智能功率集成电路SPIC一般包括

微电子技术学科前沿（三）——智能功率集成电路发展技术前沿调研指导老师：罗萍学生：叶庆国学号：2011032030018 SPIC：智能功率集成电路。

随着微电子技术和功率MOS器件的发展，目前又新兴出一个领域：SPIC，Smart Power IC 。

将输出功率集成器件与低压控制的信号处理以及传感、保护、检测、诊断等功能电路集成到同一芯片，是微电子技术和电力电子技术、控制技术、检测技术相结合的产物。

SPIC自问世以来已经有了巨大的进步，汽车电子、平板显示、开关电源，电机驱动，工业控制，电源管理各方面应用广泛。

现就从SPIC（智能功率集成电路）的电路层面的技术实现，新型功率器件，封装技术，应用领域等多方面调研来了解智能集成电路的前沿动态。

1、Spic电路SPIC 将所有的高压器件与低压电路集成在同一芯片上，消除了原来电力电子装置中各模块之间多余的连接[6]。

这样既提高了电路的稳定性，也可以明显降低原来在高频工作时各模块之间引线对电路造成的破坏性影响，甚至可将过温、过流、过压和欠压等保护电路都集成进芯片去增强对功率器件的保护。

因此，不仅显著地提高集成度、降低成本，更可令芯片整体的可靠性获得提升。

SPIC 共分为三个功能模块，分别是功率控制、传感保护和智能接口，如图1-3所示。

其中，功率控制主要包括用作开关的各种功率半导体器件以及它们的驱动电路，在常见的率器件图腾柱式应用中，由于高侧器件的驱动电路与低侧器件的驱动电路分别参考不同的基准电位，驱动电路部分通常还要包含一个高压电平位移电路用以顺利从低侧向高侧传递控制信号。

传感保护模块通过模拟电路采集芯片内各种电压、电流、温度信息并反馈给保护电路，在适当之时对芯片进行有效防护。

另外，电力电子装置除了要与源和负载对接之外，还常常要与外部的计算机对接以实现编码控制。

因此智能接口模块也非常重要，它使得SPIC 外界信息沟通及各种高级指令得以实现。

单片式单片式智能功率集成电路具有成本低、体积小、工作稳定等诸多优点，自20世纪90 年代中期问世以来已得到广泛应用。

一、SPI总线说明串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口，Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。

SPI 用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。

SPI可以同时发出和接收串行数据。

它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，这四条线是：串行时钟线（CSK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效从机选择线CS。

这些外围器件可以是简单的TTL移位寄存器，复杂的LCD显示驱动器，A/D、D/A转换子系统或其他的MCU。

当SPI工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到移位寄存器（高位在前）。

发送一个字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。

主SPI的时钟信号（SCK）使传输同步。

其典型系统框图如下图所示。

SPI主要特点有: 可以同时发出和接收串行数据;∙可以当作主机或从机工作;∙提供频率可编程时钟;∙发送结束中断标志;∙写冲突保护;∙总线竞争保护等。

图2示出SPI总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示):SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。

如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。

时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。

如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。

SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。

智能功率集成电路之电子镇流器摘要：本文介绍了智能功率集成电路应用于电子镇流器的相关内容，介绍了电子镇流器电路的基本构成，核心电路的工作原理，旨在对功率集成电路的工作方式形成一定的认识。

关键词：智能功率集成电路电子镇流器半桥逆变电路启辉一、智能功率集成电路概述SPIC将输出功率器件、低压控制信号处理以及传感、保护、检测、诊断等功能电路集成到同一芯片上,是微电子技术和电力电子技术、控制技术、检测技术相结合的产物，目前被广泛应用于汽车电子、开关电源、电机驱动、工业控制和电源管理等方面。

