数字集成电路的分类
《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
从集成度来说,数字集成电路的分类(一)
从集成度来说,数字集成电路的分类(一)
数字集成电路的分类
按功能分类
•组合逻辑电路：由门电路组成，根据输入信号的组合产生输出信号。
•时序逻辑电路：根据时钟信号的变化产生输出信号，具有状态和记忆功能。
•存储器：用于存储和读取数据的电路，例如RAM和ROM。
•控制电路：用于控制其他电路或系统的运行的电路。
按规模分类
•大规模集成电路（LSI）：集成度较高的电路，通常包含数千个逻辑门。
•中等规模集成电路（MSI）：集成度适中的电路，包含数十到数百个逻辑门。
•小规模集成电路（SSI）：集成度较低的电路，通常只包含几个逻辑门。
按工艺分类
•PMOS：使用p型MOSFET器件制造的电路，适用于工艺落后。
•NMOS：使用n型MOSFET器件制造的电路，速度较快但功耗较高。
•CMOS：使用p型MOSFET和n型MOSFET器件制造的电路，兼具速度和功耗优势。
按应用领域分类
•通信集成电路：用于无线通信和有线通信等领域，如手机芯片和光通信芯片。
•测量与控制集成电路：用于仪器仪表、自动化控制等领域。
•计算机集成电路：包括中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）等用于计算机内部的电路。
•模拟与混合信号集成电路：用于音频、视频、模拟信号处理等领域。
按硬件级别分类
•数字电路：采用离散的数值进行处理和传输的电路。
•模拟电路：采用连续的信号进行处理和传输的电路。
•模拟-数字混合电路：同时包含模拟和数字电路的混合电路。
以上是数字集成电路的一些常见分类，不同的分类方式可以帮助
我们更好地理解和应用数字集成电路。
集成逻辑门1数字集成电路的分类
第3章 集 成 逻 辑 门
e1 N e2 N e3 N P N P型衬底 (a ) UCC R1 b e1 e2 e3 A BC c A e1 B e2 C e3 (b ) R1 V1 V2 V3 b P1 V4 c UCC b c
图 3-2 多射极晶体管的结构及其等效电路
第3章 集 成 逻 辑 门
② 中间级。由V2、R2、R3组成，在V2的集电极与
发射极分别可以得到两个相位相反的电压，以满足输
出级的需要。 ③ 输出级。由 V3 、 V4 、 V5和R4、R5 组成，这种电 路形式称推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能 力强， 而且可以提高工作速度。
超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)，
每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
第3章 集 成 逻 辑 门
目前常用的逻辑门和触发器属于SSI， 常用的译码器、 数据选择器、 加法器、 计数器、 移位寄存器等组件属 于MSI。 常见的LSI、 VLSI有只读存储器、 随机存取存 储器、 微处理器、 单片微处理机、 位片式微处理器、
第3章 集 成 逻 辑 门
1. 输入全部为高电位(3.6 V) 当输入端全部为高电位3.6V时，由于V1的基极电压 Ub1 最多不能超过 2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5) ，所以 V1 所有 的发射结反偏；这时 V1 的集电结正偏， V1 管的基极电流 Ib1流向集电极并注入V2的基极，
数字集成电路的特点与分类
CMOS 传输门
39
A 和 A 控制传输门的通断： A＝＋UDD A＝0V时，传输门接通 A＝0V A＝＋UDD时，传输门断开
左下图 uI 由0V变为UDD时，CL充电 右下图 uI 由UDD变为0V时，CL放电
40
41
UNH=UOH(min)- UIH(min)
=2.4-2.0V=0.4V
UOH
UIH
P106
躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级24 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出低电位为UOL(max)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
UNL=UIL(max)- UOL (max)
6
同一个电路，按两种不同的约定去分析， 会得出不同的结论。
在今后讨论电路时，必须明确采用哪种约定。 一般采用正逻辑约定。
uo
高电位 低电位
正 逻 辑 约 定
0
1 1
0
负 逻 辑 约 定
7
4.2 晶体管－晶体管逻辑电路(TTL电路)
4.2.1 最简单的与门、非门和与非门电路 1. 二极管与门
10
由真值表可知，上面电路是一个非门
电路的输入与输出电位
输入A 0.2V 5V
输出F 5V 0.2V
电路的真值表
输入A 0 1
输出F 1 0
门
3 晶
体
管
与
非
11
+
12
4.2.1 TTL与非门电路
输入
输A 入
与 0.2V
输 0.2V
出 电
5V
位 5V
B 0.2V 5V 0.2V 5V
输出 F 5V 5V 5V
电路中的数字集成电路设计与分析
