Du ser integrerade kretsar i nästan alla elektroniska enheter. Den vanligaste typerna är digital IC, analog IC, blandad signal-IC och applikationsspecifik IC.
Typ av integrerad krets |
|---|
Digital IC |
Analog IC |
Blandad signal-IC |
Applikationsspecifik IC (ASIC) |
Du kan sortera integrerade kretsar efter funktion, teknologi, komplexitet eller arkitektur. Denna sortering kallas klassificering av integrerade kretsar. Den hjälper dig att välja rätt delar för design av elektroniska system, kretsdesignoch testning av integrerade kretsar. När integrationsnivåerna går från SSI till ULSI blir chiptestning ännu viktigare.
Key Takeaways
Integrerade kretsar har fyra huvudtyper: digital, analog, blandad signal och applikationsspecifik. Att känna till dessa typer hjälper dig att välja rätt krets för ditt projekt.
Du kan gruppera integrerade kretsar efter funktion, teknik, komplexitet eller arkitektur. Detta gör det enklare att välja rätt chip. Det hjälper dig att matcha chipet till ditt systems behov.
Digitala integrerade kretsar är viktigt för modern elektronikDe driver saker som datorer och smartphones. De använder binära signaler och är mestadels gjorda av kisel.
Analoga integrerade kretsar arbetar med jämna signaler. De är viktiga för ljudsystem och sensorer. De använder delar som förstärkare och filter för att styra dessa signaler.
Blandade signal-IC:er har både analoga och digitala funktioner på ett chip. De är bra för enheter som behöver båda typerna av signaler, som smartphones och medicintekniska produkter.
Klassificering av integrerade kretsar
Klassificering av integrerade kretsar hjälper dig att gruppera och jämföra kretsar. Det finns olika sätt att sortera dessa kretsar. Varje sätt tittar på en speciell funktion eller användning. Detta gör det lättare att välja rätt krets för ditt projekt.
Efter funktion
Du kan sortera integrerade kretsar efter vad de gör. Vissa arbetar med signaler som ändras smidigt. Andra använder signaler som växlar mellan två tillstånd. Här är en tabell med huvudsorter:
Typ av IC | BESKRIVNING | Tillämpningar |
|---|---|---|
Analoga integrerade kretsar | Arbeta med signaler som förändras smidigt. | Ljudsystem, radioapparater, sensorer |
Digitala integrerade kretsar | Använd signaler som antingen är på eller av (0 eller 1). | Mikroprocessorer, minneschips, logiska grindar |
Mixed-Signal ICs | Kombinera analoga och digitala delar på ett chip. | Dataomvandlare, kommunikationssystem |
Det här sorteringssättet hjälper dig att matcha chipet med ditt system.
Av Technology
Du kan också sortera integrerade kretsar efter teknologi. Teknologi betyder hur chipet är tillverkat och vilka material som används. Här är en tabell med några vanliga typer:
Teknik typ | BESKRIVNING | Prestandapåverkan |
|---|---|---|
dopning | Lägger till speciella atomer i chipmaterialet. | Gör chips snabbare och mer pålitliga. |
Tunnfilmsavsättning | Placerar tunna lager på chipet med hjälp av specialmaskiner. | Förbättrar energianvändning och prestanda. |
Litografi | Ritar små mönster på chipets yta. | Styr hur små och snabba chips kan vara. |
Borttagningsprocesser | Tar bort delar av spånmaterialet för att forma det. | Hjälper till att skapa rätt chipstruktur. |
Sortering efter teknik visar hur tillverkning av chips påverkar deras kvalitet.
Efter komplexitet
Sortering efter komplexitet tittar på hur många delar som finns inuti chipet. Här är de huvudgrupper:
SSI (Småskalig integration): 3–30 grindar per chip
MSI (Medium Scale Integration): 30–300 grindar per chip
LSI (Large Scale Integration): 300–3 000 grindar per chip
VLSI (Very Large Scale Integration): Mer än 3 000 grindar per chip
Chips med fler grindar kan göra fler saker. Detta hjälper dig att välja ett chip som passar ditt projekt.
