前世紀の半ばからここに着陸したばかりでない限り、集積回路、つまりICについて聞いたことはほぼ間違いありません。 しかし、マイクロチップ、コンピューターチップ、さらにはICなど、代替名の1つで呼ばれるこれらの構造を聞いたことがあるかもしれません。 チップ。 ラップトップまたはデスクトップコンピュータを購入したことがある場合は、各モデルのマイクロプロセッサに関する情報が、マシンの主な機能の中で目立つようにリストされているのを見たことがあるでしょう。 これらのデバイスは、1つまたは多くてもごくわずかな個別のICを使用して動作します。 また、実際にICについて聞いたことがない場合は、 確かにそれらを利用していて、この時点でそれらなしではあなたの日常生活をナビゲートすることはできません 助けて。 印刷された紙でこれらの言葉を読んでいない限り、この瞬間にICの利点を享受しています。
ICは、情報技術、電気通信、その他の業界に革命をもたらすのに役立ってきたので、驚くことではありません。 さまざまなフレーバーがあり、それぞれが電子機器の特殊なニーズに合わせて調整されていること 環境。 これらのさまざまなタイプのICがどのように機能するかを理解し、社会に対する多面的な価値を評価するために、電子機器に精通している必要はありません。
集積回路とは何ですか？
集積回路は、小さな–微視的な、実際には–電子回路アレイです。 電子回路には、電気の流れ、拡散、中継を何らかの方法で処理するように調整されたさまざまな部品が含まれています。 同様に、相互接続された水プールのシステムには、アレイの望ましいステータスを維持するためのチャネル、ゲート、オーバーフロータンク、ポンプ、およびその他のデバイスがあります。 ICコンポーネントには、任意の時点での各プールに、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、およびこれらの機能を電子ではなく電子で実行するその他のアイテムが含まれます。 流体。
コンピュータ、携帯電話、または計算能力を備えたその他の最新の電子機器を分解したり、分解したりしたことがある場合は、ICを間近で見たことがあるでしょう。 それらのさまざまなコンポーネントは、半導体材料（通常はシリコンまたはほとんどがシリコン）で構成される表面に固定されています。 ICのベースとして機能するこの「ウェーハ」表面は、通常、緑色またはICの個々の部分を視覚化するのを容易にする他の色相に着色されています。
さまざまなソースから収集された構成部品から電気回路を組み立てることは非常に簡単です そのような回路を一度に構築するのに比べて高価であり、必要な各コンポーネントがオンになっています 手。 （通常の方法で購入した車と、個別に注文したタイヤ、エンジン、ナビゲーションシステムなどで製造した車のコストの違いを想像してみてください。 取引で購入した車をIC用語で「統合車両」と考えてください。）これらのデバイスのアイデアは、最初のトランジスタが登場した直後の1950年代に生まれました。
集積回路の種類
デジタルIC プログラム可能なIC、「メモリチップ」、ロジックIC、パワーマネジメントIC、インターフェイスICなど、さまざまなサブタイプがあります。 彼らの 電気物理的観点から特徴を定義することは、それらが少数の指定された信号振幅で動作することです。 レベル。 それらは、回路アクティビティへの変更が「はい/いいえ」または「オン/オフ」の方法で導入される可能性があるポイントである、いわゆる論理ゲートを使用して動作します。 これは、古いコンピュータスタンバイのバイナリデータを使用して実現されます。デジタルICでは、許容値として「0」（ローまたはロジックなし）と「1」（ハイまたは完全ロジック）のみが使用されます。
アナログIC デジタルICに搭載されている個別の信号ではなく、連続した範囲の信号で動作します。 ザ・ 何かを「デジタル」にするという概念は、本質的に、そのすべての部分を別個のカテゴリーに分類することを意味します。 デジタル画像ディスプレイの個々のピクセルの色のように、それらが非常に多くある場合でも、それらは真の連続性の外観を提供するだけです。 人々は「アナログ」を「時代遅れ」、「デジタル」を「最先端」と聞く傾向がありますが、これは根拠がありません。 たとえば、アナログICの1つの種類は、無線ネットワークの重要な要素である無線周波数IC（RFIC）です。 別のタイプのアナログICはリニアICであり、これらの配置の電圧と電流が それらが運ぶ信号の範囲全体で同じ比率（つまり、VとIは一定の乗法によって関連付けられます 因子）。
混合アナログ-デジタルIC 両方のタイプのICの側面を含みます。 アナログデータをデジタルデータに、またはその逆に変換するシステムでは、 これらの混合IC。 デジタルコンポーネントとアナログコンポーネントを同じチップに統合するという概念全体は、ICテクノロジーよりもはるかに新しいものです。 自体。 これらのICは、時計やその他のタイミングデバイスにも使用されています。
さらに、ICは、デジタルとアナログの区別とは別のカテゴリに分類できます。
ロジックIC前述のように、バイナリデータ（0と1）を使用する、は、意思決定を必要とするシステムで使用されます。 これは、その値に基づいて信号の通過を許可または拒否する回路の「ゲート」を使用して行われます。 これらのゲートは、信号の特定の組み合わせが、複数のゲートでのイベントの合計に基づいて、特定の意図された結果をもたらすように組み立てられます。 n個のゲートを備えたロジックICの0と1のさまざまな組み合わせの数が、2のn乗（2）であると考えると、n）、これらのICは、原理的には非常に単純ですが、非常に複雑な情報を処理できることがすぐにわかります。
