Med mindre du nettopp landet her fra midten av forrige århundre, har du nesten helt sikkert hørt om integrerte kretser, eller ICer. Men du har kanskje hørt disse konstruksjonene referert til av et av deres alternative navn, som mikrochip, datamaskinbrikke eller til og med IC brikke. Hvis du noen gang har handlet for en bærbar eller stasjonær datamaskin, har du sannsynligvis sett informasjon om hver modell mikroprosessor som er fremtredende blant maskinens primære funksjoner; disse enhetene bruker en eller høyst få forskjellige forskjellige IC-er. Og hvis du ikke har hørt om IC-er, du har absolutt gjort bruk av dem og ville på dette tidspunktet ikke kunne navigere i hverdagen din uten deres hjelp. Med mindre du leser disse ordene på et ark papir, nyter du fordelene med IC-er akkurat nå.
IC-er har bidratt til å revolusjonere informasjonsteknologi, telekommunikasjon og andre næringer, så det er ikke overraskende at de kommer i en rekke smaker, hver av dem er skreddersydd for de spesielle behovene til deres elektroniske miljøer. Du trenger ikke å være velbevandret i elektronikk for å forstå hvordan disse forskjellige typene IC fungerer og verdsetter deres mangesidige verdi for samfunnet.
Hva er en integrert krets?
En integrert krets er en liten - mikroskopisk, faktisk - elektronisk kretsmatrise. En elektronisk krets inneholder en rekke deler som er skreddersydd for å håndtere strøm, spredning og relé på en eller annen måte. På samme måte kan et system med sammenkoblede vannbassenger ha kanaler, porter, overløpstanker, pumper og andre enheter for å opprettholde ønsket status for matrisen i hver av bassengene når som helst, IC-komponenter inkluderer transistorer, motstander, kondensatorer og andre gjenstander som utfører disse funksjonene med elektroner i stedet for væsker.
Hvis du noen gang har tatt en datamaskin, mobiltelefon eller annen moderne elektronisk enhet med datakraft fra hverandre eller sett en demontert, har du sannsynligvis sett en IC på nært hold. De forskjellige komponentene deres er festet på en overflate som består av et halvledermateriale (vanligvis silisium eller for det meste silisium). Denne "wafer" -overflaten, som fungerer som basen til IC-en, er vanligvis farget grønn eller en annen fargetone som gjør det lettere å visualisere de enkelte delene av IC-en.
Å montere en elektrisk krets fra komponentdeler samlet fra forskjellige kilder er ekstremt dyrt i forhold til å bygge en slik krets samtidig, med hver av de nødvendige komponentene på hånd. (Tenk deg forskjellen i kostnad mellom en bil som er kjøpt på vanlig måte og en laget av separat bestilte dekk, en motor, et navigasjonssystem og så videre. Tenk på en bil kjøpt fra en avtale som et "integrert kjøretøy" i IC-språk.) Ideen til disse enhetene oppstod på 1950-tallet, kort tid etter de første transistorene.
Typer integrerte kretser
Digitale IC-er kommer i en rekke undertyper, blant dem programmerbare IC-er, "minnebrikker", logiske IC-er, strømstyrings-IC-er og grensesnitt-ICer. Deres definere karakteristikk fra et elektrofysisk synspunkt er at de opererer ved et lite antall spesifisert signalamplitude nivåer. De opererer ved hjelp av det som kalles logiske porter, som er punkter der endringer i kretsaktiviteten kan innføres på en "ja / nei" eller "av / på" måte. Dette oppnås ved å bruke den gamle datamaskinens standby, binære data, som i digitale IC-er bare bruker "0" (lav eller fraværende logikk) og "1" (høy eller fullstendig logikk) som tillatte verdier.
Analoge IC-er operere over et kontinuerlig utvalg av signaler i stedet for de diskrete signalene som er omtalt i digitale IC-er. De begrepet å lage noe "digitalt" betyr egentlig å plassere alle delene i forskjellige kategorier; selv om det er mange av dem, som med fargene på individuelle piksler i digitale bildeskjermer, gir de bare utseendet til ekte kontinuitet. Selv om folk har en tendens til å høre "analog" som "utdatert" og "digital" som "state of the art", er dette ubegrunnet. For eksempel er en type analog IC radiofrekvens IC, eller RFIC, som er et avgjørende element i trådløse nettverk. En annen type analog IC er den lineære IC, så kalt fordi spenningen og strømmen i disse arrangementene varierer i samme andel over signalområdet de har (det vil si at V og I er relatert med en konstant multiplikasjon faktor).
Blandet analog-digitale IC-er inkluderer aspekter av begge typer IC. I systemer som konverterer analoge data til digitale data eller omvendt, finner du det disse blandede IC-ene. Hele konseptet med å integrere digitale og analoge komponenter på samme brikke er langt nyere enn IC-teknologi seg selv. Disse IC-ene brukes også i klokker og andre tidsinnretninger.
I tillegg kan IC-er plasseres i kategorier bortsett fra skillet mellom digital og analog.
Logiske IC-er, som som nevnt bruker binære data (0s og 1s), brukes i systemer som krever beslutningstaking. Dette gjøres ved hjelp av "porter" i kretsen som enten tillater eller nekter passering av et signal basert på verdien. Disse portene er satt sammen slik at en gitt kombinasjon av signaler vil gi et spesifikt, tiltenkt resultat basert på summeringen av hendelser ved flere porter. Når du tenker på at antall forskjellige kombinasjoner av 0 og 1 i en logisk IC med n porter er 2 hevet til kraften til n (2n), ser du raskt at disse IC-ene, men utsøkt enkle i prinsippet, kan håndtere svært kompleks informasjon.
