元器件識別與選用 第8章 半導(dǎo)體集成元件

8.1集成電路分類表8-1-1常用集成電路分類分類方法分類說明按功能結(jié)構(gòu)分類模擬集成電路模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(指幅度隨時間變化的信號，例如半導(dǎo)體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等)。數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(指在時間和幅度上離散取值的信號，例如VCD、DVD重放的音頻信號和視頻信號)。按集成度高低分類小規(guī)模集成電路集成度為100個元件以內(nèi)或10個門電路以內(nèi)中規(guī)模集成電路集成度為100～1000個元件或10～100個門電路大規(guī)模集成電路集成度為1000～10000個元件或100個門電路以上超大規(guī)模集成電路集成度為10萬個元件以上或1萬個門電路以上8.1集成電路分類表8-1-1常用集成電路分類分類方法分類說明按導(dǎo)電類型不同分類雙極型集成電路雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜，功耗較大，有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，有CMOS、NMOS、PMOS等類型。按用途分類音頻、視頻集成電路如音頻放大器、音頻/射頻信號處理器、視頻電路、彩色電視電路、音頻數(shù)字電路等。數(shù)字集成電路如觸發(fā)器、門電器、解碼器、延時器、計數(shù)器、時鐘/多諧振蕩器、分頻器、加法器、乘法器、幅值比較器、算術(shù)邏輯單元等。線性集成電路如放大器、模擬信號處理器、電機控制電路、運算放大器、鎖相環(huán)、電源管理器件、射頻/中頻放大器、傳感器電路、通信器件、定時器、晶體管矩陣、電壓比較器、電壓基準器件、寬帶放大器等。8.1集成電路分類表8-1-1常用集成電路分類分類方法分類說明按用途分類微處理器如微處理器、控制器、單片機電路、數(shù)字信號處理器(DSP)、一般支持芯片、專用支持芯片、特殊微處理器電路等。存儲器如讀寫存儲器RAM、只讀存儲器ROM、字符發(fā)生器、可編程邏輯集成電路、代碼轉(zhuǎn)換器、移位寄存器、動態(tài)存儲器和控制器等。接口電路如緩沖器/驅(qū)動器、線路驅(qū)動器/發(fā)射器、存儲器/時鐘驅(qū)動器、外設(shè)/電源驅(qū)動器、顯示驅(qū)動器、開關(guān)驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、電平轉(zhuǎn)換器、線路接收器、讀出放大器、取樣/保持器、施密特觸發(fā)器、特殊器件即奇偶解碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。光電器件如光電通訊/傳送器件、發(fā)光器件、光電接收器件、光電耦合器、光電開關(guān)器件等。8.2運放8.2.1運放的外形外形內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明對于運放而言，最基本的必須有兩個輸入端，一個輸出端，再加上兩個電源端，則一個運放最少有五個引腳，如SOT23-5封裝的元件。為了降低功耗，常常在不需要使用運放的時候關(guān)閉運放，因此需要一個引腳控制運放的工作，如SOT23-6、SC70-6封裝的元件。8.2運放8.2.1運放的外形外形內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明一些運放為了減小在工作時產(chǎn)生的零點漂移，需要增加調(diào)零端，常見的有DIP-8、SO-8、TSSOP-8封裝元件，當(dāng)然，這些封裝的元件內(nèi)部可能封裝了兩個運放。常將四個運放封裝在一起，組成DIP-14、SO-14、TSSOP-14封裝的形式。8.2運放8.2.2運放的參數(shù)8.2運放8.2.3運放的選擇1．增益帶寬積：根據(jù)電路工作帶寬和所需的增益選擇運放，在選擇時要有適當(dāng)?shù)挠嗔?，在一些元器件廠商提供的仿真軟件中選擇的運放已經(jīng)考慮該項，如選擇的運放在仿真時無法實現(xiàn)所需功能則肯定無法應(yīng)用。2．工作電壓：在某一些場合可能要求運放工作電壓較低或較高，則需選擇特定的運放。3．功耗：在一些要求低功耗供電的場合，如手持設(shè)備則應(yīng)選擇低功耗運放或帶關(guān)斷功能的運放。4．失真和噪聲：在一些微弱信號的放大場合，需要選擇低失真度低噪聲的運放。8.2運放8.2.3運放的選擇5．增益可控：在一些場合可能信號的大小會實時發(fā)生變化，如熱能表回波信號，這時需對運放的增益進行控制，使最終輸出始終維持一定的大小。6．通用性：在滿足要求的情況下應(yīng)選擇通用運放，即市場上常見的運放，有利于生產(chǎn)時購買(或替換)。7．性價比：在滿足性能要求的情況下選擇價格低廉的運放。8．封裝：一般來說，每一款運放均提供了多種封裝供選擇。使用時需要根據(jù)電路板的面積等因素，選擇合適封裝的運放。

