电子工程师需要掌握的知识和技能

电子工程师需要把握的知识和技能

愚以为，把握了一下的硬件和软件知识，基本上就可以成为一个合格的电子工程师：

第一部分：硬件知识

一、数字信号

1、TTL和带缓冲的TTL信号

TTL（逻辑门电路）

全称Transistor-TransistorLogic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑

门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（BipolarJunctionTransistor即双极

结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，

后来显现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALs等系列。但是由于TTL功耗大等缺点，

正逐步被CMOS电路取代。

TTL电平信号：

TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，5V等价于逻辑“1”，0V

等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是运算机处理器

控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL电平信号对于运算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，第一运算机处理

器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号

直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，运算机处理器

控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL

型通信大多数情形下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离

就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的

问题，这些问题对可靠性均有影响。

TTL输出高电平＞2.4V,输出低电平＜0.4V。在室温下，一样输出高电平是3.5V,输出低电

平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平＞=2.0V,输入低电平＜=0.8V,噪声容限

是0.4V0

TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短（5-10ns）,但是功耗大。

2、RS232和定义

RS232接口就是串口，电脑机箱后方的9芯插座，旁边一样有"|0|0「样标识。

一样机箱有两个，新机箱有可能只有一个。笔记本电脑有可能没有。

有很多工业仪器将它作为标准通信端口。通信的内容与格式一样附在仪器的用户说明书中。

运算机与运算机或运算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由

于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不

一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可

以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种

串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂

家及运算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备

（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采

用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号

的电平加以规定。

（1）接口的信号内容实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在运算机与

终端通讯中一样只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的信号内容见附表1所示

（2）接口的电气特性在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑

“1”，-5—-15V；逻辑“0"+5-+15V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V

的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”

（3）接口的物理结构RS-232-C接口连接器一样使用型号为DB-25的25芯插头座，通常插头

在DCE端,插座在DTE端.一些设备与PC机连接的RS-232-C接口，因为不使用对方的传送

控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9

芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。

（4）传输电缆长度由RS-232c标准规定在码元畸变小于4%的情形下，传输电缆长度应为

50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸

变10-20%的范畴工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规

定答应码元畸变为10%而得出附表2的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为

DECP.NO.9107723内有三对双绞线，每对由22#AWG组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为

不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。

1.RS-232-C是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一种串行物理

接口标准。RS是英文“举荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总

线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情形下主要使用主通道,

对于一样双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。

RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、

4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器答应有2500pF的电容负载，通信距

离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电

缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，

存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一样用于20m以内的通信。

3、RS485/422（平稳信号）

RS232,RS-422与RS485的定义

一、RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）

制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂

家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为补偿RS-232之不足而提出的。为

改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平稳通信接口，将传输速率提

高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并答应在一条平稳总线上

连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平稳传输规范，被命名

为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范畴，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485

标准，增加了多点、双向通信能力，即答应多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发

送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范畴，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由