Du kan tenke på signalet i en logisk IC som en uvanlig smart mus som forhandler om en labyrint. Ved hvert mulig avgrensningspunkt må musen bestemme om den skal gå inn i den åpne døren ("0") eller fortsette å gå ("1"). I dette skjemaet vil bare den riktige sekvensen av 0 og 1-verdier resultere i en sti fra inngangen til labyrinten til utgangen; alle andre kombinasjoner vil til slutt ende i blindveier innenfor labyrintens vegger.
Bytte IC bruk rikelig med transistorer, beskrevet i detalj senere. De brukes akkurat som navnet antyder - som deler av brytere, eller i kretsspråk, i "svitsjoperasjoner". I en elektrisk bryter, avbrudd av strøm eller innføringen av strøm som ikke tidligere var til stede kan utløse en bryter, som i seg selv ikke er noe annet enn en endring i en gitt tilstand som kan ta to eller flere skjemaer. For eksempel har noen elektriske vifter lave, middels og høye innstillinger. Noen brytere kan delta i mer enn en krets.
Timer-IC-er er i stand til å holde oversikt over forløpt tid. Et åpenbart eksempel er et digitalt stoppeklokke, som viser tid eksplisitt, men forskjellige enheter må kunne holde oversikt over tiden i bakgrunnen, selv når den ikke trenger å vises for brukere eller når skjermen er valgfri; en dagligdags datamaskin er et eksempel, selv om noen av disse nå er avhengige av satellittinngang for å overvåke og justere tiden etter behov.
Forsterker ICer kommer i to typer: lyd og operativ. Audio IC er det som gjør musikken høyere eller mykere på et fancy lydsystem eller øker eller reduserer volum i enheter som inneholder lyd av noe slag, for eksempel et fjernsynsapparat, smarttelefon eller personlig datamaskin. Disse bruker spenningsendringer for å kontrollere lydutgangen. Operasjonelle ICer fungerer på samme måte fordi de resulterer i lydforsterkning, men med operasjonelle ICer er både inngang og utgang spenning, mens inngangen til lyd-IC er lyd i seg selv.
Sammenligning gjøre hva deres ganske vanskelige navn antyder: De sammenligner samtidige innganger av signaler på flere punkter og bestemmer et utgangssignal for hver. Utgangene ved hvert av disse inngangspunktene blir deretter lagt til på en passende måte for å bestemme den totale utgangen av kretsen. Disse ligner løst på logiske IC-er, men uten den strenge ja / nei (binære) datakomponenten.
Integreringsskalaer
IC-typer kan bestemmes på grunnlag av hvor integrerte de er, noe som omtrent tilsvarer hvor mange deler de har som mest strippet ned. (I teorien har en gitt IC absolutt ingen ekstra komponenter. Hver av dem representerer det minste systemet som er i stand til å utføre en gitt elektronisk oppgave.) Spesielt antall transistorer er spesielt praktisk for dette formålet.
Småskalaintegrasjon, en gang fremtredende i luftfartsingeniør, har titalls transistorer på en enkelt IC-brikke. Mellomskala integrasjon, som kom av banen på 1960-tallet, består av noen hundre transistorer på en chip, mens storskala integrasjon, som startet på 1970-tallet, inkluderer tusenvis. Svært storskala integrasjon, et produkt av teknologi i løpet av de omtrent 30 årene mellom 1980 og 2010, kan ha så få som flere hundre og opp til noen få milliarder transistorer på samme brikke. I ultra-storskala integrasjon overstiger antallet alltid en million. Etter hvert som teknologien har utvidet seg, har IC-verdenen vært vitne til fremkomsten av wafer-scale integration (WSI), systemet på en chip (SoC) og den tredimensjonale integrerte kretsen (3D-IC).
Hva er en IC-kode?
Hvis du ser nøye på et kretskort, vil du se et alfanumerisk "ord" skrevet der. Dette har forskjellige navn, inkludert IC-kode, IC-delenummer eller bare IC-nummer. IC-koden gir informasjon om produsenten av IC, hvilken type enhet den er egnet for, serien den er en del av (mange biler følger også denne konvensjonen), temperaturen som kretsen kan fungere skikkelig i, utdata og annet data. Det er ikke noe fast format for IC-koden når det gjelder antall tegn, men alle som er kjent med dem kan sette sammen det de trenger å vite ved å skille koden i forskjellige deler. Dette blir lettere ved at avstanden inkluderer mellom grupper av bokstaver og tall, slik det gjøres med bindestrekene i et amerikansk personnummer eller telefonnummer.
Hvor mange typer transistorer er det?
En transistor brukes til å øke strømmen i en elektrisk krets. Metoden som dette skjer må dekkes til en annen diskusjon, men typen transistor som brukes i ICs kalles en BJT, som står for bipolar kryssstransistor. Disse kommer i to grunnleggende konstruksjoner - pnp og npn, som står for "positiv-negativ-positiv" og "negativ-positiv-negativ." Transistorer består av tre hovedelementer: en emitter, en base og en samler. Grensesnittene mellom p og n deler av transistorer kalles np-kryss, og det er to per transistor. Disse kalles også base-emitter- og base-collector-kryss, da basen sitter i midten.
Hva er den aktive regionen i en BJT?
Den aktive regionen til denne typen transistor refererer til regionen på en graf over strøm vs. spenning der spenningen kan trappes opp betydelig uten å endre strømmen mye inne i transistoren. Regionen rett før dette er metningsområdet, der strømmen stiger bratt med økende spenning; regionen like utenfor den blir referert til som sammenbruddsområdet, der strømmen igjen stiger kraftig med tilleggsspenning og overskrider kretsens kapasitet.