集成电路应用ppt课件.ppt

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1、集成电路应用福州大学信通系罗国新课程教学目的:《集成电路应用》是电子信息工程和通信工程专业重要的专业基础课。集成电路广泛应用于各类电子产品，重要性不言而喻。现代电子、电气工程技术人员必须具备应用集成电路的能力。本课程为学生打下集成电路（特别是CMOS集成电路）应用的坚实基础。通过课程教学，使学生掌握CMOS数字集成电路的特点及其应用。主要掌握当前广泛使用的74/HC/HCT系列CMOS集成电路、包括门电路、反相器、施密特触发器与非门等电路在振荡、整形、逻辑等方向的应用，掌握CMOS电路与TTL电路的区别，CMOS电路与TTL电路及非标准电路

2、的接口，掌握锁相环的基本原理。能应用CD4046锁相环进行基本应用设计。通过课程教学、使学生掌握应用集成电路的技巧，建立起设计应用型电路的正确思维方式，具备通过自学获取新知识的能力。本课程是实践技能训练的一个重要教学环节第一章：CMOS数字集成电路基础集成电路可以按照不同的标准进行分类。如果根据功能分类，有数字集成电路和模拟集成电路之分；以组成集成电路的器件来划分，可分为双极型和MOS两大类。根据后一种划分方法，集成电路的分类情况如图1-1所示。TTL以高速著称。CMOS以低功耗见长。CMOSIC因为具有功耗低、输入阻抗高、噪声容限高、电源

3、电压范围宽、输出电压幅度与电源电压接近、对称的传输延迟和跃迁时间等优点，发展极为迅速。CMOSIC至今已经发展了四代。其性能与速度与TTL相比，差距大约是10个月。高速CMOS集成电路的原理和结构绝缘栅场效应管的结构：如图所示，其中图1－2(a)为立体结构示意图，图(b)为平面结构示意图。图1－3：N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号图1－4：N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号图1－5：N沟道增强型MOSFET的转移特性N沟道增强型MOSFET的转移特性如上图所示。其主要特点为：(1)当uGS

4、uGS>UGSth时，iD>0，uGS越大，iD也随之增大，二者符合平方律关系，如下式所示。式中：UGSth——开启电压(或阈值电压)；μn——沟道电子运动的迁移率；Cox——单位面积栅极电容；W——沟道宽度；L——沟道长度(见图1－2(a))；W/L——MOS管的宽长比。在MOS集成电路设计中，宽长比是一个极为重要的参数。输出特性N沟道增强型MOSFET的输出特性如图1－6所示。与结型场效应管的输出特性相似，它也分为恒流区、可变电阻区、截止区和击穿区。其特点为：(1)截止区：UGS≤UGSth，导电沟道未形成，iD=0(2)恒流区：·曲线

5、间隔均匀，uGS对iD控制能力强。·uDS对iD的控制能力弱，曲线平坦。·进入恒流区的条件，即预夹断条件为：图1－6输出特性因为UGD=UGS-UDS，当UDS增大，使UGD

6、该点电压称为厄尔利电压UA。定义沟道调制系数来表达uDS对沟道及电流iD的影响。显然，曲线越平坦，

7、UA

8、越大，λ越小。高速CMOS54HC/74HC系列与4000系列各个器件的电路图完全相同，都是互补对称的电路结构，即逻辑器件基本上包含数量相同的P管和N管。例如由一个P管和一个N管组成的高速CMOS反相器，这是用氧化物隔离、自对准硅栅CMOS工艺制成的。氧化物隔离、较浅的结深、较短的沟道长度和较小的栅覆盖电容，使高速CMOSIC寄生电容比金属栅CMOS减小了一半左右，两者的比较如图1—9所示。图1－8：寄生电容之比较高速CMOSIC较低的

9、开启电压（典型值为0.7V）、较薄的栅氧化层和较短的沟道长度，使它的跨导比金属栅CMOS增长几乎四倍。再加上高速CMOSIC寄生电容比金属栅减小了一半左右，两者综合作用的效果使高速CMOS的开关速度达到金属栅CMOS的8～10倍。Ids与沟道长度成反比，从4000系列的7μm栅长缩短至高速CMOS的3μm，有利于提高输出驱动电流。现在已经达到0.18μm。CMOS工作原理1.电路结构及工作原理CMOS反相器电路如图(a)所示，它由两个增强型MOS场效应管组成，其中V1为NMOS管，称驱动管，V2为PMOS管，称负载管。图(b)是CMOS反相

10、器的简化电路。NMOS管的栅源开启电压UTN为正值，PMOS管的栅源开启电压是负值，其数值范围在2~5V之间。为了使电路能正常工作，要求电源电压UDD＞(UTN+

11、UTP

12、)。U