于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍旧习惯将上述标

准以RS作前缀称谓。

RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆

或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都

建立了一套高层通信协议，或公布或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像

机的RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、Odetis

协议是公布的，而ProLINK则是基于Profile上的。

二、RS-232串行接口标准

目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种

在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平稳传输方式，即所谓单端

通讯。

收、发端的数据信号是相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器

时是2脚相对7脚（信号地）的电平。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数

据时，发送端驱动器输出正电平在+5〜+15V,负电平在-5〜-15V电平。当无数据传输时，

线上为TTL,从开始传送数据到终止，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电

平。接收器典型的工作电平在+3〜+12V与-3〜-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V

至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15

米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其

驱动器负载为3〜7kQ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

其有关电气参数参见表1。

规定RS232RS422Ft485

工作方式单端差分差分

节点数1收1发1发10收1发32收

最大传输电缆长度50英尺400英尺400英尺

最大传输速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s

最大驱动输出电压+/-25V-0.25V〜+6V-7V〜+12V

驱动器输出信号电平（负载最小值）负载+/-5V〜+/-15V+/-2.0V+/-1.5V

驱动器输出信号电平（空载最大值）空载+/-25V+/-6V+/-6V

驱动器负载阻抗（Q）3K〜7K10054

摆率（最大值）30V/usN/AN/A

接收器输入电压范畴+/-15V-10V〜+10V-7V〜+12V

接收器输入门限+/-3V+/-200mV+/-200mV

接收器输入电阻（Q）3K〜7K4K（最小）212K

驱动器共模电压-3V〜+3V-IV〜+3V-IV〜+3V

接收器共模电压-7V〜+7V-7V〜+12V-7V〜+12V

三、RS-422与RS-485串行接口标准

1.平稳传输

RS-422,RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平稳传输，它

使用一对双绞线，将其中一线定义为A,另一线定义为B。

通常情形下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2〜+6V,是一个逻辑状态，负电平在

-2〜6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422

中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”

端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1"与"0"

的第三态。

接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平稳双绞线将AA与BB对应相连，当

在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑

电平。接收器接收平稳线上的电平范畴通常在200mV至6V之间。

2.RS-422电气规定

RS-422标准全称是“平稳电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。

实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232

更强的驱动能力，故答应在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个

主设备（Master）,其余为从设备（Salve）,从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多

的双向通信。接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10X4k+100Q（终接电阻）。

RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任

何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）

实现。

RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为lOMb/s0其平稳

双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在

很短的距离下才能获得最高速率传输。一样100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅

为IMb/So

RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可

不需终接电阻，即一样在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

RS-422有关电气参数见表1

3.RS-485电气规定

由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相

仿。如都采用平稳传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四

线方式，二线制可实现真正的多点双向通

而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主(Master)

设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接

到32个设备。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，

而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k,RS-422是4k；RS-485

满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。

RS-485有关电气规定参见表1»

RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平稳

双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。

只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一样100米长双绞线最大传输速率仅为lMb/so

RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可

不需终接电阻，即一样在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端

4、干接点信号

干接点的定义：无源开关；具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换;

常见的干接点信号有：

1、各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等；

2、各种按键；

3、各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻

璃破碎、振动、烟雾和凝聚传感器；

4、继电器、干簧管的输出；

有干接点就有湿接点。

湿接点的定义是：有源开关；具有有电和无电的2种状态；2个接点之间有极性，不能反接;

