集成电路的系统知识.doc

集成电路的系统知识集成电路是20世纪60年代发展起来的一种半导体器件，它的英文名称为Integrated Circuites，缩写为IC。它是以半导体晶体材料为基片，经加工制造，将元件、有源器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上，执行某种电子功能的微型化电路。随着科学技术的迅速发展和对数字电路不断增长的应用要求，集成电路生产厂家积极采用新技术、改进设计方案和生产工艺，沿着提高速度、降低功耗、缩小体积的方向作不懈努力，不断推出各种型号的新产品。仅几十年时间，数字电路就从小规模、中规模、大规模发展到超大规模、巨大规模。集成电路的种类相当多，集成电路按制作工艺来分可分为三大类，即半导体集成电路，膜集成电路及混合集成电路。目前世界上生产最多、应用最广的就是半导体集成电路。半导体集成电路又可分为DDL（二极管二极管逻辑）集成电路、DTL（二极管三极管逻辑）集成电路、HTL高电压（二极管三极管逻辑）集成电路、TTL（三极管三极管逻辑）集成电路、ECL（射极偶合逻辑或电流开关逻辑）集成电路和CMOS（互补型金属氧化物半导体逻辑）集成电路。目前应用最广泛的数字电路是TTL电路和CMOS电路。TTL电路以双极型晶体管为开关元件，所以又称双极型集成电路。根据应用领域的不同，它分为54系列和74系列，前者为军品，一般工业设备和消费类电子产品多用后者。74系列数字集成电路是国际上通用的标准电路。其品种分为六大类：74（标准）、74S（肖特基）、74LS（低功耗肖特基）、74AS（先进肖特基）、74ALS（先进低功耗肖特基）、74F（高速）、其逻辑功能完全相同。它具有速度高、驱动能力强等优点，但其功耗较大，集成度相对较低。MOS电路又称场效应集成电路，它的主要优点是输入阻抗高、功耗低、抗干扰能力强且适合大规模集成。特别是其主导产品CMOS集成电路有着特殊的优点，如静态功耗几乎为零，输出逻辑电平可为VDD或VSS，上升和下降时间处于同数量级等，因而CMOS集成电路产品已成为集成电路的主流之一。其品种包括4000系列的CMOS电路以及74系列的高速CMOS电路。其中74系列的高速CMOS电路又分为三大类：HC为CMOS工作电平；HCT为TTL工作电平（它可与74LS系列互换使用）；HCU适用于无缓冲级的CMOS电路。74系列高速CMOS电路的逻辑功能和引脚排列与相应的74LS系列的品种相同，工作速度也相当高，功耗大为降低。另外，随着推出BiCMOS集成电路，它综合了双极和MOS集成电路的优点，普通双极型门电路的长处正在逐渐消失，一些曾经占主导地位的TTL系列产品正在逐渐退出市场。CMOS门电路不断改进工艺，正朝着高速、低耗、大驱动能力、低电源电压的方向发展。BiCMOS集成电路的输入门电路采用CMOS工艺，其输出端采用双极型推拉式输出方式，既具有CMOS的优势，又具有双极型的长处，已成为集成门电路的新宠。半导体存储器和可编程逻辑器件介绍半导体存储器主要用于计算机的程序或数据的存储，它分为ROM和RAM两种。RAM是随机存取存储器，它的读写速度很高，它分为动态(DRAM)和静态(SRAM)两种。DRAM是靠寄生电容存储信息，需要定时刷新，否则信息会丢失。DRAM的功耗小，结构简单，在容量大的计算机中被广泛应用。SRAM主要用于存储容量小的微型机中。PROM是(可编程只读存储器)，可用来存储程序、固定数据，这些程序及数据以二进制码的形式事先存入PROM中，断电时它们不会丢失，在使用时只供读出，而不能随时写入，故称为可编程只读存储器。若能多次擦除多次编程的ROM称为EPROM(可擦除可编程只读存储器)，能快速擦除快速写入信息的ROM称为Flash(快省存储器)。PROM、EPROM除了存储数据外，还可以编程逻辑函数，具有这种可编程逻辑函数功能的器件还包括PLA、PAL和GAL等。PLA主要由与阵列、或阵列构成，两个阵列都是可编程的。PAL则由可编程的与阵列、固定的或阵列和输出电路三部分构成，与阵列采用双极型熔丝结构。GAL由与阵列、或阵列和输出逻辑宏单元三部分组成，GAL是采用E2CMOS工艺制造，可多次进行改写，使用方便，借助开发的硬件和软件，可以用GAL实现所有中、小规模数字集成器件。PAL的功能不如GAL，但是读写速度比GAL高。可编程逻辑器件PLD按照有无寄存功能分为组合PLD和时序PLD两类。按照电路结构的不同，则有PLA和PGA型两大类。即:PROM (可编程只读存储器）可编程逻辑器件（P L D）低密度可编程器件（LDPLD）高密度可编程器件（HDPLD）PLA (可编程逻辑阵列）PAL (可编程阵列逻辑）可编程逻辑控件（PLD）GLA (通用阵列逻辑）可编程逻辑控件（PLD）EPLD (可擦除可编程逻辑）FPGA (现场可编程门阵列）可编程逻辑控件（PLD）可编程逻辑控件（PLD）可编程逻辑控件（PLD）目前用得最多的是GAL器件和FPGA器件。PLD器件，尤其是FPGA器件的显著优点是：高速度(ns级)，高可靠性，且具有加密功能，不易被人仿冒制作，具有无限次编程的能力，且高密度集成(1百万门片的芯片正在推出)，体积小，功能强大，易学易用，开发周期短，投资费用低。PLD器件的发展方向是更高(密度)，更强(功能)和更加方便的在线可编程，并将大部分电子设计领域如MCU(微控单元)、MPU(微处理单元)、DSP(数字信号处理)、AD或DA等，以软硬核形式“四合一”于PLD器件之中，这样无疑会给电子设计理念带来重大变化。数模转换器和模数转换器介绍在许多计算机测控系统中，系统所能达到的精度和速度最终是由A/D和D/A转换器的转换速度和转换精度所决定的。因此，转换精度和转换速度是A/D和D/A转换器的两个重要指标。D/A转换器功能是将输入的二进制数字信号转换成与之正比的模拟电压。常用的D/A转换器有权电阻网络、R-2R倒T形和权电流型D/A转换器。R-2R倒T形电阻网络D/A转换器所需的电阻种类少，转换速度快，但转换精度低。权电流网络D/A转换器转换速度和转换精度都比较高。 A/D转换要经过取样、保持、量化和编码四个步骤实现。前两个步骤在取样保持电路中完成，后两个步骤在A/D转换器中完成。对模拟信号进行取样时，必须满足低通信号的取样定理，取样脉冲的频率fs2fi(max),即在模拟信号的一个周期内至少取样2次，这样才能做到不失真地恢复原来的模拟信号。 A/D转换器的功能是将输入的模拟电压转换成下之成正比的二进制数字信号。A/D转换分为直接转换和间接转换两种类型。直接转换速度快，如并联比较型A/D转换器，通常用于高速转换场合。间接转换速度慢，如双积分型A/D转换器，但其性能稳定，转换精度高，抗干扰能力强，目前使用较多。逐次比较型A/D转换器，属于直接转换型，但要经过多次反复馈比较，其转换速度比并联比较型慢，但比双积