元器件识别与选用 第8章 半导体集成元件

8.1集成电路分类表8-1-1常用集成电路分类分类方法分类说明按功能结构分类模拟集成电路模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间变化的信号，例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等)。数字集成电路数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间和幅度上离散取值的信号，例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号)。按集成度高低分类小规模集成电路集成度为100个元件以内或10个门电路以内中规模集成电路集成度为100～1000个元件或10～100个门电路大规模集成电路集成度为1000～10000个元件或100个门电路以上超大规模集成电路集成度为10万个元件以上或1万个门电路以上8.1集成电路分类表8-1-1常用集成电路分类分类方法分类说明按导电类型不同分类双极型集成电路双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，有CMOS、NMOS、PMOS等类型。按用途分类音频、视频集成电路如音频放大器、音频/射频信号处理器、视频电路、彩色电视电路、音频数字电路等。数字集成电路如触发器、门电器、解码器、延时器、计数器、时钟/多谐振荡器、分频器、加法器、乘法器、幅值比较器、算术逻辑单元等。线性集成电路如放大器、模拟信号处理器、电机控制电路、运算放大器、锁相环、电源管理器件、射频/中频放大器、传感器电路、通信器件、定时器、晶体管矩阵、电压比较器、电压基准器件、宽带放大器等。8.1集成电路分类表8-1-1常用集成电路分类分类方法分类说明按用途分类微处理器如微处理器、控制器、单片机电路、数字信号处理器(DSP)、一般支持芯片、专用支持芯片、特殊微处理器电路等。存储器如读写存储器RAM、只读存储器ROM、字符发生器、可编程逻辑集成电路、代码转换器、移位寄存器、动态存储器和控制器等。接口电路如缓冲器/驱动器、线路驱动器/发射器、存储器/时钟驱动器、外设/电源驱动器、显示驱动器、开关驱动器、A/D转换器、D/A转换器、电平转换器、线路接收器、读出放大器、取样/保持器、施密特触发器、特殊器件即奇偶解码器、数据采集系统等。光电器件如光电通讯/传送器件、发光器件、光电接收器件、光电耦合器、光电开关器件等。8.2运放8.2.1运放的外形外形内部结构图说明对于运放而言，最基本的必须有两个输入端，一个输出端，再加上两个电源端，则一个运放最少有五个引脚，如SOT23-5封装的元件。为了降低功耗，常常在不需要使用运放的时候关闭运放，因此需要一个引脚控制运放的工作，如SOT23-6、SC70-6封装的元件。8.2运放8.2.1运放的外形外形内部结构图说明一些运放为了减小在工作时产生的零点漂移，需要增加调零端，常见的有DIP-8、SO-8、TSSOP-8封装元件，当然，这些封装的元件内部可能封装了两个运放。常将四个运放封装在一起，组成DIP-14、SO-14、TSSOP-14封装的形式。8.2运放8.2.2运放的参数8.2运放8.2.3运放的选择1．增益带宽积：根据电路工作带宽和所需的增益选择运放，在选择时要有适当的余量，在一些元器件厂商提供的仿真软件中选择的运放已经考虑该项，如选择的运放在仿真时无法实现所需功能则肯定无法应用。2．工作电压：在某一些场合可能要求运放工作电压较低或较高，则需选择特定的运放。3．功耗：在一些要求低功耗供电的场合，如手持设备则应选择低功耗运放或带关断功能的运放。4．失真和噪声：在一些微弱信号的放大场合，需要选择低失真度低噪声的运放。8.2运放8.2.3运放的选择5．增益可控：在一些场合可能信号的大小会实时发生变化，如热能表回波信号，这时需对运放的增益进行控制，使最终输出始终维持一定的大小。6．通用性：在满足要求的情况下应选择通用运放，即市场上常见的运放，有利于生产时购买(或替换)。7．性价比：在满足性能要求的情况下选择价格低廉的运放。8．封装：一般来说，每一款运放均提供了多种封装供选择。使用时需要根据电路板的面积等因素，选择合适封装的运放。

8.3电源芯片8.3.1线性稳压芯片的外形、应用图8-3-1常见线性稳压芯片实物8.3电源芯片8.3.2电源用转换芯片的外形、应用8.474系列集成电路芯片8.4.174系列的分类系列子系列名称国家标准型号TTLTTL标准TTL系列54xxx/74xxxHTTL高速TTL系列54Hxxx/74HxxxLTTL低功耗TTL系列54Lxxx/74LxxxSTTL肖特基TTL系列54Sxxx/74SxxxLSTTL低功耗肖特基TTL系列54LSxxx/74LSxxxALSTTL先进低功耗肖特基TTL系列54ALSxxx/74ALSxxxASTTL先进肖特基TTL系列54ASxxx/74ASxxxFTTL快速TTL系列54Fxxx/74FxxxMOSPMOSP沟道场效应管系列-NMOSN沟道场效应管系列-CMOS互补场效应管系列4xxx/14xxxHCMOS高速CMOS系列54HCxxx/74HCxxxHCT与TTL电平兼容的HCMOS系列54HCTxxx/74HCTxxxAC先进的CMOS系列-ACT与TTL电平兼容的AC系列-8.474系列集成电路芯片8.4.274系列的外形图8-4-1常用74器件外形8.474系列集成电路芯片8.4.274系列的外形图8-4-2单逻辑门器件8.474系列集成电路芯片8.4.374系列的参数1．一般直流参数2．一般开关参数3．用于触发器的特殊开关参数4．噪声参数8.5智能器件8.5.1MCU图8-5-1几种常见MCU芯片实物图8.5智能器件8.5.2CPLD图8-5-2几种常见CPLD芯片实物图8.5智能器件8.5.2CPLD图8-5-3代码下载实物图8.5智能器件8.5.3FPGA图8-5-4常见FPGA芯片实物图8.5智能器件8.5.4ARM图8-5-5ARM实物图8.5智能器件8.5.5DSP图8-5-6TI的DSP元器件8.6其他常见集成元件8.6.1AD转换器表8-6-1A/D转换器的分类分类说明积分型积分型A/D工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片A/D转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。