什么是遺產(chǎn)型IC?我們來看看一些最初的元件，討論一下為什么應(yīng)該重新使用這些元件。

隨著電子技術(shù)的成熟，電子技術(shù)也同時(shí)開始出現(xiàn)了老化的跡象。隨著創(chuàng)新勢(shì)頭的衰弱，取得技術(shù)突破所需要的時(shí)間越來越長(zhǎng)，同時(shí)人們也越來越不愿意冒風(fēng)險(xiǎn)。幾十年前，一些集成電路(IC)公司愿意將一些非同尋常的獨(dú)創(chuàng)性元件投入市場(chǎng)。比如，20世紀(jì)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(yīng)該重新使用它們的原因。

AD639正弦轉(zhuǎn)換器

很久以前，巴里.吉爾伯特(Barrie Gilbert)對(duì)雙極結(jié)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(shù)(tanh)傳遞函數(shù)：

其中，I0代表射極源電流和熱電壓。VT是26 mV。為了降低非線性度，外接射極電阻RE與放大器中的發(fā)射極串聯(lián)。而研究過程中，吉爾伯特充分運(yùn)用并體現(xiàn)了工程學(xué)中的一句格言“如果不能改變它，那就利用它”。

雙曲線正切函數(shù)與三角函數(shù)成模糊相關(guān)。艾科嘉(Exar)公司的Alan Grebene在XR2206函數(shù)發(fā)生器(FG)集成電路中使用了一只單獨(dú)的差分放大器，用于將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。研究結(jié)果差強(qiáng)人意，但是對(duì)于第一代工作來說，結(jié)果還是可以接受的。而吉爾伯特對(duì)這一基礎(chǔ)設(shè)想做了更多精細(xì)調(diào)整。他提出了多個(gè)雙曲線正切函數(shù)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(kuò)展了功能(和輸入范圍)，同時(shí)也帶來了其他方面的創(chuàng)新，比如應(yīng)用于AD639正弦轉(zhuǎn)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(qiáng)大，注定要成為一種遺產(chǎn)型集成電路。可惜呀，模擬器件公司(ADI) 將AD639撤出了市場(chǎng)，并且沒有替代品。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(chǔ)三角函數(shù)(正弦、余弦、正切、余切、正割、余割)和它們的反函數(shù)。

正弦函數(shù)精度達(dá)到0.02%，高于大多數(shù)函數(shù)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(shù)發(fā)生器，而且還具有補(bǔ)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(shè)備。它的標(biāo)稱值為1.5MHz。

也許唯一的問題是，由于AD639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(biāo)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(dǎo)供應(yīng)商可以使其復(fù)活，并獲取它本來能夠產(chǎn)生的利潤(rùn)。如果那些第一次沒有趕上好時(shí)機(jī)的元件可以應(yīng)用于新設(shè)計(jì)，羅徹斯特電子有限公司沒有理由把自己局限于面向過時(shí)設(shè)備的替代元件供應(yīng)商。

CA3096雙極結(jié)型晶體管(BJT)陣列

這是和AD639正弦轉(zhuǎn)換器類似的高度通用性基本單元——晶體管陣列。美國(guó)無(wú)線電公司(RCA)研制出一種包含一行CA3000系列電路的BJY陣列。對(duì)NPN型BJT，有些元件的fTs超過1GHz，非常適用于當(dāng)今的新型設(shè)計(jì)。

美國(guó)無(wú)線電公司(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。美國(guó)泰克(Tektronix)公司在CA3046(或者其等效的National LM3046)元件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了自己2205示波器中的縱向放大器，它對(duì)于實(shí)現(xiàn)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，但這類元件的供給有限，雖有但卻在減少。這些元件應(yīng)該回歸到某種現(xiàn)有工藝上。它雖不是一個(gè)重要的開展項(xiàng)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(shù)吉赫fTs的HFA3000系列SOIC元件，但相應(yīng)的擊穿電壓較低(如圖1)。

原始的CA3000系列適應(yīng)于±12V的電源電壓，但是HFA系列是專為±5V電源電壓設(shè)計(jì)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(duì)于很多電路來說，這一規(guī)格不是主要的障礙。[!--empirenews.page--]

舉例，一個(gè)反饋放大器的準(zhǔn)靜態(tài)增益是3，帶寬超過50 MHz(見圖3)。它具有兩條正向通道。慢通道經(jīng)過PNP電流鏡，快通道通過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(dǎo)體元件是雪崩二極管Z1。

由于元件供應(yīng)不穩(wěn)定，你肯定不愿意讓這個(gè)電路設(shè)計(jì)成為某種新產(chǎn)品。此外，HFA元件沒有電壓范圍。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(zhǔn)靜態(tài)增益是3，帶寬超過50 MHz。它使用CA3096的全部5只陣列BJT。唯一的其它半導(dǎo)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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(zhí)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(jì)數(shù)器做程序計(jì)數(shù)器(PC)，以及一個(gè)PC驅(qū)動(dòng)的程序存儲(chǔ)器。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也是輸入/輸出(I/O)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器輸出中的4個(gè)位驅(qū)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(fù)用器或數(shù)據(jù)選擇器(MC14512)。

