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电工电子学论文 - 副本


计算机与集成电路

摘要
随着经济的发展发展,社会逐渐进入了信息化的社会。计算机作为社会发展的产物在人 们的日常生活中发挥的越来越重要的作用。社会生活中的各个领域都无不与计算机相关。无 论是在工作上还是生活中,计算机作为一个有用的工具提高我们的工作效率。而集成电路是 计算机中的重要组成部分。1964 年,在集成电路计算机发展的同时,计算机也进入了产品系 列化的发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位,磁盘成了不可缺少 的辅助存储器,并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体只读存储器和可改写的只 读存储器的迅速发展, 以及微程序技术的发展和应用, 计算机系统中开始出现固件子系统。20 世纪 70 年代以后, 计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到大规模、 超大规模的水 平,微处理器和微型计算机应运而生,各类计算机的性能迅速提高。随着字长 4 位、8 位、 16 位、32 位和 64 位的微型计算机相继问世和广泛应用,对小型计算机、通用计算机和专用 计算机的需求量也相应增长了。 微型计算机在社会上大量应用后,一座办公楼、一所学校、 一个仓库常常拥有数十台以至数百台计算机。实现它们互连的局部网随即兴起,进一步推动 了计算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。 在电子管计算机时期,一些计算机配 置了汇编语言和子程序库,科学计算用的高级语言 FORTRAN 初露头角。在晶体管计算机阶 段,事务处理的 COBOL 语言、科学计算机用的 ALGOL 语言,和符号处理用的 LISP 等高级 语言开始进入实用阶段。操作系统初步成型,使计算机的使用方式由手工操作改变为自动作 业管理。 进入集成电路计算机发展时期以后,在计算机中形成了相当规模的软件子系统,高 级语言种类进一步增加,操作系统日趋完善,具备批量处理、分时处理、实时处理等多种功

能。数据库管理系统、通信处理程序、网络软件等也不断增添到软件子系统中。软件子系统 的功能不断增强,明显地改变了计算机的使用属性,使用效率显著提高。

集成电路的概念
集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需 的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质 基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个 整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。 集成电路发明者为杰克·基尔比(基于硅的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于锗的集成电路) 。当今半 导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

集成电路的组成以及分类

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集成电路是采用半导体制作工艺,在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元 器件,并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。它在电路中用字母“IC” (也 有用文字符号“N”等)表示。 (一)按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。 模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的 音频信号、录放机的磁带信号等) ,而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间上和 幅度上离散取值的信号。例如 VCD、DVD 重放的音频信号和视频信号) 。 (二)按制作工艺分类 集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。 膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。 (三)按集成度高低分类 集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模 集成电路。 (四)按导电类型不同分类 集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。 双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有 TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL 等类型。单 极型集成电路的制作工艺简单, 功耗也较低, 易于制成大规模集成电路, 代表集成电路有 CMOS、 NMOS、 PMOS 等类型。 (五)按用途分类 集成电路按用途可分为电视机用集成电路。 音响用集成电路、 影碟机用集成电路、 录像机用集成电路、 电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语 言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
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电视机用集成电路包括行、 场扫描集成电路、 中放集成电路、 伴音集成电路、 彩色解码集成电路、 AV/TV 转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器 (CPU)集成电路、存储器集成电路等。 音响用集成电路包括 AM/FM 高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电 路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路、电子音量控制集成电路、延时混 响集成电路、电子开关集成电路等。 影碟机用集成电路有系统控制集成电路、 视频编码集成电路、 MPEG 解码集成电路、 音频信号处理集成电路、 音响效果集成电路、RF 信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路 等。 录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集 成电路。

部分电脑设备用集成电路的代换型号
IR3M02 开关电源控制 IR3M04 MB3759IBM/PC 增强型微机 M51721L 马达控制 KA8310YD580 型软盘驱动器 AN5355 彩显 R、G、B 接口 KA6101 AN5356 彩显 R、G、B 接口 KA6106 LM2917NF/V 转换器 LM2907NSA400L/TM100-2A 型软驱 M6801 微处理器 HD63B01M2024L 型打印机 M6803 微处理器 HD63B03M2024L 型打印机 KA6201 软驱读出放大 HA16631PSA445 型软驱 MC6850 单接口对接器 KS5824 HD6350 KT85924×4 阵列 MC142100 CD22100 KT859312×8 阵列 MT8812 M093 TDA1170N 场扫描 KA2136GW100C/140/240/500 显示器 TDA1180P 行扫描 KA2137GW100C 型显示器 HA11235 行场扫描 I×0065CEGW400 显示器 TL494 开关电源控制 IR9494 M57494 KA7500IBMPC/XT 微机 M51977P 开关电源控制 KA51977PCR3240 打印机 TD62504P 逻辑阵列驱动 TD62501P TD62502P TD62503PM1724 打印机 AN5436 行场扫描 KA2134 AN5790N 行扫描 KA2135 KS5788RS232C 串行接口线驱动 DS14C88 微机通用 KS5789ARS232C 串行接口线接收 DS14C89A 微机通用 KA2654RS232C 串行接口收发器 SN751701 微机通用 JUO114 开关电源控制 JUO086 JUO111 JUO003AGW300 显示器 LA7851 行场扫描 KA2138 UPA79C 逻辑阵列驱动 IR2403 LB1264 TD62307PLQ1500/FX80/FX100 打印机 ULN2003A 逻辑阵列驱动 TD62003P XR2203 MC1413 ? KA2657 LB1233 UPA2003C ? M54523P SN75468390/550 型软驱 AD7521LN12 位 D/A 转换 DAC1220LCN
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UPC1488H 场输出 UPC1378H UPC1498H ? LA7830 IX0238CE IX0640CE GW400 显示器 SN75188N 线驱动 MC1488 微机通用 SN75189N 线接收 MC1489 微机通用 FD1791 软磁盘控制 MB8866 FD1793 软磁盘控制 MB8877 UPD765 软磁盘控制 8272TM100-2A 型软驱 STK7308 开关电源控制 IX0308CEGW400 显示器 STK7358 开关电源控制 IX0689CE STK7359 UPD7810G 微处理器 UPD7811GFX80/100 型打印机 MC34063P1DC/DC 转换 IR3M03ACR3240 彩色打印机 MC8T95P 六缓冲器/接口 MC6885P MC8T96P 六缓冲器/接口 MC6886P MC8T97P 六缓冲器/接口 MC6887P MC8T98P 六缓冲器/接口 MC6888P STK7406 开关电源控制 STK7408LQ800/1000 型打印机 MB3759 开关电源控制 IR3M02 IR3M04TH3070/LQ1500 打印机 STK6981H 步进电机驱动 STK6982HLQ80/100 打印机?

