4000シリーズ 汎用ロジックIC
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4000シリーズは、RCAによって1968年に最初に販売されたCMOSの汎用ロジックICである[1]。 同時期の他のあらゆるロジックファミリ(7400シリーズなど)よりも広い電源電圧範囲を有していた(Bシリーズの場合、3Vから18Vまでが推奨された)。 4000シリーズの初期の時代に活動していたほぼすべてのICメーカーが、4000シリーズを製造した。 その命名規則は、現在でも使われている。
歴史
4000シリーズは、Transistor-transistor logic(TTL)の7400シリーズに対して低消費電力かつより多用途な代替品として、RCAから1968年にCD4000 COS/MOSシリーズとして販売された[1]。 その論理機能は新しく導入されたCMOS(相補型MOS)技術で実装された。 初期段階でRCAは"COS/MOS"と命名して販売していたが、より短いCMOSという用語がその技術を表す業界好みの言葉として登場した[2]。 4000シリーズの最初のチップは、アルバート・メドウィン(英語版)によって率いられたグループによって設計された[3]。
初期の頃、TTLに基づいた設計と比べて4000シリーズは比較的低速度であったため広く普及することはなかった。 初期の4000シリーズは、1 MHzでしか動作しなかったが、同時期のTTLは10 MHzで動作した[2]。 速度の制限は、新しい製造方法によって最終的に克服された(メタルの代わりにポリシリコン(多結晶シリコン)の自己整合ゲートを使用したりした)。 これらのCMOSのICは、同時代のTTLと同等の性能を発揮した。 1970年代後半から1980年代にこのシリーズは、45xxと45xxxと命名された新モデルで拡張された。 しかし、それらは技術者によって今でも当然のように4000シリーズの一部とみなされている。 1990年代にいくつかの製造者(例えば、テキサス・インスツルメンツ)は、より高速な速度を提供するためにより新しいHCMOSに基づいた設計に4000シリーズを移行させた。
設計上で考慮するべき事項
TTLと比較して、4000シリーズはより単純な回路設計を可能とし、全体的に比較的低消費電力であり、電源電圧の範囲が広く、負荷容量は大きく増大した(ファンアウトに影響する)。 このことは、4000シリーズをLSI設計のプロトタイピングで使うための理想的なものとした。 TTLの集積回路(7400シリーズなど)も同様にモジュール化されているが、CMOSの4000シリーズのような対称的なドライブ強度はなかったので、出力に接続される負荷に対してより多くの検討が必要だった。 TTLと同じようにバッファ回路使った設計は、より多くの電流を駆動できる(バッファ回路使った設計は、主にオクタルラッチや3ステートドライバーのような入出力デバイスのために使われる)。 しかし、バッファ回路使った設計は、正しく減衰・収束させない限り、リンギング(過渡振動)を招くリスクが少し高くなる[4][5]。 多くのモデルは、高度に集積された回路を含んでいる。完全に統合された7セグメント表示カウンター、ウォーキング・リングカウンタ(ジョンソンカウンタ)、そして全加算器を含んでいる。
一般的なチップ
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(4つの2入力NORゲート)
- 論理ゲート
- フリップフロップ
- 4013 - 2個のD型フリップフロップ。各フリップフロップは、独立したDATA, Q, /Q, CLOCK, RESET, SET端子を持つ。
- 40174 - 16個のD型フリップフロップ。各フリップフロップは、独立したdata, Q端子を持つ。CLOCKとRESSET端子は共通。/QとSETはない。
- 40175 - 4個のD型フリップフロップ。各フリップフロップは、独立したdata, Q, /Qを持つ。CLOCKとRESSET端子は共通。SETはない。
- カウンタ
- 4017 - 10端子出力のデコーダー付きのデコードカウンタ(ジョンソンカウンタ)[6]
- 4026 - 7セグメント数にデコードされた出力付きのデコードカウンタ。
- 40110 - 7セグメントディスプレイデコーダ付きアップダウンデコードカウンタ。25 mA出力ドライバー付き。
- 40192 - 4ビットBCDプリセット可能アップダウンデコードカウンタ
- 40193 - 4ビット2進数プリセット可能アップダウンデコードカウンタ
- デコーダー
- 4028 - 4ビットBDCを10端子出力に変換するデコーダー(3ビット2進数を8端子出力へ変換する2進数デコーダーとしても使える)
- 4511 - 4ビットBDCを7セグメントへ変換するディスプレイデコーダ。25 mA出力ドライバー付き。
- タイマー
- 4047 - 外部RC発振器付きの単安定/無安定マルチバイブレータ
- 4060 - 外部RC発振器付きの14ビットリプルカウンタ。シュミットトリガ入力に32.768 kHzの水晶振動子を接続可能。
- 4541 - 外部RC発振器付きの16ビットリプルカウンタ。
- アナログ回路
- 4051 - 単一の8チャンネルアナログマルチプレクサ
- 4066 - 4個のSPSTアナログスイッチ
