Различите врсте интегрисаних кола | Типови ИЦ

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Сваки електронски уређај који користимо у свакодневном животу, попут мобилних телефона, преносних рачунара, фрижидера, рачунара, телевизора и свих других електричних и електронских уређаја, произведен је помоћу неких једноставних или сложених кола. Електронски склопови се реализују помоћу вишеструких електричне и електронске компоненте међусобно повезане повезивањем жица или проводним жицама за проток електричне струје кроз више компонената кола, као нпр отпорници , кондензатори , индуктори, диоде, транзистори итд. Кола се могу класификовати у различите типове на основу различитих критеријума, као што су на основу веза: серијска кола и паралелна кола на основу величине и производног процеса кола: интегрисани кругови и дискретни кругови и на основу сигнала који се користи у колу : аналогни и дигитални склопови. Овај чланак разматра преглед различитих врста интегрисаних кола и њихове примене.

Шта је интегрисани круг?

Интегрисани круг или ИЦ или микрочип или чип су микроскопски електрично коло низ формиран израдом различитих електричних и електронских компонената (отпорници, кондензатори, транзистори итд.) на полупроводнички материјал (силиконска) плочица, која може да изводи операције сличне великим дискретним електронским колима направљеним од дискретних електронских компонената.




Интегрисаних кола

Интегрисаних кола

Како су сви ови низови компонената, микроскопски склопови и основа материјала полупроводничких плочица интегрисани да би формирали један чип, стога се назива интегрисани круг или интегрисани чип или микрочип.



Електронски склопови се развијају помоћу појединачних или дискретних електронских компонената различитих величина, тако да се цена и величина ових дискретних кола повећавају са бројем компонената које се користе у колу. Да би се победио овај негативни аспект, развијена је технологија интегрисаних кола - Јацк Килби из компаније Текас Инструментс развио је прву ИЦ-у или интегрисано коло 1950-их, а након тога Роберт Ноице из Фаирцхилд Семицондуцтор-а решио је неке практичне проблеме овог интегрисаног кола.

Историја интегрисаних кола

Историја интегрисаних кола започета је са ССД уређајима. Изум прве вакуумске цеви извршио је Јохн Амбросе (Ј.А) Флеминг 1897. године, назван вакуум диода. За моторе је изумео правило леве руке. Након тога 1906. године изумљен је нови вакуум, наиме Триоде, који се користи за појачавање.

Након тога, транзистор је изумљен у Белл Лабс 1947. године да би делимично заменио вакуумске цеви јер су транзистори мале компоненте које за рад троше мање снаге. Различити кругови су дизајнирани помоћу дискретних компонената раздвајањем једни кроз друге, као и распоређени на штампаним плочама управљајући преко руку познатих као неинтегрисани кругови. Ови ИЦ-ови троше много енергије и простора и њихов излаз није тако углађен.


1959. године развијен је Интегрисани круг, где је неколико електронских и електричних компоненти произведено преко једне силицијумске плочице. Интегрисани кругови користе малу снагу за рад, као и пружају несметан излаз. Даље, побољшање транзистора преко интегрисаног кола такође се може повећати.

Еволуција интегрисаних кругова из различитих технологија

Класификација ИЦ-а може се извршити на основу величина чипа и скале интеграције. Овде интеграциона скала одређује број електронских компоненти смештених у типични интегрисани круг.
Од 1961. до 1965. године технологија мале интеграције (ССИ) коришћена је за производњу 10 до 100 транзистора на једном чипу за израду јапанки и логичких капија.

Од 1966. до 1970, технологија интеграције средње величине (МСИ) коришћена је за производњу 100 до 1000 транзистора на једном чипу за израду мултиплексера, декодера и бројача.

Од 1971. до 1979, технологија обимног повезивања (ЛСИ) коришћена је за производњу 1000 до 20000 транзистора на једном чипу за израду РАМ-а, микропроцесора, РОМ-а

Од 1980. до 1984. године, технологија велике интеграције (ВЛСИ) коришћена је за производњу 20000 до 50000 транзистора на једном чипу за израду РИСЦ микропроцесора, ДСП-а и ми16-битних и 32-битних микропроцесора.

