大规模集成电路
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大规模集成电路范文第1篇
本书向读者提供了在纳米尺度工艺方法存在变化的情况下，适用于有变化意识设计方法和VLSI系统的计算机辅助设计（CAD）的工具。作者介绍了建模与分析的最新进展，内容集中在统计互连建模、统计寄生析取、考虑到空间相关的统计全芯片漏泄及动态功率分析、适用于大型整体互连及模拟/混合信号电路的统计分析与建模。本书向读者提供了有关VLSI系统统计建模及分析的系统全面的论述，内容集中在互连、单片功率网格和时钟网络，以及模拟/混合信号电路上。作者帮助芯片设计者了解他们设计工具的潜能与局限，改进他们的设计效率，描述了每一种算法分析以及它们在真实电路设计情境中的实际应用。本书还包括了用来量化分析与评估作者提供的算法的数值实例。
本书共有17 章，分成5个部分：第1部分 基础，含第1-2章：1.绪论；2.统计分析基础。第2部分 统计全芯片功率分析，含第3-7章：3.传统的统计漏功率分析方法；4.使用谱随机方法的随机漏功率分析；5.利用基于虚网格建模的线性统计漏泄分析；6.统计动态功率估算技术；7.统计总功率估算技术。第3部分 变化单片功率发送网络分析，含第8-10章：8.考虑到对数-正态漏电流变化的统计功率网格分析；9.利用随机广义克雷洛夫子空间方法的统计功率网格分析；10.利用变化子空间方法的统计功率网格分析。第4部分 统计互连建模与析取，含第11-13章：11.统计电容建模与析取；12.变化电容的增量析取；13.统计电感建模与析取。第5部分 统计模拟及输出分析和优化技术，含第14-17章：14.变化线性化模拟电路的性能限制分析；15.随机模拟失配分析；16.统计输出分析及优化；17.用于输出优化的电压分级技术。
本书可供微电子学专业的研究人员、研究生、工程师阅读借鉴。
胡光华，高级软件工程师
（原中国科学院物理学研究所）
大规模集成电路范文第2篇
【关键词】：微电子集成电路纳米电子
中图分类号： TN4 文献标识码： A
随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。
微电子技术是现代电子信息技术的直接基础，它的发展有力推动了通信技术，计算机技术和网络技术的迅速发展，成为衡量一个国家科技进步的重要标志。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。
大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件。集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上80年代大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为0．7一0．8微米，集成度为108 。90年代的标准线条宽度为0．3一0．5微米，集成度为109。集成电路有专用电路(如钟表、照相机、洗衣机等电路)和通用电路。通用电路中最典型的是存贮器和处理器，应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。
存贮器是具有信息存贮能力的器件。随着集成电路的发展，半导体存贮器已大范围地取代过去使用的磁性存贮器，成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件。存贮器的大小(或称容量)常以字节为单位，字节则以大写字母B表示，存贮器芯片的集成度已以百万位(MB)为单位。目前，实验室已做出8MB的动态存贮器芯片。一个汉字占用2个字节，也就是说，400万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上。动态存贮器的集成度以每3年翻两番的速度发展。
中央处理器(CPU)是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。70年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的CPU可以制作在一块指甲大小的硅片上。度量CPU性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。60年代初，最快的CPU每秒能执行100万条指令（常缩写成MIPS)。1991年，高档微处理器的速度已达5000万一8000万次。现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术(即将复杂指令精减、减少)以及并行运算技术(同时并行地执行若干指令)正在发展中。在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。此外，光学与电子学的结合，成为光电子技术，被称为尖端中的尖端，为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。美国《时代》杂志预测：“21世纪将成为光电子时代。”其主要领有激光技术、红外技术、光纤通信技术等。
微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣。目前国际上集成电路生产线已普遍采用8圆片，0.35um工艺。我国 集成电路集成电路的大生产水平发展也很快。1995年已经达到了6'1.2um的水平，IC产量到2000年可望达到年产10亿块。1995年4月，中科院微电子中心已开发出0.8um的CMOS工艺，在5.0×5.7mm 面积上集成了26000只晶体管、输出管脚数为72，制成了通用的模糊控制集成块。
