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什么是遺產(chǎn)型IC？我們來(lái)看看一些最初的元件，討論一下為什么應該重新使用這些元件。 隨著(zhù)電子技術(shù)的成熟，電子技術(shù)也同時(shí)開(kāi)始出現了老化的跡象。隨著(zhù)創(chuàng )新勢頭的衰弱，取得技術(shù)突破所需要的時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，同時(shí)人們也越來(lái)越不愿意冒風(fēng)險。幾十年前，一些集成電路（IC）公司愿意將一些非同尋常的獨創(chuàng )性元件投入市場(chǎng)。比如，20世紀70年代，西格尼蒂克（Signetics）公司就勇于制造一款新穎的集成電路，即克馬恩齊恩德(Hans Camenzind)的“555定時(shí)器”。這款集成電路成為了最早的遺產(chǎn)型集成電路。 那么其他電路如何呢？本文敘述了這些電路元件，以及應該重新使用它們的原因。 AD639正弦轉換器 很久以前，巴里.吉爾伯特（Barrie Gilbert）對雙極結型晶體管（BJT）差分放大電路做了一些研究，這種電路具有一種雙曲正切函數（tanh）傳遞函數： 其中，I0代表射極源電流和熱電壓。VT是26 mV。為了降低非線(xiàn)性度，外接射極電阻RE與放大器中的發(fā)射極串聯(lián)。而研究過(guò)程中，吉爾伯特充分運用并體現了工程學(xué)中的一句格言“如果不能改變它，那就利用它”。 雙曲線(xiàn)正切函數與三角函數成模糊相關(guān)。艾科嘉（Exar）公司的Alan Grebene在XR2206函數發(fā)生器（FG）集成電路中使用了一只單獨的差分放大器，用于將三角波轉換成正弦波。研究結果差強人意，但是對于第一代工作來(lái)說(shuō)，結果還是可以接受的。而吉爾伯特對這一基礎設想做了更多精細調整。他提出了多個(gè)雙曲線(xiàn)正切函數概念，即增加了差分放大器的輸出，差分放大器各輸入之間的偏移是一個(gè)固定電壓。這一方法擴展了功能（和輸入范圍），同時(shí)也帶來(lái)了其他方面的創(chuàng )新，比如應用于A(yíng)D639正弦轉換器中的創(chuàng )新。 這種16引腳集成電路是三角學(xué)的奇跡。它的功能如此強大，注定要成為一種遺產(chǎn)型集成電路�？上а�，模擬器件公司(ADI) 將AD639撤出了市場(chǎng)，并且沒(méi)有替代品。我不知道原因，即使吉爾伯特自己也不知道。AD639似乎注定要成為一個(gè)傳奇。它可以合成出所有的基礎三角函數（正弦、余弦、正切、余切、正割、余割）和它們的反函數。 正弦函數精度達到0.02%，高于大多數函數發(fā)生器的正弦輸出，總諧波失真（THD）也同樣優(yōu)于很多音頻放大器。該集成電路有兩個(gè)函數發(fā)生器，而且還具有補償電路，以及一個(gè)乘法器和一個(gè)除法器。它采用面向小眾市場(chǎng)的定價(jià)法，因此，無(wú)法進(jìn)入FG儀器以及其它要求精度或低THD的正弦波設備。它的標稱(chēng)值為1.5MHz。 也許唯一的問(wèn)題是，由于A(yíng)D639如此具有吸引力，因而，模擬器件公司(ADI)給它貼上了高價(jià)的標簽，妨礙了其作為商業(yè)元件而進(jìn)入市場(chǎng)。也許羅徹斯特電子有限公司（Rochester Electronics）作為“拖尾”市場(chǎng)的主導供應商可以使其復活，并獲取它本來(lái)能夠產(chǎn)生的利潤。如果那些第一次沒(méi)有趕上好時(shí)機的元件可以應用于新設計，羅徹斯特電子有限公司沒(méi)有理由把自己局限于面向過(guò)時(shí)設備的替代元件供應商。 CA3096雙極結型晶體管（BJT）陣列 這是和AD639正弦轉換器類(lèi)似的高度通用性基本單元——晶體管陣列。美國無(wú)線(xiàn)電公司（RCA）研制出一種包含一行CA3000系列電路的BJY陣列。對NPN型BJT，有些元件的fTs超過(guò)1GHz，非常適用于當今的新型設計。 