A 4000-es sorozat egy szabványos integrált áramkör-családot jelöl, melyek áramkörei változatos logikai funkciókat valósítanak meg CMOS technológiával. Ezek az áramkörök a mai napig használatban vannak. Az RCA vezette be 1968-ban, CD4000 COS/MOS elnevezés alatt, a TTL logikájú 7400-as sorozatban található logikai csipek alacsonyabb fogyasztású és sokoldalúbb alternatívájaként.

A sorozat megjelenése óta eltelt időben majdnem minden IC gyártó készített ebből a sorozatból való áramköröket. Az RCA egy időben COSMOS elnevezés alatt hirdette ezeket a termékeit, mely a COmplementary Symmetry Metal-Oxide Semiconductor rövidítése (kb. komplementer szimmetriájú fém-oxid félvezető). Az elnevezési rendszer az RCA-nál megszokott konvenciót követte, amelyben a CA az analóg, CD a digitális áramköröket jelezte, és eltért a Texas Instruments SN7400 sorozat számozási rendszerétől.

A 4000-es sorozat előnye a kisebb elektromos fogyasztás, a nagyobb felhasználható feszültségtartomány (3-tól 15 V-ig), és az áramköri tervezés egyszerűsége, a meghajtóképességnek (kimeneti terhelhetőség, fan-out) köszönhetően. Mindamellett kisebb sebességük (kezdetben 1 MHz körüli működés, a bipoláris TTL áramkörök -ével összehasonlítva) a statikus vagy kis sebességű kialakításokra korlátozta ezek felhasználását. Az újabb gyártási technológiák megoldották a sebességi problémákat, miközben megtartották a visszafelé való kompatibilitást a korábbi áramköri tervek többségével. Bár minden félvezető érzékeny az elektrosztatikus kisülésekre, a CMOS áramkörök magasabb bemeneti impedanciája a bipoláris tranzisztoros, TTL eszközöknél ellenállóbbá teszi ezeket. Végül a CMOS előnyei (különösen a későbbi sorozatokban, mint pl. a 74HC) kiszorították a régebbi TTL csipeket, ezzel egyidőben viszont a rohamosan fejlődő LSI technikák a moduláris csiptervezési megközelítést szorították ki a használatból. A 4000-es sorozatot a mai napig széles körben használják, bár talán jelentősége kisebb, mint két évtizeddel ezelőtt.

A sorozatot újabb funkciókat megvalósító elemekkel bővítették az 1970-es és 1980-as évek végén, vagy a meglévő csipek funkcióit jobban ellátó változatokkal. Az újabb csipek többsége már 45xx vagy 45xxx jelölést kapott, de még mindig a 4000-es sorozathoz tartozó áramköröknek számítanak.

Az 1990-es években néhány gyártó, pl. a Texas Instruments, a 4000-es sorozat elemeit a saját újabb HCMOS technológiájával kezdte gyártani (adaptálta a 4000-es sorozatot az újabb HCMOS technológiához), így jelentek meg pl. a 74HCT4060 csip, amely az eredeti 4060-as IC-vel megegyező funkciót lát el, csak sokkal nagyobb sebességgel.

A 4000-es sorozat áramköreit űreszközökben, műholdakban is használták évtizedeken keresztül."Attitude control magnetometer""AO-40 RUDAK Experiment Controller"

Tervezési megfontolások Az eredeti 4000-es sorozatban az áramköröknek pufferelt és nem pufferelt be- és kimenetű változataik voltak. A pufferelt kimenetek több áramot szolgáltathatnak vagy nyelhetnek el, mint a nem pufferelt kimenetek, ami bizonyos kialakításokban szükségtelenné teszi a diszkrét kapcsolótranzisztorokat. A pufferelt változatok gyorsabb kimeneti kapcsolási idővel is rendelkeztek, mivel a jel felfutási ideje a pufferelt kimeneti állapotban gyorsabb, mint egy nem pufferelt eszközben. A terjedési késés (propagation delay) a pufferelt változatokban nagyobb, mint a kiegészítő áramköröké.Understanding Buffered and Unbuffered CD4xxxB Series Device Characteristics. Texas InstrumentsLancaster, Don. CMOS Cookbook, A pufferelt eszközök hajlamosabbak a kimenet oszcillációjára a lassan változó bemenetek mellett. A tervezőknek meg kell fontolniuk a választást a pufferelt és nem pufferelt összetevők között, a tervezett eszköz tulajdonságait figyelembe véve. A kiegészítő bemeneti és kimeneti kapuk a pufferelt alkatrészekben csökkentik az elektrosztatikus kisülésre (ESD) való érzékenységet is.

