Các trang trong thể loại “linh kiện bán dẫn”

Bộ nhớ ﬂash được cấu thành từ các phần tử cell nhớ riêng rẽ với các đặc tính bên trong giống như những cổng logic tương ứng đã tạo ra nó; do đó, ta có thể thực hiện thao tác đọc/ ghi, lư

Trang 1

Các trang trong thể loại “Linh kiện bán dẫn”

Trang 2

1 ADC 1

1.1 Nguyên lý hoạt động 1

1.1.1 Flash ADC 2

1.1.2 ADC xấp xỉ nối tiếp 2

1.1.3 Ramp-compare ADC 2

1.1.4 ADC tích phân sườn đôi hoặc đa sườn 2

1.1.5 ADC mã hoá delta 2

1.1.6 ADC sigma-delta 2

1.2 Các đặc trưng hoạt động 2

1.2.1 ADC dấu phảy tĩnh 2

1.2.2 ADC dấu phảy động 2

1.2.3 Các lỗi đặc trưng 2

1.3 Ứng dụng 3

1.3.1 Các nhóm 3

1.3.2 Lĩnh vực 3

1.3.3 Oversampling 3

1.4 am khảo 3

1.5 Xem thêm 4

1.6 Liên kết ngoài 4

2 Bộ nhớ ỉ đọc 5 2.1 Các loại ROM 5

2.2 Xem thêm 5

2.3 am khảo 5

3 Bộ nhớ ﬂash 6 3.1 Lịch sử 6

3.2 So sánh với các bộ nhớ khác 6

3.3 Xem thêm 6

3.4 am khảo 6

Trang 3

ii MỤC LỤC

4.2 Ứng dụng 7

4.3 am khảo 7

4.4 Xem thêm 7

5 Cảm biến CCD 8 5.1 Lịch sử 8

5.2 Đặc điểm cấu tạo 9

5.3 Đối tượng nghiên cứu 9

5.4 am khảo 9

5.5 Xem thêm 9

6 Chipset 10 6.1 Xem thêm 10

6.2 am khảo 10

7 CMOS 11 7.1 Lịch sử phát triển 11

7.2 Chi tiết kĩ thuật 12

7.2.1 Cấu trúc 12

7.2.2 Ví dụ: cổng NAND 13

7.3 Xem thêm 13

7.4 am khảo 13

8 Cổng AND 14 8.1 Ký hiệu 14

8.2 Toán học 14

8.3 Cấu tạo 14

8.4 ay thế 14

8.5 Xem thêm 14

8.6 am khảo 14

9 Cổng logic 15 9.1 Nguyên lý hoạt động 15

9.2 Ký hiệu 15

9.3 Ứng dụng 16

9.4 Cổng logic tổng quát 16

9.5 Cổng logic ba trạng thái 16

Trang 4

9.8 am khảo 17

9.9 Xem thêm 17

10 Cổng NAND 18 10.1 Ký hiệu 18

10.2 Phần cứng 18

10.3 Xem thêm 18

10.4 am khảo 18

11 DAC 19 11.1 Nguyên lý hoạt động 19

11.3 Ứng dụng 19

11.4 am khảo 20

11.5 Xem thêm 20

12 Danh sá loạt 4000 21 12.1 Danh sách IC 21

12.2 am khảo 21

12.3 Xem thêm 21

13 Danh sá loạt 7400 22 13.1 Danh sách IC 22

13.2 am khảo 22

13.3 Xem thêm 22

14 Demultiplexer 23 14.1 Nguyên lý hoạt động 23

14.4 am khảo 23

14.5 Xem thêm 23

15 DIAC 24 15.1 Nguyên lý hoạt động 24

Trang 5

iv MỤC LỤC

15.4 Một số DIAC 24

15.5 am khảo 24

15.6 Xem thêm 25

16 Điện trở quang 26 16.1 Nguyên lý hoạt động 26

16.4 am khảo 26

16.5 Xem thêm 26

17 Điốt laser 27 17.1 Nguyên lý hoạt động 27

17.2 Xem thêm 27

17.3 am khảo 27

18 Điốt quang 28 18.1 Nguyên lý hoạt động 28

18.2.1 Hiệu suất 28

18.2.2 Đáp tuyến phổ 28

18.2.3 Dòng tối 29

18.2.4 Đáp ứng thời gian 29

18.2.5 Mức ồn 29

18.3 Các chế độ hoạt động 29

18.3.1 Chế độ quang điện 29

18.3.2 Chế độ quang dẫn 29

18.3.3 Chế độ tuyết lở 29

18.3.4 Phototransistor 29

18.4 am khảo 30

18.5 Xem thêm 30

19 Điốt Sottky 31 19.1 Nguyên lý hoạt động 31

19.4 am khảo 31

19.5 Xem thêm 31

Trang 6

20 Điốt tunnel 32

20.4 am khảo 32

20.5 Xem thêm 32

21 Điốt Zener 33 21.1 Nguyên lý hoạt động 33

21.4 am khảo 34

21.5 Xem thêm 34

22 EEPROM 35 22.1 Tổng quan 35

22.2 So sánh với các thể loại 35

22.3 Xem thêm 35

22.4 am khảo 35

23 Field-programmable gate array 36 23.1 Lịch sử 36

23.3 Kiến trúc 37

23.3.1 Khối logic 37

23.3.2 Hệ thống mạch liên kết 38

23.3.3 Các phần tử tích hợp sẵn 38

23.3.4 Block RAM 38

23.4 Xem thêm 38

23.6 am khảo 39

24 Flip-ﬂop 40 24.1 Nguyên lý hoạt động 40

24.2.1 Flip-ﬂop RS 41

24.2.2 Flip-ﬂop RSH 41

Trang 7

vi MỤC LỤC

24.2.3 Flip-ﬂop D 41

24.2.4 Flip-ﬂop JK 41

24.2.5 Flip-ﬂop T 41

24.4 am khảo 41

24.5 Xem thêm 41

25 GTO 42 25.1 Nguyên lý hoạt động 42

25.4 am khảo 42

25.5 Xem thêm 42

26 HEMT 43 26.1 Phát minh 43

26.3 Các biến thể 43

26.3.1 pHEMT 43

26.3.2 mHEMT 43

26.3.3 HEMT cảm ứng 43

26.5 am khảo 43

26.6 Xem thêm 43

27 IGBT 45 27.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 45

27.2 Đặc tính đóng cắt của IGBT 45

27.3 Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area) 46

27.4 Yêu cầu với tín hiệu điều khiển 46

27.5 Vấn đề bảo vệ IGBT 46

27.6 am khảo 46

27.7 Xem thêm 46

28 JFET 47 28.1 Nguyên lý hoạt động 47

28.4 am khảo 47

Trang 8

29 Khuế đại thuật toán 48

29.1 Lịch sử 48

29.1.1 Nguyên lý hoạt động 49

29.2 Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng 49

29.3 Những giới hạn của bộ khuếch đại thuật toán thực tế 49

29.3.1 Những sai lệch về mặt một chiều 49

29.3.2 Những sai lệch về mặt xoay chiều 50

29.3.3 Những sai lệch do phi tuyến 50

29.3.4 Những lưu ý về mặt công suất 51

29.4 Ký hiệu 51

29.5 Ứng dụng trong thiết kế hệ thống điện tử 51

29.6 Hoạt động - Đối với một chiều 52

29.7 Hoạt động - Đối với xoay chiều 52

29.8 Mạch khuếch đại không đảo cơ bản 52

29.9 Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741 52

29.9.1 Gương dòng điện 53

29.9.2 Tầng khuếch đại vi sai đầu vào 53

29.9.3 Tầng khuếch đại điện áp lớp A 53

29.9.4 Mạch định thiên đầu ra 54

29.9.5 Tầng xuất 54

29.10 am khảo 54

29.11 Xem thêm 54

30 LED 55 30.1 Lịch sử 55

30.1.1 Những phát hiện sơ khai 55

30.1.2 á trình thương mại hóa 56

30.1.3 LED xanh da trời và LED trắng 56

30.2 Hoạt động 56

30.2.1 Về mặt điện tử 56

30.2.2 Chiết suất 57

30.2.3 Lớp tráng phủ 57

30.2.4 Hiệu suất và các thông số hoạt động 57

30.2.5 Tuổi thọ 57

30.3 Màu sắc và vật liệu 58

30.3.1 LED xanh da trời và LED tia cực tím 58

30.4 Tính chất 58

Trang 9

viii MỤC LỤC

30.6 Xem thêm 59

30.7 am khảo 59

31 Linh kiện bán dẫn 61 31.1 Vật liệu bán dẫn 61

31.2 Danh mục linh kiện bán dẫn phổ biến 61

31.3 am khảo 62

31.4 Xem thêm 62

32 Logic ba trạng thái 63 32.1 Hoạt động 63

32.3 am khảo 63

32.4 Xem thêm 63

33 Luxeon 64 33.1 am khảo 64

34 Mạ cộng 65 34.1 Phân loại 65

34.1.1 Mạch cộng bán phần 65

34.1.2 Mạch cộng toàn phần 65

34.2 Phép cộng nhiều bit 65

34.2.1 Phương pháp tiếp nối 65

