.

Інтегральні схеми мікроелектроніки (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
21 8650
Скачать документ

РЕФЕРАТ

на тему:

Інтегральні схеми мікроелектроніки

ПЛАН

Вступ

1. Поняття та особливості відкриття інтегральних схем

2. Рівні проектування

3. Класифікація інтегральних схем, технологія виготовлення

4. Призначення

5. Аналогово-цифрові схеми

Список використаної літератури

Вступ

ІНТЕГРАЛЬНА СХЕМА – електронний прилад, який скла-дається з багатьох
мініатюрних транзисто-рів та інших елементів схеми, об’єднаних у
моноблок (чіп).

Роберт Нойс (1927-1990) і Джек С. Кілбі (1923) однаковою мірою
вважаються авторами головного винаходу століття інформаційних
технологій. Не знаючи один одного, вони вирішили проблему мінімізації
дискретних елементів монтажної плати комп’ютера та перенесення їх на
пластину з кремнію (Нойс) і германію (Кілбі). Це значно збільшило
продуктивність комп’ютера й одночасно скоротило його вартість.
Інтегральна схема, як і раніше, залишається ключовим досягненням ери
електроніки.

У 2000 році Нобелівську премію одержали автори робіт з двох основних
напрямів електронної напівпровідникової компонентної бази інформаційних
технологій. Джек Кілбі — за винахід інтегральних схем. Я не говоритиму
про це багато, оскільки інтегральні кремнієві схеми, кремнієва
мікроелектроніка — стовпова дорога розвитку сучасної мікроелектроніки.
То був визначний крок. Адже створення транзистора означало появу
приладу, енергетично вигіднішого, ніж вакуумні лампи, приладу, який
зробив можливою мініатюризацію. Кілбі першим здогадався, що треба
принципово інакше розв’язувати цю задачу. Коли ми маємо у кристалі
транзисторну структуру на основі р-n-переходів, то можемо їх використати
як елементи ємності і робоче тіло напівпровідника, створюючи таким чином
інтегральні R-C-ланцюги. І те, що здається сьогодні тривіальним,
насправді було нетривіальною і непростою ідеєю, коли Кілбі її
запропонував.

Звичайно, за цей час мікроелектроніка здолала гігантський шлях розвитку.
Перші інтегральні схеми, зроблені Кілбі на основі германію і лише
пізніше реалізовані ним на основі кремнію (колишній співробітник Кілбі
Нойс, який помер у 1990 р. і тому не зміг розділити успіх свого колеги,
майже відразу запропону вав схеми на основі унікальних властивостей
двоокису кремнію), мали два транзистори і два R-C-ланцюги, а їхня площа
становила кілька квадратних сантиметрів. Сьогоднішні ж інтегральні схеми
— це 10 млн. транзисторів на такій самій площі. Протягом тривалого часу
щороку подвоювалася кількість компонентів інтегральних схем. Сьогодні
цей проміжок часу трохи подовжився: кількість компонентів інтегральних
схем подвоюється кожні півтора року.

1. Поняття та особливості відкриття інтегральних схем

Інтегральна (мікро)схема (ІС, ІМС, МС), чіп, мікрочіп (англ. chip —
тріска, уламок, фішка) — мікроелектронний пристрій — електронна схема
довільної складності, виготовлена на напівпровідниковому кристалі (чи
плівці) і поміщена в нерозбірний корпус.

Часто під інтегральною схемою (ІС) розуміють власне кристал або плівку з
електронною схемою, а під мікросхемою (МС) — ІС, вкладену в корпус.

У той же час вираження «чіп компоненти» означає «компоненти для
поверхневого монтажу» у відмінності від компонентів для традиційної
пайки в отвори на платі.

Тому вірніше говорити «чіп мікросхема», маючи на увазі мікросхему для
поверхневого монтажу. В даний момент (2006 рік) велика частина мікросхем
виготовляється в корпусах для поверхневого монтажу.

