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集成电路的分类及特点

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苏木丶|  楼主 | 2022-6-14 16:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
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1集成电路的分类及特点


传统的电子电路是由许许多多单个电子元器件在电路底板或印制电路板上用一些线连接组装而成的,这种电路称为分立元器件电路。

随着半导体技术的发展和工艺的进步,20世纪60年代初期,人们在半导体制造工艺的基础上,将二极管、三极管、场效应管、电阻等元器件以及它们之间的连接线集成在一片硅片上,引出电极后,用塑料或陶瓷封装构成一个完整的固件,这样一个完整的单元电路称为集成电路。

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由于集成电路的元器件密度高、连接线短,使得元器件体积小、质量轻、功耗低,且外部的焊点和连接线大为减少,从而大大提高了电子设备的可靠性,同时降低了成本。因此,在现代电子设备中,集成电路得到了广泛的应用。

集成电路的分类

集成电路的品种相当多,按其功能不同,可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟电信号;数字集成电路则用来产生、放大和处理各种数字电信号。

在模拟集成电路中,最先应用的是集成运算放大电路,随后,又陆续推出了集成功率放大器、集成高频放大器、集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成数/模和模/数转换器、集成锁相环以及其他一些专用集成电路(如彩电、DVD机专用集成电路)等。

重点提示:模拟信号与数字信号
所谓模拟信号是指幅度随时间连续变化的信号。

例如,人对着话筒讲话,话筒输出的音频电信号就是模拟信号,收音机、收录机、音响设备及话,话筒输出的音频电信号就是模拟信号,收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号也是模拟信号。所谓数字信号是指在时间上和幅度上离散取值的信号。

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例如,电报电码信号,按一下电键,产生一个电信号。由于按电键是不连续的,因而产生的电信号也是不连续的。这种不连续的电信号,一般叫作电脉冲或脉冲信号。计算机中运行的信号同样是脉冲信号,但这些脉冲信号均代表着确切的数字,因而又叫作数字信号。在电子技术中,通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号,统称为数字信号。

集成电路按其制作工艺不同,可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。半导体集成电路是采用半导体工艺技术,在硅基片上制作包括电阻、电容、二极管、三极管等元器件,并具有某种电路功能的集成电路;膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上,以「膜」的形式制作电阻、电容等无源器件。

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无源元器件的数值范围可以很宽,精度可以很高。但目前的技术水平尚无法用「膜」的形式制作晶体二极管、三极管 等有源器件,因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。在实际应用中,多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元器件的二极管、三极管等有源器件,构成一个整体,这便是混合集成电路。

按照在集成电路基片.上制作的元器件数量多少,又可分为小规模集成电路SSI (每片不多于100个元器件)、中规模集成电路MSI (每片100~1000个元器件)、大规模集成电路LSI (每片1000~10000 个元器件)及超大规模集成电路ULSI (每片10000个以上元器件)。

常见集成电路的外形如图4-1所示。

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图4-1常见集成电路的外形

图4-1 (a)是单列的集成电路,所谓单列是指集成电路的引脚只有一列(单列集成电路的外形还有许多种)。
图4-1 (b)是双列直插的集成电路,它的两列引脚对称排列,双列集成电路产品最为常见。
图4-1 (c)是双列和四列扁平封装(又称QFP封装)的集成电路,四列扁平封装引脚分成四列,对称排列,每一列的引脚数目相等,集成度高的集成电路、贴片式集成电路和数字集成电路常采用这种引脚排列方式。
图4-1(d) 是金属外壳的集成电路,它的引脚分布呈圆形,现在这种集成电路己较少见到。
图4-1 (e)是栅格阵列引脚封装的集成电路,又称BGA 封装,是一个多层的芯片载体封装,这类封装的引脚在集成电路的「肚皮」底部,引线是以阵列的形式排列的,所以引脚的数目远远超过封装在外围的引脚数目。

利用阵列式封装,可以省去电路板多达70%的位置。BGA封装充分利用封装的整个底部来与电路板互连,而且用的不是引脚而是焊锡球,因此缩短了互连的距离。BGA 集成电路在目前手机电路中得到了广泛的应用。

集成电路的结构特点

集成电路中的元器件是应用半导体工艺在一块硅片上制作出来的,不像分立元器件电路那样灵活地选用任意阻值系列的电阻和形形色色的电容器由于制造工艺的限制,使得集成电路在结构上具有以下特点。

(1)集成电路中的二极管和稳压管一般用NPN 管的发射结代替;电
阻用NPN 管的基区电阻代替,电容用PN结的结电容或MOS管的栅极与沟道间的电容代替。

(2)由于集成电路不能制作大容量的电容器,所以某些模拟集成电路在需要使用大容量电容时,只能采用外接电容器的方式。

(3)为节省芯片的面积,设计者总是想法避免选用200pF 以上的电容。集成电路制作工艺上的这- -特点,决定了其内部电路级与级之间采取直接耦合方式。

(4)由于技术上的原因,目前尚不能在集成电路内制作电感,更不能制作变压器。所以在电路设计中,我们应避免使用电感,必须使用时,只能采取外接形式。

(5)集成电路常用三极管或场效应管构成的恒流源代替大阻值电阻。

集成电路的优缺点

集成电路具有许多优点:可以简化整机电路的设计,提高电路的可靠性,降低成本,功耗小等。缺点是集成电路的引脚很多,给修理拆卸带来了一定的困难,特别是引脚很多的四列集成电路拆卸很不方便。另外,当集成电路内电路中的部分电路出现故障时,通常必须整块更换,这样就增加了修理成本。


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