1、李哲英李哲英北京联合大学信息学院北京联合大学信息学院北京联合大学微电子应用技术研究所北京联合大学微电子应用技术研究所北京交通大学电子工程系北京交通大学电子工程系集成电路：集成电路：1）具有独立功能的电路器件）具有独立功能的电路器件2）用集成技术制作在一个芯片中的独立电子器件）用集成技术制作在一个芯片中的独立电子器件3）易于使用、性能良好、参数稳定、易于推广）易于使用、性能良好、参数稳定、易于推广4）体积小）体积小具有复杂结构的电子器件具有复杂结构的电子器件集成电路的基本特征集成电路的基本特征集成电路分类集成电路分类1. 简化了电子系统设计与调试简化了电子系统设计与调试2. 提高了电路性能提高了
2、电路性能3. 提高了电路标准化程度提高了电路标准化程度4. 缩小了电路体积缩小了电路体积每一个集成电路都是一个复杂的电子系统每一个集成电路都是一个复杂的电子系统集成电路的基本特征集成电路的基本特征集成电路是复杂电子系统集成电路是复杂电子系统集成电路的基本特征集成电路的基本特征集成电路分类集成电路分类模拟集成电路模拟集成电路集成电路分类集成电路分类数字集成电路：数字集成电路： 逻辑门电路、逻辑门电路、FPGA/CPLD、存储器、存储器、MCU、MPU、DSP器件等器件等集成电路分类集成电路分类混合信号集成电路：混合信号集成电路： 各种专用集成电路，如电话器件、各种专用集成电路，如电话器件、ADC
3、/DAC SoC器件等器件等ROM/RAMA/DPLAI/O转换数据通路压焊块第一层金属第二层金属通孔随机逻辑模拟集成电路的基本结构模拟集成电路的基本结构 输入模块 输入信号 输出模块 输出信号 电源模块 控制/补偿模块 保护模块 功能模块 数字集成电路的基本结构数字集成电路的基本结构 信号输入及输入保护模块 逻辑功能模块 信号输出及输出保护模块 电源电路 输入 1 S0 SEL S1 反馈选择 S LU 输出选择 置位 CLK 复位 D C Q Q S R 宏单元 FPGA/CPLD的宏单元的宏单元模拟集成电路的基本电路模块模拟集成电路的基本电路模块 (a) 共射极电路模块 (b) 共基极电
4、路模块 (c) 共集电极电路模块 Rc VCC Rb1 Rb2 Re Re Rb VCC VCC Rb1 Rb2 Rc vo vi VDD vo vi Q1 Q2 Q3 Q2 Q1 (a) 增强型 MOS 管作为漏极电阻 (b) 电流镜作为漏极电阻 Ibias VDD VDD 单管放大器模块单管放大器模块模拟集成电路的基本电路模块模拟集成电路的基本电路模块 vo vi VDD vo vi Q1 Q2 Q3 Q2 Q1 (a) 增强型 MOS 管作为漏极电阻 (b) 电流镜作为漏极电阻 Ibias VDD VDD 单管放大器模块单管放大器模块 vo vi Q3 Q2 Q1 Ibias vo Vb
5、ias Q3 Q2 Q1 Ibias vi 模拟集成电路的基本电路模块模拟集成电路的基本电路模块差分放大器模块差分放大器模块 id4 is1 T1 T2 vo + - + - vi1 vi2 T3 T4 Is1 is1 is1 Ibias VCC Rc Rc ic2 ic1 T1 T2 vo + - + - + - vi1 vi2 ie VEE 模拟集成电路的基本电路模块模拟集成电路的基本电路模块电流镜模块电流镜模块 T1 T2 T3 T4 Io Iin 输出电路模块输出电路模块 R VCC T3 T2 T1 数字集成电路的基本电路模块数字集成电路的基本电路模块基本逻辑门基本逻辑门 A +5V
6、 B R3 R2 R1 R4 Y D T1 T2 T3 T4 A VDD PMOS 管 NMOS 管 B Y 数字集成电路的基本电路模块数字集成电路的基本电路模块基本逻辑门基本逻辑门N-WellP-SubstrateP N P N N-ChannelP-ChannelLWLINGNDOUTVddSGDDGS数字集成电路的基本电路模块数字集成电路的基本电路模块触发器触发器VDDoutVSSbaainb数字集成电路的基本电路模块数字集成电路的基本电路模块模块电路特性模块电路特性电路类型电路类型输出电平输出电平输入电平输入电平电源电源频率频率集成度集成度功耗功耗TTL2.4/0.42.0/0.854
7、MMHLVTTL2.4/0.42.0/0.83.38MMHCMOS4.4/0.53.6/1.552MLLHCMOS4.4/0.53.6/1.5510MHLHCMOS4.4/0.53.6/1.53.316MHL半导体存储器的基本概念半导体存储器的基本概念一种特殊的数字电路器件，可把输入的二进制电平信息保一种特殊的数字电路器件，可把输入的二进制电平信息保存下来，并可以在一定的条件下再发送出去存下来，并可以在一定的条件下再发送出去存储单元的基本结构存储单元的基本结构半导体存储器的基本概念半导体存储器的基本概念顺序存取存储器（顺序存取存储器（Sequential Access Memory，SAM）数
