CN105846808A - 通用数字逻辑集成电路代换模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用数字逻辑集成电路代换模块，在电子设备维修过程中，可以快速替换损坏的原集成电路器件，解决器件筹措带来的困难。通用数字逻辑集成电路代换模块是一块与需代换的数字逻辑集成电路器件大小相当的模块，该代换模块包括代换管脚单元(1)、电压调理单元(2)、电平转换单元(3)和数字逻辑单元(4)。一种封装类型的代换模块可以替换对应封装类型的许多种集成电路器件，解决了器件筹措难的问题并缩短了维修周期，大大提高了维修效率。

Description

通用数字逻辑集成电路代换模块

技术领域

本发明涉及微电子器件维修替换领域，特别涉及了一种在维修数字电路板时可以用于各种数字逻辑集成电路代换的模块。

背景技术

随着微电子技术的飞速发展，大部分电子设备主要由中小规模集成电路器件和数字电路板组成。然而由于应用的集成电路器件和数字电路板品种规格繁多，当电子设备损坏后带来了一系列问题：由于集成电路器件更新换代快，经常面临停产、断货等问题；由于品种多、数量大，致使订货费用高的问题；由于不能及时供应，严重影响平时修理进度；由于缺少替换件而无法继续使用电子设备，从而造成了浪费的问题。

近年来可编程大规模超大规模集成电路发展迅速，各种FPGA、CPLD单片集成的逻辑单元数量，可以满足各种数字逻辑集成电路所完成的功能。可以利用可编程的大规模集成电路形成需代换数字逻辑集成电路时序逻辑，由其进行替换。替换元件应与原件的机械尺寸、电气和机械规格等方面匹配。电子设备中广泛采用的数字逻辑集成电路大多采用5V供电，而小功耗大规模集成电路多采用3.3V供电。这需要通过引入的5V电源变换为3.3V给大规模集成电路进行供电，以保障其正常工作。传统的数字逻辑集成电路与大规模集成电路间信号电平不同，若正常工作需要在两者之间进行电平转换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在电子设备维修过程中，可以快速替换损坏的原集成电路器件，解决器件筹措难的问题并缩短了维修周期大大提高了维修效率。

通用数字逻辑集成电路代换模块(以下简称代换模块)是一块与需代换的数字逻辑集成电路器件大小相当的模块，代换模块的封装可设计成双列直插封装或者贴片封装，其封装厚膜电路基材可选用陶瓷或普通印制电路板。

代换模块包括代换管脚单元、电压调理单元、电平转换单元和数字逻辑单元。

代换管脚单元采用双列直插(DIP)封装或贴片封装，是多路数字逻辑信号输入输出端口、电源及地的连接端口。代换管脚单元的管脚数量、排列及信号定义与需代换的数字逻辑集成电路器件相同。电源和地通过代换管脚单元接入，输出到所述的电压调理单元。电压调理单元利用输入的电源和地生成电平转换单元和数字逻辑单元所需的各种电压源，为电平转换单元和数字逻辑单元供电，保障正常工作。代换管脚单元引入的多路数字逻辑信号输出到电平转换单元，电平转换单元将输入的多路数字逻辑信号电平转换为数字逻辑单元所需的电平并输出到数字逻辑单元。数字逻辑单元内部预先定制了逻辑程序，由逻辑程序完成所需的逻辑时序变换，实现数字逻辑单元所需的逻辑变换，将变换得到的逻辑信号输出到电平转换单元。电平转换单元将输入的变换后逻辑信号电平转换为需代换的数字逻辑集成电路兼容的电平并输出到代换管脚单元。代换管脚单元将输入的变换后数字逻辑信号通过相应管脚输出。经过数字逻辑信号的电平转换和逻辑变换可使代换模块的输入输出电平与需代换的数字逻辑集成电路兼容，输入与输出信号之间的逻辑时序关系与需代换的数字逻辑集成电路相同。

在电子设备维修过程中，一种封装类型的代换模块可以替换对应封装类型的许多种集成电路器件，解决了器件筹措难的问题并缩短了维修周期大大提高了维修效率。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面结合附图作进一步的说明。