Од 1985. до данас, технологија ултра великог обима (УЛСИ) коришћена је за производњу 50000 до милијарди транзистора на једном чипу за израду 64-битних микропроцесора.

Ограничења различитих врста интегрисаних кола

Ограничења различитих врста ИЦ укључују следеће.

  • Називна снага је ограничена
  • Функционише при ниском напону
  • Ствара буку током рада
  • Висока оцена ПНП-а није вероватно
  • Његове компоненте зависе од напона попут отпорника и кондензатора
  • Нежно је
  • Израда ИЦ кроз ниску буку је тешка
  • Тешко је постићи температурни коефицијент.
  • Монтажа висококвалитетног ПНП-а није остварива.
  • У ИЦ-у, било који ком
  • У ИЦ-у се различите компоненте не могу заменити, уклонити, па ако било која компонента унутар ИЦ-а оштети, тада се комплетна ИЦ-а мора променити новом.
  • Називна снага је ограничена јер производња ИЦ-а изнад 10 В снаге није могућа

Различите врсте интегрисаних кола

Постоје различите врсте ИЦ класификација интегрисаних кругова на основу различитих критеријума. Неколико врста ИЦ у систему приказано је на доњој слици са именима у облику стабла.

Различите врсте ИЦ

Различите врсте ИЦС-а

На основу предвиђене примене, ИЦ се класификује као аналогни интегрисани кругови, дигитални интегрисани кругови и мешовити интегрисани кругови.

Дигитални интегрисани кругови

Интегрисани кругови који раде само на неколико дефинисаних нивоа уместо да раде укупне нивое амплитуде сигнала називају се дигиталним ИЦ-овима и они су дизајнирани коришћењем вишеструких бројева дигиталне логичке капије , мултиплексери, јапанке и друге електронске компоненте кола. Ова логичка врата функционишу са бинарним улазним подацима или дигиталним улазним подацима, као што су 0 (ниска или нетачна или логичка 0) и 1 (висока или истинита или логичка 1).

Дигитални интегрисани кругови

Дигитални интегрисани кругови

Горња слика приказује кораке који су укључени у пројектовање типичних дигиталних интегрисаних кола. Ови дигитални ИЦ се често користе у рачунарима, микропроцесори , дигитални процесори сигнала, рачунарске мреже и бројачи фреквенција. Постоје различите врсте дигиталних ИЦ или типова дигиталних интегрисаних кола, као што су програмабилне ИЦ, меморијски чипови, логичке ИЦ, ИЦ за управљање напајањем и ИЦ интерфејса.

Аналогни интегрисани кругови

Интегрисани кругови који раде у непрекидном опсегу сигнала називају се аналогним ИЦ. Они су подељени на линеарне интегрисане кругове (линеарне ИЦ) и Радио фреквенција Интегрисани кругови (РФ ИЦ). Заправо, однос између напона и струје у неким случајевима може бити нелинеаран у дугом опсегу континуираног аналогног сигнала.

Аналогни интегрисани кругови

Аналогни интегрисани кругови

Често коришћени аналогни ИЦ је оперативно појачало или једноставно названо оп-појачало, слично диференцијалном појачалу, али поседује врло високо напонско појачање. Састоји се од веома мањег броја транзистора у поређењу са дигиталним ИЦ-има, а за развој аналогних интегрисаних кола специфичних за примену (аналогни АСИЦ) користе се рачунарски симулирани алати.

Линеарни интегрисани кругови

У аналогном интегрисаном колу, ако постоји линеарна веза између његовог напона и струје, тада је познат као линеарна ИЦ. Најбољи пример овог линеарног ИЦ је.741 ИЦ, 8-пински ДИП (двоструки линијски пакет) оптичко појачало,

Интегрисани кругови са радио фреквенцијама

У аналогном ИЦ-у, ако постоји нелинеарна веза између његовог напона и струје, то се назива радиофреквентним ИЦ-има. Ова врста ИЦ је такође позната и као интегрисани круг са радио фреквенцијама.

