集成电路与应用范文

集成电路与应用篇1

关键词：液压监测；CPU226；LM331；高速计数器；V/F变换

引言

液压传感器是工业液压监测中最为常用的一种传感器，能将液体压力信号转换为直流4～20mA或直流0～10V电信号输出，在工业自动控制中通常配合专用模拟量输入模块应用于可编程序控制系统（PLC）。然而模拟量信号在传输过程中容易受到数字量信号、交流输入信号、外部强干扰源等的干扰，模拟量受干扰已经成为了自动控制系统的一个难题。基于此笔者提出了一种基于LM331集成电路的液压监测系统，将液压传感器输出电压信号转换为高速脉冲的数字量信号输出到PLC，既能够实现液压的实时检测，同时有效地解决模拟量抗干扰问题。

1 LM331集成电路简介

LM331是美国NS公司生产的性价比较高的集成芯片，是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器。当作为压/频转换器使用时，LM331输出脉冲链的频率精确度与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，可轻松应用于所有的标准压/频转换场合。LM331为双列直插式8引脚的芯片，结构框图如图1所示。

LM331各引脚功能如下：管脚1是脉冲电流输出端，内部相当于脉冲恒流源；管脚2是用于调节输出端脉冲电流幅度；管脚3是脉冲电压输出端OC门结构，输出脉冲宽度Tw；管脚7是提供给比较器的基准电压；管脚8是工作电压范围为4～40V的电源Vcc。LM331集成电路线性度好、外接电路简单、非线性失真小、变换精度高，数字分辨率可达12位，并且容易保证转换精度。

2 液压监测系统架构

为了提高模拟量的抗干扰能力和节约成本，本液压监测系统使用基于LM331的V/F变换电路作为模拟量采集电路。液压传感器将接受到的压力信号转换为0～10V的直流电压信号，直流电压信号再通过V/F变换电路变换为脉冲信号，PLC接受到脉冲信号后，经过运算处理可采集到液压的实时数据，系统架构框图如图2所示，考虑到所选用的PLC有6组高速计数器，系统最大可同时采集6组液压数据，每一组数据都是脉冲信号，可以远距离传输而不受干扰。

3 液压监测系统硬件设计

液压监测系统需使用电压/频率转换器进行采样，为了节约成本，在不牺牲采样精度的条件下，本系统使用了V/F转换器LM331集成电路芯片组成的A/D转换电路.V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，经过PLC处理，把频率信号转换为数字信号，可以完成A/D转换。它具有接线简单，价格低廉，转换精度高、使用方便等特点。

3.1 模拟量采集电路设计

系统模拟量采集电路设计为压频转换电路，如图3所示，LM331采用单电源供电，电源电压Vcc为15V，模拟信号Vin的输入范围为0V～10V，模拟信号Vin通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号fout=（VIN/20.9V）×（RS/RL）×1/RtCt，fout端输出的频率信号送到PLC的计数端口，PLC对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。

在电源与第7脚之间连接有电阻RIN为100k？赘，因此第7脚的偏置电流将抵消第6脚失调电流所起的作用，用于减少频率偏移。连接在第2脚的电阻RS由12k？赘的固定电阻和5k？赘电位器组成，用于调整LM331的增益偏差及Rt、RL和Ct的偏差。电容CIN作为VIN的滤波器取值为0.1uF，连接在第7脚和地之间，输出比较器较高的线性度取决于电路中47k？赘的电阻和1uF的电容CL产生的

差效果。电路所有的元器件都选用温度系数低，参数稳定的元器件，如金属膜电阻和陶瓷NPO电容等，能使模拟信号采集得到最佳效果。

3.2 PLC信号采集电路设计

本系统选择的PLC是西门子S7-200系列PLC中的典型产品CPU226，其集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至256路数字量I/O点或64路模拟量I/O点。24K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

液压传感器模拟量信号通过V/F变换电路处理后输出脉冲信号是数字量，本系统设计利用西门子CPU226高速计数器的输入点I0.0～I0.5直接采集V/F变换电路的输出脉冲信号，进而用CPU226程序对信号进行处理，信号采集电路如图4所示，能较好地解决模拟量在电磁环境下易受干扰的问题。

