【導(dǎo)讀】microscopicinsize.muchsturdier,easiertoworkwith,morereliable,muchsmaller,betweenthedevices.

　　

【正文】 汽車到游樂園的游樂 設(shè)施再到家庭用的烤面包機(jī)等等。 17 基本 IC 類型 模擬與數(shù)字電路 模擬，或線性電路通常只使用幾個(gè)組件，這就是一些 IC 的簡(jiǎn)單類型。一般來說，模擬電路連接到設(shè)備時(shí)，都會(huì)從環(huán)境中收集信號(hào)或發(fā)出信號(hào)。例如，一個(gè)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的不同電壓波動(dòng)的聲音。模擬電路就會(huì)修改一些有用的方式，如放大或過濾不良噪音的信號(hào)。這樣一個(gè)信號(hào)，可能會(huì)被反饋到揚(yáng)聲器，然后將重現(xiàn)最初拿起麥克風(fēng)的音。 模擬電路的另一個(gè)典型的用途是在回應(yīng)不斷變化的環(huán)境，然后控制某些設(shè)備。例如，一個(gè)溫度傳感器發(fā)送到一個(gè)恒溫變化的信號(hào)，它可以 編程來打開和關(guān)閉空調(diào)，熱水器，或烤箱一旦收到信號(hào)就會(huì)體現(xiàn)其功能。 數(shù)字電路，旨在接受只有特定的定值電壓被稱為二進(jìn)制電路的電路。使用時(shí)只有兩種狀態(tài)，電路設(shè)計(jì)與二進(jìn)制數(shù)量， “開 ”和“關(guān) ”代表 1 和 0（即 true 和 false），用的事代數(shù)的邏輯。圖中給出的三個(gè)基本邏輯功能，不、與、或，連同其真值表。（算術(shù)也采用二進(jìn)制數(shù)布爾代數(shù)系統(tǒng)中執(zhí)行。）這些基本元素相結(jié)合，在集成電路設(shè)計(jì)中為數(shù)碼電腦和相關(guān)設(shè)備，以執(zhí)行所需的功能。 微處理器電路 微處理器是最復(fù)雜的集成電路。它們是由數(shù)百萬個(gè)晶體管，成千上萬的個(gè)人數(shù)字 電路組成，其中每個(gè)執(zhí)行一些特定的邏輯功能配置。微處理器完全是建立在這些邏輯電路相互同步的基礎(chǔ)上的。就像一個(gè)軍樂隊(duì)，電路執(zhí)行方向由樂隊(duì)指揮他們的邏輯功能。，可以這么說，在微處理器的樂隊(duì)指揮被稱為時(shí)鐘。時(shí)鐘是一個(gè)信號(hào)，兩個(gè)邏輯狀態(tài)之間迅速交替。每次時(shí)鐘狀態(tài)發(fā)生變化，每一個(gè)邏輯電路，微處理器做一些事情。根據(jù)微處理器的速度（ “時(shí)鐘頻率 ”），可以計(jì)算得非常快。微處理器中包含一些電路，被稱為寄存器，用來存儲(chǔ)信息，即寄存器預(yù)定的內(nèi)存位置。每個(gè)處理 18 器都有許多不同類型的寄存器。常駐寄存器用來存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定的指令所需的各種操作（ 如加法和乘法）。臨時(shí)寄存器存儲(chǔ)的數(shù)字將被作為操作結(jié)果。寄存器的其他例子包括 “程序計(jì)數(shù)器 ”， “堆棧指針 ”和 “地址 ”注冊(cè)。 微處理器可以執(zhí)行每秒的數(shù)據(jù)高達(dá)百萬。除了電腦，微處理器是常見的視頻游戲系統(tǒng)。 存儲(chǔ)器電路 微處理器通?？梢源鎯?chǔ)很多的數(shù)據(jù)。這些額外的信息遷移到特殊的記憶體電路中。內(nèi)存組成的并聯(lián)電路使用的電壓狀態(tài)來存儲(chǔ)信息的密集陣列。記憶存儲(chǔ)指令或程序的臨時(shí)序列，稱作微處理器。制造商不斷努力，以減少的內(nèi)存大小的電路，從而增加空間的能力。此外，較小的組件通常使用更少的功率，更有效地運(yùn)作，并可 以減少生產(chǎn)成本。