У 1958 році двоє вчених, що живуть у зовсім різних місцях, винайшли
практично ідентичну модель інтегральної схеми. Один з них, Джек Кілби,
працював на Texas Instruments, іншої, Роберт Нойс, був власником
компанії по виробництву напівпровідників Fairchild Semiconductor
Corporation. Обох об’єднало питання: «Як у мінімум місця вмістити
максимум компонентів?». Транзистори, резистори, конденсатори й інші
деталі в той час розміщалися на платах окремо, і учені вирішили
спробувати їх об’єднати в один монолітний кристал з напівпровідникового
матеріалу. Тільки Кілби скористався германієм, а Нойс віддав перевагу
кремнію.

У 1959 році вони окремо один від одного одержали патенти на свої
винаходи — почалося протистояння двох компаній, що закінчилося мирним
договором і створенням спільної ліцензії на виробництво чіпів. Після
того як у 1961 році Fairchild Semiconductor Corporation пустила чіпи у
вільний продаж, їхній відразу стали використовувати у виробництві
калькуляторів і комп’ютерів замість окремих транзисторів, що дозволило
значно зменшити розмір і збільшити продуктивність.

2. Рівні проектування

· Фізичний — методи реалізації одного транзистора (або невеликої групи)
у виді легованих зон на кристалі.

· Електричний — принципова електрична схема (транзистори, конденсатори,
резистори і т.п.).

· Логічний — логічна схема (логічні інвертори, елементи ИЛИ-НІ, И-НІ і
т.п.).

· Схемо- і системотехнічний рівень — схемо- і системотехнічна схеми
(тригери, компаратори, шифратори, дешифратори, АЛУ і т.п.).

· Топологічний — топологічні фотошаблони для виробництва.

· Програмний рівень (для мікроконтролерів і мікропроцесорів) — команди
ассемблера для програміста.

В даний час велика частина інтегральних схем розробляється за допомогою
САПР, що дозволяють автоматизувати і значно прискорити процес одержання
топологічних фотошаблонів.

3. Класифікація інтегральних схем, технологія виготовлення

Ступінь інтеграції

У СРСР минулому запропоновані наступні назви мікросхем у залежності від
ступеня інтеграції (у дужках кількість елементів для цифрових схем):

· МІС — мала інтегральна схема (до 100 елементів у кристалі);

· СІС — середня інтегральна схема (до 1 000);

· ВІС — велика інтегральна схема (до 10 000);

· ЗВІС — зверхвелика інтегральна схема (до 1 мільйона);

· УВІС — ультравелика інтегральна схема (до 1 мільярда);

· ГВІС — гігавеликі (більш 1 мільярда).

В даний час назва ГВІС практично не використовується (наприклад, останні
версії процесорів Pentium 4 містять поки кілька сотень мільйонів
транзисторів), і всі схеми з числом елементів, що перевищують 10 000,
відносять до класу ЗВІС, вважаючи УВІС його підкласом.

Технологія виготовлення

· Напівпровідникова мікросхема — всі елементи і межелементние з’єднання
виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, кремнію,
германія, арсеніду галію).

· Плівкова мікросхема — всі елементи і межелементние з’єднання виконані
у виді плівок:

o товстоплівкова інтегральна схема;

o тонкоплівкова інтегральна схема.

· Гібридна мікросхема — крім напівпровідникового кристалу містить трохи
безкорпусних діодів, транзисторів і(чи) інших електронних компонентів,
поміщених в один корпус.

Вид оброблюваного сигналу

· Аналогові

· Цифрові

· Аналого-цифрові

Аналогові мікросхеми — вхідні і вихідні сигнали змінюються за законом
безупинної функції в діапазоні від позитивного до негативної напруги
харчування.