SPIC电路的基本构成如图所示。

SPIC一般包括三个部分:功率控制、检测和保护以及接口电路。

功率控制电路包括功率器件和驱动电路两部分,主要实现终端功率输出处理功能。

出于功耗、控制难度等考虑,功率电路一般使用MOS栅功率器件为主。

为了保证功率器件正常工作并发挥出功率器件的特点,一般还需要增加栅驱动电路或电平位移电路,来控制功率器件的开启和关断。

检测和保护电路主要针对SPIC高压、大电流特点,增加SPIC或外围电路发生异常情况(过压/欠压、过温、过流和短路/断路等)时进行保护的功能,从而较好地保护SPIC不受损坏,提高SPIC的稳定性和使用寿命。

SPIC发生异常情况(如过热、过压等)时,如果在很短时间内不作出反应,SPIC电路(特别是功率器件)就可能损毁,所SPIC的检测和保护功能一般由高速双极型晶体管构成的高性能模拟电路完成。

随着CMOS特征尺寸的大幅度减小,标准CMOS器件的截止频率也达到几十GHZ到上百GHZ的范围，目前很多检测和保护电路也采用CMOS电路来替代双极型晶体管电路,因为这有利于简化工艺步骤、降低生产成本和减小芯片面积等。

出于这种变化趋势,部分BCD工艺也逐渐向CMOS-DMOS工艺转变。

SPIC接口电路一般由高密度逻辑CMOS实现,主要功能是完成与微机的信息交互,对微机的指令进行简单处理然后控制功率器件作出响应,同时将当前的工作状态、负载信息及其他，检测到的信息传送回给微机系统,为下一步更好地控制SPIC电路提供数据。

智能集成电路主要技术指标智能集成电路（IC）是一种集成了多个电子元件、电路和功能的微小芯片。

它是现代电子设备的核心组成部分，广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统、消费电子和工业控制等领域。

智能集成电路的性能直接影响着设备的功能和性能，因此，掌握智能集成电路的主要技术指标对于电子工程师和电子设备制造商来说至关重要。

智能集成电路的主要技术指标之一是集成度。

集成度指的是在一个芯片上集成的电子元件和电路的数量。

随着技术的不断进步，智能集成电路的集成度也在不断提高。

高集成度的智能集成电路能够实现更多的功能，同时减小了设备的体积和功耗，提高了设备的性能和可靠性。

第二个主要技术指标是工作频率。

智能集成电路的工作频率决定了其处理能力和速度。

通常，工作频率越高，智能集成电路的运算速度也越快。

高工作频率的智能集成电路可以处理更复杂的任务，适用于高性能的应用领域，比如高速计算和数据传输。

第三个主要技术指标是功耗。

功耗是智能集成电路在工作过程中消耗的功率。

低功耗的智能集成电路对于电池供电的移动设备尤为重要，可以延长设备的续航时间。

同时，低功耗的智能集成电路还可以减少设备的散热需求，提高设备的可靠性。

另外一个重要的技术指标是工作温度范围。

智能集成电路的工作温度范围是指它能够正常工作的温度范围。

不同的应用领域对工作温度范围有不同的要求。

例如，工业控制领域对工作温度范围要求较高，因为工业环境的温度波动较大。

智能集成电路需要能够在极端的温度条件下正常运行。

智能集成电路的存储容量也是一个重要的技术指标。

存储容量决定了智能集成电路能够存储和处理的数据量。

随着数据量的不断增加，存储容量的要求也越来越高。

因此，提高存储容量是智能集成电路发展的一个重要方向。

智能集成电路的可靠性也是一个关键的技术指标。

智能集成电路通常被集成到各种各样的设备中，工作环境千差万别。

因此，智能集成电路需要具备较高的抗干扰能力和稳定性，以确保设备的正常运行和长期稳定性。

电力电子变流技术全本书课后答案习题与思考题解1-1．晶闸管导通的条件是什么？如何使晶闸管由导通变为关断？解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。