関連項目
- LVCMOS
- 7400シリーズ 汎用ロジックIC(英語版)
- 7400シリーズ 汎用ロジックIC一覧(英語版)
- 汎用ロジックIC
- 論理回路
- プログラマブルロジックデバイス
- ピン互換(英語版)
出典
- ^ a b “1963: Complementary MOS Circuit Configuration is Invented”. Computer History Museum. July 23, 2019時点のオリジナルよりアーカイブ。Jan 15, 2023閲覧。
- ^ a b “Wright, Maury. Milestones That Mattered: CMOS pioneer developed a precursor to the processor EDN, 6/22/2006”. 2007年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年7月1日閲覧。
- ^ R. Jacob Baker (2010). CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (3rd ed.). John Wiley & Sons. p. 7. ISBN 978-1-118-03823-9
- ^ Understanding Buffered and Unbuffered CD4xxxB Series Device Characteristics. Texas Instruments
- ^ Lancaster, Don. CMOS Cookbook, ISBN 0-672-21398-2
- ^ TEXAS INSTRUMENTS CMOS Counter/Dividers CD4017B, CD4022B Types
参考文献
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|IC/4000 Series
]]関連の解説書・教科書があります。- 定期刊行物
- New low-voltage COS/MOS IC's (CD4000A); RCA Engineer; Vol 17 No 1; June 1971 to July 1971; Pages 40–45.
- 15 articles about COS/MOS IC's; RCA Engineer; Vol 18 No 4; December 1972 to January 1973.
- 書籍
- CMOS Cookbook; 4th Ed; Don Lancaster, Howard Berlin; Elsevier; 512 pages; 2019; ISBN 978-0672213984. (archive)
- CMOS Sourcebook; 1st Ed; Newton Braga; Prompt Press; 390 pages; 2001; ISBN 978-0790612348.
- Understanding CMOS Integrated Circuits; 2nd Ed; Roger Melen and Harry Garland; Sams Publishing; 144 pages; 1979; ISBN 978-0672215988. (archive)
- Second Book of CMOS IC Projects; 1st Ed; R.A. Penfold; Bernard Babani Publishing; 127 pages; 1979; ISBN 978-0900162787. (archive)
- 50 CMOS IC Projects; 1st Ed; R.A. Penfold; Bernards Publishing; 112 pages; 1977; ISBN 978-0900162640. (archive)
- 歴史的資料
- Signetics HE4000B Family Specifications; IC04; 13 pages; 1995.
- RCA COS/MOS IC Manual; CMS-272; 170 pages; 1979.
- RCA COS/MOS IC Manual; CMS-270; TBD pages; 1971.
- 歴史的データブック
- RCA CMOS Databook; SSD-250C; 798 pages; 1983.
- RCA COS/MOS Databook; SSD-203C; 649 pages; 1975.
- Motorola CMOS Databook; DL131; 560 pages; 1988.
- National CMOS Databook; 930 pages; 1981.
外部リンク
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
- Understanding 4000-series digital logic ICs – Nuts and Volts magazine
- Thorough list of 4000-series ICs – Electronics Club
- 4000-series logic and analog circuitry – Analog Devices