Các vi mạch được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật tương tự (vi mạch tuyến tính) và kỹ thuật số (vi mạch số). Khi sử dụng vi mạch tích hợp cần lưu ý một số điểm chính sau:
- Phải đọc được ký hiệu của vi mạch: Trên thân vi mạch thường ghi tên hãng sản xuất, ký hiệu chức năng của vi mạch, ký hiệu sản phẩm có là thương phẩm, ngày tháng năm sản xuất.
- Biết tra cứu vi mạch trong sổ tra cứu để biết chức năng IC và chức năng các chân của IC.
- Chú ý chân nguồn cung cấp cho IC làm việc.
- Khi đấu vào mạch phải đấu chân nguồn cung cấp trước, sau mới cho tín hiệu vào mạch.
- Nguồn cung cấp phải có độ ổn định cao.
- Hàn nối IC vào mạch phải chú ý dùng mỏ hàn nhọn, có công suất thấp khoảng 30w đến 60w, tránh làm nóng IC.
Đặc biệt đối với các IC số cần chú ý một số điểm sau:
Các vi mạch số thường gặp là các họ vi mạch TTL, CMOS, MOS, v.v.. đây là các IC thực hiện một chức năng hoàn chỉnh như cổng, hệ đếm, giải mã, ghi dịch, hệ nhớ, hệ vi xử lý.
- Khi chọn một vi mạch cần quan tâm tới các tham số sau: công suất tiêu thụ, khả năng chịu Bộ
giải mã địa chỉ
8Đường Từ
A B C D Đường bit dữ liệu (4 bit)
0 1 2 3 4 5 6 7 3
bit địa chỉ
Hình 7 – 22: Cấu trúc của ROM 8Từ x 4bit dùng điốt
- Xung nhịp: tốc độ chuyển mạch của vi mạch số cần đủ lớn. Để mạch điện làm việc ổn định thì xung nhịp cần có độ dốc sườn 400 ns, nếu không đạt tiêu chuẩn này cần tạo lại dạng xung nhịp.
- Bất kỳ ở chế độ làm việc nào, điện áp tại lối vào của vi mạch không được cao hơn điện áp của chân nguồn (VCC hoặc VDD) và không thấp hơn đất
Đối với vi mạch loại TTL/LS cần lưu ý:
Điện áp cung cấp VCC không vượt qua 5,25vôn.
Các đầu vào không dùng đến của họ TTL/LS được coi như ở trạng thái cao (H)... Nhưng nếu một đầu vào nào được giả thiết là cố định ở mức cao thì phải nối tới VCC.
Đặt các đầu ra của cổng không dùng đến ở mức cao để tiết kiệm điện.
Dùng ít nhất một tụ khử ghép đối với mỗi nhóm từ 5 đến 10 cổng, từ 2 đến 5 bộ đếm và thanh ghi...
Tránh sử dụng các dây dẫn dài trong mạch. Nếu dây dẫn dài quá 25 cm phải dùng dây bọc kim hoặc cáp đồng trục.
Đối với vi mạch MOS và CMOS:
Điện áp đầu vào không vượt quá VDD (trừ hai IC 4049 và 4050).
Điện áp cung cấp VDD nằm trong khoảng (+3V ÷ +15V) ±5%
Tất cả các đầu vào không dùng đến phải nối với VDD hoặc đất.
Phải chú ý tránh hiện tượng tích điện tĩnh trên lối vào của vi mạch CMOS và MOS bằng cách: Không nên cất vi mạch CMOS trong các hộp không có tính dẫn điện; nên đặt các chân IC xuống các khay nhôm khi chưa đấu chúng vào mạch; mỏ hàn nên dùng nguồn acqui, không dùng mỏ hàn điện xoay chiều.
Khi lắp ráp các vi mạch số ta cần lưu ý: Lắp đặt vi mạch số: có hai cách:
+ Lắp IC trên đế cắm: ưu điểm là IC không bị nóng nhưng dễ gây hiệu ứng tiếp xúc kém ở đế cắm vì IC có nhiều chân, làm giảm độ tin cậy của mạch.
+ Hàn trực tiếp IC vào mạch: ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo tiếp xúc tốt song dễ làm nóng IC trong quá trình hàn, do đó sẽ làm thay đổi các tham số của IC.
Các IC số thường có vỏ là thanh nhựa dẹp và có 14, 16 hoặc 24 chân. Khi vẽ mạch in phải chú ý đến vị trí tương đối giữa mạch dẫn nguồn với dây chung và phải chú ý tụ lọc giữa nguồn và dây chung. Điện dung của các tụ này tùy thuộc vào từng họ IC.
Khi hàn chân vi mạch vào mạch in nên hàn chân nối nguồn trước sau mới hàn các chân tiếp theo.
Khi ngắt mạch, phải ngắt tín hiệu vào, sau đó cắt nguồn và nghiêm cấm việc đưa tín hiệu vào trước khi nối nguồn cung cấp.
Khi nối ghép các vi mạch khác loại với nhau phải chú ý điện áp nguồn cung cấp, các mức logic, và nên sử dụng các mạch đệm để bảo đảm việc nối ghép tốt nhất.
