Kui te just eelmise sajandi keskpaigast siia ei maandunud, olete peaaegu kindlasti kuulnud integraallülitustest ehk IC-dest. Kuid võite olla kuulnud neid konstruktsioone, millele viidatakse nende alternatiivsete nimedega, näiteks mikrokiip, arvutikiip või isegi IC kiip. Kui olete kunagi ostnud sülearvuti või lauaarvuti jaoks, olete tõenäoliselt näinud teavet iga mudeli mikroprotsessori kohta, mis on masina peamiste omaduste hulgas silmatorkavalt loetletud; need seadmed töötavad ühe või kõige vähem väga erineva IC abil. Ja kui te pole IC-dest tegelikult kuulnud, siis teie on neid kindlasti ära kasutanud ja ei saaks siinkohal ilma nendeta teie igapäevaelus navigeerida abi. Kui te ei loe neid sõnu trükitud paberilehelt, naudite IC-de eeliseid just sel hetkel.
IC-d on aidanud muuta infotehnoloogiat, telekommunikatsiooni ja muid tööstusharusid, nii et see pole üllatav et neid on erinevaid maitseid, millest igaüks on kohandatud vastavalt oma elektroonika vajadustele keskkondades. Te ei pea olema elektroonikas hästi kursis, et mõista, kuidas need erinevat tüüpi IC-d töötavad, ja hinnata nende mitmekülgset väärtust ühiskonnale.
Mis on integreeritud vooluahel?
Integreeritud vooluahel on pisike - tegelikult mikroskoopiline - elektrooniliste vooluringide massiiv. Elektrooniline vooluahel sisaldab mitmesuguseid osi, mis on kohandatud mingil viisil toime tulema elektri voolu, leviku ja releega. Samamoodi võivad omavahel ühendatud veebasseinide süsteemis olla kanalid, väravad, mahutite mahutid, pumbad ja muud seadmed massiivi soovitud oleku säilitamiseks igas basseinis igal ajahetkel sisaldavad IC-komponendid transistore, takistoreid, kondensaatoreid ja muid elemente, mis täidavad neid funktsioone pigem elektronidega kui vedelikud.
Kui olete kunagi arvuti, mobiiltelefoni või muu kaasaegse arvutusvõimsusega elektroonikaseadme lahti võtnud või näinud, et olete seda lahti võtnud, olete tõenäoliselt näinud IC-d lähedalt. Nende erinevad komponendid on kinnitatud pinnale, mis koosneb pooljuhtmaterjalist (tavaliselt räni või enamasti räni). See "vahvli" pind, mis on IC põhi, on tavaliselt rohelise värviga või mõni muu toon, mis muudab IC üksikute osade visualiseerimise lihtsamaks.
Elektrilülituse kokkupanek erinevatest allikatest kogutud komponentidest on äärmiselt keeruline kallis võrreldes sellise vooluahela korraga ehitamisega, kusjuures kõik selle vajalikud komponendid on sisse lülitatud käsi. (Kujutage ette hinna erinevust tavalisel viisil ostetud auto ja eraldi tellitud rehvidest, mootorist, navigatsioonisüsteemist jne. Mõelge tehingust ostetud autole kui integreeritud sõidukile IC keeles:) Nende seadmete idee tekkis 1950. aastatel, varsti pärast esimeste transistoride tulekut.
Integreeritud vooluahelate tüübid
Digitaalsed IC-d neil on mitmesuguseid alamtüüpe, nende hulgas programmeeritavad IC-d, "mälukiibid", loogika-IC-d, toitehalduse IC-d ja liidese IC-d. Nende oma elektrofüüsikaliselt on iseloomulik see, et need töötavad väikese arvu määratud signaali amplituudiga tasemed. Nad töötavad nn loogikaväravatena, mis on punktid, kus vooluahela aktiivsuse muudatusi võib viia sisse jah / ei või sisse / välja. Selle saavutamiseks kasutatakse vana arvuti ooterežiimi, binaarandmeid, mis digitaalsetes IC-des kasutavad lubatud väärtustena ainult "0" (madal või puudub loogika) ja "1" (kõrge või täielik loogika).
Analoog IC-d töötavad pigem pidevas signaalivahemikus kui digitaalsetes IC-des esinevad diskreetsed signaalid. The "digitaalse" valmistamise mõiste tähendab sisuliselt kõigi selle osade paigutamist erinevatesse kategooriatesse; isegi kui neid on väga palju, nagu digitaalsel pildinäidikul üksikute pikslite värvide puhul, pakuvad need ainult tõelise järjepidevuse välimust. Kuigi inimesed kipuvad kuulma "analoogi" kui "vananenud" ja "digitaalset" kui "tehnika taset", on see alusetu. Näiteks on üks analoog-IC-d raadiosageduslik IC või RFIC, mis on traadita võrkude ülioluline element. Teine analoog-IC tüüp on lineaarne IC, mida nimetatakse nii seetõttu, et nende paigutuste pinge ja vool erinevad signaalide vahemikus (st V ja I on seotud pideva korrutise abil) faktor).
Analoog-digitaalsed mikroskeemid sisaldavad mõlemat tüüpi IC-de aspekte. Süsteemides, mis muudavad analoogandmed digitaalseks või vastupidi, leiate need segatud IC-d. Kogu kontseptsioon integreerida digitaalsed ja analoogkomponendid samasse kiibi on palju uuem kui IC-tehnoloogia ise. Neid IC-sid kasutatakse ka kellades ja muudes ajastusseadmetes.
Lisaks saab IC-d paigutada kategooriatesse peale digitaalse-analoog-eristuse.
Loogika IC-d, mida, nagu mainitud, kasutatakse binaarandmeid (0s ja 1s), kasutatakse süsteemides, mis nõuavad otsustamist. Selleks kasutatakse vooluringis "väravaid", mis kas lubavad või keelavad signaali läbipääsu selle väärtuse põhjal. Need väravad on kokku pandud nii, et antud signaalikombinatsioon annab konkreetse kavandatud tulemuse, mis põhineb sündmuste liitmisel mitmel väraval. Kui arvestada, et n-väravaga loogika-IC-s on 0 ja 1 erinevate kombinatsioonide arv 2 tõstetud n (2n) näete kiiresti, et kuigi need põhimõtteliselt ülimalt lihtsad IC-d suudavad käsitseda väga keerukat teavet.
Võite mõelda loogika IC-s signaalile kui ebatavaliselt nutikale hiirele, kes peab labürinti. Igas võimalikus hargnemiskohas peab hiir otsustama, kas siseneda avatud uksest ("0") või jätkab kõndimist ("1"). Selles skeemis viib ainult õige 0 ja 1 väärtuste järjestus tee labürindi sissepääsust selle väljumiseni; kõik muud kombinatsioonid lõppevad lõppkokkuvõttes labürindi seintes tupikutega.
IC-de vahetamine kasutada palju transistore, mida on hiljem üksikasjalikult kirjeldatud. Neid kasutatakse täpselt nii, nagu nende nimigi ütleb - lülitite osadena või vooluringi kõnepruugis "lülitamistoimingutes". Elektrilüliti korral katkestatakse voolu või voolu sisseviimine, mida varem ei olnud, võib käivitada lüliti, mis ise pole midagi muud kui antud seisundi muutus, mis võib võtta kaks või enam vormid. Näiteks on mõnel elektrilisel ventilaatoril madal, keskmine ja kõrge seadistus. Mõned lülitid võivad osaleda rohkem kui ühes vooluringis.
Taimeri IC-d on võimelised jälgima möödunud aega. Ilmne näide on digitaalne stopper, mis näitab selgesõnaliselt aega, kuid erinevad seadmed peavad seda suutma jälgige aega taustal isegi siis, kui seda pole vaja kasutajatele kuvada või kui seda on valikuline; igapäevane arvuti on üks näide, kuigi mõned neist toetuvad nüüd satelliidi sisendile, et aega jälgida ja vajadusel kohandada.
Võimendi IC-d on kahte tüüpi: heli ja operatiiv. Heli IC-d muudavad muusika uhkes helisüsteemis valjemaks või pehmemaks või suurendavad või vähendavad helitugevus seadmetes, mis sisaldavad igasugust heli, näiteks televiisor, nutitelefon või isiklik heli arvuti. Need kasutavad heli väljundi juhtimiseks pingemuutusi. Operatiivsed IC-d töötavad sarnaselt, kuna nende tulemuseks on helivõimendus, kuid töötavate IC-de korral on sisend ja väljund mõlemad pinge, samas kui audio-IC-de sisend on heli ise.
