👆🏽 👈🏿 ✨ हम टीटीएल के साथ सोवियत एकीकृत सर्किट के अंदर देखते हैं ▫️ 👘 🧒

केन शिरिफ के ब्लॉग के एक लेख का अनुवाद

इस लेख में, हम सोयूज अंतरिक्ष यान के लिए घड़ियों में प्रयुक्त 1980 के दशक की चिप की जांच करेंगे। फोटो माइक्रोस्कोप के माध्यम से एक सिलिकॉन क्रिस्टल के माध्यम से मामले के अंदर एक स्पष्ट ज्यामितीय लेआउट के साथ दिखाता है। फोटो में सिलिकॉन गुलाबी-बैंगनी दिखता है, और धातु के कंडक्टर के साथ परत - सफेद। चिप के किनारों के साथ, कनेक्टिंग कंडक्टर (काला) चिप पैड को अपने संपर्कों से जोड़ते हैं। टिनी संरचनाएं प्रतिरोधक और ट्रांजिस्टर हैं। तार्किक फाटकों पर IS 134LA8 और नीचे दी गई तस्वीर में घड़ी में चिप का उपयोग नहीं किया गया है। हाल ही में, सोयुज अंतरिक्ष यान पर अंतरिक्ष में उड़ने वाली यह घड़ी (यह पता नहीं है कि कौन सी उड़ान - अंकन द्वारा देखते हुए, 1984 में बनाई गई घड़ी थी) हमारे संग्रहालय में आई थी

। ऊपरी बाएं प्रदर्शन समय और निचले टाइमर को दिखाता है। "अलार्म" फ़ंक्शन निर्धारित समय पर बाहरी सर्किट को सक्रिय करता है। पहले मैंने सोचा था कि इस घड़ी में एक ही चिप होगी, लेकिन यह अप्रत्याशित रूप से जटिल हो गई, जिसमें दस बोर्डों में 100 से अधिक आईसी शामिल थे।

घड़ी के मुद्रित सर्किट बोर्ड एक किताब के तरीके से खुलते हैं, जिसके बाद आईसी और अन्य घटक दिखाई देते हैं - यह आपको बोर्डों को जोड़ने वाले तारों के लिए लचीला फास्टनरों बनाने की अनुमति देता है। आईसीएस में, सतह के बढ़ते हुए धातु के आवास में सबसे आम 14-पिन फ्लैट चिप्स हैं। मैं इन आईसी के बारे में अधिक जानना चाहता था, इसलिए मैंने उनमें से एक को खोला, एक तस्वीर ली और इसके सर्किट को रिवर्स-इंजीनियर किया (चिंता न करें, हमने घड़ी से चिप्स को नष्ट नहीं किया - हमने सिर्फ ईबे पर समान खरीदा; यह अप्रत्याशित रूप से खोजना आसान था)।

तारों के हार्नेस की व्यवस्था की जाती है ताकि बोर्ड खुल सकें। एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल टाइमर के रूप में सेवारत शीर्ष केंद्र पर दिखाई देता है। शक्ति कई राउंड इंडक्टर्स के साथ दाईं ओर बोर्डों पर स्थित है।

सोवियत एकीकृत सर्किट

घड़ी को टीटीएल के साथ एक आईसी पर इकट्ठा किया गया है - यह डिजिटल तर्क 1970 से 1990 के दशक तक लोकप्रिय था, क्योंकि यह विश्वसनीय, सस्ती और उपयोग करने में आसान था (यदि आप उस समय शौकिया इलेक्ट्रॉनिक्स में लगे हुए थे, तो आप शायद 7400 श्रृंखला जानते हैं )। सबसे सरल टीटीएल चिप में केवल कुछ लॉजिक गेट होते थे - उदाहरण के लिए, 4 NAND गेट या 6 इनवर्टर, और अधिक जटिल चिप्स ऐसे कार्यात्मक मॉड्यूल को 4-बिट काउंटर के रूप में लागू कर सकते थे। परिणामस्वरूप, टीटीएल ने आधुनिक कंप्यूटरों में उपयोग किए जाने वाले सीएमओएस चिप्स को रास्ता दिया जो कम ऊर्जा की खपत करते हैं और उच्च घनत्व रखते हैं।