34.2.2 Phép cộng bán song song 66

34.3 am khảo 66

34.4 Xem thêm 66

35 Mạ đếm 67 35.1 Nguyên lý hoạt động 67

35.1.1 Synchronous Counter 67

35.1.2 Asynchronous Counter 67

35.4 am khảo 67

35.5 Xem thêm 67

36 Mạ đếm vòng 68 36.1 Nguyên lý hoạt động 68

Trang 10

36.4 am khảo 68

36.5 Xem thêm 68

37 Mạ so sánh 69 37.1 Nguyên lý hoạt động 69

37.3 am khảo 69

37.4 Xem thêm 69

38 MOSFET 70 38.1 Hoạt động của MOSFET 70

38.2 MOSFET thời sơ khai 70

38.3 Sự thu nhỏ của MOSFET 70

38.3.1 Các khó khăn 70

38.4 Chế tạo MOSFET 70

38.5 Các loại MOSFET 70

38.5.1 NMOS 71

38.5.2 DMOS 71

38.5.3 HEXFET 71

38.5.4 CoolMOS 71

38.6 am khảo 71

38.7 Xem thêm 71

39 Multiplexer 72 39.1 Nguyên lý hoạt động 72

39.1.1 Mux và Demux mạch số 72

39.1.2 Mux và Demux mạch tương tự 73

39.1.3 Truyền địa chỉ 73

39.3 am khảo 73

39.4 Xem thêm 73

40 Ổn áp 74 40.1 Nguyên lý hoạt động 74

40.4 am khảo 74

Trang 11

x MỤC LỤC

40.5 Xem thêm 74

41 Photocoupler 75 41.1 Nguyên lý hoạt động 75

41.3 am khảo 75

41.4 Xem thêm 75

42 Pin mặt trời 77 42.1 Lịch sử của pin mặt trời 77

42.2 Nền tảng 78

42.3 Vật liệu và hiệu suất 78

42.4 Sự chuyển đổi ánh sáng 79

42.5 Xem thêm 79

42.6 am khảo 79

43 Programmable Array Logic 80 43.1 Xem thêm 80

43.2 am khảo 80

44 PROM 81 44.1 Lịch sử 81

44.2 Cấu trúc PROM 81

44.3 Xem thêm 81

44.4 am khảo 82

45 RAM 83 45.1 Lịch sử 83

45.2 Đặc trưng 84

45.3 Mục đích 84

45.4 Phân loại RAM 84

45.4.1 RAM tĩnh 84

45.4.2 RAM động 84

45.5 Các thông số của RAM 85

45.5.1 Dung lượng 85

45.5.2 BUS 85

45.6 Các loại module của RAM 86

45.7 Tính tương thích với bo mạch chủ 86

Trang 12

46 anh ghi dị 87 46.1 Nguyên lý hoạt động 87

46.4 am khảo 87

46.5 Xem thêm 87

47 yristor 88 47.1 Lịch sử nghiên cứu 88

47.2 Đặc tính Volt-Ampere của thyristor 88

47.2.1 Không có dòng điện vào cực điều khiển (Ig = 0) 88

47.2.2 Có dòng điện vào cực điều khiển (iG > 0) 88

47.3 Mở, khóa thyristor 88

47.3.1 Mở thyristor 88

47.4 Các thông số cơ bản 89

47.4.1 Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb 89

47.4.2 Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max 89

47.4.3 ời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ(μs) 89

47.4.4 Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs) 89

47.4.5 Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs) 89

47.6 am khảo 90

47.7 Xem thêm 90

48 Transistor 91 48.1 Phân loại 91

48.2 Chức năng 91

48.2.1 Transistor làm công tắc 92

48.2.2 Transistor dùng để khuếch đại 92

48.3 Vùng hoạt động 92

48.4 So sánh với đèn điện tử chân không 93

48.4.1 Ưu điểm 93

48.4.2 Hạn chế 93

48.5 Xem thêm 93

48.6 am khảo 93

Trang 13

xii MỤC LỤC

49.4 am khảo 94

49.5 Xem thêm 94

50 Transistor hiệu ứng trường 95 50.1 Lịch sử 95

50.2.1 JFET 95

50.2.2 MOSFET 95

50.5 am khảo 96

50.6 Xem thêm 96

51 Transistor lưỡng cực 97 51.1 Hình ảnh 97

51.2 Nhà phát minh 97

51.3 Phân loại 97

51.4 Cấu tạo 97

51.5 Ký hiệu trong mạch điện 98

51.6.1 Transistor ngược NPN 98

51.6.2 Transistor thuận PNP 99

51.7 Các thông số cần quan tâm 99

51.9 Các ứng dụng điển hình 99

51.9.1 Khuếch đại điện áp một chiều 99

51.9.2 Khuếch đại điện áp xoay chiều 100

51.9.3 Khuếch đại công suất 100

51.9.4 Khuếch đại chuyển mạch 100

51.9.5 Ứng dụng để điều khiển động cơ 100

51.10 am khảo 100

51.11 Xem thêm 100

52 TRIAC 101 52.1 Đặc tính V-A 101

Trang 14

52.4 am khảo 101

53 Trigger Smitt 102 53.1 Nguyên lý hoạt động 102

53.3 am khảo 103

53.4 Xem thêm 103

54 TTL (logic) 104 54.1 Lịch sử 104

54.3 am khảo 105

54.4 Xem thêm 105

55 UJT 106 55.1 Nguyên lý hoạt động 106

55.4 am khảo 106

55.5 Xem thêm 106

56 Varicap 107 56.1 Nguyên lý hoạt động 107

56.4 am khảo 107

56.5 Xem thêm 107

57 Varistor 109 57.1 Nguyên lý hoạt động 109

57.4 am khảo 109

57.5 Xem thêm 109

Trang 15

xiv MỤC LỤC

58.1 Lịch sử 110

58.2 Phân loại 110

58.2.1 Phân loại theo tín hiệu được xử lý 110

58.2.2 Phân loại theo mức độ tích hợp 110

58.2.3 Phân loại theo công nghệ 111

58.2.4 Phân loại theo công dụng 111

58.4 am khảo 111

58.5 Xem thêm 111

59 Vi mạ họ 4000 112 59.1 Lịch sử 112

59.2 Đệm và không đệm 112

59.3 Danh sách IC 112

59.5 am khảo 112

59.6 Xem thêm 112

60 Vi mạ họ 7400 113 60.1 Mô tả tóm tắt các phát triển 113

60.3 am khảo 113

60.4 Xem thêm 113

60.6 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 114

60.6.1 Văn bản 114

60.6.2 Hình ảnh 116

60.6.3 Giấy phép nội dung 124

Trang 16

ADC 4 kênh ghép WM8775SEDS của Wolfson Microelectronics

đặt trong card Sound Blaster X-Fi Fatal1ty Pro.

ADC hay Mạ uyển đổi tương tự ra số hay

Analog-to-digital converter, là mộtlinh kiện bán dẫnthực hiện

chuyển đổi mộtđại lượng vật lý tương tự liên tục nào

đó (thường làđiện áp) sang giá trị số biểu diễn độ lớn

của đại lượng đó.[1] Để thuận tiện mô tả, sau đây coi

mặc nhiên tín hiệu vào là điện áp

Sự chuyển đổi liên quan đến việc lượng tử hóa tín hiệu

ngõ vào, do đó nhất thiết mắc một lượng lỗi ay vì làm

một chuyển đổi duy nhất, ADC thực hiện việc chuyển

đổi theo định kỳ gọi là “mẫu” ngõ vào (sample) Kết quả

là một quá trình thời gian liên tục (continuous-time) và

giá trị liên tục (continuous-amplitude) được chuyển đổi

sang dãy số rời rạc về cả hai thứ đó.[2]Như vậy nó có

hai đặc trưng quan trọng nhất liên quan đến độ phân

giải hai chiều:

• Nhịp lấy mẫu là khoảng thời gian giữa hai lần thực

hiện số hóa, hoặc nghịch đảo của nó làtần sốsố

hóa

• Bậc số hóa là số bit xác định số mức số hóa cho dải

giá trịđiện ápdanh định Hệ M bit có 2Mmức cho

tín hiệu đơn cực, chỉ dương hoặc chỉ âm Nếu là

tín hiệu song cực, phải dành 1 bit dấu, và do mức

0 bị dính nên hệ cho ra 2M-1−1 mức.

