信息与通信工程专业概论

信息与通信工程专业概论,IntroductionofInformationandCommunicationEngineering,2020/5/26,信息与通信工程系,2,第二部分电子电路实现技术,信息与通信工程专业概论,2020/5/26,信息与通信工程系,3,电子电路实现技术,通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术,2020/5/26,信息与通信工程系,4,终端,终端,传输媒介,消息,消息,电信号,电信号,点对点通信系统,通信系统的基本结构,1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。*工作频率*信道带宽*信号功率(信噪比）,2,消息与电信号之间的对应关系编码与调制,3,信息的获取与重现实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠,2020/5/26,信息与通信工程系,5,通信系统的基本结构,1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。*工作频率,*信号带宽,*信号功率,模拟带宽数据带宽,2020/5/26,信息与通信工程系,6,通信系统的基本结构,2,消息与电信号之间的对应关系调制与编码,调制的作用：基带信号转变为频道传输信号基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与信号波长可比较）。实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。,编码的作用：用二进制信号描述信息信源编码:(1)模数转换（2）减少消息中的冗余度。信道编码:(1)差错控制（2）加密。,2020/5/26,信息与通信工程系,7,通信系统的基本结构,3,信息的获取与重现实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠,声音-电信号-声音=电话、扩音机、音响装置；静态图像-电信号-静态图像=照相机、显示器；动态图像-电信号-动态图像=摄像机、电视机,所有这些功能的实现都要靠电子技术,2020/5/26,信息与通信工程系,8,电子电路实现技术,通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术,2020/5/26,信息与通信工程系,9,电子技术的作用和任务,利用电子管、晶体管等电子器件对电信号进行加工和处理的技术。,电子器件的特点：,单向导电性(非线性特性）正向受控作用开关特性,电子技术：,2020/5/26,信息与通信工程系,10,电子技术的作用和任务,单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移,2020/5/26,信息与通信工程系,11,电子技术的作用和任务,单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移,2020/5/26,信息与通信工程系,12,电子技术的作用和任务,单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移,2020/5/26,信息与通信工程系,13,电子技术的作用和任务,单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移,其中出现了w1+ws分量把ws频谱搬移到w1附近,i,t,2020/5/26,信息与通信工程系,14,电子技术的作用和任务,正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生,微弱信号放大=信号动态范围很小晶体管特性线性化微变等效电路,2020/5/26,信息与通信工程系,15,电子技术的作用和任务,正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生,功率放大=信号动态范围很大晶体管工作在非线性区采取电路措施合成波形,2020/5/26,信息与通信工程系,16,电子技术的作用和任务,正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生,信号发生=正反馈实现振荡有源器件进行换能回路决定振荡频率,2020/5/26,信息与通信工程系,17,电子技术的作用和任务,开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大,vB,RC较大时，短时间内充电电流基本不变,2020/5/26,信息与通信工程系,18,电子技术的作用和任务,开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大,直流（高）调宽降压直流（低）,效率与脉冲沿斜率有关，亦与脉冲频率有关,CPU频率越高，发热量越大,2020/5/26,信息与通信工程系,19,电子技术的作用和任务,开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大,PWM(PulseWidthModulation)在开关工作方式下实现线性放大,效率达90%以上,2020/5/26,信息与通信工程系,20,电子电路实现技术,与终端（硬件）有关的课程：电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机、DSP、嵌入式系统、微波电路。,通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术,2020/5/26,信息与通信工程系,21,电子电路的基本原理和特点,晶体管的工作原理:,载流子浓度扩散方程PN结势垒电压,晶体二极管伏安特性,窄基区结构基区复合集电结反偏,vBE对iC有控制作用iB与iC成比例关系,2020/5/26,信息与通信工程系,22,电子电路的基本原理和特点,晶体管的特点:,输入特性：指数型的伏安特性,正向受控特性：线性区内的放大特性,饱和、截止特性：非线性开关特性,温度特性：,2020/5/26,信息与通信工程系,23,通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术,电子电路实现技术,2020/5/26,信息与通信工程系,24,数字电子技术与计算机,数字信号的特点,时间上取值上,离散量化,与逻辑事件对应、用布尔代数处理,二进制逻辑门易于实现,计算机=特殊的数字系统,模拟信号数字信号,采样定理,2020/5/26,信息与通信工程系,25,通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术,电子电路实现技术,2020/5/26,信息与通信工程系,26,集成电路技术与微电子技术,IntegratedCircuit，(IC),将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，采用特定的工艺和连接手段，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在有多个引脚的外壳内，所得到的电子器件。