第1章任務(wù)3了解電子技術(shù)的發(fā)展

1、任務(wù)任務(wù)3 了解微電子技術(shù)的發(fā)展了解微電子技術(shù)的發(fā)展1.3.1 微電子技術(shù)微電子技術(shù)1.3.2 集成電路技術(shù)集成電路技術(shù)1.3.3 集成電路的應(yīng)用集成電路的應(yīng)用IC卡卡微電子技術(shù)微電子技術(shù) 微電子技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的直接基微電子技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的直接基礎(chǔ)，是信息技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。礎(chǔ)，是信息技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。 微電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)超微電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)超小型化及微型化的技術(shù)，它以集成電路為小型化及微型化的技術(shù)，它以集成電路為核心。核心。 電子電路中元器件的發(fā)展演變電子電路中元器件的發(fā)展演變電子管電子管(1904)晶體晶體管管(1948)中中/小規(guī)模小規(guī)模

2、集成電路集成電路(1950s)大規(guī)模大規(guī)模/超大規(guī)模超大規(guī)模集成電路集成電路(1970s) 微電子技術(shù)是以微電子技術(shù)是以集成電路集成電路為核心的電子技術(shù)，為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。發(fā)展起來的。什么是集成電路？什么是集成電路？集成電路（集成電路（IC）是）是20世紀(jì)世紀(jì)50年代出現(xiàn)的，年代出現(xiàn)的，它以半導(dǎo)體單晶片作為材料，經(jīng)平面工藝它以半導(dǎo)體單晶片作為材料，經(jīng)平面工藝加工制造，將大量晶體管、電阻、電容等加工制造，將大量晶體管、電阻、電容等元器件及互連線構(gòu)成的電子線路集成在基元器件及互連線構(gòu)成的電子線路集成在基片上，構(gòu)

3、成一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)。片上，構(gòu)成一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)。小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路集成電路集成電路 集成電路是一種具有特定功能的、經(jīng)過封裝的、集成電路是一種具有特定功能的、經(jīng)過封裝的、包含了大量有源元件及無源元件的微型化的電子包含了大量有源元件及無源元件的微型化的電子電路。有源元件是指能對電路中的電流起控制作電路。有源元件是指能對電路中的電流起控制作用或?qū)﹄妷浩鸱糯笞饔玫脑ɡ缇w二極管、用或?qū)﹄妷浩鸱糯笞饔玫脑ɡ缇w二極管、三極管）；無源元件是指對電路中的電流、電壓三極管）；無源元件是指對電路中的電流、電壓無控制或變換作用的元件（例如電阻、電容

4、、電無控制或變換作用的元件（例如電阻、電容、電感）。感）。我們看到的集成電路只是黑色或褐色的封裝外殼。我們看到的集成電路只是黑色或褐色的封裝外殼。常見的封裝形式有單列直插式（常見的封裝形式有單列直插式（SIP）、雙列直）、雙列直插式（插式（DIP）和陣列式（）和陣列式（PGA）。）。各種各樣的集成電路各種各樣的集成電路IC是所有電子產(chǎn)品的核心是所有電子產(chǎn)品的核心集成電路的制造材料集成電路的制造材料 集成電路的制造材料是具有半導(dǎo)體屬性的集成電路的制造材料是具有半導(dǎo)體屬性的材料材料現(xiàn)代集成電路制造中通常使用的材料主要現(xiàn)代集成電路制造中通常使用的材料主要是硅（是硅（Si），也可以是化合物半導(dǎo)體如砷）

5、，也可以是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵（化鎵（GaAs）等其他材料。）等其他材料。集成電路的集成度集成電路的集成度 集成電路集成度的基本含義是指單個(gè)集成集成電路集成度的基本含義是指單個(gè)集成電路芯片中包含的電子元件（如晶體管、電路芯片中包含的電子元件（如晶體管、電阻、電容等）的數(shù)目。電阻、電容等）的數(shù)目。例如，例如，Intel公司在公司在1988年推出的年推出的Intel 80486微處理器中包含的電子元件個(gè)數(shù)微處理器中包含的電子元件個(gè)數(shù)約為約為100萬，而在萬，而在2000年推出的年推出的Intel Pentium 4 微處理器中包含的電子元件微處理器中包含的電子元件個(gè)數(shù)約為個(gè)數(shù)約為10000萬（萬（