नीचे दी गई तस्वीर धातु कवर को हटाने के साथ चिप दिखाती है। मध्य में, एक छोटा सिलिकॉन क्रिस्टल दिखाई देता है, और इसे कंडक्टर के संपर्कों के साथ जोड़ रहा है। यह एक काफी छोटा आईपी है - मामले का आयाम 9.5 मिमी x 6.5 मिमी है, जो नाखून से काफी छोटा है। इस तरह की चिप को खोलने के लिए, मैं आमतौर पर इसे एक वाइस में रखता हूं और फिर छेनी से जोड़ को मारता हूं। हालांकि, इस मामले में, चिप ने खुद को खोला - जब मैं एक हथौड़ा की तलाश कर रहा था, तो ढक्कन अचानक उपाध्यक्ष द्वारा लगाए गए दबाव के कारण बंद हो गया।

एक धातु आवरण के साथ आईसी

हटा दिया गया। चिप अंकन - 134LA8 0684 (134 - कम-शक्ति चिप, एल - तर्क, ए - नंद गेट, 8 - इस श्रेणी का उपप्रकार, 0684 - 1984 के 6 वें महीने में निर्मित)। यह चार NAND ओपन-मैनिफोल्ड वॉल्व लगाता है।। NAND गेट एक मानक लॉजिक गेट है, 0 जारी करता है यदि दोनों इनपुट 1 हैं, अन्यथा - 1. ओपन कलेक्टर का आउटपुट मानक से थोड़ा अलग है।
मामले में 0, आउटपुट संपर्क में वोल्टेज कम होगा, और 1 के मामले में, यह अस्थायी होगा ("उच्च प्रतिबाधा राज्य")। परिणाम के मामले में आउटपुट को कसने के लिए एक बाहरी पुल-अप अवरोधक की आवश्यकता होती है। 1. इस तरह के तीन चिप्स घड़ी में उपयोग किए जाते हैं: एक क्वार्ट्ज थरथरानवाला के साथ सर्किट में, और घड़ी के अन्य हिस्सों में इनवर्टर की भूमिका में दो।

लॉजिक 134LA8

सीआईए के अनुसार, यूएसएसआर आईपी के विकास में लगभग 9 वर्षों तक संयुक्त राज्य अमेरिका से पिछड़ गया। और यदि यूएसएसआर ने कई पश्चिमी आईपी की प्रतिलिपि नहीं बनाई है, तो अंतराल बहुत अधिक होगा। नतीजतन, अधिकांश सोवियत टीटीएल चिप्स में पश्चिमी समकक्ष हैं। हालाँकि, मैंने जो 134LA8 चिप का अध्ययन किया है, वह दो विशेषताओं में पश्चिमी लोगों से अलग है। सबसे पहले, चिप पर बाहरी प्रतिरोधों की संख्या को कम करने के लिए, दो पुल-अप प्रतिरोध हैं जिन्हें आप जैसे चाहें कनेक्ट कर सकते हैं। दूसरे, चिप में दो सामान्य इनपुट पिन होते हैं, जो प्रतिरोधों द्वारा उपयोग किए जाने वाले दो पिनों को मुक्त करता है। इसलिए, हालांकि यूएसएसआर ने आईपी की नकल की, उन्होंने रचनात्मक रूप से अपने स्वयं के चिप्स भी विकसित किए।

