Руководство по выбору микросхем логики

Добавил(а) microsin

Часто бывает необходимо подобрать серию микросхем логики под определенные требования - энергопотребление, предельная рабочая частота, уровни напряжений логики и питания, нагрузочная способность и т. д. Так же проблемой бывает подобрать отечественный аналог для импортной микросхемы, и наоборот. В этой статье сделана попытка предоставить такую информацию.

Параметры серий обобщенно закодированы в названиях серий: HCT, ALS, F, LVC и т. п. Для начала давайте разберемся, что обозначают буквы, составляющие название серий. К сожалению, это общие обозначения, смысл букв иногда может меняться, потому что многие серии являются одновременно и торговыми марками производителей микросхем.

A - advanced, т. е. улучшенный, продвинутый. Показывает, что эта серия основана на базовой, с улучшением каких-то параметров (обычно это скорость работы и уменьшение энергопотребления).
B технология BiCMOS или Bipolar.
C - CMOS, технология микросхем с очень низким статическим потреблением энергии.
E - технология ECL.
F - Fast, высокоскоростные микросхемы.
H - High Speed, означает микросхемы повышенной скорости по сравнению с обычными.
LV - low voltage, означает низкое напряжение питания.
S - Schottky, ТТЛ-логика с ускорением на основе применения диодов Шоттки.
T - TTL, микросхемы совместимые по уровням с TTL логикой.

Примеры:

AC - семейство Advanced CMOS.
ACT - семейство Advanced CMOS, совместимое по уровню с TTL.
LVC - семейство Low Voltage CMOS.
HC - семейство High Speed CMOS.

С помощью таблицы быстрого выбора, размещенной ниже выберите самый важный для Вас параметр - скорость переключения, минимальное потребление, нагрузочная способность, устойчивость к помехам - и определите, какое семейство больше подходит. Затем с помощью дополнительной справочной информации уточните Ваш выбор.

Таблица 1. Быстрый выбор серии микросхем (основные характеристики серий).

Технология	High Speed	Low Noise	Low Static Power	High Drive	Low Voltage	Board Space	Voltage Translation
BiCMOS 5V
	ABT			ABT
BiCMOS 3V
	LVT			LVT	LVT
CMOS 5V
	FACT	FACT QS	FACT			TinyLogic HS/HST	LVX
	TinyLogic UHS	HC/HCT	FACT QS
		TinyLogic HS/HST	HC/HCT
		VHC/VHCT	TinyLogic HS/HST/UHS
			VHC/VHCT
CMOS 1.2-3V
	LCX	LVX	LCX		ALVC	LCX DQFN	FXL
	TinyLogic UHS	TinyLogic HS	LVX		LCX	TinyLogic UHS/ULP/ULPA	VCX
	TinyLogic ULP-A	TinyLogic ULP	VCX		LVX	VCX DQFN
			TinyLogic HS/UHS		TinyLogic ULP
			TinyLogic ULP		VCX
Bipolar
	FASTr	ALS		FASTr
		FAST
ECL
	100 EL/LVEL Series ECL
	300 Series ECL

Обозначения:

High Speed высокая скорость.
Low Noise низкий шум.
Low Static Power низкое статическое потребление тока.
High Drive высокая нагрузочная способность по выходу.
Low Voltage низкое напряжение питания.
Board Space пространство на плате (типы корпусов).
Voltage Translation наличие микросхем буферов с преобразованием уровня.
TinyLogic марка FAIRCHILD Semiconductor.

Logic Migration and Low Voltage Transition

Рис. 1. Эволюция развития серий микросхем логики.

Таблица 2. Общее описание возможностей различных серий.

