1、金陵科技學(xué)院電子技術(shù)基礎(chǔ)論文 姓名： 王琳晨 學(xué)號(hào)： 1304201013 學(xué)院: 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)：13電氣工程及其自動(dòng)化（單）指導(dǎo)老師： 史金芬 日期： 2014年5月24日 集成電路技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 摘要 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，各種各樣的高新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，集成電路作為上世紀(jì)60年代的新技術(shù)而誕生，并至今造福人類，而且得到了很好地發(fā)展。在當(dāng)今的信息時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，人們?cè)谌粘Ｉ钪袩o處不感受到信息技術(shù)所帶來的方便與快捷。信息技術(shù)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，而集成電路（IC）正是微電子技術(shù)的核心，是整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)和信息社會(huì)的根本基礎(chǔ)。集

2、成電路在現(xiàn)代生活中擁有不可或缺的地位，它已經(jīng)與我們的日常生活緊緊相連了。本文主要是從集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、集成電路的定義、特點(diǎn)及分類、數(shù)字集成電路與模擬集成電路的功能及應(yīng)用、常見集成電路的應(yīng)用與舉例這幾個(gè)方面來介紹集成電路的。 關(guān)鍵詞：集成電路、模擬集成電路、電子元件、晶體管、電阻一、集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前,以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產(chǎn)業(yè),成為改造和拉動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時(shí)代的強(qiáng)大引擎和雄厚基石。1999年全球集成電路的銷售額為1250億美元,而以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的世界貿(mào)易總額約占世界GNP的3%,現(xiàn)

3、代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明, 每l2元的集成電路產(chǎn)值,帶動(dòng)了10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值的形成,進(jìn)而帶動(dòng)了100元GDP的增長(zhǎng)。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增長(zhǎng)部分的65%與集成電路相關(guān)；美國(guó)國(guó)防預(yù)算中的電子含量已占據(jù)了半壁江山(2001年為43.6%)。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi),世界集成電路銷售額將以年平均15%的速度增長(zhǎng),2010年將達(dá)到60008000億美元。作為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),擁有自主版權(quán)的集成電路已日益成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈、社會(huì)進(jìn)步的基礎(chǔ)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的籌碼和國(guó)家安全的保障。集成電路的集成度和產(chǎn)品性能每18個(gè)月增加一倍。據(jù)專家預(yù)測(cè),今后20年左右,集成電路技術(shù)及其產(chǎn)品仍將遵循這一規(guī)律發(fā)展。 集成電路最

4、重要的生產(chǎn)過程包括:開發(fā)EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具,利用EDA進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì),根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果在硅圓片上加工芯片(主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕),對(duì)加工完畢的芯片進(jìn)行測(cè)試,為芯片進(jìn)行封裝,最后經(jīng)應(yīng)用開發(fā)將其裝備到整機(jī)系統(tǒng)上與最終消費(fèi)者見面。 20世紀(jì)80年代中期我國(guó)集成電路的加工水平為5微米，其后，經(jīng)歷了3、1、0.8、0.5、0.35微米的發(fā)展，目前達(dá)到了0.18微米的水平，而當(dāng)前國(guó)際水平為0.09微米（90納米），我國(guó)與之相差約為2-3代。（1） 設(shè)計(jì)工具與設(shè)計(jì)方法。隨著集成電路復(fù)雜程度的不斷提高，單個(gè) 芯片容納器件的數(shù)量急劇增加，其設(shè)計(jì)工具也由最初的手工繪制轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）

5、，相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具根據(jù)市場(chǎng)需求迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專門的EDA工具供應(yīng)商。目前，EDA主要市場(chǎng)份額為美國(guó)的Cadence、Synopsys和Mentor等少數(shù)企業(yè)所壟斷。中國(guó)華大集成電路設(shè)計(jì)中心是國(guó)內(nèi)唯一一家EDA開發(fā)和產(chǎn)品供應(yīng)商。 （2）由于整機(jī)系統(tǒng)不斷向輕、薄、小的方向發(fā)展，集成電路結(jié)構(gòu)也由 簡(jiǎn)單功能轉(zhuǎn)向具備更多和更為復(fù)雜的功能，如彩電由5片機(jī)到3片機(jī)直到現(xiàn)在的單片機(jī)，手機(jī)用集成電路也經(jīng)歷了由多片到單片的變化。目前，SoC作為系統(tǒng)級(jí)集成電路，能在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理和I/O等功能，將數(shù)字電路、存儲(chǔ)器、MPU、MCU、DSP等集成在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整系統(tǒng)的功能。它的制造主