Dải giá trịđiện ápdanh định nầy được gọi là dải động

Điện áp lớn hơn thì gây tràn (overﬂow)

Lý thuyết về số hóa các quá trình tương tự không nêu

ở đây Điểm chú ý là tác động của hiện tượng Aliasingđến đặc trưng số hóa, và nó dẫn đến đòi hỏi tần số sốhóa phải lớn hơn trên gấp đôi tần cực đại của băng tầntín hiệu trong các nhu cầu thông thường, còn trong nhucầu kỹ thuật thì là gấp 4, ví dụ phải dùng 1 KHz để sốhóa tín hiệu có băng tần 10–250 Hz

Tại ngõ vào chính của ADC trong chip có thể có phần

tử Multiplexer, cho ra ADC đa ngõ vào hay ADC đakênh Trước đây giá thành ADC cao, nên đã bố trí 8đến 64 ngõ vào Hiện nay xuất hiện các chip chỉ bố trí

1, 2 hoặc 4 ngõ vào

Mạch DAC (Digital-to-analog converter) thực hiện

hoàn nguyên tín hiệusố hóa

1.1 Nguyên lý hoạt động

Flash ADC

Trang 17

Flash ADC là dạng đơn giản nhất, thực hiện bằng dãy

điện trở phân áp và các comparator điện áp Nó là

minh hoạ nhập đề cho hoạt động của ADC Trong hình

vẽ là ADC 16 mức “không âm”, thực hiện bẳng 15

comparator Kết quả so được mạch lập mã Encoder tiếp

nhận và chuyển sang mã nhị phân, trong trường hợp

ADC xấp xỉ nối tiếp (successive-approximation)

1.1.5 ADC mã hoá delta

ADC Mã hoá delta (delta-encoded ADC or

counter-ramp)

1.1.6 ADC sigma-delta

ADC sigma-delta

1.2 Các đặc trưng hoạt động

1.2.1 ADC dấu phảy tĩnh

Các ADC thông thường nêu ở mục trên thực hiện sốhóa với các mức tín hiệu cách đều, và cho ra kết quả là

số integer nhị phân, biểu diễn giá trịtín hiệu Nó đượcgọi là kiểu dấu phảy tĩnh Tuy nhiên thuật ngữ “dấuphảy tĩnh” không cần nhắc tới nếu không có nhu cầuphân biệt

Ví dụ ADC 16 bit nhị phân cho ra giá trị mã từ−16383

đến +16383, lỗi xấp xỉ tín hiệu là ≈10−5, đáp ứng tốt nhucầu số hoá âm nhạc thông thường Trong ứng dụng âmnhạc thì không cần quan tâm giá trị tuyệt đối phải làchính xác, nên việc thích ứng với cường độ âm thanhthực hiện bằng chỉnh chiết áp khuếch đại là đủ.Trong đo lường hay ứng dụng cần giá trị chính xác, thìADC này chỉ đáp ứng dải động xác định

1.2.2 ADC dấu phảy động

Trong các thiết bị đo lường có dải động rộng thì sử dụngADC dấu phảy động Kiến trúc của ADC nầy gồm cóhai phần:

1 Tiền khuếch đại có độ khuếch điều khiển nhịphân, với số bit điều khiển là số bit đặc tính củakết quả

2 ADC dấu phảy tĩnh, có số bit chính là số bit địnhtrị của kết quả

Hoạt động của ADC nầy có hai kỳ Kỳ 1, xác định bitđặc tính để tiền khuếch đại cho ra tín hiệu có độ lớntrong dải động của ADC chính, trong đó giá trị đặc tínhcao thì độ khuếch thấp Kỳ 2, ADC chính số hóa

1.2.3 Các lỗi đặc trưng

Lỗi nhảy sai mức: quá rộng hay quá cao

Trang 18

tuyến tính trong hay ngoài chip.

• Nhảy sai mức hiện ra ở dạng quá rộng hay quá cao,

do ảnh hưởng nhiễu và dải bất định ở mức ngưỡng

so sánh gây ra

• Lỗi lệch thời hay “skew”, xảy ra ở ADC ghép

kênh ADC ghép kênh phải tuần tự biến đổi cho

các tín hiệu vào, nên tín hiệu vào được lấy mẫu

không cùng thời điểm Một số thiết bị đã bố trí

microprocessor tính hiệu đính skew để đưa về

cùng thời điểm

• Lỗi Aliasing: khi bộ lọc cắt tần cao không đủ

mạnh, các nhiễu tần số cao lọt vào

1.3 Ứng dụng

ADC là một trong những phần tử phổ biến, có mặt trong

tất cả các thiết bị kỹ thuật sốtiếp nhận thông tin từ các

cảm biếnanalog ADC cũng thường được tích hợp với

cảm biếnvà đặt ngay tại đầu thu, truyền dữ liệu dạng

số về khối xử lý Nó đảm bảo sự ưu việt là dữ liệu trung

thực, truyền đưa dễ dàng và xử lý thuận tiện.[3]

• ADC nhanh, dấu phảy tĩnh và số bit thấp, cỡ 8-12

bit, dùng cho biến đổi tín hiệuvideo,radar,cảm

biến CCD,…

• ADC âm thanh, dấu phảy tĩnh và số bit trung bình,

dùng trong thiết bị âm thanh

• ADC kỹ thuật, dấu phảy tĩnh hoặc động, số bit cỡ

24-32, dùng trong thiết bị đo lường tín hiệu, ví dụ

ADC 24-bit 2.5 MHzAD7760

• ADC đo lường đơn giản cho ra số BCD với 3-5

digit không kể dấu, ví dụICL7135 Một số chip tích

hợp với mạch “giải mã 7 thanh” để hiện số bằng

LED hay màn hiện LCD nhưICL7106, ICL7107

Chúng được dùng trong máy đo thông dụng, như

Multimeterhiện số, có bán ngoài chợ Nhật Tảo

• Đo đạc trong vật lý, hóa học, sinh học, y học, đo

lường điện,…

• Âm nhạc, hình ảnh, truyền hình truyền thông,…

• ông tin liên lạc, thiết bị dân sinh,…

Flash ADC được tạo ra khá sớm, dùng cho hiện cường

độ âm thanh bằng dãy LED trong máy hát nhạc, ví dụ

ICLM3914

chỉ tiêu tần số số hóa của chip thường cao hơn nhucầu của mạch ứng dụng Mặt khác, mạch ứng dụngthường thiết kế với nhiều nhịp số hóa chọn được Nhằmkhai thác tối đa năng lực ADC và tránh phải bố trímạch lọc anti-alias cho mỗi mức nhịp số hóa, kỹ thuậtOversampling được vận dụng

Nội dung của kỹ thuật Oversampling là, tín hiệu được

số hóa ở tần cao hơn K lần tần yêu cầu làm việc, sau

đó kết quả được xử lý bằng “kỹ thuật lọc số", rồi cộngchúng lại theo bước số hóa yêu cầu.[4]

Giải thich về ngưỡng và độ phân giải Oversampling

Kết quả cộng cho ra độ phân giải cao hơn độ phân giảidanh định ∆V của chip, ví dụ đạt được mức 20 bit bằngADC 16 bit, tức là tăng 4 bit Nếu cộng K số lại (cộngkhông có phủ chồng) thì gia tăng bit cao nhất là cỡlog2(K)/2, tuy nhiên độ phân giải thực tế bị chặn bởi độrộng của dải bất định củacomparatorkhi chuyển mứcgiữa hai mức kề nhau, và tùy thuộc chất lượng của chip

sử dụng.[5]

Trường hợp ADC lý tưởng thì ngưỡng phânbiệt ra mức tín hiệu L và L+1 ∆V nằm ở giữa.Trong thực tếcomparatorcó dải bất định là

δV, giá trị tín hiệu rơi vào dải δV sẽ cho rahoặc là L hoặc là L+1 Oversampling dùngchip có độ phân giải ∆V thì đạt độ phân giảicao nhất là cỡ δV Song nếu quan sát tín hiệu

DC hoặc biến đổi quá chậm, thì ví dụ tín hiệu

DC vào ở mức L + 0,7 ∆V, kết quả số hóa sẽluôn là L+1, Oversampling không tăng đượccái gì cả Để khắc phục thì người ta đưa vàomột lượng nhiễu răng cưa nhỏ biết trước, vàloại đi trong kết quả cộng

1.4 Tham khảo

[1] Walden R H., 1999.Analog-to-digital converter surveyand analysis IEEE Journal on Selected Areas in

Trang 19

4 CHƯƠNG 1 ADC

Communications 17 (4), p 539–550 doi:10.1109/49

761034

[2] ADC and DAC Glossary - Maxim

[3] Rudy J van de Plassche: CMOS integrated

analog-to-digital and analog-to-digital-to-analog converters 2nd edition

Kluwer Academic, Boston 2003,ISBN 1-4020-7500-6

[4] Nauman Uppal (2004) "Upsampling vs Oversampling

for Digital Audio" Retrieved 2/12/2015

[5] "Improving ADC Resolution by Oversampling and

Averaging" Silicon Laboratories Inc Retrieved

2/12/2015

1.5 Xem thêm

• Audio codec

• Digital signal processing

• DAC(Digital-to-analog converter)

Trang 20

Bộ nhớ chỉ đọc

Bộ nhớ ỉ đọc hay ROM (tiếng Anh: Read-Only

Memory) là loại bộ nhớ không khả biến dùng trong các

máy tính hay hệ thống điều khiển, mà trong vận hành

bình thường của hệ thống thì dữ liệu chỉ được đọc ra mà

không được phép ghi vào.