6、1億），后者的集成億），后者的集成度比前者提高了約度比前者提高了約100倍。倍。摩爾定律摩爾定律 英特爾（英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登）創(chuàng)始人之一戈登摩爾摩爾（Gordon Moore）在）在1965年提出：年提出：“集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。一倍?！边@就是被稱為計(jì)算機(jī)第一定律的這就是被稱為計(jì)算機(jī)第一定律的摩爾定律（摩爾定律（Moore定律）。定律）。該定律揭示了計(jì)算機(jī)發(fā)展的一種趨勢，該該定律揭示了計(jì)算機(jī)發(fā)展的一種趨勢，該趨勢一直被延續(xù)至今。但這種發(fā)展也同樣趨勢一直被延續(xù)至

7、今。但這種發(fā)展也同樣帶來了問題。帶來了問題。 IC集成度提高的規(guī)律集成度提高的規(guī)律例例：Intel微處理器集成度的發(fā)展微處理器集成度的發(fā)展酷?？犷?雙核雙核 （2006）291410M晶體管晶體管酷?？犷?四核四核 （2007）820M 晶體管晶體管Core i7 六核（六核（2010） 10億億 晶體管晶體管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x106100 x10640048008808080868028680386PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶體管數(shù)晶體管數(shù)804862010

8、1000 x106CORE 2 DuoCORE 2 QuadCORE i7集成電路的分類集成電路的分類 按用途分：按用途分：l通用集成電路通用集成電路l專用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：按電路的功能分：l數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路l模擬集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：藝分：l雙極型（雙極型（Bipolar）電）電路路l金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路電路l按集成度按集成度(芯片中包含的芯片中包含的元器件數(shù)目元器件數(shù)目)分：分：集成電路規(guī)模集成電路規(guī)模元器件數(shù)目元器件數(shù)目小規(guī)模集成電小規(guī)模集成電路（路（SSI）100中規(guī)模集成電

9、中規(guī)模集成電路（路（MSI）1003000大規(guī)模集成電大規(guī)模集成電路（路（LSI）300010萬萬超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路（電路（VLSI）10萬萬幾十幾十億億極大規(guī)模集成極大規(guī)模集成電路（電路（ULSI）100萬萬IC卡卡 IC卡卡 (Integrated Circuit Card，集成電，集成電路卡路卡)，一般用的公交車，一般用的公交車卡就是卡就是IC卡的一種，有些卡的一種，有些國家和地區(qū)也稱智能卡國家和地區(qū)也稱智能卡(smart card)、智慧卡、智慧卡(intelligent card)、微電路卡微電路卡(microcircuit card)或微芯片卡等?；蛭⑿酒ǖ?。什么是什么

10、是 IC卡？卡？特點(diǎn)：特點(diǎn)：l存儲信息量大存儲信息量大l保密性能強(qiáng)保密性能強(qiáng)l可以防止偽造和竊用可以防止偽造和竊用l抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)l可靠性高可靠性高應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：l作為作為電子證件電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）l作為作為電子錢包電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）（如電話卡、公交卡、加油卡等）IC卡卡它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。的卡基中，做成卡片形式。 IC卡讀寫器是卡讀寫器是IC卡卡

11、與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備接口設(shè)備IFD(Interface Device)。IFD內(nèi)內(nèi)CPU通過一個(gè)接口電路與通過一個(gè)接口電路與IC卡相連并進(jìn)卡相連并進(jìn)行通信。行通信。IC卡接口電路是卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的通信等不同的IC卡讀寫芯片?？ㄗx寫芯片。IC卡的類型卡的類型(按芯片分類按芯片分類)存儲器卡：存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保封裝的集成電

12、路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有一定存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有一定安全措施。用于電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等安全措施。用于電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲器卡（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）增加了加密電路）CPU卡：卡：封裝的集成電路為中央處理器（封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存）和存儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)(Chip Operating System)，處，處理能力強(qiáng)，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機(jī)理能力強(qiáng)，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的中使用

13、的SIM卡就是一種特殊的卡就是一種特殊的CPU卡卡IC卡的類型卡的類型(按使用方式分類按使用方式分類)接觸式接觸式IC卡卡(如電話如電話IC卡卡)l表面有方型鍍金接口，共表面有方型鍍金接口，共8個(gè)或個(gè)或6個(gè)鍍金觸個(gè)鍍金觸點(diǎn)。使用時(shí)必須將點(diǎn)。使用時(shí)必須將IC卡插入讀卡機(jī)，通過卡插入讀卡機(jī)，通過金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。l用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式非接觸式IC卡卡(射頻卡、感應(yīng)卡射頻卡、感應(yīng)卡)l采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題無源（卡中無電源）和免接觸問題l操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長水、防污，使用壽命長l用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗(yàn)證用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗(yàn)證等等 接觸式接觸式IC卡卡接觸式接觸