6、要涉及深亞微米技術(shù)，特殊電路的工藝兼容技術(shù)，設(shè)計(jì)方法的研究，嵌入式IP核設(shè)計(jì)技術(shù)，測(cè)試策略和可測(cè)性技術(shù)，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和安全保密技術(shù)。SoC以IP復(fù)用為基礎(chǔ)，把已有優(yōu)化的子系統(tǒng)甚至系統(tǒng)級(jí)模塊納入到新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中,實(shí)現(xiàn)了集成電路設(shè)計(jì)能力的第4次飛躍。 (3)制造工藝與相關(guān)設(shè)備。集成電路加工制造是一項(xiàng)與專用設(shè)備密切相關(guān)的技術(shù),俗稱一代設(shè)備,一代工藝,一代產(chǎn)品。在集成電路制造技術(shù)中,最關(guān)鍵的是薄膜生成技術(shù)和光刻技術(shù)。光刻技術(shù)的主要設(shè)備是曝光機(jī)和刻蝕機(jī),目前在130nm的節(jié)點(diǎn)是以193nmDUV(Deep Ultraviolet Lithography)或是以光學(xué)延展的248nmDUV為主要技術(shù)

7、,而在l00nm的節(jié)點(diǎn)上則有多種選擇:157nm DIJV、光學(xué)延展的193nm DLV和NGL。在70nm的節(jié)點(diǎn)則使用光學(xué)延展的157nm DIJV技術(shù)或者選擇NGL技術(shù)。到了35nm的節(jié)點(diǎn)范圍以下,將是NGL所主宰的時(shí)代,需要在EUV和EPL之間做出選擇。此外,作為新一代的光刻技術(shù),X射線和離子投影光刻技術(shù)也在研究之中。2 我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)60年代,2001年全國(guó)集成電路產(chǎn)量為64億塊,銷售額200億元人民幣。2002年6月,共有半導(dǎo)體企事業(yè)單位(不含材料、設(shè)備)651家,其中芯片制造廠46家,封裝、測(cè)試廠108家,設(shè)計(jì)公司367家,分立期間廠商130家,

8、從業(yè)人員11.5萬人。設(shè)計(jì)能力0.180.25微米、700萬門,制造工藝為8英寸、0.180.25微米,主流產(chǎn)品為0.350.8微米。 與國(guó)外的主要差距:一是規(guī)模小,2000年,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的芯片銷售額僅占世界市場(chǎng)總額的1.5%,占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的20%；二是檔次低,主流產(chǎn)品加工技術(shù)比國(guó)外落后兩代；三是創(chuàng)新開發(fā)能力弱,設(shè)計(jì)、工藝、設(shè)備、材料、應(yīng)用、市場(chǎng)的開發(fā)能力均不十分理想,其結(jié)果是今天受制于人,明天后勁乏力；四是人才欠缺?？傊?我國(guó)絕大多數(shù)電子產(chǎn)品仍處于流通過程中的下端,多數(shù)組裝型企業(yè)扮演著為國(guó)外集成電路廠商打工的角色,這種脆弱的規(guī)模經(jīng)濟(jì)模式,因其附加值極低,致使諸多產(chǎn)量世界第一的產(chǎn)品并未給企業(yè)和國(guó)家

9、帶來可觀的收益,反而使掌握關(guān)鍵技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)者通過集成電路打入中國(guó)市場(chǎng),攫取了絕大部分的利潤(rùn)。二、集成電路的定義、特點(diǎn)及分類介紹 1定義：集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，這樣，整個(gè)電路的體積大大縮小，且引出線和焊接點(diǎn)的數(shù)目也大為減少，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”（也有用文字符號(hào)“N”等）表示。 2 集成電路特點(diǎn)：集成電路

10、具有體積小，重量輕，引出線和焊接點(diǎn)少，壽命長(zhǎng)，可靠性高，性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設(shè)備的穩(wěn)定工作時(shí)間也可大大提高。 3 集成電路的分類 : （一）按功能結(jié)構(gòu)分類集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?；旌霞呻娐啡箢?。模擬集成電路又稱線性電路,用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)（指幅度隨時(shí)間邊疆變化的信號(hào)。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號(hào)、錄放機(jī)的磁帶信號(hào)等），其輸入信號(hào)和

