 Mašina konačnog stanja. Primjeri u automatici i robotici.
 Složena sekvencijalna kola. Analogno digitalna i digitalno analogna konverzija. Programabilne memorije.  Napredna digitalna kola. Sistemi na čipu. FPGA kola.
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
1
3/4/2015
Literatura:
 Autorizovan predavanja iz predmeta “Projektovanje logičkih sistema” prof. dr. Lejla Banjanović‐
Mehmedović
 www.lejla‐bm.com.ba
 Autorizovane auditorne i labaratorijske vježbe asistent j
j
mr. Ivan Bosankić
 Ostali web izvori shodno sadržaju gradiva
 http://www.electronics‐tutorials.ws
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
Način rada na predmetu
 Prisutnost nastavi: 5
 Projekat:  Završni rad: PLS 1
45
50
Integrisani logicki sklopovi
2
3/4/2015
Sklopovi kao sklopke
 U digitalnoj elektronici sklopovi u velikoj mjeri koriste isključivo kao sklopke.
 Binarni sistem
 Primjer brojača u automobilu
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
Integrisana kola
 Integrisano kolo – u jednom kućištu su integrisani svi
potrebni
b i djelovi
dj l i kola, tranzistori, diode, kondenzatori, k l i
i di d k d
i otpornici.
 Realna logička kola ili digitalna kola ‐ obrazuju se od
elektronskih elemenata koja posjeduju izrazita prekidačka
svojstva.  Logička kola ‐ izlaz isključivo zavisi od trenutnog signala na ulazu
 Memorijski elementi (elementarni
(
automati) ‐
) izlaz zavisi od
ulaznog signala i od prethodnog stanja u kome se elementarni
automat nalazio.
 U praksi realizovane samo funkcije I, ILI, NI, NILI i PLS 1
ekskluzivno ILI. Logička kola realizuju elementarne Bulove funkcije. Integrisani logicki sklopovi
3
3/4/2015
Klasifikacija IC prema nivou integracije
 Klasična podjela prema nivou integracije
 SSI (Small‐Scale Integration), IC niskog nivoa integracije. Do 10 logičkih kola.
 MSI (Medium‐Scale Integration), IC srednjeg nivoa integracije. Od 10 do 100 logičkih kola: registri, brojači i sabirači.
 LSI (Large‐Scale Integration), IC velikog nivoa integracije. 100 ‐ 1000 logičkih kola: kontroleri, memorijski čipovi manjeg kapaciteta i programabilne logičke komponente.
programabilne logičke komponente
 VLSI (Very Large Scale Integration), IC veoma velikog nivoa integracije. Više od 100.000 logičkih kola: memorije velikog kapaciteta, mikroprocesori, mikroračunari na čipu i različiti hardverski akceleratori.
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
VLSI tehnologija
 Veoma visok nivo integracije (VLSI –
(VLSI Very‐large‐scale Very large scale Integration) više stotina hiljada gejtova:
 Uobičajena integrisana kola
 Kola po narudžbi
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
4
3/4/2015
Komercijalno dostupne logičke familije
 DTL – Diodno‐tranzistorska logika
 RTL – Otporno‐tranzistorska logika
 TTL – Tranzistor‐tranzistorska logika  TTL ‐ bila najčešće korištena logika;  osnova multiemiterski transistor => ušteda prostora;  povećana brzina rada , smanjena potrošnja energije
 ECL – Logika sa emitorskom spregom  MOS –
MOS Metal‐oksid‐poluprovodnik
Metal oksid poluprovodnik
 Potrošnja po logičkom kolu je znatno manja u odnosu na bipolarna logička kola. Ovo ih čini znatno ekonomičnijim u radu.
 CMOS – Komplementarni metal‐oksid‐poluprovodnik
 velika gustoća pakovanja, povećana brzina rada PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
Standardna digitalna integrisana kola  IC fiksne funkcije koja se proizvode u masovnim j
j
p
serijama za nepoznatog kupca
 Standardizovana funkcija i pakovanje
 komponente sa istom oznakom, proizvedene od strane različitih proizvođača posjeduju identično pakovanje, raspored pinova, logičku funkciju i približne električne karakteristike.
