Вспомнить старую советскую серию интегральных микросхем 133 мне намекнула фотография внутренностей военного спутника, сделанная мною в одном из музеев.
Эти микросхемы разрабатывались как часть проекта по созданию элементной базы для вычислительной техники для ракет, спутников и систем управления.
Не смотря на особую значимость этой серии, её гражданский аналог знаком практически каждому радиолюбителю и электрику.
Предлагаю вспомнить 133-ю серию логических микросхем особой надежности.
Удивительным фактом может показаться то, что, хотя разработка 133 серии началась в далеком 1967 году в Научно-исследовательском институте молекулярной электроники, даже в современных спутниках ГЛОНАСС можно встретить представителей этой серии.
В модуле интегрированной инерциально-астро-спутниковой системы ГЛОНАСС+GPS установлены "потомки" именно этой 133-й серии
В моей кладовке-гараже немало интересных раритетов, так что удивляться тому, что среди серийных "бытовых" радиодеталей находятся и те что готовы лететь в космос, не приходится :)
В этой статье вы увидите и богатое внутреннее содержание микросхемы 133ЛА3 и её гражданский аналог, а пока заглянем в исторические мануалы и факты.
Институт точной механики и вычислительной техники сделал заказ на надежную элементную базу для бортовых ЭВМ 5Э26. Данные вычислители применялись не только в авиации и космосе, но и в аппаратуре зенитных ракетных комплексов.
Первые микросхемы 133-й серии имели кодовые имена "****" и "****" так было описано в спецификациях ИТМиВТ. Позднее встречаются обозначения типа 1ЛБ331. В 1969-м году вместо обозначения вида 1ЛБ331, 1ЛБ332, ... была введена более привычная нумерация 133ЛА1, 133ЛА2, ... соответствующая техническим стандартам.
133 серия должна была удовлетворить практически все основные потребности разработчиков электронной аппаратуры того времени и включала широкий спектр цифровых микросхем с привычными для нас функциями.
Ниже я приведу небольшой список функционала, а для своих экспериментов приберегу микросхему 133ЛА3. Её состав четыре элемента 2И-НЕ, а зарубежный аналог обозначается SN7400.
Почему именно 133ЛА3 ? да потому, что это самая популярная микросхема! среди радиолюбителей, самодельщиков и старых радистов и электриков.
Именно на этой микросхеме многие ДиАйВайЦы строят свои схемы мигалок, генераторов звука, приемников и передатчиков и ставят свои смелые эксперименты в области электроники и электрической логики. Именно на этих микросхемах предлагали собирать и рисовали схемы авторы статей в журналах ЮТ и РАДИО - таких схем сегодня много по всей интернет сети.
Разумеется "гражданКА155ЛА3" по характеристикам немного, совсем чуть чуть, уступает космической-баллистической 133-й серии технические характеристики которой приведу кратко.
- Рабочая частота 5-10 МГц - Время задержки сигнала около 10 нс
- Мощность рассеяния не более 22 мВт на один вентиль.
В производстве использовалась не только 133, но и микросхемы серий 130, 530, 134. У микросхем 130-й серии выше частотный порог. Выпускались микросхемы и в 16-ти выводных корпусах и даже в 20-ти выводных. За технологией ТТЛ пошла 564 серия КМОП.
На заводах выпускавших 133-ю серию все микросхемы были в металле и проходили свой входящий контроль. Интересно обозначались партии после проверки "борт", "воздух", "космос" - тут думаю и намекать не надо что к чему.
Не стоит думать, что с "космическими микросхемами" сразу все получилось на производстве. Технология производства тех лет была нестабильной, часто производилось большое количество микросхем с пониженными параметрами быстродействия - вместо штатных 15 и 22 наносекунд появлялись версии с быстродействием 25 и 50 нс. Такие экземпляры получали особые обозначения типа 1ЛБ3311 и 1ЛБ3312. Встречающиеся обозначения вида 1ЛБ334 и 1ЛБ333 это микросхемы отбракованные по мощности вентилей.
Часто читаю, что именно заводской брак электронных компонентов шел в гражданку и продавался радиолюбителям - возможно это и так.
Известно, что кристаллы в микросхемах 133 и 155 серий были одинаковыми. При тестировании кристаллы, прошедшие по более жестким требованиям, шли на 133 серию, а остальные на 155 серию.
133-я серия была рабочая лошадка для разработок в разных конструкторских бюро. Со временем разработчики перешли на 564-ю серию микросхем.
DIP-корпуса и Планарное размещение микросхем
Посмотрим для сравнения на корпуса Военки и Гражданки микросхем одной логики.
Очевидно то, что для распайки микросхемы 133-й серии сверлить платы никто не станет, в отличие от классической микросхемы КА155ЛА3.
DIP корпус не предусматривает SMD размещения и допускает простор для побочного творчества в виде станочков для сверления плат из фольгированного гетинакса или текстолита. DIP корпус делал 155 серию более удобной для радиолюбителей и мелкосерийного производства.
В СССР производством и тех и других серий занималось несколько специализированных предприятий и некоторые закрытые институты названия которых - просто номера. В Зеленограде выпуском микросхем занималось НИИМЭ "Микрон", в Белоруссии НПО "Планар" ("Интеграл"). Существует до сих пор ряд предприятий занимающихся именно этой нишей электроники это Планета, Эксион, Радиоприбор, Электронприбор и наверное есть и другие.