TÓM TẮT NỘI DUNG
Vi mạch tích hợp là một chip bán dẫn, trong đó tích hợp các cấu kiện điện tử bán dẫn trên một dây chuyền công nghệ được tự động hóa từ khấu thiết kế mạch đến khi cho ra một cấu kiện. Mỗi vi mạch có một hoặc một số chức năng nhất định.
Có nhiều cách phân loại vi mạch, trong đó thông thường người ta dựa vào 4 tiêu chí để phân loại:
- Dựa vào khả năng xử lý dữ liệu vi mạch chia làm 2 loại là vi mạch tuyến tính và vi mạch số.
- Dựa váo công nghệ chế tạo vi mạch chia làm 4 loại: vi mạch bán dẫn, vi mạch màng mỏng, vi mạch màng dày và vi mạch lai.
- Dựa vào loại tranzito được tích hợp vi mạch chia làm 2 loại: vi mạch lưỡng cực và vi mạch MOS/CMOS.
- Dựa vào số lượng phần tử được tích hợp vi mạch được chia làm 4 loại: SSI, MSI, LSI và VLSI.
Công nghệ chế tạo vi mạch rất phức tạp. Hiện nay công nghệ này gồm một số quá trình sau:
quá trình quang khắc, quá trình plana, quá trình epitaxi-plana.
o Quá trình quang khắc: là quá trình tạo ra trên tấm bán dẫn các lớp phủ bảo vệ theo các cấu hình cần thiết bằng phương pháp quang hóa.
o Quá trình plana là công nghệ chế tạo các phần tử của mạch điện trên bề mặt của phiến đơn tinh thể bán dẫn silic. Quá trình plana là công nghệ kết hợp quá trình quang khắc và quá trình khuếch tán để tạo ra các cấu kiện điện tử như điện trở, tụ điện, điốt, tranzito…
o Công nghệ epitaxi-plana là quá trình nuôi cấy một lớp đơn tinh thể mỏng gọi là lớp epitaxi bên trên một đế tinh thể bán dẫn khác. Sau đó là quá trình plana để tạo ra các cấu kiện điện tử trên bề mặt của lớp epitaxi trên.
Việc chế tạo các cấu kiện điện tử trong vi mạch được thực hiện từ cấu trúc cơ bản của tranzito như điốt, tranzito; còn điện trở và tụ điện thì có thể tạo ra từ các lớp tiếp xúc P-N hoặc một số công nghệ khác được trình bày trong chương 7 này.
Về ứng dụng, trong chương này đưa ra hai lĩnh vục sử dụng IC cơ bản là vi mạch tuyến tính và vi mạch số. Vi mạch tuyến tính là các vi mạch xử lý các dữ liệu xảy ra liên tục theo thời gian. Ở các cấu kiện này, quan hệ vào/ra là quan hệ đường thẳng. Vi mạch tuyến tính quan trọng là IC khuếch đại thuật toán (OA). Đây là một loại IC vạn năng, nó có thể thực hiện nhiều chức năng trong mạch điện tùy thuộc vào các linh kiện đấu ở mạch ngoài.
IC số là các vi mạch thực hiện các hàm logic. Trong vi mạch số các mức điện áp vào ra đều thể hiện 2 giá trị logic là 0 và 1. Các tham số chính của vi mạch số gồm có nguồn nuôi, mức logic vào/ra, hệ số ghép tải, độ phòng vệ nhiễu, trễ truyền lan, công suất tiêu thụ, dòng vào/ra.
Trong chương 7 cũng nêu những điều cần chú ý khi sử dụng IC.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Định nghĩa về vi mạch tích hợp?
2. Nêu các cách phân loại vi mạch tích hợp?
3. Trình bày về công nghệ plana?
4. Trình bày về công nghệ plana-epitaxi
5. Hãy cho biết các cách chế tạo điện trở trong vi mạch?
6. Hãy cho biết các cách chế tạo tụ điện trong vi mạch?
7. Trình bày về cách tạo ra điốt trong vi mạch?
8. Vẽ ký hiệu và giải thích nhiệm vụ các chân của vi mạch khuếch đại thuật toán?
9. Trình bày về đặc tính truyền đạt và đặc tính tần số của OA?
10. Nêu các tham số cơ bản của IC OA?
11. Trình bày về vi mạch số và nêu các tham số chính của chúng?
12. Nêu những điểm cần chú ý chính khi sử dụng IC?
13. Vi mạch tích hợp được sản xuất và sử dụng nhiều nhất hiện nay là loại nào?
a. Vi mạch bán dẫn; b. Vi mạch màng mỏng;
c. Vi mạch màng dày; d. Vi mạch lai 14. Điện trở trong vi mạch MOS được tích hợp là…..
a. điện trở màng kim. b. điện trở đơn khối bán dẫn.
c. điện trở của tiếp xúc P-N. d. một MOSFET có cực cửa nối với cực máng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”, Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT, năm 2002.
2. Nguyễn Quốc Trung – “Vi điện tử số” NXB KHKT năm 1997.
CHƯƠNG 8