美國無(wú)線(xiàn)電公司（RCA）重新改組后，最終成為英特錫爾（Intersil）公司，但是損失了其老舊大尺度工藝的晶圓制造廠(chǎng)。美國泰克（Tektronix）公司在CA3046（或者其等效的National LM3046）元件基礎上，設計了自己2205示波器中的縱向放大器，它對于實(shí)現快速的雙象限或四象限的乘法器很有吸引力。 英特錫爾（Intersil）公司的繼承很多，但這類(lèi)元件的供給有限，雖有但卻在減少。這些元件應該回歸到某種現有工藝上。它雖不是一個(gè)重要的開(kāi)展項目，但這些元件會(huì )大有用途。英特錫爾（Intersil）公司確實(shí)研制了一個(gè)替代品，即具有數吉赫f(shuō)Ts的HFA3000系列SOIC元件，但相應的擊穿電壓較低（如圖1）。 原始的CA3000系列適應于±12V的電源電壓，但是HFA系列是專(zhuān)為±5V電源電壓設計的。集成電路可以承受最高約10V電壓。HFA系列更大的改進(jìn)是PNP型BJT，它是介質(zhì)絕緣的，而不是像CA3096（如圖2）那樣做成了橫向晶體管。 CA3096是一種多功能元件，具有三個(gè)NPN型BJT和兩個(gè)PNP型BJT。一個(gè)缺點(diǎn)是橫向PNP的fT僅為6 MHz左右（很難做出橫向BJT所要求的薄基層）。但是，對于很多電路來(lái)說(shuō)，這一規格不是主要的障礙。 舉例，一個(gè)反饋放大器的準靜態(tài)增益是3，帶寬超過(guò)50 MHz（見(jiàn)圖3）。它具有兩條正向通道。慢通道經(jīng)過(guò)PNP電流鏡，快通道通過(guò)差分放大器輸入段的Q2。它使用了全部5只陣列BJT。唯一的其它半導體元件是雪崩二極管Z1。 由于元件供應不穩定，你肯定不愿意讓這個(gè)電路設計成為某種新產(chǎn)品。此外，HFA元件沒(méi)有電壓范圍。如果某個(gè)IC系列具有和CA3000媲美的性能，而采用介質(zhì)絕緣的PNP，它就會(huì )成為集成電路遺產(chǎn)中廣受歡迎的新成員。 圖注 3 這個(gè)反饋放大器的準靜態(tài)增益是3，帶寬超過(guò)50 MHz。它使用CA3096的全部5只陣列BJT。唯一的其它半導體元件是雪崩二極管Z1。 MC14500B工業(yè)控制單元 摩托羅拉生產(chǎn)的16引腳MC14500B是一款單比特1 MHz的互補金屬氧化物半導體（CMOS）處理器。它具有三個(gè)單比特寄存器（flops）和一個(gè)算術(shù)邏輯單元，可以執行16個(gè)指令。較新的微型控制器替代了MC14500B，但這不是重點(diǎn)。MC14500B是一個(gè)大的通用邏輯塊，它僅需要一個(gè)外部計數器做程序計數器（PC），以及一個(gè)PC驅動(dòng)的程序存儲器。 數據存儲器也是輸入/輸出（I/O）存儲器。存儲器輸出中的4個(gè)位驅動(dòng)MC14500B上的操作碼輸入端；其他位則用于8位雙向鎖存I/O尋址（MC14599B），以及8輸入多路復用器或數據選擇器（MC14512）。 單比特的累加器又稱(chēng)為結果寄存器（RR）。指令包括：裝入RR、裝RR的補集、AND RR數據、補集數據和AND、OR、補集數據和OR、非NOR（同）、存儲并把有效的RR輸出存儲到補碼脈沖寫(xiě)入線(xiàn)、把輸入數據轉到輸入寄存器或輸出寄存器、如果RR=0則跳過(guò)下一條指令、脈沖標志位O輸出或F輸出。另外兩條指令是無(wú)條件轉移指令（JMP）和返主指令（RTN），同樣輸出標志位脈沖。無(wú)條件轉移指令（JMP）可用于加載地址到PC。RTN指令輸出一個(gè)RTN標志位并跳過(guò)下一條指令。 內置振蕩器生成驅動(dòng)PC的時(shí)鐘。時(shí)鐘的上升沿使PC遞增，而在其高電平時(shí)獲取指令。當時(shí)鐘處于低電平周期時(shí)，解碼并執行指令。 MC14500B使用位串行處理方式，而且屬于輸入/輸出（I/O）密集型，那么，MC14500B在當今有什么優(yōu)勢呢？