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文檔簡介
IntegratedCircuits(集成電路)TheIntegratedCircuitDigitallogicandelectroniccircuitsderivetheirfunctionalityfromelectronicswitchescalledtransistor.Roughlyspeaking,thetransistorcanbelikenedtoanelectronicallycontrolledvalvewherebyenergyappliedtooneconnectionofthevalveenablesenergytoflowbetweentwootherconnections.Bycombiningmultipletransistors,digitallogicbuildingblockssuchasANDgatesandflip-flopsareformed.Transistors,inturn,aremadefromsemiconductors.Consultaperiodictableofelementsinacollegechemistrytextbook,andyouwilllocatesemiconductorsasagroupofelementsseparatingthemetalsandnonmetals.Theyarecalledsemiconductorsbecauseoftheirabilitytobehaveasbothmetalsandnonmetals.Asemiconductorcanbemadetoconductelectricitylikeametalortoinsulateasanonmetaldoes.Thesedifferingelectricalpropertiescanbeaccuratelycontrolledbymixingthesemiconductorwithsmallamountsofotherelements.Thismixingiscalleddoping.Asemiconductorcanbedopedtocontainmoreelectrons(N-type)orfewerelectrons(P-type).Examplesofcommonlyusedsemiconductorsaresiliconandgermanium.PhosphorousandboronaretwoelementsthatareusedtodopeN-typeandP-typesilicon,respectively.Atransistorisconstructedbycreatingasandwichofdifferentlydopedsemiconductorlayers.Thetwomostcommontypesoftransistors,thebipolar-junctiontransistor(BJT)andthefield-effecttransistor(FET)areschematicallyillustratedinFigure2.1.Thisfigureshowsboththesiliconstructuresoftheseelementsandtheirgraphicalsymbolicrepresentationaswouldbeseeninacircuitdiagram.TheBJTshownisanNPNtransistor,becauseitiscomposedofasandwichofN-P-Ndopedsilicon.Whenasmallcurrentisinjectedintothebaseterminal,alargercurrentisenabledtoflowfromthecollectortotheemitter.TheFETshownisanN-channelFET,whichiscomposedoftwoN-typeregionsseparatedbyaP-typesubstrate.Whenavoltageisappliedtotheinsulatedgateterminal,acurrentisenabledtoflowfromthedraintothesource.ItiscalledN-channel,becausethegatevoltageinducesanN-channelwithinthesubstrate,enablingcurrenttoflowbetweentheN-regions.Anotherbasicsemiconductorstructureisadiode,whichisformedsimplybyajunctionofN-typeandP-typesilicon.Diodesactlikeone-wayvalvesbyconductingcurrentonlyfromPtoN.Specialdiodescanbecreatedthatemitlightwhenavoltageisapplied.Appropriatelyenough,thesecomponentsarecalledlightemittingdiodes,orLEDs.Thesesmalllightsaremanufacturedbythemillionsandarefoundindiverseapplicationsfromtelephonestotrafficlights.Theresultingsmallchipofsemiconductormaterialonwhichatransistorordiodeisfabricatedcanbeencasedinasmallplasticpackageforprotectionagainstdamageandcontaminationfromtheout-sideworld.Smallwiresareconnectedwithinthispackagebetweenthesemiconductorsandwichandpinsthatprotrudefromthepackagetomakeelectricalcontactwithotherpartsoftheintendedcircuit.Onceyouhaveseveraldiscretetransistors,digitallogiccanbebuiltbydirectlywiringthesecomponentstogether.Thecircuitwillfunction,butanysubstantialamountofdigitallogicwillbeverybulky,becauseseveraltransistorsarerequiredtoimplementeachofthevarioustypesoflogicgates.Atthetimeoftheinventionofthetransistorin1947byJohnBardeen,WalterBrattain,andWilliamShockley,theonlywaytoassemblemultipletransistorsintoasinglecircuitwastobuyseparatediscretetransistorsandwirethemtogether.In1959,JackKilbyandRobertNoyceindependentlyinventedameansoffabricatingmultipletransistorsonasingleslabofsemiconductormaterial.Theirinventionwouldcometobeknownastheintegratedcircuit,orIC,whichisthefoundationofourmoderncomputerizedworld.AnICissocalledbecauseitintegratesmultipletransistorsanddiodesontothesamesmallsemiconductorchip.Insteadofhavingtosolderindividualwiresbetweendiscretecomponents,anICcontainsmanysmallcomponentsthatarealreadywiredtogetherinthedesiredtopologytoformacircuit.AtypicalIC,withoutitsplasticorceramicpackage,isasquareorrectangularsilicondiemeasuringfrom2to15mmonanedge.DependingontheleveloftechnologyusedtomanufacturetheIC,theremaybeanywherefromadozentotensofmillionsofindividualtransistorsonthissmallchip.Thisamazingdensityofelectroniccomponentsindicatesthatthetransistorsandthewiresthatconnectthemareextremelysmallinsize.DimensionsonanICaremeasuredinunitsofmicrometers,withonemicrometer(1mm)beingonemillionthofameter.Toserveasareferencepoint,ahumanhairisroughly100mmindiameter.SomemodernICscontaincomponentsandwiresthataremeasuredinincrementsassmallas0.1mm!Eachyear,researchersandengineershavebeenfindingnewwaystosteadilyreducethesefeaturesizestopackmoretransistorsintothesamesiliconarea,asindicatedinFigure2.2.WhenanICisdesignedandfabricated,itgenerallyfollowsoneoftwomaintransistortechnologies:bipolarormetal-oxidesemiconductor(MOS).BipolarprocessescreateBJTs,whereasMOSprocessescreateFETs.Bipolarlogicwasmorecommonbeforethe1980s,butMOStechnologieshavesinceaccountedthegreatmajorityofdigitallogicICs.N-channelFETsarefabricatedinanNMOSprocess,andP-channelFETsarefabricatedinaPMOSprocess.Inthe1980s,complementary-MOS,orCMOS,becamethedominantprocesstechnologyandremainssotothisday.CMOSICsincorporatebothNMOSandPMOStransistors.ApplicationSpecificIntegratedCircuitAnapplication-specificintegratedcircuit(ASIC)isanintegratedcircuit(IC)customizedforaparticularuse,ratherthanintendedforgeneral-purposeuse.Forexample,achipdesignedsolelytorunacellphoneisanASIC.Incontrast,the7400seriesand4000seriesintegratedcircuitsarelogicbuildingblocksthatcanbewiredtogetherforuseinmanydifferentapplications.Asfeaturesizeshaveshrunkanddesigntoolsimprovedovertheyears,themaximumcomplexity(andhencefunctionality)possibleinanASIChasgrownfrom5,000gatestoover100million.ModernASICsoftenincludeentire32-bitprocessors,memoryblocksincludingROM,RAM,EEPROM,Flashandotherlargebuildingblocks.SuchanASICisoftentermedaSoC(System-on-Chip).DesignersofdigitalASICsuseahardwaredescriptionlanguage(HDL),suchasVerilogorVHDL,todescribethefunctionalityofASICs.Field-programmablegatearrays(FPGA)arethemoderndayequivalentof7400serieslogicandabreadboard,containingprogrammablelogicblocksandprogrammableinterconnectsthatallowthesameFPGAtobeusedinmanydifferentapplications.Forsmallerdesignsand/orlowerproductionvolumes,FPGAsmaybemorecosteffectivethananASICdesign.Thenon-recurringengineeringcost(thecosttosetupthefactorytoproduceaparticularASIC)canrunintohundredsofthousandsofdollars.ThegeneraltermapplicationspecificintegratedcircuitincludesFPGAs,butmostdesignersuseASIConlyfornon-fieldprogrammabledevicesandmakeadistinctionbetweenASICandFPGAs.肌Hi誕st鞋or鞭y藥Th布e迅in蜘it箏ia損l尊AS浴IC腫s中us攀ed虧g嚇at紐e叛ar稱ra策y出te輔ch歇no鞏lo沉gy舒.艷Fe件rr圾an磁ti純p鉆ro泥du妹ce緩d獅pe贈rh燕ap炒s捎th哥e謀fi身rs微t匯ga浙te刑-a冤rr漆ay賺,灶th繩e己UL瑞A巴(U妄nc烈om妥mi降tt胃ed搭L狡og趕ic惰A您rr隆ay手),先a案ro滴un世d慮19泛80胳.讀Cu爺st鍵om背iz忽at笨io君n若oc劇cu械rr隨ed歷b圖y某va晉ry貿(mào)in甚g反th栽e萌me媽ta崗l賺in同te明rc復(fù)on制ne襯ct露m缺as傾k.幣U暫LA命s尿ha效d夢co仍mp紐le顫xi全ti糊es琴o重f擦up業(yè)t財o沫a捏fe宰w說th據(jù)ou離sa帥nd夕g艘at毯es恐.獨La睜te唯r牽ve君rs春io宇ns清b它ec俱am塌e年mo色re嚼g減en戒er提al找iz折ed痕,斜wi碌th如d業(yè)if矮fe譯re介nt鍋b棚as數(shù)e虧di先es輝c輸us仁to父mi紅ze精d產(chǎn)by糕b芳o(jì)t蛇h撒me蕩ta響l藥an黎d逐po重ly孟si蹄li廣co絲n哨la挖ye陡rs慚.聚So卷me蟻b房as誠e繭di烏es厲i析nc鐵lu灰de唇R花AM戀e添le劫me柜nt板s.惹St蛛an販da蕩rd油c挎el腦l英de由si窮gn擋In稠t沃he肉m婆id繳1炭98贊0s縱a備d歌es號ig竭ne鬼r撥wo屈ul廳d牲ch雖oo算se棗a站n甜AS循IC歸m漫an灣uf債ac楊tu隊re尚r窯an狡d采im察pl捎em江en蟲t哪th代ei攪r湖de厲si德gn灘u惕si扇ng中t紛he招d顫es舟ig致n色to掛ol乳s標(biāo)av顯ai譯la杠bl布e估fr智om采t暢he循m湖an鴨uf洲ac疼tu惕re開r.悟W卡hi閃le朝t五hi企rd評p依ar爺ty靜d暗es斤ig擋n唯to都o(jì)l奔s避we虹re扶a漆va會il塵ab后le跳,積th外er存e階wa芒s灣no凳t汗an季e型ff跟ec傘ti疤ve錄l獻in袖k波fr耍om侄t連he頁t錄hi罵rd矩p習(xí)ar靠ty春d品es猾ig扣n柿to染ol足s射to羽t鼠he灣l野ay遍ou竊t嗎an個d牽ac蜘tu她al逐s阻em話ic蝴on貝du孔ct拿or繡p怖ro促ce筋ss藏p潮er譽fo懂rm往an斥ce導(dǎo)c游ha岸ra帥ct綠er魯is竄ti懲cs輛o豎f他th烏e消va餓ri辰ou殃s欄AS蠟IC膜m答an捐uf豐ac蹤tu艇re秩rs久.M按os僅t距de渾si沖gn辣er較s喘en旁de常d兔up家u獎si李ng李f灑ac戶to子ry揮s宏pe屆ci趟fi鵲c萍to敘ol甲s慎to嘴c韻om愉pl惱et寄e率th應(yīng)e丑im滅pl些em隨en鈔ta舉ti礦on卡o莫f印th延ei膛r寸de湖si雁gn背s.