芯片系统分级转载:
http://www.elecfans.com/baike/bandaoti/20180718711930.html
(1)系统级
以手机为例,整个手机是一个复杂的电路系统,它可以玩游戏、可以打电话、可以听音乐。它的内部结构是由多个半导体芯片以及电阻、电感、电容相互连接组成的,称为系统级。(当然,随着技术的发展,将一整个系统做在一个芯片上的技术也已经出现多年——SoC技术)
(2)模块级
在整个系统中分为很多功能模块各司其职。有的管理电源,有的负责通信,有的负责显示,有的负责发声,有的负责统领全局的计算,等等。我们称为模块级。这里面每一个模块都是一个宏大的领域,都聚集着无数人类智慧的结晶,也养活了很多公司。
3)寄存器传输级(RTL)
那么每个模块都是由什么组成的呢?以占整个系统较大比例的数字电路模块(它专门负责进行逻辑运算,处理的电信号都是离散的0和1)为例。它是由寄存器和组合逻辑电路组成的。
寄存器是一个能够暂时存储逻辑值的电路结构,它需要一个
时钟信号来控制逻辑值存储的时间长短。
实际应用中,我们需要时钟来衡量时间长短,电路中也需要时钟信号来统筹安排。时钟信号是一个周期稳定的矩形波。现实中秒钟动一下是我们的一个基本时间尺度,电路中矩形波震荡一个周期是它们世界的一个时间尺度。电路元件们根据这个时间尺度相应地做出动作,履行义务。
什么是组合逻辑呢,就是由很多“与(AND)、或(OR)、非(NOT)”逻辑门构成的组合。比如两个串联的灯泡,各带一个开关,只有两个开关都打开,灯才会亮,这叫做与逻辑。
一个复杂的功能模块正是由这许许多多的寄存器和组合逻辑组成的。把这一层级叫做寄存器传输级。
(4)门级
寄存器传输级中的寄存器其实也是由与或非逻辑构成的,把它再细分为与、或、非逻辑,便到达了门级(它们就像一扇扇门一样,阻挡/允许电信号的进出,因而得名)。
(5)晶体管级
无论是数字电路还是模拟电路,到最底层都是晶体管级了。所有的逻辑门(与、或、非、与非、或非、异或、同或等等)都是由一个个晶体管构成的。因此集成电路从宏观到微观,达到最底层,满眼望去其实全是晶体管以及连接它们的导线。
双极性晶体管(BJT)在早期的时候用的比较多,俗称三极管。它连上电阻、电源、电容,本身就具有放大信号的作用。像堆积木一样,可以用它构成各种各样的电路,比如开关、电压/电流源电路、上面提到的逻辑门电路、
滤波器、
比较器、加法器甚至积分器等等。由BJT构建的电路我们称为TTL(Transistor-TransistorLogic)电路。
但是后来金属-氧化物半导体场效应晶体管(
MOSFET)的出现,以优良的电学特性、超低的功耗横扫IC领域。除了模拟电路中BJT还有身影外,基本上现在的集成电路都是由MOS管组成的了。同样的,由它也可以搭起来成千上万种电路。而且它本身也可以经过适当连接用来作电阻、电容等基本电路元件。
模电基础:
以PN结为基础,一个结的二极管;或两个结组合成,晶体管BJT、场效应管。
1、PN结
不同类型半导体化学键结构的区别:纯净单晶体本征半导体(Si/Ge)、加入五价磷元素的N型半导体、加入三价硼的P型半导体。
2、二极管
aaa
3、三极管(双极性晶体管BJT)
两种载流子导电。
晶体管,NPN为例
输入输出特性曲线:
4、场效应管 FET field effect transistor 单极性晶体管
只有多数载流子导电。结型场效应管与MOS管的导电原理和电流控制原理均不同。
结型场效应管。
MOSFET 绝缘栅型场效应管(metal oxide semiconductor)
用于集成电路。
CMOS功耗更低(complementary MOS)
5、晶闸管
参考文献:
1、模拟电子技术基础,第一章常用半导体器件
2、数字电子技术基础,第二章门电路