Habár az eredeti jelölésben megkülönböztették a pufferelt és nem pufferelt alkatrészeket ('A' vagy 'B' utótaggal, pl. 4000A = nem pufferelt, 4000B = pufferelt), néhány gyártó, így pl. a Texas Instruments később ezt megváltoztatta UB (unbuffered) és B (buffered) jelölésre (pl.: 4000UB és 4000B).

Az alábbi rajzok mutatják a szerkezeti különbségeket az egyszerű pufferelt és nem pufferelt kialakítás között egy CMOS NOR logikai kapu példáján. Megfigyelhető, hogy a pufferelt alkatrész magjában található kapu valójában egy NAND kapu, de a teljes áramkör végső funkciója ténylegesen a NOR kapu működését mutatja, a pufferek által elvégzett logikai inverziók miatt (a negált NAND negált bemenetekkel megegyezik a NOR funkcióval, a Boole-algebra De Morgan-azonosságainak megfelelően). A bemeneti megfogódiódák az ESD elleni védelmet szolgálják.

A 4000-es sorozat lehetővé teszi kész „receptek” használatát a tervezésnél, melyben a szabványos áramköri elemek egyszerűen készíthetők, megoszthatók és egymáshoz kapcsolhatók, illesztési problémák nélkül, vagy csak minimális korrekcióval. Ez nagy mértékben gyorsítja az új hardver tervezését és növeli a korábbi tervek felhasználhatóságát, standard lépések bevezetésével. Ezzel ellentétben, pl. a TTL áramkörök, amelyek hasonlóan modulárisak, sokkal figyelmesebb illesztéseket igényeltek, korlátozottabb meghajtóképességükből kifolyólag, bár a későbbi áramkörcsaládokban, pl. a 74LS sorozatban a fanout mértéke akár a 20-at is elérhette. Ez az LSI tervek prototípusainak 4000 sorozatú csipekkel való elkészítését is könnyítette.

A CMOS csipekkel való tervezés további gondosságot igényel. Sok alkatrész több logikai kaput tartalmaz egy tokon belül és általános a helyzet, mikor nincs szükség mindegyikre ezek közül. A lekötetlen lábak, bemenetek hibás működést okozhatnak, ui. a be nem kötött bemenetek a kapukat egy olyan állapotba húzzák, amelyek esetén a kimenetek részlegesen vezetővé válnak, emiatt a kimeneti puffer nagy áramot fogyaszt, mivel nincs se ki- sem pedig bekapcsolva, és alacsony ellenállást képez az áramkörben a tápvezetékek között.

Példák általános 4000 sorozatú csipekre

4000 - Kettős 3 bemenetű NOR kapu és inverter 4001 - Négy 2 bemenetű NOR kapu 4002 - Két 4 bemenetű NOR kapu 4008 - 4 bites teljes összeadó 4010 - hat nem-invertáló puffer 4011 - Négy 2 bemenetű NAND kapu 4017 - Dekád számláló / Johnson számláló 4511 - BCD 7 szegmenses kijelző LED meghajtó

Nevezetes alkatrészek Néhány alkatrész különösen jelentős a 4000-es sorozatban, ezeknél az integráció foka nagyobb, a többi csippel összehasonlítva. Az alábbi lista nem teljes, csak példákat mutat a sorozatból. Egyes analóg jelkapcsoló eszközök (mint a 4066, és a 4051-től a 4053-ig) továbbra is népszerűek bizonyos audio-kapcsolásokban, bár újabban sokkal alacsonyabb torzítású nem 4000-es sorozatú IC-k is megjelentek. 4017 dekád számláló A 4017 IC egy 16 lábú CMOS dekád számláló a 4000-es sorozatból. Bemenete órajelimpulzusokat fogad, és tíz kimenetének egyike sorban egymás után bekapcsolt állapotba kerül minden egyes órajelimpulzus hatására.

Bekötés

Láb száma név rendeltetés 1 6 6. szekvenciális kimenet 2 2 2. szekvenciális kimenet 3 1 1. szekvenciális kimenet 4 3 3. szekvenciális kimenet 5 7 7. szekvenciális kimenet 6 8 8. szekvenciális kimenet 7 4 4. szekvenciális kimenet 8 0 V, VDD 0 V vonalhoz csatlakozás 9 9 9. szekvenciális kimenet 10 5 5. szekvenciális kimenet 11 10 10. szekvenciális kimenet 12 CO Carry out kimenet - magas jelet ad a 0-tól 4-ig terjedő számlálóértékeknél,alacsonyat 5-től 9-ig (9–0 átmenetnél magasra vált) 13 LE Latch enable - lezárja a kimenetet, ha magas, tehát a csip csak akkor számol, ha a LE alacsony 14 CLK Clock in – órajelbemenet 15 RST Reset - a reset jel magas értékénél az 1. kimenetet magasra, a 2–10 kimeneteket alacsonyra állítja 16 +9 V, VCC +VCC csatlakozás (+3 V és +15 V között lehet) Példa: elektronikus rulett

