《中规模集成电路》课件

中规模集成电路欢迎学习中规模集成电路课程。本课程将深入探讨集成电路的发展、设计、应用及未来趋势。让我们一起揭开集成电路的神秘面纱。by集成电路发展历程11958年杰克·基尔比发明第一个集成电路21960年代小规模集成电路（SSI）出现31970年代中规模集成电路（MSI）兴起41980年代至今大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路发展集成电路的分类按集成度分类小规模集成电路（SSI）中规模集成电路（MSI）大规模集成电路（LSI）超大规模集成电路（VLSI）按功能分类数字集成电路模拟集成电路数模混合集成电路中规模集成电路的特点集成度适中通常包含10-100个逻辑门或功能单元功能多样化可实现复杂的逻辑功能和数据处理性能稳定具有良好的可靠性和一致性成本效益高相比小规模集成电路，单位功能成本更低中规模集成电路的主要器件晶体管开关和放大信号的基本单元电阻控制电流和分压的元件电容储存电荷和滤波的元件二极管单向导电和整流的元件中规模集成电路的设计流程需求分析明确电路功能和性能要求逻辑设计绘制逻辑图和电路原理图电路仿真使用EDA工具进行功能验证版图设计规划芯片物理布局和连线制造和测试芯片生产和功能测试逻辑门电路概述与门实现逻辑"与"运算，仅当所有输入为高电平时输出高电平或门实现逻辑"或"运算，当任一输入为高电平时输出高电平非门实现逻辑"非"运算，输入低电平时输出高电平，反之亦然异或门当两个输入不同时输出高电平，相同时输出低电平小型TTL逻辑门电路TTL的特点高速度中等功耗良好的抗干扰能力TTL的应用数字计算机通信设备测量仪器场效应晶体管逻辑电路低功耗静态功耗极低，适合便携设备高集成度可实现更高的集成密度良好的抗噪声能力较大的噪声容限，提高电路可靠性简单的制造工艺有利于降低生产成本栅极触发器电路时钟控制在时钟信号的控制下改变状态状态存储能够保持一位二进制数据电路构成由与非门或或非门组成加法器电路设计1全加器一位二进制加法的基本单元2半加器不考虑进位的简单加法器3逻辑门构成加法器的基本元件解码器和编码器电路解码器将n位二进制输入转换为2^n个互斥输出编码器将2^n个互斥输入转换为n位二进制输出多路选择器和多路开关电路多路选择器从多个输入中选择一个输出到单一输出线多路开关将单一输入连接到多个输出中的一个应用数据选择、信号路由、并串转换存储器电路概述随机存取存储器(RAM)可读写，掉电丢失数据只读存储器(ROM)只读，数据永久保存闪存电可擦除可编程只读存储器静态随机存储器电路高速访问读写速度快，无需刷新低功耗静态工作，功耗较低结构简单通常由六个晶体管组成一个存储单元应用广泛常用于CPU缓存和寄存器文件动态随机存储器电路特点高集成度低成本需要定期刷新应用计算机主存图形存储器大容量数据缓存只读存储器电路1掩模ROM出厂时编程，不可更改2PROM一次性可编程ROM3EPROM可用紫外线擦除重编程4EEPROM电可擦除可编程ROM可编程逻辑器件电路PAL可编程阵列逻辑，具有固定的或阵列和可编程与阵列GAL通用阵列逻辑，PAL的改进版，可重复编程CPLD复杂可编程逻辑器件，集成多个PAL块FPGA现场可编程门阵列，提供最大的灵活性模数转换电路采样对连续模拟信号进行周期性采样量化将采样值转换为离散量化级别编码将量化值转换为二进制数字码数模转换电路1接收数字输入从数字系统接收二进制数据2解码将二进制数据转换为对应的电压或电流级别3输出模拟信号生成与数字输入成比例的模拟输出信号4滤波平滑输出信号，去除高频噪声放大器电路基础增益输出信号与输入信号的比值带宽可以有效放大的频率范围噪声影响信号质量的随机波动线性度输出与输入的线性关系程度运算放大器电路应用电源管理电路线性稳压器简单可靠低噪声效率较低开关稳压器高效率可升压降压噪声较大中规模集成电路的制造工艺1晶圆制备生产高纯度硅晶圆2光刻将电路图形转移到晶圆上3掺杂在硅中引入杂质形成N型和P型区域4金属化沉积金属层形成导线5封装测试切割、封装并测试individual芯片中规模集成电路的封装技术DIP封装双列直插式封装，适用于插孔安装SMD封装表面贴装封装，适用于高密度PCBBGA封装球栅阵列封装，提供更多I/O引脚中规模集成电路的可靠性温度循环测试检测芯片在温度变化下的性能稳定性静电放电测试评估芯片抵抗静电损坏的能力湿度测试检查芯片在高湿环境下的耐受性老化测试模拟长期使用，预测芯片寿命中规模集成电路的应用案例计算器使用MSI芯片实现算术逻辑单元交通信号灯利用计数器和解码器控制灯光序列数字时钟结合计数器和显示驱动器实现时间显示中规模集成电路的发展趋势更高集成度向大规模和超大规模集成方向发展低功耗设计满足便携设备和物联网需求多功能化单芯片集成更多功能模块智能化融入人工智能和机器学习能力中规模集成电路课程总结1基础知识了解集成电路发展历程和分类2电路设计掌握各类功能电路的设计方法3制造工艺理