數(shù)字信號(hào)處理器 一個(gè)信號(hào)就是模擬波形在任何一個(gè)電子環(huán)境可以被捕捉的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是模擬波形，已轉(zhuǎn)換成一系列二進(jìn)制數(shù)字。顧名思義，數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）處理信號(hào)的數(shù)字， 1s 和 0s 模式。例如，使用一個(gè)模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，俗稱 A 至 D 或 A / D 轉(zhuǎn)換器，一個(gè)人的聲音的錄音可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字 1 和 0。通過使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式 DSP 的數(shù)字代表的聲音，然后可以修改。例如，電路中的DSP 算法，可配置承認(rèn)所說的話作為背景噪聲和數(shù)字消除環(huán)境噪聲的波形之間的差距。最后，處理后的信號(hào)可以轉(zhuǎn)換回（由 D / A轉(zhuǎn)換 ）到模擬信號(hào)的聽覺 。 數(shù)字信號(hào)處理可以過濾背景噪音 很 快 ，舉例來說，這樣的處理使 “現(xiàn)場(chǎng) ”電視節(jié)目的廣播把重點(diǎn)放在 1 個(gè)四分衛(wèi)的信號(hào)。 DSP 還用于生產(chǎn)數(shù)字電視直播的影響。例如，在足球比賽中顯示黃色標(biāo)記線是不是真領(lǐng)域的 DSP 增加了線后相機(jī)拍攝的圖片。同樣，就如體育場(chǎng)圍欄和電視體育賽事期間的廣告牌上看到一些廣告是不是真的。 19 應(yīng)用專用集成電路 一個(gè)特定應(yīng)用集成電路（ ASIC），可以是一個(gè)數(shù)字或模擬電路。顧名思義， ASIC 是不是重構(gòu) 。他們只執(zhí)行一個(gè)特定的功能。例如，一個(gè)遠(yuǎn)程控制汽車的速度控制器 IC 是硬接線做的一 個(gè)工作，不可能成為一個(gè)微處理器。 ASIC 中不包含任何能夠遵循替代的指示。 射頻集成電路 射頻集成電路（ RFIC 的）正在迅速移動(dòng)電話和傳呼機(jī)的重要性。 RFIC 的是，通常在 900 兆赫的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行至 千兆赫（ 900 百萬赫茲到 億赫茲）的模擬電路。他們通常認(rèn)為，即使作為 ASIC 的一些可配置幾個(gè)類似的應(yīng)用。大多數(shù)半導(dǎo)體電路500 兆赫以上操作造成的電子元件和連接路徑，在不尋常的方式互相干擾。工程師必須使用特殊的設(shè)計(jì)技術(shù)與高頻微電子相互作用的物理處理。微波單片集成電路 一個(gè)特殊類型的射頻微波 單片集成電路（ MMIC），被稱為。這些電路運(yùn)行在 到 20 GHz范圍內(nèi)，或微波頻率，并在雷達(dá)系統(tǒng)，衛(wèi)星通信，使用，以及用于蜂窩電話功率放大器。 一樣的聲音通過水傳播的速度比通過空氣通過每種類型的半導(dǎo)體材料，電子的傳播速度是不同的。硅微波高頻電路提供了太多的阻力，所以常常使用 MMIC 的化合物砷化鎵（ GaAs）。不幸的是，砷化鎵比硅機(jī)械少得多。它容易打破，所以砷化鎵晶圓通常比硅片建立更加昂貴。 基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) 任何材料可分為三種類型之一：導(dǎo)體，絕緣體或半導(dǎo)體。導(dǎo)體（如銅或咸水），可以很容易地進(jìn)行發(fā)電，因?yàn)樗写罅康淖杂呻娮?。絕緣體（如陶瓷或干燥的空氣）的導(dǎo)電性很差，因?yàn)樗泻苌倩蚋緵]有自由電子。半導(dǎo)體（如硅或砷化鎵），是介于 20 導(dǎo)體和絕緣體。它是能夠發(fā)出一些電力，但數(shù)量不多。基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)摻雜硅 大多數(shù)集成電路芯片 ,如純凈的晶體硅，與其他半導(dǎo)體材料都可以摻雜。