4 系统程序设计

本系统选用的可编程序控制器CPU226有HSC0-HSC5共6个高速计数器，本系统设计将V/F变换电路的输出脉冲信号送入高速计数器HSC1的输入端，用于累计脉冲数，，控制高速计数器累计脉冲的时间通过设置定时中断的间隔时间来实现，根据累计脉冲数与预置的间隔时间，计算出被测模拟量值。

以液位测量为例子，首先把液位设定在100mm，读取每100MS的脉冲数H1，再把液位设定在200mm，读取每100MS的脉冲数H2，通过公式计算可以求得每mm对应的脉冲数X=主程序在第一个扫描周期调用初始化子程序SBR0，仅在第一个扫描周期标志位SM01=1。由子程序SBR0实现初始化。

要使高速计数器能正常工作，设置正确的参数是关键。首先要激活HSC1，设置正方向计数，可更新预置值（PV），可更新当前值（CV），把高速计数器HSC1的控制字节MB47置为16进制数FC。采集信号的高速计数器不需复位或启邮淙耄也没有外部的方向选择，因此用定义指令HDEF设置成工作模式0。然后将定时中断0间隔时间SMB34置为100ms，中断程序0分配给定时中断0，并允许中断，当前值SMD48复位为0，预置值SMD52置为FFFF（16进制）。最后用指令HSC1启动高速计数器，每100ms调用一次中断程序0，读出高速计数器的数值后，将其置零，通过HSC1计数值及变换关系来求被测的液位值。

5 结束语

基于LM331集成电路的液压监测系统运用LM331实现A/D转换，具有电路简单、测量精度高、抗干扰性强，运行可靠并且转换位数可调的特点，能够实现对液压进行实时检测，可以节省大量的成本， 因此在液压监测中具有广泛的应用前景。当然， 基于LM331集成电路的液压监测系统只是液压监测系统的一种， 使用者可以根据现场环境、精度的要求和成本的控制来选择合适的液压监测系统。

参考文献

[1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2014.

[2]林俊，章兢，佘致廷.利用S7-200PLC的高速计数器进行数据采集[J].现代电子技术，2004，27（8）：104-106.

[3]赫飞，汪玉凤，刘雨刚，等.LM331在A/D转换电路中的应用[J].微计算机信息，2004（11）：116-117.

集成电路与应用篇2

【关键词】电路板 自动测试系统 开发设计 开发模式 功能结构

在自动测试系统的开发设计中，为保证开发设计的测试系统在实际中的应用实现，需要结合系统测试的相关要求与标准，同时采用开放式的系统结构进行开发设计。本文在进行基于电路板自动测试系统的开发设计中，主要结合电路板测试系统的功能结构需求，通过测试程序集的开发设计环境和实际应用条件，进行测试系统的开发设计实现，使得开发设计的电路板自动测试系统不仅具有较为突出的通用性，并且具有开放式软件结构，再加上测试方法库以及简洁的测试树开发界面的开发设计应用，很大程度上也提高了测试程序集的开发效率，同时由于测试系统中的多媒体信息查询功能，使系统的故障检测与隔离处理也相对比较方便，在实际应用中具有较为突出的优势。

1 电路板自动测试系统及其功能需求分析

在实际应用中，电路板自动测试系统主要是进行电子设备中各类型电路板故障问题的检测与隔离应用的系统，通常情况下，电路板自动测试系统进行测试的电路板类型主要有模拟电路、混合电路、数字电路和射频电路等，其在电子设备的生产调试中也有应用实现。结合电路板自动测试系统在实际中的应用，主要有专用的电路板自动测试系统和通用电路板自动测试系统，其中，通用电路板自动测试系统已经成为当前电路板测试开发应用与设计的主要方向。通用的电路板自动测试系统主要由硬件系统以及软件系统两个部分组成，其中软件系统包括测试程序集的开发与执行两个部分构成，测试程序集开发环境主要是进行各种电路板自动测试系统的开发调试，而测试程序集执行环境则是用于测试程序集的执行，以进行电路板故障检测与隔离实现。