图1是双列直插封装数字逻辑集成电路代换模块的结构原理示意图；

图2是DIP20封装数字逻辑集成电路代换模块的结构平面图；

图3是电压调理单元采用集成电压调整器的电路原理图；

图4是电压调理单元采用二极管降压的电路原理图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明。

通用数字逻辑集成电路代换模块(以下简称代换模块)是一块与需代换的数字逻辑集成电路器件大小相当的模块，代换模块的封装可设计成双列直插封装或者贴片封装，其封装厚膜电路基材可选用陶瓷或普通印制电路板。

代换模块的结构原理示意图如图1所示，包括代换管脚单元1、电压调理单元2、电平转换单元3、数字逻辑单元4。

代换管脚单元1采用双列直插(DIP)封装，是多路数字逻辑信号5输入输出端口、电源及地6的连接端口。代换管脚单元1的管脚数量、排列及信号定义与需代换的数字逻辑集成电路器件相同。电源和地6通过代换管脚单元1接入，输出到所述的电压调理单元2。电压调理单元2利用输入的电源和地6生成电平转换单元3和数字逻辑单元4所需的各种电压源7，为电平转换单元3和数字逻辑单元4供电，保障正常工作。代换管脚单元1引入的多路数字逻辑信号5输出到电平转换单元3，电平转换单元3将输入的多路数字逻辑信号5电平转换为数字逻辑单元4所需的电平并输出到数字逻辑单元4。数字逻辑单元4内部预先定制了逻辑程序，由逻辑程序完成所需的逻辑时序变换，实现数字逻辑单元4所需的逻辑变换，将变换得到的逻辑信号输出到电平转换单元3。电平转换单元3将输入的变换后逻辑信号电平转换为需代换的数字逻辑集成电路兼容的电平并输出到代换管脚单元1。代换管脚单元1将输入的变换后逻辑信号通过相应管脚输出。经过数字逻辑信号的电平转换和逻辑变换可使代换模块的输入输出电平与需代换的数字逻辑集成电路兼容，输入与输出信号之间的逻辑时序关系与需代换的数字逻辑集成电路相同。

DIP14、DIP16、DIP20封装的数字逻辑集成电路两排引脚间距为300mil(毫英寸，约合7.62mm)，其总长度分别为700mil(17.78mm)、800mil(20.32mm)和1000mil(25.40mm)。考虑到集成电路在电路板上安装一般间距较大，并给代换件布局、布线提供足够空间，在不改变引脚间距的基础上适当加宽代换件的宽度，实际代换件的宽度为360mil(9.144mm)，即比原集成电路宽60mil(单排引脚间距的60％)，图2是DIP20数字逻辑集成电路代换模块的结构平面图，图中可见两排引脚间距仍为7.62mm，总长度为2.54mm，与DIP20的集成电路相同，只是在宽度比DIP20的集成电路稍宽。加工采用四层电路板加工工艺，板厚为1.5mm，上层和底层用于焊接元器件，连接信号线，中间两层分别用于电源和地。

数字逻辑单元4由可编程逻辑器件和程序下载部件组成，可编程逻辑器件是代换模块的核心芯片，通过程序下载部件可将预先定制逻辑程序下载到可编程逻辑器件中。可编程的方法使得代换模块可多次复用，实现对应封装大小的不同数字逻辑集成电路的功能。可编程逻辑器件可采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，这里优选CoolRunner-II系列CPLD作为代换件的核心芯片。程序下载部件可采用编程插座。为了便于编程和编程供电，节省空间，在代换模块两端可以设计了7个编程端子8，编程端子8采用电镀铜，表面镀金切割工艺而成，其中4个端子的一端为芯片的标志端。