Av arkitektur
Du kan också sortera chip efter arkitektur. Arkitektur betyder hur chipet är byggt och hur dess delar ansluts. Här är en tabell med två huvudsakliga sätt:
Arkitektonisk metod | BESKRIVNING | Inverkan på funktionalitet |
|---|---|---|
Digital IC-design | Använder logiska block för uppgifter som databehandling. | Ökar hastigheten och effektiviteten i digitalt arbete. |
Analog IC-design | Använder förstärkare och filter för signalkontroll. | Förbättrar ljud- och signalkvaliteten. |
Sortering efter arkitektur visar hur chipets layout förändrar vad det kan göra.
Tips: Att använda klassificering av integrerade kretsar hjälper dig att snabbt jämföra kretsar och välja det bästa för ditt projekt.
IC-typer
Digitala integrerade kretsar
Digitala integrerade kretsar är mycket viktiga inom elektronik idag. De arbetar med binära signaler, som antingen är på eller av. Dessa kretsar använder logiska grindar som OCH, ELLER och INTELogiska grindar hjälper till att skapa kretsar som utför enkel matematik och beslut. Kombinationskretsar använder endast strömingången för att bestämma utgången. Sekventiella kretsar har minnesdelar som lagrar och ändrar data över tid.
Du kan hitta digitala integrerade kretsar i många enheter. De finns inuti smarta TV-apparater, set-top-boxar och spelkonsolerBärbara enheter som smartklockor använder dem för saker som pulsmätning. Kameror använder dessa kretsar för att bearbeta bilder. I bilar styr de motorer och underhållningssystem. Medicinska verktyg och fabriksmaskiner använder dem också.
Digitala integrerade kretsar är mestadels tillverkade av kisel. CMOS är den huvudsakliga processen som används för att tillverka demDenna process ger hög prestanda och förbrukar lite ström. Tillverkningen av dessa chip inkluderar steg som waferförberedelse, jonimplantation och fotolitografi. Förpackning är det sista steget. Företag tillverkar många chip samtidigt för att spara pengar.
Teknik/Process | BESKRIVNING |
|---|---|
Material | Mestadels kisel, men ibland används även GaAs och SiGe. |
Dominerande process | CMOS är det viktigaste sättet att tillverka digitala logikchips. |
Logiska grindarkitekturer | Inkluderar statisk CMOS, dynamisk CMOS och CMOS med passtransistorlogik. |
IC-tillverkningssteg | 1. Waferförberedelse 2. Jonimplantation 3. Diffusion 4. Fotolitografi 5. Oxidation 6. Kemisk ångdeponering 7. Metallisering 8. Förpackning |
Produktionsstrategi | Många chips tillverkas samtidigt på en wafer för att sänka kostnaderna. |
Digitala integrerade kretsar finns i olika storlekar. Tabellen nedan visar typerna:
Typ av IC | Transistorräknare | BESKRIVNING |
|---|---|---|
Småskalig integration (SSI) | 1 till 100 | Används för grundläggande delar som logiska grindar och vippor. |
Medelstor integration (MSI) | 100 till 1,000 | Används för räknare och små mikroprocessorer. |
Storskalig integration (LSI) | 1,000 till 10,000 | Används för 8-bitars mikroprocessorer i datorer och spel. |
Mycket storskalig integration (VLSI) | 10,000 till 1 miljoner | Används för 32-bitars mikroprocessorer i kraftfulla processorer och minneschip. |
Ultrastorskalig integration (ULSI) | 1 miljoner till 10 miljoner | Används för avancerade mikroprocessorer i moderna datorer. |
Integration i stor skala (GSI) | Över 10 miljoner | Används för komplexa system som SoC:er i AI och snabba enheter. |
Tips: Kontrollera alltid integrationsnivån och vad du behöver innan du väljer en digital integrerad krets.