电路中的数字集成电路设计与分析数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）是现代电子电路中的重要组成部分。
它们基于数字信号处理和逻辑运算，被广泛应用于计算机、通信、控制系统等领域。
本文将分析数字集成电路的设计原理和技术，并探讨其在电路中的应用。
一、数字集成电路的基本原理1.1 数字电路和模拟电路的区别数字电路是一种使用二进制数表示信息的电路，通过处理离散的数字信号进行逻辑运算；而模拟电路则是通过处理连续的模拟信号进行运算。
数字电路具有精确性高、噪声干扰小等优点，适合用于逻辑运算和信号处理。
1.2 数字集成电路的分类数字集成电路根据功能和结构可以分为多种类型，包括时序电路、组合电路和存储电路等。
其中时序电路用于时钟信号控制的功能电路，组合电路用于逻辑运算的功能电路，存储电路用于存储信息的功能电路。
二、数字集成电路的设计过程2.1 设计规划在进行数字集成电路设计之前，需要明确设计目标，包括功能需求、性能指标和设计约束等。
同时，还需对设计流程和设计工具进行规划，确保设计过程的有效性和可行性。
2.2 逻辑设计逻辑设计是数字集成电路设计的核心环节，通过逻辑门、触发器等基本模块的组合和连接，实现设计目标的功能和逻辑运算。
逻辑设计需要使用专业的设计语言和工具，如VHDL、Verilog等。
2.3 电路图设计电路图设计是将逻辑设计转化为具体的电路图的过程，包括将逻辑门、触发器等模块转化为相应的元件和连线。
在电路图设计中，需要考虑电路的布局和连接方式，以满足电路的性能指标和工艺要求。
2.4 仿真和验证仿真和验证是数字集成电路设计的重要环节，通过软件仿真和硬件验证，验证设计的正确性和稳定性。
仿真和验证过程需要使用仿真工具和测试设备，确保设计结果符合预期。
2.5 物理设计和布局物理设计和布局是将电路图设计转化为真实芯片的过程。
在物理设计中，需要考虑芯片的几何结构、层次布局和连线规划等。
数字集成电路的分类
数字集成电路的分类⼀、数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类⽅法，以下是⼏种常⽤的分类⽅法。
1．按结构⼯艺分按结构⼯艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四⼤类。
如图0-1所⽰。
世界上⽣产最多、使⽤最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三⼤类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能⼒强，但功耗较⼤、集成度较低。
双极型集成电路主要有 TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格⽐最佳，故应⽤最⼴泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利⽤运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它⼯作速度最⾼，其平均延迟时间tpd可⼩⾄1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能⼒强。
它的主要缺点是抗⼲扰能⼒差，电路功耗⼤。
MOS电路为单极型集成电路，⼜称为MOS集成电路，它采⽤⾦属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造⽅便、集成度⾼、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路⼜分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道⾦属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道⾦属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补⾦属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应⽤最⼴泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应⽤最⼴泛的为4000、4500系列，它不但适⽤于通⽤逻辑电路的设计，⽽且综合性能也很好，它与TTL电路⼀起成为数字集成电路中两⼤主流产品。
数字集成电路的分类与特点
数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路（如TTL、ECL）和单极型集成电路（如CMOS）两大类，每类中又包含有不同的系列品种一、TTL数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。
其主要系列有：1．74 –系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。
2．74H –系列这是74 –系列的改进型，属于高速TTL产品。
其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。
3．74S –系列这是TTL的高速型肖特基系列。
在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。
