Dijital entegre devre nedir?

Modern elektroniklerin hızlı tempolu dünyasında,Dijital Entegre Devreler (ICS)Akıllı telefonlarımızdan ve dizüstü bilgisayarlarımızdan karmaşık süper bilgisayarlara ve endüstriyel kontrol sistemlerine kadar her şeyi güçlendiren olmayan kahramanlardır. Ancak dijital entegre devre tam olarak nedir?

Mantık entegre devre olarak da bilinen dijital entegre bir devre, dijital sinyalleri işlemek ve manipüle etmek için tasarlanmış bir elektronik devredir. Bilgileri temsil etmek için ikili sayılar (0 ve 1) kullanan dijital mantık ilkelerine dayanmaktadır. Bu devreler, tipik olarak silikondan yapılmış tek bir yarı iletken substrat üzerinde üretilir ve transistörler, dirençler, kapasitörler ve diyotlar gibi çok sayıda birbirine bağlı elektronik bileşen içerir.

Dijital entegre devrelerin mantıksal işlevi

Dijital mantık devreleriİki kategoriye ayrılabilir: kombinasyonel mantık devreleri ve sıralı mantık devreleri. Kombinasyonel bir mantık devresinde, herhangi bir andaki çıkış, devrenin önceki çalışma durumundan ziyade, yalnızca o anda girişe bağlıdır. En çok kullanılan kombinasyonel mantık devreleri, kodlayıcılar, kod çözücüler, veri seçicileri, demultipleksleyiciler, sayısal karşılaştırıcılar, tam ekleyiciler ve parite denetçileri içerir.

Şekil 1. Kombinasyonel mantık devresi

Sıralı bir mantık devresinde, herhangi bir anda çıkış sadece o anda girişe değil, devrenin orijinal durumuna da bağlıdır. Bu nedenle, sıralı mantık devreleri bir bellek işlevine sahip olmalı ve depolama birimi devrelerini içermelidir. Kayıtlar, vites kayıtları ve sayaçlar en sık kullanılan sıralı mantık devreleridir.

Şekil 2. Sıralı mantık devresi

Bu iki tür mantık devresinin farklı uygulamaları için, genellikle genel amaçlı entegre devreler olarak adlandırılan standart ve serileştirilmiş entegre devre ürünleri vardır. Buna uygun olarak, belirli amaçlar için tasarlanmış ve üretilen entegre devrelere uygulamaya özgü entegre devreler (ASICS) denir.

Dijital entegre devrelerin iç tasarımı

Dijital Devrekombinasyonel mantık ve kayıtlardan (parmak arası terlikler) oluşur. Temel kapı devrelerinden oluşan bir işlev olan kombinasyonel mantık, yalnızca mevcut girişlere bağlı çıktılara sahiptir. Şekil 3'teki ilk diyagram, yalnızca mantıksal işlemleri gerçekleştiren kombinasyonel mantığı göstermektedir. Buna karşılık, sıralı bir devre sadece temel kapı devrelerini değil, aynı zamanda geçmiş bilgileri korumak için kullanılan depolama öğelerini de içerir. Sıralı bir devrenin kararlı durum çıkışı, hem geçerli giriş hem de önceki girişler tarafından oluşturulan durumla ilişkilidir. Mantıksal işlemler yapılırken, işlem sonuçları ikinci diyagramda gösterildiği gibi bir sonraki işlemde kullanılmak üzere geçici olarak saklanabilir.
İşlevsel olarak, dijital entegre bir devrenin içi iki parçaya ayrılabilir: veri yolu ve kontrol mantığı. Her iki parça da, çoğu senkron sıralı devreler olan çok sayıda sıralı mantık devresini entegre eder. Sıralı bir devre, birden fazla kayıt tarafından birkaç düğüme ayrılır ve bu kayıtlar, tasarım sürecini basitleştiren bir saatin kontrolü altında aynı ritmde çalışır.