常见的湿接点信号有：

1、如果把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极，作为输出，就是湿接点信

号；工业控制上，常用的湿接点的电压范畴是DC0〜30V,比较标准的是DC24V；AC110〜

220V的输出也可以是湿接点，尽管这样做比较少；

2、把TTL电平输出作为湿接点，也未尝不可；一样情形下，TTL电平需要带缓冲输出的，

例如：7407、245、244等，与VCC等构成回路；244、245也可以跟gnd构成回路；才能

驱动远方的光耦。

3、NPN三极管的集电极输出和VCC；

4、达林顿管的集电极输出和VCC；

5、红外反射传感器和对射传感器的输出；

在工业控制领域中，采用干接点要远远多于湿接点，这是因为干接点没有极性带来的优点：

1、随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度

2、处理干接点开关量数量多

3、连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备

4、接入容易，接口容易统一

换种说法：

干接点：无源开关；具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换；

湿接点：有源开关；具有有电和无电的2种状态；2个接点之间有极性，不能反接

干接点是对湿接点而言，所谓湿接点，是一个开关加一个电源，闭合时有一定电压，不用检

测电路提供电流。干接点闭合时没有电压，电流靠检测电路提供。

我们所说的干接点通常是指无源接点也就是接点不提供电源对于此接点来说电源是外供

的干接点和湿接点

干接点指的是纯粹的开关，就像一个继电器接点或手动的开关。两个状态是“通”和“断”。

湿接点指的是串联了电源的干接点。两个状态是“有电压”和“高阻态”。

干接点和湿接点的定义、使用场合和调理方法

干接点好像是俗称，但是，实际上，在工业控制领域中，已经是一个标准的名词了。

干接点的定义：

无源开关；具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换；

常见的干接点信号有：

1、各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等；

2、各种按键；

3、各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻

璃破碎、振动、烟雾和凝聚传感器；

4、继电器、干簧管的输出；

有干接点就有湿接点。湿接点的定义是：

有源开关；具有有电和无电的2种状态；2个接点之间有极性，不能反接；

常见的湿接点信号有：

1、如果把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极，作为输出，就是湿接点

信号；工业控制上，常用的湿接点的电压范畴是DC0-30V,比较标准的是DC24V；AC110-

220V的输出也可以是湿接点，尽管这样做比较少；

2、把TTL电平输出作为湿接点，也未尝不可；一样情形下，TTL电平需要带缓冲输出的,

例如：7407、245、244等，与VCC等构成回路；244、245也可以跟gnd构成回路；才能

驱动远方的光耦。

3、NPN三极管的集电极输出和VCC；

4、达林顿管的集电极输出和VCC；

5、红外反射传感器和对射传感器的输出；

在工业控制领域中，采用干接点要远远多于湿接点，这是因为干接点没有极性带来的优点：

1、随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度

2、处理干接点开关量数量多

3、连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备

4、接入容易，接口容易统一

干接点和湿接点的调理方法：

采用光耦的光电隔离。

干接点的接入光耦，顺序如下：

VCC一》限流电阻一》光耦LED—》干接点1一》干接点2一》GND

也可以：

VCC—》干接点1一》干接点2一》限流电阻一》光耦LED—》GND

湿接点的接入光耦，顺序如下：

湿接点1一》限流电阻一》光耦LED—》湿接点2

湿接点如果是DC电源，如果湿接点1和2反了，明显打不开光耦；

湿接点如果是AC电源，可以相反；

举一个研华的8路继电器输出及8路隔离数字量输入卡PCI-1760的例子说明干接点和湿接

点已经是标准的名词了。“PCI-1760是一款PCI总线的继电器输出及隔离数字量输出卡。

它有8路光隔离数字量输入，在噪声环境下为采集数字量输入提供2500VDC的隔离保护；

它带有8个继电器，可以用作开关控制式小型电源断路开关。2个可由用户定义的隔离脉宽

调制PWM输出。为了便于监控，每个继电器都配有一个红色的LED指示灯，用来显示器

开/关状态。每个隔离输入都同时支持干接点和湿接点信号，这样到外部电路无电源时也能

对信号进行采集。”

参见下图:

注意：

1、PCI-1760上有一个DC/DC的模块，模块的输出给干接点提供与PC隔离的电源；

2、采用跳线挑选干接点还是湿接点输入；

二、模拟信号视频

1、非平稳信号与平稳信号

模拟信号在传输过程中，如果被直接传送就是非平稳信号，如果把信号反相，然后同时传送

反相的信号和原始信号，就叫做平稳信号，平稳信号送入差动放大器，原信号和反相位信号

相减，得到加强的原始信号，由于在传送中，两条线路受到的干扰差不多，在相减的过程中，

减掉了一样的干扰信号，因此更加抗干扰。这种在平稳式信号线中抑制两极导线中所共同有

的噪声的现象便称为共模抑制。所以平稳线路只需要在输入输出信号增加一个差动放大器就

可以实现。

三、芯片

1、封装

集成电路芯片的封装形式

自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU

从Intel4004、80286、80386、80486发展至!jPentium和PentiumII,数位从4位、8位、16

位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶

体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSLMSI、LSLVLSI达

到ULSIo封装的输入/输出(I/O)引脚从几十根，逐步增加到几百根，下世纪初可能达2

千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。

对于CPU,读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium>PentiumII、Celeron>K6、

K6-2……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封

装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、

固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥

梁一一芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其

他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU

的显现常常相伴着新的封装形式的使用。

芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,

技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1,适用频率越来越

高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方

便等等。

下面将对具体的封装形式作详细说明。

一、DIP封装

70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(DualIn-linePackage)-DIP封装结构具有以下特

点：

1.适合PCB的穿孔安装；

2.比TO型封装(图1)易于对PCB布线；

3.操作方便。

DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式

DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。

衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1

越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装

面积=3X3/15.24X50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封

装效率很低，占去了很多有效安装面积。

Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。

二、芯片载体封装

80年代显现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(LeadlessCeramicChip

Carrier)>塑料有引线芯片载体PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)>小尺寸封装SOP(Small

