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中國電力電子產業網【超大規模集成電路專題】

什么是超大規模集成電路?

  超大規模集成電路英文名稱:A circuit containing one hundred thousand to one million electronic units on a chip。簡稱"vlsi電路"。指幾毫米見方的硅片上集成上萬至百萬晶體管、線寬在1微米以下的集成電路。由于晶體管與連線一次完成,故制作幾個至上百萬晶體管的工時和費用是等同的。大量生產時,硬件費用幾乎可不計,而取決于設計費用。國際上硅片面積已增至厘米見方,管數達十億個而線寬為0至1微米。 [1]   超大規模集成電路:VLSI (Very Large Scale Integration)   通常指含邏輯門數大于10000 門(或含元件數大于100000個)。   集成電路按集成度高低的不同可分為小規模集成電路、中規模集成電路、大規模集成電路、超大規模集成電路、特大規模集成電路和巨大規模集成電路等等。   小規模集成電路(Small Scale Integration:SSI) 1960年出現,在一塊硅片上包含10-100個元件或1-10個邏輯門。如 邏輯門和觸發器等。如果用小規模數字集成電路(SSI)進行設計組合邏輯電路時,是以門電路作為電路的基本單元,所以邏輯函數的化簡應使使用的門電路的數目最少,而且門的輸入端數目也最少。   中規模集成電路(Medium Scale Integration:MSI)   1966年出現,在一塊硅片上包含100-1000個元件或10-100個邏輯門。如 :集成計時器,寄存器,譯碼器等。   如果選用中規模集成電路(MSI)設計組合邏輯電路時,則以所用集成電路個數最少,品種最少,同時集成電路間的連線也最少。這往往需將邏輯函數表達式變換成選用電路所要求的表達形式,有時可直接用標準范式。   MSI中規模組合邏輯器件功能雖然比小規模集成電路SSI強,但也不像大規模集成電路LSI那樣功能專一化,這些器件產品的品種雖然不少,但也不可能完全符合使用者的要求,這就需要將多片級聯以擴展其功能,而且還可以用一些標準的中規模繼承組件來實現其它一些組合邏輯電路的設計。用中規模集成組件來進行組合邏輯電路設計時,其方法是選擇合適的MSI后,將實際問題轉化后的邏輯表達式變換為響應的MSI的表達形式。用MSI設計的組合邏輯電路與用門電路設計的組合邏輯電路相比,不僅體積小,重量較輕,而且提高了工作的可靠性。   中規模數據選擇起的級聯可擴展其選擇數據的路數,其功能擴展不僅可用于組合邏輯電路,而且還可用于時序邏輯電路。在組合邏輯電路中主要有以下應用:(1)級聯擴展,以增加選擇的路數、位數,可實現由多位到多位的數據傳送;(2)作邏輯函數發生器,用以實現任意組合邏輯電路的設計。   大規模集成電路(Large Scale Integrated circuits:LSI)   1970年出現,在一塊硅片上包含103-105個元件或100-10000個邏輯門。如 :半導體存儲器,某些計算機外設。628512,628128(128K)最大容量1G。   超大規模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits:VLSI)   在一塊芯片上集成的元件數超過10萬個,或門電路數超過萬門的集成電路,稱為超大規模集成電路。超大規模集成電路是20世紀70年代后期研制成功的,主要用于制造存儲器和微處理機。64k位隨機存取存儲器是第一代超大規模集成電路,大約包含15萬個元件,線寬為3微米。   目前超大規模集成電路的集成度已達到600萬個晶體管,線寬達到0.3微米。用超大規模集成電路制造的電子設備,體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。利用超大規模集成電路技術可以將一個電子分系統乃至整個電子系統"集成"在一塊芯片上,完成信息采集、處理、存儲等多種功能。例如,可以將整個386微處理機電路集成在一塊芯片上,集成度達250萬個晶體管。超大規模集成電路研制成功,是微電子技術的一次飛躍,大大推動了電子技術的進步,從而帶動了軍事技術和民用技術的發展。超大規模集成電路已成為衡量一個國家科學技術和工業發展水平的重要標志,也是世界主要工業國家,特別是美國和日本競爭最激烈的一個領域。   特大規模集成電路(Ultra Large-Scale Integration:ULSI)   1993年隨著集成了1000萬個晶體管的16M FLASH和256M DRAM的研制成功,進入了特大規模集成電路ULSI (Ultra Large-Scale Integration)時代。特大規模集成電路的集成組件數在107~109個之間。   ULSI電路集成度的迅速增長主要取決于以下兩個因素:一是完美晶體生長技術已達到極高的水平;二是制造設備不斷完善,加工精度、自動化程度和可靠性的提高已使器件尺寸進入深亞微米級領域。目前硅單晶制備技術可使晶體徑向參數均勻,體內微缺陷減少,0.1~0.3um大小的缺陷平均可以少于0.05個/平方厘米。對電路加工過程中誘生的缺陷理論模型也有了較為完整的認識,由此發展了一整套完美晶體的加工工藝。生產電路用的硅片直徑的不斷增大,導致生產效率大幅度提高,現在硅片的直徑尺寸已達到12英寸。微缺陷的減少使芯片成品率增加,0.02個/平方厘米缺陷的硅片可使256MB DRAM的成品率達到80~90%。   巨大規模集成電路(Giga Scale Integration:GSI)   1994年由于集成1億個元件的1G DRAM的研制成功,進入巨大規模集成電路GSI(Giga Scale Integration)時代。巨大規模集成電路的集成組件數在109以上。

   集成電路分類
  集成電路,又稱為IC,按其功能我好的、結構的不同,可以分為模擬集成電路、數字集成電路和數/模混合集成電路三大集成電路類。模擬集成電路又稱線性電路,用來產生、放大和處理各種模擬信號(指幅度隨時間變化的信號。例如半導體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等),其輸入信號和輸出信號成比例關系。而數字集成電路用來產生、放大和處理各種數字信號(指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如3G手機、數碼相機、電腦CPU、數字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻信號)。
  中國集成電路發展歷史

我國集成電路產業誕生于六十年代,共經歷了三個發展階段: 1965年-1978年:以計算機和軍工配套為目標,以開發邏輯電路為主要產 品,初步建立集成電路工業基礎及相關設備、儀器、材料的配套條件 1978年-1990年:主要引進美國二手設備,改善集成電路裝備水平,在"治散治亂"的同時,以消費類整機作為配套重點,較好地解決了彩電集成電路的國產化 1990年-2000年:以908工程、909工程為重點,以CAD為突破口,抓好科技攻關和北方科研開發基地的建設,為信息產業服務,集成電路行業取得了新的發展。 集成電路產業是對集成電路產業鏈各環節市場銷售額的總體描述,它不僅僅包含集成電路市場,也包括IP核市場、EDA市場、芯片代工市場、封測市場,甚至延伸至設備、材料市場。 [1]集成電路產業不再依賴CPU、存儲器等單一器件發展,移動互聯、三網融合、多屏互動、智能終端帶來了多重市場空間,商業模式不斷創新為市場注入新活力。目前我國集成電路產業已具備一定基礎,多年來我國集成電路產業所聚集的技術創新活力、市場拓展能力、資源整合動力以及廣闊的市場潛力,為產業在未來5年~10年實現快速發展、邁上新的臺階奠定了基礎。