8、据的写入或读出是按顺序进行：数据的写入或读出是按顺序进行：1）先进先出（）先进先出（FIFO）2）先进后出（）先进后出（FILO）随机存取存储器（随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）数据可以在任何时间写入到存储器的任意单元，数据可以在任何时间写入到存储器的任意单元，或者可以在任何时间从存储器的任意单元读取。或者可以在任何时间从存储器的任意单元读取。 SRAM（静态随机存储器）（静态随机存储器）DRAM（动态随机存储器）（动态随机存储器） 半导体存储器的基本概念半导体存储器的基本概念只读存储器（只读存储器（Read-Only Memory，ROM）1）无需电源即可长
9、期保存数据）无需电源即可长期保存数据2）由电路结构确定所保存的数据）由电路结构确定所保存的数据EPROM：紫外线照射下擦除数据的存储器，：紫外线照射下擦除数据的存储器， 需要专用数据写入设备需要专用数据写入设备PROM (可编程可编程ROM):半导体存储器的基本概念半导体存储器的基本概念EEPROM：电可擦除数据的存储器，不需要：电可擦除数据的存储器，不需要 专用数据写入设备，专用数据写入设备，Flash是新型是新型 的电可擦除存储器的电可擦除存储器PROM (可编程可编程ROM):半导体存储器的基本参数：半导体存储器的基本参数：存储容量、写入电压、读写速度存储容量、写入电压、读写速度存储单元
10、的基本结构存储单元的基本结构SRAM WL BL BL VDD T1 T2 T4 T3 T5 T6 Q Q DRAM WL BL T1 C1 CB 存储单元的基本结构存储单元的基本结构ROM 1电路 1 1 0电路 WL BL BL BL BL BL VDD WL WL WL WL WL VDD VDD BL (a) 二极管 (b) 三极管 (c) MOS管 存储单元的基本结构存储单元的基本结构PROM (a) WL BL (b) WL BL (c) WL BL (d) WL BL (e) WL BL WL BL FPGA与与CPLD器件器件FPGA与与CPLD器件器件可编程逻辑器件的基本结构
11、可编程逻辑器件的基本结构 其他输入和反馈 输出控制信号 & 1 & & & 1 1 Ii 逻辑单元 去输出缓冲器或 其他单元电路 输出反馈 可编程逻辑器件的基本结构可编程逻辑器件的基本结构 A B C D E F G 反馈输入 X 反馈输入 Y 组合逻辑 LUT 输入 1 S0 SEL S1 反馈选择 S LU 输出选择 置位 CLK 复位 D C Q Q S R 宏单元 CPLD器件的基本结构器件的基本结构 全局总线 局部 PLD 模块 FPGA器件的基本结构器件的基本结构 I/O 模块 IOB 可配置逻辑模块 互连资源 可编程开关矩阵 CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB
12、 CLB CLB PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM PSM 包含有包含有CPU的集成电路的集成电路微处理器微处理器MPU中央处理单元中央处理单元CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部分）是计算机的核心部分 单片机单片机 MCU数字信号处理器数字信号处理器 DSP包含有包含有CPU的集成电路的集成电路微处理器微处理器MPU1）作用是执行所规定的指令）作用是执行所规定的指令2）指令内容包括数据处理和电路控制）指令内容包括数据处理和电路控制3）含有存储器管理、总线、中断等控制电路）
13、含有存储器管理、总线、中断等控制电路 包含有包含有CPU的集成电路的集成电路单片机单片机MCU (Microcontroller)1）作用是执行所规定的指令）作用是执行所规定的指令2）指令内容包括数据处理和电路控制）指令内容包括数据处理和电路控制3）含有存储器管理、总线、中断等控制电路）含有存储器管理、总线、中断等控制电路4）含有其他专用电路）含有其他专用电路 CPU RAM I/O 串行通信 专用电路 A/D 电路 中断处理 内部 总线 电源电路 时钟电路 包含有包含有CPU的集成电路的集成电路数字信号处理器数字信号处理器DSP (digital Signal Processor)1）执行所规定的指令）执行所规定的指令2）指令内容包括数据处理和电路控制）指令内容包括数据处理和电路控制3）含有存储器管理、总线、中断等控制电路）含有存储器管理、总线、中断等控制电路4）含有多条总线）含有多条总线5）含有专用乘）含有专用乘-加电路加电路 DSP 器件 ROM RAM 串行通信 D/A 电路 A/D 电路 人机 交互接口 输出驱动 输入处理 外部存储器总线 电源电路