OutlinePackage)>塑料四边引出扁平封装PQFP(PlasticQuadFlatPackage),封装结构形式如

图3、图4和图5所示。

以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28X28mm,芯

片尺寸lOXIOmm,则芯片面积/封装面积=10X10/28X28=1：7.8,由此可见QFP比DIP的

封装尺寸大大减小。QFP的特点是：

1.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线；

2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用；

3.操作方便；

4.可靠性高。

在这期间，Intel公司的CPU,如Intel80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。

三、BGA封装

90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI,ULSI相继

显现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功

耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增加了新的品种一一球栅阵

列封装，简称BGA(BallGridArrayPackage)。如图6所示。

BGA一■显现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封

装的最佳挑选。其特点有：

LI/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP,从而提高了组装成品率；

2.虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的

电热性能：

3.厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上；

4.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；

5.组装可用共面焊接，可靠性高；

6.BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大；

Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如

Pentium>PentiumPro、PentiumII采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA,

并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳固可靠工作。

四、面向未来的新的封装技术

BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。

Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为口BGA的封装技术，按0.5mm焊

区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4,比BGA前进了一大步。

1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1」的封装结构，其封装外形尺

寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而产生了

一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(ChipSizePackage或ChipScale

Package)o

CSP封装具有以下特点：

1.满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要；

2.解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化挑选的问题；

3.封装面积缩小到BGA的1/4至1/10,延迟时间缩小到极短。

曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠

的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装

技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件

MCM(MultiChipModel)o它将对现代化的运算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。

MCM的特点有：

1.封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化；

2.缩小整机/组件封装尺寸和重量，一样体积减小1/4,重量减轻1/3;

3.可靠性大大提高。

随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们

产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又

产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片

级转向硅圆片级(waferlevel)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(SystemOnChip)和电脑

级芯片PCOC(PCOnChip)»

随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式

的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。

芯片封装形式

封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片

及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，

这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接。衡量一个芯片封装技术先进与否的

重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。

封装大致经过了如下发展进程：

结构方面：TO—＞DIP-＞LCC—＞QFP-＞BGA-＞CSP；

材料方面：金属、陶瓷—＞陶瓷、塑料一＞塑料；

引脚形状：长引线直插一＞短引线或无引线贴装一＞球状凸点；

装配方式：通孔插装一＞表面组装一＞直接安装。

DIP--DoubleIn-linePackage--双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封

装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范畴包括标准逻辑IC,存贮

器LSI,微机电路等。

PLCC-PlasticLeadedChipCarrier-PLCC封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管

脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，

具有外形尺寸小、可靠性高的优点。

PQFP-PlasticQuadFlatPackage-PQFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一样大规

