Выпускаемые интегральные микросхемы в зависимости от технологии изготовления и их разновидностей подразделяются на серии, отличающиеся статическими и динамическими параметрами, функциональным разнообразием входящих в их состав элементов. Наиболее широкое распространение получили интегральные микросхемы, выполненные по технологиям ТТЛ, ТЛШ, k-МОП, n-МОП и ЭСЛ. Технологии непрерывно совершенствуются с целью увеличения быстродействия, нагрузочной способности, степени интеграции, уменьшения потребляемой мощности и весогабаритных характеристик.
Первые микросхемы были изготовлены на основе резистивно-транзисторной логикиРТЛ, затем на основе диодно-транзисторной логики ДТЛ, но широкого распространения они не получили. В начале 70-х годов появились первые микросхемы, выполненные по ТТЛ – технологии (транзисторно-транзисторная логика). Особенностью ТТЛ - технологии является использование многоэмиттерных транзисторов. В дальнейшем эта технология совершенствовалась и был выпущен целый ряд серий интегральных микросхем, выполненных по технологиям ТТЛ, ТТЛШ. Отечественные микросхемы малой степени интеграции и их зарубежные аналоги, выполненные по этим технологиям, приведены в таблице 1. Все приведённые отечественные серии являются аналогами интегральных микросхем фирмы Texas Instruments (TI). Однако, это не полные копии, а серии, часто отличающиеся лучшими параметрами и расширенными функциональными возможностями.
Таблица 1
| отечественные | зарубежные | отечественные | зарубежные |
| SN54 | SN74 | ||
| SN54L | 134,138 | SN74L | |
| SN54H | SN74H | ||
| SN54S | SN74S | ||
| SN54LS | SN74LS | ||
| SN54ALS | КР1533 | SN74ALS | |
| SN54AS | КР1530 | SN74AS | |
| SN54F | КР1531 | SN74F |
В приведенной таблице:
SN74 – обычная (стандартная) ТТЛ серия;
SN74L – (Low Power) малопотребляющая ТТЛ серия;
SN74H – (Hi Speed) высокоскоростная серия;
SN74S – (Schottky) ТТЛ серия на основе диодов Шоттки;
SN74LS – малое потребление с диодами Шоттки;
SN74ALS – (Advanced) усовершенствованная малопотребляющая серия с диодами Шоттки;
SN74AS – улучшенная с диодами Шоттки;
SN74F – (Fast-Fairchild Advanced Schottky) быстродействующая улучшенная с диодами Шоттки.
Серии SN54 и SN74 отличаются только температурным диапазоном и допустимой величиной отклонения источника питания от номинала.
To, C Uпит, В
SN54 -55…+125 4,5…5,5( 10%)
SN74 0…+70 4,75…5,25 ( 5%)
В конце 70-х начале 80 годов параллельно с ТТЛ технологией, начала развиваться МОП технология:
n-МОП n-MOS (Metal Oxide Semiconductor)
p-MOП p-MOS
k-MOП c-MOS (Complementary MOS)
Отечественные и зарубежные аналоги MOП серии сведены в таблицу 2.
Таблица 2
| Отечественные серии ИМС | Зарубежные аналоги | Фирма-производитель | Напряжение питания Vcc(B) |
| 164,176 | CD 4000 | RCA | 9 и 3-15 |
| 564,561 | CD 4000A MC 4000A | RCA Motorola | 3-15 |
| KP 1561 | CD 4000B MC 4000B | RCA Motorola | 3-16 |
| 54HC 74HC | National Semiconductor, Motorola | 2-6 | |
| KP 1554 KP 1594 | 74 AC 74 ACT | Texas Instruments | 3-5,5 |
До 1981 года все выпускаемые МОП серии отличались невысоким быстродействием и малыми выходными токами. Примерно в 1981 году появились 54 НС/ 74 НС / 1564 (Hi Speed CMOS) близкие по физическим параметрам к 54LS/74LS, в частности, среднее время задержки на один вентиль 10нс. Более высокого быстродействия добились в сериях 54АС/ 74 АС/ КР 1554 (Advanced C-MOS), время задержки на один вентиль 3,5 нс. Ещё более высокого быстродействия добились в сериях BCT (Bi CMOS-Bipolary C-MOS – ТТЛ Compatible Input) – технология с размещением биполярных и К-МОП транзисторов на одном кристалле с уровнями сигналов совместимыми с ТТЛ. Результатом постоянной работы по улучшению параметров ИМС, стали улучшенные серии ACQ/FCTQ, FCTx/FCTxT, FASTr и др.
