电工电子学第4章数字集成电路PPT课件

0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
B1
C1
& ≥１
&
F
&
结论：同一功能可用不同电路实现
3．例 5－5 (P.259)
B3B2 B1B0 00
00 0
B3B2 01 11 10 B1B0 00
0 0 0 00 0
01 1 1 1 1
01 0
01 11 10 110 110
11 0 0 0 0 11 1 0 0 1
10 1 1 1 1
例 4－1 (P.130) 根据题意列真值表：
（1）与非－与非式
方法： a. 先求出最简与 －或式 (圈“1”格) b. 再对此与 －或式两次求反， 用狭摩根定理去掉一个非号
AB
C 00 01 11 10 00 0 1 0
A
10 1 1 1
B
F=AB+AC+BC
C
F=AB+AC+BC
=AB ·AC ·BC
ABC F
000 0 001 0 010 0 011 1 100 0 101 1 110 1 111 1
&
&
&F
&
（2）或非－或非式 方法：
a.先求出最简或 －与式 (圈“0”格) b.再对此与 －或式两次求反，用狭摩根定理去掉一个非号.
AB C 00 01 11 10
00 0 1 0 10 1 1 1
10 1 0 0 1
G0卡诺图
G1卡诺图
G0=B1B0+B1B0 =B1 B0 G1=B2B1+B2B1 =B2 B1 G2＝B3⊕ B2

《集成电路》ppt课 件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和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。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04

• 两条并排放置的导线之间
v(t)
– 耦合电容 - 其中一条导线上电压的 变化会影响相邻导线上的信号
i(t)
– 耦合电感 - 其中一条导线上电流的 变化会影响相邻导线上的信号
VD
• 电源线和地线上的噪声
D
– 会影响该门的信号电平
说明：噪声是数字电路工程中一个主要关注的问题。如何克服所有这 些干扰是高性能数字电路设计所面临的主要挑战之一。
2019年12月31日12时10分
例题1.2 电源分布网络对系统设计的挑战
功能块A
功能块B
功能块A
功能块B
A. 布线通过功能块
引论. 26
B. 布线绕过功能块
2019年12月31日12时10分
1.3 数字设计的质量评价
• 集成电路的成本 • 功能性和稳定性 • 性能 • 功耗和能耗
• 为了保证整个设计层次中定义的一致性，我们采用了从下 而上的设计方法：从定义一个简单反相器基本的质量评定 标准开始，并逐渐将它们扩展到如逻辑门、模块和芯片这 些更为复杂的功能
数字IC（组合/时序） 模拟IC（线性/非线性）
模数混合IC 通用IC、专用IC
2019年12月31日12时10分
划分集成电路规模的标准
类型
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC
双极 IC
<100
<100
100~1000
100~500
103 ~ 105
500~2000
引论. 14
2019年12月31日12时10分
集成电路的概念
• Integrated Circuit，缩写IC
• 通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源 器件、电容和电阻等无源器件，按照一定的电路互连， “集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封 装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能

11 中北大学 电子科学与技术系
CMOS与非门的直流特性
这个式子说明了：为什么 在CMOS设计中更倾向于 采用与非门。 如果采用相同尺寸的 NMOS和PMOS器件，那 么由于空穴迁移率比 NMOS的迁移率低，所以
此时采用串联的NMOS管 和并联的PMOS管就更轻 松地设计出一个转换点电 压为理想值Vdd/2的逻辑 门。
两个NMOS器件串联 有这样一个规律：两 个串联的MOS管等价 于两个串联MOS管长 度之和的单个MOS管；
EE141
School of Microelectronics 集成电路分析与设计2013春季
8 中北大学 电子科学与技术系
CMOS与非门的直流特性
如果将与非门两个输 入端连接在一起，该 电路就类似于一个反 相器 NMOS尺寸：沟道宽 度为Wn、沟道长度为 2Ln PMOS尺寸：沟道宽 度为2Wp、沟道长度 为Lp
21 中北大学 电子科学与技术系
Standard Cell Library
NAND
INV
EE141
School of Microelectronics 集成电路分析与设计2013春季
22 中北大学 电子科学与技术系
Standard Cell Library
NAND
INV
NAND
23 中北大学 电子科学与技术系
6 中北大学 电子科学与技术系
CMOS与非门的直流特性
两个PMOS器件并联 有这样一个规律：两 个并联的MOS管等价 于两个并联MOS管宽 度之和的单个MOS管；
EE141
School of Microelectronics 集成电路分析与设计2013春季
7 中北大学 电子科学与技术系

YAB
A
BY
0
01
0
10
1
00
1
10
真值表
A
≥1
Y
B
或非门的逻辑符号
28
L=A+B
3、异或运算：逻辑表达式为： YA BA BA B
A
BY
0
00
0
11
A
=1
Y
B
1
01
1
10
异或门的逻辑符号
真值表
L=A+B
4、 与或非运算：逻辑表达式为： YABCD
A
& ≥1
B
Y
C
D
与或非门的逻辑符号
A
&
B
≥1 Y
－2
＝(135.0625)10
4、十六进制
各数位的权是8的幂
数码为：0～9、A～F；基数是16。 运算规律：逢十六进一，即：F＋1＝10。 十六进制数的权展开式： 如：(D8.A)2＝ 13×161 ＋8×160＋10 ×16－1＝(216.625)10
各数位的权是16的幂
11
结论
①一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算 规律为逢N进一。
12
几种进制数之间的对应关系
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
二进制数
00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111
2、基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可
能用到的数码个数。

半定制设计方法又分成基于规范单 元的设计方法和基于门阵列的设计方法。
基于规范单元的设计方法是：将预 先设计好的称为规范单元的逻辑单元， 如与门，或门，多路开关，触发器等， 按照某种特定的规那么陈列，与预先设 计好的大型单元一同组成ASIC。基于规 范单元的ASIC又称为CBIC(Cell based IC)。
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
集成电路的设计过程：
设计创意
功能要求
+
行为设计〔VHDL〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真验证
否 行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 规划布线——幅员
后仿真
是
否
—设计业—
Sing off 集成电路芯片设计过程框架
设计的根本过程 〔举例〕 功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 幅员设计 集成电路设计的最终输出是掩膜幅员，经过制版
系统级算法级寄存器传输级也称rtl逻辑级与电路级5354系统级行为性能描述cpu存储器控制器芯片电路板子系统算法级算法硬件模块数据结构部件间的物理连接rtl状态表alu寄存mux微存储器芯片宏单逻辑级布尔方程门触发器单元布图电路级微分方程晶体管电阻电容管子布图层次行为域结构域物理域55分类内容语言描述verilog语言等功能描述与逻辑描述功能设计功能图逻辑设计逻辑图电路设计电路图版图设计符号式版图版图举例
数字集成电路 设计流程
一、集成电路设计引见
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言)
把组成电路的元件、器件以及相互间的连 线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片 上，把这个芯片放到管壳中进展封装，电路 与外部的衔接靠引脚完成。

Y2 Y1 Y0
000 001 010 011 100 101 110 111
3.4.1 编码器
逻辑函数表达式
Y 2 I 7 I 6 I 7 I 5 I 6 I 7 I 4 I 5 I 6 I 7 I 4 I 5 I 6 I 7
Y2I4I5I6I7
利用公式A+AB=A+B
Y 1 I 7 I 6 I 7 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7
如何化简 ？
Y 2 I 4 I 0 I 1 I 2 I 3 I 5 I 6 I 7 I 5 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 6 I 7 I 6 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 7 I 7 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 Y 1 I 2 I 0 I 1 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 3 I 0 I 1 I 2 I 4 I 5 I 6 I 7 I 6 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 7 I 7 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 Y 0 I 1 I 0 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 3 I 0 I 1 I 2 I 4 I 5 I 6 I 7 I 5 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 6 I 7 I 7 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6
10 ≥1
11 12
15 18
13
14 15
α 14
16
17
5
0α ENα/V18 1α
2α
9 7 6
YEX Y2 Y1 Y0
S
74LS148
YS