Серия	Описание
BiCMOS
ABT	• Высокая скорость, высокая нагрузочная способность по выходу, работа в условиях низкого шума. Серия предназначена для самой лучшей производительности.
LVT	• Высокая скорость, высокая нагрузочная способность для приложений с питанием 3.3V.
CMOS
CD4K	• Стандартная КМОП-логика с поддержкой высокого напряжения питания, предназначенная для работы в условиях высокого уровня помех.
ALVC^(1,4)	• Альтернатива для VCX.
LCX^(1,4)	• 5V-толерантные входы и выходы. • Идеально подходит для 3.3V приложений, где требуется баланс компромисса между нагрузочной способностью, высокой скоростью и низким уровнем шума.
LVX⁽¹⁾	• 5V-толерантные входы, позволяющие подключить 5V CMOS к системам с питанием 3.3V. Включает специализированные, двухуровневые трансляторы и устройства переключения шины.
VCX^(1,4)	• Высокоскоростная серия КМОП, позволяющая взаимодействовать системам 3.3V и 2.5V, с 3.6V-толерантными входами и выходами.
FACT™ AC/ACT	• ACMOS семейство широкого профиля применения.
FACT Quiet Series™ ACQ/ACTQ	• Расширение семейства, специально разработанное для приложений, чувствительных к уровню шума. Проприетарная схемотехника гарантирует низкий уровень EMI, генерируемый микросхемами.
Преобразователи уровня FXL	• Двойное напряжение питания для преобразования уровней от 1.2V до 3.6V. • Передача сигнала в двух направлениях, конфигуриуемая двунаправленность, или передача данных в одном направлении.
HC/HCT⁽⁴⁾	• Микросхемы КМОП с низким генерируемым шумом и уровнем EMI, доступные в широком диапазоне рабочих скоростей. • Не рекомендуется для использования в новых разработках.
HS⁽²⁾	• Логика общего назначения с вентилями с одним, двумя и тремя входами.
HST⁽²⁾	• TTL-совместимая, с вентилями с одним, двумя и тремя входами.
UHS⁽²⁾	• Высокопроизводительная логика с одним и двумя входами, допускающая 5V-перенапряжение по входам и выходам.
ULP/ULP-A⁽²⁾	• Логика с одним, двумя и тремя входами, обладающая чрезвычайно низким потреблением тока, работающая от малых напряжений.
VHC/VHCT⁽⁴⁾	• Решение миграции для пользователей HCMOS, когда требуется больше скорость при сохранении низкого потребления, низкой генерации шума, в приложениях, где не требуется высокая нагрузочная способность по выходу. • Предоставляется в очень маленьких корпусах.
74C	• Логика CMOS с высоким напряжением питания, для работы в условиях высоких помех.
Bipolar
ALS	• Низкий выходной шум и малое потребление энергии, улучшенное семейство логики TTL.
AS	• Семейство TTL с высокой скоростью и высокой нагрузочной способностью. • Не рекомендуется для новых разработок.
FAST®⁽³⁾	• Оптимальное соотношение между скоростью и потреблением тока для семейств Advanced Schottky TTL.
FASTr™⁽³⁾	• Самая быстрая доступная логика TTL. • Улучшенная по дизайну и скорости версия FAST.
ECL
Серии F100K	• ECL с малым потреблением мощности, и отличным соотношением цена/производительность. • Совместимая по цоколевке с сериями F100K 100.
Серии 100EL/LVEL	• Рабочая частота от 1.0 до 2.0 ГГц. • Продвигается как замена для EcLINPS™⁽⁵⁾.

Примечания:

(1) CROSSVOLT™, марка FAIRCHILD Semiconductor.
(2) TinyLogic®, марка FAIRCHILD Semiconductor.
(3) FAST, FASTr марки FAIRCHILD Semiconductor.
(4) См. TinyLogic HS, UHS и ULP-A для 1- и 2-разрядных семейств с подобной производительностью для серий AVLC, LCX, VCX, HC и VHC.
(5) Торговая марка ON Semiconductor.

Параметр задержки распространения сигнала вместе с временем нарастания и спада на выходе определяют максимальную рабочую частоту серии.

Таблица 3. Величина задержки распространения сигнала⁽¹⁾.

Propagation Delay

Примечания:

(1) Даны максимальные значения из даташита на указанные модели микросхем.
(2) Емкость нагрузки выхода C_LOAD = 30 пФ.

Таблица 4. Время нарастания и спада уровня⁽¹⁾.

Output Rise and Fall Time

Примечания:

(1) Даны значения для логики '244, емкость нагрузки C_LOAD = 50 пФ, сопротивление нагрузки R_L = 500 Ω.
(2) Емкость нагрузки выхода C_LOAD = 30 пФ.

Таблица 5. Уровень генерируемого шума⁽¹⁾. V_OLP уровень положительного выброса, V_OLV уровень отрицательного выброса.

Noise

Примечания:

(1) Даны значения для логики '244, емкость нагрузки C_LOAD = 50 пФ, сопротивление нагрузки R_L = 500 Ω, типовые значения сопротивлений для 4.5V, переключение семи выходов, минимальный наклон перепадов на входе.
(2) Емкость нагрузки выхода C_LOAD = 30 пФ.
(3) Без превышения уровня верхних и нижних выбросов, наблюдаемых на осциллографе.

Таблица 6. Динамическое потребление тока (мА)⁽¹⁾.

