图解半导体逻辑IC制程

图解半导体逻辑IC制程电子机器的动作所必需的内部信号处理人致可以分为模拟信号处理和数字信号处理。

处理前者的是模拟用半导体器件，处理后者的数字信号处理的就是逻辑IC,逻辑IC中也有很多种类。

IC、LSI在制造程序上大致分为双极系列和MOS系列，还可以再分为混合两者的BiCMOS 等复合型。

逻辑IC是执行数字信号处理的IC、LSI,双极系列（也就是双极逻辑）现在只有TTL和ECL, 因此提及逻辑IC时，一般可以视为指CMOS逻辑系列以及BiCMOS系列。

而且，逻辑IC也可分为（1）通用逻辑、通用MPU之类的标准品：（2） ASIC （特殊用途用IC）；（3）配合本公司规格开发的定制LSI专用产品这几类。

ASIC nJ"以分成ASCP （顾客专用品）和ASSP （待业专用品），ASCP还能进一步细分成门阵列（GA）、可现场编程式门阵列（FPGA）、标准单元（SC）、嵌入式单元阵列（ECA）等。

但是，即使是完全的定制IC,但通讯用或数码家电、车载系统中基本使用的电路及构件等都是相同的，开发上的平台大都由半导体生产厂家准备。

通过以平台为基础进行设计，可以缩短开发时间。

像这样定制IC和ASIC的界限没有明确区分，有时也将定制IC作为通用产品进行销售，由此可见，目前情况下这样的分类是非常困难的。

逻辑IC中有被称为MPR （niiciopenpheral:微控制器周边设备）的器件。

这是和于硬盘、图像处理、打印机等，主要用于计算机周边设备的专用LSI。

各机器生产厂家大都采用ASIC 的方法进行开发，和上述一样很难做出明确的分类。

逻辑IC可以分为制造工艺、应用领域、设计方法等3种，因此分类越来越困难。

逻辑IC、LSI的分类O双极逻辑IC、LSITTL （Transistor Transistor Logic）目前，只有部分生产厂家在生产，市场也在不断缩小。

ECL（Enutter Coupled Logic）通过把NPN双极晶体管放在非饱和区域使用，并缩小理论振幅来获得高速特性，可用于要求高速性的IC测试器、通讯用等。

O代表性的CMOS逻辑IC/LSI通用CMOS逻辑MPU （Micro Processing Unit）MCU（Micro Controller Unit）DSP（Digital Signal Processor）MPR（Micro Peripherals）ASIC（Application Specific IC）GA（Gate Array）SC（Standaid Cell）DSP的例子面向各种用途的逻辑ICCMOS和反相电路CMOS电路是由P通道能及N通道双方的MOS晶体管构成的电路。

由于具有消耗电流少、高速化方便、抗杂音能力强、输入输出全摆式等特点，因此现在几乎所有的LSI都是在这种技术的基础上构成的。

CMOS技术CMOS的结构是在N型基板中形成P通道的晶体管，在N型基板中做成较人的低浓度P型区域（叫娓娓动听P井），在P井中形成N通道晶体管。

还有与基相反，使用P型基板做成N井的。

反相器是逻辑IC/LSI的基本电路。

如图所示，举例说明N型或P型晶体管（TN、TP）串联形成的反相电路。

门极G上输入“1”信号（SP电位）的话，TN将为ON,而TP则成为OFF。

相反，输入“0"信号（SN电位）的话，TN为OFF,而TP则成为ON。

对于任何输入，总有一个对应的晶体管是OFF状态，且由SP到SN的电流不会流通，因此消耗电流将减少（PMOS、NMOS的1/100-1/1000）。

ON\OFF切换时因寄生电容会充放电，因此随着工作频率增加，耗电量将增大。

优点•非常少的耗电量•快速的动作速度•抗杂音较强•和TTL可兼弱容性•以低电压动作简单缺点•制作和序复杂且耗时长用途•标准逻辑（相当于TTL逻辑）•几乎所有的数字L S I （MPU\MCU） \D S P\图象处理L S I \语音处理）•电子计算器\钟表\游戏机•掌上电脑•电话机•存储器（R AM \ R OM）•其他\客户规格逻辑电路等输入输出输入信号输出信号―LJ -LTi—CMOS反相器的图形记号和动作CMOS反相器的电路图例：CMOS反相器的结构图通用逻辑（CMOS）指将构成数字电路的闸、缓冲器、正反器等最基本的功能予以独立的IC产品群。

而且，功能、引脚配置、电气特性等都是全球性标准化的产品群。

在制程上还有CMOS、BiCMOS、双极等。

通用逻辑的主要功能•逻辑运算功能（闸电路）图1•开关功能•数据的保持功能图2•总线驱动器（缓冲器）功能图3•计数器/除频功能•电平移动功能 品名和标准化附加74XXX 的品名的标准逻辑作为74规格，其功能、引脚配置都加以标准化。