Цифрові мікросхеми — вхідні і вихідні сигнали можуть мати два значення:
логічний чи нуль логічна одиниця, кожному з який відповідає визначений
діапазон напруги. Наприклад, для мікросхем Ттл-логіки при харчуванні +5
В діапазон напруги 0…0,8 В відповідає логічному нулю, а діапазон
2,4…5 У відповідає логічній одиниці. Для мікросхем Есл-логіки при
харчуванні ?5,2 В: логічна одиниця — це ?0,8…?1,03 В, а логічний нуль
— це ?1,6…?1,75 В.

Аналого-цифрові мікросхеми сполучають у собі форми цифрової й аналогової
обробки сигналів. В міру розвитку технологій одержують усе більше
поширення.

Основним елементом аналогових мікросхем є транзистори (біполярні чи
польові). Різниця в технології виготовлення транзисторів істотно впливає
на характеристики мікросхем. Тому нерідко в описі мікросхеми вказують
технологію виготовлення, щоб підкреслити тим самим загальну
характеристику властивостей і можливостей мікросхеми. У сучасних
технологіях поєднують технології біполярних і польових транзисторів, щоб
домогтися поліпшення характеристик мікросхем.

· Мікросхеми на уніполярних (польових) транзисторах — самі економічні
(по споживанню струму):

o МОП-логіка (метал-окисел-напівпровідник логіка) — мікросхеми
формуються з польових транзисторів n-МОП чи p-МОП типу;

o КМОП-логіка (комплементарна МОП-логіка) — кожен логічний елемент
мікросхеми складається з пари взаємодоповнюючих (комплементарних)
польових транзисторів (n-МОП і p-МОП).

· Мікросхеми на біполярних транзисторах:

o РТЛ — резисторно-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);

o ДТЛ — діод-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);

o ТТЛ — транзисторно-транзисторна логіка — мікросхеми зроблені з
біполярних транзисторів із багатоемітерними транзисторами на вході;

o ТТЛШ — транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шотки — удосконалена
ТТЛ, у якій використовуються біполярні транзистори з ефектом Шотки.

o ЕСЛ — еміттерно-звязана логіка — на біполярних транзисторах, режим
роботи яких підібраний так, щоб вони не входили в режим насичення, — що
істотно підвищує швидкодію.

КМОП і ТТЛ (ТТЛШ) технології є найбільш поширеними логіками мікросхем.
Де небходимо заощаджувати споживання струму, застосовують
Кмоп-технологию, де важливіше швидкість і не потрібно економія
споживаної потужності застосовують Ттл-технологію. Слабким місцем
Кмоп-микросхем є уразливість від статичної електрики — досить торкнутися
рукою висновку мікросхеми і її цілісність уже не гарантується. З
розвитком технологій ТТЛ і КМОП мікросхеми по параметрах зближаються і
як наслідок, наприклад, серія мікросхем 1564 — зроблена за технологією
КМОП, а функціональність і розміщення в корпусі як у ТТЛ технології.

Мікросхеми, виготовлені по Есл-технології є найшвидшими, але найбільше
енергоспоживаючими і застосовувалася при виробництві обчислювальної
техніки, коли найважливішим параметром була швидкість обчислення. У СРСР
самі продуктивні ЕОМ типу ЄС106х виготовлялися на Есл-мікросхемах. Зараз
ця технологія використовується рідко.

4. Призначення

Інтегральна мікросхема може володіти закінченим, як завгодно складним,
функціоналом — аж до цілого мікрокомп’ютера (однокристальний
мікрокомп’ютер).

Аналогові схеми

· Операційні підсилювачі

· Генератори сигналів

· Фільтри (у тому числі на пьезоеффекте)

· Аналогові умножители

· Стабілізатори джерел харчування

· Мікросхеми керування імпульсних блоків харчування

· Перетворювачі сигналів

Цифрові схеми

· Логічні елементи

· Тригери

· Регістри

· Буферні перетворювачі

· Модулі пам’яті

· Мікроконтролери

· (Мікро)процесори (у тому числі ЦПУ в комп’ютері)

· Однокристальні мікрокомп’ютери

5. Аналогово-цифрові схеми

· ЦАП і АЦП

В електроніці цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) — пристрій для
перетворення цифрового (звичайно двоичного) коду в аналоговий сигнал
(струм, чи напруга заряд). Цифро-аналогові перетворювачі є інтерфейсом
між абстрактним цифровим світом і реальними аналоговими сигналами.