4．74LS –系列这是当前TTL类型中的主要产品系列。
品种和生产厂家都非常多。
性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。
5．74ALS –系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。
属于74LS –系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进，但价格比较高。
6．74AS –系列这是74S –系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。
二、CMOS集成电路CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。
主要系列有：1．标准型4000B/4500B系列该系列是以美国RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国Motorola公司的MC14000B 系列和MC14500B系列产品完全兼容。
该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（3～18V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
2．74HC –系列54/74HC –系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS –系列同等的工作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。
74HCxxx是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代74LS提供了方便。
数字集成电路及实际应用
在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS
器件。 （7）抗辐射能力
CMOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对 多数载流子浓度影响不大。
（8）CMOS集成电路的制造 CMOS集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造 工艺简单, 占用硅片面积小，适合于制造大规模和 超大规模集成电路。
2021年2月24日星期三
数字集成电路及实际应用
7
9.1.3 使用数字集成电路的注意事项
1. 不允许在超过极限参数的条件下工作。电路在超 过极限参数的条件下工作，就可能工作不正常，且 容易引起损坏。 2. 电源的电压的极性千万不能接反。
3. CMOS电路要求输入信号幅度不能超过VDD~VSS。
4. 对多余输入端的处理。对CMOS电路，多余的输入 端不能悬空；对TTL电路,对多余的输入端允许悬空。
B C
D
≥1
Y4
1
Y5
&≥1 Y6
2021年2月24日星期三
数字集成电路及实际应用
11
7)异或门
Y7 A B AB AB
A B
=1
Y7
（2）反相器与缓冲器
VCC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
VDD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
9.1 数字集成电路的分类与特性
9.1.1 数字集成电路的分类
数字集成电路的种类繁多，在实际应用中，广 泛使用的是（如TTL、HTL、DTL、ECL）等和 （如CMOS、PMOS、NMOS）等集成电路。
CMOS和TTL集成电路是生产数量最多、应用 最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。
什么是集成电路和它的分类
什么是集成电路和它的分类集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术中的一项重要成果，也是电子设备发展的基础。
它是将数百至数十亿个电子器件以及被连接的元件封装在一个非常小的半导体芯片上，并且在芯片上完成电子器件的制造、连接和组合。
在集成电路中，电子器件可以是晶体管、二极管、电阻器等，它们的功能是通过电流或电压进行控制和传输。
集成电路的分类通常可以根据不同的标准进行，下面将从不同的角度对集成电路进行分类。
一、按集成度分类1. 小规模集成电路（Small Scale Integration，简称SSI）：SSI通常指电路规模在10至100个晶体管之间的集成电路。
这种集成电路主要用于一些简单而又特定的功能模块，如门电路、触发器等。
2. 中规模集成电路（Medium Scale Integration，简称MSI）：MSI 是指电路规模在100至1000个晶体管之间的集成电路。
这类集成电路主要用于一些功能较为复杂的模块，如计数器、暂存器等。
3. 大规模集成电路（Large Scale Integration，简称LSI）：LSI一般指电路规模在1000至1万个晶体管之间的集成电路。
这类集成电路可以实现更复杂的功能，如微处理器、存储器等。