Không giống nhưRAM, thông tin trên ROM vẫn được

duy trì dù nguồn điện cấp không còn Nó dùng cho lưu

giữ mã chương trình điều hành và dữ liệu mặc định của

hệ thống

ROM, theo đúng nghĩa cũng như đối với các chip ROM

thế hệ đầu, cho phép chỉ đọc dữ liệu từ chúng, và chỉ

cho phép ghi dữ liệu một lần, gọi là nạp ROM

Do công nghệ phát triển và nhu cầu thực tế, các thế hệ

ROM sau được chế tạo với khả năng xoá được và nạp

nhiều lần, mà việc thực hiện nạp ROM phải tuân theo

quy trình đặc biệt đặc trưng Nó cho ra khả năng mềm

dẻo trong việc sửa đổi tính năng vận hành của hệ thống

điều khiển

2.1 Các loại ROM

D23128C PROM trên bo mạch ZX Spectrum

• PROM (Programmable Read-Only Memory) hay

Mask ROM: Được chế tạo bằng các mối nối (cầu

chì - có thể làm đứt bằng mạch điện) Nó thuộc

dạng WORM (Write-Once-Read-Many) Chương

trình nằm trong PROM có thể lập trình được bằng

những thiết bị đặc biệt Loại ROM này chỉ có thể

lập trình được một lần, và là rẻ nhất.

• EPROM (Erasable Programmable Read-Only

Memory): Được chế tạo bằng nguyên tắc phân cực

EPROM được chế tạo bằng nguyên tắc phân cực tĩnh điện Cửa

• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Được tạo bằng công nghệ

bán dẫn Nội dung của ROM này có thể viết vào

và xóa (bằng điện)

Một dạng phổ biến hiện dùng làBộ nhớ ﬂash, gọi đơngiản là Flash, dùng với cả tư cáchEEPROMlẫn trongỔUSB ﬂash

Trang 21

Chương 3

Bộ nhớ ﬂash

Một ổ USB ﬂash Chip bên trái là bộ nhớ ﬂash Bên phải là bộ

vi điều khiển

Bộ nhớ ﬂash là một loại bộ nhớ máy tính kiểubộ nhớ

điện tĩnh(non-volative memory), có thể bị xóa khi mất

nguồn điện cấp vào và lập trình lại (reprogrammed)[1]

Về mặt kỹ thuật thì bộ nhớ ﬂash có thể được dùng như

một loạiEEPROMmà ở đó nó có thể được đọc/ ghi bằng

điện và không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện

Có 2 kiểu bộ nhớ ﬂash chính đã được tạo ra là NAND

và NOR được cấu thành từ cáccổng logic Bộ nhớ ﬂash

được cấu thành từ các phần tử (cell) nhớ riêng rẽ với các

đặc tính bên trong giống như những cổng logic tương

ứng đã tạo ra nó; do đó, ta có thể thực hiện thao tác

đọc/ ghi, lưu trữ dữ liệu theo từng phần tử (cell) nhớ

một

Khác với các bộ nhớEPROMsphải được xóa trước khi

được ghi lại, thì bộ nhớ ﬂash kiểuNANDcó thể được

ghi và đọc theo từng khối (block) hoặc trang (page) nhớ,

còn bộ nhớ ﬂash kiểuNORthì có thể được đọc hoặc ghi

một cách độc lập theo từng từ (word) hoặc byte nhớ của

máy[2]

Các chip nhớ ﬂash nhỏ được sử dụng trong bộ nhớ dữ

liệu cấu hình tĩnh của máy tính, trong máy dân dụng

như tivi, quạt,… Các chip lớn thì dùng trongmáy nghe

nhạc kĩ thuật số,máy ảnh kĩ thuật số, điện thoại di

động Nó cũng được sử dụng trên các máy trò chơi, thay

thế choEEPROM, hoặc choRAM tĩnhnuôi bằng pin để

lưu dữ liệu của trò chơi

Phổ thông nhất chính làthẻ nhớvàổ USB ﬂashđể lưutrữ và truyền dữ liệu giữa các máy tính và các thiết bị

kỹ thuật số khác

3.1 Lịch sử

Bộ nhớ ﬂash được Toshiba đưa ra năm 1984 làm

EEPROM, cho phép đọc ghi từng byte khác với cácEPROMtiền nhiệm.[3]

3.2 So sánh với các bộ nhớ khác 3.3 Xem thêm

[3] Masuoka F., Momodomi M., Iwata Y., Shirota R (1987)

New ultra high density EPROM and ﬂash EEPROM withNAND structure cell.Electron Devices Meeting, 1987International IEEE Retrieved 01 Apr 2015

3.5 Liên kết ngoài

6

Trang 22

Bơm nhiệt điện

Sơ đồ bơm nhiệt Peltier, các chân nhiệt đặt song song, nhưng nối

tiếp về điện.

Phần tử bơm nhiệt điện hay bơm nhiệt Peltier, Peltier

cooler là một loạilinh kiện bán dẫnhoạt động theo theo

hiệu ứng Peltier, dùng dòng điện để tạo ra dòng nhiệt

cưỡng bức ở mối nối của hai loại vật liệu khác nhau.

Bơm nhiệt điện hoạt động ở trạng thái rắn tiêu thụ năng

lượng điện để cưỡng bức truyền nhiệt từ phía này sang

phía kia Nó hoạt động thuận nghịch, nên có thể sử

dụng như một bộ điều khiển nhiệt độ, hoặc làm nóng

hoặc làm mát Trong thực tế việc áp dụng chính là sắp

xếp để sử dụng tính năng nào, và thường là làm mát

bằng cách thải nhiệt ở phần nóng lên ra môi trường

khác.[1]

Hiệu ứng Peltier là một phần của hiện tượng vật lý trong

chất bán dẫn làhiệu ứng nhiệt điện

Năm 1821,omas Johann Seebeckphát hiện ra rằng

hai dây dẫn khác loại nối với nhau và đặt ở hai nhiệt

độ khác nhau (tức là có gradient nhiệt) thì tạo ra một

điện áp Sự chênh nhiệt dẫn đến dòng nhiệt truyền, làm

khuếch tán các hạt mang điện Dòng chảy của các hạt

mang điện giữa các vùng nóng và lạnh lại tạo ra một

điện áp khác nhau.[2]

Năm 1834,Jean Charles Athanase Peltierphát hiện ra

hiệu ứng ngược lại, rằng một dòng điện chạy qua mối

nối nhau của hai dây dẫn khác loại nhau, thì tùy thuộc

vào chiều dòng điện, làm cho nó hoạt động như một

phần tử làm nóng hoặc làm mát.[3]

Hiệu ứng được gọi là hiệu ứng Peltier và Bơm nhiệt Peltier hoạt động theo hiệu ứng này.

4.2 Ứng dụng 4.3 Tham khảo

[1] ermoelectric Coolers Basics TEC Microsystems.Truy cập 01 Apr 2015

[2] Seebeck (1826) ermoelectric generator, p 1, at GoogleBooks “Ueber die Magnetische Polarisation der Metalleund Erze durch Temperatur-Diﬀerenz.” Annalen derPhysik und Chemie, 6, pp.ː 1-20, 133-160, 253-286.[3] Peltier (1834) ermoelectric generator, p 37, at GoogleBooks “Nouvelles expériences sur la caloricité descourants électrique”, Annales de Chimie et de Physique,

Trang 23

Chương 5

Cảm biến CCD

Một cảm biến CCD thu hình ảnh tia cực tím lắp trên đế nền, dùng

trong thiên văn

Cảm biến CCD (viết tắt của Charge Coupled Device

trongtiếng Anhvà có nghĩa là "linh kiện tích điện kép")

làcảm biếnchuyển đổi hình ảnhquang họcsangtín

hiệuđiện trong các máy thu nhận hình ảnh.

Nó là một trong hai loạicảm biếndùng phổ biến trong

các máy thu ảnh kỹ thuật số hiện nay, trong đó tín hiệu

được số hóa bằng chip ADCnhanh.[1]

• Cảm biến CCD mảng diện hai chiều được sử dụng

trongcamera video, webcam,máy ảnh kỹ thuật

số,kính nhìn đêm(Night vision),…

• Cảm biến CCD dòng đơn được dùng trong máy

fax,máy scancác kiểu, vàmáy đo quang phổ

Phần tử quan trọng nhất của cảm biến CCD là

photodiodethực hiện chuyển đổiánh sángsangđiện

tích Nó cùng loại vớiphotodiodetrongPin mặt trời

Điểm khác ở chỗ được chế ra ở dạng siêu nhỏ để thu

nhận điểm ảnh trong tấm ảnh chung, và ở giải pháp

kỹ thuật để cho ra ảnh trung thực nhất có thể, và điểm

quan trọng nhất: nó hoạt động theo cơ chế củathanh

ghi dịch.