Şekil 3. Dijital entegre devrelerin iç yapısı

Uzun vadeli tasarım uygulamaları üzerinde birçok standart genel amaçlı birim geliştirilmiştir. Bunlar arasında seçiciler (çoklu giriş verilerinden bir çıktı seçebilen çoklayıcılar olarak da bilinir), karşılaştırıcılar (iki sayının büyüklüklerini karşılaştırmak için kullanılır), ekleyiciler, çarpanlar, vites kayıtları vb. Bu birim devrelerin düzenli şekilleri vardır ve entegre edilmesi kolaydır, bu nedenle dijital devreler entegre devrelerde daha iyi gelişme elde etmiştir.
Bu birimler bir veri yolu oluşturmak için tasarım gereksinimlerine göre bağlanır. İşlenecek veriler bu yol boyunca giriş ucundan çıkış ucuna iletilir ve nihai işlem sonucu elde edilir. Aynı zamanda, özel olarak tasarlanmış kontrol mantığı ve veri yolunu kontrol eden her bileşen, ilgili fonksiyonel gereksinimlerine ve spesifik zamanlama ilişkilerine uygun olarak çalışmalıdır.

Dijital entegre cips modelleri

Bir modelidijital entegre çipTipik olarak üç bölümden oluşur: bir önek, bir seri numarası ve her biri belirli bilgiler taşıyan bir sonek:

Önek: Çoğunlukla çipin ait olduğu üreticiyi veya diziyi temsil eder. Örneğin, "74" serisi, birden fazla üretici tarafından üretilen TTL dijital yongaları için yaygın bir önektir; "CD40" serisi, Texas Instruments (TI) gibi üreticilerin egemen olduğu CMOS yongaları için tipik bir önektir.

Seri numarası: Çipin spesifik fonksiyonel modelini ayırt etmek için kullanılır. Örneğin, 74LS00'deki "00", çipin dörtlü 2 girişli bir NAND kapısı olduğunu gösterirken, 74HC595'teki "595" 8 bitlik bir kaydırma kaydını temsil eder.

Sonek: Genellikle çipin ambalaj formu ve sıcaklık aralığı gibi parametreleri işaretler. Örneğin, "DIP", yüzey montaj cihaz paketi için "SMD" ikili sıralı paket anlamına gelir; "-40 ℃ ~ 85 ℃" çipin çalışma sıcaklığı aralığını gösterir.

Bu model adlandırma yöntemi, tasarımcılara uygun bir tanımlama temelini sağlar ve çipin işlevini, uygulanabilir senaryoları ve fiziksel özellikleri hızlı bir şekilde değerlendirmelerini sağlar.

Dijital entegre cips türleri

Devre yapısı, işlev ve uygulama senaryolarına dayanarak,dijital entegre cipsAşağıdaki ana türlere ayrılabilir:

1. Devre yapısına göre sınıflandırıldı

TTL (Transistör-Transistör Mantığı) CHIPS: Bipolar transistörlere odaklanırlar ve iletim için hem elektronlara hem de deliklere güvenirler. Hızlı anahtarlama hızlarına ve güçlü sürüş özelliklerine sahiptirler, ancak nispeten yüksek güç tüketimine sahiptirler. Ortak 74 serisi (74LS138 kod çözücü gibi) TTL yongalarına aittir ve erken dijital sistemlerde yaygın olarak kullanılmıştır.

CMOS (Tamamlayıcı Metal-Oksit-Semikülde) CHIPS: PMO'ların ve NMOS transistörlerinin tamamlayıcı bir yapısından oluşur ve sadece bir tip taşıyıcı ile elektrik iletir. Düşük güç tüketimi, yüksek giriş empedansı ve geniş bir güç kaynağı voltaj aralığı gibi avantajları vardır, bu da onları şu anda ana akım dijital yongalar haline getirir. Örnekler arasında, taşınabilir cihazlarda ve düşük güçlü sistemlerde yaygın olarak kullanılan CD4000 serisi ve 74HC serisi (74HC04 invertör gibi) bulunur.

2. işlevle sınıflandırıldı

Mantık Kapısı Cipsleri: Temel mantıksal işlemleri uygularlar ve karmaşık devrelerin temelidir. Bunlar ve kapılar (74LS08 gibi) veya kapılar (74LS32 gibi), kapılar (74LS04 gibi) ve kompozit mantık kapıları (NAND GATE 74LS00 ve Nor Gate 74LS02 gibi) içerir.