4. 超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，简称VLSI）：VLSI是指电路规模在1万至100万个晶体管之间的集成电路。
这类集成电路拥有更高的综合集成度，可以实现更为复杂的功能，如系统芯片、ASIC芯片等。
5. 超超大规模集成电路（Ultra Large Scale Integration，简称ULSI）：ULSI是指电路规模在100万个晶体管以上的集成电路。
这类集成电路能够实现更加复杂和多样化的功能需求，如高性能处理器、高容量存储器等。
二、按功能分类1. 数字集成电路（Digital Integrated Circuit）：数字集成电路中的电子器件用于处理离散的数字信号，通过逻辑门实现二进制数据的处理和运算。
数字集成电路的发展
数字集成电路的发展
数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。
根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。
数字集成电路的发展
一、第一块集成电路是1958年9月由美国德州仪器公司的工程师Jack Kilby制成的。
· 第一块集成电路只有一个晶体管，几个电阻和一个电容。
· 2000年Jack Kilby为此获得了诺贝尔物理奖。
· 属于小规模集成电路（100个晶体管以下）。
· 1960年小规模集成电路每片价格是1000美。
二、20世纪60年代后期，出现中规模集成电路（几百到1000个晶体管）
三、20世纪70年代开始，出现大规模集成电路（几千到1万个晶体管）
四、从1980年到现在，是超大规模集成电路（VLSI）的时代，芯片中晶体管的数量已经从几万到几十亿。
· 2007年，包含100亿个晶体管的FLASH存储器芯片，开始问世。
· 请查询最大容量U盘的容量和价格，体会集成电路的发展。
数字集成电路的分类与特点
数字集成电路的分类与特点数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路（如TTL 、ECL ）和单极型集成电路（如CMOS ）两大类，每类中又包含有不同的系列品种一、TTL 数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。
其主要系列有：1.74 -系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。
2.74H -系列这是74 -系列的改进型，属于高速TTL产品。
其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。
3.74S -系列这是TTL 的高速型肖特基系列。
在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。
4.74LS -系列这是当前TTL 类型中的主要产品系列。
品种和生产厂家都非常多。
性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。
5.74ALS -系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。
属于74LS -系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1 mW ）等方面都有较大的改进，但价格比较高。
6.74AS -系列这是74S -系列的后继产品，尤其速度（典型值为 1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。
二、CMOS 集成电路CMOS 数字集成电路是利用NMOS 管和PMOS 管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。
主要系列有：1 .标准型4000B/4500B 系列该系列是以美国RCA 公司的CD4000B 系列和CD4500B 系列制定的，与美国MOTOROLA 公司的MC14000B 系列和MC14500B 系列产品完全兼容。
该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（3〜18V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
2.74HC -系列54/74HC -系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS -系列同等的工作度和CMOS 集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。
74LS系列集成电路分类及常用芯片功能解析
一、数字集成电路的分类与特点 数字集成电路有双极型集成电路（如TTL、ECL）和单极型集成电路（如CMOS） 两大类，每类中又包含有不同的系列品种
1 TTL数字集成电路 这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电 路。其主要系列有：