然而，與某些雜質(zhì)，摻雜已知此外，硅可以進(jìn)行電流測(cè)試。，尤其是摻雜硅可以用來作為一個(gè)開關(guān)，轉(zhuǎn)向當(dāng)前打開和關(guān)閉的需要 ， 引入雜質(zhì)的過程被稱為摻雜或 注入。 根據(jù)摻雜劑的原子結(jié)構(gòu)，植入的結(jié)果將是一個(gè) n型（負(fù)）或p 型（正）半導(dǎo)體。從植入有更多的電子在其外層（粘接）外殼比硅的摻雜原子的 n型半導(dǎo)體的結(jié)果，圖中所示。半導(dǎo)體晶體含有多余的，或自由電子傳導(dǎo)電流。從植入，在其外殼比硅少的電子摻雜原子的 p 型半導(dǎo)體。由此產(chǎn)生的晶體包含在其粘接結(jié)構(gòu)通常位于電子的 “洞 ”。在本質(zhì)上，這些孔可以進(jìn)行正電荷的晶體移動(dòng)。 基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) pn結(jié) p 型或 n型半導(dǎo)體參加這些相反的材料創(chuàng)建被稱為 pn結(jié)。一個(gè) PN 結(jié)形成的材料之間的傳導(dǎo)障礙。雖然在 n 型材料中的電子被吸引在 p 型材料的孔，電子不正常能量足以克服干預(yù)屏障。然而，如果在 n型材料的電子提供額外的能量，他們將能夠穿越屏障進(jìn)入 p 型材料和電流會(huì)流入。這種額外的能量，可提供的 p 型材料施加一個(gè)正電壓，如下圖所示。電子帶負(fù)電荷，然后將高度吸引到整個(gè)路口的正電壓。 導(dǎo)電時(shí)能量被添加到 N 材料的 PN 結(jié)正向偏置，被稱為電子移動(dòng)。如果電壓施加相反方向的正電壓連接到 N 側(cè)的交界處將沒有流入。 N 材料的電子仍然會(huì)被吸引到正電壓，但現(xiàn)在同方作為電子屏障的電壓。在這種狀態(tài)下一個(gè)路口說是反向偏置。由于 pn結(jié)只在一個(gè)方向進(jìn)行發(fā)電，他們是一個(gè)類型的 二極管。二極管是半導(dǎo)體開關(guān)的重要基石。基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 帶來的負(fù)電壓接近中心的 n型材料的長(zhǎng)條形，將被排斥在附 21 近的電子材料，從而形式是，一些轉(zhuǎn)化的中間地帶的 p 型材料。這利用電場(chǎng)極性變化給場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它的名字。（看動(dòng)畫）當(dāng)電壓被應(yīng)用，將沿條存在兩個(gè) pn結(jié)，從 n到 p，然后從 p 到 n。兩路口將永遠(yuǎn)是反向偏置。由于不能進(jìn)行反向偏置結(jié)，電流不能流過條。可以用來創(chuàng)建一個(gè)開關(guān)（晶體管）把當(dāng)前的關(guān)閉，只需申請(qǐng)和消除附近的一個(gè)小的電壓，以創(chuàng)建或銷毀材料中的反向偏置二極管，場(chǎng)效應(yīng)。使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管被稱為場(chǎng)效應(yīng) 晶體管（ FET）。被稱為門的位置，施加電壓。門被分離由薄絕緣層，以防止短路輸入（源）電極的電子流通過半導(dǎo)體輸出（漏）電極從晶體管條。同樣，一個(gè)開關(guān)，可以由 p 型材料帶附近放置了積極的柵極電壓。一個(gè)正電壓吸引電子，從而形成 n個(gè)區(qū)域內(nèi)的 p 帶。這再次創(chuàng)造了兩個(gè) PN 結(jié)，或二極管。如前所述，一個(gè)二極管將永遠(yuǎn)是反向偏置，將停止電流。場(chǎng)效應(yīng)管是構(gòu)建邏輯電路開關(guān)期間，因?yàn)樗麄冃枰闹皇且粋€(gè)很小的電流。目前沒有需要舉行晶體管的開啟或關(guān)閉狀態(tài) 。電壓將保持這種狀態(tài)。這種類型的交換，有助于延長(zhǎng)電池壽命。