大规模集成电路范文第3篇
1.1认识微电子
微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的IC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片—它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000KM/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。
1.2微电子技术的基础材料——取之不尽的硅
位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。
1.3集成电路的发展过程
20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块—集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：MOS集成电路、双极型集成电路和BiIMOS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超导规模集成电路VLSI、特大规模集成电路ULSI和巨大规模集成电路CSI。随着微电子技术的发展，出现了集成电路(IC)，集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。
1.4走进人们生活的微电子
IC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储IC卡也称记忆IC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能IC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。IC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。IC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。随着IC技术的成熟，IC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料(如电话号码、主要数据、密码等)存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。
2.微电子技术发展的新领域
微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。
2.1微机电系统
MEMS(Micro-Electro-Mechanicalsystems)微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。当前，常用的制作MEMS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件，它与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前MEMS的主流技术，第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻，电铸如塑造)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。MEMS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。
2.2生物芯片
生物芯片(Biochip)将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有DNA基因检测芯片问世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余种DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维，不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以DNA芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。
2.3纳米电子技术
在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管(HEMT)，异质结双极晶体管(HBT)，低阈值电流量子激光器等。在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。(1)在FET中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。(2)利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。(3)制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。
3.微电子技术的主要研究方向
大规模集成电路范文第4篇
