集成电路概述及分类分析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：IC是Integrated Circuit的缩写，意思是集成电路。所谓模拟集成电路就是用来处理连续模拟信号的集成电路。根据IC的结构，大体上可分为半导体集成电路、混合集成电路以及膜集成电路3种。图2-31按IC构造的分类半导体集成电路。因此，单极型集成电路也称为以MOS FET作为有源器件的MOS IC。下面来看一下MOS IC的特点。存储器和微处理器等常采用MOS IC。双极型集成电路的特点是具有比上述MOS IC更快的工作速度。

IC是Integrated Circuit的缩写，意思是集成电路。在直径为数mm的单晶硅片上形成前面大家学习过的很多电阻器、三极管、二极管等，在单晶硅片上或陶瓷基板上配线、微缩并集成起来的电路就是集成电路。图2-30示出了一片集成电路芯片的纵向剖面图和横向剖面图。由纵向剖面（A-A′）可以看出，单晶硅片封装于集成电路芯片的中心。由横向剖面（B-B′）可以看出，单晶硅片与集成电路芯片引脚之间的连接，这些引脚是从硅片放射状引出的。连接硅片与引脚之间的内部引线非常细，要用专用的焊接设备来进行焊接。集成电路有很多种分类方法，这里介绍其中的3种方法。

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图2-30　集成电路的内部结构

首先，是根据集成电路内部集成的元件数目（称为集成度）来进行分类，见表2-8。在表中“特点”一栏中的入口（Gate）是指集成电路所能接收的输入信号数目。

表2-8　集成电路按集成度的分类

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续　表

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第2种方法是按照集成电路的作用（功能）来进行分类。电气信号可分为模拟信号和数字信号，因此，集成电路也有模拟集成电路和数字集成电路之分。

（1）模拟集成电路。所谓模拟集成电路（Analog IC）就是用来处理连续模拟信号的集成电路。模拟集成电路的输入波形和输出波形可以用眼睛来进行对比，从而对二者的相互关系进行调整。假定其输入为X，输出为Y，系数为I则输入输出之间的关系为线性，即Y=kX。　因此，模拟集成电路也称为线性集成电路。运算放大器和各种调节器就是其中的代表。

（2）数字集成电路。数字集成电路（Digital IC）就是用来处理由“0”和“1”或者由“高电平”和“低电平”构成的离散数字信号的集成电路。这种数字信号也称为2值逻辑信号。与门（AND）元件7408等就属于这种数字集成电路。

第3种分类方法是按IC构造的分类，如图2-31所示。根据IC的结构，大体上可分为半导体集成电路、混合集成电路以及膜集成电路3种。下面主要介绍半导体集成电路和混合集成电路。

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图2-31　按IC构造的分类

（1）半导体集成电路。半导体集成电路（Semiconductor IC）是指在一片单晶硅半导体基板上集成了三极管、电阻器、电容器、二极管等元件的集成电路。因此，也把这种IC称为单片式集成电路。硅片的大小一般为1～7mm2。在硅片表面的氧化膜上进行电路连接。

半导体集成电路可分为单极型（Unipolar）和双极型（Bipolar）两种类型。这里的Polar是极性的意思，但在这里是指承载电流的载流子，即指电子和空穴。因此，所谓单极型是指承载电流的载流子只由电子或空穴中的一种构成。因此，单极型集成电路也称为以MOS FET作为有源器件的MOS IC。

下面来看一下MOS IC的特点。首先，晶体管可以做得很小，晶体管之间不需要分离，因此，可以实现高密度的集成，在一片小小的硅片上实现高度集成的电路功能。其次，与双极型集成电路相比，制造工艺简单，因此成本较低。另外，N沟道MOS的响应速度快，基板上不需要设置偏置电压，因此，容易实现LSI化。存储器和微处理器等常采用MOS IC。对于CMOS来说，具有低功耗，即使在2～6倍宽范围的电源下，也可以正常工作。

双极型集成电路是指由半导体间的空穴和电子二者共同承载电流的集成电路，即由PNP晶体管或NPN晶体管作为有源器件的集成电路。在双极型集成电路中，有DTL、TTL、HTL、ECL等。双极型集成电路的特点是具有比上述MOS IC更快的工作速度。其中，TTL是数字集成电路的主流，有300种以上的TTL产品在市场上销售。另外，其中的ECL采用了三极管发射极共同联结的方式，其工作速度比TTL更快，常在大型计算机中使用。

（2）混合集成电路。混合集成电路（Hybrid IC）是指在陶瓷基板上把单片式集成电路以及其他半导体元件等组合起来，电阻器和电路由印刷状的薄膜或厚膜制成。以1μm为界限，混合集成电路可分为混合薄膜电路和混合厚膜电路，主要用于功率较大的模拟电路以及用于较高电压和较大电流的控制。一般说来，混合集成电路可以获得比单片式集成电路更好的频率特性。由于考虑到减少开发设计的初期成本，同时也需要经常改变电路设计，混合集成电路更适合于多品种、小批量生产。

集成电路概述及分类分析

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