《集成電路的直流特性》課件

集成電路的直流特性本課件將深入探討集成電路的直流特性，從基本原理到應(yīng)用，為理解集成電路的工作方式提供全面概述。集成電路簡(jiǎn)介定義集成電路(IC)是一種將多個(gè)電子元件，如晶體管、電阻器、電容器等集成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上的微型電子電路。優(yōu)點(diǎn)體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、集成度高。集成電路的基本工作原理1半導(dǎo)體材料硅、鍺等材料2PN結(jié)形成二極管3晶體管放大信號(hào)4集成電路多個(gè)元件集成電壓源和電流源電壓源提供穩(wěn)定的電壓，電流大小可變。電流源提供穩(wěn)定的電流，電壓大小可變。歐姆定律V電壓電路中的電勢(shì)差I(lǐng)電流單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體的電荷量R電阻導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙程度串聯(lián)電路特點(diǎn)電流相同、電壓分壓、電阻相加應(yīng)用分壓器、串聯(lián)式LED燈并聯(lián)電路特點(diǎn)電壓相同、電流分流、電導(dǎo)相加應(yīng)用分支電路、并聯(lián)式LED燈二極管的工作原理1PN結(jié)正向偏置導(dǎo)通，反向偏置截止2單向?qū)щ妰H允許電流從PN結(jié)的正極流向負(fù)極3應(yīng)用整流、開(kāi)關(guān)、限幅等二極管的靜態(tài)特性正向特性正向偏置時(shí)，電流隨電壓增加而迅速增大反向特性反向偏置時(shí)，電流很小，幾乎為零二極管的應(yīng)用1整流將交流電轉(zhuǎn)換為直流電2開(kāi)關(guān)控制電流的通斷3限幅限制信號(hào)的幅度4保護(hù)防止過(guò)電壓、過(guò)電流三極管的工作原理1NPN型發(fā)射極到集電極的電流放大2PNP型發(fā)射極到集電極的電流放大3放大通過(guò)控制基極電流來(lái)控制集電極電流三極管的靜態(tài)特性電流放大倍數(shù)集電極電流與基極電流的比值靜態(tài)工作點(diǎn)在輸出特性曲線上的工作點(diǎn)三極管的放大電路共發(fā)射極輸入信號(hào)加在基極，輸出信號(hào)從集電極獲取共集電極輸入信號(hào)加在基極，輸出信號(hào)從發(fā)射極獲取共基極輸入信號(hào)加在發(fā)射極，輸出信號(hào)從集電極獲取運(yùn)算放大器的工作原理1高增益輸入信號(hào)微小變化，輸出信號(hào)顯著放大2負(fù)反饋將輸出信號(hào)反饋到輸入端，控制增益3應(yīng)用放大、濾波、信號(hào)處理等運(yùn)算放大器的靜態(tài)特性開(kāi)環(huán)增益無(wú)反饋時(shí)的增益，通常非常大輸入失調(diào)電壓輸入端電壓為零時(shí)，輸出端電壓不為零運(yùn)算放大器的應(yīng)用1放大放大音頻信號(hào)、微弱信號(hào)等2濾波去除信號(hào)中的噪聲和干擾3信號(hào)處理進(jìn)行信號(hào)的加、減、乘、除運(yùn)算數(shù)字電路的基本邏輯門(mén)與門(mén)只有所有輸入信號(hào)都為真，輸出才為真或門(mén)只要有一個(gè)輸入信號(hào)為真，輸出就為真非門(mén)輸入為真，輸出為假，反之亦然CMOS邏輯門(mén)電路1PMOS管P型半導(dǎo)體材料制成2NMOS管N型半導(dǎo)體材料制成3邏輯運(yùn)算通過(guò)PMOS管和NMOS管的導(dǎo)通和截止實(shí)現(xiàn)CMOS邏輯電路的靜態(tài)特性高電平輸出PMOS管導(dǎo)通，NMOS管截止低電平輸出PMOS管截止，NMOS管導(dǎo)通CMOS邏輯電路的動(dòng)態(tài)特性1上升時(shí)間輸入信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出信號(hào)從低電平上升到高電平所需的時(shí)間2下降時(shí)間輸入信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出信號(hào)從高電平下降到低電平所需的時(shí)間3傳播延時(shí)輸入信號(hào)發(fā)生變化到輸出信號(hào)發(fā)生變化所需的時(shí)間CMOS工藝制造技術(shù)硅片制備生長(zhǎng)硅晶體，切割和拋光光刻使用光刻機(jī)在硅片上曝光電路圖案刻蝕去除不需要的材料，形成電路結(jié)構(gòu)離子注入向硅片中注入雜質(zhì)，形成PN結(jié)金屬化連接電路，形成導(dǎo)線封裝測(cè)試封裝芯片，進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估電磁兼容性分析EMI集成電路產(chǎn)生的電磁干擾，可能影響其他設(shè)備EMS集成電路對(duì)外部電磁干擾的敏感程度功耗分析1靜態(tài)功耗電路處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的功耗2動(dòng)態(tài)功耗電路處于工作狀態(tài)時(shí)的功耗，主要由開(kāi)關(guān)電流造成3功耗優(yōu)化降低靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗，提高能效熱管理技術(shù)散熱片增加芯片表面積，增強(qiáng)熱傳遞風(fēng)扇強(qiáng)制空氣流動(dòng)，帶走熱量熱管利用相變傳遞熱量可靠性分析MTBF平均無(wú)故障時(shí)間，衡量產(chǎn)品壽命失效率產(chǎn)品在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率失效機(jī)理分析1電遷移導(dǎo)線中電流過(guò)大，導(dǎo)致金屬原子遷移2熱疲勞溫度變化導(dǎo)致材料反復(fù)膨脹和收縮，引起失效3靜電放電靜電放電對(duì)器件造成破壞器件測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)功能測(cè)試驗(yàn)證器件的功能是否正常參數(shù)測(cè)試測(cè)量器件的電氣參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)集成電路設(shè)計(jì)流程1系統(tǒng)設(shè)計(jì)定義電路功能和性能指標(biāo)2邏輯設(shè)計(jì)使用邏輯門(mén)和邏輯運(yùn)算符構(gòu)建電路3電路設(shè)計(jì)選擇合適的器件和電路結(jié)構(gòu)4布局布線將電路元件放置在芯片上，連接導(dǎo)線5仿真驗(yàn)證模擬電路行為，確保設(shè)計(jì)正確6芯片制造使用CMOS工藝制造芯片7封裝測(cè)試封裝芯片，進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估集成電路設(shè)計(jì)軟件工具1EDA工具用于電路設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證2模擬仿真軟件進(jìn)行電路模擬和參數(shù)分析3布局布線軟件設(shè)計(jì)芯片的布局和布線集成電路制造工藝流程1硅片制備生長(zhǎng)硅晶體，切割和拋光2光刻使用光刻機(jī)在硅片上曝光電路圖案3刻蝕去除不需要的材料，形成電路結(jié)構(gòu)4離子注入向硅片中