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电子技术基础论文

时间:2020-07-10 09:02:23 浏览次数: 关键词: 电子技术 基础 论文

 金陵科技学院

 《电子技术基础论文》

 ——< < 集成电路技术的发展与应用> >

  姓名 :

  王琳晨

 学号 :

  1304201013

 学院 :

  机电工程学院

 专业 :

 电气工程及其自动化

 班级3 :13 电气工程及其自动化( ( 单) )

 指导老师 :

  史金芬

 日期4 :

  2014 年 年 5 5 月 月 4 24 日

 集成电路技术的发展与应用

  摘要

  随着人类社会的不断发展与进步,各种各样的高新技术应运而生,集成电路作为上世纪 60 年代的新技术而诞生,并至今造福人类,而且得到了很好地发展。在当今的信息时代,信息技术已经渗透到了国民经济的各个领域,人们在日常生活中无处不感受到信息技术所带来的方便与快捷。信息技术的基础就是微电子技术,而集成电路(IC)正就是微电子技术的核心,就是整个信息产业与信息社会

 的根本基础。集成电路在现代生活中拥有不可或缺的地位,它已经与我们的日常生活紧紧相连了。本文主要就是从集成电路技术发展趋势、集成电路的定义、特点及分类、数字集成电路与模拟集成电路的功能及应用、常见集成电路的应用与举例这几个方面来介绍集成电路的。

 关键词:集成电路、模拟集成电路、电子元件、晶体管、电阻 一、集成电路技术发展趋势

 1、国内外技术现状及发展趋势 目前,以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业,成为改造与拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎与雄厚基石。1999 年全球集成电路的销售额为 1250 亿美元,而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界 GNP 的 3%,现代经济发展的数据表明, 每 l~2 元的集成电路产值,带动了 10 元左右电子工业产值的形成,进而带动了100 元 GDP 的增长。目前,发达国家国民经济总产值增长部分的 65%与集成电路相关;美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001 年为 43、6%)。预计未来10 年内,世界集成电路销售额将以年平均 15%的速度增长,2010 年将达到6000~8000 亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点,拥有自主版权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码与国家安全的保障。

 集成电路的集成度与产品性能每 18 个月增加一倍。据专家预测,今后 20 年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。

 集成电路最重要的生产过程包括:开发 EDA(电子设计自动化)工具,利用 EDA 进行集成电路设计,根据设计结果在硅圆片上加工芯片(主要流程为薄膜制造、曝光与刻蚀),对加工完毕的芯片进行测试,为芯片进行封装,最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。

 20 世纪 80 年代中期我国集成电路的加工水平为 5 微米,其后,经历了3、1、0、8、0、5、0、35 微米的发展,目前达到了 0、18 微米的水平,而当前国际水平为 0、09 微米(90 纳米),我国与之相差约为 2-3 代。

 (1) 设计工具与设计方法。随着集成电路复杂程度的不断提高,单个 芯片容纳器件的数量急剧增加,其设计工具也由最初的手工绘制转为计算机辅助设计(CAD),相应的设计工具根据市场需求迅速发展,出现了专门的 EDA 工具供应商。目前,EDA 主要市场份额为美国的 Cadence、Synopsys 与 Mentor 等少数企业所垄断。中国华大集成电路设计中心就是国内唯一一家 EDA 开发与产品供应商。

  (2)由于整机系统不断向轻、薄、小的方向发展,集成电路结构也由 简单功能转向具备更多与更为复杂的功能,如彩电由 5 片机到 3 片机直到现在的单片机,手机用集成电路也经历了由多片到单片的变化。目前,SoC 作为系统级集成电路,能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理与 I/O 等功能,将数字电路、存储器、MPU、MCU、DSP 等集成在一块芯片上实现一个完整系统的功能。它的制造主要涉及深亚微米技术,特殊电路的工艺兼容技术,设计方法的研究,嵌入式IP 核设计技术,测试策略与可测性技术,软硬件协同设计技术与安全保密技术。SoC 以 IP 复用为基础,把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中,实现了集成电路设计能力的第 4 次飞跃。