采用CoolRunner-II系列CPLD作为所选择可编程逻辑器件时，还不得不考虑电压转换问题，因为CoolRunner-II系列CPLD所需电源电压VCC为1.8V，并且为了满足LS系列TTL数字IC的驱动电压标准，CPLD的I/O口电压标准VCCIO要选择3.3V，而电路板上TTL系列数字IC器件的供电电压为+5V，因此电压调理单元2可以采用稳压器将5V电压转换为1.8V和3.3V两种电压。图3采用Micrel Semiconductor的MIC2211-GSBML双输出LDO稳压器来进行电压转换。MIC2211-GSBML双输出LDO稳压器由集成在一个芯片上的两个独立的LDO稳压器组成，可同时提供1.8V和3.3V两种电压标准，并且还有一个重要因素就是MIC2211-GSBML稳压器具有3mm×3mm的MLF小型封装，可以满足代换模块的尺寸要求。为了简化电路设计，也可以不采用集成电压调整器，而是用三只硅整流二极管的正向压降实现5V到3.3V电压的转换，如图4所示，这样减少了电路板空间需求，简化了电路的复杂程度，有利于提高可靠性，其输出电压可以满足应用要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制。凡熟悉此领域技术的人士，依照本发明披露的技术思想、技术方法和技术内容所思及的等效变化或简化等内容，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种通用数字逻辑集成电路代换模块，包括：代换管脚单元(1)、电压调理单元(2)、电平转换单元(3)、数字逻辑单元(4)；

代换管脚单元(1)是多路数字逻辑信号(5)输入输出端口、电源及地(6)的连接端口，所述代换管脚单元(1)的管脚数量、排列及信号定义与需代换的数字逻辑集成电路器件相同，电源和地(6)通过代换管脚单元(1)接入，输出到所述的电压调理单元(2)；

电压调理单元(2)利用输入的电源和地(6)生成所述电平转换单元(3)和所述数字逻辑单元(4)所需的各种电压源(7)，为电平转换单元(3)和数字逻辑单元(4)供电，保障正常工作；

电平转换单元(3)将输入的多路数字逻辑信号(5)电平转换为所述数字逻辑单元(4)所需的电平并输出到数字逻辑单元(4)；

数字逻辑单元(4)内部预先定制了逻辑程序，由逻辑程序完成所需的逻辑时序变换，实现所述数字逻辑单元(4)所需的逻辑变换，将变换得到的逻辑信号输出到所述电平转换单元(3)，电平转换单元(3)将输入的变换后逻辑信号电平转换为需代换的数字逻辑集成电路兼容的电平并输出到所述代换管脚单元(1)，代换管脚单元(1)将输入的变换后逻辑信号通过相应管脚输出。

2.根据权利要求1所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述通用数字逻辑集成电路代换模块采用用双列直插封装或贴片封装，所述封装电路基材选用陶瓷或普通印制电路板。

3.根据权利要求1所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述通用数字逻辑集成电路代换模块的管脚数为20，两排引脚间距仍为7.62mm，总长度为2.54mm，宽度比DIP20封装的集成电路稍宽，加工采用四层电路板加工工艺，板厚为1.5mm，上层和底层用于焊接元器件，连接信号线，中间两层分别用于电源和地。

4.根据权利要求1所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述数字逻辑单元(4)由可编程逻辑器件和程序下载部件组成，可编程逻辑器件是代换模块的核心芯片，通过程序下载部件将预先定制逻辑程序下载到可编程逻辑器件中。

5.根据权利要求4所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述可编程逻辑器件选用CoolRunner-II系列CPLD作为代换件的核心芯片。

6.根据权利要求4所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述程序下载部件采用编程插座。

7.根据权利要求4所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述程序下载部件设计了7个编程端子(8)，编程端子(8)采用电镀铜，表面镀金切割工艺而成，其中4个端子的一端为芯片的标志端。

8.根据权利要求5所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述电压调理单元(2)采用Micrel Semiconductor的MIC2211-GSBML双输出LDO稳压器来进行电压转换。

9.根据权利要求5所述的一种通用数字逻辑集成电路代换模块，其特征在于：所述电压调理单元(2)用三只硅整流二极管的正向压降实现5V到3.3V电压的转换。