Cơ chế thanh ghi dịch của CCD: Chùm điện tích được thu thập trong hố điện thế nhờ điện áp dương đặt vào cực gate G Bố trí trình tự cấp điện hợp lý sẽ chuyển được chùm điện tích

5.1 Lịch sử

George E Smith và Willard Boyle, 2009

Nguyên gốc CCD đượcAT&T Bell Labsphát triển năm

1969 làmbộ nhớdạngthanh ghidịch Tuy nhiên, người

ta đã nhanh chóng nhận ra rằng linh kiện này nhạycảm với ánh sáng và dễ dàng dùng cho thu nhận hìnhảnh hai chiều Năm 1970,Michael F Tompseở Philips Research Labs phát triển và được cấp bằng sáng chế đầu

tiên (Patent 4.085.456) về cảm biến CCD thu nhận hìnhảnh

Từ năm 1975 cảm biến CCD với số lượng pixel đủ chocameraTV đã được sản xuất Từ 1983 cảm biến CCDđược sử dụng cho thu hình ảnh trongthiên văn họcvàchocameratrênvệ tinh viễn thám

Các nhà phát minh ra cảm biến CCD làWillard Boyle

vàGeorge E Smith được trao giảiNobel Vật lýnăm

2009.[2]

8

Trang 24

Mảng lọc màu RGB kiểu Bayer trên một cảm biến CCD

5.2 Đặc điểm cấu tạo

Cảm biến CCD thực hiện biến đổi ánh sáng tới thành

tín hiệu điện nhờ cácphotodiodevà các mạch hỗ trợ

Nó được thiết kế và chế tạo theo công nghệ vi mạch

hay công nghệ microchip, trên nền đơn tinh thể silicon,

tương tự các chip khác như bộ xử lý trung tâm (CPU)

của máy tính, chip nhớ,…

Bề mặt chip CCD là mảng cácpixelđiện tử để thu nhận

(Wide Field and Planetary Camera 2 : former camera of Hubble)

Đồ thị Hiệu suất lượng tử (Quantum eﬃciency) theo bước sóng

của CCD chip ở Wide Field and Planetary Camera 2 trên Kính

thiên văn không gian Hubble

Ngày nayphotodiodecó dạng bề mặt vuông, chữ nhật

hoặc đa giác, kích thước từ 1,4 µm đến hơn 20 µm, cho

phép đạt mật độ cao cỡ mega pixel cho một CCD có

diện tích 1 inch vuông, mà trong khẩu ngữ quen gọi

chỉ số Mega là "chấm" của máy ảnh số Mật độpixel

xác định độ phân giải hình ảnh Mặt khác công nghệ vi

xử lý đã thực hiện nội suy điểm ảnh đến giới hạn mà độ

chính xác của chuyển đổi ánh sáng sang điện tích cho

phép, tức là số pixel ảnh xuất ra cao hơn sốphotodiode

của chip.[3]

Suất hấp thụ ánh sáng củaphotodiodetrong CCD khá

Cảm biến CCD màu hoặc cảm biến dành riêng chovùng phổ ánh sáng xác định, thì phải bố trí lọc ánhsáng

• Cảm biến màu trongcamera chuyên nghiệp thìtách ánh sáng trước khi đưa lên cảm biến, và bốtrí Cảm biến riêng cho vùng phổ đó

• Cảm biến màu thông thường thì phủ mảng lọc

màu, ví dụmảng lọc màu kiểu Bayer, song le mànglọc hấp thụ mất chừng 2/3 lượng ánh sáng.[4]

5.3 Đối tượng nghiên cứu 5.4 Tham khảo

[1] Boyle W S., Smith G E., 1970 Charge coupledsemiconductor deadapted devices.In: e Bell systemtechnical journal (BSTJ) J 49, ISSN 0005-8580, p 587–593

[2] e Nobel Prize in Physics 2009

[3] What is the diﬀerence between CCD and CMOS imagesensors in a digital camera?HowStuWorks, 2011 Truycập 01 Apr 2015

[4] Uwe Furtner, 2001.Farbverarbeitung mit Sensoren.Matrix Vision GmbH Brochure Retrieved 01Apr 2015

• Journal Article On Basics of CCDs

• Concepts in Digital Imaging Technology

• CCDs for Material Scientists

• A general L3CCD page with many links

• L3CCDs used in astronomy

• Heart of a Camera, Science Reporter, February,

2005, Volume 42, Number 2

Trang 25

Chương 6

Chipset

Chipset là một nhóm cácmạch tích hợp (các “chip”)được thiết kế để làm việc cùng nhau và đi cùng nhaunhư một sản phẩm đơn Trong máy tính, từ chipsetthường dùng để nói đến các chip đặc biệt trênbo mạchchủhoặc trên cáccard mở rộng Khi nói đến cácmáytính cá nhân(PC) dựa trên hệ thốngIntel Pentium, từ

“chipset” thường dùng để nói đến hai chip bo mạchchính:chip cầu bắcvàchip cầu nam Nhà sản xuất chipthường không phụ thuộc vào nhà sản xuất bo mạch

Ví dụ các nhà sản xuất chipset cho bo mạch PC cóNVIDIA,ATI,VIA Technologies,SiSvàIntel

Trong các máy tính gia đình, các máy trò chơi từthậpniên 1980vàthập niên 1990, từ chipset được sử dụng

để chỉ các chip xử lý âm thanh và hình ảnh

Các hệ thống máy tính được sản xuất trước thập niên

1980 thường dùng chung một loại chipset, mặc dùnhững máy này có nhiều đặc tính khác nhau Ví dụ,chipsetNCR 53C9x, một chipset giá thấp sử dụng giaodiệnSCSIcho các thiết bị lưu trữ, có thể thấy trong cácmáyUnix(nhưMIPS Magnum), các thiết bị nhúng vàcác máy tính cá nhân

Trang 26

Mạch đảo dùng CMOS

CMOS, viết tắt của "Complementary

Metal-Oxide-Semiconductor" trongtiếng Anh, là thuật ngữ chỉ một

loại công nghệ dùng để chế tạomạch tích hợp Công

nghệ CMOS được dùng để chế tạo vi xử lý, vi điều

khiển,RAM tĩnh và cáccổng logic khác Công nghệ

CMOS cũng được dùng rất nhiều trong các mạch tương

tự nhưcảm biến ảnh,chuyển đổi kiểu dữ liệu, và các vi

mạchthu phátcó mật độ tích hợp cao trong lĩnh vực

thông tin

Trong tên gọi của vi mạch này, thuật ngữtiếng Anh

“complementary” (“bù"), ám chỉ việc thiết kế cáchàm

lôgíc trong các vi mạch CMOS sử dụng cả hai loại

transistor PMOSvàNMOSvà tại mỗi thời điểm chỉ có

một loại transistor nằm ở trạng thái đóng (ON)

Hai đặc tính cơ bản của các linh kiện được chế tạo

bằng công nghệ CMOS là có độmiễn nhiễucao và tiêu

thụnăng lượngở trạng thái tĩnh rất thấp Các vi mạch

CMOS chỉ tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể khi các

transistorbên trong nó chuyển đổi giữa các trạng thái

đóng (ON) và mở (OFF) Kết quả là cácthiết bị CMOSít

tiêu thụnăng lượngvà tạo ra ítnhiệthơn so với các loại

cổng logickhác như mạch transistor-transistor logic

(TTL) hay mạch logic NMOS (khác với CMOS, NMOS

chỉ dùng toàn bộ transistor hiệu ứng trường kiểu n và

không dùng transistor hiệu ứng trường kiểu p) CMOScũng cho phép tích hợp cáchàm lôgícvới mật độ caotrênchíp

Cụm từ “metal-oxide-semiconductor” bắt nguồn từ mộtquy trình chế tạocác vi mạch tích hợp CMOS trước đây

y trình này tạo ra các transistor hiệu ứng trường

mà mỗi transistor có một điện cực cổng bằng kim loạiđược đặt lên trên một lớp cách điện bằng oxide phủtrênvật liệu bán dẫn Ngày nay, thay vì dùng kim loại,người ta tạo ra điện cực cổng bằng một vật liệu khác,

đó làpolysilicon Tuy nhiên, IBM và Intel đã công bố sẽ

sử dụng trở lại cổng kim loại trong công nghệ CMOSnhằm tận dụng tính chất tiên tiến của vật liệu có hằng

số điện môi cao trong việc chế tạo các vi mạch có kíchthước 45 nanomét hay nhỏ hơn Dù có nhiều thay đổi,tên gọi CMOS vẫn tiếp tục được sử dụng trong các quytrình chế tạo hiện đại[1]

Một vi mạch tích hợp nhỏ chứa một lượng lớn

các tranzito CMOS đôi khi được gọi là vi mạ

của “Complementary High-density semiconductor” trongtiếng Anh

metal-oxide-Đôi khi, mạch kết hợp giữa cáccảm biến MEMSvớibộ

xử lý tín hiệu sốđược sản xuất trên một vi mạch tíchhợp CMOS đơn được gọi làCMOSens

tửvà một số lĩnh vực khác mà thời gian sử dụngpinquan trọng hơn so với vấn đề tốc độ Khoảng 25 nămsau, CMOS đã trở thành kỹ thuật chiếm ưu thế trong vimạch tích hợp số Lý do là với việc ra đời các thế hệ quytrình chế tạo bán dẫn mới, kích thước hình học của cáctransistorngày càng giảm xuống dẫn đến một loạt cải