模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一样都在100以上。

SOP—SmallOutlinePackage—1968~1969年菲为浦公司就开发出小外形封装（SOP）。以后逐

步派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、

SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形

集成电路）等。

2、7407

TTL集电极开路六正相驱动器

3、7404

TTL集电极开路六反相驱动器

4、7400

双路输入四与非门

5、74LS573

双路输入四与非门

6、ULN2003

7、74LS244

8、74LS240

9、74LS245

10、74LS138/238

11、CPLD（EPM7128）

12、1161

13、max691

14、max485/75176

15、mcl489

16、mcl488

17、ICL232/max232

18、89C51

四、分立器件

相对于微机型的成套电子设备而言的。

我国很多行业在90年代前使用的电子设备，包括控制、保护设备等大都是分立元件的。主

要是以电阻、电容、线圈乃至更老的晶体管器件所组成的。而目前这些设备的微机化改造已

经基本完成了。是以集成芯片为主的，其精度和运行的可靠性大大增强了

1、封装

2、电阻：功耗和容值

3、电容

1）独石电容

2）瓷片电容

3）电解电容

【电容专题】什么是CBB电容，独石电容，电解电容？

1、聚酯（涤纶）电容（CL）

电容量：40p-4u

额定电压：63-630V

主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳固性差

应用：对稳固性和损耗要求不高的低频电路

2、聚苯乙烯电容（CB）

电容量：10p-lu

额定电压：100V—30KV

主要特点：稳固，低损耗，体积较大

应用：对稳固性和损耗要求较高的电路

3、聚丙烯电容（CBB）

电容量：1000p—10u

额定电压：63-2000V

主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳固性略差

应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路

4、云母电容（CY）

电容量：10p-0olu

额定电压：100V—7kV

主要特点：高稳固性，高可靠性，温度系数小

应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路

5、高频瓷介电容（CC）

电容量：l--6800p

额定电压：63-500V

主要特点：高频损耗小，稳固性好

应用：高频电路

6、低频瓷介电容（CT）

电容量：10p-4.7u

额定电压：50V-100V

主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳固性差

应用：要求不高的低频电路

7、玻璃釉电容（CD

电容量：10p-0.1u

额定电压：63-400V

主要特点：稳固性较好，损耗小，耐高温（200度）

应用：脉冲、耦合、旁路等电路

8、空气介质可变电容器

可变电容量：100-1500p

主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等

应用：电子仪器，广播电视设备等

9、薄膜介质可变电容器

可变电容量：15-550p

主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大

应用：通讯，广播接收机等

10、薄膜介质微调电容器

可变电容量：l-29p

主要特点：损耗较大，体积小

应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿

11、陶瓷介质微调电容器

可变电容量：0。3-22p

主要特点：损耗较小，体积较小

应用：精密调谐的高频振荡回路

12、独石电容

容量范畴：0.5PF-1UF

耐压：二倍额定电压

主要特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳固，耐高温耐湿性好,温度系数很高

应用范畴：广泛应用于电子精密仪器,各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。

独石又叫多层瓷介电容，分两种类型，I型性能挺好，但容量小，一样小于0.2U,另一种叫

II型，容量大，但性能一样。

13、铝电解电容

电容量：0.47-lOOOOu

额定电压：6.3-450V

主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大

应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等

14、铝电解电容(CA)铝电解电容(CN)

电容量：O.l-lOOOu

额定电压：6.3-125V

主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容

应用：在要求高的电路中代替铝电解电容

摘录电解电容厂家的“铝电解电容器适用指南”如下：

一.电路设计

(1)铝电解电容分正负极，不得加反向电压和交流电压，对可能显现反向电压的地方应使

用无极性电容。

(2)对需要快速充放电的地方，不应使用铝电解电容器，应挑选特别设计的具有较长寿命

的电容器。

(3)不应使用过载电压

(4)流电压与纹波电压叠加后的峰值电压低于额定值。

(5)两个以上电解电容串联的时候要考虑使用平稳电阻器，使得各个电容上的电压在其额

定的范畴内。

（6）设计电路板时，应注意电容防爆阀上端不得有任何线路,，并应留出2mm以上的间隙。

（7）电解也主要化学溶剂及电解纸为易燃物，且电解液导电。当电解液与pc板接触时，可

能腐蚀pc板上的线路。，以致生烟或着火。因此在电解电容下面不应有任何线路。

（8）设计线路板向背应确认发热元器件不靠近铝电解电容或者电解电容的下面。

①铝电解电容与铝电解电容

铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏锐。它适用于温度变化不大、

工作频率不高（不高于25kHz）的场合，可用于低频滤波。铝电解电容具有极性，安装时必

须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。与铝电解电容相比，留电解电容在串联电阻、感抗、

对温度的稳固性等方面都有明显的优势。但是，它的工作电压较低。

②纸介电容和聚酯薄膜电容

其容体比较小，串联电阻小，感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高（如1MHz

以下）的场合，可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时，可把其

外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

③云母和陶瓷电容

其容体比很小，串联电阻小，电感值小，频率/容量特性稳固。它适用于电容量小、工作频

率高（频率可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承担瞬态高压

脉冲能力较弱，因此不能将它随便跨接在低阻电源线上，除非是特别设计的。

④聚苯乙烯电容器

其串联电阻小，电感值小，电容量相对时间、温度、电压很稳固。它适用于要求频率稳固性

高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。

就温漂而言，独石为正温系数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用，可使温

漂降到很小。

就价格而言，留，锂电容最贵，独石,CBB较便宜，瓷片最低,但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵.