ロジックICの信号は、迷路をネゴシエートする非常にスマートなマウスと考えることができます。 可能なすべての分岐点で、マウスは開いたドアに入るか（ "0"）、歩き続けるか（ "1"）を決定する必要があります。 このスキームでは、0と1の値の適切なシーケンスのみが、迷路の入口から出口までのパスになります。 他のすべての組み合わせは、最終的に迷路の壁内の行き止まりで終了します。
スイッチングIC 後で詳しく説明するように、トランジスタを十分に活用してください。 それらは、その名前が示すように、スイッチの一部として、または回路用語で「スイッチング操作」で使用されます。 電気スイッチでは、電流の遮断または 以前は存在しなかった電流の導入により、スイッチがトリガーされる可能性があります。これ自体は、2つ以上かかる可能性のある特定の条件の変化にすぎません。 フォーム。 たとえば、一部の扇風機には、低、中、高の設定があります。 一部のスイッチは、複数の回路に参加できます。
タイマーIC 経過時間を追跡することができます。 明らかな例は、時間を明示的に表示するデジタルストップウォッチですが、さまざまなデバイスができる必要があります ユーザーに表示する必要がない場合や、表示する必要がない場合でも、バックグラウンドで時間を追跡します。 オプション。 日常のコンピューターはその一例ですが、これらのいくつかは現在、必要に応じて時間を監視および調整するために衛星入力に依存しています。
アンプIC オーディオと操作の2つのタイプがあります。 オーディオICは、派手なサウンドシステムで音楽を大きくしたり小さくしたり、 テレビ、スマートフォン、個人用など、あらゆる種類のサウンドを組み込んだデバイスの音量 コンピューター。 これらは、電圧変化を利用してサウンド出力を制御します。 動作中のICは、オーディオ増幅をもたらすという点で同様に動作しますが、動作中のICでは、入力と出力の両方が電圧であるのに対し、オーディオICの入力はオーディオ自体です。
コンパレータ 彼らのかなり厄介な名前が示唆することをしなさい：彼らは複数のポイントで信号の同時入力を比較し、それぞれの出力信号を決定します。 次に、これらの各エントリポイントの出力が適切な方法で追加され、回路の合計出力が決定されます。 これらはロジックICと大まかに似ていますが、厳密なyes / no（バイナリ）データコンポーネントがありません。
統合の規模
ICの種類は、それらがどれだけ統合されているかに基づいて決定できます。これは、最大で取り除いた部品の数とほぼ同じです。 （理論的には、特定のICには余分なコンポーネントはまったくありません。 それぞれが、特定の電子タスクを実行できる最小のシステムを表しています。）特にトランジスタの数は、この目的に特に便利です。
小規模な統合は、かつて航空工学で際立って考えられていましたが、単一のICチップ上に数十個のトランジスタを備えています。 1960年代に軌道に乗った中規模集積回路は、1チップ上の数百個のトランジスタで構成されていますが、1970年代に始まった大規模集積回路には数千個が含まれています。 超大規模集積回路は、1980年から2010年までの30年ほどにわたる技術の産物であり、同じチップ上に数百から数十億のトランジスタを搭載している場合があります。 超大規模集積回路では、その数は常に100万を超えます。 技術が拡大し続けるにつれて、ICの世界では、ウェーハスケール統合（WSI）、システムオンチップ（SoC）、および3次元集積回路（3D-IC）の出現が目撃されています。
ICコードとは何ですか？
回路基板をよく見ると、そこに英数字の「単語」が印刷されているのがわかります。 これは、ICコード、IC部品番号、または単にIC番号を含むさまざまな名前で呼ばれます。 ICコードは、ICの製造元、ICが適しているデバイスのタイプ、その一部であるシリーズに関する情報を提供します（多くの 車もこの規則に準拠しています）、回路が適切に機能できる温度、情報の出力など データ。 文字数の点でICコードの固定形式はありませんが、ICコードに精通している人なら誰でも、コードをさまざまな部分に分割することで、知っておくべきことをまとめることができます。 これは、米国の社会保障番号または電話番号のダッシュで行われるように、文字と数字のグループ間の間隔を含めることで簡単になります。
トランジスタの種類はいくつありますか？
トランジスタは、電気回路の電流をブーストするために使用されます。 これが発生する手段については別の議論で説明する必要がありますが、ICで使用されるトランジスタのタイプはBJTと呼ばれ、バイポーラ接合トランジスタの略です。 これらは、pnpとnpnという2つの基本的な構成で提供されます。これは、「ポジティブ-ネガティブ-ポジティブ」と 「ネガティブ-ポジティブ-ネガティブ」 トランジスタは、エミッタ、ベース、および コレクタ。 トランジスタのp部分とn部分の間のインターフェースは、npジャンクションと呼ばれ、トランジスタごとに2つあります。 これらは、ベースが中央にあるため、ベース-エミッターおよびベース-コレクタージャンクションとも呼ばれます。
BJTのアクティブ領域は何ですか？
このタイプのトランジスタのアクティブ領域は、電流対のグラフ上の領域を指します。 トランジスタ内部の電流をあまり変化させることなく、電圧を大幅に上げることができる電圧。 この直前の領域は飽和領域であり、電圧の増加に伴って電流が急激に上昇します。 そのすぐ先の領域はブレークダウン領域と呼ばれ、電流は追加の電圧で再び急激に上昇し、回路の容量を超えます。