Sıralı Mantık Cipsleri: Depolama birimleri içerirler ve çıktıları, sayma ve depolama gibi işlevleri uygulamak için kullanılan hem mevcut girişlere hem de geçmiş durumlara bağlıdır. Örnekler arasında 4 bit sayacı 74LS161, 8 bit kayıt 74LS373 ve 74LS164 kaydırma kaydı bulunur.

Veri işleme yongaları: Veri seçimi, kodlama ve kod çözme gibi belirli işlemler için kullanılırlar. Örneğin, 8 ila 1 veri seçicisi 74LS151, 3 ila 8 satır kod çözücü 74LS138 ve BCD-yedi-segment ekran kod çözücü 74LS48.

3. Uygulama senaryosuna göre sınıflandırılmıştır

Genel amaçlı entegre devreler: Standart işlevler için tasarlanmıştır, birden fazla senaryo için uygundur ve çok yönlülüğe ve değiştirilebilirliğe sahiptirler. Yukarıda belirtilen mantık kapıları, sayaçlar, kayıtlar vb. Bu kategoriye girer. Örneğin, 74 serisi ve CD4000 serisi yongaları çeşitli dijital sistemlerde esnek bir şekilde kullanılabilir.

Uygulamaya özgü entegre devreler (ASICS): Akıllı telefonlarda görüntü sinyali işleme yongaları gibi belirli senaryolar için özel olarak tasarlanmıştır veYerleşik Kontrol CipsleriOtomotiv Elektroniklerinde. ASIC'ler performansı optimize edebilir ve güç tüketimini maksimum ölçüde azaltabilir, ancak yüksek tasarım maliyetlerine ve uzun döngülere sahip olabilir, bu da onları seri üretilen özel cihazlar için uygun hale getirir.

Programlanabilir Mantık Aygıtlar (PLDS): FPGA'lar (alan programlanabilir kapı dizileri) ve CPLD'ler (karmaşık programlanabilir mantık cihazları) dahil, kullanıcıların programlama yoluyla mantıksal işlevleri özelleştirmelerine izin verir. Örneğin, Xilinx'in Spartan Serisi FPGA'lar, esneklik ve performansı dengeleyerek prototip geliştirme veya küçük partili özelleştirme senaryolarında kullanılabilir.

Bu farklı dijital entegre yongalar, basit mantık kontrolünden karmaşık dijital sistemlere kadar her şeyin yapımını toplu olarak destekleyerek çeşitli elektronik tasarım ihtiyaçlarını karşılıyor.

Entegrasyon ölçeğine dayalı dijital entegre devre sınıflandırması

Küçük ölçekli entegrasyon (SSI): SSI devreleri tipik olarak en fazla 10 kapı veya birkaç düzine bileşen içerir. Bu devreler genellikle basit dijital sistemlerde temel mantık işlevleri için kullanılır. Örneğin, dört iki giriş NAND kapısı içeren 7400 çip, yaygın bir SSI cihazıdır. Temel mantıksal işlemlerin gerekli olduğu basit mantık kontrol devreleri gibi uygulamalarda kullanılabilir.

Orta - Ölçek Entegrasyonu (MSI): MSI devrelerinin 10 ila 100 kapısı veya birkaç yüz bileşeni vardır. Daha karmaşık işlevler için kullanılırlar. 4 bit senkron bir sayaç olan 74161 çipi, bir MSI cihazının bir örneğidir. Sayaçlar, etkinlikleri sayma, zamanlama sinyalleri oluşturma ve operasyon sırasını kontrol etme gibi görevler için dijital sistemlerde yaygın olarak kullanılır.

Büyük ölçekli entegrasyon (LSI): LSI devreleri 100 ila 10.000 kapı veya binlerce bileşen içerir. Erken statik rastgele - erişim anıları (SRAM) ve basit mikroişlemciler gibi bellek yongaları LSI cihazlarının örnekleridir. LSI teknolojisi kullanılarak 8 bit mikroişlemci uygulanabilir. Bir dizi talimat gerçekleştirebilir, aritmetik ve mantıksal işlemler gerçekleştirebilir ve dijital bir sistem içindeki veri akışını kontrol edebilir.

