sovyet sosyalist cumhuriyetler birliği

Ken Shirriff ten.

Eski bir Sovyet TTL mantığı entegre devresinin içine bakmak

burada Soyuz uzay saatinde kullanılan 1980'lerden kalma bir çip incelenecektir. Aşağıdaki mikroskop fotoğrafı, paketin içindeki küçük silikon kalıbı güzel, geometrik bir düzende göstermektedir. Bu fotoğrafta silikon pembemsi veya morumsu görünürken üstteki metal kablo katmanı beyazdır. Çipin kenarı etrafındaki bağ telleri (siyah), çip üzerindeki pedleri çipin pinlerine bağlar. Çip üzerindeki minik yapılar dirençler ve transistörlerdir
görsel
sovyet (134LA8) NAND kapısı entegre devresinin fotoğrafı.

Çip aşağıda gösterilen saatte kullanılır. Soyuz uzay görevinde uçan bu dijital saati yakın zamanda elde ettik. 1 Saat, üstteki LED hanelerde zamanı gösterir ve alt LED'lerde bir kronometre sağlar. Alarm özelliği, önceden ayarlanmış bir zamanda harici bir devreyi etkinleştirir. Bu saatin içinde tek bir saat çipi olmasını bekliyordum ancak saat, on devre kartı üzerinde 100'den fazla entegre devreyle şaşırtıcı derecede karmaşık.
görsel
Soyuz'dan kapağı çıkarılmış uzay saati.

görsel
Kablo demetleri, panoların birbirinden ayrılabileceği şekilde düzenlenmiştir. Saatin zamanlamasını kontrol eden kuvars kristali üst ortada görülüyor. Saatin güç kaynağı, çoklu yuvarlak indüktörlerle birlikte sağdaki panolardadır.

Sovyet entegre devreleri

Saat, güvenilir, ucuz ve kullanımı kolay olması nedeniyle 1970'lerden 1990'lara kadar popüler olan bir tür dijital mantık olan TTL entegre devrelerinden yapılmıştır. (Eğer hobi olarak dijital elektronikle uğraşıyorsanız, muhtemelen 7400 serisi TTL çiplerini biliyorsunuzdur.) Basit bir TTL çipi, 4 NAND kapısı veya 6 invertör gibi yalnızca birkaç mantık kapısı içeriyordu; daha karmaşık bir TTL çipi ise, 4 bitlik bir sayaç gibi işlevsel birim. Sonunda TTL, çok daha az güç kullanan ve çok daha yoğun olan CMOS çiplerine (modern bilgisayarlardaki çipler) yenildi.

Aşağıdaki fotoğraf metal kapağı çıkarılmış bir çipi göstermektedir. Minik silikon kalıp, kalıbı pimlere bağlayan bağ telleri ile ortada görülebilmektedir. Bu entegre devre çok küçüktür; seramik ambalaj 9,5 mm × 6,5 mm olup, tırnaktan oldukça küçüktür. Bunun gibi bir çipi açmak için normalde onu bir mengeneye koyarım ve ardından bir keski ile dikiş yerine vururum. Ancak bu durumda talaş kendi kendine patladı; ben çekiç ararken mengenenin uyguladığı baskı nedeniyle tepe aniden fırladı.

görsel
Metal kapağı çıkarılmış entegre devre, içindeki minik silikon kalıbı gösteriyor.

görsel
Sovyet (134LA8) entegre devresinin pin numaralarıyla mantık diyagramı.

Sovyetler Birliği, entegre devre geliştirmede ABD'nin yaklaşık 9 yıl gerisindeydi. 7 Sovyetler Birliği'nin birçok Batılı entegre devreyi kopyalaması olmasaydı, gecikme çok daha büyük olurdu. Sonuç olarak, Sovyet TTL çiplerinin çoğunun Batılı eşdeğerleri var. 4 Ancak incelediğim 134ЛА8 yongası, Western chip 8'den iki olağandışı özelliğiyle farklı. ilk olarak, harici dirençlerin sayısını azaltmak için bu çip, çip üzerinde istenildiği gibi bağlanabilen iki çekme direnci içerir. ikincisi, çip, dirençler tarafından kullanılan iki pimi serbest bırakan iki NAND geçidi girişini paylaşıyor. Böylece Sovyetler Birliği entegre devreleri kopyalasa da aynı zamanda yaratıcı bir şekilde kendi çiplerini de tasarlıyordu.

görsel
Entegre devre kalıbı üzerindeki bir direnç.

