Du ser integrerede kredsløb i næsten alle elektroniske enheder. De mest almindelige Typerne er digitale IC'er, analoge IC'er, blandede signaler-IC'er og applikationsspecifikke IC'er..
Type af integreret kredsløb |
|---|
Digital IC |
Analog IC |
Blandet signal-IC |
Applikationsspecifik IC (ASIC) |
Du kan sortere integrerede kredsløb efter funktion, teknologi, kompleksitet eller arkitektur. Denne sortering kaldes klassificering af integrerede kredsløb. Det hjælper dig med at vælge de rigtige dele til design af elektroniske systemer, kredsløb designog test af integrerede kredsløb. Når integrationsniveauer går fra SSI til ULSI, bliver chiptestning endnu vigtigere.
Nøgleforsøg
Integrerede kredsløb har fire hovedtyper: digital, analog, blandet signal og applikationsspecifik. Kendskab til disse typer hjælper dig med at vælge det rigtige kredsløb til dit projekt.
Du kan gruppere integrerede kredsløb efter funktion, teknologi, kompleksitet eller arkitektur. Dette gør det nemmere at vælge den rigtige chip. Det hjælper dig med at matche chippen til dit systems behov.
Digitale integrerede kredsløb er vigtigt for moderne elektronikDe driver ting som computere og smartphones. De bruger binære signaler og er for det meste lavet af silicium.
Analoge integrerede kredsløb fungerer med jævne signaler. De er vigtige for lydsystemer og sensorer. De bruger dele som forstærkere og filtre til at styre disse signaler.
Mixed-signal IC'er har både analoge og digitale funktioner på én chip. De er gode til enheder, der har brug for begge typer signaler, såsom smartphones og medicinsk udstyr.
Klassificering af integrerede kredsløb
Klassificering af integrerede kredsløb hjælper dig med at gruppere og sammenligne chips. Der er forskellige måder at sortere disse kredsløb på. Hver metode ser på en særlig funktion eller anvendelse. Dette gør det nemmere at vælge den rigtige chip til dit projekt.
Efter funktion
Du kan sortere integrerede kredsløb efter, hvad de gør. Nogle arbejder med signaler, der ændrer sig jævnt. Andre bruger signaler, der skifter mellem to tilstande. Her er en tabel med hovedtyper:
Type af IC | Beskrivelse | Applikationer |
|---|---|---|
Analoge integrerede kredsløb | Arbejd med signaler, der ændrer sig jævnt. | Lydsystemer, radioer, sensorer |
Digitale integrerede kredsløb | Brug signaler, der enten er tændt eller slukket (0 eller 1). | Mikroprocessorer, hukommelseschips, logiske gates |
Blandede signal-IC'er | Kombiner analoge og digitale dele på én chip. | Datakonvertere, kommunikationssystemer |
Denne sorteringsmetode hjælper dig med at matche chippen til dit system.
Af teknologi
Du kan også sortere integrerede kredsløb efter teknologi. Teknologi betyder hvordan chippen er lavet og hvilke materialer der er brugt. Her er en tabel med nogle almindelige typer:
Teknologitype | Beskrivelse | Effektivitet |
|---|---|---|
doping | Tilføjer særlige atomer til chipmaterialet. | Gør chips hurtigere og mere pålidelige. |
Tyndfilmsaflejring | Placerer tynde lag på chippen ved hjælp af specielle maskiner. | Forbedrer energiforbrug og ydeevne. |
Litografi | Tegner små mønstre på chippens overflade. | Styrer hvor små og hurtige chips kan være. |
Fjernelsesprocesser | Fjerner dele af spånmaterialet for at forme det. | Hjælper med at skabe den rigtige chipstruktur. |
Sortering efter teknologi viser, hvordan fremstilling af chips påvirker deres kvalitet.
Efter kompleksitet
Sortering efter kompleksitet ser på, hvor mange dele der er inde i chippen. Her er de hovedgrupper:
SSI (Small Scale Integration): 3-30 gates pr. chip
MSI (Medium Scale Integration): 30-300 gates pr. chip
LSI (Large Scale Integration): 300-3,000 gates pr. chip
VLSI (Very Large Scale Integration): Mere end 3,000 gates pr. chip
Chips med flere gates kan gøre flere ting. Dette hjælper dig med at vælge en chip, der passer til dit projekt.
