關(guān)關(guān)雎鳩 南郵 微電子導(dǎo)論課件 ch5

1、第五講集成電路根底目錄大規(guī)模集成電路根底數(shù)字集成電路模擬集成電路集成電路通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，“集成在一塊半導(dǎo)體單晶片上，封裝在一個外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能。英文： Integrated Circuit，縮寫IC芯片Chip, Die 硅片Wafer5.1 大規(guī)模集成電路根底封裝后封裝前集成電路的性能指標(biāo)集成度單個芯片所集成的邏輯門或晶體管的數(shù)量Moore定律。功耗延遲積電路的延遲時間與功耗的成績，是衡量集成電路性能的重要參數(shù)之一。其值越小，電路性能越好。特征尺寸通常指集成電路中半導(dǎo)體器件的最小尺寸，入MOSFET

2、的最小溝道長度、雙極晶體管的最小基區(qū)寬度等。它是衡量集成電路加工和設(shè)計水平重要參數(shù)。其值越小，集成度越高?？煽啃?.1 大規(guī)模集成電路根底影響集成電路性能的因素有源器件晶體管無源器件電容、電阻和電感隔離區(qū)互連線鈍化保護(hù)層寄生效應(yīng)：電容、有源器件、電阻、電感5.1 大規(guī)模集成電路根底集成電路開展原動力：不斷提高的性能/價格比。特點：性能提高、價格降低途徑：縮小器件特征尺寸：0.25um0.13um90nm65nm 45nm 32nm增大硅片面積：1、2、3英寸4、5英寸6英寸8英寸12英寸5.1 大規(guī)模集成電路根底按器件結(jié)構(gòu)分類 雙極集成電路Bipolar分類：NPN、PNP；優(yōu)點：速度高、驅(qū)動

3、能力強(qiáng)；缺點：功耗大、集成度較低。金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路Metal Oxide Semiconductor, MOS分類：pMOS 、nMOS、CMOS；優(yōu)點：輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、集成度高；缺點：速度較慢、驅(qū)動能力弱。 雙極MOS集成電路BiMOS優(yōu)點：綜合了雙極和MOS集成電路的優(yōu)點；缺點：工藝復(fù)雜。5.1 大規(guī)模集成電路根底按電路功能分類數(shù)字集成電路Digital IC處理數(shù)字信號，采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)字計算和邏輯函數(shù)運算，又稱邏輯電路。分類：組合邏輯電路、時序邏輯電路模擬集成電路Analog IC處理模擬連續(xù)變化的信號。分類：線性集成電路放大集成電路、非線性集成電路數(shù)?；?/p>

4、合集成電路Digital Analog IC 即有數(shù)字信號處理功能，又有模擬信號處理功能的集成電路。分類：數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換5.1 大規(guī)模集成電路根底按集成規(guī)模分類小規(guī)模集成電路 SSI:Small-Scale Integration 中規(guī)模集成電路 MSI:Medium-Scale Integration 大規(guī)模集成電路 LSI:Large-Scale Integration 超大規(guī)模集成電路 VLSI:Very Large-Scale Integration 特大規(guī)模集成電路 ULSI: Ultra Large-Scale Integration 甚大規(guī)模集成電路 GSI: Giga-Sc

5、ale Integration5.1 大規(guī)模集成電路根底集成規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)Moore定律5.1 大規(guī)模集成電路根底目錄大規(guī)模集成電路根底數(shù)字集成電路模擬集成電路邏輯量邏輯量真假數(shù)碼值10開關(guān)量關(guān)開5.2 數(shù)字集成電路根本邏輯運算非運算AF0110FA開關(guān)模型邏輯表達(dá)式真值表5.2 數(shù)字集成電路根本邏輯運算與運算ABF000010100111FA開關(guān)模型邏輯表達(dá)式真值表B5.2 數(shù)字集成電路根本邏輯運算或運算ABF000011101111F開關(guān)模型邏輯表達(dá)式真值表AB5.2 數(shù)字集成電路復(fù)合邏輯運算與非邏輯或非邏輯異或邏輯同或邏輯復(fù)雜邏輯5.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元邏輯電平高電平低電平電源