На своем опыте я убедился, что 133 серия имеет меньшее энергопотребление, по сравнению с серией ТТЛ 155, но серии КМОП практически не отличаются. Основное требование к 133-й серии надежность и стабильность параметров в самых экстремальных условиях полета и в космосе. Золотое брюшко и металлическая крышечка неплохо экранируют кристалл 133-й микросхемы от ЭМИ и радиации.
Именно позолота выводов и золото на подложке и брюшке этих микросхем делают их особо-ценными для металлистов. Да и в розницу эти микросхемы сегодня стоят в среднем 300 р. за единицу, а то и больше.
Обратите внимание, что среди Планарных микросхем лежит Планарный SMD транзистор (германиевый между прочим) на керамический подложке.
Не стоит думать что только 133 серия шла на военную и специальную технику. Микросхемы 155-й серии применялись повсеместно в том числе и в военной аппаратуре связи и контроля. Просто 155 серия была более массовой и использовалась гораздо шире, и в военной и в гражданской аппаратуре и у радиолюбителей и самодельщиков.
Заглянем внутрь микросхем 133-й серии
Микроскоп позволит нам увидеть то что спрятано под крышкой корпуса - кристалл с литографией электронных элементов составляющих те самые "логические кубики" на которых строится электрическая логика
Приблизимся к микромиру полному золота и кремния - та самая кристаллическая логика на основе песка расплавленного и охлажденного особо медленным способом для получения кристаллической решетки способной полупроводить :)
Да, вот так всё видно отчетливо. Обратите внимание на симметрию данной схемы - она делится ровно пополам и состоит из двух равных по тинпу и назначению элементов.
Интересный факт заключается именно в том, что некоторое время выпускалась микросхема составляющая ровно половину этой схемы - один 4-входовый расширитель по ИЛИ вместо двух. Микросхема 1ЛП332 описана в справочниках, но производилась редкими партиями недолго (чудеса ВПК).
133-я серия применялась не только в военной технике, как можно было подумать, широкое применение она получила в некоторых советских компьютерах вместо или совместно с серией 155. Вычислительная техника, контролеры систем управления в промышленной автоматике особенно там где требовалась особая надежность и стабильность работы, везде можно было встретить решения на базе этих микросхем.
Рассматривая схемы под микроскопом, мне особенно интересно видеть, что умная логика строится не так уж сложно на базе простейших элементарных схем и транзисторных ключей которые хорошо видно на снимке
Глядя на эти фотографии и простоту решений я всегда думаю - почему тут так мало резисторов, конденсаторов и индуктивностей ? Обычные ключи(транзисторы), слои резиста и нет даже намека на обратные связи :)
Думается мне, что те, кто разрабатывал изначально эти микросхемы, думали примерно так как думаю я создавая свои схемы с упрощениями, на одних только транзисторах особенно из германия :)
Простая задачка для умных электронщиков
На фотографиях видны все составляющие плоскостного транзистора на кристалле кремния. Транзисторы биполярные классические ТТЛ имеют базу, эмиттер, коллектор. Угадайте - где какой вывод ?
Небольшой список логических элементов 133-й серии
- 133ЛА1 (1ЛБ331) — два элемента 4И-НЕ
- 133ЛА2 (1ЛБ332) — один элемент 8И-НЕ
- 133ЛА3 — четыре элемента 2И-НЕ
- 133ЛА4 — три элемента 3И-НЕ
- 133ЛА6 — два мощных элемента 4И-НЕ
- 133ЛА7 — два элемента 4И-НЕ с открытым коллектором
- 133ЛА8 — четыре элемента 2И-НЕ с открытым коллектором
Триггеры и регистры:
- 133ТВ1 (1ТК331) — JK-триггер с логикой 3И на входе
- 133ТМ2 (1ТК332) — два D-триггера
- 133ИР1 — 4-разрядный сдвиговый регистр
Специализированные схемы:
- 133ИД3 — декодер 4 в 16
- 133ИЕ2 — 4-разрядный двоично-десятичный счетчик
- 133ИЕ5 — 4-разрядный двоичный счетчик
- 133ИМ3 — четырехразрядный полный сумматор
- 133КП2 — сдвоенный мультиплексор 4 в 1
- К133ПП1 — дешифратор двоичного кода в код 7-сегментного индикатора
Разводка питания для некоторых микросхем:
кроме 14-тивыводных в серии были и 16-тивыводные и 24-хвыводные (например, 133ИД3).
У16-тивыводных 133ИД1 питание подавалось на вывод 5, общий - на вывод 12
У 133АГ3 и 133КП2 - на 16-й и 8-й соответственно.
Вот такая она микросхема с золотым пузом и особой важности применения.
Для тех кто считает эти микросхемы устаревшими
В американских ракетах "хаймарс" установлен процессор 80С31 (8 - разрядный процессор с 64 Кбайт памяти) Вся логика построена на базе 54-й серии. Все микросхемы выпущены на Тайване в 94 году. Корпуса обычные пластмассовые DIP.
Добавлю, что в СССР весь этот ассортимент выпускался еще в конце 80-х.
Обязательно проверю исправность тех микросхем, что валяются у меня на столе и сооружу какую-нибудь самоделку ... может и ракету забацаю :)
А какую самоделку Вы хотели--бы реализовать на золотопузой микросхеме 133ЛА3?
Предлагайте ваши варианты в комментариях.