Çok - Büyük - Ölçekli Entegrasyon (VLSI): VLSI devrelerinin 10.000'den fazla kapısı veya yüz binlerce ila milyonlarca bileşene sahiptir. Kişisel bilgisayarlarda bulunanlar ve büyük kapasite dinamik rastgele - erişim anıları (DRAM'lar) gibi modern mikroişlemciler, VLSI cihazlarının klasik örnekleridir. Yüksek uç masaüstü CPU, son derece hızlı ve sofistike hesaplama görevlerini yerine getirmek için karmaşık mantık devrelerine düzenlenen milyarlarca transistör içerebilir.

Ultra - Büyük - Ölçekli Entegrasyon (ULSI) ve GIGA - Ölçek Entegrasyonu (GSI): ULSI, genellikle on milyonlarca bileşende daha yüksek bir entegrasyon seviyesine sahip devreleri ifade eder. Daha da ileri bir aşama olan GSI, bir milyardan fazla bileşeni tek bir çipin entegre etmeyi içerir. Eyalet - - - Art cep telefonu işlemcileri ve bazı yüksek performanslı grafik işleme birimleri (GPU) bu kategoriye girer. Bu yongalar, yüksek miktarda veri işleyebilir ve yüksek hızlarda karmaşık işlemler gerçekleştirebilir, yüksek tanımlı video işleme, gerçek zaman 3D grafik oluşturma ve gelişmiş yapay zeka algoritmaları gibi özellikler sağlar.

Dijital entegre devreler nasıl çalışır?

Dijital entegre devrelerİkili sisteme göre çalışır. Devre içindeki transistörler anahtarlar olarak hareket eder. Bir transistör açıldığında, bir mantığı 1 (genellikle yüksek voltaj seviyesi) temsil eder ve kapatıldığında bir mantığı 0 (genellikle düşük voltaj seviyesi) temsil eder. Bu transistörlerden elektrik akımı akışı, devreye uygulanan giriş sinyalleri tarafından kontrol edilir.
Mikroişlemciler gibi daha karmaşık dijital entegre devrelerde, bu temel mantık öğelerinin büyük bir kısmı hiyerarşik bir şekilde birleştirilir ve düzenlenir. Mikroişlemci, bellekten talimatları alır, hangi işlemin gerçekleştirilmesi gerektiğini anlamak için kod çözer ve ardından bu talimatları aritmetik ve mantık birimleri (ALUS) ve çip içindeki diğer fonksiyonel blokları kullanarak yürütür. Veriler, mikroişlemci içindeki esasen küçük, hızlı erişim bellek öğeleri olan kayıtlarda saklanır ve manipüle edilir.

Dijital entegre devrelerin kullanımı ve uygulaması

Mikroişlemciler: Mikroişlemciler bir bilgisayar sisteminin beyinleridir. Aritmetik işlemler, veri manipülasyonu ve sistemdeki diğer bileşenlerin kontrolü gibi görevleri gerçekleştirmek için bellekte depolanan bir dizi talimat yürütürler. Örneğin, masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılan Intel Core serisi işlemciler saniyede milyarlarca talimat gerçekleştirebilir. Çok yönlü olacak şekilde tasarlanmıştır ve kelime işleme ve web taramasından karmaşık bilimsel simülasyonlara ve oyunlara kadar çok çeşitli uygulamaları ele alacak şekilde programlanabilirler.

Hafıza Ics:Bellek entegre devrelerveri ve programları depolamak için kullanılır. İki ana tür vardır: okuma - yalnızca bellek (ROM) ve rastgele - erişim belleği (RAM). ROM verileri kalıcı olarak saklar ve başlangıç talimatlarını içeren bir bilgisayara temel giriş/çıkış sistemini (BIOS) tutmak için kullanılır. Öte yandan RAM, bilgisayarın şu anda üzerinde çalıştığı verileri geçici olarak depolamak için kullanılan değişken bellektir. Dinamik rastgele - erişim belleği (DRAM), yüksek depolama kapasitesi ve nispeten düşük maliyeti nedeniyle bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılırken, statik rastgele - erişim belleği (SRAM) daha hızlı ancak daha pahalıdır ve genellikle veri erişimini hızlandırmak için önbellek anılarında kullanılır.