आईपी घटक

माइक्रोस्कोप के तहत, आईसी के घटक, ट्रांजिस्टर और प्रतिरोध दिखाई देते हैं। एक सिलिकॉन क्रिस्टल की धारा, अशुद्धियों के आधार पर, गुलाबी, बैंगनी या हरे रंग की होती है। सिलिकॉन के साथ अन्य सामग्रियों को मिलाकर, एन-प्रकार और पी-टाइप सिलिकॉन प्राप्त करने के लिए इसके अर्धचालक गुणों को बदलना संभव है। शीर्ष पर सफेद रेखाएं धातु की परतें हैं जो सिलिकॉन परत के घटकों को जोड़ती हैं।

नीचे दी गई तस्वीर एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर एक अवरोधक दिखाती है। रोकनेवाला सिलिकॉन के लिए अशुद्धियों के अतिरिक्त द्वारा निर्मित होता है, उच्च प्रतिरोध के साथ एक पथ उत्पन्न करता है - यह तस्वीर में एक लाल रेखा है। लंबे समय तक ट्रैक, प्रतिरोध जितना अधिक होता है, इसलिए प्रतिरोधों को वांछित प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए अक्सर ज़िगज़ैग के रूप में बनाया जाता है। रोकनेवाला दोनों तरफ धातु की परत से जुड़ा होता है, और दूसरा ट्रैक उसके ऊपर से गुजरता है।

आईसी

चिप अवरोधक यह चिप अन्य टीटीएल चिप्स की तरह, द्विध्रुवी एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है। इन ट्रांजिस्टर में एक एन-टाइप एमिटर, एक पी-टाइप बेस और एक एन-टाइप कलेक्टर है। आईसी में ट्रांजिस्टर सिलिकॉन में अशुद्धियों को जोड़कर बनाया जाता है, विभिन्न गुणों के साथ परतें बनाता है। स्टैक के निचले भाग में, कलेक्टर, एन-प्रकार के सिलिकॉन में परिवर्तित योजक की सहायता से, ट्रांजिस्टर के अधिकांश हिस्से (बड़े हरे क्षेत्र) बनाता है। ऊपर यह एक पतली पी-प्रकार सिलिकॉन क्षेत्र है जो आधार बनाता है; यह बीच में एक लाल रंग का पैच है। अंत में, आधार के ऊपर एक छोटा सा एन-टाइप एमिटर आयत बनता है। ये परतें npn संरचना बनाती हैं। ध्यान दें कि कलेक्टर और आधार का धातु कनेक्शन ट्रांजिस्टर के मुख्य भाग की तरफ है।

टीटीएल सर्किट आमतौर पर कई उत्सर्जक, एक आउटपुट के साथ ट्रांजिस्टर का उपयोग करते थे, जिसे ऊपर देखा जा सकता है। इस तरह के एक ट्रांजिस्टर अजीब लग सकता है, लेकिन आईसी में करना काफी सरल है। ऊपर के ट्रांजिस्टर में दो उत्सर्जक जुड़े हुए हैं। यदि आप बारीकी से देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि चार उत्सर्जक हैं, और अप्रयुक्त आधार के लिए संक्षिप्त हैं।

चिप पर आउटपुट ट्रांजिस्टर चिप से एक बाहरी सिग्नल का उत्सर्जन करता है, इसलिए उन्हें दूसरों की तुलना में बहुत अधिक धाराओं का समर्थन करना चाहिए। नतीजतन, वे खुद अन्य ट्रांजिस्टर से बड़े हैं। पहले की तरह, ट्रांजिस्टर का आधार उच्च (गुलाबी) के साथ और शीर्ष पर एक एमिटर के साथ एक बड़ा एन-टाइप कलेक्टर क्षेत्र (हरा) है। आउटपुट ट्रांजिस्टर में लंबे समय तक छोटे वर्ग संपर्कों के बजाय धातु की परत और सिलिकॉन को जोड़ने वाले लंबे संपर्क होते हैं। एमिटर (यू के रूप में एक कंडक्टर के साथ) भी बड़ा है। यह अधिक वर्तमान को इसके माध्यम से गुजरने की अनुमति देता है। नीचे दी गई तस्वीर में, बाईं ओर के ट्रांजिस्टर में धातु की परत नहीं है, इसलिए इसके विवरण पर विचार करना आसान है। सही पर ट्रांजिस्टर धातु कंडक्टर को दर्शाता है।