逐次比较型逐次比较型A/D由一个比较器和D/A转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辨率(<12位)时价格便宜，但高精度(>12位)时价格很高。并行比较型并行比较型A/D采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称Flash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频A/D转换器等速度特别高的领域。8.6其他常见集成元件8.6.1AD转换器表8-6-1A/D转换器的分类分类说明串并行比较型串并行比较型A/D结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型A/D转换器配合D/A转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为HalfFlash(半快速)型。还有分成三步或多步实现A/D转换的叫做分级型A/D，而从转换时序角度看又可称为流水线型A/D，现代的分级型A/D中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类A/D速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。Σ-Δ(Sigma-delta)调制型Σ-Δ型A/D由积分器、比较器、1位D/A转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。8.6其他常见集成元件8.6.1AD转换器表8-6-1A/D转换器的分类分类说明电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型A/D在内置D/A转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列D/A转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片A/D转换器。最近的逐次比较型A/D转换器大多为电容阵列式的。压频变换型压频变换型是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种A/D的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成A/D转换。8.6其他常见集成元件8.6.2DA转换器表8-6-3D/A转换器的分类分类说明电压输出型电压输出型D/A转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的能力，但一般采用内置输出放大器以低阻抗的方式输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速D/A转换器使用。电流输出型电流输出型D/A转换器很少直接利用电流输出，大多外接电流—电压转换电路得到电压输出，后者有两种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流—电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。此外，大部分CMOSD/A转换器当输出电压不为零时不能正确工作，所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在D/A转换器的电流建立时间上加入了运算放大器的延迟，响应会变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。8.6其他常见集成元件8.6.3半导体存储器图8-6-1半导体存储器分类8.6其他常见集成元件8.6.3半导体存储器图8-6-2半导体存储器实物图8.6其他常见集成元件8.6.4通信芯片图8-6-3通信模块和芯片实物图8.6其他常见集成元件8.6.5语音芯片图8-6-4eSH170语音芯片8.6其他常见集成元件8.6.5语音芯片表8-6-5语音芯片的选择选择方式说明录音芯片及放音芯片的选择语音芯片从使用功能上，基本可以划分为录音语音芯片和放音语音芯片。设计一个使用语音芯片的产品，首先要考虑是否使用录制现场语音，如需要录制语音则选用带有录音功能的语音芯片，否则就选用只有放音功能的语音芯片。通常带有录音功能的语音芯片都具有回放语音的功能，但是在播放语音时，音质都没有专门的放音语音芯片好，所以在选择语音芯片时要权衡功能及音质等方面的因素。OTPROM、FLASHROM和EEPROM的选择OTP是指一次性可编程语音芯片，语音只能烧写一次，适合应用在不需要修改语音、语音长度短的场合，从放音的长度上可以分为10秒、20秒、40秒、80秒、170秒、340秒。OTP语音芯片的特点是单芯片方案、价格便宜，适合中小型批量生产，即便是小数量生产也可以及时拿货。FLASHROM和EEPROM的共性是可重复擦写、存储空间大，可随意更换控制方式和语音内容，能存储更大的语音文件。EEPROM通常都会集成在芯片中，此类型语音芯片价格比较昂贵，如ISD1700、ISD2500等。一般可以外挂的FLASHROM有1Mbit～32Mbit，因需要用“语音芯片+FLASH”才能工作，价格比OTP的稍高，但整体售价比EEPROM的低，适合制样或者中小型批量投产。8.6其他常见集成元件8.6.5语音芯片表8-6-5语音芯片的选择选择方式说明MASK掩膜投产MASK投产使得整个语音芯片方案在保持性能、功能不变的情况下成本降低将近一半，且多数语音芯片在MASK投产不需要更改外围电路。但MASK投产需要订单数量超过2～7万，否则厂家会收取高额的光罩费，MASK生产时间大概要用1个月左右。其语音时间在5秒～340秒，是大批量投产的最佳选择。可以存储更多语音的SD卡方案SD卡已经成为当前市场上一大主流存储载体，以其价格便宜，存储空间大，可移植性强等优点得到大部分厂家青睐。语音芯片也同样