На сегодняшний день параметры интегральных микросхем, выполненных по МОП технологии, уже ничем не уступают ТТЛ, ТТЛШ, а, в ряде случаев, даже превосходят их по помехоустойчивости, энергопотреблению, быстродействию, но проигрывают в стоимости.
Каждая серия имеет определённый набор интегральных микросхем различного функционального назначения. Совокупность этих микросхем принято называть функциональным рядом. Функциональный ряд разбивается на отдельные группы по функциональному назначению (логические элементы, триггеры, регистры, счётчики, сумматор и т. д.).
Интегральные микросхемы с одинаковым функциональным назначением и даже цоколёвкой могут встречаться в различных сериях, однако они отличаются своими параметрами и выбор конкретной серии для проектирования должен осуществляться с учётом этих параметров. Разработчики, как правило, уделяют основное внимание:
· быстродействию;
· потребляемой мощности;
· нагрузочной способности;
· помехоустойчивости;
· стоимости.
Каждый из этих параметров, в свою очередь, может характеризоваться несколькими значениями. Например, статическая и динамическая потребляемая мощность; нагрузочная способность в случае применения одной серии и разных серий и др. Из-за взаимной противоречивости параметров невозможно выбрать одну серию микросхем с наивысшими показателями всех параметров. Поэтому разработчики постоянно стремятся создавать новые семейства ИМС, отличающиеся лучшими значениями нескольких параметров (двух-трех). В таблице 3 для сравнения представлены характеристики (задержка на один вентиль, потребляемый ток, выходной ток логической единицы / выходной ток логического нуля) традиционных серий ИМС.
Таблица 3
| №№ | Серия | Технология | Задержка на вентиль, нс | Потребляемый ток, mA | I’вых/Ioвых , mA | ||
| TTL
LS/S | Биполярная КМОП Биполярная | 18/9 | 0,3 25/110 | 2/32 0,5/6,4 15/64 | |||
|
| КМОП | 29/35 | 0,08 | 6/6 | |||
| FAST AS ALS. | Биполярная Биполярная Биполярная | 6,5 6,2 | 15/64 15/64 15/64 | ||||
| АС/АСТ FST | КМОП КМОП | 8/10 6,5 | 0,08 6,5 | 24/24 15/64 | |||
| ACQ ACTQ FCTx FCTxT FASTr BCT | КМОП КМОП КМОП КМОП Биполярная БиКМОП | 6,0 7,5 4,1-4,8 4,1-4,8 3,9 5,5 | 0,08 0,08 1,5 1,5 | 24/24 24/24 15/64 15/64 15/64 15/64 |
Серии первой строки таблицы стоят обычно очень дешево, имеют стабильные свойства, содержат широкий спектр ИМС различного функционального назначения. Однако их отличает невысокая тактовая частота работы, высокая потребляемая мощность. Усовершенствованные серии пятой строки таблицы наиболее быстродействующие, их отличает невысокое потребление, высокая помехоустойчивость, но они наиболее дорогие. Таким образом, проблема выбора серии ИМС должна решаться с учетом требований, предъявляемых к проектируемой системе. Например, если конечное изделие должно быть достаточно дешевым в отсутствии других требований, то следует выбирать серии из первой или второй строки таблицы. Если тактовая частота работы изделия до 10МГц и при этом требуется низкое энергопотребление, то выбор следует остановить на сериях ALS и т.д. В целом проблема выбора неоднозначна и решается с учетом многих факторов.