《微電子技術基礎》課件

《微電子技術基礎》歡迎來到《微電子技術基礎》課程！課程概述目標掌握微電子技術的基本理論和應用，為后續(xù)學習和研究奠定基礎。內(nèi)容涵蓋集成電路、器件、放大電路、邏輯電路、存儲器、模數(shù)轉換等內(nèi)容。微電子技術的發(fā)展歷程11947年晶體管的發(fā)明，開啟了微電子技術時代。21958年第一個集成電路誕生，標志著微電子技術的重大突破。31971年第一塊微處理器問世，改變了電子設備的形態(tài)和功能。420世紀80年代至今超大規(guī)模集成電路技術不斷發(fā)展，推動著計算機、通信等領域的發(fā)展。集成電路的基本結構襯底集成電路的核心材料，通常是硅。氧化層起絕緣作用，保護襯底并作為器件的隔離層。擴散層通過摻雜形成不同的半導體區(qū)域，構成器件的關鍵部分。金屬層連接不同器件，形成電路連接。p-n結的特性1PN結形成電壓勢壘。2正向偏置降低勢壘，電流可以通過。3反向偏置提高勢壘，電流無法通過。二極管的工作原理正向偏置電流可以通過，二極管導通。反向偏置電流無法通過，二極管截止。二極管的應用整流將交流電轉換為直流電。限幅限制電路中的電壓，防止過高或過低。保護防止電流反向流動，保護電路。開關控制電流的通斷。晶體管的基本結構發(fā)射極發(fā)射電流，提供多數(shù)載流子?；鶚O控制電流的流動，放大信號。集電極收集發(fā)射極的電流，輸出放大后的信號。晶體管的工作原理1基極電流控制集電極電流的流動。2放大倍數(shù)集電極電流遠大于基極電流。3放大信號輸入小信號，輸出放大后的信號。放大電路的基本特性1增益放大倍數(shù)，表示輸出信號與輸入信號的比值。2帶寬放大電路能夠正常工作的頻率范圍。3線性度放大電路對輸入信號的響應是否線性。4噪聲放大電路本身產(chǎn)生的隨機信號。放大電路的設計選擇晶體管根據(jù)電路的應用選擇合適的晶體管類型。選擇電阻根據(jù)電路的需要設置合適的電阻值。選擇電容根據(jù)電路的頻率特性選擇合適的電容值。電路連接將各個元件連接成完整的電路，保證電路正常工作。運算放大器的基本概念高增益運算放大器具有極高的放大倍數(shù)。高輸入阻抗輸入電流非常小，幾乎不從信號源中汲取電流。低輸出阻抗輸出電流可以驅動較大的負載。運算放大器的應用反相放大輸出信號與輸入信號相位相反。同相放大輸出信號與輸入信號相位相同。差動放大放大兩個輸入信號之間的差值。邏輯門電路的基本概念與門當所有輸入都為高電平時，輸出才為高電平?；蜷T當至少有一個輸入為高電平時，輸出就為高電平。非門輸入信號的取反。組合邏輯電路的設計時序邏輯電路的基本概念1記憶功能能夠存儲信息，并根據(jù)輸入信號改變狀態(tài)。2時鐘信號時序邏輯電路的工作需要時鐘信號控制。3狀態(tài)轉移時序邏輯電路的狀態(tài)會根據(jù)輸入信號和時鐘信號而改變。觸發(fā)器電路的工作原理1SR觸發(fā)器由置位和復位信號控制狀態(tài)。2D觸發(fā)器將數(shù)據(jù)信號存儲在觸發(fā)器中。3JK觸發(fā)器能夠實現(xiàn)計數(shù)、分頻等功能。計數(shù)器電路的基本構成異步計數(shù)器各個觸發(fā)器之間相互影響，形成計數(shù)。同步計數(shù)器各個觸發(fā)器由同一個時鐘信號控制。移位寄存器電路的工作原理串行輸入數(shù)據(jù)以串行的方式輸入移位寄存器。并行輸出數(shù)據(jù)以并行的方式輸出從移位寄存器。移位功能數(shù)據(jù)在寄存器中按位移動。存儲器的基本結構地址譯碼器將地址信號轉換為相應的存儲單元地址。存儲單元陣列存儲數(shù)據(jù)的物理單元。讀寫電路控制數(shù)據(jù)讀寫操作。數(shù)據(jù)緩沖器臨時存放數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。存儲器的分類和特點RAM隨機存取存儲器，用于存儲正在運行的程序和數(shù)據(jù)。ROM只讀存儲器，用于存儲固定的程序和數(shù)據(jù)。Flash閃存，可以反復擦寫，常用于存儲系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)。模數(shù)轉換器的基本原理采樣將連續(xù)的模擬信號轉換為離散的數(shù)字信號。量化將模擬信號的幅度轉換為離散的數(shù)字值。編碼將量化后的數(shù)字值轉換成二進制編碼。數(shù)模轉換器的基本原理1數(shù)字信號輸入的二進制編碼信號。2解碼將二進制編碼轉換為相應的電壓或電流。3重建信號將解碼后的電壓或電流轉換為模擬信號。微控制器的基本結構中央處理器（CPU）執(zhí)行程序，控制整個系統(tǒng)的運作。存儲器存儲程序和數(shù)據(jù)，包括RAM、ROM、Flash等。輸入/輸出接口連接外部設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出。定時器/計數(shù)器用于控制時間間隔和計數(shù)操作。微控制器的編程1匯編語言低級語言，直接控制硬件，效率高。2高級語言易于學習，方便編寫復雜的程序。3集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能。微電子技術在應用領域的發(fā)展移動設備微電子技術是智能手機、平板電腦等移動設備的核心。計算機微電子技術是計算機的核心，推動著計算能力的不斷提升。汽車微電子技術應用于汽車的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)等。微電子技術的未來發(fā)展趨勢摩爾定律集成電路的集成度將繼續(xù)提升，器件尺寸不斷縮小。人工智能微電子技術將推動人工智能的發(fā)展，實現(xiàn)更高效的計算和處理能力。物聯(lián)網(wǎng)微電子技術將實現(xiàn)萬物互聯(lián)，構建更加智能化的世界