A kapcsolási rajz jobbra mutatja, hogyan készíthető egy egyszerű rulett-szerű játék egy 4017 dekádszámláló áramkörrel és egyéb alkatrészekkel. A változtatható ellenállás vezérli a pörgetés sebességét. 4026 számláló és megjelenítő-dekódoló A 4026 IC egy 16 lábú CMOS hétszegmenses számláló a 4000-es sorozatból. Megszámolja a beérkező órajelimpulzusokat és a kimenetre olyan jeleket as, amelyek egy hétszegmenses kijelzőt vezérelhetnek. Ezzel elkerülhető a binárisan kódolt decimális értékről a hétszegmenses kijelző kódolására szolgáló bonyolult átalakító-áramkör, és a 0-tól 9-ig terjedő számjegyek egyszerűen megjeleníthetők.

Bekötés

Láb száma név rendeltetés 1 CLK Clock in – órajelbemenet 2 CI Clock inhibit – ha alacsony, az órajelimpulzus növeli a hétszegmenses értéket 3 DE Display enable – ha magas, a csip kimenetére teszi a hétszegmenses értéket,tehát ha alacsony, akkor hétszegmenses kijelző ki van kapcsolva,ez csökkenti a fogyasztást: a számnak nem kell folyamatosan világítania 4 DEO Display enable out - 4026-osok egymás után kötésére szolgál 5 CO Carry out output – 9–0 átmenetnél magas; az órajel 1/10 frekvenciája jelenik meg ezen, több számjegyű számláláshoz több 4026-ossal 6 F kimenet a hétszegmenses kijelző F bemenetéhez 7 G kimenet a hétszegmenses kijelző G bemenetéhez 8 VDD 0 V vonalhoz 9 D kimenet a hétszegmenses kijelző D bemenetéhez 10 A kimenet a hétszegmenses kijelző A bemenetéhez 11 E kimenet a hétszegmenses kijelző E bemenetéhez 12 B kimenet a hétszegmenses kijelző B bemenetéhez 13 C kimenet a hétszegmenses kijelző C bemenetéhez 14 UCS Ungated C-segment – kimenet a hétszegmenses kijelző C bemenetéhez, amelyre nincsenek hatással a DE bemenetek. A kimenet magas, kivéve ha a számláló 2, amikor alacsonyra vált. 15 RST Reset - ha magas, minden kimenetet alacsony állapotba visz 16 VSS +9 V vonal 4511 BCD-ről hétszegmenses kijelzőre dekódoló A 4511 IC egy 16 lábú CMOS BCD-ről hétszegmenses kijelzőre alakító dekódoló-áramkör a 4000-es sorozatból. Bemenete egy binárisan kódolt decimális érték egy bináris számlálóból, ezt dekódolja és egy közös katódú hétszegmenses kijelzőt vezérlő jelet ad ki.

Bekötés

Láb száma név rendeltetés 1 2s bemenet, a 2s bit értéke a bináris számlálóból 2 4s bemenet, a 4s bit értéke a bináris számlálóból 3 LT Lamp test – „lámpa teszt”, ha alacsony, a csip az összes szegmensvezérlő jelet magasra állítja, teszteléshez 4 BI Blanking input – ha alacsony, az összes megjelenítő vezérlőjel alacsony; megjelenítő kikapcsolására, fogyasztáscsökkentéshez 5 LE Latch enable – ha magas, lezárja kimenetet, tehát a csip akkor működik, ha a LE jel alacsony 6 8s bemenet, a 8s bit értéke a bináris számlálóból 7 1s bemenet, az 1s bit értéke a bináris számlálóból 8 0 V, VDD 0 V vonal 9 E kimenet a hétszegmenses kijelző E bemenetéhez 10 D kimenet a hétszegmenses kijelző D bemenetéhez 11 C kimenet a hétszegmenses kijelző C bemenetéhez 12 B kimenet a hétszegmenses kijelző B bemenetéhez 13 A kimenet a hétszegmenses kijelző A bemenetéhez 14 G kimenet a hétszegmenses kijelző G bemenetéhez 15 F kimenet a hétszegmenses kijelző F bemenetéhez 16 +9 V, VCC +9 V vonal

Jegyzetek

Fordítás

Források További információk List of 4000 series ICs manufactured by NXP Semiconductors Thorough list of 4000 series ICs 4000B Series CMOS Functional Diagrams 4000 Series Logic and Analog Circuitry, By James M Bryant Kapcsolódó szócikkek A 4000-es sorozatú integrált áramkörök listája 7400-as sorozat A 7400-as sorozatú integrált áramkörök listája Logikai kapu

Kategória:Digitális elektronika Kategória:Integrált áramkörök Kategória:Mikroprocesszorok