1．74 – 系列 这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。 2．74H – 系列 这是74 – 系列的改进型，属于高速TTL产品。其“与非门 ”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大， 目前该系列产品使 – 系列 这是74S – 系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“ 先进超高速肖特基”系列。
2
2 CMOS集成电路
CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功 耗的数字集成电路。主要系列有：
1．标准型4000B/4500B系列 该系列是以美国RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国 Motorola公司的MC14000B系列和MC14500B系列产品完全兼容。该系列产品 的最大特点是工作电源电压范围宽（3～18V）、功耗最小、速度较低、品种 多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
2 TTL集成电路使用应注意的问题
１．正确选择电源电压 TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V～5.5V之间。 在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件 损坏。
6
２．对输入端的处理 TTL集成电路的各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V的 低内阻电源连接。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相 当于高电平，并不影响“与门、与非门”的逻辑关系，但悬空 容易接受干扰，有时会造成电路的误动作。因此，多余输入端 要根据实际需要作适当处理。例如“与门、与非门”的多余输 入端可直接接到电源Vcc上；也可将不同的输入端共用一个电阻 连接到Vcc上；或将多余的输入端并联使用。对于“或门、或非 门”的多余输入端应直接接地。 对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空 ，应根据逻辑功能接入适当电平。 ３．对于输出端的处理 除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路的输出端不 允许并联使用。如果将几个“集电极开路门”电路的输出端 并联,实现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算 好的上拉电阻。 集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成 器件损坏。
集成电路的分类和应用领域
集成电路的分类和应用领域集成电路是一种电子元件，它将电子器件和电子元器件的功能和性能集成到一个芯片上。
集成电路可以按照不同的分类方式进行分类，例如按照集成度、功能、材料和制造工艺等方面进行分类。
同时，集成电路也广泛应用于各个领域。
一、按照集成度进行分类1. 小规模集成电路(SSI，Small-Scale Integration)：通常包含10个及以下的逻辑门电路，例如门电路、触发器等。
2. 中规模集成电路(MSI，Medium-Scale Integration)：通常包含10到100个逻辑门电路，例如算术逻辑单元(ALU)等。
3. 大规模集成电路(LSI，Large-Scale Integration)：通常包含100到1000个逻辑门电路，例如CPU、存储器等。
4. 超大规模集成电路(VLSI，Very Large-Scale Integration)：通常包含1000到10000个逻辑门电路，例如微处理器、数字信号处理器等。
5. 全定制集成电路(ASIC，Application-Specific Integrated Circuit)：针对特定应用而设计和制造的定制集成电路。
二、按照功能进行分类1. 数字集成电路：主要处理和控制数字信号，包括数字逻辑电路、计数器、移位寄存器等。
2. 模拟集成电路：主要处理和控制模拟信号，包括放大器、滤波器、模拟开关等。
3. 混合集成电路：集数字和模拟功能于一体，实现数字和模拟信号的处理和交互。
三、按照材料进行分类1. 原硅集成电路：使用纯硅作为基底材料。
2. 绝缘体上铜集成电路：使用绝缘体上覆盖薄铜层作为导电层。
3. 硅上宽温度范围集成电路：适用于高温环境，如发动机控制系统。
4. 硅上混合集成电路：将硅上的半导体器件和其他材料的电子元件集成在一起。
四、按照制造工艺进行分类1. MOS集成电路：使用MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)工艺制造的集成电路，具有低功耗和高集成度的特点。
集成电路的八大电路
集成电路的八大电路集成电路是指将多个电子元器件（晶体管、电容等）及其连接线路集成在一个芯片上，形成一个完整的电路系统。
它具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，被广泛应用于电子设备中。
下面介绍集成电路中的八大电路：1. 逻辑电路：逻辑电路是指由多个逻辑门（与门、或门、非门等）组成的电路。