  (3)制造工艺与相关设备。集成电路加工制造就是一项与专用设备密切相关的技术,俗称"一代设备,一代工艺,一代产品"。在集成电路制造技术中,最关键的就是薄膜生成技术与光刻技术。光刻技术的主要设备就是曝光机与刻蚀机,目前在 130nm 的节点就是以 193nmDUV(Deep Ultraviolet Lithography)或就是以光学延展的 248nmDUV 为主要技术,而在 l00nm 的节点上则有多种选择:157nm DIJV、

 光学延展的 193nm DLV 与 NGL。在 70nm 的节点则使用光学延展的 157nm DIJV 技术或者选择 NGL 技术。到了 35nm 的节点范围以下,将就是 NGL 所主宰的时代,需要在 EUV 与 EPL 之间做出选择。此外,作为新一代的光刻技术,X 射线与离子投影光刻技术也在研究之中。

 2

 我国集成电路产业现状 我国集成电路产业起步于 20 世纪 60 年代,2001 年全国集成电路产量为 64 亿块,销售额 200 亿元人民币。2002 年 6 月,共有半导体企事业单位(不含材料、设备)651 家,其中芯片制造厂 46 家,封装、测试厂 108 家,设计公司 367 家,分立期间厂商 130 家,从业人员 11、5 万人。设计能力 0、18~0、25 微米、700 万门,制造工艺为 8 英寸、0、18~0、25 微米,主流产品为 0、35~0、8 微米。

 与国外的主要差距:一就是规模小,2000 年,国内生产的芯片销售额仅占世界市场总额的1、5%,占国内市场的 20%;二就是档次低,主流产品加工技术比国外落后两代;三就是创新开发能力弱,设计、工艺、设备、材料、应用、市场的开发能力均不十分理想,其结果就是今天受制于人,明天后劲乏力;四就是人才欠缺。总之,我国绝大多数电子产品仍处于流通过程中的下端,多数组装型企业扮演着为国外集成电路厂商打工的角色,这种脆弱的规模经济模式,因其附加值极低,致使诸多产量世界第一的产品并未给企业与国家带来可观的收益,反而使掌握关键技术的竞争者通过集成电路打入中国市场,攫取了绝大部分的利润。

 二、集成电路的定义、特点及分类介绍

 1 定义:集成电路就是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容与电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,这样,整个电路的体积大大缩小,且引出线与焊接点的数目也大为减少,从而使电子元件向着微小型化、低功耗与高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”(也有用文字符号“N”等)表示。

 2 集成电路特点:集成电路具有体积小,重量轻,引出线与焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。

 3 集成电路的分类 :

 (一)按功能结构分类集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路与数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大与处理各种模拟信号(指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等),其输入信号与输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大与处理各种数字信号(指在时间上与幅度上离散取值的信号。例如 VCD、DVD 重放的音频信号与视频信号)。

  (二)按制作工艺分类集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路与薄膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路与薄膜集成电路。

 (三)按集成度高低分类集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路与巨大规模集成电路。

 (四)按导电类型不同分类集成电路按导电类型可分为双极型集成电路与单极型

 集成电路,她们都就是数字集成电路、双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有 TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL 等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有 CMOS、NMOS、PMOS 等类型。

 (五)按用途分类集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。1、电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV 转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器(CPU)集成电路、存储器集成电路等。2、音响用集成电路包括 AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路,电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。3、影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG 解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF 信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。4、录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

 (六)按应用领域分集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路与专用集成电路。(七)按外形分集成电路按外形可分为圆形(金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率)、扁平型(稳定性好,体积小)与双列直插型、 与薄膜与厚膜技术来实现的。电子集成技术按工艺方法分为以硅平面工艺为基础的单片集成电路、以薄膜技术为基础的薄膜 三、数字集成电路与模拟集成电路的功能及应用