门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。

导通后的晶闸管管压降很小。

使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ下列。

其方法有二：１）减小正向阳极电压至某一最小值下列，或者加反向阳极电压； ２）增加负载回路中的电阻。

1-2．型号为KP100-3的晶闸管，维持电流I H =4mA ，使用在题1-2图中的电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？解：根据机械工业部标准JB1144-75规定，ＫＰ型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指同意流过晶闸管的额定通态平均电流为100A ，3表示额定电压为300V 。

关于图(a)，假若晶闸管V 被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为()mA IV2105001003=⨯=由于I V < I H ，而I H < I L ，I L 为擎住电流，通常I L =(2~4) I H 。

可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，因此，图(a)不合理。

关于图(b)，电源为交流220V ，当α=0°时，最大输出平均电压9922045.045.02=⨯=≈U Ud（Ｖ）平均电流9.91099===R U d VAR I (A) 波形系数57.1≈=VARVfI I K因此， ＩＶ＝K f 。

ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)而KP100-3同意流过的电流有效值为I VE ＝1.57×100＝157(A)， I L < I V <I VE ，因此，电流指标合理。

但电路中晶闸管Ｖ可能承受的最大正反向峰值电压为31122022≈⨯===U U URm Fm(V)>300(V)因此，图(b)不满足电压指标，不合理。

芯片sip
芯片是集成电路的一种，它是由大量的半导体材料组成，用于存储和处理电子信息。

芯片主要由晶体管、电阻、电容等电子元件组成，它们通过金属线路连接在一起，并封装在一个小型的塑料或陶瓷封装中。

芯片有着广泛的应用领域，例如计算机、手机、电视、汽车等各种电子设备中都会使用到芯片。

芯片的主要功能是实现数据的存储和处理，具有高度集成和高速运算的特点。

芯片分为模拟芯片和数字芯片两大类。

模拟芯片主要用来处理模拟信号，如声音、图像等；数字芯片主要用来处理数字信号，如数据、控制信号等。

随着科技的进步，数字芯片的应用越来越广泛，而模拟芯片则逐渐被数字化所替代。

芯片的制造过程十分复杂，需要多个工艺步骤。

通常情况下，芯片的制造过程包括晶圆加工、光刻、薄膜沉积、离子注入等多个步骤。

其中最关键的步骤是光刻技术，通过使用光刻胶和光刻机将电路图案转移到芯片上，实现集成电路的制造。

芯片的规模越小，集成度越高，性能越好。

现代芯片的制造技术已经达到了纳米级别，最新的芯片制造工艺已经进入到了7
纳米的水平。

随着技术的不断发展，芯片的性能将会越来越强大，尺寸将会越来越小。

总之，芯片是现代电子设备不可或缺的核心组件，它的发展对于提升电子设备的性能将起到至关重要的作用。

随着科技的不
断进步，芯片的制造技术也在不断地发展和创新，为人们的生活带来了便利和变革。

什么是集成电路有哪些常见的集成电路类型什么是集成电路有哪些常见的集成电路类型集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术的重要组成部分，它将大量的电子元器件如晶体管、电容器、电阻器等以微型化的方式集成在一块半导体芯片上，使得电路的功能更加复杂、体积更小、性能更佳。

集成电路的出现极大地促进了电子技术的发展，并广泛应用于电子产品中。

本文将详细介绍什么是集成电路以及常见的集成电路类型。

一、什么是集成电路集成电路，顾名思义，就是将电子元器件集成在一块半导体芯片上的电路。

它的出现解决了传统电路布线复杂、占用空间大、性能受限等问题，有效提高了电路的集成度和可靠性。

集成电路主要由晶圆制造、掩膜制作、扩散刻蚀、制作金属线、包封等工艺组成。

二、常见的集成电路类型1. 数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）数字集成电路主要处理数字信号，广泛应用于计算机、通信设备、工业控制等领域。

