數(shù)字集成電路
數(shù)字集成電路是基于數(shù)字邏輯(布爾代數(shù))設(shè)計(jì)和運(yùn)行的,基于邏輯門搭建的,用于處理數(shù)字信號(hào)的集成電路。數(shù)字電路是用來處理0和1的信號(hào)的,在數(shù)字電路中,就只有0和1這兩個(gè)狀態(tài)。數(shù)字電路通過復(fù)雜的邏輯門設(shè)計(jì),通過簡(jiǎn)單的0和1這兩個(gè)狀態(tài)的組合,就能實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的功能。
數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。
“集成”的意思就是,把整個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)所有的元器件,包括電容,電阻,電感和晶體管以及互連線,制作在一小塊半導(dǎo)體晶片上,然后封裝在一起,最終實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品就是我們?nèi)粘J褂玫哪莻€(gè)指甲蓋大小的小黑片。
布爾代數(shù)是能實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯功能的理論,數(shù)字電路的物理基礎(chǔ)是半導(dǎo)體理論。基于半導(dǎo)體工藝,可以制作出符合布爾代數(shù)的實(shí)際物理器件,即與,或,非這些基本的門級(jí)電路,利用這些門級(jí)電路結(jié)構(gòu),可以搭建出更加復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路?;陂T級(jí)電路,可以搭建出編碼器,譯碼器,數(shù)字選擇器,加法器,等等的基本模塊,利用這些基本模塊,可以搭建出復(fù)雜的專用系統(tǒng),如接口信號(hào)協(xié)議轉(zhuǎn)換,圖像處理芯片,DSP芯片等等。
數(shù)字電路的組成:組合邏輯+寄存器(觸發(fā)器)。組合邏輯就是由基本門組成的函數(shù),其輸出只會(huì)跟當(dāng)前的輸入有關(guān),第一個(gè)圖就是組合邏輯,只完成邏輯運(yùn)算;而時(shí)序電路除了包含基本門之外,還包含存儲(chǔ)元件用例保存過去的信息,時(shí)序電路的穩(wěn)態(tài)輸出不僅取決于當(dāng)前的輸入,還與過去的輸入所形成狀態(tài)有關(guān)。第二個(gè)圖就是時(shí)序電路,在完成邏輯運(yùn)算的同時(shí),還可以把處理結(jié)果暫存起來,用以下一次的運(yùn)算。
數(shù)字集成電路分類
一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連在一起,制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上,通過引腳與外部聯(lián)系。
根據(jù)半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類
1)雙極型集成電路
采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件。其特點(diǎn)是:速度快、負(fù)債能力強(qiáng)、功耗大、集成度較低。
雙極型集成電路又可分為:
TTL(Transistor Transistor Logic):三極管-三極管電路
ECL(Emitter Coupled Logic):射極耦合電路
PL(Integrated Injection Logic):集成注入電路
2)單極型集成電路
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOS晶體管)作為元件。其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低,速度較慢。
單極型集成電路又可分為:
- PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor,P-溝道MOS)
- NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor,N-溝道MOS)
- CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor,C-溝道MOS)
根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類
1)SSI(小規(guī)模集成電路)
邏輯門數(shù)小于10門(或元件數(shù)小于100個(gè))
2)MSI(中規(guī)模集成電路)
邏輯門數(shù)為10~99門(或元件數(shù)100~999個(gè))
3)LSI(大規(guī)模集成電路)
邏輯門數(shù)為100~9999門(或元件數(shù)1000~99999個(gè))
4)VLSI(超大規(guī)模集成電路)
邏輯門數(shù)大于10000門(或元件數(shù)大于100000個(gè))
數(shù)字集成電路按電路結(jié)構(gòu)來分,可分成TTL和MOS 兩大系列。
TTL 數(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的,所以又叫做雙極性電路。MOS 數(shù)字集成電路是只用一種載流子導(dǎo)電的電路,其中用電子導(dǎo)電的稱為NMOS 電路;用空穴導(dǎo)電的稱為PMOS 電路:如果是用NMOS 及PMOS 復(fù)合起來組成的電路,則稱為CMOS 電路。
CMOS 數(shù)字集成電路與TTL 數(shù)字集成電路相比,有許多優(yōu)點(diǎn),如工作電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗低,抗干擾能力強(qiáng),輸入阻抗高,成本低,等等。因而, CMOS 數(shù)字集成電路得到了廣泛的應(yīng)用。
數(shù)字集成電路品種繁多,包括各種門電路、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、編譯碼器、存儲(chǔ)器等數(shù)百種器件。
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