Efter arkitektur
Du kan også sortere chips efter arkitektur. Arkitektur betyder, hvordan chippen er bygget, og hvordan dens dele forbindes. Her er en tabel med to hovedmåder:
Arkitektonisk tilgang | Beskrivelse | Indflydelse på funktionalitet |
|---|---|---|
Digitalt IC-design | Bruger logiske blokke til opgaver som databehandling. | Øger hastighed og effektivitet i digitalt arbejde. |
Analog IC-design | Bruger forstærkere og filtre til signalstyring. | Forbedrer lyd- og signalkvaliteten. |
Sortering efter arkitektur viser, hvordan chippens layout ændrer, hvad den kan gøre.
Tip: Brug af klassificering af integrerede kredsløb hjælper dig med hurtigt at sammenligne chips og vælge den bedste til dit projekt.
IC typer
Digitale integrerede kredsløb
Digitale integrerede kredsløb er meget vigtige i elektronik i dag. De arbejder med binære signaler, som enten er tændt eller slukket. Disse kredsløb bruger logiske porte som AND, OR og NOTLogiske gates hjælper med at lave kredsløb, der udfører simple matematik og beslutninger. Kombinationskredsløb bruger kun den aktuelle indgang til at bestemme outputtet. Sekventielle kredsløb har hukommelsesdele, der lagrer og ændrer data over tid.
Du kan finde digitale integrerede kredsløb i mange enheder. De er indeni smart-tv'er, set-top-bokse og spillekonsollerBærbare enheder som smartwatches bruger dem til ting som pulsmåling. Kameraer bruger disse kredsløb til at behandle billeder. I biler styrer de motorer og underholdningssystemer. Medicinske værktøjer og fabriksmaskiner bruger dem også.
Digitale integrerede kredsløb er hovedsageligt lavet af silicium. CMOS er den primære proces, der bruges til at fremstille demDenne proces giver høj ydeevne og bruger kun lidt strøm. Fremstilling af disse chips omfatter trin som waferforberedelse, ionimplantation og fotolitografi. Emballering er det sidste trin. Virksomheder fremstiller mange chips på én gang for at spare penge.
Teknologi/Proces | Beskrivelse |
|---|---|
Materiale | Mest silicium, men nogle gange bruges også GaAs og SiGe. |
Dominerende proces | CMOS er den primære måde at fremstille digitale logikchips på. |
Logiske gate-arkitekturer | Omfatter statisk CMOS, dynamisk CMOS og passtransistorlogik CMOS. |
IC-fremstillingstrin | 1. Waferforberedelse 2. Ionimplantation 3. Diffusion 4. Fotolitografi 5. Oxidation 6. Kemisk dampaflejring 7. Metallisering 8. Pakning |
Produktionsstrategi | Mange chips fremstilles på én gang på én wafer for at sænke omkostningerne. |
Digitale integrerede kredsløb findes i forskellige størrelser. Tabellen nedenfor viser typerne:
Type af IC | Transistor Count | Beskrivelse |
|---|---|---|
Småskalaintegration (SSI) | 1 til 100 | Bruges til grundlæggende dele som logiske gates og flip-flops. |
Mellemstor integration (MSI) | 100 til 1,000 | Bruges til tællere og små mikroprocessorer. |
Storskalaintegration (LSI) | 1,000 til 10,000 | Bruges til 8-bit mikroprocessorer i computere og spil. |
Meget storskalaintegration (VLSI) | 10,000 til 1 millioner | Bruges til 32-bit mikroprocessorer i kraftfulde CPU'er og hukommelseschips. |
Ultra storskala integration (ULSI) | 1 millioner til 10 millioner | Bruges til avancerede mikroprocessorer i moderne computere. |
Integration i stor skala (GSI) | Over 10 millioner | Bruges til komplekse systemer som SoC'er i AI og hurtige enheder. |
Tip: Tjek altid integrationsniveauet og hvad du har brug for, før du vælger et digitalt integreret kredsløb.