Analoga IC:er
Analoga IC:er hjälper dig att arbeta med signaler som förändras smidigt, som ljud eller värme. Deras design använder förstärkare, filter och spänningsregulatorer. Operationsförstärkare, kallade op-amps, är mycket viktiga i analoga kretsar. Konstruktörer använder speciella knep för att hålla förstärkare stabila. De försöker också sänka ingångsförskjutningsspänningen och se till att kretsen fungerar bra även om sättet den är tillverkad på ändras.
Viktig designprincip | BESKRIVNING |
|---|---|
Design av operationsförstärkare | Fokuserar på hur man designar operationsförstärkare, särskilt tvåstegs CMOS-operationsförstärkare. |
Kompensationstekniker | Används för att hålla förstärkare stabila vid drift i en loop. |
Systematisk ingångsförskjutningsspänning | Säkerställer att det inte finns någon oönskad spänning vid ingången. |
Processokänslig leadkompensation | Håller kretsen igång även om tillverkningsprocessen ändras. |
Hög utgångsimpedans | Opampar är gjorda för att ha hög utgångsimpedans för bättre förstärkning och låg strömförbrukning. |
Lågspänningsapplikationer | Tvåstegs operationsförstärkare fungerar bra för lågspänningsanvändning utan att behöva extra utgångskomponenter. |
Heldifferentiella operationsförstärkare | Förklarar vad heldifferentiella opamps är och hur de används. |
Analoga integrerade kretsar används på många ställen. De förstärker och hanterar signaler i radioapparater, ljudsystem och sensorer. De används också i faslåsta loopar, ADC:er och DAC:er. Analoga integrerade kretsar hjälper till att omvandla signaler från sensorer eller antenner till något som enheter kan använda.
Analoga integrerade kretsar använder saker som operationsförstärkare, spänningsregulatorer, oscillatorer och aktiva filter. Dessa är viktiga i både hem- och arbetselektronik.
Några välkända analoga IC:er är:
LM741: En användbar operationsförstärkare för många kretsar.
AD620: En mycket noggrann förstärkare för mätning.
LM7805: En spänningsregulator som ger en stadig 5V utgång.
AD574: En exakt ADC för datainsamling.
DAC0800: En DAC för att omvandla digitala signaler till analoga i ljud och video.
Mixed-Signal ICs
Blandade signal-IC:er har både analoga och digitala kretsar på ett chip. Du använder dessa när du behöver hantera båda typerna av signaler i en enhet. Att designa blandade signal-IC:er kräver noggrann planering. Du måste hålla analoga och digitala signaler isär för att förhindra brus och problem. Bra jordning, routing och strömförsörjning hjälper kretsen att fungera bra.
Blandar analoga och digitala delar
Kräver noggrann planering av layouten
Håller signaler isär för att undvika problem
Använder de bästa metoderna för att hålla signaler tydliga
Behöver bra isolering, jordning och routing
Strömförsörjningen måste hanteras väl
Stoppar brus och störningar i layouten
Blandade signal-IC:er används i många sakerBilar använder dem för att hantera sensorer och kommunicera med andra delar. Medicintekniska produkter använder dem för exakt dataarbete. Trådlösa system använder dem för att skicka signaler. Telefoner och surfplattor använder dem för ljud- och strömstyrning.
Teknologi | BESKRIVNING |
|---|---|
CMOS | Bäst för digitalt arbete och låter dig enkelt lägga till digitala delar. |
BiCMOS | Blandar CMOS- och bipolära transistorer för bättre analogt och digitalt arbete. |
CMOS SOI | Använder ett speciellt lager för att göra chips snabbare och minska oönskade effekter. |
SiGe | Gör chips snabbare för högfrekventa jobb. |
Blandade signal-IC:er har ofta ADC:er och DAC:er för att växla signaler mellan analog och digital.
Minnes-IC:er
Minnes-IC:er sparar data för elektroniska enheter. Du använder dem i datorer, telefoner och mer. Att tillverka minnes-IC:er börjar med byggdelar som transistorer och kondensatorerEtt isolerande lager förbinder dessa delar. Tunna metalllinjer låter data röra sig. Ett täcklager skyddar chipet. Du placerar dessa chips på kort för att ansluta dem till andra delar.
Minnes-IC:er använder olika typer. DRAM är för korttidslagring i datorer och prylar. NAND-flashminnen skyddar data i telefoner och SSD-diskar. 3D NAND ger mer lagringsutrymme och bättre hastighet. ReRAM är en ny typ av minne för nya användningsområden.
Minnestyp | BESKRIVNING | Tillämpningar |
|---|---|---|
DRAM | Används för kortvarig datalagring. | Datorer och elektronik. |
NAND Flash Memory | Håller data säkert även när strömmen är avstängd. | Telefoner, USB-minnen, SSD-diskar. |
3D NAND-teknik | Ger mer lagringsutrymme och bättre hastighet. | Små, energibesparande apparater. |
Omrama | Ny typ av minne som skyddar data. | Används i nya elektroniska apparater. |
Några minnes-IC:er du kanske känner till är DDR SDRAM, som är snabbt för stora jobb, och RDRAM, som är ännu snabbare men kostar mer.
Minneschiptyp | BESKRIVNING |
|---|---|
DDR SDRAM | Använder båda klockans kanter för att fördubbla hastigheten, perfekt för snabba jobb. |
RDRAM | Körs med högre hastigheter för snabba dataöverföringar, bra för tuffa jobb men kostar mer. |
Mikroprocessorer
En mikroprocessor är som hjärnan i din dator eller smarta enhet. Du använder mikroprocessorer för att köra program och styra systemet. Designen har många kärnor och knepiga logikkretsar. Konstruktörer använder ISA för att beskriva vad mikroprocessorn kan göra. Designen har också matematik- och styrenheter för snabbt arbete.
Mikroprocessorer har många kärnor och knepiga kretsar för bättre hastighet.
De är tillverkade för många användningsområden och kräver speciella testverktyg.
ISA anger vilka instruktioner mikroprocessorn kan köra.
Logik- och styrenheter hjälper till att bearbeta instruktioner snabbt.
Mikroprocessorer är större än andra chips för höghastighetsarbete.
Mikroprocessorer används i många olika saker. De finns i datorer, bärbara datorer och servrar. Telefoner, surfplattor och spelkonsoler använder dem också. I bilar styr mikroprocessorer motorer och smarta funktioner. Medicinska och fabriksbaserade enheter använder dem för styrning och dataarbete.
Mikroprocessorer använder nya sätt att tillverka chips, som 5nm och 3nm, för att få plats med fler delar och använda mindre ström. Vissa har AI-enheter för smarta uppgifter. Specialchip som GPU:er, FPGA:er och ASIC:er används för spel, AI och lärande. Tillverkare försöker spara ström och använda gröna material.
Typ | Egenskaper | Representativa chips |
|---|---|---|
Allmän högpresterande mikroprocessor (x86) | Används i datorer och bärbara datorer, mycket snabb och full av funktioner | Intel Core i9 / AMD Ryzen 9 |
Inbyggd mikroprocessor (ARM) | Sparar energi, används i telefoner och IoT | Qualcomm Snapdragon / Apple A14 Bionic |
Digital signalprocessor (DSP) | Tillverkad för att hantera digitala signaler, används i ljud och video | Texas Instruments TMS320C6713 |
mikrokontrollers | Används i små system, sparar utrymme och energi | Atmel ATmega328P / Mikrochip PIC18F4550 |
PowerPC | Används i servrar, nätverk och spelkonsoler | IBM POWER9 / Nintendo GameCube Gekko |
MIPS | Används i nätverksutrustning och TV-apparater | MIPS R3000 / MIPS32 M4K |
SPARC | Används i servrar och arbetsstationer | Oracle SPARC T7 / Fujitsu SPARC64 XIfx |
System-on-a-chip (SoC) | Har många delar i ett chip, används i telefoner och IoT | Apple A14 Bionic / Qualcomm Snapdragon |
Grafikbearbetningsenhet (GPU) | Gjord för grafik och snabb matematik | NVIDIA GeForce RTX 3080 / AMD Radeon RX 6800 |
Styrprocessorer
Mikrokontroller är små datorer på ett chip. Du använder dem i små system för att utföra vissa uppgifter. Designen har en processor, minne och in-/utgångsportar. Mikrokontroller är gjorda för att använda lite ström och utföra enkla uppgifter. Du hittar dem i hemprylar, leksaker och fabriksmaskiner.
Mikrokontroller använder samma teknik som mikroprocessorer men har allt på ett chip. De använder ofta CMOS för bättre hastighet och mindre strömförbrukning. Mikrokontroller behövs för jobb som kräver stabil realtidsstyrning.
Du ser mikrokontroller i tvättmaskiner, mikrovågsugnar och fjärrkontroller. De styr även robotar, bilsystem och smarta hemprylar. Vissa används i medicinska verktyg och bärbar teknik.
Kommunikations-IC
Kommunikations-IC:er hjälper till att skicka och hämta data inom elektronik. De används i trådlösa prylar, nätverksutrustning och telefoner. Deras design fokuserar på att hantera signaler, ändra signaler och åtgärda fel. Dessa IC:er måste fungera snabbt och hålla kretsen stark.
Kommunikations-IC:er använder ny teknik som RF CMOS, BiCMOS och SiGe för höghastighetsarbete. De har ofta både analoga och digitala delar, som blandade signal-IC:er. Kommunikations-IC:er är viktiga för Wi-Fi, Bluetooth och mobilnätverk.
Du hittar kommunikations-IC:er i telefoner, surfplattor och bärbara datorer. De finns även i bilnätverk, fabrikssystem och satelliter. ASIC:er används ofta i kommunikations-IC:er för speciella jobb.
Obs: ASIC:er är gjorda för ett speciellt jobb. Du använder ASIC:er när du behöver bästa möjliga hastighet för en viss uppgift, som i kommunikations-IC:er eller snabbt dataarbete.
IC-funktioner
Designprinciper
Du måste förstå designen av integrerade kretsar att använda dem väl. Designen av en IC börjar med en tydlig plan. Du tittar på vad kretsen måste göra. Du väljer rätt design för jobbet. Du använder logiska grindar, förstärkare eller minnesceller i din design. Du ritar designen på papper eller en dator. Du kontrollerar designen för fel. Du använder programvara för att testa designen innan du bygger chipet. Du gör ändringar i designen om du hittar problem. Du håller designen enkel så att den fungerar bättre. Du använder block i din design för att göra det enkelt att ändra. Du tänker på strömförbrukningen i din design. Du ser till att designen passar det utrymme du har. Du använder lager i din design för att spara utrymme. Du planerar designen så att den inte blir för varm. Du använder specialverktyg för att kontrollera designen. Du arbetar med ett team för att slutföra designen. Du använder designen för att tillverka chipet i en fabrik. Du testar chipet för att se om designen fungerar. Du fixar designen om chipet inte fungerar. Du använder designen igen för nya chips.
Tips: Bra design gör att din IC fungerar bättre och håller längre.
Tillämpningar
Om er använder IC:er på många ställenDu hittar dem i telefoner, datorer och bilar. Du använder integrerade kretsar i medicinska verktyg och smarta hemapparater. Du ser integrerade kretsar i robotar och leksaker. Du använder integrerade kretsar i TV-apparater och radioapparater. Du hittar integrerade kretsar i tvättmaskiner och mikrovågsugnar. Du använder integrerade kretsar i trafikljus och gatlyktor. Du ser integrerade kretsar i fabriker och gårdar. Du använder integrerade kretsar i satelliter och raketer. Du hittar integrerade kretsar i klockor och träningsarmband.
Tekniken
Ni använder många tekniker för att tillverka integrerade kretsar. Ni använder kisel för de flesta integrerade kretsar. Ni använder CMOS-teknik för design med låg effekt. Ni använder BiCMOS för design med blandade signaler. Ni använder SOI för snabb design. Ni använder GaAs för design med hög hastighet. Ni använder fotolitografi för att rita designen på chipet. Ni använder dopning för att ändra hur chipet fungerar. Ni använder tunnfilmsdesign för bättre kretsar. Ni använder 3D-design för att få plats med mer på ett krets. Ni använder nya designverktyg för att göra bättre kretsar. Ni använder AI för att hjälpa till med designen.
Teknologi | Använd i design |
|---|---|
CMOS | Design med låg effekt |
BiCMOS | Blandad signaldesign |
SÅ JAG | Snabb design |
GaAs | Höghastighetsdesign |
3D-integration | Mer design på mindre utrymme |
Representativa chips
Man ser många chip som visar bra design. Man använder 555-timern för timingdesign. Man använder LM741 för förstärkardesign. Man använder 8051 för mikrokontrollerdesign. Man använder ATmega328 för Arduinodesign. Man använder Intel Core i7 för datordesign. Man använder ARM Cortex för telefondesign. Man använder TMS320 för DSP-design. Man använder DDR4 för minnesdesign. Man använder ESP8266 för Wi-Fi-design. Man använder LM7805 för spänningsdesign.
Obs: Varje chip har en speciell design för sitt ändamål. Du kan lära dig av varje design för att förbättra din egen.
När du vet hur man sorterar varje chip får du stor hjälp. Denna färdighet låter dig välja det bästa chipet för ditt projekt. Du matchar vad chipet är gjort av och hur det är byggt med vad du behöver. Detta gör att dina chipkort fungerar bättre och håller längre. Du planerar hur trådar och värme sprids för snabba chip.
Du ser nya chiptyper som sub-2nm och staplade chip.
Du lägger märke till chip med coola saker som MBCFET och GAAFET.
Du hittar chip som använder dielektriska material med hög k för bättre arbete.
Ni använder chips med smarta AI-verktyg för att hantera tuffa konstruktioner.
Du väljer chips för molnjobb och AI som sparar energi.
Du tittar på chips med 3D-stapling för hälso- och hemprylar.
Du får chip som stoppar misstag och avmattningar i designen.
Du använder chip som GPU:er, ASIC:er, FPGA:er och neuromorfiska chip för nya jobb.
Du ser chips som hjälper till att göra elektronik snabbare och smartare.
Fortsätt lära dig om nya chip. När du förblir nyfiken fattar du bättre val för dina teknikprojekt.
FAQ
Vad är en integrerad krets och varför använder man den?
An integrerad krets placerar många elektroniska delar på ett chip. Detta gör enheter mindre och snabbare. Integrerade kretsar hjälper till att spara utrymme och energi. Du hittar dem i telefoner, datorer och bilar. De låter modern elektronik arbeta tillsammans.
Hur påverkar chipdesign digitala enheter?
Chipdesign avgör hur digitala enheter fungerar. Du väljer rätt logik och layout. Bra chipdesign innebär snabbare hastighet och mindre strömförbrukning. Digitala prylar fungerar bättre med bra design. Chipdesign låter dig lägga till fler funktioner i din integrerade krets.
Vilka är de viktigaste stegen i chiptillverkning?
Chiptillverkning börjar med en halvledarskiva. Man använder fotolitografi, dopning och etsning för att tillverka kretsar. Lager läggs till för anslutningar. Avancerade maskiner hjälper till att bygga chip. Man testar den integrerade kretsen innan man paketerar chipet.
Varför är chipkapsling viktig för integrerade kretsar?
Chipförpackning skyddar din integrerade krets från skador. Den hjälper till att ansluta chipet till andra delar. Bra förpackning håller värme borta och blockerar vatten. Stark förpackning behövs för digitala, analoga och blandade signalchip. Chipförpackning hjälper också tekniken att arbeta tillsammans.
Hur hjälper FPGA och fältprogrammerbara grindmatriser till vid teknikintegration?
FPGA och fältprogrammerbara grindmatriser hjälper till att testa chipdesign snabbt. Du kan ändra logiken efter att chipet har tillverkats. FPGA låter dig testa nya idéer i digitala system. Fältprogrammerbara grindmatriser hjälper till med system-på-ett-chip-projekt och teknikprojekt.