單比特的累加器又稱為結(jié)果寄存器(RR)。指令包括：裝入RR、裝RR的補(bǔ)集、AND RR數(shù)據(jù)、補(bǔ)集數(shù)據(jù)和AND、OR、補(bǔ)集數(shù)據(jù)和OR、非NOR(同)、存儲(chǔ)并把有效的RR輸出存儲(chǔ)到補(bǔ)碼脈沖寫入線、把輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到輸入寄存器或輸出寄存器、如果RR=0則跳過下一條指令、脈沖標(biāo)志位O輸出或F輸出。另外兩條指令是無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令(JMP)和返主指令(RTN)，同樣輸出標(biāo)志位脈沖。無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令(JMP)可用于加載地址到PC。RTN指令輸出一個(gè)RTN標(biāo)志位并跳過下一條指令。

內(nèi)置振蕩器生成驅(qū)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(dāng)時(shí)鐘處于低電平周期時(shí)，解碼并執(zhí)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(dāng)今有什么優(yōu)勢(shì)呢?它需要使用額外的計(jì)數(shù)器、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它將一直是過時(shí)的元件，因?yàn)樗鼰o(wú)法和較低成本的8到16引腳可編程閃存IC競(jìng)爭(zhēng)，后者易于使用，有更加強(qiáng)大的功能。盡管MC14500B很有意思，但它需要太多的比特轉(zhuǎn)換，因此很難回歸生產(chǎn)。雖然MC14500B的系數(shù)給人們帶來啟發(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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)數(shù)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(jí)聯(lián)以獲得更多位。它們用于構(gòu)造逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。逐次逼近寄存器內(nèi)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(shù)字功能。SA算法從一個(gè)區(qū)間的中位數(shù)開始，通過一種漸近的布爾比較而搜索這個(gè)區(qū)間。如果電壓較高，則設(shè)定最高有效位，并測(cè)試下一個(gè)位，直到確定了所有位。對(duì)n位的全部轉(zhuǎn)換要花n個(gè)時(shí)鐘周期，而與數(shù)字化值無(wú)關(guān)。

增加一個(gè)比較器以及用于驅(qū)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(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和其他剩余子元件一同加入系統(tǒng)。雖然就當(dāng)今而言，這種集成程度屬于半分立型，但是對(duì)于很多具有多個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和多個(gè)比較器的應(yīng)用而言(且需求是使用簡(jiǎn)單的模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，這種設(shè)計(jì)仍然是可行的。

逐次逼近寄存器也可以用于自動(dòng)量程設(shè)置，且所需的平均步驟數(shù)少于順序量程。同樣，在一只可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)的大增益區(qū)間內(nèi)使用一個(gè)SA搜索，就可以設(shè)定VGA的增益。位的權(quán)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(diào)性，那么這種方案就適用。

MC4530雙重5輸入多數(shù)決定門

因一種較奇特的邏輯功能而集成化并且進(jìn)入市場(chǎng)，這就是摩托羅拉銷售的雙重5輸入多數(shù)決定門。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(xiàn)有邏輯元件中發(fā)現(xiàn)新奇用途的人可能會(huì)對(duì)這種元件感興趣。輸出處有來自一個(gè)W輸入的異或非(同等)門控，用于設(shè)置輸出的優(yōu)先級(jí)。

它的用途是什么?這種元件用于一些不常見的應(yīng)用，但可以誘導(dǎo)出一些創(chuàng)造性思維。在一個(gè)冗余系統(tǒng)中，如果五個(gè)或少于五個(gè)的子系統(tǒng)呈現(xiàn)一種狀態(tài)，則器件就會(huì)做出一種決定。比如，如果醫(yī)院重癥病房的生命體癥監(jiān)控器顯示五個(gè)病人中有三個(gè)或三個(gè)以上出現(xiàn)了問題，則進(jìn)入一個(gè)應(yīng)急分診狀態(tài)。

增加一個(gè)比較器以及用于驅(qū)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(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和其他剩余子元件一同加入系統(tǒng)。

把一個(gè)高輸入和一個(gè)低輸入連接起來，三臺(tái)控制電腦中的兩臺(tái)就能決定輸出結(jié)果(航空飛機(jī)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，那么就有了足夠的電，點(diǎn)燃設(shè)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。通過使用反相輸入邏輯，如果一個(gè)靜態(tài)穩(wěn)定的多腳機(jī)器人，其n只腳中有少于m只腳著地，那么就會(huì)觸發(fā)一個(gè)故障狀態(tài)。

把一個(gè)多數(shù)決定門的輸出端級(jí)聯(lián)到另一個(gè)多數(shù)決定門的輸入端，就能實(shí)現(xiàn)投票層級(jí)。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，但它仍然是不常見的邏輯功能。難怪這種電路被人們遺忘了。