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              詳解半導體芯片集成電路的結構組成

              來源:http://www.gdcwbegumpet.com/ │ 發表時間:2019-11-20 | 瀏覽數:載入中...

                半導體芯片雖然個頭較小。但是里面結構比較復雜,格外是其most焦點的微型單元——成千上萬個晶體管。工軍小編就來為大家詳解一下半導體芯片集成電路的里面結構。

               一般的,我們用從大到小的結構層級來認識集成電路,這樣會好理解。

              (1)系統級

              我們還是以手機為例,整個手機是一個復雜的電路系統,它可以玩game、可以打電話、可以聽音樂、可以嗶--。它的里面結構是由多個半導體芯片以及電阻、電感、電容相互連接組成的,稱為系統級。(當然,隨著技能的發展,將一整個系統做在一個芯片上的技能也已經出現多年——SoC技能)

              (2)模塊級

              在整個系統中分為很多功能模塊各司其職。有的管理電源,有的負責通信,有的負責顯示,有的負責發聲,有的負責統領整體的計算,等等。我們稱為模塊級。這里面每個模塊都是一個宏大的領域,都聚集著許多人類智慧的結晶,也養活了很多公司。



              半導體芯片

               

              (3)寄存器傳輸級(RTL)

               那么每個模塊都是由什么組成的呢?以占整個系統較大比例的數字電路模塊(它只負責進行邏輯運算,處理的電信號都是離散的0和1)為例。它是由寄存器和組合邏輯電路組成的。

               寄存器是一個能夠暫時存儲邏輯值的電路結構,它需要一個時鐘信號來control邏輯值存儲的時間長短。

               實際應用中,我們需要時鐘來衡量時間長短,電路中也需要時鐘信號來統籌安排。時鐘信號是一個周期穩定的矩形波?,F實中秒鐘動一下是我們的一個基本時間尺度,電路中矩形波震蕩一個周期是它們世界的一個時間尺度。電路元件們根據這個時間尺度相應地做出動作,履行義務。

               什么是組合邏輯呢,就是由很多“與(AND)、或(OR)、非(NOT)”邏輯門構成的組合。比如兩個串聯的燈泡,各帶一個開關,只有兩個開關都打開,燈才會亮,這叫做與邏輯。

               一個復雜的功能模塊正是由這許許多多的寄存器和組合邏輯組成的。把這一層級叫做寄存器傳輸級。

              (4)門級

               寄存器傳輸級中的寄存器其實也是由與或非邏輯構成的,把它再細分為與、或、非邏輯,便到達了門級(它們就像一扇扇門一樣,阻擋/允許電信號的進出,因而得名)。

              (5)晶體管級

              無論是數字電路還是模擬電路,到較底層都是晶體管級了。整體的邏輯門(與、或、非、與非、或非、異或、同或等等)都是由一個個晶體管構成的。因此集成電路從宏觀到微觀,達到較底層,滿眼望去其實全是晶體管以及連接它們的導線。

               雙極性晶體管(BJT)在早期的時候用的比較多,俗稱三極管。它連上電阻、電源、電容,本身就具有放大信號的作用。像堆積木一樣,可以用它構成各樣的電路,比如開關、電壓/電流源電路、上面提到的邏輯門電路、濾波器、比較器、加法器及積分器等等。由BJT構建的電路我們稱為TTL(Transistor-TransistorLogic)電路。BJT的電路符號長這個樣子:



              BJT電路符合


               但是后來金屬-氧化物半導體場效應晶體管

              (MOSFET)的出現,以advanced的電學特性、較低的功耗掃除IC領域。除了模擬電路中BJT還有身影外,基本上現在的集成電路都是由MOS管組成的了。同樣的,由它也可以搭起來成千上萬種電路。而且它本身也可以經過適當連接用來作電阻、電容等基本電路元件。MOSFET的電路符號如下:



              MOSFET電路符合

               

                綜上所述,在實際工業生產中,芯片的制造,實際上就是成千上萬個晶體管的制造過程。只不過現實中制造芯片的層級順序正好反過來了,是從較底層的晶體管開始一層層向上搭建。

               也就是說,按照“晶體管-》芯片-》電路板”的順序,我們至終可以得到電子產品的焦點部件——電路板

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