Võrdlejad tee seda, millele vihjab nende üsna ebamugav nimi: nad võrdlevad signaalide samaaegseid sisendeid mitmes punktis ja määravad igaühele väljundsignaali. Seejärel lisatakse nende sisendpunktide väljundid sobival viisil, et määrata vooluahela kogu väljund. Need on lõdvalt sarnased loogikaliste IC-dega, kuid ilma range jah / ei (binaarse) andmekomponendita.
Integratsiooni skaalad
IC tüüpe saab määrata selle põhjal, kui integreeritud nad on, mis on umbes samaväärne sellega, kui palju osi neil on kõige rohkem lahti võetud. (Teoreetiliselt pole antud IC-l absoluutselt mingeid lisakomponente. Igaüks neist kujutab endast väikseimat süsteemi, mis on võimeline antud elektroonilist ülesannet täitma.) Eriti mugav on sel eesmärgil eriti transistoride arv.
Väikesemahuline integreerimine, mis on lennundustehnikas silmapaistvalt esinenud, sisaldab kümneid transistore ühel IC-kiibil. Keskmise ulatusega integreerimine, mis sai teoks 1960. aastatel, koosneb sadadest ühe kiibi transistoridest, samas kui 1970. aastatel alanud suuremahuline integreerimine hõlmab tuhandeid. Väga laiaulatuslikul integreerimisel, mis on tehnoloogia toode umbes 30 aastat umbes 1980–2010, võib samal kiibil olla kuni mitusada kuni paar miljardit transistorit. Ülisuures integreerimisel ületab see arv alati miljonit. Kui tehnoloogia on jätkuvalt laienenud, on IC-maailm olnud tunnistajaks vahvli skaala integreerimise (WSI), kiibil oleva süsteemi (SoC) ja kolmemõõtmelise integreeritud vooluahela (3D-IC) tekkele.
Mis on IC kood?
Trükkplaati tähelepanelikult vaadates näete seal trükitavat tähtnumbrilist "sõna". Seda nimetatakse mitmesuguste nimedega, sealhulgas IC-kood, IC-osa number või lihtsalt IC-number. IC-kood annab teavet IC-i tootja, seadme tüübi, milleks see sobib, seeria kohta (paljud autod peavad kinni ka sellest kokkuleppest), temperatuur, mille juures vooluring võib korralikult töötada, teabe väljastamine ja muu andmed. IC-koodi jaoks pole tähemärkide arvu osas fikseeritud vormingut, kuid kõik, kes neid tunnevad, saavad selle kokku panna, mida nad peavad teadma, eraldades koodi erinevateks osadeks. Selle teeb lihtsamaks tähtede ja numbrite rühmade vaheline kaugus, nagu seda tehakse USA sotsiaalkindlustuse numbri või telefoninumbri kriipsudega.
Mitu tüüpi transistoreid on?
Transistorit kasutatakse vooluahela suurendamiseks vooluahelas. Vahendeid, mille abil see juhtub, tuleb käsitleda teises arutelus, kuid IC-des kasutatavat transistori tüüpi nimetatakse BJT-ks, mis tähistab bipolaarse ristmiku transistorit. Need on kahes põhikonstruktsioonis - pnp ja npn, mis tähistavad "positiivne-negatiivne-positiivne" ja "negatiivne-positiivne-negatiivne". Transistorid koosnevad kolmest põhielemendist: emitter, alus ja a koguja. Transistoride p- ja n-osade vahelisi liideseid nimetatakse np-ristmikeks ja neid on kaks transistori kohta. Neid nimetatakse ka baasi-emitteri ja aluse-kollektori ristmikeks, kuna alus asub keskel.
Mis on BJT aktiivne piirkond?
Seda tüüpi transistori aktiivne piirkond viitab piirkonnale voolu graafikul vs. pinge, mille korral saab pinget oluliselt suurendada, ilma et transistori voolu palju muudaks. Vahetult sellele eelnev piirkond on küllastuspiirkond, kus vool kasvab pinge kasvades järsult; sellest vahetult kaugemale jäävat piirkonda nimetatakse lagunemispiirkonnaks, kus vool tõuseb lisapingega taas järsult ja ületab vooluahela võimsust.