Trang 27

12 CHƯƠNG 7 CMOS

tiến; đó làdiện tíchchiếm chỗ của vi mạch giảm, tốc

độ làm việc tăng, hiệu suất sử dụng năng lượng tăng

vàgiá thànhchế tạo giảm Hơn nữa, nhờ vào sự đơn

giản và khả năng tiêu táncông suấttương đối thấp của

mạch CMOS, người ta có thể thực hiện vi mạch có mật

độ tích hợp cao mà vốn không thể làm được nếu dựa

trên các transistor lưỡng cực

Lúc ban đầu, người ta chỉ có thể tìm thấy cáchàm logic

CMOS chuẩn trong vi mạch tích hợp sốhọ 4000 Sau đó,

nhiều hàm tronghọ 7400bắt đầu được chế tạo bằng kỹ

thuật CMOS,NMOS,BiCMOSvà các kỹ thuật khác

Cũng trong thời kỳ đầu, mạch CMOS dễ bị hư hỏng vì

quá nhạy cảm với sựxả điện tích tĩnh điện(ESD) Do

đó, các thế hệ sau thường được chế tạo kèm theo các

mạch bảo vệ tinh vi nhằm làm tiêu tán cácđiện tích

này, không để cho lớp oxide cổng và cáctiếp giáp p-n

mỏng manh bị phá hủy Mặc dầu vậy, hãng sản xuất vẫn

khuyến cáo nên dùng bộ phận chốngtĩnh điệnkhi thao

tác trên các vi mạch CMOS nhằm tránh hiện tượng vượt

quá năng lượng Chẳng hạn, các hãng sản xuất thường

yêu cầu dùng bộ phận chống tĩnh điện khi chúng ta làm

các thao tác thêm một khốibộ nhớvàomáy vi tính

Bên cạnh đó, các thế hệ ban đầu như họ 4000 dùng

nhômlàm vật liệu tạo ra cực cổng Điều này khiến cho

CMOS có khả năng làm việc được trong điều kiệnđiện

ápcung cấp thay đổi nhiều, cụ thể là nó có thể làm việc

trong suốt tầm điện áp cung cấp từ 3 đến 18volt DC

Trong nhiều năm sau đó, mạch logic CMOS được thiết

kế với điện áp cung cấp chuẩn công nghiệp là 5V vì để

tương thích vớiTTL (logic) Kể từ 1990, bài toán tiêu

hao công suất thường được coi trọng hơn so với bài toán

tương hợp với TTL, và thế là điện áp cung cấp CMOS

bắt đầu được hạ thấp xuống cùng với kích thước hình

học của cáctransistor Điện áp cung cấp thấp không

chỉ giúp làm giảmcông suấttiêu hao mà còn cho phép

chế tạo lớp cách điện cực cổng mỏng hơn, chức năng

tốt hơn Hiện nay, một vài mạch CMOS làm việc với

điện áp cung cấp nhỏ hơn 1 volt

Trong thời kỳ đầu, điện cực cổng được chế tạo bằng

nhôm Các quy trình chế tạo CMOS đời sau chuyển

sang dùngsilicon đa tinh thể(“polysilicon”), chấp nhận

được tốt hơn ởnhiệt độcao trong quá trình tôi silicon

sau khi đãcấy ion Điều này cho phép nhà chế tạo có

thể đặtcực cổngngay từ những công đoạn sớm hơn

trong quy trình và rồi dùng trực tiếp cực cổng như là

một mặt nạ cấy để tạo ra mộtcực cổng tự sắp đặt(cực

cổng không tự sắp đặt sẽ đòi hỏi có sự chồng lấp lên

nhau khiến hãng sản xuất phải chấp nhận tăng kích

thước transistor và điện dung ký sinh) Vào năm2004,

cũng có những công trình nghiên cứu đề nghị dùng lại

cực cổng bằngkim loại, nhưng cho đến nay, các quy

trình vẫn tiếp tục sử dụng cực cổng polysilicon Cũng

có những nỗ lực lớn trong nghiên cứu nhằm thaychất

điện môi silicon dioxitở cực cổng bằng vật liệu điện

môi k-caođể chống lại hiện tượng tăng dòng rĩ

7.2 Chi tiết kĩ thuật

CMOS là tên dùng để ám chỉ cả hai khía cạnh: đó là mộtphong cách thiết kế mạch số cụ thể và cũng là tên củamột họ các quy trình chế tạo nhằm thực thi mạch điện

tử trên vi mạch (chip) Mạch logic CMOS tạo ra từ quytrình CMOS sẽ tiêu tán ít năng lượng hơn và cho phéptích hợp với mật độ cao hơn so với các quy trình khácvới cùng một chức năng Khi ưu điểm này ngày càngthể hiện và trở nên quan trọng hơn, quy trình CMOS vàcác quy trình biến thể của nó đã trở thành công nghệchủ đạo, chính vì thế cho đến năm 2006, hầu hết cácsản xuất vi mạch tích hợp đều dùng quy trình CMOS

7.2.1 Cấu trúc

Mạch logic CMOS dùng một tổ hợp hai loại transistorhiệu ứng trường kim loại-oxide-bán dẫn (MOSFET)kiểu pvàkiểu nđể thực hiện cáccổng logicvà cácmạch

sốkhác mà chúng ta thấy trongmáy vi tính, thiết bịviễn thôngvàxử lý tín hiệu Mặc dầu mạch logic CMOScũng có thể được thực hiện bằng linh kiện rời (chẳnghạn, những mạch rời mà bạn học trong môn mạch điện

tử cơ bản), thông thường sản phẩm CMOS thương mạiđiển hình làmạch tích hợpbao gồm hàng triệu (hayhàng trăm triệu)transistorcủa cả hai kiểu được chếtạo trên một miếngsilicon hình chữ nhậtcódiện tíchtrong khoảng 0,1 đến 4cm vuông Những miếng siliconnhư vậy thường được gọi làchip, mặc dầu trong côngnghiệp người ta cũng gọi nó là die, có lẽ bời vì chúngđược tạo ra từ việc cắt nhỏ (dicing) miếng bánh siliconhình tròn là đơn vị cơ bản của sựsản xuất dụng cụ bándẫn

Trong cổng logic CMOS, một số MOSFET kiểu n đượcsắp thành dạngmạch kéo xuốngnằm giữa đầu ra củacổng với đường cung cấp nguồnđiện ápthấp ay vìdùng tải làđiện trởnhư trong các cổng logicNMOS,cổng logic CMOS lại dùng tải là một số MOSFET kiểu psắp thành dạngmạch kéo lênnằm giữa đầu ra của cổngvới đường cung cấp nguồn điện áp cao Mạch kéo lên,gồm cáctransistorkiểu p, mang tính bổ túc cho mạchkéo xuống, gồm các transistor kiểu n, sao cho khi cáctransistorkiểu n tắt thì các transistor kiểu p sẽ dẫn vàngược lại

Mạch logic CMOS tiêu táncông suấtít hơn mạch logicNMOS bởi vì CMOS chỉ tiêu tán công suất trong thời

gian chuyển đổi trạng thái (công suất động) MộtASICđiển hình được chế tạo vớicông nghệ 90nmthay đổitrạng thái đầu ra trong thời gian 120pico giây, và sựchuyển đổi này xảy ra trong mỗi thời gian 10nanogiây.Trong khi đó, mạch logicNMOStiêu tán công suất bất

kỳ lúc nào đầu ra ở mức thấp (công suất tĩnh), bởi vì

khi đó có dòng điện chạy từVđếnVthông qua điệntrở tải và mạch gồm các transistor kiểu n

MOSFET kiểu p được xem là dạng bổ túc cho MOSFETkiểu n bởi vì chúng chuyển sang dẫn khi điện áp cực

Trang 28

với nhau để trở thành một đầu vào chung thì MOSFET

kiểu p sẽ dẫn khi MOSFET kiểu n tắt và ngược lại

Như là một ví dụ, hình bên phải làsơ đồ mạchcủa một

cổng NANDtrong mạch CMOS

Nếu cả hai đầu vào A và B đều ở mức cao, khi đó cả hai

transistor kiểu n (nửa dưới của sơ đồ) đều dẫn, trong

khi đó không có transistor kiểu p nào (nửa trên của sơ

đồ) dẫn, như vậy chỉ có một đường dẫn điện được thiết

lập giữa đầu ra vàV, điều này khiến cho đầu ra ở mức

thấp Nếu một trong hai đầu ra A và B hoặc cả hai đầu

này đều ở mức thấp thì ít nhất sẽ có một transistor kiểu

n không dẫn, ít nhất một transistor kiểu p sẽ dẫn, tạo ra

một đường dẫn điện giữa đầu ra vàV, điều này khiến

đầu ra ở mức cao

Một ưu điểm khác của CMOS so với NMOS là cả hai quá

trình chuyển đổi từ thấp-đến-cao và từ

mức-cao-đến-mức-thấp của CMOS là nhanh vì các transistor

kéo lên có trở kháng thấp khi chuyển sang dẫn, không

giống như điện trở tải của mạch dùng NMOS.êm nữa,

tín hiệu ngõ ra có khả năng quét gần suốt tầmđiện áp

nằm giữa hai nguồn điện áp cung cấp nguồn thấp và

cao Đáp ứng gần đối xứng hơn, mạnh hơn này cũng

khiến CMOS có khả năng chống nhiễu tốt hơn

Trang 29

Chương 8

Cổng AND

Cổng AND là mộtcổng logicdùng để thực hiện hàm

AND hai hay nhiều biến Cổng AND có các ngõ vào

tùy thuộc số biến và một ngõ ra Ngõ ra của cổng là

hàm AND của các biến ngõ vào Bên phải làbảng chân

trịmô tả hoạt động của cổng AND 2 ngõ vào A và B

8.1 Ký hiệu

8.2 Toán học

Phương trình cổng AND có 2 ngõ vào:

Q = A · B

Trong biểu thức dấu ".” không phải tượng trưng cho

phép toán nhân bình thường mà nó tượng trưng cho

phép toán AND, đôi khi bỏ luôn dấu chấm ".”

• Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao (1) khi tất cả các

Nếu không sẵn có cổng AND thì chúng ta có thể tạo

ra nó từcổng NAND haycổng NOR, vì cổng NAND

và cổng NOR được xem là các cổng đa năng, nghĩa là

chúng ta có thể chỉ cần sử dụng cổng NAND (hoặc

chỉ cần sử dụng cổng NOR) để tạo ra tất cả các cổng

logic khác.Cổng XORcũng có thể dùng để tạo ra cổng

NAND, nhưng người ta hiếm khi làm vậy

Trang 30

Cổng logic

Vi mạch 7400, 4 cổng NAND đóng gói kiểu PDIP Dòng mã loạt

có: sản xuất năm (19)76, tuần 45

Trongđiện tử học, cổng logic làmạch điệnthực hiện

mộthàm Boolelý tưởng hóa Có nghĩa là, nó thực hiện

một phéptoán logictrên một hoặc nhiều logic đầu vào,

và tạo ra một kết quả logic ra duy nhất, với thời gian

thực hiện lý tưởng hóa là không có trễ

Các cổng đơn giản nhất có số ngõ vào tối thiểu của

phép toán (1 hoặc 2) đôi khi được hiểu là cổng logic cơ

bản Đó là 8 cổng: cổng Đệm,cổng NOT(đảo),cổng OR,

cổng AND,cổng NOR,cổng NAND,cổng XOR,cổng

XNOR Các cổng phức hợp thì nhiều ngõ hơn Gắn với

cổng là bảng chân lý theođại số Boole.[1][2]

Cổng logic được lập bằng sử dụngđiốthoặctransistor

làm công tắc điện tử Trước đây nó có thể được xây dựng

từ cácđèn điện tử chân không,rơ leđiện từ, quang học,

thậm chí là cơ cấu cơ học, tuy nhiên những dạng này đã

lỗi thời hoặc không thích hợp với thực tế Công nghệlượng tử thì đang hướng đến sử dụng các phân tử.Tuy nhiên hiện nay trong công nghiệp điện tử chúngđược chế thànhmạch tích hợp(IC), hoặc là thành phầntrongICkhác lớn hơn, cho đến là thành phần của mạch tích hợp cỡ lớn LSI.[3]Các phần tử thực thi cũng đã đổikhác, bằngtransistortheo sơ đồ bù (complementary),với hai loạiICchính:[1]

• TTLdùngtransistorlưỡng cực, nhưhọ 7400, ví dụ

• Độ trễ thực thi: chênh thời gian nhận được kết quả

với thời gian tín hiệu đến

• Tần sốlàm việc cao nhất

• Mức điện áp ngưỡng của logic ngõ vào: Tuỳ thuộc

cách lập mạch ngõ vào của nhà sản xuất CácTTLthường có mức 0.7 V, trong khiCMOSlà nửa mứcđiện áp nguồn Nó dẫn đến việc phải tính đếntương thích mức logic khi ghép các mạch logicthuộc họ khác nhau với nhau

• Khả năng chịu tải đầu ra.

9.2 Ký hiệu

Có hai bộ ký hiệu cho các cổng logic cơ bản Cả haiđịnh nghĩa trong ANSI / IEEE Std 91-1984, và trong phụbản của ANSI / IEEE Std 91a-1991 Các “hình dạng đặctrưng” thiết lập, dựa trên sơ đồ truyền thống, được sửdụng cho các bản vẽ đơn giản, và có nguồn gốc từ MIL-STD-806 của năm 1950 và 1960 Nó đôi khi không chínhthức được mô tả như là “quân đội”, phản ánh nguồn gốccủa nó

Bộ ký hiệu “hình chữ nhật” dựa trên ANSI Y32.14 vàtiêu chuẩn ban đầu khác, sau này tinh chế bởi IEEE và

Trang 31

16 CHƯƠNG 9 CỔNG LOGIC

IEC, có viền hình chữ nhật cho tất cả các loại cổng và

cho phép biểu diễn một phạm vi rộng hơn là chỉ có các

chi tiết truyền thống.[4]

Tiêu chuẩn IEC 60617-12 được nhiều bộ tiêu chuẩn

khác chấp nhận, chẳng hạn như EN 60617-12:1999 ở

châu Âu và BS EN 60617-12:1999 tại Vương quốc Anh

9.4 Cổng logic tổng quát

Charles Sanders Peirce(mùa đông 1880–81) đã chứng

minh rằng chỉ cần cổng NOR(hoặccổng NAND) có

thể được sử dụng để tạo ra các mạch chức năng tương

đương các cổng logic khác, nhưng công trình của ông

đã không được công bố cho đến năm 1933.[5] Bằng

chứng đầu tiên được xuất bản bởiHenry M Sheﬀernăm

1913, nên toán tử logic NAND thỉnh thoảng được gọi

làSheﬀer stroke; toán tửNORthỉnh thoảng được gọi là

Peirce’s arrow.[6]Do đó, các cổng này được gọi là Cổng

Một bộ đệm tri-state có thể được xem như một công tắc Nếu B

bật, công tắc là đóng và truyền đưa logic từ A Nếu B tắt, công

tắc là cắt.

Một cổng logic ba trạng thái(Tri-state logic) là cổng

logic có thể tạo ra ba loại tín hiệu đầu ra: cao (H),

thấp (L) và trở kháng cao (Z) Trạng thái trở kháng cao

không có vai trò gì trong logic, thứ mà quy luật chặt chẽ

là ở trạng thái nhị phân Các mạch này được sử dụng ở

buscủaCPUđể cho phép nhiều conchipgửi thông tin

lên đó Một nhóm ba trạng thái điều khiển một đường

dây với một mạch điều khiển thích hợp cơ bản là tương

đương với mộtmultiplexer, thứ mà được chia đều cho

các thiết bị riêng lẻ hoặc cácPlug-in card

Trong điện tử học, tín hiệu cao (H) có nghĩa là tín hiệu

đầu ra đang nhận năng lượng từ đầu năng lượng dương

(điện thế dương) Tín hiệu thấp (L) có nghĩa là đầu ra

đang giảm dòng điện sang đầu năng lượng âm (điện thế

0) Trở kháng cao có nghĩa là tín hiệu đầu ra đã được

ngắt khỏi mạch điện

9.6 Triển khai

Từ năm 1990s, hầu hết các cổng logic được làm bằngcông nghệCMOS(trong đótransistorNMOS và PMOSđược sử dụng) Hàng triệu cổng logic được gói gọn vàomộtvi mạch

Có nhiều logic familiesvới các đặc điểm khác nhau(độ tiêu thụ điện, tốc độ, chi phí, kích thước) như:RDL(kháng trở-điốt logic),RTL(kháng trở-transistor logic),DTL(điốt-transistor logic), TTL(transistor-transistorlogic) vàCMOS(chất bán dẫn bổ sung metal oxide).Ngoài ra còn có các biến thể, như CMOS logic thôngthường và loại nâng cao vẫn sử dụng công nghệ CMOS,nhưng có thêm các phần tối ưu hóa để tránh ảnh hưởngtốc độdo các transistor PMOS chậm hơn

Các triển khai phi điện tử rất đa dạng, nhưng rất ítđược áp dụng vào thực tế Nhiều máy tính cơ điện tửđầu tiên, nhưHarvard Mark I, được xây dựng trên cáccổngrelay logic, sử dụng các relaycơ điện tử Cổnglogic có thể được tạo ra bằng các thiết bịpneumatic, nhưSorteberg relayhay cổng logic cơ học, bao gồm cả trênquy mô phân tử.[8]Cổng logic được xây dựng dựa trênDNA(xemDNA nanotechnology)[9] và được sử dụng

để xây dựng một máy tính tên là MAYA (xemMAYAII) Cổng logic có thể được làm bằng hiệu ứngquantummechanical(cho dùquantum computingthường phânhóa với thiết kế boolean) CổngPhotonic logicsử dụnghiệu ứngnon-linear optical

Trên lý thuyết, các phương pháp tạo ra một cổngfunctionally complete (ví dụ, cả hai cổng NOR hoặcNAND) có thể được sử dụng để tạo ra mọi cổng logickhác Lưu ý rằng việc sử dụng cổng logic ba trạng tháicho hệ thống bus là không cần thiết, và có thể đượcthay thế bằngmultiplexer, thứ mà có thể được tạo rabằng các cổng logic đơn giản (như cổng NAND, NOR,AND hoặc OR)