云母电容Q值较高，价格也稍贵。

各种电容的优缺点

名称极性优点缺点

无无感CBB电无2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然不适合做大容量，价格

容后捆绑而成。无感，高频特性好，体积较小比较高，耐热性能较差

瓷片电容无薄瓷片两面渡金属膜银而成。体积小，耐易碎！容量低

压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）

CBB电容无2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后不适合做大容量，价格

捆绑而成。有感，高频特性好比较高，耐热性能较差

云母电容无云母片上镀两层金属薄膜容易生产，技术体积大，容量小，（几

含量低乎没有用了）

独石电容无体积比CBB更小。有感，高频特性好不适合做大容量，价格

比较高，耐热性能较差

电解电容有两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸高频特性不好

泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。容量

大

锂电容有金属铝作为正极，在电解质外喷上金属作为造价高（一样用于关键

负极。稳固性好，容量大，高频特性好地方）

4、电感

在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感,

电感的定义是L=phi/i,单位是韦伯

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会

产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就

越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，

也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用©表示，电流用I表示，电感用L表示，那么L=@

/I

电感的单位是亨（H）,也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做单位。lH=1000mH,

1H=1000000UH„

电感只能对非稳恒电流起作用，它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化

率（导数），比例系数就是它的“自感”

电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场，而这个磁场又会反过

来影响电流，所以，这么说来，任何一个导体，只要它通过非稳恒电流，就会产生变化的磁

场，就会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生

在主板上可以看到很多铜线缠绕的线圈，这个线圈就叫电感，电感主要分为磁心电

感和空心电感两种，磁心电感电感量大常用在滤波电路，空心电感电感量较小，常用于高频

电路。

电感的特性与电容的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的

特性。电感的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电

容一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流

圈、变压器、继电器等。

【电感器的种类】

按照外形，电感器可分为空心电感器（空心线圈）与实心电感器（实心线圈）。按照工作性

质，电感器可分为高频电感器（各种天线线圈、振荡线圈）和低频电感器（各种扼流圈、滤波线

圈等）。按照封装形式，电感器可分为普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电

感器等。按照电感量，电感器可分为固定电感器和可调电感器。

电感的作用：通直流，阻交流

通直流:所谓通直流就是指在直流电路中，电感的作用就相当于一根导线，不起任何作用.

