信息与通信工程专业概论

2020/5/30
信息与通信工程系
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电子技术的作用和任务 单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移
ii +Vcc
ii
Ra2
Ra3
Ra4
Ra5
+
Vi
Rb1
Rb2
Rb3
Rb4
Rb5
_
vi vi
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t
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电子技术的作用和任务
单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移
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电子电路的基本原理和特点
晶体管的特点:
输入特性：指数型的伏安特性
iE
I (evBE /VT ES
1)
正向受控特性：线性区内的放大特性
饱和、截止特性：非线性开关特性
温度特性：
I I 2 S(T )
(T T0 )/10 S (T0 )
, VT kT / q
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通信系统的基本结构
1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。
* 工作频率
双绞线
＜50MHz
同轴电缆
＜300MHz
光缆
＜10THz
无线信道
＜30GHz
* 信号带宽
电话
FM Radio
电视
E1
300-3400Hz 150KHz 0-6MHz
2Mbps
*信号功率 1 dBm 10lg(S /1mW ) , 1 dBm 10lg(S /1mW )
特
点
计算机=特殊的数字系统
模拟信号 采样定理 数字信号
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电子电路实现技术
•通信系统的基本结构 •电子技术的作用和任务 •电子电路的基本原理和特点 •数字电子技术与计算机 •集成电路技术与微电子技术
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集成电路技术与微电子技术
Integrated Circuit，(IC)
FPGA等。
The First Integrated Circuit. The size of pencil tip Jack Kibly's "solid circuit" was first shown to the press in March 1959.
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集成电路技术与微电子技术
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电子电路实现技术
•通信系统的基本结构 •电子技术的作用和任务 •电子电路的基本原理和特点 •数字电子技术与计算机 •集成电路技术与微电子技术
与终端（硬件）有关的课程： 电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机、DSP、嵌入 式系统、微波电路。
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电子电路实现技术
•通信系统的基本结构 •电子技术的作用和任务 •电子电路的基本原理和特点 •数字电子技术与计算机 •集成电路技术与微电子技术
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数字电子技术与计算机
①时间上
离散
数
②取值上
量化
字
与逻辑事件对应、用布尔
信
代数处理
号
的
二进制逻辑门易于实现
电子器件的特点： 单向导电性(非线性特性） 正向受控作用 开关特性
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电子技术的作用和任务
单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移
ui
t
ui
RL
uo uo
t
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电子技术的作用和任务 单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移
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电子电路实现技术
•通信系统的基本结构 •电子技术的作用和任务 •电子电路的基本原理和特点 •数字电子技术与计算机 •集成电路技术与微电子技术
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电子技术的作用和任务
电子技术：
利用电子管、晶体管等电子器件对 电信号进行加工和处理的技术。
将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电 容等无源器件，采用特定的工艺和连接手段， “集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化 镓）上，封装在有多个引脚的外壳内，所得 到的电子器件。
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集成电路技术与微电子技术 头发丝
组织 细胞
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集成电路技术与微电子技术
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集成电路技术与微电子技术
• 双极集成电路：主要由双极晶体管构成。
按 器
* NPN型双极集成电路 * PNP型双极集成电路
速度高、驱动能力强， 功耗较大、集成度较低
件 •金属-氧化物-半导体（MOS)集成电路：主
结 要由MOS晶体管（单极晶体管）构成
构 * NMOS
类 * PMOS 型 * CMOS(互补MOS)
刻蚀
测试、封装
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集成电路技术与微电子技术
集 成 电 路 的 剖 面 结 构
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集成电路技术与微电子技术
集成电路的分类
• 器件结构类型 • 集成电路规模 • 使用的基片材料 • 电路形式 • 应用领域
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功耗低、集成度高，随着尺寸的缩 小，速度也可以提高
分 类
•双极-MOS（BiMOS)集成电路：同时包括 双极和MOS晶体管的集成电路。综合了两
种结构的优点，但制作工艺复杂。
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集成电路技术与微电子技术
各 种 类 型 所 占 比 例
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FM Radio
10mV（10dBm）
电视
58～68dBm
GSM手机
-90~-103dBm
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通信系统的基本结构
2,消息与电信号之间的对应关系——调制与编码
调制的作用：基带信号转变为频道传输信号 基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与 信号波长可比较）。 实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。 编码的作用：用二进制信号描述信息 信源编码: (1)模数转换（2）减少消息中的冗余度。 信道编码: (1)差错控制（2）加密。
集成电路的内部电路
CMOS与非门
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集成电路技术与微电子技术
Father of the semiconductor Jack Kilby displays the pocket calculator invention made possible. His enormous contribution was belatedly recognised in 2000 when he was awarded the Nobel Prize for Physics.