它通常由与门、或门、非门等逻辑门电路组成，能够实现逻辑运算、存储等功能。

常见的数字集成电路有逻辑门电路、寄存器、计数器等。

2. 模拟集成电路（Analog Integrated Circuit，简称AIC）模拟集成电路主要处理模拟信号，常用于音频、视频等领域。

它可以准确地处理连续的信号，如声音、光强、电压等。

模拟集成电路广泛应用于放大器、滤波器、运算放大器等电路中。

常见的模拟集成电路有放大器、比较器、滤波器等。

3. 混合集成电路（Mixed Integrated Circuit，简称MIC）混合集成电路是数字集成电路和模拟集成电路的结合体，能够处理数字信号和模拟信号。

它常用于嵌入式系统、通信设备等领域，能够集成数字电路和模拟电路的优势。

混合集成电路可以同时实现数字信号处理和模拟信号处理的功能。

常见的混合集成电路有模拟-数字转换器、数字-模拟转换器等。

4. RF集成电路（RF Integrated Circuit，简称RFIC）RF集成电路主要用于无线通信领域，能够处理射频信号。

SPIC技术发展动态一、SPIC技术概论1.SPIC技术简介Smart Power ICs（SPIC），即智能功率集成电路，是指将所有的高压器件与低压电路集成在同一芯片上，消除了电力电子装置中各模块之间多余的连接。

这样既提高了电路的稳定性，也可以明显降低原来在高频工作时各模块之间引线对电路造成的破坏性影响，甚至可将过温、过流、过压和欠压等保护电路都集成进芯片去增强对功率器件的保护。

因此，不仅显著地提高集成度、降低成本，更可令芯片整体的可靠性获得提升。

一般来说，SPIC 应该具备下面的三种功能：（1）控制功能，检查系统运行状态并据此调整功率集成器件的工作；（2）传感与保护功能，当系统出现负载过重、输出短路、芯片电源电压不正常或温度过高等各种有害情况时，能及时反映在控制电路中并作出改变，使功率集成器件工作在其安全工作区内；（3）拥有可以同外界通信的逻辑输入、输出接口。

对SPIC来说其技术主要包括隔离技术和功率半导体器件技术，隔离技术包括：自隔离、PN结隔离、介质隔离。

2.SPIC技术发展智能功率集成电路于七十年代后期出现在人们视野，但由于技术原因其研制遇到很大阻碍没有实质性进展。

八十年代新型器件的出现带动了SPIC的发展，而九十年代BCD工艺的成熟使得SPIC 进展惊人，在工业制造、电力传输、自动化控制等中确立了不可替代的位置。

今天，SPIC 已在军用航天、工业自动化、民品电子、汽车电子等各个领域获得了广泛的应用，在各个现代化国家的国民经济中占有厚重比例。

而当下SPIC 技术总的发展趋势是向功耗更低、工作频率更高、功率更大和功能更全的方向发展，而且系列化和专业化SPIC 越来越明显。

目前SPIC 的重要研究内容有：开发成品率高、工艺成本低且能兼容于CMOS工艺和BiCMOS 工艺的新型工艺的研究；能将多个大功率器件进行单片集成的研究；能在特种环境下正常工作且具有较好坚固性的SPIC 的研究，特种环境比如：高温，高辐射等；大电流高速度MOS 器件控制且具有自我保护机制的功率器件的研究。

电力电子变流技术试题汇总 （第一章 电力半导体器件）一、填空题1.晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是，阳极、门极和__阴__极。

2.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，是晶闸管允许连续通过__工频__正弦半波电流的最大平均值。

3.处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极承受正向电压，且__门极加上正向电压 _时，才能使其开通。

4.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，条件要求环境温度为_+400__。

5.对同一只晶闸管，断态不重复电压U DSM 与转折电压U BO 数值大小上有U DSM __小于_U BO 。

6..对同一只晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L 在数值大小上有I L _≈（2～4）_I H 。

7..晶闸管反向重复峰值电压等于反向不重复峰值电压的_90%___。

8.普通逆阻型晶闸管的管芯是一种大功率__四__层结构的半导体元件。

9.可关断晶闸管（GTO ）的电流关断增益βoff 的定义式为minoff G AI I -=β。

10.晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为____擎住电流I L __。

11..晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压U DRm 和反向重复峰值电压U RRm 中较_小__的规化值。

12.普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用__有效值_标定。

13.普通晶闸管属于__半控型_器件，在整流电路中，门极的触发信号控制晶闸管的开通，晶闸管的关断由交流电源电压实现。

14.IGBT 的功率模块由IGBT 和_快速二极管_芯片集成而成。

15.对于同一个晶闸管，其维持电流I H _ 小于_擎住电流I L 。

16.2.可用于斩波和高频逆变电路，关断时间为数十微秒的晶闸管派生器件是__快速晶闸管____。

17.功率集成电路PIC 分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是__智能功率集成电路（SPIC）。

任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。

为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。

采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。

微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。

内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。

另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。

并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。

串行通信一般可分为异步模式和同步模式。

随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。

下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。

一、内部总线1．I2C总线I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。

它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。

在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

2．SPI总线串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。

Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。

简述集成电路功耗的基本组成
集成电路功耗的基本组成包括静态功耗和动态功耗。

1. 静态功耗：静态功耗也称为漏电流功耗，是指当芯片处于工作状态，但没有输入和输出信号变化时所消耗的功率。

静态功耗主要由芯片中的泄漏电流引起，这是因为晶体管在关闭状态下仍会有一部分电流通过，导致功耗的消耗。

2. 动态功耗：动态功耗是指输入和输出信号变化导致的功耗消耗。

动态功耗主要由充电和放电过程中的能量转换引起。

在晶体管开关过程中，电荷被充电和放电，这导致能量转化为热量引起功耗。

除了静态功耗和动态功耗外，集成电路的功耗还受到其他因素的影响，如温度、电压供应和频率等。

+因此，在设计集成电路时需要考虑如何尽量减小功耗，包括降低静态功耗、优化电路结构和使用低功耗设计技术等方式。

集成电路封装概述近年来，我国集成电路行业发展迅猛，以集成电路为核心的电子信息产业超过了之前钢铁、石油、汽车传统工业成为了支柱产业。

集成电路的集成度和产品更新速度为每18个月增加一倍，成为拉动国民经济和改造传统产业的强有力的引擎。

而封装测试业作为集成电路行业重要环节，已为我国集成电路的重要组成部分，我国在集成电路领域首先发展的即是封装测试业，由于具备成本和地缘优势，同时国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，目前我国已经成为全球主要封装基地之一。

我国集成电路行业起步较晚，由于国家大力扶持科学技术人才发展，大力支持科学技术改革与创新，所以我国的集成电路行业发展迅猛，而作为集成电路的重要环节，集成电路封装也同样是发展迅猛，得益于我国的地缘跟成本优势，依靠于广大市场潜力和人才发展，集成电路封装已成为我国重要的集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。

国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力，目前我国已经成为全球主要封装基地之一。

SIP是基于SOC的一种新封装技术，将一个或多个裸芯片及可能的无源元件构成的高性能模块装载在一个封装外壳内，包括将这些芯片层叠在一起，且具备一个系统的功能。

SIP将多个IC和无源元件封装在高性能基板上，可方便地兼容不同制造技术的芯片，从而使封装由单芯片级进人系统集成级。

它是在基板上挖凹槽，芯片镶嵌其中，可降低封装体厚度，电阻、电容、电感等生成于基板上方，最后用高分子材料包封。

在一个封装中密封多个芯片，通常采用物理的方法将两个或多个芯片重叠起来，或在同一封装衬底上将叠层一个挨一个连接起来，使之具有新的功能。

它可实现系统集成，将多个IC以及所需的分立器件和无源元件集成在一个封装内，包括多个堆叠在一起的芯片，或将多个芯片堆叠整合在同一衬底上，形成的标准化产品，可以像普通的器件一样在电路板上进行组装。

SIP为一个封装内集成了各种完成系统功能的电路芯片，是缩小芯片线宽之外的另一种提高集成度的方法，而与之相比可大大降低成本和节省时间。