《中規(guī)模集成電路》課件

中規(guī)模集成電路歡迎學習中規(guī)模集成電路課程。本課程將深入探討集成電路的發(fā)展、設計、應用及未來趨勢。讓我們一起揭開集成電路的神秘面紗。by集成電路發(fā)展歷程11958年杰克·基爾比發(fā)明第一個集成電路21960年代小規(guī)模集成電路（SSI）出現(xiàn)31970年代中規(guī)模集成電路（MSI）興起41980年代至今大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路發(fā)展集成電路的分類按集成度分類小規(guī)模集成電路（SSI）中規(guī)模集成電路（MSI）大規(guī)模集成電路（LSI）超大規(guī)模集成電路（VLSI）按功能分類數(shù)字集成電路模擬集成電路數(shù)?；旌霞呻娐分幸?guī)模集成電路的特點集成度適中通常包含10-100個邏輯門或功能單元功能多樣化可實現(xiàn)復雜的邏輯功能和數(shù)據(jù)處理性能穩(wěn)定具有良好的可靠性和一致性成本效益高相比小規(guī)模集成電路，單位功能成本更低中規(guī)模集成電路的主要器件晶體管開關和放大信號的基本單元電阻控制電流和分壓的元件電容儲存電荷和濾波的元件二極管單向?qū)щ姾驼鞯脑幸?guī)模集成電路的設計流程需求分析明確電路功能和性能要求邏輯設計繪制邏輯圖和電路原理圖電路仿真使用EDA工具進行功能驗證版圖設計規(guī)劃芯片物理布局和連線制造和測試芯片生產(chǎn)和功能測試邏輯門電路概述與門實現(xiàn)邏輯"與"運算，僅當所有輸入為高電平時輸出高電平或門實現(xiàn)邏輯"或"運算，當任一輸入為高電平時輸出高電平非門實現(xiàn)邏輯"非"運算，輸入低電平時輸出高電平，反之亦然異或門當兩個輸入不同時輸出高電平，相同時輸出低電平小型TTL邏輯門電路TTL的特點高速度中等功耗良好的抗干擾能力TTL的應用數(shù)字計算機通信設備測量儀器場效應晶體管邏輯電路低功耗靜態(tài)功耗極低，適合便攜設備高集成度可實現(xiàn)更高的集成密度良好的抗噪聲能力較大的噪聲容限，提高電路可靠性簡單的制造工藝有利于降低生產(chǎn)成本柵極觸發(fā)器電路時鐘控制在時鐘信號的控制下改變狀態(tài)狀態(tài)存儲能夠保持一位二進制數(shù)據(jù)電路構成由與非門或或非門組成加法器電路設計1全加器一位二進制加法的基本單元2半加器不考慮進位的簡單加法器3邏輯門構成加法器的基本元件解碼器和編碼器電路解碼器將n位二進制輸入轉(zhuǎn)換為2^n個互斥輸出編碼器將2^n個互斥輸入轉(zhuǎn)換為n位二進制輸出多路選擇器和多路開關電路多路選擇器從多個輸入中選擇一個輸出到單一輸出線多路開關將單一輸入連接到多個輸出中的一個應用數(shù)據(jù)選擇、信號路由、并串轉(zhuǎn)換存儲器電路概述隨機存取存儲器(RAM)可讀寫，掉電丟失數(shù)據(jù)只讀存儲器(ROM)只讀，數(shù)據(jù)永久保存閃存電可擦除可編程只讀存儲器靜態(tài)隨機存儲器電路高速訪問讀寫速度快，無需刷新低功耗靜態(tài)工作，功耗較低結(jié)構簡單通常由六個晶體管組成一個存儲單元應用廣泛常用于CPU緩存和寄存器文件動態(tài)隨機存儲器電路特點高集成度低成本需要定期刷新應用計算機主存圖形存儲器大容量數(shù)據(jù)緩存只讀存儲器電路1掩模ROM出廠時編程，不可更改2PROM一次性可編程ROM3EPROM可用紫外線擦除重編程4EEPROM電可擦除可編程ROM可編程邏輯器件電路PAL可編程陣列邏輯，具有固定的或陣列和可編程與陣列GAL通用陣列邏輯，PAL的改進版，可重復編程CPLD復雜可編程邏輯器件，集成多個PAL塊FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，提供最大的靈活性模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣對連續(xù)模擬信號進行周期性采樣量化將采樣值轉(zhuǎn)換為離散量化級別編碼將量化值轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字碼數(shù)模轉(zhuǎn)換電路1接收數(shù)字輸入從數(shù)字系統(tǒng)接收二進制數(shù)據(jù)2解碼將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應的電壓或電流級別3輸出模擬信號生成與數(shù)字輸入成比例的模擬輸出信號4濾波平滑輸出信號，去除高頻噪聲放大器電路基礎增益輸出信號與輸入信號的比值帶寬可以有效放大的頻率范圍噪聲影響信號質(zhì)量的隨機波動線性度輸出與輸入的線性關系程度運算放大器電路應用電源管理電路線性穩(wěn)壓器簡單可靠低噪聲效率較低開關穩(wěn)壓器高效率可升壓降壓噪聲較大中規(guī)模集成電路的制造工藝1晶圓制備生產(chǎn)高純度硅晶圓2光刻將電路圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上3摻雜在硅中引入雜質(zhì)形成N型和P型區(qū)域4金屬化沉積金屬層形成導線5封裝測試切割、封裝并測試individual芯片中規(guī)模集成電路的封裝技術DIP封裝雙列直插式封裝，適用于插孔安裝SMD封裝表面貼裝封裝，適用于高密度PCBBGA封裝球柵陣列封裝，提供更多I/O引腳中規(guī)模集成電路的可靠性溫度循環(huán)測試檢測芯片在溫度變化下的性能穩(wěn)定性靜電放電測試評估芯片抵抗靜電損壞的能力濕度測試檢查芯片在高濕環(huán)境下的耐受性老化測試模擬長期使用，預測芯片壽命中規(guī)模集成電路的應用案例計算器使用MSI芯片實現(xiàn)算術邏輯單元交通信號燈利用計數(shù)器和解碼器控制燈光序列數(shù)字時鐘結(jié)合計數(shù)器和顯示驅(qū)動器實現(xiàn)時間顯示中規(guī)模集成電路的發(fā)展趨勢更高集成度向大規(guī)模和超大規(guī)模集成方向發(fā)展低功耗設計滿足便攜設備和物聯(lián)網(wǎng)需求多功能化單芯片集成更多功能模塊智能化融入人工智能和機器學習能力中規(guī)模集成電路課程總結(jié)1基礎知識了解集成電路發(fā)展歷程和分類2電路設計掌握各類功能電路的設計方法3制造工藝理