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) робить зворотну операцію.

Звичайно ЦАП одержує на вхід цифровий сигнал в імпульсно-кодовій
модуляції (PCM — pulse-code modulation). Задача перетворення різних
стиснутих форматів у PCM виконується відповідними кодеками.

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) — пристрій, що перетворить вхідний
аналоговий сигнал у дискретний код (цифровий сигнал). Зворотне
перетворення здійснюється за допомогою ЦАП (цифро-аналогового
перетворювача).

Як правило, АЦП — електронний пристрій, що перетворить напруга в
двоичное цифровий код. Проте, деякі неелектронні пристрої, такі як
перетворювач ріг-код, варто також відносити до АЦП.

Серії мікросхем

Аналогові і цифрові мікросхеми випускаються серіями. Серія — це група
мікросхем, що мають єдине конструктивно-технологічне виконання і
призначені для спільного застосування. Мікросхеми однієї серії, як
правило, мають однакові напруги джерел харчування, погоджені по вхідних
і вихідних опорах, рівням сигналів.

Корпуса мікросхем

Мікросхеми випускаються в двох конструктивних варіантах — корпусному і
бескорпусном.

Бескорпускная мікросхема — це напівпровідниковий кристал, призначений
для монтажу в гібридну чи мікросхему мікрозборку.

Корпус — це частина конструкції мікросхеми, призначена для захисту від
зовнішніх впливів і для з’єднання з зовнішніми електричними ланцюгами за
допомогою висновків. Корпуси стандартизовані для спрощення
технологічного процесу виготовлення виробів з різних мікросхем. Число
стандартних корпусів обчислюється сотнями!

У російських корпусах растояние між висновками виміряється в милиметрах
і найбільше часто це 2,5 мм чи 1,25 мм. В імпортних мікросхем растояние
вимірюють у дюймах, використовуючи величину 1/10 чи 1/20 дюйма, що
відповідає 2,54 і 1,28 мм. У корпусах до 16 висновків ця різниця не
значна, а при великих розмірах идеинтичние корпуса вже несумісні.

У сучасних імпортних корпусах для поверхневого монтажу застосовують і
метричні розміри: 0,8 мм; 0,65 мм і інші.

Специфічні назви мікросхем

З великої кількості цифрових мікросхем виготовлялися процесори. Фірма
Intel першої виготовила мікросхему Intel 4004, що виконувала функції
процесора. Такі мікросхеми одержали назва мікропроцесор. Мікропроцесори
фірми Intel удосконалювалися: Intel 8008, Intel 8080, Intel 8086, Intel
8088 (на основі двох останніх мікропроцесорів, фірмою IBM, були випущені
перші персональні комп’ютери).

Мікропроцесор виконує в основному функції АЛУ (арифметико-логічний
пристрій), а додаткові функції зв’язку з периферією виконувалися за
допомогою спеціально для цього виготовлених наборів мікросхем. Для
перших мікропроцесорів число мікросхем у наборах обчислювалося
десятками, а зараз це набір із двох-трьох мікросхем, що одержав термін
чипсет.

Мікропроцесори з убудованими контролерами пам’яті і введення-висновку,
ОЗУ і ПЗУ, а також іншими додатковими функціями називають
мікроконтролерами.

Список використаної літератури

Абрамов И.И. Лекции по моделированию элементов интегральных схем. – М.,
2002.

Мазор Ю., Мачуський Є. Радіотехніка. Енциклопедичний навчальний
довідник. – К., 2001.

Прищепа М.М., Погребняк В.П. Мікроелектроніка: В 3 ч. Ч. 2. Елементи
мікросхемотехніки. – К., 2006.

PAGE

PAGE 2

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020