Мешовити интегрисани кругови

Интегрисани кругови који се добијају комбинацијом аналогних и дигиталних ИЦ на једном чипу називају се мешовитим ИЦ. Ове ИЦ функционишу као дигитални у аналогни претварачи, Аналогно дигитални претварачи (Д / А и А / Д претварачи) и ИЦ / такт / тајминг. Коло приказано на горњој слици пример је мешовитог интегрисаног кола које представља фотографију самоизлечивог радарског пријемника од 8 до 18 ГХз.

Мешовити интегрисани кругови

Мешовити интегрисани кругови

Овај систем са мешовитим сигналима на чипу резултат је напретка у интеграционој технологији која је омогућила интеграцију дигиталних, више аналогних и РФ функција у један чип.

Општи типови интегрисаних кола (ИЦ) укључују следеће:

Логиц Цирцуитс

Ови ИЦ су дизајнирани помоћу логичких капија које раде са бинарним улазом и излазом (0 или 1). Они се углавном користе као доносиоци одлука. На основу табеле логике или истине логичких капија, сви логички капије повезани у ИЦ дају излаз заснован на колу спојеном унутар ИЦ-а, тако да се тај излаз користи за обављање одређеног задатка. Неколико логичких ИЦ-а приказано је у наставку.

Логиц Цирцуитс

Логиц Цирцуитс

Упоредници

Упоредне ИЦ се користе као упоређивачи за упоређивање улаза, а затим за добијање резултата на основу поређења ИЦ-а.

Упоредници

Упоредници

Пребацивање ИЦ-а

Прекидачи или комутационе ИЦ дизајнирани су помоћу транзистора и користе се за извођење преклопне операције . Горња слика је пример који приказује СПДТ ИЦ прекидач.

Пребацивање ИЦ-а

Пребацивање ИЦ-а

Аудио појачала

Звук појачала су један од многих типова ИЦ, који се користе за појачавање звука. Они се углавном користе у аудио звучницима, телевизијским круговима итд. Горњи круг приказује ИЦ нисконапонског аудио појачала.

Аудио појачала

Аудио појачала

ЦМОС интегрисани круг

ЦМОС интегрисани кругови се изузетно користе у различитим апликацијама у поређењу са ФЕТ-овима због својих могућности попут напона нижег прага, ниске потрошње енергије. ЦМОС ИЦ укључује П-МОС и Н-МОС уређаје који су заједнички произведени на сличном чипу. Структура ове ИЦ је полисиликонска капија која помаже у смањењу прага напона уређаја, омогућавајући тако процес на нисконапонским нивоима.

ИЦ-ови регулатора напона

Ова врста интегрисаног кола обезбеђује стабилан једносмерни излаз упркос променама унутар улаза једносмерне струје. Најчешће коришћени типски регулатори су ЛМ309, уА723, ЛМ105 и 78КСКС ИЦ.

Операциона појачала

Тхе операциона појачала су често коришћене ИЦ, слично аудио појачивачима који се користе за аудио појачање. Ова оп-појачала се користе у сврхе појачања, а ове ИЦ раде слично као транзистор кругови појачала. Конфигурација пина 741 оп-амп ИЦ је приказана на горњој слици.

Оперативна појачала

Оперативна појачала

ИЦ тајмера

Тајмери су наменски интегрисани кругови који се користе за бројање и за бележење времена у предвиђеним применама. Блок дијаграм унутрашњег кола ЛМ555 тајмер ИЦ приказан је у горњем кругу. На основу броја коришћених компонената (типично на основу броја коришћених транзистора), они су следећи

ИЦ тајмера

ИЦ тајмера

Мала интеграција састоји се од само неколико транзистора (десетине транзистора на чипу), ови ИЦ су играли критичну улогу у раним ваздухопловним пројектима.