Analoge IC'er
Analoge IC'er hjælper dig med at arbejde med signaler der ændrer sig jævnt, som lyd eller varme. Deres design bruger forstærkere, filtre og spændingsregulatorer. Operationsforstærkere, kaldet operationsforstærkere, er meget vigtige i analoge kredsløb. Designere bruger særlige tricks til at holde forstærkere stabile. De forsøger også at sænke input-offset spændingen og sikre, at kredsløbet fungerer godt, selvom den måde, det er lavet på, ændrer sig.
Nøgledesignprincip | Beskrivelse |
|---|---|
Design af operationsforstærkere | Fokuserer på hvordan man designer operationsforstærkere, især to-trins CMOS operationsforstærkere. |
Kompensationsteknikker | Bruges til at holde forstærkere stabile, når de arbejder i en loop. |
Systematisk indgangsforskydningsspænding | Sørger for, at der ikke er uønsket spænding ved indgangen. |
Procesuafhængig ledningskompensation | Holder kredsløbet i gang, selv hvis fremstillingsprocessen ændres. |
Høj udgangsimpedans | Opamps er lavet til at have høj udgangsimpedans for bedre forstærkning og lavt strømforbrug. |
Lavspændingsapplikationer | To-trins operationsforstærkere fungerer godt til lavspændingsbrug uden behov for ekstra udgangsdele. |
Fuldt differentielle operationsforstærkere | Forklarer, hvad fuldt differentielle opamps er, og hvordan de bruges. |
Man bruger analoge IC'er mange steder. De forstærker og håndterer signaler i radioer, lydsystemer og sensorer. De findes også i faselåste sløjfer, ADC'er og DAC'er. Analoge IC'er hjælper med at omdanne signaler fra sensorer eller antenner til noget, som enheder kan bruge.
Analoge IC'er bruger ting som operationsforstærkere, spændingsregulatorer, oscillatorer og aktive filtre. Disse er vigtige i både hjemme- og arbejdselektronik.
Nogle velkendte analoge IC'er er:
LM741: En nyttig operationsforstærker til mange kredsløb.
AD620: En meget præcis forstærker til måling.
LM7805: En spændingsregulator, der giver en stabil 5V udgang.
AD574: En præcis ADC til dataindsamling.
DAC0800: En DAC til at ændre digitale signaler til analoge i lyd og video.
Blandede signal-IC'er
Blandede signal-IC'er har både analoge og digitale kredsløb på én chip. Du bruger disse, når du skal håndtere begge typer signaler i én enhed. Design af blandede signaler kræver omhyggelig planlægning. Du skal holde analoge og digitale signaler adskilt for at forhindre støj og problemer. God jordforbindelse, routing og strømforsyning hjælper kredsløbet med at fungere godt.
Blander analoge og digitale dele sammen
Kræver omhyggelig planlægning af layoutet
Holder signaler adskilt for at undgå problemer
Bruger de bedste metoder til at holde signaler klare
Kræver god isolering, jording og kabelføring
Strømforsyningen skal styres godt
Stopper støj og interferens i layoutet
Blandede signal-IC'er bruges i mange tingBiler bruger dem til at håndtere sensorer og kommunikere med andre dele. Medicinsk udstyr bruger dem til præcis databehandling. Trådløse systemer bruger dem til at sende signaler. Telefoner og tablets bruger dem til lyd- og strømstyring.
Teknologier | Beskrivelse |
|---|---|
CMOS | Bedst til digitalt arbejde og giver dig mulighed for nemt at tilføje digitale dele. |
BiCMOS | Blander CMOS og bipolære transistorer for bedre analogt og digitalt arbejde. |
CMOS SOI | Bruger et specielt lag til at lave chips hurtigere og reducere uønskede effekter. |
SiGe | Gør chips hurtigere til højfrekvente job. |
Mixed-signal IC'er har ofte ADC'er og DAC'er til at skifte signaler mellem analogt og digitalt.
Hukommelse IC'er
Hukommelses-IC'er gemmer data til elektroniske enheder. Du bruger dem i computere, telefoner og meget mere. Fremstilling af hukommelses-IC'er starter med byggedele som transistorer og kondensatorerEt isolerende lag forbinder disse dele. Tynde metallinjer lader data bevæge sig rundt. Et dæklag beskytter chippen. Du placerer disse chips på printplader for at forbinde dem med andre dele.