它需要使用額外的計數器、程序和數據存儲器，它將一直是過(guò)時(shí)的元件，因為它無(wú)法和較低成本的8到16引腳可編程閃存IC競爭，后者易于使用，有更加強大的功能。盡管MC14500B很有意思，但它需要太多的比特轉換，因此很難回歸生產(chǎn)。雖然MC14500B的系數給人們帶來(lái)啟發(fā)，但這款元件將一直被忘卻。 MC14549和MC14559逐次逼近寄存器 這些逐次逼近寄存器（SAR）曾是摩托羅拉4000系列互補金屬氧化物半導體（CMOS）數字集成電路中的元件。逐次逼近寄存器每個(gè)集成電路有8位，可以級聯(lián)以獲得更多位。它們用于構造逐次逼近模數轉換器(ADC)。逐次逼近寄存器內部是一個(gè)移位寄存器和一個(gè)并行加載寄存器。 盡管SAR很簡(jiǎn)單，但卻是非常實(shí)用的數字功能。SA算法從一個(gè)區間的中位數開(kāi)始，通過(guò)一種漸近的布爾比較而搜索這個(gè)區間。如果電壓較高，則設定最高有效位，并測試下一個(gè)位，直到確定了所有位。對n位的全部轉換要花n個(gè)時(shí)鐘周期，而與數字化值無(wú)關(guān)。 增加一個(gè)比較器以及用于驅動(dòng)額外DAC的一到兩只SAR IC，就可以把一個(gè)簡(jiǎn)單的模數轉換器(ADC)和其他剩余子元件一同加入系統。雖然就當今而言，這種集成程度屬于半分立型，但是對于很多具有多個(gè)數字模擬轉換器和多個(gè)比較器的應用而言（且需求是使用簡(jiǎn)單的模數轉換器），這種設計仍然是可行的。 逐次逼近寄存器也可以用于自動(dòng)量程設置，且所需的平均步驟數少于順序量程。同樣，在一只可變增益放大器（VGA）的大增益區間內使用一個(gè)SA搜索，就可以設定VGA的增益。位的權重可能不再使用二進(jìn)制，而是使用十進(jìn)制 或者1-2-5序列。但如果它是單調性，那么這種方案就適用。 MC4530雙重5輸入多數決定門(mén) 因一種較奇特的邏輯功能而集成化并且進(jìn)入市場(chǎng)，這就是摩托羅拉銷(xiāo)售的雙重5輸入多數決定門(mén)。如果5路輸入中有3路或3路以上有效，那么輸出就有效。那些希望從現有邏輯元件中發(fā)現新奇用途的人可能會(huì )對這種元件感興趣。輸出處有來(lái)自一個(gè)W輸入的異或非（同等）門(mén)控，用于設置輸出的優(yōu)先級。 它的用途是什么？這種元件用于一些不常見(jiàn)的應用，但可以誘導出一些創(chuàng )造性思維。在一個(gè)冗余系統中，如果五個(gè)或少于五個(gè)的子系統呈現一種狀態(tài)，則器件就會(huì )做出一種決定。比如，如果醫院重癥病房的生命體癥監控器顯示五個(gè)病人中有三個(gè)或三個(gè)以上出現了問(wèn)題，則進(jìn)入一個(gè)應急分診狀態(tài)。 增加一個(gè)比較器以及用于驅動(dòng)額外DAC的一到兩只SAR IC，就可以把一個(gè)簡(jiǎn)單的模數轉換器(ADC)和其他剩余子元件一同加入系統。 把一個(gè)高輸入和一個(gè)低輸入連接起來(lái)，三臺控制電腦中的兩臺就能決定輸出結果（航空飛機上就是如此）。另一種方式是，如果多組電容器采用異步充電，n組電容器中有m個(gè)輸出表示已經(jīng)充滿(mǎn)，那么就有了足夠的電，點(diǎn)燃設備就被使能。此功能遵循平等主義；n個(gè)中的任何m個(gè)都可以觸發(fā)一個(gè)事件。通過(guò)使用反相輸入邏輯，如果一個(gè)靜態(tài)穩定的多腳機器人，其n只腳中有少于m只腳著(zhù)地，那么就會(huì )觸發(fā)一個(gè)故障狀態(tài)。 把一個(gè)多數決定門(mén)的輸出端級聯(lián)到另一個(gè)多數決定門(mén)的輸入端，就能實(shí)現投票層級。前五個(gè)在后五個(gè)中產(chǎn)生一票。盡管這是一種比較實(shí)際的用途，但它仍然是不常見(jiàn)的邏輯功能。難怪這種電路被人們遺忘了。 作者介紹:丹尼斯.福伊赫特（Dennis Feucht）是Innovatia Laboratories的研發(fā)人員。（伯利茲，卡約） |
