Уроки Arduino

R9AL | 2021 / Уроки Arduino : Основы электроники > Микросхемы.

Немного истории

Историю появления микросхем наверное следует начать с 1950-х годов, с появлением функциональных модулей, прямых предков гибридных микросхем. По мере развития электроники схемы становились все сложнее, что неизбежно вызвало проблемы с ростом общих габаритов, веса и надежности. Первым этапом миниатюризации было уплотнением монтажа, максимальное увеличение объемной плотности, детали располагались максимально близко друг к другу, а вся схема разбивалась на функциональные блоки.

Появление транзисторов и миниатюрных деталей потребовало принципиальных изменений монтажа и новый шаг был сделан с появлением уже известных нам печатных плат.

Следующим, промежуточным этапом между функциональными узлами и интегральными микросхемами стали микромодули, в которых наряду с пленочными компонентами применялись обычные дискретные. Печатный монтаж с применением микромодулей

Дальнейшим развитием микромодулей стало создание в 1962 году Ленинградским НИИ Радиоэлектроники первой в мире гибридной интегральной схемы.

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер (англ. Geoffrey Dummer) впервые выдвинул идею объединения множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий. Но уже в 60-х это стало возможно и началось стремительное развитие микроэлектроники. Современные микросхемы содержат на одном кристалле кремния от сотен, до миллиардов транзисторов.

Разновидности микросхем

По виду обрабатываемых сигналов все микросхемы можно разделить на:

Аналоговые
Цифровые
Аналого-цифровые

К аналоговым микросхемам можно отнести различные типы усилителей от простых операционных усилителей до специализированных микросхем - все микросхемы, которые имеют дело с аналоговым сигналом. К цифровым микросхемам относятся различные микросхемы обрабатывающие цифровой сигнал: элементы логики, триггеры, счетчики, дешифраторы, элементы памяти и т.д. Особое место занимают микропроцессоры и микроконтроллеры, как наиболее сложные, с высокой степенью интеграции. К аналогово-цифровым относятся микросхемы, имеющие дело с обоими типами сигналов, это различные компараторы, аналого-цифровые преобразователи и т.д.

Для примера, на плате Arduino Uno, содержится четыре микросхемы: Микроконтроллер ATmega328p, микросхема USB-интерфейса, через которую микроконтроллер соединяется с USB-портом компьютера, микросхема стабилизатора напряжения питания и сдвоенный операционный усилитель.

По технологии изготовления интегральные микросхемы можно разделить на:

микросхемы на полевых транзисторах (МОП и КМОП логика)
микросхемы на биполярных транзисторах (ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, ИИЛ логики)
микросхемы использующие как биполярные, так и полевые транзисторы (БиКМОП-логика)

Также микросхемы могут выпукать в различных корпусах, для защиты кристалла, так и в бескорпусном варианте. Существует множество различных видов корпусов очень много, даже чтобы их просто перечислить потребуется очень много времени. Наиболее распространенные сегодня - это корпуса SOIC, для поверхностного монтажа:

Но все еще популярны и корпуса DIP, для выводного монтажа:

Условные графические обозначения микросхем

В соответствии с ГОСТ 2.743-82, ГОСТ 2.759-82, ГОСТ 2.708-81 условное графическое обозначение (УГО) аналогового и цифрового элемента имеет форму прямоугольника, содержащего три поля: основное и два дополнительных. Дополнительные поля располагаются справа и слева от основного поля и могут дополнительно разделяться горизонтальной линией на зоны (число зон не ограничено).

Размеры УГО определяются по высоте (числом входных и выходных линий выводов, интервалов, строк информации в основном и дополнительных полях и размером шрифта) и по ширине (наличием дополнительных полей, числом знаков в строке, размером шрифта). Расстояние между линиями выводов должно быть не менее 5 мм или кратны ему. Размеры УГО по высоте должны быть кратными 2,5 мм, ширина дополнительного поля не менее 5 мм (в зависимости от числа символов в строке), размер указателя не более 3 мм.

Условное графическое обозначение элемента выполняют без дополнительных полей (слева или справа), если все выводы логически равнозначны (взаимозаменяемые без изменения функции элемента) и функции выводов однозначно определяются функцией элемента.

Для обозначения функций, выполняемых аналоговыми или цифровыми элементами, в основном поле на первой строке помещаются латинские буквы, цифры и специальные знаки.

Условные обозначения микросхем в зарубежной практике схожи с отечественными стандартами, а имеющиеся различия не принципиальны.

Условные графические обозначения простых логических элементов мы уже рассматривали, эти обозначения используются для обозначения микросхем логики, например, популярная микросхема К155ЛА3 (зарубежный аналог 7400) содержит четыре логических элементов И-НЕ, и обозначается так:

А вот пример изображения этой микросхемы на конкретной принципиальной схеме. Логические элементы могут быть разнесены в соответствии со схемой, для лучшей "читаемости" схемы.

Рассмотреть все возможные обозначения микросхем невозможно не только в рамках урока, но наверное уже невозможно в принципе. В мире с момента появления первой микросхемы их произведено уже миллионы типов, и с каждым днем появляются новые. Какие-то микросхемы устаревают и перестают использоваться, но какие-то выпускаются десятилетиями. На каждую микросхему есть справочный листок производителя, в котором есть условное обозначение микросхемы или подробное описание выводов, по которому вы можете самостоятельно составить условное обозначение пользуясь правилами стандартизации.

далее...