8.3電源芯片8.3.1線性穩(wěn)壓芯片的外形、應(yīng)用圖8-3-1常見線性穩(wěn)壓芯片實物8.3電源芯片8.3.2電源用轉(zhuǎn)換芯片的外形、應(yīng)用8.474系列集成電路芯片8.4.174系列的分類系列子系列名稱國家標準型號TTLTTL標準TTL系列54xxx/74xxxHTTL高速TTL系列54Hxxx/74HxxxLTTL低功耗TTL系列54Lxxx/74LxxxSTTL肖特基TTL系列54Sxxx/74SxxxLSTTL低功耗肖特基TTL系列54LSxxx/74LSxxxALSTTL先進低功耗肖特基TTL系列54ALSxxx/74ALSxxxASTTL先進肖特基TTL系列54ASxxx/74ASxxxFTTL快速TTL系列54Fxxx/74FxxxMOSPMOSP溝道場效應(yīng)管系列-NMOSN溝道場效應(yīng)管系列-CMOS互補場效應(yīng)管系列4xxx/14xxxHCMOS高速CMOS系列54HCxxx/74HCxxxHCT與TTL電平兼容的HCMOS系列54HCTxxx/74HCTxxxAC先進的CMOS系列-ACT與TTL電平兼容的AC系列-8.474系列集成電路芯片8.4.274系列的外形圖8-4-1常用74器件外形8.474系列集成電路芯片8.4.274系列的外形圖8-4-2單邏輯門器件8.474系列集成電路芯片8.4.374系列的參數(shù)1．一般直流參數(shù)2．一般開關(guān)參數(shù)3．用于觸發(fā)器的特殊開關(guān)參數(shù)4．噪聲參數(shù)8.5智能器件8.5.1MCU圖8-5-1幾種常見MCU芯片實物圖8.5智能器件8.5.2CPLD圖8-5-2幾種常見CPLD芯片實物圖8.5智能器件8.5.2CPLD圖8-5-3代碼下載實物圖8.5智能器件8.5.3FPGA圖8-5-4常見FPGA芯片實物圖8.5智能器件8.5.4ARM圖8-5-5ARM實物圖8.5智能器件8.5.5DSP圖8-5-6TI的DSP元器件8.6其他常見集成元件8.6.1AD轉(zhuǎn)換器表8-6-1A/D轉(zhuǎn)換器的分類分類說明積分型積分型A/D工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。逐次比較型逐次比較型A/D由一個比較器和D/A轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辨率(<12位)時價格便宜，但高精度(>12位)時價格很高。并行比較型并行比較型A/D采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱Flash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。8.6其他常見集成元件8.6.1AD轉(zhuǎn)換器表8-6-1A/D轉(zhuǎn)換器的分類分類說明串并行比較型串并行比較型A/D結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型A/D轉(zhuǎn)換器配合D/A轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)換，所以稱為HalfFlash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的叫做分級型A/D，而從轉(zhuǎn)換時序角度看又可稱為流水線型A/D，現(xiàn)代的分級型A/D中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類A/D速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。Σ-Δ(Sigma-delta)調(diào)制型Σ-Δ型A/D由積分器、比較器、1位D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。8.6其他常見集成元件8.6.1AD轉(zhuǎn)換器表8-6-1A/D轉(zhuǎn)換器的分類分類說明電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型A/D在內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列D/A轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片A/D轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。