在设备小型化、低功耗设计方面,低频部分,尽量选择标准化、低功耗、表贴封装、温度范围广的大规模集成电路,优化和简化各种电路设计和软件设计,减小电流消耗;高频部分,发信单元采用射频调制集成电路由基带信号直接变到射频信号,收信单元采用镜像抑制混频器,直接变到中频信号,射频滤波器均采用MEMS滤波器。对于3GHz以下电路均使用射频芯片,3GHz以上使用多芯片组装技术。多芯片组装(Multi-ChipModule,MCM)是将多个大规模集成电路LSI超大规模集成电路VLSI的裸芯片高密度地贴装互连在多层布线的印刷电路板[3],多层陶瓷(厚膜)基板或薄膜多层布线的基板上(硅、陶瓷或金属基),然后再整体封装起来构成能完成多功能、高性能的电子部件、整机、子系统乃至系统所需功能的一种新型微电子组件。近年来,MCM受到各经济发达国家高度重视并千方百计加速发展,主要在于它有一系列优点,既提高了密度,又缩短了芯片的互连间距,致使电路性能得以提高。与单芯片封装相比,MCM具有更高的封装密度,可更好地满足电子系统小型化的需要。微机电系统(MEMS)技术是在半导体上制作微带电路[4],实现射频开关、功分器、电容和电感等无源器件,插损小、频带宽。由于在同一平台装载多个信道模块,其整体空间狭小,安装设备复杂繁多,且频段集中,相互间干扰非常严重,通信载体与升空通信平台要进行一体化设计,包括安装、供电、载重等,尤其要进行电磁兼容性设计[5],使系统在工作时不产生超标的电磁干扰,避免对其它设备或系统造成干扰,也避免其它设备对本系统造成干扰,否则系统将无法工作。影响系统内的电磁兼容性的主要因素是祸合。祸合方式有导线间的电感、电容、电场及磁场祸合,还有系统内公共阻抗祸合及天线与天线之间的祸合。另外,本系统除了在平台上安装了交换模块和转发模块外,还安装了天线。当平台表面是金属材料时,表面受电磁波的照射时就会产生感应和二次辐射,从而改变天线的收发电磁特性,并进一步影响电子设备的各项性能指标,严重时可能会使其无法正常工作。通过采用多层电路板、射频屏蔽、EMC电磁软件仿真等技术,并且各个模块之间的信号线和电源线通过母板连接,在有限的空间,合理设计,合理优化天线的分布位置,降低和消除人为的和自然的电磁干扰,提高设备和系统的抗电磁干扰能力,保证设备和系统功能的正常工作。
采用基带处理平台,实现多种传输体制、多种速率的有效传输采用模拟器件进行调制解调器设计,几乎不可能实现多速率和多制式的兼容,更不能根据用户提供的波形进行现场配置。采用软件化设计的调制解调器,将整个基带处理部分通过全数字方法实现,能使收发滤波器几乎理想匹配,提高系统性能。软件化调制解调器适合多种信道限带传输要求,具有高的杂散抑制比,成形滤波器滚降系数可任意设置,支持连续和突发等多种模式等优点,具有通用化、综合化、智能化等特点。多制式调制解调器为了兼容多速率和多制式,其基带处理部分采用FPGA为硬件平台,通过计算机编程仿真来实现完成其功能。对于调制器,由于要兼容多种速率,因此采用任意时钟来产生FPGA的工作时钟。对于解调器,中频信号经带通滤波、放大处理,经变频后送入A/D,将模拟信号变换为数字信号送入FPGA,FPGA完成数字解调,为了兼容多种速率,整个解调采用同步采样技术,利用DDS来完成时钟提取[6]。其过程是利用定时误差提取算法来提取定时误差,经数字滤波后,同DDS的频率控制字一同相加,去调整DDS的相位字,DDS输出的信号直接去控制A/D采样时钟,从而使A/D的采样频率同信息速率完全同步。目前FPGA的规模越来越大。在一块FPGA上可以集成更多的功能,只需要增大FPGA的规模,而不会影响处理速度和其他的性能。相反将更多的功能集成到一个芯片中,可减小体积,减小功耗,电磁兼容性增强,使电路工作更加稳定。功能的集成不是简单的逻辑相加,它增加了各单元电路间接口的灵活性,进而使各单元的设计更加的灵活,甚至打破原有器件和电路的设计局限,以一个全新的方式、方法进行电路设计。FPGA编译软件功能的增强,使其程序设计越来越可以按照高级语言的方式进行;同时可以对程序进行调试、仿真,在程序编制阶段就可以发现并解决其中的错误和不足;在FPGA使用中,可以设置观察信号,随时对其软件的运行进行监测;对于日后发现程序错误和缺陷,可以在软件平台上更改完成后,通过对FPGA程序存储器更新实现对程序的升级和维护。至此,FPGA的应用已不再是对以前电路的数字化,而是具备了软件的种种特征,成为软件无线电的一种实现形式。
空中中继通信系统是一种基于软件无线电的多工作频段,多信道共用的硬件平台。空中转发设备布置机动灵活、操作快速简便、开通迅速,并且能够克服由距离、地形和人为妨碍造成的传统地面视距局限,它成为解决当前复杂地形通信瓶颈问题的一种有效手段,在未来的通信中发挥重要作用。
大规模集成电路范文第5篇
【关键词】电子技术；发展；应用；信息技术
【Abstract】Electronic Technology in today''s science and technology in the life to the wide application and irreplaceable core status,this paper briefly introduces the development course of electronic technology,and summarizes the typical application of electronic technology,electronic technology and prospected,help us to grasp the field development direction and new information technology.