,2020/5/26,信息与通信工程系,27,集成电路技术与微电子技术,头发丝,组织细胞,2020/5/26,信息与通信工程系,28,集成电路技术与微电子技术,集成电路的内部电路,CMOS与非门,2020/5/26,信息与通信工程系,29,FatherofthesemiconductorJackKilbydisplaysthepocketcalculatorinventionmadepossible.Hisenormouscontributionwasbelatedlyrecognisedin2000whenhewasawardedtheNobelPrizeforPhysics.,集成电路技术与微电子技术,TheFirstIntegratedCircuit.ThesizeofpenciltipJackKiblyssolidcircuitwasfirstshowntothepressinMarch1959.,2020/5/26,信息与通信工程系,30,集成电路技术与微电子技术,加工好的硅片,2020/5/26,信息与通信工程系,31,集成电路技术与微电子技术,芯片的显微照片,2020/5/26,信息与通信工程系,32,集成电路技术与微电子技术,奔腾一代CPU内部结构（BugCPU再利用做成纪念章）,2020/5/26,信息与通信工程系,33,集成电路技术与微电子技术,集成电路的设计过程,2020/5/26,信息与通信工程系,34,集成电路技术与微电子技术,集成电路的加工过程,2020/5/26,信息与通信工程系,35,集成电路技术与微电子技术,晶圆,氧化、沉积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层,曝光,刻蚀,测试、封装,不同的掩模版重复2030次,经2030步工艺步骤,2020/5/26,信息与通信工程系,36,集成电路技术与微电子技术,集成电路的剖面结构,2020/5/26,信息与通信工程系,37,集成电路技术与微电子技术,集成电路的分类,器件结构类型集成电路规模使用的基片材料电路形式应用领域,2020/5/26,信息与通信工程系,38,集成电路技术与微电子技术,双极集成电路：主要由双极晶体管构成。*NPN型双极集成电路*PNP型双极集成电路,金属-氧化物-半导体（MOS)集成电路：主要由MOS晶体管（单极晶体管）构成*NMOS*PMOS*CMOS(互补MOS),速度高、驱动能力强，功耗较大、集成度较低,双极-MOS（BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路。综合了两种结构的优点，但制作工艺复杂。,功耗低、集成度高，随着尺寸的缩小，速度也可以提高,按器件结构类型分类,2020/5/26,信息与通信工程系,39,集成电路技术与微电子技术,各种类型所占比例,2020/5/26,信息与通信工程系,40,集成电路技术与微电子技术,小规模集成电路(SmallScaleIC,SSI)中规模集成电路(MediumScaleIC,MSI)大规模集成电路(LargeScaleIC,LSI)超大规模集成电路(VeryLargeScaleIC,VLSI)特大规模集成电路(UltraLargeScaleIC,ULSI)巨大规模集成电路(GiganticScaleIC,GSI),按集成电路规模分类,2020/5/26,信息与通信工程系,41,集成电路技术与微电子技术,（按每块集成电路中所集成的元器件数目划分）,2020/5/26,信息与通信工程系,42,集成电路技术与微电子技术,按电路功能分类,数字集成电路(DigitalIC):以二进制方式进行数字计算和逻辑运算的集成电路，用于处理数字信号。,模拟集成电路(AnalogIC):处理连续变化的模拟信号的集成电路。线性集成电路：如运算放大器、电压跟随器等。非线性集成电路：如比较器、振荡器、乘法器等。,数模混合集成电路(Digital-AnalogIC):如模数转换器(A/D)、555电路等。,2020/5/26,信息与通信工程系,43,集成电路技术与微电子技术,按应用方式分类,通用集成电路：普遍适用于各种电子系统，具有某种通用的功能。如运放、三端稳压器、74系列TTL数字电路、4000系列CMOS数字电路等。,专用集成电路（ASIC)：具有特殊用途的集成电路，用于特定的产品。,半定制集成电路：基本结构确定，可由用户编程修改以适应不同的应用需求。如CPLD、FPGA等。,片上系统（SOC):单芯片中集成模拟、数字、微处理器等电路，构成完整的应用系统,2020/5/26,信息与通信工程系,44,集成电路技术与微电子技术,IC的应用开发方法,通用集成电路：根据用途选择功能和性能能够满足要求的IC，与外围电路配合构成系统,半定制集成电路：根据用途选择性能和容量能够满足要求的IC，用VHDL等硬件描述语言进行内部功能设计，构成应用系统。,专用集成电路和片上系统：根据功能要求，利用CADENCE等设计工具软件，集成各种IP核，进行芯片级设计，经过各种仿真检验后流片、封装得到满足要求的IC。,2020/5/26,信息与通信工程系,45,集成电路技术与微电子技术,1947.12.23第一支晶体管1958第一块集成电路1962CMOS技术1967非挥发性存储器1968单晶体管DRAM1971微处理器,集成电路技术发展的几个里程碑事件：,摩尔定律：集成度每3年提高四倍，而加工特性尺寸缩小倍。,2020/5/26,信息与通信工程系,46,集成电路技术与微电子技术,与电子技术有关的课程,电路电子技术基础、通信电子电路、微波电路数字逻辑电路、微机原理与接口技术DSP原理与应用VLSI设计基础、CPLD与SOC技术电子电路设计训练：,2020/5/26,信息与通信工程系,47,集成电路技术与微电子技术,信息工程学科与行业需要,坚实的数学基础与严密的科学思维,系统的信号处理理论与信息系统知识,丰富的电子系统设计知识与应用经验,良好的