 Serije i familije:
 Serija 7400. Familije: 74LS (TTL), 74HC (CMOS), 74HCT (BiCMOS), ...  Serija 4000 (CMOS)
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
5
3/4/2015
Standardna digitalna IC (serija 7400)
DIP pakovanje
7404 - Raspored pinova
 IC niskog i srednjeg nivoa integracije (do 100 logičkih kola u jednom
čipu)
 Više od 100 tipova kola: osnovna logička kola, digitalna kola složenije
funkcije (npr. 4-bitni brojač, dekoder 3-u-8, 4-bitni komparator, 8-bitni
sabirač)
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
Standardna digitalna IC (serija 7400)
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
6
3/4/2015
Standardna digitalna IC (realizacija složenijih funkcija)

PLS 1
f = x1x2 + x2`x3
Integrisani logicki sklopovi
Daljnji razvoj integriranih poluprovodničkih logičkih sklopova
 IC se klasificiraju prema logičkim familijama:
 prema naponu napajanja: TTL 5V, postoje familije sa 2.5 i 3.3V
 prema načinu proizvodnje i tehnologiji: monolitna (čip) i hibridna (realizacija pasivnih komponenti)
 podjela na: bipolarne IC (koriste bipolarne tranzistore n‐p‐n i p‐n‐p, TTL familija bipolarnih IC) i unipolarne IC (koriste MOSFET‐ove, odnosno CMOS kola)
 Daljnji razvoj integriranih poluprovodičkih logičkih sklopova:
 BiCMOS (bipolar and CMOS) tehnologiji, koja kombinuje velike brzine BJT s malom disipacijom CMOS‐a.  GaAs (Gallium Arsenide) tehnologiji, u kojoj se umjesto silicija koristi GaAs, kod kojeg su pokretljivosti nosilaca naboja znatno veće (a time veće I brzine rada). 
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
7
3/4/2015
Digitalna logička kola
 Logičko kolo ili gejt
 Biblioteka gejtova
 Standardni gejtovi
 Bibiloteke gejtova sadrže manji broj gejtova koji se biraju u skladu sa sljedećim kriterijumima:
 Frekvencija korišćenja.
 Proširljivost operatora na više od dvije promenljive. P ši lji t t iš d d ij lji  Jednostavnost konstrukcije
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
Savremena digitalna IC
 Savremena IC su VLSI. Stariji tipovi čipova koriste se rijetko ili samo kao rezervni dijelovi za starije uređaje.
 Koncept ˝sistem na ploči˝ zamenjen je konceptom ˝sistem na čipu˝.
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
8
3/4/2015
Kućišta integrisanih kola
 Dvostrano kućište (DIL – Dual In Line), proizvedeno sa spoljnim izvodima duž obje strane. Maksimalan broj izvoda je 68.
 Mreža nizova izvoda (PGA – Pin Grade Array) sa izvodima (oko 120 u tipičnom slučaju) uređenim u kolonama i izdvojenim iz kućišta.
 Nosioc kućišta bez izvoda (LCC – Ledless Chip Carrier) i J – nošen nosač kućišta (JLCC – J–
Leaded Chip Carrier) su kvadratna kućišta sa spoljnim spojevima izdvojenim duž svake strane, i u slučaju JLCC uvrnuto ispod osnove.
 Površinsko kućište u kome su izvodi izdvojeni u oblik pogodnom za površinsku štampu (BGA –
Ball Grid Array).
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
SoC u budućnosti
System on chip je tehnologija koja se koristi u malim sve
složenijim elektronskim uređajima.
uređajima Takvi uređaji imaju više
snage i memorije nego prosječni računar star 10 godina.
 SoC opremljen nano-robot (nano roboti mikroskopsih
dimenzija).
 Soc video uređaji
 Soc audio uređaji mogu omogućiti gluhima da čuju
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
9
3/4/2015
-FPGA (Field-Programmable-Gate-Array –Univerzalni programabilni
logički sklop )
•FPGA industrija je nastala iz PROM memorije i PLD programiranih
logičkih uređaja.
•Svaka
S k FPGA komponenta
k
t se sastoji
t ji od
d velikog
lik
b j identičnih
broja
id tič ih logičkih
l ičkih
blokova (ćelija) i rekonfiguracijskih veza
Instalirana snaga kogeneracijskih postrojenja
PLS 1
Integrisani logicki sklopovi
10
Download

Predavanje 01 - Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović