下载文档原格式
从集成度来说,数字集成电路的分类(一)
数字集成电路的分类
按功能分类
•组合逻辑电路：由门电路组成，根据输入信号的组合产生输出信号。
•时序逻辑电路：根据时钟信号的变化产生输出信号，具有状态和记忆功能。
•存储器：用于存储和读取数据的电路，例如RAM和ROM。
•控制电路：用于控制其他电路或系统的运行的电路。
按规模分类
•大规模集成电路（LSI）：集成度较高的电路，通常包含数千个逻辑门。
•中等规模集成电路（MSI）：集成度适中的电路，包含数十到数百个逻辑门。
•小规模集成电路（SSI）：集成度较低的电路，通常只包含几个逻辑门。
按工艺分类
•PMOS：使用p型MOSFET器件制造的电路，适用于工艺落后。
•NMOS：使用n型MOSFET器件制造的电路，速度较快但功耗较高。
•CMOS：使用p型MOSFET和n型MOSFET器件制造的电路，兼具速度和功耗优势。
按应用领域分类
•通信集成电路：用于无线通信和有线通信等领域，如手机芯片和光通信芯片。
•测量与控制集成电路：用于仪器仪表、自动化控制等领域。
•计算机集成电路：包括中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）等用于计算机内部的电路。
•模拟与混合信号集成电路：用于音频、视频、模拟信号处理等领域。
按硬件级别分类
•数字电路：采用离散的数值进行处理和传输的电路。
•模拟电路：采用连续的信号进行处理和传输的电路。
•模拟-数字混合电路：同时包含模拟和数字电路的混合电路。
以上是数字集成电路的一些常见分类，不同的分类方式可以帮助
我们更好地理解和应用数字集成电路。
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
集成电路基本原理与分类解析集成电路（Integrated Circuit，IC）是指在小型硅片或其他片基上制作成的一个完整的电子电路系统。
它将电子元器件、电子器件和电路元件等封装在一个芯片上，从而实现电子与电路的高度集成。
本文将深入探讨集成电路的基本原理和分类。
一、集成电路的基本原理集成电路的基本原理是基于电子器件和电路元件的工作原理，在片上集成多个功能电路，实现电路的高度集成。
其基本原理主要包括以下几个方面：1.半导体材料的特性：集成电路的制作过程基于半导体材料的特性，例如硅、锗等。
半导体材料的特点在于其导电性介于导体与绝缘体之间，通过控制半导体材料的掺杂和结构，可以实现不同类型的半导体器件。
2.晶体管的应用：晶体管是集成电路中最常用的电子器件之一。
它具有放大、开关和稳定信号等功能，由于晶体管的微小尺寸和高性能，使得集成电路能够实现更高的集成度和更低的功耗。
3.电路设计与布局：集成电路的设计过程中需要考虑电路功能、布局、电性能和功耗等多个方面。
合理的电路设计和布局可以实现电路的稳定性、可靠性和性能优化。
4.工艺制造技术：集成电路的制造过程需要使用先进的工艺制造技术，包括光刻、薄膜沉积、离子注入和扩散、金属沉积、电镀、薄膜蒸镀等。
这些工艺技术能够实现高精度和高可靠性的集成电路制造。
二、集成电路的分类集成电路根据功能和结构的不同，可以分为多种类型。
下面将对常见的集成电路进行分类解析。
1.线性集成电路：线性集成电路主要由放大器和线性元件组成，可以实现信号的放大、滤波、调节和微处理等功能。
常见的线性集成电路有运算放大器、功率放大器和比较器等。
2.数字集成电路：数字集成电路通过逻辑门电路实现数字信号的处理和运算。
它可以将数字逻辑门电路集成在一个芯片上，实现逻辑操作和存储等功能。
其中，常见的数字集成电路有与门、或门、非门、触发器和计数器等。
3.模拟混合集成电路：模拟混合集成电路是将模拟电路和数字电路混合在一起的集成电路。
什么是电子电路中的数字集成电路它们有什么特点数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）是指应用数值信号进行处理和传输的集成电路。
它是电子电路中的一种重要组成部分，广泛应用于数字电子设备中，如计算机、通信设备、嵌入式系统等。
数字集成电路具有以下几个特点：1. 数字信号处理能力强：数字集成电路可以对数字信号进行高效的处理和计算，具备较高的计算能力和运算速度。
这使得数字设备在数据处理、逻辑运算等领域具备较大优势。
2. 高密度集成：数字集成电路采用微电子技术，可以将众多的逻辑门电路、触发器、计数器等数字电路元件集成到单个芯片中，实现高度集成化和紧凑的设计。
这种高密度集成的特点使得数字集成电路具备更小的体积和更简洁的结构。
3. 低功耗：数字集成电路采用的是以0和1表示的数字信号进行处理，相较于模拟电路，数字电路的功耗较低。
这对于一些依赖电池供电、需要长时间运行的电子设备尤为重要，如移动设备、无线传感器网络等。
4. 抗干扰能力强：数字集成电路具备较高的抗干扰能力，能够有效抵御外界的干扰信号对数字信号的影响。
这使得数字集成电路在复杂电磁环境下能够稳定可靠地工作，保证数据的准确性和可靠性。
5. 易于设计和维护：数字集成电路的设计和维护相对比较容易。
数字电路的设计采用的是逻辑门电路、触发器等离散元件的组合，可以通过电路图进行表达和设计；同时，数字集成电路的维护主要是对芯片的检测、替换和刷写等操作，较为简便。
总结起来，数字集成电路具有处理能力强、高度集成、低功耗、抗干扰能力强、易于设计和维护等特点。
它在现代电子技术中发挥着重要作用，推动了数字化产品的不断发展和普及。
随着科技的进步和需求的不断变化，数字集成电路将会继续发展，为人们带来更多便利和创新。
数字电路整理（第五版）第一章 数字逻辑概论 1、数字集成电路的分类根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
从电路的形式不同，数字电路可分为集成电路和分立电路 从器件不同，数字电路可分为TTL 和 CMOS 电路从集成度不同，数字集成电路可分为小规模（最多12个）、中规模（<99）、大规模(<9999)、超大规模(<99999)和甚大规模五类(>1000000)。
2、模拟信号与数字信号模拟信号：时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等 数字信号：在时间上和数值上均是离散的信号3、数字波形的两种类型第一种非归零型，第二种归零型（一个周期内必归零） 4.重要参数（1）比特率 --- 每秒钟转输数据的位数 (2) 周期性和非周期性（非理想）（3）脉冲宽度 (tw )---- 脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间 （4）占空比 Q ----- 表示脉冲宽度占整个周期的百分比（5）上升时间tr 和下降时间tf ----从脉冲幅值的10%到90% 上升 下降所经历的时间( 典型值ns ) 5、几种进制数及其转换二进制：以2为基数的计数体制（B ）（0.1） 十进制：以10为基数的计数体制（D ）（0~9）O t八进制：以8为基数的计数体制(O)（0~7）十六进制：以16为基数的计数体制(H)（0~9、A~F）1)、十进制数转换成二进制数：a. 整数的转换：“辗转相除”法:将十进制数连续不断地除以2 , 直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数。
（2n-1……….2 ³+2 ²+2 ¹+2 º）b. 小数的转换：将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以2，直到满足误差要求进行“四舍五入”为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数。
（2-1+2-2+2-3+………）2)、二--十六进制之间的转换转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向右，四位一组，不够四位的添零补齐，则每四位二进制数表示一位十六进制数。
数字集成电路的分类与特点数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路（如TTL 、ECL ）和单极型集成电路（如CMOS ）两大类，每类中又包含有不同的系列品种一、TTL 数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。
其主要系列有：1.74 -系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。
2.74H -系列这是74 -系列的改进型，属于高速TTL产品。
其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。
3.74S -系列这是TTL 的高速型肖特基系列。
在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。
4.74LS -系列这是当前TTL 类型中的主要产品系列。
品种和生产厂家都非常多。
性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。
5.74ALS -系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。
属于74LS -系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1 mW ）等方面都有较大的改进，但价格比较高。
6.74AS -系列这是74S -系列的后继产品，尤其速度（典型值为 1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。
二、CMOS 集成电路CMOS 数字集成电路是利用NMOS 管和PMOS 管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。
主要系列有：1 .标准型4000B/4500B 系列该系列是以美国RCA 公司的CD4000B 系列和CD4500B 系列制定的，与美国MOTOROLA 公司的MC14000B 系列和MC14500B 系列产品完全兼容。
该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（3〜18V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
2.74HC -系列54/74HC -系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS -系列同等的工作度和CMOS 集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。
数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路（如TTL、ECL）和单极型集成电路（如CMOS）两大类，每类中又包含有不同的系列品种一、TTL数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。
其主要系列有：1．74 –系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。
2．74H –系列这是74 –系列的改进型，属于高速TTL产品。
其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。
3．74S –系列这是TTL的高速型肖特基系列。
在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。
4．74LS –系列这是当前TTL类型中的主要产品系列。
品种和生产厂家都非常多。
性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。
5．74ALS –系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。
属于74LS –系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进，但价格比较高。
6．74AS –系列这是74S –系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。
二、CMOS集成电路CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。
主要系列有：1．标准型4000B/4500B系列该系列是以美国RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国Motorola公司的MC14000B 系列和MC14500B系列产品完全兼容。
该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（3～18V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
2．74HC –系列54/74HC –系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS –系列同等的工作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。
74HCxxx是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代74LS提供了方便。
3．74AC –系列该系列又称“先进的CMOS集成电路”，54/74AC 系列具有与74AS系列等同的工作速度和与CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。
CMOS集成电路的主要特点有：（1）具有非常低的静态功耗。
在电源电压VCC=5V时，中规模集成电路的静态功耗小于100mW。
（2）具有非常高的输入阻抗。
正常工作的CMOS集成电路，其输入保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100MΩ。
（3）宽的电源电压范围。
CMOS集成电路标准4000B/4500B系列产品的电源电压为3～18V。
（4）扇出能力强。
在低频工作时，一个输出端可驱动CMOS器件50个以上输入端。
（5）抗干扰能力强。
CMOS 集成电路的电压噪声容限可达电源电压值的45%，且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。
（6）逻辑摆幅大。
CMOS电路在空载时，输出高电平VOH≥VCC-0.05V，输出低电平V0L≤0.05V。
数字集成电路的应用要点１．仔细认真查阅使用器件型号的资料对于要使用的集成电路，首先要根据手册查出该型号器件的资料，注意器件的管脚排列图接线，按参数表给出的参数规范使用，在使用中，不得超过最大额定值（如电源电压、环境温度、输出电流等），否则将损坏器件。
２．注意电源电压的稳定性为了保证电路的稳定性，供电电源的质量一定要好，要稳压。
在电源的引线端并联大的滤波电容，以避免由于电源通断的瞬间而产生冲击电压。
更注意不要将电源的极性接反，否则将会损坏器件。
３．采用合适的方法焊接集成电路在需要弯曲管脚引线时，不要靠近根部弯曲。
焊接前不允许用刀刮去引线上的镀金层，焊接所用的烙铁功率不应超过25W，焊接时间不应过长。
焊接时最好选用中性焊剂。
焊接后严禁将器件连同印制线路板放入有机溶液中浸泡。
４．注意设计工艺，增强抗干扰措施在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止窜扰和对信号传输延迟。
此外要把电源线设计的宽些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。
三、TTL集成电路使用应注意的问题１．正确选择电源电压TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V～5.5V之间。
在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件损坏。
２．对输入端的处理TTL集成电路的各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V的低内阻电源连接。
对多余的输入端最好不要悬空。
虽然悬空相当于高电平，并不影响“与门、与非门”的逻辑关系，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路的误动作。
因此，多余输入端要根据实际需要作适当处理。
例如“与门、与非门”的多余输入端可直接接到电源Vcc上；也可将不同的输入端共用一个电阻连接到Vcc上；或将多余的输入端并联使用。
对于“或门、或非门”的多余输入端应直接接地。
对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入适当电平。
３．对于输出端的处理除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路的输出端不允许并联使用。
如果将几个“集电极开路门”电路的输出端并联,实现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算好的上拉电阻。
集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏。
四、CMOS集成电路使用应注意的问题1．正确选择电源由于CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽（CD4000B/4500B：3～18V），选择电源电压时首先考虑要避免超过极限电源电压。
其次要注意电源电压的高低将影响电路的工作频率。
降低电源电压会引起电路工作频率下降或增加传输延迟时间。
例如CMOS触发器，当Vcc由+15V下降到+3V时，其最高频率将从10MHz下降到几十kHz。
２．防止CMOS电路出现可控硅效应的措施当CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于０V），或者电源电压突然变化时，电源电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。
预防可控硅效应的措施主要有：（1）输入端信号幅度不能大于Vcc和小于0V。
（2）要消除电源上的干扰。
（3）在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。
如果电路工作频率比较低，用+5V电源供电最好。
（4）对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。
常用的电源限流电路。
３．对输入端的处理在使用CMOS电路器件时，对输入端一般要求如下：（1）应保证输入信号幅值不超过CMOS电路的电源电压。
即满足VSS≤VI≤Vcc，一般VSS＝０V。
（2）输入脉冲信号的上升和下降时间一般应小于数ms，否则电路工作不稳定或损坏器件。
（3）所有不用的输入端不能悬空，应根据实际要求接入适当的电压（Vcc或０V）。
由于CMOS集成电路输入阻抗极高，一旦输入端悬空，极易受外界噪声影响，从而破坏了电路的正常逻辑关系，也可能感应静电，造成栅极被击穿。
４．对输出端的处理（1）CMOS电路的输出端不能直接连到一起。
否则导通的P沟道MOS场效应管和导通的N沟道MOS场效应管形成低阻通路，造成电源短路。
（2）在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。
电容负载会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。
（3）CMOS电路在特定条件下可以并联使用。
当同一芯片上２个以上同样器件并联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流和拉电流负载能力，同样也提高了电路的速度。
但器件的输出端并联，输入端也必须并联。
（4）从CMOS器件的输出驱动电流大小来看，CMOS电路的驱动能力比TTL电路要差很多，一般CMOS 器件的输出只能驱动一个LS-TTL负载。
但从驱动和它本身相同的负载来看，CMOS的扇出系数比TTL电路大的多（CMOS的扇出系数≥500）。
CMOS电路驱动其他负载，一般要外加一级驱动器接口电路。
数字集成电路的接口电路在使用数字集成电路设计一个电子系统时，经常把不同类型的集成电路进行转接，这就需要增加接口电路，使各级电平或阻抗相匹配。
1．TTL与CMOS接口图(a)是TTL电路与CMOS电路采用不同电源电压时的接口电路。
C是加速电容，能改善频率响应，使信号波形的上、下沿更加陡直。
假如TTL与CMOS电路采用同样的电源（＋5V），为提高TTL输出的高电平，应在其输出端与+5V端接一只上拉电阻。
电路如图(b)所示。
2．CMOS电路驱动LED或继电器接口电路图(a)电路是CMOS驱动小型直流继电器的接口电路。
当CMOS输出高电平时，三极管饱和，继电器线圈有电流通过，继电器吸合，可驱动报警器或执行机构工作。
反之，继电器不动作。
为保护三极管，在继电器线圈两端并联续流二极管。
注意极性不得接反，否则不仅起不到保护作用，还使继电器无法正常工作。
在数字仪器中，经常要用发光二极管（LED）作电平指示或工作指示灯。
此时可将LED串一限流电阻代替三极管集电极负载。
电路如图(b)。
3．利用光电耦合器构成的接口电路图电路是利用光电耦合器4N25组成的晶闸管触发接口电路。
该电路由同相驱动器74LS07、4N25、三极管、变压器和整流电路等组成。
触发电路使用独立电源，触发脉冲由A、B两端输出，A端为正输出端。
当同相驱动器74LS07输出低电平时，光电耦合器的输出端导通，晶体管9013导通，A、B端有触发脉冲输出。
反之，晶体管截止，触发脉冲结束。
图中是利用光电耦合器构成的另一种接口电路。
用于触发双向晶闸管，不需要另外的触发电源，利用双向晶闸管的工作电源作为触发电源。
MOC3021是双向晶闸管输出型的光电耦合器，输出端的额定电压为400V，最大输出电流为1A，最大隔离电压为7500V，输入端控制电流小于15mA。
当74LS07输出低电平时，MOC3021的输入端有电流流入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸管KS导通。
反之，MOC3021输出端的双向晶闸管关断，外部双向晶闸管KS在外部电压过零后也关断。
集成反相器与缓冲器在数字电路中，反相器就是“非门”电路。
其中74LS04是通用型六反相器。
与该器件具有相同的逻辑功能且管脚排列兼容的器件有：74HC04（CMOS器件）、CD4069（CMOS器件）等74LS05也是六反相器，该器件的封装、引脚排列、逻辑功能均与74LS04相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（简称OC门）。
在实际使用时，必须在输出端至电源正端接一个1kΩ～3kΩ的上拉电阻。
缓冲器:的输出与输入信号同相位，它用于改变输入输出电平以及提高电路的驱动能力。
图(b)是集电极开路输出同相驱动器74LS07管脚排列图。
该器件的输出管耐压为30V，吸收电流可达40mA左右。
与之兼容的器件有74HC07（CMOS）、74LS17。