它可以实现逻辑运算，如加法、减法、与运算、或运算等，广泛应用于数字电路中。
2. 放大电路：放大电路是指能将输入信号放大的电路，它可以增大信号的幅度，使得信号能够被更远距离传播。
放大电路的应用非常广泛，如音频放大器、射频放大器等。
3. 驱动电路：驱动电路是指能够控制电动机、发光器件、继电器等外部设备的电路。
它通常包括一个输出端口和一个输入端口，能够将控制信号从输入传输到输出。
4. 时序电路：时序电路是指能够控制数字信号时序的电路。
它可以使得信号按照特定的时间序列传输，从而保证数字系统的正确性和稳定性。
5. 数字转换电路：数字转换电路是指能够将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号的电路。
它通常包括模数转换器和数模转换器两种。
6. 计数电路：计数电路是指能够实现数字计数的电路。
它通常包括计数器和分频器两种，能够应用于时钟、定时器等数字电路中。
7. 存储电路：存储电路是指能够存储数字信息的电路。
它通常包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种，能够应用于计算机的主存储器中。
8. 晶体振荡器电路：晶体振荡器电路是指能够产生稳定的高频振荡信号的电路。
它通常包括电容和晶体振荡器两种，能够应用于射频电路、计数器、定时器等领域。
综上所述，集成电路中的各种电路均具有各自独特的功能和应用场景。
随着科技的不断发展，集成电路的应用将会更加广泛，这些电路也将会不断得到改进和优化。
集成电路专业课
集成电路专业课一、引言集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是指将多个电子器件（如晶体管、电容器、电阻器等）以及它们相互连接的电路元件，通过切割、腐蚀、沉积等工艺步骤制作在同一个单片半导体晶圆上的一种微型化电子元件。
集成电路专业课是计算机科学与工程、电子信息工程等相关专业中的一门重要课程，主要介绍集成电路的原理、设计方法以及应用。
本文将详细介绍集成电路专业课所涉及的内容，包括集成电路的分类、制造工艺、设计方法以及应用领域。
二、集成电路的分类根据功能和规模的不同，集成电路可以分为以下几类：1. 数字集成电路（Digital Integrated Circuit）数字集成电路主要用于处理数字信号。
它由逻辑门和触发器等基本逻辑元件组成，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
数字集成电路广泛应用于计算机、通信设备等领域。
2. 模拟集成电路（Analog Integrated Circuit）模拟集成电路主要用于处理模拟信号。
它通过电流、电压等连续变化的方式来表示信号，可以实现放大、滤波、调节等功能。
模拟集成电路广泛应用于音频、视频、通信等领域。
3. 混合集成电路（Mixed-Signal Integrated Circuit）混合集成电路是数字集成电路和模拟集成电路的结合体，可以同时处理数字信号和模拟信号。
它在数字部分采用了数字技术，在模拟部分采用了模拟技术，能够实现复杂的信号处理功能。
混合集成电路广泛应用于汽车、医疗设备等领域。
4. 射频集成电路（Radio Frequency Integrated Circuit）射频集成电路主要用于处理无线通信中的射频信号。
它能够实现高频率的放大、调制解调等功能，广泛应用于无线通信设备、雷达系统等领域。
三、集成电路的制造工艺集成电路的制造工艺是指将设计好的电路图形转换为物理上可实现的半导体芯片。
常见的制造工艺包括：1. NMOS（N型金属氧化物半导体）工艺NMOS工艺是一种基于n型MOS晶体管的制造工艺，适用于数字集成电路的制造。
数字集成电路的分类
数字集成电路的分类一、依据集成规模的大小分类依据集成电路规模的大小，通常将其分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。
分类的依据是一片集成电路芯片内所包含的元器件数目。
单片内含元器件数目小于100个的属于SSI；单片内含元器件数目在100个～999个之间的属于MSI；单片内含元器件数目在1000个～99999个之间的属于LSI；单片内含元件数目大于100000个的属于VLSI。
例如，本章所争论的集成规律门和触发器属于小规模集成电路。
图1给出了一个14引脚集成规律门芯片的形状图。
图1 14引脚的集成规律门电路芯片二、依据采纳的半导体器件分类依据所采纳半导体器件的不同，目前常用的数字集成电路可以分为两大类：一类是双极型集成电路；另一类是单极型集成电路，简称为MOS集成电路。
相对而言，双极型集成电路的特点是速度快、负载力量强，但功耗较大、结构较简单，因而使集成规模受到肯定限制；MOS型集成电路的特点是结构简洁、制造便利、集成度高、功耗低，但速度一般比双极型集成电路稍慢。
双极型集成电路又可分为TTL电路、ECL电路和I2L电路等类型，其中TTL电路是至今广泛应用的一类集成电路；MOS集成电路又可分为PMOS、NMOS和CMOS等类型，其中CMOS电路以其优越的综合性能被应用于各种不同规模的集成规律器件中。
本章主要争论TTL门电路和CMOS门电路。
三、依据设计方法和功能定义分类依据设计方法和功能定义，数字集成电路可分为非用户定制电路、全用户定制电路和半用户定制电路。
非用户定制电路又称为标准集成电路，这类电路具有生产量大、使用广泛、价格廉价等优点，例如各种小、中、大规模通用集成电路产品。
全用户定制电路是为了满意用户特别应用要求而特地生产的集成电路，通常又称为专用集成电路（ASIC）。
半用户定制电路是由厂家生产出功能不确定的集成电路，再由用户依据要求进行适当处理，令其实现指定功能，即由用户通过对已有芯片进行功能定义将通用产品专用化。
数字电子技术_集成电路知识概述
(c)
(d)
1、TTL与非门电路
输入级 中间级 输出级
由多发射极三极管 VT1和电阻R1组成
为典型的单变量 C1输入的分相器
为典型的复合管和 图腾柱输出形式
R1
+5V
R2 T3 R5 T5
R4
T2 T4
A B C
T1
F
T1 —多发射极 晶体管：实现 “与”运算。
R3
输入级
返回
中间级
输出级
R1
+5V
E
返回
3.3.1 简单逻辑门电路
1 二极管与门 最简单的与门可以用二极管和电阻组成。设 VCC=5v，A、B端输入的高低电平分别为 VIH=3v,VIL=0v，二极管VD1、VD2的正向导通压 降VDF=0.7v。
必有一个二极 管导通
A、B当中 有一个是低 电平0v
使F为0.7v
最简单的与门可以用二极管和电阻组成。设 VCC=5v，A、B端输入的高低电平分别为 VIH=3v,VIL=0v，二极管VD1、VD2的正向导通压 降VDF=0.7v。
T4
F
T5
R1 3k 0.7V b1 A B C “0”
R2 750
R4 100 T4
+5V
c1
T1
R3
T2
T3 3k R5
F
T5
360
uo
uo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高电平！
逻辑关系：任意一个输入为0时，输出为1
返回
2>. 输入全为高电平（3.4V）时
电位被嵌 在2.1V 全反偏
2.中间级形式 对于功能不同的门，这部分电路不一样。例如 TTL与非门中间级就是分相器；或非门中间级就 是线与电路。 ⑴ 单变量分相器
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数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
CMOS数字集成电路电路主要分为4000（4500系列）系列、54HC/74HC系列、54HCT/74HCT系列等，实际上这三大系列之间的引脚功能、排列顺序是相同的，只是某些参数不同而已。
例如，74HC4017与CD4017为功能相同、引脚排列相同的电路，前者的工作速度高，工作电源电压低。
4000系列中目前最常用的是B 系列，它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。
Bi-CMOS是双极型CMOS（Bipolar-CMOS）电路的简称，这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双极型三极管，因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路输出阻抗低的优点。
（1）TTL类型这类集成电路是以双极型晶体管（即通常所说的晶体管）为开关元件，输入级采用多发射极晶体管形式，开关放大电路也都是由晶体管构成，所以称为晶体管-晶体管-逻辑，即Transistor-Transistor-Logic，缩写为TTL。
TTL电路在速度和功耗方面，都处于现代数字集成电路的中等水平。
它的品种丰富、互换性强，一般均以74（民用）或54（军用）为型号前缀。
①74LS系列（简称LS，LSTTL等）。
这是现代TTL类型的主要应用产品系列，也是逻辑集成电路的重要产品之一。
其主要特点是功耗低、品种多、价格便宜。
②74S系列（简称S，STTL等）。
这是TTL的高速型，也是目前应用较多的产品之一。
其特点是速度较高，但功耗比LSTTL大得多。
③74ALS系列（简称ALS，ALSTTL等）。
这是LSTTL的先进产品，其速度比LSTTL 提高了一倍以上，功耗降低了一倍左右。
其特性和LS系列近似，所以成为LS系列的更新换代产品。
④74AS系列（简称AS，ALSTTL等）。
这是S TTL（抗饱和TTL）的先进型，速度比STTL提高近一倍，功耗比STTL降低一倍以上，与ALSTTL系列合并起来成为TTL类型的新的主要标准产品。
⑤74F系列（简称F，FTTL或FAST等）。
这是美国（仙童）公司开发的相似于ALS、AS的高速类TTL产品，性能介于ALS和AS之间，已成为TTL的主流产品之一。
（2）ECL类型ECL（Emitter Coupled Logic的缩写）门是双极型逻辑门的一种非饱和型的门电路，它的电路构成和差分放大器外形相似，但工作在开关状态，即截止与放大两种工作状态。
它是非饱和的发射极耦合形式的电源开关，故称为发射极耦合逻辑（ECL）。
由于它工作在非饱和状态，其突出优点是开关速度非常高，在逻辑上具有灵活性，所以ECL门是高速逻辑门电路中的主要类型。
同时，这类电路还具有逻辑功能强、扇出能力高、噪声低和引线串扰小等优点。
因此，广泛应用于高速大型计算机、数字通信系统、高精度测试设备等方面。
此类电路的缺点是功耗大，此外，由于电源电压和逻辑电平特殊，使用上难度略高。
通用的ECL 集成电路系列主要有ECL10K系列和ECL100K系列等。