Hukommelses-IC'er bruger forskellige typer. DRAM er til korttidslagring i computere og gadgets. NAND-flash holder data sikre i telefoner og SSD'er. 3D NAND giver mere lagerplads og bedre hastighed. ReRAM er en ny type hukommelse til nye anvendelser.
Hukommelse Type | Beskrivelse | Applikationer |
|---|---|---|
DRAM | Bruges til kortvarig datalagring. | Computere og elektronik. |
NAND Flash Memory | Holder data sikre, selv når strømmen er slukket. | Telefoner, USB-drev, SSD'er. |
3D NAND-teknologi | Giver mere lagerplads og bedre hastighed. | Små, energibesparende apparater. |
RERAM | Ny type hukommelse, der holder data sikre. | Bruges i nye elektroniske apparater. |
Nogle hukommelses-IC'er, du måske kender, er DDR SDRAM, som er hurtig til store job, og RDRAM, som er endnu hurtigere, men koster mere.
Hukommelseschiptype | Beskrivelse |
|---|---|
DDR SDRAM | Bruger begge urets kanter til at fordoble hastigheden, perfekt til hurtige job. |
RDRAM | Kører med højere hastigheder til hurtige dataoverførsler, god til krævende opgaver, men koster mere. |
mikroprocessorer
En mikroprocessor er som hjernen i din computer eller smartenhed. Du bruger mikroprocessorer til at køre programmer og styre systemet. Designet har mange kerner og vanskelige logiske kredsløb. Designere bruger ISA til at fortælle, hvad mikroprocessoren kan. Designet har også matematiske og styreenheder til hurtigt arbejde.
Mikroprocessorer har mange kerner og vanskelige kredsløb for bedre hastighed.
De er lavet til mange formål og kræver specielle testværktøjer.
ISA fortæller, hvilke instruktioner mikroprocessoren kan køre.
Logik- og styreenheder hjælper med at behandle instruktioner hurtigt.
Mikroprocessorer er større end andre chips til arbejde med høj hastighed.
Du finder mikroprocessorer i mange ting. De er i computere, bærbare computere og servere. Telefoner, tablets og spillekonsoller bruger dem også. I biler styrer mikroprocessorer motorer og smarte funktioner. Medicinske og fabriksudstyr bruger dem til kontrol og dataarbejde.
Mikroprocessorer bruger nye måder at lave chips på, som 5nm og 3nm, for at få plads til flere dele og bruge mindre strøm. Nogle har AI-enheder til smarte opgaver. Specielle chips som GPU'er, FPGA'er og ASIC'er bruges til spil, AI og læring. Producenter forsøger at spare strøm og bruge grønne materialer.
Type | Kendetegn | Repræsentative chips |
|---|---|---|
Generel højtydende mikroprocessor (x86) | Bruges i computere og bærbare computere, meget hurtig og fuld af funktioner | Intel Core i9 / AMD Ryzen 9 |
Indlejret mikroprocessor (ARM) | Sparer strøm, bruges i telefoner og IoT | Qualcomm Snapdragon / Apple A14 Bionic |
Digital signalprocessor (DSP) | Lavet til håndtering af digitale signaler, brugt i lyd og video | Texas Instruments TMS320C6713 |
mikrocontrollere | Bruges i små systemer, sparer plads og strøm | Atmel ATmega328P / Microchip PIC18F4550 |
PowerPC | Bruges i servere, netværk og spillekonsoller | IBM POWER9 / Nintendo GameCube Gekko |
MIPS | Bruges i netværksudstyr og tv'er | MIPS R3000 / MIPS32 M4K |
SPARC | Bruges i servere og arbejdsstationer | Oracle SPARC T7 / Fujitsu SPARC64 XIfx |
System-on-a-Chip (SoC) | Har mange dele i én chip, der bruges i telefoner og IoT | Apple A14 Bionic / Qualcomm Snapdragon |
Grafikbehandlingsenhed (GPU) | Lavet til grafik og hurtig matematik | NVIDIA GeForce RTX 3080 / AMD Radeon RX 6800 |
mikrokontrollere
Mikrocontrollere er bittesmå computere på én chip. Du bruger dem i små systemer til at udføre bestemte opgaver. Designet har en processor, hukommelse og input/output-porte. Mikrocontrollere er lavet til at bruge lidt strøm og udføre simple opgaver. Du finder dem i hjemmegadgets, legetøj og fabriksmaskiner.