【Key words】electronic technology；development；Application
1.电子技术的发展
电子技术是十九世纪末、二十世纪初发展起来的新兴技术。由于物理学方面有了重大的突破，电子技术以迅猛的速度在当今发展开来，其广泛的应用成为科学技术发展的一个重要的标志。
第一代电子产品是电子管。四十年代末期电子管在世界大范围诞生了。五十年代末期，第一块集成电路在世界上出现了，它相较于电子管最大的特点是小巧、轻便、省电、寿命长，基于这几大特点集成电路很快地被各国应用起来，集成在一块硅芯片上，电子产品也便向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。电子管时代（1905～1948）为现代技术采取了决定性步骤。1905年爱因斯坦阐述相对论—E＝mc2。1906年亚历山德森研制成高频交流发电机。德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管。1912年阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管。1917年坎贝尔研制成滤波器。1922年弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机。1934年劳伦斯研制成回旋加速器。1940年帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机。1947年肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础。晶体管时代（1948～1959）宇宙空间的探索即将开始。自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。
2.电子技术的应用
二十世纪以来，世界迅速开始了信息革命时代。电子技术的应用也随之广泛，在通信工程、 一般工业、交通运输、电力系统、电子装置用电源、家用电器等领域都普遍涉及到。在此本人以电子技术在通信工程专业中的应用为例做一简单介绍。
众所周知，电子技术即使再强大，也要结合其他技术才能充分发挥其真正的作用。例如，（1）电子技术与信息技术相结合，形成了我们现在信息社会的工程领域也就是通信工程专业。
（2）电子技术与物理电子与光电子学等相关物理基础理论解决了电子元器件、集成电路、仪器仪表及计算机与制造等工程技术问题。
（3）信息技术是在电子技术发展的基础上，研究了一老电子技术进行的信息传播、信息交换、信息处理以及信号检测等理论与技术。
电子技术及微电子技术的迅猛发展给新技术革命带来了根本性以及普遍性的影响，电子技术水平的不断提高，既出现了超大规模集成电路和计算机，又促成了现代通信的实现。电子和通信工程领域涉及了两个一级学科和六个二级学科，研究内容包括信息传输、信息交换、信息处理、信号检测、集成电路设计与制造、电子元器件、微波与天线、仪器仪表技术和计算机工程与应用等。其各个学科与版块之间是相互联系、相互影响的，任何一个学科都不能脱离其他学科，否则非但不能发挥其应有的作用，反而会抑制信息技术的发展与进步。当今社会，信息技术已经成为经济发展的一个重要支柱。信息产业所涉及的领域从小处说有媒介、信息采集、传输和处理所需用的器件设备和原材料的制造以及销售，从大处说计算机、光纤、卫星、微光以及自动控制等都包括在内。由于其技术好、产值高、容易操作、范围广而已成为或正在成为许多国家或地区的支柱产业。展望未来，电子技术正朝着光子技术演进，微电子集成正在引申至光子集成。光子技术与电子技术的结合和发展，已是不可阻挡的潮流。其发展正在推动通信产业向全光化方向快速发展，通信与计算机的结合与发展也必然会更加紧密，未来崭新的网络社会和数字时代正在向我们走来。
3.结束语
电子技术室极富生命力的技术领域，它的快速发展，对国民经济各个领域和人们的生活质量都有着巨大的影响。没有电子技术就不可能有当今高度发展的物质文明和精神文明。当前我过的电子技术还处于借鉴国外的阶段，自主研发的成分较小。我国电子技术的发展，还依赖于我们在校的学生和老师专家的共同努力。 [科]
【参考文献】
大规模集成电路范文第6篇
关键字:数字电路;组合逻辑电路;时序逻辑电路
中图分类号:TN79文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)06A-0042-01