幕A倆s損ol腎ut快io敘n幼to隊t啟hi案s映pr漫ob遣le志m跌th費at航a瘋ls正o無yi露el蔑de急d開a閱mu銀ch茶h贊ig寇he蛛r淹de欣ns誓it裁y書de杰vi陸ce販w遺as地t犯he些i陶mp于le駱me穗nt殖at互io厲n誓of堪S婆ta撫nd輛ar堅d顆Ce滑ll路s.袋E仗ve臟ry貢A沸SI遵C朗ma午nu算fa祥ct亂ur鑒er厘c狗ou希ld狀c盒re堅at慌e斬fu漠nc羅ti帽on田al諷b伙lo提ck油s寶wi愉th垮k拔no違wn塔e彈le正ct卷ri番ca套l獨ch輪ar威ac肯te套ri孕st近ic東s,活s遷uc途h覺as描p來ro爪pa旅ga昨ti喬on切d毛el下ay蟻,廣ca促pa狀ci伸ta季nc灰e恰an算d隸in慎du近ct顆an業(yè)ce飾;穿th愉at囑c孕ou桿ld全a郵ls詳o聚be臺r襲ep職re態(tài)se妙nt推ed鉤i妙n生th蝕ir速d剪pa大rt字y陡to克ol段s.助St棒an挽da舉rd燙c舍el魄l昏de聰si伐gn閱i構(gòu)s場th度e扒ut謊il追iz輕at程io晃n狼of棋t躍he魔se括f嗽un忌ct萬io植na選l籍bl恩oc蕩ks暢t掏o武ac色hi房ev桐e獨ve懷ry衡h四ig狗h鐘ga惜te個d傅en殊si養(yǎng)ty便a忙nd舌g推oo摸d魄el句ec慣tr踩ic堅al騰p抓er垂fo水rm陡an壓ce四.夸St林an宵da庫rd霸c流el膛l灶de峽si患gn鑄f惕it閘s仿be那tw殼ee歲n總Ga既te康A(chǔ)覺rr適ay馬a默nd胡F定ul殲l胃Cu損st厘om喊d陣es勵ig帆n旬in及t傅er陪ms扎o商f愈bo塊th奇i撞ts厲N壽RE版(雖No乖n-悲Re糞cu溫rr梁in稈g麗En驅(qū)gi態(tài)ne界er醉in云g)備a搬nd胖r普ec悟ur路ri踩ng攪c部om絞po之ne辯nt巖c診os漢t.惜By技t啦he東l俱at德e汁19量80躬s,捆l印og敲ic識s獻yn踐th授es種is傳t錫oo飄ls辦,適su蛋ch秤a鐘s惕De程si捏gn央C丈om駐pi哥le最r,臭b鵝ec驢am其e乒av遭ai像la壤bl滅e.拴S拜uc坑h務(wù)to嶄ol果s栽co妄ul津d旗co圾mp鋼il棗e綁HD養(yǎng)L內(nèi)de杏sc濃ri摸pt務(wù)io督ns撲i幻nt抹o屯a山ga攻te制-l碑ev屯el仔n丈et挎li卷st烏.冶Th烤is您e沒na朗bl劇ed題a丙s便ty謹(jǐn)le裝o胳f廳de理si異gn興c久al醬le幫d貴st復(fù)an煮da霧rd街-c霸el習(xí)l步de達si缺gn細.區(qū)St環(huán)an薄da校rd紅-c杜el建l誘In淘te洋gr轉(zhuǎn)at駱ed滑C污ir魂cu巾it束s鉗(I寸Cs資)差ar瓦e謊de側(cè)si座gn賤ed罪i貞n游th泳e形fo忌ll餓ow蘋in儀g驗co脊nc低ep汽tu奸al羨s活ta算ge軍s,魂a厭lt兵ho惜ug稼h渡th駕es揮e項st助ag綿es刑o鐮ve氧rl隙ap矩s練ig嗚ni電fi屑ca脖nt奸ly械i斥n旗pr等ac裕ti諸ce訂.升Th沙es炊e眾st繳ep寸s,累i慣mp啟le飲me它nt厚ed浪w椒it絲h食a倍le條ve葬l銳of廣s遲ki艱ll撐c熊om緩mo謠n蠢in角t遙he泡i胞nd唱us習(xí)tr與y,竊a糠lm膠os鏟t丑al常wa討ys容p棵ro娛du形ce州a常f她in善al梯d逆ev智ic則e站th爪at羨c飼or蛛re桶ct勸ly治i鵲mp踏le辦me朝nt展s窩th骨e押or柜ig拔in喂al樣d稻es浮ig奮n,但u畫nl淋es神s殿fl波aw西s隔ar戰(zhàn)e沈la金te蓬r選in槐tr拌od增uc餃ed閱b案y續(xù)th山e斤ph弓ys櫻ic湊al鉛f租ab稻ri竊ca耀ti犯on測p鬼ro洋ce菊ss偶.訴A胞te濁am盡o灶f賠de總si匙gn務(wù)e扶ng并in怎ee豎rs飛s誓ta岡rt壇s霜wi煌th導(dǎo)a作n堡on蒙-f磁or延ma語l盤un筒de悄rs膏ta裳nd欣in防g抽of鍬t榴he橫r筒eq舌ui胃re釣d昏fu低nc當(dāng)ti客on摟s酬fo富r懷a親ne頓w有AS單IC呀,帖us坊ua孟ll咬y個de持ri這ve新d乎fr岸om旺r臉eq佛ui柜re藍me羽nt架s鋤an刑al遲ys赴is躬.模*T須he作d首es浩ig第n異te脈am種c念on漂st暖ru渾ct偏s疤a柜de容sc湊ri躁pt抵io芬n仗of輛a員n皂AS做IC條t僅o銳ac云hi過ev絮e喜th供es早e菠go魄al所s冰us椒in槳g糞an襲H上DL素.淋Th憶is京p瞇ro夫ce截ss蜘i鮮s麗an燭al以og防ou宇s疊to糞w信ri糞ti或ng設(shè)a兔c律om借pu原te對r報pr易og都ra潤m僚in繞a路h帆ig滔h-型le危ve說l握la愚ng吸ua抓ge姿.虜Th朋is德i作s釀us沙ua題ll湖y嶄ca那ll距ed緩t辟he下R蔑TL恩(兆re恥gi傘st權(quán)er拾t閑ra徒ns秩fe拖r母le映ve楚l)宰d壞es扎ig乏n.仍聞*S累ui乳ta辭bi去li鍋ty剝f女or孫p碎ur輛po引se組i告s擠ve融ri窮fi浩ed僚b內(nèi)y反si弄mu衫la遙ti斷on沃.勝A堵vi概rt者ua管l塘sy途st箭em狗c兼re諸at沈ed泉i衰n釋so環(huán)ft省wa翠re逃,睬us榮in涉g珍a禮to撥ol剪s猶uc艷h篩as慕V昌ir月tu旬te載ch趙’s香S英im祥ic毯s,進c鮮an籌s障im鋸u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