总结
1. 按组成的结构，数字电路可分为分立元件电路和集成电路两大类。
集成电路
类别
集成度
举例
集成电路
小规模（SSI）集成电路
集成度为 1～10 门/片或 10～100 元件/片
逻辑门电路、集成触发器。
中规模（MSI）集成电路
集成度为 10～100 门/片或 100～1 000 元件/片
译码器、编码器、选择器、算术运算器、计数器、寄存器、比较器、转换电路
不连续性
突变性
数字信号的主要特性 ：
模拟电路
数字电路
处理模拟信号的电路，称为模拟电路。
处理数字信号的电路，称为数字电路。
（1）在模拟电路中，工作的信号在时间和数值上都是连续变化的；而在数字电路中，工作的信号则在时间和数值上都是离散的。
（2）在模拟电路中，研究的主要问题是怎样不失真地放大模拟信号；而数字电路中研究的主要问题，则是电路的输入和输出状态之间的逻辑关系，即电路的逻辑功能。
大规模（LSI）集成电路
集成度大于 100 门/片或大于 1000 元件/片
中央控制器、存储器、串并行接口电路
超大规模（VLSI）集成电路
集成度大于 1000 门/片或大于 10 万元件/片
在一个硅片上集成一个完整的微型计算机
数字电路
双极型电路
单极型电路
DTLTTLECL来自IILHTLJFET
NMOS
瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。
最常见的脉冲波是矩形波（方波）。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波。
在数字电路中，信号电压和电流属于脉冲信号。
非理想的矩形脉冲波形是一种最常见的脉冲信号。

Introduction
EE141 Integrated Circuits2nd © Digital
介绍大纲
什么是IC
将来会如何发
展？
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
7
第一台自动计算机
Babbage DifferenceEngine I （1832） 25,000个机械部件 总成本 17,470
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
30
功率密度
10000 功率密度(W/cm2) 1000
Rocket Nozzle Nhomakorabea100
Nuclear Reactor
8086 10 4004 Hot Plate P6 8008 8085 Pentium® proc 386 286 486 8080 1 1970 1980 1990 2000 2010 年
Introduction
19
2007年英特尔推出45nm正式量 产工艺，45nm技术是全新的技 术，可以让摩尔定律至少再服 役10年。
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
20
集成电路的应用领域
军事国防 工业控制
工控设备 智能仪表 汽车电子 网络设备 电子商务 集成电路
8086
Source: Intel
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
i486 i386 80286

总结词
集成电路的发展历程经历了从小规模集成电路到大规模集成电路再到超大规模集成电路的演变。随着技术的不断发展，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。
要点一
要点二
详细描述
集成电路的发展历程是一个不断创新和演进的过程。最早的集成电路是小规模集成电路，只能实现简单的电路功能。随着技术的不断发展，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。从20世纪60年代开始，大规模集成电路的出现使得电子设备变得更加小型化、轻便化。进入20世纪80年代后，超大规模集成电路的发展进一步推动了电子设备的微型化和智能化。如今，随着半导体制造工艺的不断进步，集成电路的集成度越来越高，性能越来越强大，为各种电子设备的发展提供了强大的支持。
全球集成电路产业竞争格局日益激烈，企业兼并重组加速，产业集中度不断提高。
中国集成电路产业面临技术瓶颈、人才短缺、产业链不完善等挑战，需要加强自主研发和创新能力。
中国政府出台了一系列政策措施，支持集成电路产业发展，推动产业升级和转型。
中国集成电路产业发展迅速，市场规模不断扩大，技术水平不断提高。
01
导出与交付
根据集成电路的规格和性能要求，选择合适的封装形式，如DIP、SOP、QFP等。
封装形式
测试设备
测试程序
测试报告
使用专业测试设备对集成电路进行功能测试、性能测试和可靠性验证。
编写测试程序，模拟集成电路的实际工作场景，进行全面测试。
根据测试结果生成测试报告，记录集成电路的性能指标和可靠性数据。
加强集成电路教育资源建设，包括教材建设、师资队伍建设、实验设备建设等，以提高教育质量。
建立集成电路教育平台，实现优质教育资源的共享和交流，促进教育公平和协同发展。
加强校企合作，推动产学研用深度融合，为学生提供实践机会和就业渠道，提高人才培养的针对性和实用性。