众所周知,近年,科学技术的不断进步带动许多行业发生了翻天覆地的变化,电子信息行业走在了科学发展的前列,表现尤为突出的是数字电子技术,科学进步的浪潮中它迅速前进,已成为当前发展最快的学科之一,数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路(SSI)发展到目前的中、大规模集成电路(MSI、LSI)及超大规模集成电路(VLSI)。那么,逻辑器件的变化也会影响整个数字逻辑电路的发展。
一、数字电路的状态
数字电路顾名思义就是对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路,它只有两个状态就是0和1。在数字电路中,低电平用0表示,高电平用1表示,有时低电位也用字母L(Light)表示,而高电位用字母H(High)表示。另外在对0和1理解时,还会有时间限制,因为数字0、1表示电路状态,结合时间看电路时,要明白电路工作时序。
二、数字逻辑电路的基本定律
数字电路的设计在生活中使用非常广泛,但是怎样设计出符合要求的电路,这就是一门技术活了。因此理解数字电路设计,重点在基本概念和基本方法上。数字设计中逻辑代数基本定律、组合逻辑和时序逻辑的概念是分析和设计数字系统的基础,也是设计大规模集成芯片的基础,所以我们在说数字电路设计之前就要先了解逻辑代数的基本知识定律。逻辑代数是英国数学家乔治.布尔(Geroge . Boole)于1847年首先进行系统论述的,也称布尔代数。 所研究的是两值变量的运算规律,即0,1表示两种不同的逻辑状态,称这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系为二值逻辑。在逻辑代数中我们最先了解的就是进制的转换,计算机系统中一般二进制、八进制、十进制、十六进制是了解最多的,转换这些进制也是最容易的,掌握其中的计算方法就能得到。
三、数字电路设计―组合逻辑和时序逻辑
在做数字电路设计时主要就是组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计。从一方面说,这两种电路的设计是数字电路中的一个最基本的也是最重要的部分,只有会做这两种电路的设计才算是对数字电路入门了。所以我们先对这两种设计作下简单的介绍。
如果说逻辑电路设计是数字电路的最基础的组成部分,那么门电路就是带动这些部分运转的重要元素,就像是一部机器,门电路就是机器中的零件,大家都知道零件在机器的运转中起着不容小觑的作用,如果在某个部位因为一个小零件的出错,可能会导致整个机器出故障。逻辑电路中最基本的门电路通常是与门、或门、非门。与门是逻辑与运算的单元电路;或门是逻辑或运算的单元电路;非门,也叫反相器,是实现逻辑非运算的电路。在实际的应用中并不是把它们直接使用,而是将它们组合成复合逻辑运算与非、或非、与或非、异或、同或等常用的门来实现其功能。我们在日常生活中见得最多的就是交通灯的控制,就是用组合逻辑电路设计成的。在组合逻辑电路的设计中,利用门电路的组合完成的很多电路的设计,编码器、译码器就是组合逻辑电路中的器件,组成的液晶显示器LCD,数码显示器LED。
时序逻辑电路中,主要的零件就是集成触发器,在各种复杂的数字电路中不但需要对二值信号进行算术运算和逻辑运算,还经常需要将这些信号和运算结果保存起来,因此需要使用记忆功能的基本逻辑单元,而这种能储存信号的基本单元电路就是触发器。迄今为止,人们已经研制出了很多种触发器电路,根据电路结构形式的不同,可以分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、边沿触发器等。这些触发器的研制都是在前一种触发器的基础上改进而来的,通俗的说是后人在前人的研究发明中不断提炼出的新器件。因此同步触发器是建立在基本RS触发器的基础上的,基本RS触发器输入信号可以直接控制触发器的状态翻转,而在实际应用中往往要求在约定脉冲信号到来时,触发器才能翻转,所以才有同步RS触发器的出现。但是同步RS触发器有空翻现象,不能正常计数,因此人们又研制了主从触发器,同样为了克服主从触发器的一次性变化,就有了边沿触发器的产生。
四、数字集成电路
在很多人看来,数字集成电路是非常空洞的东西,因为只是一块芯片,却能实现如此多的功能。那在数字集成电路中主要有哪些电路呢?常用的数字集成电路一般有CMOS电路和TTL电路两种。CMOS电路有消耗功率低,工作电压范围广和噪声容限大的特点,虽然在CMOS电路的输入端已经设置了保护电路,但由于保护二极管和限流电阻的几何尺寸有限,它们所能承受的静电电压和脉冲功率均有一定限度。CMOS集成电路在储存运输、组装和调试过程中难免会接触到某些带静电高压的物体,所以一般要对输入的静电进行保护,另外CMOS还会出现电路锁定效应,一般为了使用安全和方便,人们一直在研究从CMOS电路本身的设计和制造上克服锁定效应方法。当然,集成电路一般的要求都非常高,它需要预先对芯片进行设计,编制一定的程序,而我们往往使用现成的电路,对它只做了一定的分析。