集成电路芯片
一块集成电路芯片,包括一硅基板、至少一电路、一固定封环、一接地环及至少一防护环。 电路 形成于硅基板上,电路具有至少一输出/输入垫。固定封环形成于硅基板上,并围绕电路及输出/输入垫。 接地环形成于硅基板及输出/输入垫之间,并与固定封环电连接。防护环设置于硅基板之上,并围绕输出/ 输入垫,用以与固定封环电连接。

常见芯片
芯片命名方式太多了,一般都是 字母+数字+字母 前面的字母是芯片厂商或是某个芯片系列的缩 写。像 MC 开始的多半是摩托罗拉的,MAX 开始的多半是美信的。 中间的数字是功能型号。像 MC7805 和 LM7805,从7805上可以看出它们的功能都是输出5V,只是厂家不一样。 后面的字母多半是封装信息,要看厂商提供的资料才能知道具体字母代表什么封装。 数字芯片有 74系列和40(含14)系列,当然还有微机片即模拟电路片(如家电应用)还有普通(LM324)及高速放大 器片,当然 NE555和 LM339等都是常见的集成电路芯片,不过还要看你从事那些方面的工作,这里无法详 细列举 集成电路的主要制作工艺流程 一组单元电路的集合 经过优化设计、并通过设计规则检查和反复工艺验证,能正确反映所需的逻辑和电路功能以及性能,适合 于工艺制备,可达到最大的成品率。 元件门元胞宏单元(功能块) 基于单元库的描述:层次描述 单元库可由厂家提供,可由用户自行建立 B. 模拟电路:尚无良好的综合软件

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RTL 级仿真通过后,根据设计经验进行电路设计 原理图输入 电路模拟与验证 模拟单元库 逻辑和电路设计的输出:网表(元件及其连接关系)或逻辑图、电路图 软件支持:逻辑综合、逻辑模拟、电路模拟、时序分析等软件 (EDA 软件系统中已集成) 实际设计流程 3. 版图设计 概念:根据逻辑与电路功能和性能要求以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜版图, IC 设计的最终输出。 什么是版图?一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图用不同的图案来表示。 版图与所采用的制备工艺紧密相关 版图设计过程:由底向上过程 主要是布局布线过程 布局:将模块安置在芯片的适当位置,满足一定目标函数。对级别最低的功能块,是指根据连接关系,确 定各单元的位置,级别高一些的,是分配较低级别功能块的位置,使芯片面积尽量小。 布线:根据电路的连接关系(连接表)在指定区域(面积、形状、层次)百分之百完成连线。布线均匀, 优化连线长度、保证布通率。 版图设计过程 大多数基于单元库实现 (1)软件自动转换到版图,可人工调整(规则芯片) (2)布图规划(floor planning)工具 布局布线工具(place&route) 布图规划:在一定约束条件下对设计进行物理划分,并初步确定芯片面积和形状、单元区位置、功能块的 面积形状和相对位置、I/O 位置,产生布线网格,还可以规划电源、地线以及数据通道分布 (3)全人工版图设计:人工布图规划,提取单元, 人工布局布线(由底向上: 小功能块到大功能块) 人工版图设计典型过程 版图验证与检查 DRC:几何设计规则检查 ERC:电学规则检查 LVS:网表一致性检查 POSTSIM:后仿真(提取实际版图参数、电阻、电容,生成带寄生量的器件级网表,进行开关级逻辑模拟 或电路模拟,以验证设计出的电路功能的正确性和时序性能等),产生测试向量

参考文献 {1}、数字集成电路应用 260 例/电子工程设计与应用百例系列 {2}、集成电路(IC)制程简论/新材料及在高技术中的应用丛书 {3}、常用集成电路实测数据 作者;蒋颂军 、何晓帆 作者;兰吉昌等 作者;田民波

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