TTL और NOT वाल्व कैसे होता है

नीचे दिए गए आरेख में एक खुले कलेक्टर के साथ NAND तर्क गेट्स दिखाई देता है। यह समझने के लिए कि सर्किट कैसे काम करता है (काम का सबसे विस्तृत विवरण यहां पाया जा सकता है), पहले मान लें कि यह 0. प्राप्त करता है। यह प्रतिरोधक R1 के माध्यम से बहता है और ट्रांजिस्टर Q1 का आधार ट्रांजिस्टर के उत्सर्जक के माध्यम से बाहर निकलता है। ट्रांजिस्टर Q2 बंद हो जाएगा, इसलिए R3 Q3 आधार को नीचे खींचता है और इसे बंद कर देता है। इस प्रकार, आउटपुट फ्लोटिंग होगा (यानी, कलेक्टर 1 आउटपुट खोलें)। अब मान लीजिए कि 1. दोनों इनपुट्स को आपूर्ति की गई है। अब, R1 के माध्यम से बहने वाला वर्तमान इनपुट से नहीं गुजर सकता है, इसलिए यह कलेक्टर Q1 (विपरीत दिशा में) और बेस Q2 में बाहर निकल जाएगा, जो Q2 को डिस्कनेक्ट कर देगा। क्यू 2 क्यू 3 आधार को ऊपर खींचेगा, जिसमें क्यू 3 शामिल है और कम आउटपुट वोल्टेज खींच रहा है। इस प्रकार, सर्किट AND-NOT वाल्व को कार्यान्वित करता है, 0 देता है यदि उच्च वोल्टेज दोनों इनपुट पर लागू होता है। ध्यान दें कि Q1 एक सामान्य ट्रांजिस्टर की तरह काम नहीं करता है - इसके बजाय, यह "वर्तमान को नियंत्रित करता है", R1 से वर्तमान को एक दिशा या किसी अन्य में निर्देशित करता है।

नीचे दिए गए आरेख ऊपर दिए गए आरेख के अनुसार चिह्नित NAND फाटकों में से एक के घटकों को दिखाते हैं (चिप पर अन्य तीन NAND द्वार इस के समान हैं)। अधिकांश आईसी की तुलना में वाल्व की वायरिंग सरल है; आरेख में कंडक्टर के साथ धातु की पटरियों (सफेद) की तुलना की जा सकती है। ज़मीन से Q3 तक घुमावदार रास्ते पर ध्यान दें। Q1 में दो उत्सर्जक हैं, और Q3 में एक बड़ा आउटपुट ट्रांजिस्टर है। दो अप्रयुक्त ट्रांजिस्टर Q2 से नीचे हैं।

निष्कर्ष

TTL वाल्व और नॉट के डिजाइन को दर्शाने वाले सर्किट के संचालन को समझने के लिए 1984 में सोवियत चिप सरल है। सरल चिप्स का नकारात्मक पहलू यह है कि सोयूज की घड़ी ने सरलतम घड़ी की कार्यक्षमता को लागू करने के लिए 100 से अधिक चिप्स लिए। उस समय भी, पहले से ही चिप्स थे जो घड़ियों और अलार्म के काम को पूरी तरह से लागू करते थे। आज, चिप्स में अरबों ट्रांजिस्टर हो सकते हैं, यही वजह है कि उनके पास कार्यों की एक विशाल श्रृंखला है, लेकिन उनके काम को बस उन्हें देखकर नहीं समझा जा सकता है।

वीडियो जिसमें CuriousMarc एक अंतरिक्ष घड़ी पार्स करता है:

हम टीटीएल के साथ सोवियत एकीकृत सर्किट के अंदर देखते हैं

सोवियत एकीकृत सर्किट

आईपी ​​घटक

TTL और NOT वाल्व कैसे होता है

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