 数字集成电路:主要就是针对数字信号处理的模块。如;计算机里的 2 近制、8近制、10 近制、16 近制的数据进行处理的集成模块。数字集成电路的运行以开关状态经行运算,它的精度高适合复杂的计算。

  模拟集成电路:主要就是针对模拟信号处理的模块。如;话筒里的声音信号,电视信号与 VCD 输出的图象信号、温度采集的模拟信号与其它模拟量的信号处理的集成模块。模拟集成电路工作在晶体管的三角放大区。(1)电路处理的就是连续变化的模拟量电信号(即其幅值可以就是任何值)。(2)信号的频范围往往从直流一直可以延伸到高频段。(3)模拟集成电路中的无器件种类多,除了数字集成电路中大量采用的NPN管及电阻外,还采用了PNP管,场效应晶体管,高精度电阻等。(4)除了应用于低电压电器中的电路处,大多数模拟集成电路的电源电压较高,输出级模拟集成电路的电源电压可达几十伏以上。

 (5)具有内繁外简的电路形式。充分发挥了集成电路的工艺特点与便于应用的特点。

 四、常见集成电路的应用与举例

 (一)、功率放大电路 1、LM386 低电压音频功率放大器

  A、概述:LM386 就是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为 20。但在 1 脚与 8 脚之间增加一只外接电阻与电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在 6V 电源电压下,它的静态功耗仅为 24mW,使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。如图:

 B、特性:静态功耗低,约为 4mA,可用于电池供电。工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。外围元件少。电压增益可调,20-200。低失真度。

  LM386 电源电压 4--12V,音频功率 0、5w。LM386 音响功放就是由 NSC 制造的,它的电源电压范围非常宽,最高可使用到 15V,消耗静态电流为 4mA,当电源电压为 12V 时,在 8 欧姆的负载情况下,可提供几百 300mW 的功率。它的典型输入阻抗为 50K。

 C、常见电路

 2、4101 功放电路

  (二)、放大电路

  1、增益可变的差分放大电路

  (三)波形产生 1、 10Hz~10kHz 压控振荡器

 (四)滤波电路

 1、数字可编程放大电路

  (四)、其她电路 1、倍频电路(用 CD4046 与 BCD 加法计数器 CD4518 构成的 100 倍频电路。刚开机时,f2 可能不等于 f1,假定 f2<f1,此时相位比较器Ⅱ输 UΨ为高电平,经滤波后Ud 逐渐升高使 VCO 输出频率 f2 迅速上升,f2 增大值至 f2=f1,如果此时 Ui 滞后 U0,则相位比较器Ⅱ输出 UΨ为低电平。UΨ经滤波后得到的 Ud 信号开始下降,这就迫使VCO对f2进行微调,最后达到f2/N=f1,并且f2与f1的相位差Δφ=0°。,进入锁定状态。如果此后 f1 又发生变化,锁相环能再次捕获 f1,使 f2 与 f1 相位锁定。)

 2、50w ISNE541 高保真放大器电路

  集成电路产业就是信息产业与现代制造业的核心战略产业,其已成为一些国家信息产业发展中的重中之重。相比于其它地区,中国就是集成电路产业的后来者,但新世纪集成电路产业的变迁为中国集成电路产业的蚓起带来了机遇,如果我们能抓住这一有利时机,中国不仅能成为集成电路产业的新兴地区,更能成为世界集成电路产业强国。

 参考文献:

 [1]张兴,黄如,刘晓彦、微电子学概论[M]、北京:北京大学出版社,2000、

  [2]中国半导体工业协会编译、国际半导体技术发展路线图[M]、(2002 年修订版)、 2003、

 [3]董云庭、 2003~2004 年中国电子信息产业回顾与展望[J]、电子产品世界,2004,(21): 8-14、

 [4]莫大康、全球半导体工业发展漫笔[J]、电子产品世界,2004,(21): 20-24