Введення
У сучасних системах автоматизації і управління знаходять широке застосування засоби обробки даних, основу яких складають цифрові елементи та пристрої. Цифрова електроніка за короткий історичний період пройшла шлях від найпростіших пристроїв на дискретних елементах до пристроїв і цілих систем, реалізованих на надвеликих інтегральних схемах. Розвиток елементної бази змінило і підходи до розрахунку і проектування цифрових пристроїв і систем, які базуються на використанні функціонально і конструктивно закінчених елементів і пристроїв, що випускаються промисловістю ввиде цифрових інтегральних схем.
Мікросхемотехніка (інтегральна схемотехніка) - розділ мікроелектроніки, що охоплює дослідження і розробку схемотехнічних рішень (електричних та структурних схем), використовуваних в інтегральних мікросхемах в інтегральних мікросхемах та радіоелектронної апаратурі на їх основі. Інтегральна мікросхема (ІС) - мікроелектронний виріб, виконує певну функцію перетворення електричних сигналів, яке являє собою сукупність електричних з'єднаних компонентів (транзисторів, діодів, резисторів і ін.), Що виготовляються в єдиному технологічному циклі на загальній діелектричної або напівпровідникової основі (підкладці). Основною функцією інтегральних мікросхем є обробка (перетворення) інформації, заданої у вигляді електричного сигналу: напруги або струму. Електричні сигнали можуть представляти інформацію в безперервній (аналогової) або дискретної (цифровій) формі.
Мікросхеми, що виконують обробку цієї інформації, називаються аналоговими або цифровими відповідно.
Сучасні інтегральні мікросхеми є складними електронними пристроями, тому використовуються різні рівні їх схемотехнічного уявлення. Найбільш детальний рівень представлення - електрична схема у вигляді з'єднання окремих компонентів. Наступний, більш загальний рівень - структурна схема, що представляє собою з'єднання окремих логічних елементів і тригерів (для цифрових схем) або аналогових каскадів (для аналогових схем). Ці елементи і каскади виконують елементарні логічні або аналогові операції, за допомогою яких можна реалізувати будь-яку цифрову, аналого-цифрову або аналогову функцію. Вони мають відносно просту, електричну схему, яка звичайно містить не більше десяти - двадцяти компонентів. Ще більш високий рівень використовується для представлення складно-функціональних ВІС і НВІС: мікропроцесорів, мікро-ЕОМ, аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів та ін. Їх структура представляється у вигляді з'єднання функціональних вузлів і блоків. Таке уявлення називається функціональною схемою. Структура входять до її складу функціональних вузлів і блоків може складатися з десятків і сотень найпростіших логічних елементів і аналогових каскадів.
На стику мікроелектроніки та цифрової техніки розвивається самостійна галузь науки і техніки - цифрова мікросхемотехніка, предметом якої є принципи і методи схемотехнічного проектування цифрових інтегральних мікросхем, яке включає розробку їх структури (функціонально-логічне проектування) і електричної схеми (схемне проектування).
Безперервне підвищення ступеня інтеграції проектованих мікросхем, що забезпечує реалізацію на одному кристалі цілих цифрових систем, вимагає від фахівця-мікросхемотехніка знання принципів робіт базових логічних елементів, тригерів, комбінаційних пристроїв і пристроїв послідовних типу.
1. Oбзор варіантів вирішення технічної задачі і вибір методу розрахунку
Метод, що використовує декомпозицію заданої ЛФ за методом Шеннона, включає наступні етапи:
а) знаходиться МДНФ логічної функції;
б) визначається кількість входжень в МДНФ кожної змінної, і виділяється q змінних, що входять в МДНФ максимальну кількість разів. Ці змінні подаються на адресні входи вихідного мультиплексора;
в) проводиться декомпозиція МДНФ заданої логічної функції методом Шеннона по виділених в якості адресних змінних, і визначаються залишкові функції першого ярусу.
Метод Шеннона має вигляд:
, (1)
де - залишкові функції (ОФ) розкладання, які виходять з функції f;
г) якщо отримані залишкові функції тривіальні, то пристрій є одноярусними і подальші дії полягають у побудові схеми на першому ярусі мультиплексорів;
д) у разі якщо ОФ першого ярусу не тривіальне, то після підрахунку кількості входжень в усі ОФ першого ярусу по максимуму вибираються змінні, що подаються на адресні входи мультиплексорів другого ярусу;
е) проводиться декомпозиція кожної ОФ першого ярусу по виділених q адресним змінним, і визначаються ОФ другого ярусу. Їх загальна кількість дорівнює 22q, по 2q на кожен з 2q мультиплексорів другого ярус...