Серия	1 МГц	10 МГц	35 МГц	70 МГц	90 МГц
BiCMOS
ABT	19.7	43.8	115.9	266.0	303.3
LVT (8)	11.0	29.3	75.8	133.4	170.2
LVT (16)	12.5	90.1	246.2	494.3	580.1
CMOS
ALVC	9.9	61.9	146.8	253.7	312.7
LCX (8)	2.2	20.9	64.8	146.6	163.1
LCX (16)	6.7	61.9	160.0	294.4	375.1
LVX	2.0	19.4	64.0	100.1	106.3
VCX (16)	9.9	61.9	146.8	253.7	312.7
FACT AC	3.9	38.9	105.5	352.8	404.2
FACT Quiet Series™ ACQ	5.4	52.3	139.5	206.0	218.5
HC	3.8	37.9	132.0	181.5	-
VHC	3.1	30.8	103.0	180.7	192.1
Bipolar
ALS	14.1	41.0	126.7	240.2	393.8
FAST	42.9	69.4	136.6	221.1	246.8
FASTr	38.6	58.0	94.5	198.2	232.4

Примечание (1): даны значения для логики '244, емкость нагрузки C_LOAD = 50 пФ. Все значения представляют типовые параметры.

Voltage Translation

Рис. 2. Различные серии микросхем преобразователей уровней.

Примечания:

† Устройства с автоматическим определением направления передачи данных не требуют для этого специальных выводов управления.
* FXM2IC102 совместимы с интерфейсом I2C, имеют конфигурацию с открытым стоком.
** FXL2SD106 это транслятор сигналов карты SD, с сигналами бит данных и сигналами управления.

Таблица 7. Сравнение параметров семейств.

Серия	Напряжение питания (номинальное V_CC, V)**	Совместимость по входу‡ (V_IL/V_IH)	Выход‡‡ (V_OL/V_OH)	Входной ток† (I_IL/I_IH)	Выходной ток†† (I_OL/I_OH)	Потребляемый ток† (I_CC)	Скорость† (t_PD, нс)
BiCMOS
ABT	5	TTL	TTL	–5μA/5μA	–32mA /64mA	30mA	3.6
LVT (8)	3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/1μA	–32mA /64mA	5mA	3.5
LVT (16)	3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/1μA	–32mA /64mA	5mA	3.5
CMOS
CD4K°°	3 .. 15	CMOS	TTL, CMOS	10pA	–1.25mA /8mA	3μA	40.0
ALVC	1.8/2.5/3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/5μA	–24μA /24μA	20μA	3.0
LCX (8)	2.5/3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/5μA	–24mA /24mA	10μA	6.5
LCX (16)	2.5/3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/5μA	–24mA /24mA	20μA	4.5
LVX (8)	3.3	TTL,CMOS	TTL,CMOS	–1μA/1μA	–4mA /4mA	40μA	12.0
VCX^∞∞	1.2/1.5 /1.8/2.5 /3.3	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–5μA/5μA	–24mA /24mA	20μA	2.5/3.2
FACT AC	3.3/5	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–24mA /24mA	80μA	7.5
FACT ACT	5	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–24mA /24mA	80μA	10.0
FACT Quiet Series ACQ	3.3/5	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–24mA /24mA	80μA	6.5
FACT Quiet Series ACTQ	5	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–24mA /24mA	80μA	7.0
HC	2/4.5/6	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–6mA /6mA	80μA	25.0
HCT	5	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–6mA /6mA	80μA	25.0
HS^∞	2.0/3.0 /4.5/6	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–2.6mA /2.6mA	10μA	21.0
HST^∞	4.5/5/5.5	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–2.0mA /2.0mA	10μA	30.0
UHS^∞	1.65/2.5 /3.3/5	CMOS	TTL, CMOS	–10μA /10μA	–32mA /32mA	20μA	4.5
ULP^∞	0.9/1.2/1.5 /1.8/2.5/3.3	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–2.6μA /2.6μA	5μA	7.0
ULP-A^∞	0.9/1.2/1.5 /1.8/2.5/3.3	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–24μA /24μA	5μA	3.0
VHC	3.3/5	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–8mA /8mA	40μA	8.5
VHCT	5	TTL, CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–8mA /8mA	40μA	9.5
74C	3 .. 15	CMOS	TTL, CMOS	–1μA/1μA	–14mA /12mA	300μA	70.0
Bipolar
AS	5	TTL	TTL	–1.0mA /20μA	–15mA /64mA	90mA	6.2
ALS	5	TTL	TTL	–0.1mA /20μA	–15mA /24mA	27mA	10.0
FAST	5	TTL	TTL	–150μA /5μA	–15mA /64mA	75mA	3.9
FASTr	5	TTL	TTL	–1.6mA /5μA	–15mA /64mA	90mA	6.5
LS	5	TTL	TTL	–200μA /20μA	–15mA /24mA	54mA	18.0
S	5	TTL	TTL	–200μA /20μA	–15mA /64mA	120μA	9.0
TTL°	5	TTL	TTL	–1.6μA /40μA	–250mA /40mA	41mA	30.0
ECL
100 EVL	–5.5 .. –4.2	ECL	ECL	0.5μA /150μA	–1.8, 50Ω	–36mA	0.385
100 LVEL	–3.0 .. –3.8	ECL	ECL	0.5μA /150μA	–1.8, 50Ω	–30mA	0.435
Серия 300	–5.7 .. –4.2	ECL	ECL	0.5μA /240μA	–1.8, 50Ω	–65mA	1.55