Bu çip, diğer TTL çipleri gibi, bipolar NPN transistörleri kullanıyor. Bu transistörlerde emitör için N tipi silikon, taban için P tipi silikon ve toplayıcı için N tipi silikon bulunur. IC'de transistörler, farklı özelliklere sahip katmanlar oluşturmak için silikonun katkılanmasıyla oluşturulur. Yığının alt kısmında, toplayıcı, N-tipi silikon (aşağıdaki geniş yeşil alan) oluşturacak şekilde katkılanmış transistörün büyük kısmını oluşturur. Kolektörün üstünde ince bir P-tipi silikon bölgesi tabanı oluşturur; burası ortadaki kırmızımsı bölge. Son olarak tabanın üstünde küçük kare N tipi bir emitör oluşturulur. Bu katmanlar transistörün NPN yapısını oluşturur. Toplayıcıya ve tabana giden metal kabloların, transistörün ana gövdesinden uzakta, yan tarafta olduğuna dikkat edin.
görsel
Entegre devre kalıbı üzerindeki bir giriş transistörü. Transistör, onu diğer transistörlerden ayırmak için bir izolasyon halkası (koyu renk) ile çevrelenmiştir.

TTL devreleri tipik olarak her giriş için bir tane olmak üzere birden fazla yayıcıya sahip transistörler kullanır ve bu yukarıda görülebilir. Çoklu emitörlü bir transistör tuhaf görünebilir, ancak bir entegre devre üzerine bir transistör oluşturmak oldukça kolaydır. Yukarıdaki transistörün bağlı iki emitörü vardır. Yakından incelendiğinde dört yayıcının olduğu görülüyor ancak kullanılmayan alt iki yayıcının tabana kısa devre yaptığı görülüyor.

Çip üzerindeki çıkış transistörleri çipten harici sinyal üretir, dolayısıyla diğer transistörlerden çok daha yüksek akımı desteklemeleri gerekir. Sonuç olarak diğer transistörlerden çok daha büyüktürler. Daha önce olduğu gibi, transistörün büyük bir N tipi kolektör bölgesi (yeşil), üstte bir tabanı (pembe) ve ardından tabanın üstünde vericisi vardır. Çıkış transistörü, önceki transistörün küçük kare kontakları yerine, metal katman ile silikon arasında uzun kontaklara sahiptir. Verici ("U" şeklinde kablolanmıştır) da çok daha büyüktür. Bu değişiklikler transistörden daha fazla akımın akmasına izin verir. Aşağıdaki fotoğrafta soldaki transistörün metal tabakası yoktur, dolayısıyla silikon özellikleri daha belirgindir. 9 Sağdaki transistör metal kabloları göstermektedir.
görsel
Entegre devre kalıbındaki iki çıkış transistörü. Soldaki kullanılmazken sağdaki ise metal katmanla devreye kablolanmıştır.

TTL NAND geçidi nasıl çalışır?

Aşağıdaki şema çipteki açık toplayıcı NAND kapılarından birini göstermektedir. Bu paragrafta devrenin kısa bir açıklamasını yapacağım; isterseniz bunu atlayabilirsiniz. 10 Devreyi anlamak için öncelikle girişin 0 olduğunu varsayalım. R1 direncinden ve Q1 transistörünün tabanından geçen akım, transistörün emitörü ve düşük giriş üzerinden dışarı akacaktır. Transistör Q2 kapalı olacaktır, dolayısıyla R3, Q3'ün tabanını aşağıya çekerek Q3'ü kapatır. Böylece çıkış değişken olacaktır (yani açık kolektör 1 çıkışı). Öte yandan, her iki girişin de 1 olduğunu varsayalım. Şimdi R1'den geçen akım bir girişten geçemez, dolayısıyla Q1'in toplayıcısından (yani geriye doğru) ve Q2'nin tabanına akarak Q2'yi açar. Q2, Q3'ün tabanını yükseğe çekecek, Q3'ü açacak ve çıkışı aşağıya çekecek. Böylece devre, her iki girişin de yüksek olması durumunda 0 çıkışı veren bir NAND geçidi uygular. Q1'in normal bir transistör gibi davranmadığını, bunun yerine "akımı yönlendirdiğini" ve akımı R1'den bir yöne veya diğerine yönlendirdiğini unutmayın.

Aşağıdaki diyagram, şematikle eşleşecek şekilde etiketlenmiş NAND geçitlerinden birinin bileşenlerini göstermektedir. (Çip üzerindeki diğer üç NAND geçidi de benzerdir.) Geçidin kablolaması çoğu entegre devreye kıyasla basittir; metal izleri (beyaz) takip edebilir ve kabloları şematik ile eşleştirebilirsiniz. Zemin pedinden Q3'e kadar olan sarma yoluna dikkat edin. Q1 iki emitörlü bir transistördür, Q3 ise büyük bir çıkış transistörüdür. Kullanılmayan iki transistör Q2'nin altındadır.
görsel