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电子技术的作用和任务
开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大
E
E
vB
t
R
R
K
C
vC
T
C
vB t
RC较大时，短时间内充电电流基本不变
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电子技术的作用和任务 开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大
PC机
300V
5V
中的
+
S (1t )
1
0
,
2n
2
1t 2n
2
i
, elsewhere
t
S (1t )
1 2
2
cos 1t
2 3
cos 31t
L
i g v1(t) vs (t) S(1t)
wenku.baidu.com
g v1(t)
vs
(t
)
(
1 2
2
cos 1t
2 3
cos 31t
L
)
其中出现了1+s分量 →把s 频谱搬移到1附近
集 成 电 路 的 设 计 过 程
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集成电路技术与微电子技术
集 成 电 路 的 加 工 过 程
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集成电路技术与微电子技术
经20～30步 工艺步骤
次不 重 复 2～ 300同 的 掩 模 版
晶圆 氧化、沉积、离子注入或蒸
发形成新的薄膜或膜层 曝光
通用集成电路：普遍适用于各种电子系统，
具有某种通用的功能。如运放、三端稳压器、
按 74系列TTL数字电路、4000系列CMOS数字
应 电路等。
用 方 式
专用集成电路（ASIC)：具有特殊用途的集 成电路，用于特定的产品。
分 半定制集成电路：基本结构确定，可由用户
类 编程修改以适应不同的应用需求。如CPLD、
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电子电路的基本原理和特点
晶体管的工作原理: 晶体二极管伏安特性 I D I DS (evD /VT 1)
载流子浓度 扩散方程 PN结势垒电压
窄基区结构 基区复合 集电结反偏
vBE对iC有控制作用
iE
I (evBE /VT ES
1)
iB与iC成比例关系
IC IB ICEO
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通信系统的基本结构 3,信息的获取与重现 —实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠
声音-电信号-声音=> 电话、扩音机、音响装置 ； 静态图像-电信号-静态图像=>照相机、显示器； 动态图像-电信号-动态图像=>摄像机、电视机
电子技术 所有这些功能的实现都要靠——
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电子技术的作用和任务
正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生
功率放大=>信号动
态范围很大→晶体
管工作在非线性区
→采取电路措施合
vi
成波形
+VEE T1
ic1
iL
vo
RL
T2 ic2 -VEE
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电子技术的作用和任务
正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生 信号发生=>正反馈实现振荡→有源器件进行换能 →回路决定振荡频率
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集成电路技术与微电子技术
按集成电路规模分类 小规模集成电路 (Small Scale IC,SSI) 中规模集成电路 (Medium Scale IC,MSI) 大规模集成电路 (Large Scale IC,LSI) 超大规模集成电路 (Very Large Scale IC,VLSI) 特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC,ULSI) 巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC,GSI)
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集成电路技术与微电子技术
（按每块集成电路中所集成的元器件数目划分）
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集成电路技术与微电子技术
数字集成电路 ( Digital IC ):
以二进制方式进行数字计算和逻辑运算的集成
按 电路，用于处理数字信号。
电
路 模拟集成电路 ( Analog IC ):
+
稳压
Vi
Vo
_
电源
_
直流（高） 调宽降压 直流（低）
效率与脉冲沿斜率有关，亦与脉冲频率有关
CPU频率越高，发 热量越大
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电子技术的作用和任务
开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大 PWM(Pulse Width Modulation) —在开关工作方式下实现线性放大,效率达90%以上
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电子技术的作用和任务
正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生
微弱信号放大=>信号动态范围很小→晶体管特
性线性化→微变等效电路
指 •放大倍数
标
•带宽 •噪声系数
+EC iC
RB C1
RC iB
iC C2
t
vi
vi
iB
t
vC vC
vo
t
uo
t
t
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功 能 分
处理连续变化的模拟信号的集成电路。 •线性集成电路：如运算放大器、电压跟随器等。 •非线性集成电路：如比较器、振荡器、乘法器等。
类 数模混合集成电路 ( Digital-Analog IC ):
如模数转换器( A/D)、555电路等。
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集成电路技术与微电子技术
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信息与通信工程系
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通信系统的基本结构
消息
电信号
电信号
终端 传输媒介 终端
消息
点对点通信系统
1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。 * 工作频率 * 信道带宽 * 信号功率(信噪比）
2,消息与电信号之间的对应关系——编码与调制
3,信息的获取与重现
—实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠
信息与通信工程 专业概论
Introduction of Information and Communication Engineering
信息与通信工程专业概论
第二部分
电子电路实现技术
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电子电路实现技术
•通信系统的基本结构 •电子技术的作用和任务 •电子电路的基本原理和特点 •数字电子技术与计算机 •集成电路技术与微电子技术
加 工 好 的 硅 片
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集成电路技术与微电子技术
芯 片 的 显 微 照 片
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集成电路技术与微电子技术
奔腾一代CPU内 部结构
（Bug CPU再利用 做成纪念章）
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集成电路技术与微电子技术