一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管被稱為單極性 （從 “一極 ”），因?yàn)橹饕膫鲗?dǎo)方法是要么孔或電子，不是兩個(gè)都有。 基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管 有兩個(gè)基本類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。前面所述的類型是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，因?yàn)橐粋€(gè)地區(qū)的自然電荷耗盡。場(chǎng)效應(yīng)也可以用來創(chuàng)建被稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，提高一個(gè)地區(qū)及其周邊地區(qū)出現(xiàn)類似。 N 型增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管是由 n型材料由小 p 的地區(qū)分隔兩個(gè)地區(qū)。由于這 FET 自然包含兩個(gè) pn路口 ，它通常被關(guān)掉。然而，在門上放置一個(gè)正電壓時(shí)，電壓吸引電子，并建立在 n型材料，填補(bǔ)中部地區(qū)的差距，以前是 p 型材料，如動(dòng)畫中所 示。柵極電壓，從而造成整個(gè)帶 n個(gè)連續(xù)的區(qū)域，使電流從一方流向其他。 22 這將晶體管。同樣，一個(gè) P型增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，可從兩個(gè)地區(qū)小區(qū)域的 n分隔的 p 型材料。打開這種晶體管的柵極電壓為負(fù)。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管切換速度比耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，因?yàn)樗麄冃枰鶕?jù)門的變化只是表面附近的，而不是通過材料的方式 。 基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 記得，在 n型增強(qiáng)模式 FET 的柵極正電壓將打開開關(guān)。名次相同的電壓，在 p 型增強(qiáng)模式 FET 的柵極，將關(guān)閉開關(guān)。同樣，在門口放置一個(gè)負(fù)電壓會(huì)變成 n型的關(guān)閉和 p 型。這些場(chǎng)效應(yīng)管總是在對(duì)面的回應(yīng)，或一個(gè)給定的柵極電壓的互補(bǔ)性，時(shí)尚。因此，如果 n型和 p 型 FET 的閘相連，任何電壓適用于普通門，將經(jīng)營(yíng)的互補(bǔ)配對(duì)，轉(zhuǎn)向一個(gè)離開的其他關(guān)閉。一對(duì) n型和 p 型晶體管，這種方式被稱為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ CMOS）半導(dǎo)體。由于互補(bǔ)晶體管對(duì)兩個(gè)邏輯狀態(tài)之間可以快速切換， CMOSs 是非常有用的邏輯電路。特別，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)電路是在任何時(shí)間，CMOSs 需要較少的功率，并經(jīng)常用于電池供電的設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)，還有就是如個(gè)人 電腦所特 有的日期，時(shí)間和系統(tǒng)參數(shù)的特殊內(nèi) 存儲(chǔ)器 。 基本的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) 雙 極晶體管 如場(chǎng)效應(yīng)晶體管，雙極晶體管包含 p 和 n型材料配置輸入，中間和輸出地區(qū)。然而，在雙極晶體管，這些地區(qū)被稱為發(fā)射基地，和集電極。