阻交流:在交流电路中,电感会有阻抗，即XL,整个电路的电流会变小，对交流有一定的阻碍作

用

5、电源转换模块

交直流变化电压变换

6、接线端子

7、LED发光管

8、8字（共阳和共阴）

9、三极管2N5551

硅NPN型小功率高频三极管

10、蜂鸣器

五、单片机最小系统

1、单片机

2、看门狗和上电复位电路

3、晶振和瓷片电容/电阻

六、串行接口芯片

1、eeprom

记忆储备器

2、串行I/O接口芯片

3、串行AD、DA

本文简单介绍MAXIM公司生产的串行AD芯片MAX1241及串行DA芯片MAX539的接

口及编程，并简要介绍SPI总线的使用方法。

关键词：串行AD;串行DA;SPI总线

芯片介绍

MAX1241是低功耗,12位串行模数转换器，共有8个管脚，工作电压为+2.7〜+5.5V,连续

AD转换时间为7.54,跟踪时间为1.54,片上自备时钟及采样保持电路。在芯片以73ksps

最大采样速率工作时，消耗功率仅为37mw(Vdd=3V)„关闭模式也可以降低功耗，但这时传输

速率也会降低。

MAX1241需要一个外部参考电压，参考电压输入范畴一样为0〜2.5V,MAX1241能接收

的电压范畴为0〜2.5V,输入电压过大会烧掉芯片,一样不应超过3V。

MAX1241具有一个3线连续接口，直接与微控制器的I/O口相连，并与SPI和

MICROWIRE接口相兼容。SPI接口是一种三线制接口,这三线分别是片选线CS,数据线

DOUT,时钟信号线SCLK„SCLK的下降沿输出数据，数据位为先高后低依次显现。MAX1241

内部结构如图1所示。

当把MAX1241的模式控制端SHDN置低时，芯片处于关闭模式或称休眠模式，此时工作

电流低于15UA,置高后，它能在4NS内从休眠状态转到工作状态。如不使用,可以接高电平

或悬空。

在开始加电20ms内不要有任何转换工作。将CS置低电平后，开始转化。在CS的下降

沿,采样保持电路进入保持状态，而且转化正式开始，经过一段内部转化时间后，转化终止的标

志是Dout信号置高。数据然后能在外部时钟的作用下依次送出。

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操作过程

•使用CPU上的一个通用I/O接口去拉低CS,保持SCLK低电平。

•等待最大转换时间或查询DOUT是否为高电平来决定转换是否终止。

・转换终止后，在SCLK的下降沿开始DOUT数据输出。

・在第13个脉冲将CS置高，如果CS连续保持低电平，以下输出数据为0。

•在开始一次新的转换之前，等待最小规定时间tcs,这期间CS应为高电平。如果在转

换过程中通过拉高CS来舍弃转换，在开始一段新的转换之前，也要等待一段时间（tacq）。CS

必须在所有数据转换终止前一直保持低电平。

MAX1241的典型应用电路如图2所示。

MAX539是12位串行DA转换芯片,其使用方法与MAX1241大致相同,接口标准也符

合SPI总线标准,MAX539的内部增益为2,因此其输入与输出的关系如下表所示，应用电路如

图3所示。

输入输出

1111111111112*REF*4095/4096

1000000000012*REF*2049/4096

0000000000002*REF*2048/4096

000000000000OV

0000000000012*REF/4096

0111111111112*REF*2047/4096

4、串行LED驱动、max7129

MAX7219是美国MAXIM（美信）公司推出的多位LED显示驱动器，采用3线串

行接口传送数据，可直接与单片机接口,用户能方便修改其内部参数，以实现多位LED显示。

它内含硬件动态扫描显示控制，每枚芯片可驱动8个LED数码管。明显,它可直接驱动64

段LED条形图显示器。当多片MAX7219级联时，可控制更多的LED。显示的数据

通过单片机数据处理后，送给MAX7219显示。当然,也完全可以将MAX7219的一

部分用于条形图显示，一部分用于其他显示（如数字和字母等）。

1.内部逻辑结构

它主要由8个数位寄存器和6个控制寄存器组成：

1）数位寄存器7〜0：它决定该位LED显示内容。

2）译码方式寄存器：它决定数位寄存器的译码方式,它的每一位对应一个数位。其中，1代

表B码方式；0表示不译方式。若用于驱动LED数码管，应将数位寄存器设置为B码方式;

当用于驱动条形图显示器时，应设置为不译码方式。

3）扫描位数寄存器：设置显示数据位的个数。该寄存器的D2〜D0（低三位）指定要扫

描的位数，支持0〜7位，各数位均以1.3kHz的扫描频率被分路驱动。

4)亮度控制寄存器：该寄存器通常用于数字控制方式,利用其D3-D0位控制内部脉冲

宽度调制DAC的占空比来控制LED段电流的平均值，实现LED的亮度控制。D3〜D

0取值可从0000—1111,对应电流占空比则从1/32变化到31/32,共16级,

D3〜D0的值越大,LED显示越亮。而亮度控制寄存器中的其他各位未使用，可置任意值。

5)显示测试寄存器：它用来检测外挂LED数码管各段的好坏。当D0置为1时,LED

处于显示测试状态，所有8位LED的段被扫描点亮,电流占空比为31/32;若D0为0,

则处于正常工作状态。D7~D1位未使用,可任意取值。

6)关断寄存器：用于关断所有显示器。当D0为0时，关断所有显示器，但不会排除各寄存

器中保持的数据;当D0设置为1时，正常工作。剩下各位未使用,可取任意值。

7)无操作寄存器：它主要用于多MAX7219级联，答应数据通过而不对当前MAX7

219产生影响。

2.引脚说明

MAX7219是共阴极LED显示驱动器，采用24脚DIP和S0两种封装，其引脚排列