11、輸出信號(hào)成比例關(guān)系。而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)（指在時(shí)間上和幅度上離散取值的信號(hào)。例如VCD、DVD重放的音頻信號(hào)和視頻信號(hào)）。 （二）按制作工藝分類集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和薄膜集成電路。膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。 （三）按集成度高低分類集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、特大規(guī)模集成電路和巨大規(guī)模集成電路。 （四）按導(dǎo)電類型不同分類集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路.雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、

12、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡(jiǎn)單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。 （五）按用途分類集成電路按用途可分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦（微機(jī)）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專用集成電路。1.電視機(jī)用集成電路包括行、場(chǎng)掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器（CP

13、U）集成電路、存儲(chǔ)器集成電路等。2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動(dòng)集成電路，電子音量控制集成電路、延時(shí)混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。3.影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號(hào)處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號(hào)處理集成電路、數(shù)字信號(hào)處理集成電路、伺服集成電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路等。4.錄像機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動(dòng)集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。 （六）按應(yīng)用領(lǐng)域分集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為

14、標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。(七)按外形分集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型,一般適合用于大功率)、扁平型(穩(wěn)定性好,體積小)和雙列直插型. 和薄膜與厚膜技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。電子集成技術(shù)按工藝方法分為以硅平面工藝為基礎(chǔ)的單片集成電路、以薄膜技術(shù)為基礎(chǔ)的薄膜三、數(shù)字集成電路與模擬集成電路的功能及應(yīng)用數(shù)字集成電路：主要是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的模塊。如；計(jì)算機(jī)里的2近制、8近制、10近制、16近制的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的集成模塊。數(shù)字集成電路的運(yùn)行以開關(guān)狀態(tài)經(jīng)行運(yùn)算，它的精度高適合復(fù)雜的計(jì)算。 模擬集成電路：主要是針對(duì)模擬信號(hào)處理的模塊。如；話筒里的聲音信號(hào)，電視信號(hào)和VCD輸出的圖象信號(hào)、溫度采集的

15、模擬信號(hào)和其它模擬量的信號(hào)處理的集成模塊。模擬集成電路工作在晶體管的三角放大區(qū)。（1）電路處理的是連續(xù)變化的模擬量電信號(hào)（即其幅值可以是任何值）。（2）信號(hào)的頻范圍往往從直流一直可以延伸到高頻段。（3）模擬集成電路中的無器件種類多，除了數(shù)字集成電路中大量采用的NPN管及電阻外，還采用了PNP管，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，高精度電阻等。（4）除了應(yīng)用于低電壓電器中的電路處，大多數(shù)模擬集成電路的電源電壓較高，輸出級(jí)模擬集成電路的電源電壓可達(dá)幾十伏以上。 （5）具有內(nèi)繁外簡(jiǎn)的電路形式。充分發(fā)揮了集成電路的工藝特點(diǎn)和便于應(yīng)用的特點(diǎn)。 四、常見集成電路的應(yīng)用與舉例（一）、功率放大電路1、LM386 低電壓音頻功率放

16、大器 A、概述：LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。如圖： B、特性：靜態(tài)功耗低,約為4mA,可用于電池供電。工作電壓范圍寬,4-12V or 5-18V。外圍元件少。電壓增益可調(diào),20-200。低失真度。 LM386電源電壓4-12V，音頻功率0.5w。LM386音響功放是由NSC制造的，它

17、的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態(tài)電流為4mA，當(dāng)電源電壓為12V時(shí)，在8歐姆的負(fù)載情況下，可提供幾百300mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。 C、常見電路 2、4101功放電路 （二）、放大電路 1、增益可變的差分放大電路 （三）波形產(chǎn)生1、 10Hz10kHz壓控振蕩器 （四）濾波電路 1、數(shù)字可編程放大電路（四）、其他電路1、倍頻電路（用CD4046與BCD加法計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成的100倍頻電路。剛開機(jī)時(shí)，f2可能不等于f1，假定f2f1，此時(shí)相位比較器輸U(kuò)為高電平，經(jīng)濾波后Ud逐漸升高使VCO輸出頻率f2迅速上升，f2增大值至 f2=f1，如果此時(shí) Ui滯后 U0，則相位比較器輸出U為低電平。U經(jīng)濾波后得到的Ud信號(hào)開始下降，這就迫使VCO對(duì)f2進(jìn)行微調(diào)，最后達(dá)到f2/N=f1，并且f2與f1的相位差=0。，進(jìn)入鎖定狀態(tài)。如果此后f1又發(fā)生變化，鎖相環(huán)能再次捕獲f1，使f2與f1相位鎖定。） 2、50w ISNE541高保真放大器電路 集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代制造業(yè)的核心戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，其已成為一些國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重中之重。相比于其它