9.7 Lịch sử và phát triển

Hệ thống số nhị phân đã được hoàn thiện bởi GofriedWilhelm Leibniz (xuất bản trong năm 1705) và ôngcũng công bố rằng các nguyên tắc của số học và logic cóthể được kết hợp bằng cách sử dụng hệ thống nhị phân.Trong một bức thư viết năm 1886, Charles SandersPeirce đã mô tả cách mà các phương thức logic có thểđược thực hiện bởi các mạch chuyển mạch điện Sau

đó ống chân không được sử dụng để thay thế rơ letrong các hoạt động mạch logic Sự thay đổi Lee DeForest vào năm 1907 của Fleming valve có thể được sửdụng như là một cổng logic AND & unclear translator.Ludwig Wigenstein đã giới thiệu một phiên bản củabảng dữ liệu logic 16-hàng như một đề xuất 5.101 củaTractatus Logico-Philosophicus (1921) Walther Bothe,

Trang 32

Zuse đã thiết kế và xây dựng các cổng logic cơ điện

cho máy tính Z1 của mình (từ năm 1935 đến năm 1938)

Claude E Shannon giới thiệu việc sử dụngđại số Boole

trong phân tích và thiết kế các mạch chuyển đổi vào

năm 1937 Hoạt động nghiên cứu đang diễn ra tại các

cổng logic phân tử hiện đại

9.8 Tham khảo

[1] Introduction to Digital Logic Gates Electronics

Tutorials, 2014 Truy cập 01 Apr 2015

[2] Jaeger, 1997 Microelectronic Circuit Design,

McGraw-Hill,ISBN 0-07-032482-4, p 226-233

[3] Tinder R F., 2000 Engineering digital design: Revised

Second Edition p 317–319.ISBN 0-12-691295-5

[4] Overview of IEEE Standard 91-1984 Explanation of

Logic Symbols, Doc No SDYZ001A, Texas Instruments

Semiconductor Group, 1996

[5] Peirce, C S (manuscript winter of 1880–81), “A Boolean

Algebra with One Constant”, xuất bản năm 1933 trong

tập Collected Papers v 4, đoạn 12–20 Tái bản năm

1989 trongWritings of Charles S Peircev 4, pp

218-21, Google Preview See Roberts, Don D (2009), e

Existential Graphs of Charles S Peirce, p 131.

[6] Hans Kleine Büning; eodor Lemann (1999)

Propositional logic: deduction and algorithms

Cambridge University Press tr 2 ISBN

Trang 33

Chương 10

Cổng NAND

Cổng NAND làcổng logictrái ngược vớicổng AND:

xuất ra 0 khi tất cả các đầu vào bằng 1.

Cổng NAND khá quan trọng vì cácphép tính boolean

như AND, OR hay XOR đều có thể sử dụng cổng NAND

CácIChỗ trợ cổng NAND đều thuộc dòng IC 4000 đối

vớiCMOSvà thuộc dòng IC 7400 đối vớiTTL

• CMOS

Sơ đồ IC 4011

• 4011: 4 cổng NAND, mỗi cổng 2 đầu vào

• TTL

10.3 Xem thêm

• Cổng AND

10.4 Tham khảo 10.5 Liên kết ngoài

18

Trang 34

DAC 8 kênh Cirrus Logic CS4382 trong soundcard.

DAC hay Mạch chuyển đổi số ra tương tự, hay

Digital-to-analog converter, là mộtLinh kiện bán dẫnthực hiện

chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật số (thường là nhị phân)

thànhtín hiệu tương tự thường làđiện áp.[1][2]

Nó hoàn nguyên tín hiệu tương tự từng được số hóa bởi

Biến đổi DAC 8 bit

ông thường thì chuyển đổi DAC thực hiện bằng

mảngđiện trở, với số ngõ vào tương ứng với số bit của

số liệu, và một ngõ ra Giá trị điện trở được chọn tương

ứng với bậc của bit số, để tạo ra trọng số biến đổi, sao

cho khi điện áp vào ở mức logic quy định thì phần của

bit đó góp vào điện áp tổng đúng như bậc của bit đó

Kết quả là ở ngõ ra có mức điện áp tương ứng với giá

bố trí ghép kênh, mảng điện trở thực thi biến đổi chonhiều đường tín hiệu Ví dụ chip Cirrus Logic CS4382 làDAC 8 kênh, và trong ứng dụng soundcard thì sử dụng

2 đường

11.2 Các đặc trưng hoạt động

t f(t)

Hoàn nguyên DAC, cần đến bộ lọc làm trơn để cho ra tín hiệu (đường màu xám)

Kết quả DAC là tín hiệu có từng bậc, nên cần có bộ lọclàm trơn để lọc bỏ các hài tần cao

Hiện nay thì ứng dụng chủ yếu của DAC là hoànnguyên tín hiệu trong các thiết bị âm thanh, từ các dàncủa công nghiệp giải trí đếnmáy tính, điện thoại diđộng,PDA,… Ngoài ra nó được dùng trong các thiết bị

y tế, thí nghiệm,… có bộ điều khiển dạng số (máy tínhhoặcvi xử lý) để phát điện áp theo mức xác định vàođối tượng thí nghiệm

DAC còn là thành phần của ADC dấu phảy động, có thể

ráp rời hoặc chế sẵn thành chip Tín hiệu được đưa quatiền khuếch đại có một modul DAC điều chỉnh hệ số

Trang 35

20 CHƯƠNG 11 DAC

khuếch dạng nhị phân, sao cho tín hiệu ra nằm trong

dải động của ADC chính Những DAC này có bậc bit

thấp, cỡ 2 đến 4

11.4 Tham khảo

[1] Multiplying DACs, ﬂexible building blocks Analog

Devices inc 2010

[2] Rudy J van de Plassche: CMOS integrated

analog-to-digital and analog-to-digital-to-analog converters 2nd edition

Kluwer Academic, Boston 2003,ISBN 1-4020-7500-6

[3] ADC and DAC Glossary - Maxim

11.5 Xem thêm

• Audio codec

• Digital signal processing

• ADC(Analog-to-digital converter)

Trang 37

Chương 13

Danh sách loạt 7400

transistor-transistor logic(TTL) phổ biến nhất của lớp mạch tíchhợp TTL logic

Texas Instrumentsphát triển họ này với số hiệu 74xx,với xx là 2 hoặc 3 chữ số Nó đã được sử dụng để xâydựng các máy tính mini và mainframe hồi năm 1960 và

[1] 1963 - Standard Logic IC Families introduced

computerhistory.org Retrieved 01 Apr 2015

[2] Introduction to Digital Logic Gates ElectronicsTutorials, 2014 Truy cập 01 Apr 2015

Trang 38

Demultiplexer hay Mạch giải ghép kênh hay Demux là

phần tử, thường làIC, bố trí ở cuối mạng nhận dòng

tín hiệu đã được ghép kênh trước đó (ví dụ bởi một

Multiplexer) ở ngõ vào đơn và chọn chuyển dữ liệu tới

ngõ ra chọn lựa theo mã địa chỉ.[1]

c

X/Y 1

2,4 3,4

0

1

y

y01y

y23

G 0 3

Sơ đồ một Demux 2 địa chỉ 4 lối ra

Trang 39

Chương 15

DIAC

DIAC là mộtĐiốt bán dẫncó quá trình chuyển sang dẫn

dòng ngay khi điện áp rơi đạt mức đánh thủng VBO.

uật ngữ DIAC là viết tắt của Diode for alternating

current (Điốt cho dòng điện xoay chiều).[1]

- Diac không có cực điều khiển nên được kích mở bằng

cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực Diac không dẫn

điện cho đến khi điện áp được nâng cao đến mức nhất

định, thường được gọi là điện áp breakover có giá trị

khoảng 30V

- Khi MT2 có điện thế dương so với MT1 thì Diac mở

Lúc này, MT2 đóng vai trò anode, MT1 đóng vai trò

cathode Dòng điện chạy từ MT2 sang MT1

- Khi MT2 có điện thế âm so với MT1 thì Diac mở

Lúc này, MT1 đóng vai trò anode, MT2 đóng vai trò

cathode Dòng điện chạy từ MT1 sang MT2

- Trong các ứng dụng ở mạch điện xoay chiều AC, Diac

được kích hoạt mỗi nửa chu kỳcủa AC điện, và sau đó

tắt ở cuối nửa chu kỳ khi dòng điện áp đảo ngược cực

• Điện áp đánh thủng VBO: 20… 200 V (danh định

35 V với dung sai lớn)

• Dòng tắt: 5… 50 mA, trong sơ đồ ví dụ 10 mA.

• Lệch đối xứng: ± 4 V

• Điện trở trong trạng thái kháng cao: vài MΩ

• Điện trở trong trạng thái kháng thấp: vài Ω

• Công suất tiêu hao tối đa 300 mW

15.3 Ứng dụng 15.4 Một số DIAC

DIAC không được sản xuất nhiều[1]

• BR100-03: đóng gói DO-35; Hãng sản xuất

• SMDB3: SOT-23 gói; Hãng sản xuất ST

• NTE6407, NTE6408: đóng gói DO-35; Hãng sản

Định dạng
Số trang	139
Dung lượng	2,94 MB