壓頻變換型壓頻變換型是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種A/D的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辨率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成A/D轉(zhuǎn)換。8.6其他常見集成元件8.6.2DA轉(zhuǎn)換器表8-6-3D/A轉(zhuǎn)換器的分類分類說明電壓輸出型電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的能力，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗的方式輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速D/A轉(zhuǎn)換器使用。電流輸出型電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負載電阻而進行電流—電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流—電壓轉(zhuǎn)換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOSD/A轉(zhuǎn)換器當(dāng)輸出電壓不為零時不能正確工作，所以必須外接運算放大器。當(dāng)外接運算放大器進行電流電壓轉(zhuǎn)換時，則電路構(gòu)成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在D/A轉(zhuǎn)換器的電流建立時間上加入了運算放大器的延遲，響應(yīng)會變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振，有時必須作相位補償。8.6其他常見集成元件8.6.3半導(dǎo)體存儲器圖8-6-1半導(dǎo)體存儲器分類8.6其他常見集成元件8.6.3半導(dǎo)體存儲器圖8-6-2半導(dǎo)體存儲器實物圖8.6其他常見集成元件8.6.4通信芯片圖8-6-3通信模塊和芯片實物圖8.6其他常見集成元件8.6.5語音芯片圖8-6-4eSH170語音芯片8.6其他常見集成元件8.6.5語音芯片表8-6-5語音芯片的選擇選擇方式說明錄音芯片及放音芯片的選擇語音芯片從使用功能上，基本可以劃分為錄音語音芯片和放音語音芯片。設(shè)計一個使用語音芯片的產(chǎn)品，首先要考慮是否使用錄制現(xiàn)場語音，如需要錄制語音則選用帶有錄音功能的語音芯片，否則就選用只有放音功能的語音芯片。通常帶有錄音功能的語音芯片都具有回放語音的功能，但是在播放語音時，音質(zhì)都沒有專門的放音語音芯片好，所以在選擇語音芯片時要權(quán)衡功能及音質(zhì)等方面的因素。OTPROM、FLASHROM和EEPROM的選擇OTP是指一次性可編程語音芯片，語音只能燒寫一次，適合應(yīng)用在不需要修改語音、語音長度短的場合，從放音的長度上可以分為10秒、20秒、40秒、80秒、170秒、340秒。OTP語音芯片的特點是單芯片方案、價格便宜，適合中小型批量生產(chǎn)，即便是小數(shù)量生產(chǎn)也可以及時拿貨。FLASHROM和EEPROM的共性是可重復(fù)擦寫、存儲空間大，可隨意更換控制方式和語音內(nèi)容，能存儲更大的語音文件。EEPROM通常都會集成在芯片中，此類型語音芯片價格比較昂貴，如ISD1700、ISD2500等。一般可以外掛的FLASHROM有1Mbit～32Mbit，因需要用“語音芯片+FLASH”才能工作，價格比OTP的稍高，但整體售價比EEPROM的低，適合制樣或者中小型批量投產(chǎn)。8.6其他常見集成元件8.6.5語音芯片表8-6-5語音芯片的選擇選擇方式說明MASK掩膜投產(chǎn)MASK投產(chǎn)使得整個語音芯片方案在保持性能、功能不變的情況下成本降低將近一半，且多數(shù)語音芯片在MASK投產(chǎn)不需要更改外圍電路。但MASK投產(chǎn)需要訂單數(shù)量超過2～7萬，否則廠家會收取高額的光罩費，MASK生產(chǎn)時間大概要用1個月左右。其語音時間在5秒～340秒，是大批量投產(chǎn)的最佳選擇?？梢源鎯Ω嗾Z音的SD卡方案SD卡已經(jīng)成為當(dāng)前市場上一大主流存儲載體，以其價格便宜，存儲空間大，可移植性強等優(yōu)點得到大部分廠家青睞。語音芯片也同樣