①ECL10K系列是门电路传输延迟时间为20ns、功耗为25mw的逻辑电路系列，属于ECL中的低功耗系列，是目前应用很广泛的一种ECL集成电路系列。
②ECL100K系列，最初由美国FSC（仙童公司）生产，是现代数字集成电路系列中性能最优越的系列，其最大特点是速度高。
同时还具有逻辑功能强、集成度高和功耗低等特点。
因此，它已广泛应用于大型高速电子计算机和超高速脉码调制器等领域中。
（3）CMOS类型CMOS类型集成电路是互补金属氧化物半导体数字集成电路的简称，这里C表示互补的意思，这是由P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管组合而成的。
CMOS电路首先由美国无线电公司（RCA）实验室研制成功的。
由于电路具有微功耗、集成度高、噪声容限和宽工作电压范围等许多突出的优点，所以发展速度很快，应用领域不断扩大，现在几乎渗透到所有的相关领域。
尤其是随着大规模和超大规模集成电路的工作速度和密度不断提高、过大的功耗已成为设计上的一个难题。
这样，具有微功耗特点的CMOS电路已成为现代集成电路中重要的一类，并且越来越显示出它的优越性。
CMOS电路的产品主要有：4000B（包括4500B），40H，74HC系列。
①4000B系列。
这是国际上流行的CMOS通用标准系列，例如，美国无线电公司（RCA）的CD4000B，摩托罗拉（MOTA）的4500B和MC4000系列，国家半导体（NS）公司的MM74C000系列和CD4000系列，德克萨斯公司（TI）的TP4000系列，仙童（FS）公司的F4000系列，日本东芝公司的TC4000系列，日立公司的HD14000系列。
国内采用CC4000标准，这个标准与CD4000B系列完全一致，从而使国产CMOS电路与国际上的CMOS电路兼容。
4000B系列的主要特点是速度低、功耗最小、并且价格低、品种多。
②40H系列。
这是日本东芝公司初创的较高速铝栅CMOS，以后由夏普公司生产，分别用TC40H-，LR40H-为型号，我国生产的定为CC40系列。
40H系列的速度和N-TTL相当，但不及LS-TTL。
此系列品种不太多，其优点是引脚与TTL类的同序号产品兼容，功耗、价格比较适中。
③74HC系列（简称HS或H-CMOS等）。
这一系列首先由美国NS，MOTA公司生产，随后，许多厂家相继成为第二生产源，品种丰富，且引脚和TTL兼容。
此系列的突出优点是功耗低、速度高。
国内外74HC系列产品各对应品种的功能和引脚排列相同，性能指标相似，一般都可方便地直接互换及混用。
国内产品的型号前缀一般用国标代号CC，即CC74HC。
（4）各类数字集成电路的性能为了系统地掌握各类数字集成电路的主要性能，便于实际应用时选择合适的器件，现将各类数字电路的主要性能和特点进行比较，如表1所示。
表1 各类数字电路的性能下面对表1中所列的主要性能作一说明。
①表1所列出的各种技术数据各种技术数据均为一般产品的平均数据，与各公司生产的各品种的集成电路实际情况有可能不完全相同。
因而具体选用时，还需查更详细的资料。
②电源电压TTL类型的标准工作电压都是+5V，其他逻辑器件的工作电压一般都有较宽的允许范围。
特别是MOS器件，如CMOS中的4000B系列可以工作在3～18V；PMOS一般可工作在10～24V；HCMOS系列为2～6V。
另外，在使用各种器件组成系统时，要注意各种相互连接的器件必须使用同一电源电压，否则，就可能不满足0，1（或L、H）电平的定义范围，而造成工作异常。
③单门平均延时单门平均延时是指门传输延迟时间的平均值t pd，它是衡量电路开关速度的一个动态参数，用以说明一个脉冲信号从输入端经过一个逻辑门，再从输出端输出要延迟多少时间。
把输出电压下降边的50％对于输入电压上升边的50％的时间间隔称为导通延迟时间，即t PHL，把输出电压上升边的50％对于输入电压下降边的50％的时间间隔称为关闭延迟时间，即t PLH，平均延迟时间t pd定义为：t pd=(t PHL+t PLH)/2。
如TTL与非门，一般要求t pd=10～40ns之间，通常把t pd为40～160ns的称为低速集成电路，15～40ns的称为中速集成电路，6～15ns的称为高速集成电路，t pd≤6ns的称为甚高速集成电路。
由表可见，ECL的速度最高，而PMOS的速度最低。
④单门静态功耗单门静态功耗是指单门的直流功耗，它是衡量一个电路质量好坏的重要参数。
静态功耗等于工作电源电压及其泄漏电流的乘积，一般说静态功耗越小，电路的质量越好，由表中可知CMOS电路静态功耗是极微小的，因此对于一个由CMOS器件组成的工作系统来说，静态功耗与总功耗相比常可以忽略不计。
⑤速度·功耗积（S·P）速度·功耗积（S·P）也叫时延·功耗积，它是衡量逻辑集成电路性能优劣的一个很重要的基本特征参数。
不论何种数字集成电路，其平均延迟时间都要受到消耗功率的制约。
一定形式的数字逻辑电路，其消耗功率的大小约反比于平均延时，因此，一般用每门（电路）的平均延迟时间t pd与功耗P d的乘积来表征数字集成电路的优劣，这个乘积就是速度·功耗（S·P），即S·P=t pd·P d。
式中S·P的单位为pJ（皮焦耳），t pd的单位为ns，P d的单位为mw。
通常，S·P越小，电路性能越好。
在选用电路时，S·P是一个需要考虑的重要参数。
但一般不能仅仅依据S·P来选择，还必须根据实际情况，同时兼顾速度（或功耗），抗干扰性能和价格等因素。