Примечания:

* Для примеров применялась логика функции ’244, если не указано нечто другое.
** Кроме ECL и HC.
‡ Входные уровни, распознаваемые устройством.
‡‡ Входные уровни устройства, которыми оно может управлять.
† Максимальный параметр на максимальном указанном V_CC.
†† На максимальном указнанном V_CC.
° Для параеметров использовалась логика 7407.
°° Для параметров использовалась логика CD4010.
∞ Для данных использовалась функция вентиля NAND, И-НЕ (00).
∞∞ C_LOAD = 30 пФ.

Типы корпусов

Ниже приведена сравнительная таблица размеров и параметров корпусов различного типа.

package dimensions

# выв.	Корпус (код⁽¹⁾)	Ширина монтажа, мм/дюймы	Ширина корпуса, мм/дюймы	Длина корпуса, мм/дюймы	Общая высота, мм/дюймы	Шаг выводов, мм/mil
5	SOT23 (M5)	2.84/0.112	1.60/0.063	2.92/0.115	1.1/0.043	0.95/37
5/6	SC70 (P5/P6)	2.10/0.083	1.25/0.049	2.0/0.079	0.90/0.03	0.65/26
6	MicroPak (L6)	1.0/0.039	1.0/0.039	1.45/0.057	0.55/0.021	0.50/20
8	US8 (K8)	3.10/0.122	2.30/0.09	2.0/0.079	0.70/0.027	0.50/20
8	MicroPak (L8)	1.60/0.062	1.60/0.062	1.60/0.062	0.55/0.021	0.50/20
10	MicroPak (L10)	1.60/0.062	1.60/0.062	2.10/0.083	0.55/0.021	0.50/20
14	SOIC14 (M)	6.0/0.231	3.85/0.153	8.60/0.340	1.50/0.061	1.27/50
14	TSSOP14 (MTC)	6.40/0.252	4.40/0.173	5.0/0.197	1.20/0.047	0.65/26
14	DQFN14 (BQ)	2.5/0.098	2.5/0.098	3.0/0.118	0.80/0.031	0.50/20
16	SOIC16 (M)	6.0/0.231	3.85/0.153	9.90/0.390	1.50/0.061	1.27/50
16	TSSOP16 (MTC)	6.40/0.252	4.40/0.173	5.0/0.197	1.10/0.043	0.65/26
16	QSOP16 (QSC)	5.99/0.236	1.35/0.053	4.90/0.193	1.60/0.063	0.63/25
16	DQFN16 (BQ)	2.50/0.098	2.50/0.098	3.0/0.118	0.80/0.031	0.50/20
20	SOIC20 (WM)	10.36/0.408	7.49/0.295	12.80/0.504	2.64/0.104	1.27/50
20	TSSOP20 Type1 (MTC)	6.40/0.252	4.39/0.173	6.60/0.260	1.10/0.104	0.65/25
20	SSOP20 Type II (MSA)	7.80/0.307	5.31/0.209	7.19/0.283	2.05/0.081	0.65/25
20	QSOP20 (QSC)	5.99/0.236	3.94/0.155	8.69/0.342	1.60/0.063	0.64/25
20	DQFN20 (BQ)	2.5/0.098	2.5/0.098	4.50/0.177	0.80/0.063	0.50/20
24	SOIC24 (WM)	10.30/0.40	7.50/0.295	15.40/0.60	2.50/0.098	1.27/50
24	QSOP24 (QSC)	5.99/0.236	3.89/0.153	8.66/0.341	1.45/0.057	0.63/25
24	TSSOP24 (MTC)	6.40/0.252	4.40/0.173	7.80/0.307	1.10/0.043	0.65/26
24	MLP24 (MP)	3.50/0.138	3.50/0.138	4.50/0.177	0.80/0.063	0.50/20
48	TSSOP48 (MTD)	8.10/0.319	6.10/0.240	12.50/0.492	1.10/0.043	0.50/20
54	BGA54 (G)	8.0/0.315	8.0/0.315	5.50/0.217	1.40/0.055	0.80/31
56	TSSOP56 (MTD)	8.10/0.319	6.10/0.240	14.0/0.551	1.10/0.043	0.50/20
96	BGA96 (G)	5.50/0.216	5.50/0.216	13.50/0.531	1.40/0.055	0.80/31
114	BGA114 (G)	5.50/0.216	5.50/0.216	16.0/0.630	1.40/0.055	0.80/31