通过对数字电路的基本知识的解读,当然这只是很浅的一方面。而数字电路涉及到的一些专用的集成电路。由于专用集成电路(ASIC)是近期迅速发展起来的新型逻辑器件,这些器件的灵活性和通用性使它们已成为研制和审计数字系统的最理想器件。因此数字电路的发展在今后还有很大的空间,但是在发展的同时,数字电路的基础的知识是不会改变的,只会在原来的基础上得到更大的改进,这需要新新的电子人来改进数字电路的不足地方,将它所存在的每一个缺点进行弥补,使各个部分它的作用发挥到最大。
数字电路在实际运用中将越来越广泛,现在在要求普及的数字电视已经进入了千家万户,数字化已经成了必然的趋势。但是任何技术知识,基础都是最根本,最主要的,数字电路的组成刚好是是基础。数字化的时代已经到来,打好基础知识是数字电路发展的前提条件。
大规模集成电路范文第7篇
引言
随着电力电子技术及大规模集成电路的发展，基于集成SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。本文介绍的变频调速系统是以大规模专用集成电路HEF4752为核心构成的控制电路，由HEF4752产生的三相SPWM信号经隔离、放大后，驱动由IGBT构成的三相逆变器，使之输出SPWM的波形，实现异步电动机变频调速。
1 系统硬件电路
整个系统的硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路等构成，其电路框图如图1所示。
1．1 主电路
主电路为AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。三相交流电经桥式整流后，得到脉动的直流电压经电容器滤波后供给逆变器。
1．2 控制电路
控制电路框图如图2所示。在该控制电路中，分别由三个CD4046产生推迟时钟（OCT）和参考时钟（RCT）、频率控制时钟（FCT）和电压控制时钟（VCT）3路时钟信号供给HEF4752，由HEF4752产生三相6路SPWM波形通过光电隔离后去控制主电路。
1．3 HEF4752简介
HEF4752是采用LOCMOS工艺制造的大规模集成电路，专门用来产生三相SPWM信号。它的驱动输出经隔离放大后，可驱动GTO和GTR逆变器，在交流变频调速中作控制器件。其引脚如图3所示。
图2
1．3．1 主要特点
主要特点如下：
1）能产生三对相位差120°的互补SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的逆变器；
2）采用多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率可调范围为0～100Hz，且能使逆变器输出电压同步调节；
3）为防止逆变器上下桥臂直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔时间连续可调。1．3．2引脚说明
HEF4752为28脚双列直插式标准封装DIP芯片，它有7个控制输入，4个时钟输入，12个驱动信号输出，3个控制输出。各管脚功能描述如表1所列。
表1 HEF4752管脚功能
引 脚
名 称
功 能
1
OBC1B
相换流开关信号1
2
OBM2B
相主开关信号2
3
OBM1B
相主开关信号1
4
RCT
最高开关频率基准时钟
5
CW
电机换相控制信号
6
OCT
推迟输出时钟
7
K
选择互锁推迟间隔
8
ORM1
R相主开关信号1
9
ORM2
R相主开关信号2
10
ORC1
R相换流开关信号1
11
ORC2
R相换流开关信号2
12
FCT
频率时钟
13
A
复位输入控制
14
VSS
接地端
15
B
测试电路用信号
16
C
测试电路用信号
17
VCT
电压时钟
18
CSP
电流采样脉冲
19
OYC2
Y相换流开关信号2
20
OYC1
Y相换流开关信号1
21
OYM2
Y相主开关信号2
22
OYM1
Y相主开关信号1
23
RSYN
R相同步信号
24
L
停止/启动系统
25
I
选择晶体管/晶闸管模式
26
VAV
平均电压
27
OBC2
B相换流开关信号2
28
VDD
工作电压(10V)
1．3．3输入引脚功能
1)输入引脚I用来决定逆变器驱动输出模式的选择，当引脚I为低电平时，驱动模式是晶体管，当引脚I为高电平时，驱动模式是晶闸管。