雙極晶體管，而不是依靠一個(gè)輔助電壓源，改變門下方的極性（場(chǎng)效應(yīng)），場(chǎng)效應(yīng)管做，使用輔助電壓源提供足夠的能量，為電子打穿了反向偏置的基極 集電極結(jié)（見附圖）。電子帶電所以 請(qǐng)注意，即使使用高能量的電子， p 型材料的中間 23 部分必須是非常薄的電子通過兩個(gè)路口。 所有的集成電路都使用相同的電壓基本原則（ V）電流（ I），電阻（ R）。特別是，根據(jù)歐姆定律： V = IR 方程，確定許 多電路設(shè)計(jì)選擇。設(shè)計(jì)工程師還必須熟悉不同的應(yīng)用程序所需的各種電子元件的性能。 設(shè)計(jì)集成電路 模擬設(shè)計(jì) 如前所述，模擬電路需要無級(jí)變速的現(xiàn)實(shí)世界中的電壓或電流，并修改了一些有用的方式。相比，與另一個(gè)信號(hào)，與其他信號(hào)從其他信號(hào)分離，研究?jī)r(jià)值，或以其他方式操縱混合信號(hào)可能被放大。對(duì)于這種類型的電路設(shè)計(jì)，每一個(gè)單獨(dú)的組件，尺寸，位置，和連接的選擇是至關(guān)重要的。獨(dú)特的決策比比皆是，例如，一個(gè)連接是否應(yīng)該略寬比另一個(gè)方面，一個(gè)電阻是否應(yīng)該到另一個(gè)方向平行或垂直，或是否在另一個(gè)上面可以躺在一條線。每個(gè)小細(xì)節(jié)影響 最終產(chǎn)品的最終性能。當(dāng)集成電路要簡(jiǎn)單得多，元件值，可通過手工計(jì)算。例如放大器（增益），特異性擴(kuò)增值通?？梢詮膬蓚€(gè)特定的電阻率計(jì)算。然后可以決定在電路中的電流，使用放大器的增益和使用的電源電壓所需的電阻值。隨著設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果被用來描述設(shè)備。工程師提請(qǐng)跨越幾個(gè)變量的器件特性的圖形，然后提到這些圖，因?yàn)樗麄冃枰獮樗麄兊挠?jì)算信息。作為科學(xué)家提高他們對(duì)每個(gè)設(shè)備的復(fù)雜物理特性，他們開發(fā)了復(fù)雜的方程，考慮到了微妙的影響， 和 沒有 仔細(xì)得在 實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。例如，晶體管的工作在不同的頻率，大小，方向和投放位置 都不一 樣 ?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于設(shè)備的構(gòu)建方式所固有的寄生元件有影響（不必要的影響，通常是電阻和電容）。 24 設(shè)計(jì)集成電路 數(shù)字化設(shè)計(jì) 由于數(shù)字電路模擬電路涉及的組件有數(shù)百萬個(gè)，大部分的設(shè)計(jì)工作是完成復(fù)制和重復(fù)使用相同的電路功能，尤其是通過使用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，包含的 prestructured 電路元件庫(kù)。在這樣一個(gè)高度精細(xì)的元器件庫(kù)， 使他們結(jié)合在一起。無論電腦配置如何布局， SPICE 是完全足夠以分析與方程描述各個(gè)組件的模擬電路。因此，數(shù)字化分析軟件將忽略整個(gè)預(yù)先設(shè)定的電路塊（或邏輯功能）數(shù)學(xué)模型的各個(gè)組件。此取 決于是否使用模擬或數(shù)字電路的電路功能。時(shí)間，創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)，使得模擬電路的設(shè)計(jì)和布局將會(huì)變得更加困難，特別是對(duì)于頻率較高的電路，雖然一個(gè)很大的好處是監(jiān)督一個(gè)自動(dòng)化的過程，以及熟練的數(shù)字設(shè)計(jì)和布局控制。數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)果是模擬設(shè)計(jì)不同的功能。