Mantık ics: Çeşitli mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için mantık IC'ler kullanılır. Daha önce de belirtildiği gibi basit mantık kapıları veya daha karmaşık kombinasyonel ve sıralı mantık devreleri olabilirler. Çoğullayıcılar (çıkışa yönlendirilecek birkaç giriş sinyalinden birini seçen) ve kod çözücüler (bir ikili kodu bir çıkış sinyallerine dönüştüren) gibi kombinasyonel mantık devreleri, yalnızca geçerli giriş değerlerine bağlı çıktılara sahiptir. Flip - floplar ve sayaçlar gibi sıralı mantık devreleri, sadece mevcut girişlere değil, devrenin önceki durumuna da bağlı çıktılara sahiptir. Bu devreler, dijital sistemlerde veri depolama, alma ve işleme gibi görevler için çok önemlidir.

Uygulama - Özel Entegre Devreler (ASICS): ASICS belirli bir uygulama için özel - tasarlanmış entegre devrelerdir. Örneğin, bir dijital kamerada, özellikle görüntü işleme için tasarlanmış bir ASIC olabilir. Bu çip, görüntü sensörü kontrolü, renk düzeltmesi ve sıkıştırma gibi görevleri gerçekleştirmek için optimize edilmiştir. ASIC'ler, genel amaçlı ICS kullanmaya kıyasla, tasarlandıkları özel uygulama için daha küçük boyut, daha düşük güç tüketimi ve daha yüksek performans gibi avantajlar sunar.

Alan - Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGAS): FPGA'lar, kullanıcıların üretildikten sonra çipin mantık işlevlerini yapılandırmasına izin veren programlanabilir mantık cihazlarıdır. Çok sayıda programlanabilir mantık bloğu ve ara bağlantısı içerirler. FPGA'lar, yeni dijital tasarımların prototiplenmesi gibi esnekliğin gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır. Örneğin, yeni bir iletişim protokolünün geliştirilmesinde, bir FPGA protokolün mantığını uygulamak ve tasarım geliştikçe kolayca yeniden yapılandırılabilir. Ayrıca, donanımı gerçek zamanlarda özelleştirme yeteneğinin belirli algoritmalar için önemli bir hız sağlayabileceği bazı yüksek performanslı bilgi işlem uygulamalarında da kullanılırlar.

Dijital entegre devrelerin önemi

Dijital entegre devrelerElektronik alanında devrim yarattı. Küçük boyutları, düşük güç tüketimi, yüksek güvenilirlik ve yüksek hızlarda karmaşık operasyonlar gerçekleştirme yetenekleri onları modern teknolojide vazgeçilmez hale getirmiştir. Bileklerimizdeki küçük giyilebilir fitness izleyicilerinden interneti çalıştıran güçlü sunuculara kadar elektronik cihazların minyatürleştirmesini sağladılar. Dijital entegre devrelerin geliştirilmesi, telekomünikasyon, sağlık hizmetleri (örneğin, tıbbi görüntüleme cihazlarında ve hasta izleme sistemlerinde), otomotiv (motor kontrolü ve sürücü - yardım sistemleri gibi işlevler için) ve havacılık (aviyonik ve uydu iletişimi için) gibi endüstrilerin ilerlemesinde de önemli bir itici güç olmuştur. Kısacası, dijital entegre devreler, dijital çağın temel taşıdır ve güvendiğimiz teknoloji - odaklı yaşam tarzını sağlar.

SIC'nin sıcak satan ürünleri

71421la55j8             Upd44165184bf5-e40-eq3-a      SST39VF800A-70-4C-B3KE           IS66WV1M16DBLL-55BLI-TR       AS4C32M16SB-7BIN      W25Q16FWSNIG

AS7C34098A-20JIN        752369-581-C                 W957D6HBCX7I TR            İs61lps12836ec-200b3li           MX25L12875FMI-10G            Qg82915pl

Ürün bilgileriSIC Electronics Limited. Ürüne ilgi duyuyorsanız veya ürün parametrelerine ihtiyacınız varsa, istediğiniz zaman bizimle çevrimiçi iletişime geçebilir veya bize bir e-posta gönderebilirsiniz: sales@sic-chip.com.