2)输入控制信号引脚K和时钟输入引脚OCT共同决定逆变器每对输出信号的互锁推迟间隔时间。
为防止逆变器同一桥臂的两只管子同时导通，互锁推迟间隔的长短和晶闸管模式下触发脉冲串的频率和宽度，见表2。
表2 互锁推迟间隔与触发脉冲的频率及宽度
K
互锁推迟间隔/ms
触发脉冲频率/kHz
触发脉冲宽度/ms
8/fOCT
fOCT/8
2/fOCT
1
16/fOCT
fOCT/16
4/fOCT
根据主电路的要求，选取互锁推迟间隔为td=10μs，这里把K置为低电平，则联锁延迟周期td=8/fOCT，即0.01ms=8/fOCT，故
fOCT=800kHz （1）
3)相序输入引脚CW用来控制电机转向，当引脚CW为低电平时，相序为R，B，Y；当引脚CW为高电平时，相序为R，Y，B。
4）输入引脚L用来控制模块的起动/停止。当IGBT－IPM模块PM25RSK120出现过流、欠压、短路或过热等故障时，故障信号变为低电平。从而使L变为低电平，封锁HEF4752所有的脉宽调制驱动输出，起到保护开关管的作用。在无故障的情况下，L为高电平，解除封锁。
5)控制输入引脚A，B，C供制造过程试验用，工作时必须接到引脚VSS(低电平)。但引脚A还有另外一个用处，即刚通电时，引脚A置高电平初始化整个IC片，被用做复位信号。
6)时钟输入引脚FCT和VCT用来协调控制逆变器的输出频率与电压。引脚FCT控制着逆变器的输出频率fout，从而控制了电动机的转速。在该系统中引脚FCT的时钟频率为
fFCT=3360×fout=3360×55=184kHz （2）
100％调制时的输出频率的最大值fout(M)为
fout(M)=fle(0.624Ud)/Ule=66×(0.624×530)/380=58Hz （3）
式中：fle为电动机的额定频率；
Ule为电动机的额定电压有效值。
电路中fFCT在0～184kHz连续可调，对应fout的可调范围为0～58Hz。
电压控制时钟VCT是为保证在调速过程中电机主磁通为恒值，即电机电压与频率比为常数而设置的，频率fVCT由式（4）确定，由fVCT决定输出波形的幅值。
fVCT(NOM)=6720fout(M)=6720×58=390kHz （4）
7）输入时钟RCT是固定时钟，用来设定最大逆变器开关频率fs(MAX)，此处选取逆变器开关频率的最大值为2.8kHz，则时钟输入RCT的频率为
fRCT=280fs(MAX)=280×2.8=780kHz （5）
为了简化线路，可使fRCT=fOCT=800kHz，从而省掉了一个多谐振荡器。
值得注意的是：比值fFCT/fVCT(NOM)，低于0.5时调制是正弦的；高于0.5时波形向矩形波转变，在2.5左右达到全矩形波输出；高于3时，由于内部同步电路失去作用，波形变得很不稳定，可见3为频率比的上限。在本系统中，fFCT取184Hz，fVCT(NOM)取390Hz，比值为184/390=0.47<0.5，输出波形为正弦波，能够有效地减小谐波，减小电机的振动和噪声，保持好的机械特性。
2 实验结果
以下是对本控制系统，即图2的波形的采样和分析，由于供电电源采用＋12V，所以输出电平都为＋12V。
图4的三个波形分别是从CD4046的脚3、脚4出来的分别送到管脚VCT、FCT、OCT和RCT的方波波形，其周期分别为2.6μs，5.4μs，1.3μs，对应频率分别为fVCT=390kHz，fFCT=184kHz，fRCT=fOCT=800kHz。
图5是HEF4752的脚2、脚3产生的SPWM波形，从图可以看出它们的波形在相位上是相反的，同时存在死区时间，图5(b)为图5(a)放大后的波形，从图5(b)可以看出死区时间为td=10μs。从脚8、脚9和脚21、脚22输出的波形与此相似。
图6是从HEF4752的脚2、脚9输出的SPWM波形，图6(a)横轴为2.5ms/格，图6(b)为1ms/格。周期都为18ms，输出基波频率fout=55Hz。从图可看出脚2波形落后脚9波形120°。同样脚3、脚8；脚9、脚21；脚8、脚22输出波形与此相似。
大规模集成电路范文第8篇
微处理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路，以及数据和地址总线。
微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。
微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
（来源：文章屋网 ）