1  基于CC7555 CMOS 集成電路電臺發射機電源控制器的設計與制作
  摘 要: 基于CC7555 CMOS 集成電路設計制作的電臺發射機電源控制器,利用節目播放的音頻信號作為信號源控制發射機的開、關。此硬件成本低,操作簡單方便,能實現校園調頻電臺節目播放自動化,該系統運行穩定、可靠,提高了工作效率。   在高校語言教學中,校園調頻電臺作為一種獨特的教學輔助設施與手段,因其成本低、易維護、使用方便等諸多優點得到普遍應用。而以計算機為硬件平臺,集錄音、編輯、存儲、播放等功能于一體的校園調頻電臺實現了節目播放自動化。在實際運行中,電臺發射機的開與關一般采用電源定時器控制,需由工作人員設置開啟、關閉時間,操作繁瑣、不易管理。(1)定時器時間的設定需和節目的播放時間相對應,如節目播放時間有變動,需重新設置定時器開啟、關閉時間;(2)定時器的時鐘與計算機的系統時間需經常調整,以求保持一致;(3)要求定時器有斷電保護措施。為此,采用電源定時器的工作模式,經過多次實踐,設計并制作了利用音頻信號來控制發射機開、關的電源控制器。計算機播放節目時,該電源控制器打開發射機電源,無節目播放時自動關閉發射機電源,實現了整個節目播放系統的自動化。該電源控制器性能穩定并確保校園調頻電臺節目播出時間的準確性,實現了無人值守,提高了管理人員的工作效率。 閱讀全文請點擊
2  集成電路測試儀電源電路的仿真設計研究與應用
  集成電路測試儀可用來測量集成電路的好壞,在電子實驗室中應用廣泛。在實際使用中,發現部分廠家生產的測試儀存在一些問題,如電網電壓波動或負載加重后容易出現死機或復位不正常現象,這對實驗進程和實驗室管理有很大影響,也是困擾實驗指導老師的常見問題,必須予以解決。本文通過某一種測試儀電源電路的改進的試驗,會給實驗室管理者以借鑒。   在電路設計中用到EDA(Electronics Design Au-tomation,電子設計自動化)技術。在進行電路改進前,從電路參數設計,電路功能仿真驗證等都在計算機上先用EDA軟件完成,不但縮短了電路設計時間,而且大大地節約了成本。   EDA技術是隨著集成電路和計算機技術的飛速發展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具。它經歷了計算機輔助設計(Computer Assist De-sign,CAD)、計算機輔助工程設計(Computer Assist Engineering Design,CAE)和電子設計自動化(Elec-tronic Design Automation,EDA)三個發展階段。利用EDA技術進行電子系統的設計,具有以下幾個特點:用軟件的方式設計硬件;用軟件方式設計的系統到硬件系統的轉換是由有關的開發軟件自動完成的;對設計電路功能是否正確可進行仿真分析。 閱讀全文請點擊
3  集成電路封裝設計可靠性提高方法研究
  1 前言   隨著集成電路的發展,小型化與多功能成了大家共同追求的目標,這不僅加速了IC設計的發展,也促進了IC封裝設計的發展。IC封裝設計也可以在一定程度上提高產品的集成度,同時也對產品的可靠性起著很重要的影響作用。本文總結和研究了一些封裝工藝中提高可靠性的方法。   2 引線框架   引線框架的主要功能是芯片的載體,用于將芯片的I/O引出。在引線框架的設計過程中,需要考慮幾個因素。   2.1 與塑封料的粘結性   引線框架與塑封料之間的粘結強度高,產品的氣密性更佳,可靠性更高;與塑封料的粘結性不好,會導致分層及其他形式的失效。影響粘結強度的因素除了塑封料的性能之外,引線框架的設計也可以起到增強粘結強度的作用,如在引腳和基島邊緣或背面設計圖案,如圖1所示。 閱讀全文請點擊
4  現代電源技術的發展和低功耗集成電路的應用分析
  綠色環保已成為各行業發展一個定向趨勢,如何做到環保且高效節能已成為當代熱門話題。在現代電子系統中,數據處理速度越來越快,數據流量和存儲空間越來越大,系統穩定性、可靠性越來越高,而電子設備體積不斷減小,集成度不斷增高,功耗不斷降低。特別是現代手持便攜設備和遠程控制設備不僅要求電子系統集成度高、體積小,而且要求整個系統功耗低,電池在相同體積和功耗下待機時間更長。電子設備外形變得越來越簡單,終端產品變得更加小巧,集成電路生產商需要設計出更加緊湊小巧的封裝。由于系統內處理器、存儲器及其他集成電路數量不斷增加,產生更多熱量,使熱管理在系統設計中變得非常重要。這些因素給集成電路生產商和電子設計工程師帶來了更多挑戰。電源技術的創新,勢必要推動電源技術迅速發展。 閱讀全文請點擊
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