Mikrocontrollere bruger den samme teknologi som mikroprocessorer, men samler alt på én chip. De bruger ofte CMOS for bedre hastighed og mindre strømforbrug. Mikrocontrollere er nødvendige til opgaver, der kræver stabil realtidsstyring.
Du ser mikrocontrollere i vaskemaskiner, mikrobølgeovne og fjernbetjeninger. De driver også robotter, bilsystemer og smart home-gadgets. Nogle bruges i medicinsk udstyr og bærbar teknologi.
Kommunikations-IC'er
Kommunikations-IC'er hjælper med at sende og modtage data i elektronik. De bruges i trådløse gadgets, netværksudstyr og telefoner. Deres design fokuserer på at håndtere signaler, ændre signaler og rette fejl. Disse IC'er skal fungere hurtigt og holde kredsløbet stærkt.
Kommunikations-IC'er bruger ny teknologi som RF CMOS, BiCMOS og SiGe til højhastighedsarbejde. De har ofte både analoge og digitale dele, såsom mixed-signal IC'er. Kommunikations-IC'er er vigtige for Wi-Fi, Bluetooth og mobilnetværk.
Du finder kommunikations-IC'er i telefoner, tablets og bærbare computere. De findes også i bilnetværk, fabrikssystemer og satellitter. ASIC'er bruges ofte i kommunikations-IC'er til særlige opgaver.
Bemærk: ASIC'er er lavet til én bestemt opgave. Du bruger ASIC'er, når du har brug for den bedste hastighed til en bestemt opgave, f.eks. i kommunikations-IC'er eller hurtigt dataarbejde.
IC-funktioner
Designprincipper
Du er nødt til forstå designet af integrerede kredsløb at bruge dem godt. Designet af en IC starter med en klar plan. Du ser på, hvad kredsløbet skal gøre. Du vælger det rigtige design til jobbet. Du bruger logiske gates, forstærkere eller hukommelsesceller i dit design. Du tegner designet på papir eller en computer. Du kontrollerer designet for fejl. Du bruger software til at teste designet, før du bygger chippen. Du foretager ændringer i designet, hvis du finder problemer. Du holder designet simpelt, så det fungerer bedre. Du bruger blokke i dit design for at gøre det nemt at ændre. Du tænker over strømforbruget i dit design. Du sørger for, at designet passer til den plads, du har. Du bruger lag i dit design for at spare plads. Du planlægger designet, så det ikke bliver for varmt. Du bruger specialværktøjer til at kontrollere designet. Du arbejder med et team for at færdiggøre designet. Du bruger designet til at lave chippen på en fabrik. Du tester chippen for at se, om designet fungerer. Du reparerer designet, hvis chippen ikke fungerer. Du bruger designet igen til nye chips.
Tip: Godt design får din IC til at fungere bedre og holde længere.
Applikationer
Du bruger IC'er mange stederDu finder dem i telefoner, computere og biler. Du bruger IC'er i medicinsk udstyr og smart home-enheder. Du ser IC'er i robotter og legetøj. Du bruger IC'er i tv'er og radioer. Du finder IC'er i vaskemaskiner og mikrobølgeovne. Du bruger IC'er i trafiklys og gadelamper. Du ser IC'er i fabrikker og landbrug. Du bruger IC'er i satellitter og raketter. Du finder IC'er i ure og fitnessarmbånd.
Teknologier
Du bruger mange teknologier til at lave IC'er. Du bruger silicium til de fleste IC'er. Du bruger CMOS-teknologi til design med lavt strømforbrug. Du bruger BiCMOS til design med blandede signaler. Du bruger SOI til hurtigt design. Du bruger GaAs til design med høj hastighed. Du bruger fotolitografi til at tegne designet på chippen. Du bruger doping til at ændre, hvordan chippen fungerer. Du bruger tyndfilmsdesign til bedre chips. Du bruger 3D-design til at få mere plads på en chip. Du bruger nye designværktøjer til at lave bedre chips. Du bruger AI til at hjælpe med designet.
Teknologier | Brug i design |
|---|---|
CMOS | Lavt strømdesign |
BiCMOS | Blandet signaldesign |
SÅ JEG | Hurtigt design |
GaAs | Højhastighedsdesign |
3D-integration | Mere design på mindre plads |
Repræsentative chips
Du ser mange chips, der viser godt design. Du bruger 555-timeren til timingdesign. Du bruger LM741 til forstærkerdesign. Du bruger 8051 til mikrocontrollerdesign. Du bruger ATmega328 til Arduino-design. Du bruger Intel Core i7 til computerdesign. Du bruger ARM Cortex til telefondesign. Du bruger TMS320 til DSP-design. Du bruger DDR4 til hukommelsesdesign. Du bruger ESP8266 til Wi-Fi-design. Du bruger LM7805 til spændingsdesign.
Bemærk: Hver chip har et specielt design til sin funktion. Du kan lære af hvert design for at forbedre dit eget.
Når du ved, hvordan man sorterer hver chip, får du stor hjælp. Denne færdighed giver dig mulighed for at vælge den bedste chip til dit projekt. Du matcher chippens lavet af og dens konstruktion med dine behov. Dette får dine chipplader til at fungere bedre og holde længere. Du planlægger, hvordan ledninger og varme spredes for at opnå hurtige chips.
Du ser nye chiptyper som sub-2nm og stablede chips.
Du bemærker chips med fede ting som MBCFET og GAAFET.
Du finder chips, der bruger dielektriske materialer med høj k-faktor for bedre arbejde.
Du bruger chips med smarte AI-værktøjer til at håndtere vanskelige designs.
Du vælger chips til cloud-job og AI, der sparer energi.
Du ser på chips med 3D-stabling til sundheds- og hjemmegadgets.
Du får chips, der forhindrer fejl og forsinkelser i designet.
Du bruger chips som GPU'er, ASIC'er, FPGA'er og neuromorfe chips til nye job.
Du ser chips, der er med til at gøre elektronik hurtigere og smartere.
Bliv ved med at lære om nye chips. Når du forbliver nysgerrig, træffer du bedre valg til dine teknologiske projekter.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er et integreret kredsløb, og hvorfor bruger man det?
An integrerede kredsløb samler mange elektroniske dele på én chip. Dette gør enheder mindre og hurtigere. Integrerede kredsløb hjælper med at spare plads og energi. Du finder dem i telefoner, computere og biler. De lader moderne elektronik arbejde sammen.
Hvordan påvirker chipdesign digitale enheder?
Chip design bestemmer, hvordan digitale enheder fungerer. Du vælger den rigtige logik og layout. Godt chipdesign betyder hurtigere hastighed og mindre strømforbrug. Digitale gadgets fungerer bedre med godt design. Chipdesign giver dig mulighed for at tilføje flere funktioner til dit integrerede kredsløb.
Hvad er de vigtigste trin i chipproduktion?
Chipproduktion starter med en halvlederwafer. Man bruger fotolitografi, doping og ætsning til at lave kredsløb. Lag tilføjes for at skabe forbindelser. Avancerede maskiner hjælper med at bygge chips. Man tester det integrerede kredsløb, før man pakker chippen.
Hvorfor er chipkapsling vigtig for integrerede kredsløb?
Chip-emballage beskytter dit integrerede kredsløb mod skader. Det hjælper med at forbinde chippen til andre dele. God emballage holder varme væk og blokerer vand. Stærk emballage er nødvendig for digitale, analoge og blandede signalchips. Chip-emballage hjælper også teknologi med at arbejde sammen.
Hvordan hjælper FPGA og feltprogrammerbare gate arrays med teknologiintegration?
FPGA og feltprogrammerbare gate arrays hjælper med at teste chipdesign hurtigt. Du kan ændre logikken efter at have lavet chippen. FPGA giver dig mulighed for at afprøve nye ideer i digitale systemer. Feltprogrammerbare gate arrays hjælper med system-på-en-chip og teknologiprojekter.