Интеграција средњег нивоа састоји се од стотинак транзистора на ИЦ чипу развијеном 1960-их и постигнутом бољом економичношћу и предностима у односу на ССИ ИЦ.

Велике интеграције састоји се од хиљада транзистора на чипу са готово истом економичношћу као интеграционе ИЦ-ове средње величине. Први микропроцесор, чипови за рачунаре и РАМ од 1Кбит развијени седамдесетих година имали су испод четири хиљаде транзистора.

Веома велика интеграција састоји се од транзистора од стотина до неколико милијарди (период развоја: од 1980-их до 2009)

Изузетно велика интеграција састоји се од транзистора који прелазе више од једног милиона, а касније су развијени интегрисани вафери (ВСИ), систем на чипу (СоЦ) и тродимензионални интегрисани круг (3Д-ИЦ).

Све се то може третирати као генерација интегрисане технологије. ИЦ-ови су такође класификовани на основу процеса производње и технологије паковања. Постоје бројне врсте ИЦ међу којима ће ИЦ функционисати као тајмер, бројач, регистровати , појачало, осцилатор, логичка капија, сабирач, микропроцесор итд.

Врсте интегрисаних кола на основу класа

Интегрисани кругови су доступни у три класе на основу техника коришћених у њиховој производњи.

  • Танак и дебео филм ИЦ
  • Монолитне ИЦ
  • Хибридне или вишечипне ИЦ

Танке и дебеле ИЦ

У овим типовима интегрисаних кола користе се пасивне компоненте попут кондензатора и отпорника, међутим транзистори и диоде су повезани као одвојене компоненте за дизајн кола. Ове ИЦ су једноставно комбинација интегрисаних као и засебних компоненти и оне имају повезане карактеристике и изглед, осим начина наношења филма. Из ИЦС-а се може одлучити о таложењу танких слојева ИЦС-а.

Ови ИЦ су дизајнирани кроз вођење филмова који одлажу филмове на површину стакла, иначе на керамички сталак. Променом дебљине филмова на материјалима ће се постићи различита отпорност и може се извршити израда пасивних електронских компонената.

У овом типу интегрисаног кола, метода свилене штампе се користи за израду потребног модела кола на керамичкој подлози. Понекад се ова врста ИЦ назива и штампане танкослојне ИЦ.

Монолитне ИЦ

У овој врсти интегрисаних кола могу се створити међусобне везе активне, пасивне и дискретне компоненте на силицијумском чипу. Као што и само име говори, изведено је из грчке речи попут моно није ништа друго него појединачно док Литхос значи камен. Тренутно се ове ИЦ најчешће користе због нижих трошкова као и поузданости. ИЦ-ови који се комерцијално производе користе се попут регулатора напона, појачала, рачунарских кола и АМ пријемника. Међутим, изолација међу монолитним ИЦ компонентама је лоша, али такође има и мању снагу,

Двоструки линијски пакет (ДИП) ИЦ

ДИП (двоструки линијски пакет) или ДИПП (двоструки линијски пин-пакет) је пакет електронских компонената у смислу микроелектронике или електронике са правоугаоном плочом и два паралелна реда са електричним прикључним пиновима.

Хибридне или вишечипове ИЦ

Као што и само име говори, мулти значи изнад једног појединачног чипа који је међусобно повезан. Активне компоненте попут диода или дифузних транзистора укључују ове ИЦ, док су пасивне компоненте дифузни кондензатори или отпорници на једном чипу. Повезивање ових компоненти може се извршити путем метализованих прототипова. Интегрисани кругови са више чипова интензивно се користе за примену појачала велике снаге од 5В до 50В. У поређењу са монолитним интегрисаним круговима, перформансе хибридних ИЦ-а су супериорне.

Врсте ИЦ пакета

ИЦ пакети су подељени у две врсте, попут паковања за монтажу кроз рупе и површинског носача.