6、極性電源電壓VDD地或負(fù)電源VSS邏輯值105.2 數(shù)字集成電路開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通斷開NMOSVGS=VDDVGS=0PMOSVGS=0VGS=VDDCMOS邏輯單元非門反相器電路AFVDDA為高電平A1P管截止N管導(dǎo)通PNF為低電平F0A為低電平A0P管導(dǎo)通N管截止AFVDDPNF為高電平F1AF01105.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元與非門電路A為低電平、B為低電平A0、B0P1、P2管導(dǎo)通N1、N2管截止F為高電平F1AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元與非門電路A為低電平、B為高電平A0、B1P1、N2管導(dǎo)通N1、P2管截止F為高電平F1AFVDDP1N2BN

7、1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元與非門電路A為高電平、B為低電平A1、B0P2、N1管導(dǎo)通P1、N2管截止F為高電平F1AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元與非門電路A為高電平、B為高電平A1、B1P1、P2管截止N1、N2管導(dǎo)通F為低電平F0AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元與非門電路AFVDDP1N2BN1P2ABF0010111011105.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元或非門電路A為低電平、B為低電平A0、B0P1、P2管導(dǎo)通N1、N2管截止F為高電平F1AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單

8、元或非門電路A為低電平、B為高電平A0、B1P1、N2管導(dǎo)通N1、P2管截止F為低電平F0AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元或非門電路A為高電平、B為低電平A1、B0P2、N1管導(dǎo)通P1、N2管截止F為低電平F0AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元或非門電路A為高電平、B為高電平A1、B1P1、P2管截止N1、N2管導(dǎo)通F為低電平F0AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS邏輯單元或非門電路ABF001010100110AFVDDP1N2BN1P25.2 數(shù)字集成電路CMOS集成電路的特點優(yōu)點：功耗低噪聲容限大可適應(yīng)較寬

9、的溫度和電源電壓集成度高輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)缺點：速度較低驅(qū)動能力較差CMOS集成電路技術(shù)是半導(dǎo)體集成電路的主流技術(shù)，其市場占有率超過95。5.2 數(shù)字集成電路雙極和BiCMOS集成電路A為高電平A=1Q1飽和Q2截止Q3飽和F為低電平F=0R1R2R3Q1Q2Q3VCCAFA為低電平A=0Q1截止Q3截止Q2飽和F為高電平F=1雙極Bipolar反相器R1R2R3Q1Q2Q3VCCAF5.2 數(shù)字集成電路雙極集成電路的特點優(yōu)點：速度高穩(wěn)定性好適于處理高電壓、大電流場合驅(qū)動能力強(qiáng)工藝簡單適用于高精度模擬電路缺點：功耗大集成度低5.2 數(shù)字集成電路雙極和BiCMOS集成電路A為低電平A=0P

10、導(dǎo)通N截止Q1飽和Q2截止F為高電平F=1A為高電平A=1P截止N導(dǎo)通Q1截止Q2飽和F為低電平F=0BiCMOS反相器Q1Q2VDDAFPNQ1Q2VDDAPN5.2 數(shù)字集成電路BiCMOS電路的特點優(yōu)點：有CMOS器件制作高集成度、低功耗局部，用雙極器件制作輸入輸出局部和高速局部。從而綜合了Bipolar和CMOS集成電路的優(yōu)點，為高速、高性能超大規(guī)模集成電路的開展開辟了一條嶄新的道路。缺點：工藝復(fù)雜。5.2 數(shù)字集成電路目錄大規(guī)模集成電路根底數(shù)字集成電路模擬集成電路CMOS集成運算放大器當(dāng)RfR1時稱為反相器反相輸入放大器RfR1V1Vout5.3 模擬集成電路CMOS集成運算放大器當(dāng)RfR1R2R3時加法器RfR1V1VoutR2V2R3V35.3 模擬集成電路CMOS集成運算放大器當(dāng)RfR1時減法器RfR1VoutV2RfR1V15.3 模擬集成電路CMOS集成運算放大器積分器CRV1Vout5.3 模擬集成電路作業(yè)5.1寫出異或邏輯和同或邏輯的真值表。5.2試用一個與非門和一個倒相器構(gòu)成一個C