如果品名（上述XXX 的部分）相同，则功能、引脚配置无论哪个生产厂商、哪个系列都相同。

系列 名不同，数据处理速度、驱动能力等性能将不同，相反，如果系列名相同，则无论哪个生产 厂商的性能人致相同。

各系列中有数十品种到百数十品种的产品（功能）。

*通用逻辑最早以使用双极系列逻辑为主，现在能方便地实现低耗电量/低电源电压的CMOS 逻辑已成为主流。

而且，双极系列中，ECL 也用于超高速应用领域（高速测试器等）。

14 V cc 13 6A 12 6Y 11 5A 10 5Y 9 4A 8 4Y(TOP VIEW)图 1 闸 IC 例/74VHC041A 1Y 2A 2A 3A 3A GND1CLR 1D 1CK 1PR 1Q 1Q GND图2正反器IC 例/74VHC74图3缓冲器IC 例/74VHC244G1*******D —1A2Y1A2Y1A2Y1A2YGN1 2 3 4 5 6 7(TOP VIEW)14 Vcc 13 2CLR 12 2D 11 2CK 10 2PR 9 2Q 8元4 1 YA 1 2 2 1C-G 1 4 2 3 3 2 C2YAYAYA V 12 12 12 09876543 1— 1— 1— 1— 1— 4— 1— □ nnnnnnnnn匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚234567890TC 74 VHC 244 FT (EL)~r 〒曲涯關■懑 包装名!封装名 —功能名 L系列名 L表示74规格系列 生产厂商名品名的辨认证5V 系列廉列3 3VM 列5V 系列 74VC)(播列 741CXJJ 列 741VX® 列74VHC 系列 74 AC 系列 74HC 系列480系列741VT 廉列74ALVR 列 740CM 列 74A0T * 列74F 康列 74ASS9! 74S 廉穷 74ALS 系另 74LSJK9IIX 廉穷列-TTL — 5V 系列•双极系列2 3系列3 3V 柬列CCMOS 系列BiCMOS 系列通用逻辑的种类微处理器微处理器（micro-computer,简称nucon）,作为计算机，通过LSI实现必要功能的小型计算机。

从身边的家电产品到计算机及小型控制机器，被广泛应用在系统中。

策处理器由进行运算、控制的CPU （中央运算处理装置）、进行记忆的存储器、进行和外部输入、输出的I/O的三部分构成。

它们之间的信息交换，通过以下三务总线进行。

（1）地址总线：用于指定存储器及IO地址的信号线；（2）数据总线：用于将数据传输到地址总线指定的存储器及I/O的信号线；（3 ）控制总线：用于指示是否读取或写入存储器及LO.或其他从CPU进行各种控制的信号线。

人规模系统中，将各种结构要素加以集成化后的LSI进行组合，小规模系统中，使用将这些集成到一块芯片上的LSL地址总践ROM/RAMCPU和各种总线连接图CISC 和RISC计算机心脏部分一CPU人致分为两类。

一类是具有实现复杂且高度功能的命令，旨在提高性能的CISC。

还有一类是将命令设置单纯化，旨在提高命令执行速度的RISCoCISC方式减少一个处理所需的命令数，旨在提高性能。

通过1个命令就可以执行复杂的动作，因此叫做CISC （Complexed Iiistmction Set Computer：复杂命令集计算机）方式。

相反，命令长度可变，且比较复杂，因此解读需要一定的时间，用于执行的内部电路变得复杂，硬件设计的负担增加。

RISC方式只具有少数的单纯性命令，旨在加快执行速度。

命令长度固定，因此解码器电路及执行电路的规模较小。

命令只有最基本的，因此叫做RISC （Reduced Iiisti-uction Set Computer ：缩小 命令集计算机）方式。

命令数量少，因此需要软件的负担增加，但通过使用C 语言等高级 语言，可以提高开发效率。

CISCRISC命令的种类•具有实現厦杂且爲度功絶的命令 •具有复册且多样的寻址模式 •访问存储黑的命今車直•段建于单功幾的墓*命令 •县址懵攻较少•袴储潺访同限定于取出儒再命今侖令的格戒•令令长度的种类丰冨 •恪式复杂且种类多•命令长«92 1多为32比特1 •ffl*的格式命令的欽行速度•廉敷个时钟•诵过1个聘神真行命令行的电路•很多能况下使用微型Rg •便用現线逻辑 ■线处理•实行非管钱飪理或是实行罩規的 •通过書线的■适化.163■线尺 绘级计赅陆技术的引丘加連Q 令谕用彷存咨数•较少（8个左右1•较多（帳多慣况下为32个 ________ JCISC 和RISO 的特征微处理器（MPU ）MPU 是意气风发计算机所需的运算、控制功能集成到一块芯片上的LSE 随着半导体集成 电路技术的不断发展，以往将多个IC 进行组合后构成CPU 的器件现在可以用一个MPU 加 以实现。

何谓MPU 我们将构成微处理器要素中的运算部分和控制部分合在一起的心脏部分叫做CPU,将这个 CPU 通过1个LSI 加以实现的器件就是MPU (微处理器)。

MPU 不能单独作为计算机动作, 因此将存储器及VO 进行组合后构成计算机。

MPU 的基本动作CISC 系列和RISC 系列微处理TOSHirjA目前的大部分计算机都是从存储器读取命令、一个个逐步执行的被叫做诺依曼型的器件。

MPU读取写在存储器内的程序，解读写在程序内的命令，按照指示，执行将数据存储到存储器内，或将数据取出等作业。

微处理器的功作单元例微型周边设备(MPR)所谓微型周边设备(周边LSI),是指存在于MPU和输入输出设备之间接I I的LSI。

主要分为支持MPU的LSI和控制周边设备以及传输数据的LSI,根据不同用途，有各种种类。

MPR用于减轻对MPU的负担，提高整个微控制器系统的性能。

因为通过专用LSI控制周边设备，因此也可以减轻软件的负担。

MPR不断在必须采取图形用及MPEG等图像处理、声音识别等高速处理的领域中得到应用。

MPU支持用MPR存储器管理单元(Memory Management Unit: MMU)采用人量且多种存储器的系统中，管理存储器变得复杂，因此要使用MMU，减轻MPU的负担。