Пакети за монтирање кроз рупе

Њихово пројектовање се може извести тамо где су оловни клинови причвршћени кроз једну плочу плоче и таљени на другој страни. У поређењу са другим типовима, величина ових пакета је већа. Они се углавном користе у електронским уређајима за уравнотежење простора на плочи као и ограничења трошкова. Најбољи пример пакета за монтирање кроз рупе су двоструки уградни пакети јер су они најзначајније коришћени. Ови пакети су доступни у две врсте, попут керамике и пластике.

У АТмега328, 28-пинови се налазе паралелно један другом ширењем вертикално и постављени на црној пластичној плочи правоугаоног облика. Простор између затича одржава се са 0,1 инча. Поред тога, пакет се мења у величини због разлике у бр. пинова у различитим паковањима. Распоред ових пинова може се извршити на такав начин да се могу регулисати до средине плоче како не би дошло до кратког споја.

Различити ИЦ пакети за монтирање кроз рупе су ПДИП, ДИП, ЗИП, ПЕНТАВАТТ, Т7-ТО220, ТО2205, ТО220, ТО99, ТО92, ТО18, ТО03.

Паковање на површински носач

Ова врста паковања углавном следи технологију монтирања, иначе лоцирајући компоненте директно на ПЦБ. Иако ће његове методе израде помоћи да се ствари раде брзо, то такође побољшава шансе за кварове због сићушних компонената и оне су распоређене врло близу једна другој. Ова врста амбалаже користи пластично или керамичко обликовање. Различите врсте амбалаже за површинску монтажу у којима се користе пластични калупи су паковања са малим ободом Л и БГА (Балл Грид Арраи).

Различити ИЦ пакети за површинско монтирање су СОТ23, СОТ223, ТО252, ТО263, ДДПАК, СОП, ТСОП, ТКФП, КФН и БГА.

Предности

Предности типова интегрисаних кола су разматране у наставку.

Потрошња енергије је мала

Интегрисани кругови користе мање снаге за правилан рад због мање величине и конструкције.

Величина је компактна

Мали круг који користи ИЦ може се добити за дату функционалност у поређењу са дискретним кругом.

Мање трошкова

У поређењу са дискретним круговима, интегрисани кругови су доступни по нижој цени због њихових технологија израде, као и због употребе мало материјала.

Мање тежине

Кола која користе интегрисане склопове имају мању тежину у поређењу са дискретним круговима

Побољшана је брзина рада

Интегрисани кругови раде на великим брзинама због својих брзина пребацивања, као и мале потрошње енергије.

Висока поузданост

Једном када коло користи ниске везе, интегрисани кругови ће пружити високу поузданост у поређењу са дигиталним круговима.

  • Величина ИЦ је мала, али на овом чипу се могу произвести хиљаде компонената.
  • Коришћењем једног чипа дизајнирани су различити сложени електронски склопови
  • Због масовне производње доступни су уз мање трошкове
  • Брзина рада је велика због недостатка паразитског ефекта капацитивности.
  • Из матичног кола може се лако променити

Мане

Недостаци различитих врста интегрисаних кола укључују следеће.

  • Топлота се не може расипати потребном брзином због своје мале величине, а преливање струје може проузроковати оштећење ИЦ
  • У интегрисане кругове, трансформатори, као ни индуктори, не могу се уградити
  • Рукује ограниченим опсегом снаге
  • Монтажа висококвалитетног ПНП-а није остварива.
  • Не може се постићи коефицијент ниске температуре
  • Опсег расипања снаге је до 10 вати
  • Не може се постићи рад високог напона и ниског нивоа буке

Дакле, овде се ради о прегледу различитих врста интегрисаних кола. Конвенционални интегрисани кругови су смањени у практичној употреби, јер се проналаском нано-електронике и минијатуризацијом ИЦ-а наставља ово Нано-електроничка технологија . Међутим, конвенционалне ИЦ још нису замењене наноелектроником, али се употреба конвенционалних ИЦ делимично смањује. Да бисте технички побољшали овај чланак, објавите своја питања, идеје и сугестије као коментаре у одељку испод.

Фото кредити: