集成电路

使用硅材料制造集成电路(IC)，并将其安装在陶瓷或塑料容器(称为芯片)中。 IC的基本组件由用于数字门的电子电路组成。各种栅极在IC内部互连以形成所需的电路。

以下类别可以将集成电路(IC)大致分类：

SSI(小型集成设备)

这些类型的设备在单个封装中包含多个独立的门。这些门的输入和输出直接连接到封装中的引脚。逻辑门的数量通常少于10个，并受IC中可用引脚数的限制。

MSI(中型规模集成设备)

在单个封装中，此类器件的复杂度约为10至200个门。基本组件包括解码器，加法器和寄存器。

LSI(大型集成设备)

LSI器件在一个封装中包含大约200至数千个门。 LSI设备的基本组件包括数字系统，例如处理器，存储芯片和可编程模块。

VLSI(大型集成设备)

这种类型的设备在单个封装中包含数千个门。 VLSI设备最常见的示例是复杂的微型计算机芯片。

数字集成电路也通过其所属的特定电路技术进行分类。电路技术通常被称为数字逻辑家族。每种技术都有其自己的基本电子电路和要执行的功能。

每种技术中最常见的组件是NAND，NOR或反相器门。

数字逻辑系列中最受欢迎的包括：

• TTL(晶体管-晶体管逻辑)
• ECL(发射极耦合逻辑)
• MOS(金属氧化物半导体)
• CMOS(互补金属氧化物半导体)

TTL(晶体管-晶体管逻辑)

TTL技术是以前称为DTL(二极管晶体管逻辑)的技术的升级版本。 DTL技术过去具有基本NAND门的二极管和晶体管。当将这些二极管替换为晶体管以改善电路操作时，就存在TTL。

TTL有多种变体，例如高速TTL，低功耗TTL，肖特基TTL，低功耗肖特基TTL和高级肖特基TTL。

下图显示了标准TTL电路及其配置。

TTL系列的功能：

• TTL电路的总电源电压为5伏，两个逻辑电平分别约为0和3.5伏。
• TTL电路的输出最多可以支持10个门。
• TTL电路的平均传播延迟约为9ns。

TTL应用

• TTL用作驱动灯和继电器的开关设备。
• TTL在控制器应用中用于提供0至5V。
• TTL系列主要用于DEC VAX等小型计算机的处理器中。
• 它也用于打印机和视频显示终端。

ECL(发射极耦合逻辑)

ECL技术以集成形式提供了最快的数字电路。 ECL电路用于需要高速的超级计算机和信号处理器中。

ECL栅极中的晶体管在非饱和状态下运行，该条件允许实现1-2纳秒的传播延迟。

ECL系列的功能

• 即使在非活动状态下，逻辑门也持续汲取电流。因此，与其他逻辑系列相比，功耗更大。
• ECL使用双极晶体管逻辑，其中晶体管不在饱和区域工作。
• ECL门的平均传播延迟约为0.5至2ns。

MOS(金属氧化物半导体)

MOS(金属氧化物半导体)是一种单极晶体管，仅取决于一种载流子的流量，该载流子可以是电子(n沟道)或空穴(p沟道)。

MOS技术通常分为两种基本形式：

• P沟道MOS被称为PMOS。
• n沟道MOS称为NMOS。

功率MOS

可以通过考虑PMOS NAND门来解释PMOS逻辑系列执行的操作。

以下电路图显示了两个输入的PMOS NAND门。

当低逻辑应用于A或B时，晶体管被激活。这样可以在电源和输出端子之间建立连接。

当施加低逻辑时，输出升高到逻辑高值。否则，在其他情况下它将保持逻辑低电平。

除非向A或B施加低电平逻辑，否则下拉电阻器'R'保持低电平逻辑。

NMOS

NMOS逻辑的结构类似于PMOS。但是，在这里我们将使用NMOS晶体管以及上拉电阻R来代替PMOS晶体管。

以下电路图显示了两个输入NMOS NAND门。

如电路图所示，NMOS NAND门具有两个从输出端到接地端串联的NMOS晶体管。

上拉电阻器从输出端子连接到电源。

当高逻辑被施加到两个输入时，两个晶体管都被激活。这将在输出端子和接地之间建立连接。

如果输入中的任何一个处于逻辑高电平，而另一个则处于逻辑低电平，则晶体管将被停用。这终止了输出端子和地面之间的路径。

CMOS(互补金属氧化物半导体)

互补MOS或CMOS技术使用在所有电路中以互补方式连接的PMOS和NMOS晶体管。

CMOS逻辑系列因其高抗噪性和低功耗而在大型集成电路中受到高度青睐。

以下电路图显示了标准CMOS电路及其配置。

Q1和Q2是互补连接的NMOS和PMOS晶体管。