毕业论文--浅谈电子电路及发展趋势.doc

山东理工职业学院毕业论文题 目： 浅谈电子电路及发展趋势系 部： 机电工程 专 业： 机电一体化 学 号： 0701090613 学生姓名： 李海波 指导教师： 苑仁坤 2012年 4 月 15号 摘 要随着现在科学技术的发展，电子电路已经被广泛应用于工业、农业、通信、医疗、家用电子等各个领域，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网，可以说电子电路无处不在，而在本世纪对集成电路的研究和开发力度不断扩大未来将是集成技术的世纪。综合世界发展现状和趋势。作为一名新世纪人才，将来无论是工作还是生活都必不可少地接触到电子设备，所以掌握好各种有关电子电路专业的知识是必不可少的。认真的对待这一专业的学习，提高自己专业知识的认知，既是社会发展的需要，也是自己提高专业素养需要。下面我将简单的介绍一下我对电子电路的认识。关键词：电子电路，应用，发展及趋势。前 言进入21世纪以来，随着高新技术的广泛应用，社会日新月异的变化，不管是日常生活还是工作需要，不可避免的接触到电子电路。而且越来越趋于微型化智能化，集成电路的发展更是日新月异。虽然，由于集成电路的发展，分立门元件电路在具体应用中已近淘汰。但分立门电路是集成电路的基础，学习分立门电路是必不可少的。一电子电路概要 由电子元件和电子器件组成连接能实现特定功能的电路叫电子电路。通常将电子设备中的电阻器、电容器、电感器、变压器、开关等称为电子元件,而将电子管、离子管、晶体管等称为电子器件。电子电路按组成方式,可分为分立电路和集成电路二大类。分立电路中的元件和器件是彼此分开的,其最大的缺点是可靠性差；集成电路是将电子元件和器件集合在一起,组成整个电路,它既是电路又是一种复杂的电子器件,一般可称为组件,其可靠程度大大优越于分立电路。 （一）模拟电路模拟电路是由自然界产生周期性变化的连续性的物理自然变量，在将连续性物理自然变量转换为连续的电信号，并通过运算连续性电信号的电路即称为模拟电路。模拟电路在工作过程由于有电流变化、电磁波产生等问题，所以模拟电路的通常会存在着干扰问题。最典型的模拟电路应用包括：放大电路、振荡电路、线性运算电路（加法、减法、乘法、除法、微分和积分电路）。1.放大电路又称为放大器，它是使用最为广泛的电子电路之一，也是构成其他电子电路的基本单元电路。所谓“放大”就是将输入的微弱信号放大到所需要的幅度值且与原输入信号变化规律一致的信号，即进行不失真的放大。其本质是能量的控制和转换。2震荡电路是一种不需要外加激励信号就能将直流能源转换成具有一定频率。一定幅值的交流信号的电路。在测量、通信、自动控制和热加工、音频设备等领域应用广泛。（二）数字电路数字数字电路是以二值数字逻辑为基础的，其工作信号是离散的数字信号。时间上和幅值上不连续的信号称为数字信号，而传递和处理数字信号的电路称为数字电路，且数字电路是一系列用高低电平所代表的数字量来实现通断功能的开关电路，这种电路容易实现，电路简单。所以这种电路用二极管，晶体管就可构成。数字电路中，信号大小为不连续并定量化的电压状态。 多数采用布尔代数逻辑电路对定量后信号进行处理。典型数字电路有，振荡器、寄存器、加法器、减法器等。运算不连续性定量电信号。 根据逻辑功能不同，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。1组合逻辑电路是由基本逻辑门和符合逻辑门按一定的逻辑要求组合连接而成。组合逻辑电路的特点：接收二进制代码输入并产生新的二进制代码输出，任意时刻的逻辑输出仅由当时的逻辑输入状态决定。2. 时序逻辑电路是由各种触发器按一定的规律要求组合连接且能实现特定功能电路。时序逻辑电路的特点：电路任一时刻的输出不仅取决该时刻各输入量的状态还取决于该时刻以前的电路状态，具有记忆的功能。（三）集成电路集成电路亦称为ic (integrated circuit)是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按一定的电路互连“集成”在一块半导体片上实现特定的电路或系统功能。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。可以说集成电路是由模拟电路或数字电路组成。1按制作工艺集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路；膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。无源元件的数值范围可以作得很宽，精度可以作得很高。但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件，因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是混合集成电路。根据膜的厚薄不同，膜集成电路又分为厚膜集成电路（膜厚为1m10m）和薄膜集成电路（膜厚为1m以下）两种。在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。 2按集成规模按集成规模不同，可分为小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路四类。对模拟集成电路，由于工艺要求较高、电路又较复杂，所以一般认为集成50个以下元器件为小规模集成电路，集成50100个元器件为中规模集成电路，集成100个以上的元器件为大规模集成电路；对数字集成电路，一般认为集成110等效门片或10100个元件片为小规模集成电路；集成10100个等效门片或1001000元件片为中规模集成电路；集成10010,000个等效门片或1000100,000个元件片为大规模集成电路；集成10,000以上个等效门片或100,000以上个元件片为超大规模集成电路。 3按所用器件按所用器件可分，单极型集成电路和双极型集成电路两种。用双极型器件（npn管或pnp管）组成的称为双极型集成电路；用单极型器件（mos管）组成的称为单极型集成电路。前者频率特性好，但功耗较大，而且制作工艺复杂，绝大多数模拟集成电路以及数字集成电路中的ttl、ecl、htl、lsttl、sttl型属于这一类。后者工作速度低，但输人阻抗高、功耗小、制作工艺简单、易于大规模集成，其主要产品为mos型集成电路。mos电路又分为nmos、pmos、cmos型。二 集成电路的应用（一）在计算机的应用 随着集成了上千甚至上万个电子元件的大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，电子计算机发展进入了第四代。第四代计算机的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。（二）在通信上的应用 随着技术的进步和社会的发展，集成电路在通信中应用广泛，诸如通信卫星，手机，雷达等，手机以其独特的传播功能，日益成为人们获取信息、学习知识、交流思想的重要工具，成为文化传播的重要平台。2012年，我国已有手机用户7.8亿多，形成以手机为载体的网站、报纸、出版物等新的文化。手机功能和手机款式也在不断更新，以适应现代人们生活的要求。各种各样的手机接连问世，从小灵通到具有摄像功能的高新手机，在到时尚的3g、沃派手机。手机行业正在以惊人冲击人们的思维和眼界。 （三）在智能电网上的应用随着高新科技的发展人们对电的需求越来越高然而国家电网有一致命缺陷经常出现大规模停电现象，给日常生活带来诸多不便，为解决这一问题。年美加大停电后，美国电力行业决心利 用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网。它将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。三 发展及趋势（一）模拟电路和数字电路回忆电子业的发展史，从1904年电子管的发明，在无线电通信、电视、广播、计算机等产品中得以应用，并迅速发展。而1948年贝尔实验室发明晶体管使电子技术进入晶体管时代，拉开了人类进入信息时代的序幕。开创了小型化、微型化发展的新局面。数字电路经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。从60年代开始，中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到电路的性能产生质的飞跃。近年来,可编程逻辑器件pld特别是现场可编程门阵列fpga的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。也就是说，音频、视频、图形、有线、无线通信等所有一切信号都实现数字化。随之，在半导体器件中，对拉动市场起主要作用的也都从模拟ic变成了数字ic。在目前的半导体市场上，包括微处理器、微控制器、dsp、闪存等内在的数字电路的销售比重已经占到整体市场的百分之八十以上。但是，不管数字化的步伐如何向前迈进。模拟ic都不会在半导体市场上消失不见。因为不论数字信号处理的范围怎么扩大如果没有模拟技术，就无法实现人和自然的接口;如果在芯片中只有数字电路，没有模拟电路产生的时钟信号和供电的电源，那么半导体芯片将无法工作。同时随着工艺的进步，电源电压日益下降，受噪声的影响，芯片常常会出现不能正常工作的现象，而要解决这一问题非模拟技术不可。观察近五年内，全球半导体市场，模拟ic的市场始终稳定，其在整个半导体市场中所占比例始终在百分之十七左右。在这个高新科技的信息时代无论模拟电路还是数字电路都是必不可少的。（二）集成电路1958年，得克萨斯公司发明了集成电路，使电子技术进入集成电路时代。它的出现打破了由电子管，晶体管等独立电子器件和元件构成的分立元件电路的传统观念，使电子技术得应用和发展有了新的突破。1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。1967年出现了大规模集成电路，集成度迅速提高；1977年超大规模集成电路面世，一个硅晶片中已经可以集成15万个以上的晶体管；1988年，16m dram问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（vlsi）阶段；1997年，300mhz奔腾问世,采用0.25工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹，至此，超大规模集成电路的发展又到了一个新的高度。2009年，intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。集成电路的集成度从小规模到大规模、再到超大规模的迅速发展，关键就在于集成电路的布图设计水平的迅速提高，集成电路的布图设计由此而日益复杂而精密。这些技术的发展，使得集成电路的发展进入了一个新的发展的里程碑。随着集成方法学和微细加工技术的持续成熟和不断发展，以及集成技术应用领域的不断扩大，集成电路的发展趋势将呈现小型化、系统化和关联性的态势。1 器件特征尺寸不断缩小 自1965年以来， 集成电路持续地按摩尔定律增长， 即集成电路中晶体管的数目每18个月增加一倍。每23年制造技术更新一代，这是基于栅长不断缩小的结果， 器件栅长的缩小又基本上依照等比例缩小的原则， 同时促进了其它工艺参数的提高。预计在未来的1015年， 摩尔定律仍将是集成电路发展所遵循的一条定律， 按此规律，cmos器件从亚半微米进入纳米时代，即器件的栅长小于100 nm转到小于50 nm的时间将在2010年前后。 2 系统集成芯片(soc) 随着集成电路技术的持续发展， 不同类型的集成电路相互镶嵌， 已形成了各种嵌入式系统(embedded system) 和片上系统(system on chip即oc) 技术。也就是说，在实现从集成电路(ic)到系统集成(is) 的过渡中， 可以将一个电子子系统或整个电子系统集成在一个芯片上，从而完成信息的加工与处理功能。soc作为系统级集成电路， 它可在单一芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和i/o等功能， 它将数字电路、存储器、mpu、mcu、dsp等集成在一块芯片上， 从而实现一个完整的系统功能。soc的制造主要涉及深亚微米技术、特殊电路的工艺兼容技术、设计方法的研究、嵌入式ip核设计技术、测试策略和可测性技术以及软硬件协同设计技术和安全保密技术。soc以ip复用为基础， 把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中，从而实现集成电路设计能力的第4次飞跃， 并必将导致又一次以系统芯片为特色的信息产业革命。 3 学科结合将带动关联发展 微细加工技术的不断成熟和应用领域的不断扩大， 必将带动一系列交叉学科及其有关技术的发展， 例如微电子机械系统、微光电系统、dna芯片、二元光学、化学分析芯片以及作为电子科学和生物科学结合的产物生物芯片的研究开发等， 它们都将取得明显进展。 四 结束语在这个高新技术的信息时代，电子技术的发展一直迅猛发展着，而在本世纪小型化、微型化、智能化已成为主流，集成技术应用领域的不断扩大，集成电路正一路向更高层次发展。然而，无论集成技术怎么样发展，在这一数字化时代，数字电路、模拟电路是永远不会退出历史舞台的，或许未来的某一天人类会发明