结合上述对于电路板自动测试系统的功能结构分析，在进行电路板自动测试系统的功能需求分析中，主要是对于电路板自动测试系统中的软件系统两个结构部分的功能需求进行分析，根据上述可知电路板自动测试系统软件系统主要包括测试程序集开发环境与测试程序集执行环境两个部分。结合电路板自动测试系统在实际中的开发应用，其软件系统中的测试程序集开发环境在开发设计过程中，通常需要满足以下功能和作用。首先，测试程序集的开发环境需要适应不同电路板的测试程序集开发，包括数字电路以及混合电路、模拟电路等；其次，测试程序集开发环境还需要满足测试程序集能够独立于测试程序集执行环境进行开发设计；再次，测试程序集开发环境在系统开发设计中还需要满足符合相关要求标准以及具有集成开发环境的功能作用等，以满足电路板自动测试系统的开发设计与应用需求；此外，测试程序集开发环境在电路板自动测试系统的开发设计中，还需要进行基于模板的测试程序集的开发向导功能满足和提供，并进行通用测试方法库的满足提供，并且测试程序集的集成开发环境能够对于电路板自动测试系统中的不同硬件配置进行适应满足，还能够实现测试报告的生成实现，同时具有用户管理功能等，以满足电路板自动测试系统在实际开发设计与应用中的功能需求。

此外，进行电路板自动测试系统的开发设计中，还需要对于系统软件结构中的测试程序集执行环境的功能需求进行分析。通常情况下，电路板自动测试系统的测试程序集执行环境需要具备以下功能作用。首先，测试程序集执行环境对于不同电路板的测试程序集的开发设计具有通用性，同时测试程序集执行环境还能够实现系统的故障检测与隔离；其次，电路板自动测试系统中的测试程序集执行环境还需要具备多媒体和硬件资源管理功能，并且能够实现测试程序集的管理以及测试报告生成，最后测试程序集执行环境还具备与开发环境相同的用户管理功能。

2 电路板自动测试系统的软件结构分析

结合上述对于电路板自动测试系统结构组成的分析，其中系统的软件结构主要由测试程序集开发环境和执行环境两个部分组成，其中，电路板自动测试系统软件测试程序集开发环境结构，主要由测试程序集开发环境主控模块以及测试树开发环境、测试程序集方法库、测试程序集数据生成模块、故障隔离与多媒体等结构模块组成，其中，测试程序集开发环境的主控模块主要是进行测试程序集工程创建以及管理、模块调用、系统硬件资源管等，而测试树开发环境则是一个图形界面的开发环境，能够实现系统测试与故障检测的编辑以及调试、编译等功能；此外，测试程序集方法库是进行各种测试功能的动态连接的数据库。

其次，电路板自动测试系统的软件测试程序集执行环境主要由测试程序集执行环境主控模块和测试树执行环境两个结构部分组成，它主要是进行测试程序集执行应用，以实现对于电路板故障问题的检测和隔离。

在开发设计中，为满足开发设计系统在实际中的通用性，需要将测试程序集的测试程序与执行环境进行分离实现，并将分离出来的测试程序设置成动态程序进行调节应用实现。

3 结束语

总之，进行基于电路板自动测试系统的开发模式内容与思路分析，有利于促进电路板自动测试系统在实际中的开发设计与应用实现，具有积极作用和价值意义。

参考文献

[1]高晓燕,丁国君.基于LabVIEW的制动控制单元自动测试系统的开发[J].电子技术应用,2013(10).

[2]郭甲阵,谢华,兰京川.基于虚拟仪器的雷达电路板自动测试系统[J].仪表技术与传感器,2011(02).

[3]刘涛,姜文志,张丽萍.基于LASAR仿真的数字电路板故障诊断[J].弹箭与制导学报,2010(02).

作者简介

张家森（1976-），男，山东省寿光市人。大学本科学历。现为国电南瑞科技股份有限公司工程师。主要研究方向为电力系统自动化方向。

作者单位

集成电路与应用篇3

【关键词】集成电路；应用

一、引言

集成电路技术作为微电子技术的一个重要门类和组成部分，其技术发展遵循着著名的摩尔定律，仅仅需要1.5年的时间就能够将相同性能的电路压缩到原有体积的一半，而进40年来，集成电路的体积几乎缩小了30000倍。当前，顶尖的集成电路研发技术掌握在少数几个发达国家的研究机构手中，而与集成电路息息相关的IC产业已经被高度整合，从设计，到制造，到封装再到测试，已经形成了一条完整的产业链，集成电路的广泛应用不断地推动着科技的进步，也不断地改变着人类的生活。本文将讨论集成电路的原理，分析集成电路的发展，最后讨论集成电路的应用。

二、集成电路概述

微电子学是一种结合了电子学以及材料物理学的综合学科，该学科的主要研究认为是将半导体材料进行适当处理，制造出微型电子电路、微型电子系统以满足各种应用需要。基于微电子技术发展起来的集成电路技术主要囊括了材料技术、电路技术、集成封装技术等几个门类，主要通过将晶体管器件、电阻器件、电容器件等按照电路原理高度集成在一起，从而实现电路的某种功能，从集成电路输入输出关系来看，集成电路一般可以分为模拟集成电路和数字集成电路两种。

三、常见集成电路举例

1.74LS138译码器

74LS139集成电路是常见的两个2线－4线译码器，共有54/74S139和54/74LS139两种线路结构型式，当选通端（G1）为高电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若将选通端（G1）作为数据输入端时，74LS139还可作数据分配器。A、B译码地址输入端，高电平触发；芯片的G1、G2为选通端，低电平触发有效；Y0～Y3为译码输出端。

2.74ls244缓冲器

74LS244是一种3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244芯片没有锁存的功能，地址锁存器就是一个暂存器，74LS244根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。8086/8088数据和地址总线采用分时复用操作方法，即用同一总线既传输数据又传输地址。

当微处理器与存储器交换信号时，首先由CPU发出存储器地址，同时发出允许锁存信号ALE给锁存器，当锁存器接到该信号后将地址/数据总线上的地址锁存在总线上，随后才能传输数据。

3.555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，是最常见的定时器集成电路。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。一般来说，555定时器的功能实现由比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555的应用：

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路，振荡周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用以上三种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

四、集成电路发展

电路工艺是集成电路技术中最为基础的部分，主要涉及到扩散技术、氧化技术、光刻腐蚀技术以及薄膜再生技术等方面。上世纪六十年代末，微电子研究人员充分研究了氧化二硅系统的电性质，完成了界面物理研究的理论储备，紧接着科学家通过控制钠离子玷污的手法，配合使用高纯度的材料，成功实现了MOS集成电路的生产，由于MOS电路在工艺上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性强等优点，当前半导体工业中，绝大多数的集成电路有使用MOS或者CMOS结构。

制版技术方面的关键技术的光刻技术，光刻技术最初被使用在照相术上面，上世纪五十年代末被应用到半导体技术中，仙童公司巧妙地使用光刻技术实现了集成电路的图形结构。使用光刻技术制造的器件相互连接时可以不使用手工焊接技术，而是采用真空金属蒸发技术，使用光刻技术实现电路的绘制。近年来，随着光刻技术的发展，光刻技术的加工精度已经达到超深亚微米数量级。

电路设计方面。1971年，Intel公司第一台微处理器的发明是集成电路技术对人类做出的最大贡献之一，微处理器的发明开辟了计算机时代的新纪元。微处理器的发明带动了以CMOS为基础的超大规模集成电路系统的发展，也带动了智能化电子产品的飞速发展，是信息技术的基础原件和实物载体。近年来，随着集成电路技术的发展，科学家将量子隧穿效应技术应用到集成电路领域，推动了信息化社会的进程。

工艺材料方面。随着材料科学的不断发展，很多新材料技术和新物力技术不断地被应用到集成电路领域当中，铁电存储器和磁阻随机存储器就是其中的代表。当前集成电路技术的发展突显出一些新的特征，主要表现在从一维向多维发展，向材料技术、微电子技术、器件技术以及物理技术提出了更高的要求，集成电路的发展也正因为如此遭遇瓶颈，物理规律的限制、材料科学的限制、技术手法的限制。不过与此同时，宽禁带的SiC、GaN以及AIN等材料击穿电压值高、禁带值高、抗辐射性能好，应经被广泛应用，所制造器件在高频工作状态、高温状态以及大功率状态下性能优异，是集成电路的发展方向。

五、结语

集成电路是上世纪人类社会最伟大的发明之一，集成电路的广泛应用不断地推动着科技的进步，也不断地改变着人类的生活。本文系统分析了集成电路的原理，列举了几种常见集成电路，并对集成电路的发展进行了讨论和研究。

参考文献

[1]张允炆.半导体技术[M].哈尔滨工业大学出版社,2004.

[2]李祁镇.集成电路概述[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3]韩周子.数字集成电路概述[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[4]方寒.浅谈集成电路的发展[M].中国科技纵横,2003.

作者简介：

集成电路与应用篇4

【关键词】集成电路 可测试性 测试 设计

1 前言

随着经济社会的不断发展，集成电路的应用越来越广泛，在经济生活中的地位也越来越重要。集成电路从出现至今，也才不过几十年的历史，但是已经深入到国民经济的方方面面，也与我们的生活密不可分。一般而言，集成电路主要包括设计、生产、封装和测试四个方面，其中集成电路测试贯穿在集成电路应用的全过程，是实现集成电路产品高质量的重要保证。因此，测试在集成电路生产过程中占有十分重要的位置。集成电路的测试不同于常规的电路检测，测试过程要复杂得多，而且对测试效率的要求也更高，尤其是可测试性，更是一个崭新的问题。因此，需要深入研究集成电路的可测试性。

2 集成电路测试的作用和特点

由于集成电路的特殊性，其测试具有的作用是不言而喻的，因此，任何集成电路生产出来后都要进行测试。

2.1 集成电路测试的作用主要包括以下方面

2.1.1 验证设计的正确性

由于集成电路的规模日益庞大，设计也越来越复杂，因此只有经过相应的测试才能检验集成电路设计的正确与否，这也是测试的首要作用。

2.1.2 检验产品的可靠性

由于集成电路的复杂性，其每一个环节都可能出现错误，并由此导致产品的不合格。因此，集成电路产品只有经过严格的测试后才能出厂。

2.1.3 降低运行维护的成本

由于集成电路在运行过程中不可避免的会出现故障，为了尽快查找故障，也需要进行相应的测试。这样的测试可以定期或者不定期的进行，结合测试的结果进行相应的维护，这样就可以降低运行维护的成本。

2.2 由于集成电路不同于普通的电路，因此集成电路的测试也具有其自身的特点，主要包括这样两个方面

2.2.1 集成电路测试的可控性

对一个完整的集成电路而言，只要给定一个完备的输入信号，一般都会有一个完备的输出信号相对应。也就是说，集成电路的输入和输出信号之间存在着某种映射关系，因此，可以根据信号的对应关系得到相应的逻辑。也就是说，这样的测试是可控的。

2.2.2 集成电路测试的可测试性

集成电路的设计，是要实现一定的逻辑行为功能。如果一个集成电路在设计上属于优秀，从理论上可以实现对应的逻辑行为功能，但却无法用实验结果加以证明，那么这个设计是失败的。因此，可测试性对于集成电路来说是十分重要的。可测试性就是指集成电路的逻辑行为能否被观察到，也就是说，测试结果必须与集成电路的逻辑结构相对应。

3 集成电路可测试性的设计方法

可测试性设计是一项十分重要的工作，它是指集成电路在设计出来之后要便于测试，这样可以降低测试的难度和成本。由于集成电路在封装完成后，内部的节点不能被外部接触，因此节点上的故障不容易检测，所以要提高集成电路的可测试性。在这个过程中，主要通过结构设计来完成集成电路的功能设计，以此来提高集成电路内部节点的可观测性和可控制性，从而实现可测试性设计。一般来讲，有三种方法，即功能点测试、扫描测试和内建自测试。

3.1 功能点测试

功能点测试是针对已经生产出来的集成电路而提出来的，他主要用于某些单元的测试。功能点测试也有很多种方法，可以采用条块化分割、功能块分布以及网状结构等，每种方法都有各自的优缺点。条块化分割虽然简单方便，但是不利于系统的集成，费用也会增加。功能块分布虽然可以增加测试点，但是会增加输入输出端口，而且还要设计各种模块，一般只能提高集成电路的可控制性。网状结构基本上综合了上述两种方法的优点，可以比较方便的进行测试，但是它的缺点在于布局过于复杂，效率不高。

3.2 扫描测试

扫描测试是指通过建立一个寄存器链来测试集成电路的方法。在建立寄存器链的过程中，需要将集成电路中的寄存器全部串联起来，并将时序元件和组合元件分隔开来，这样在测试的时候，就可以将外部输入端通过移位寄存链扫描进集成电路内部，增加了集成电路的可控制性。另一方面，所产生的响应也可以通过移位寄存链扫描输出，增加了集成电路的可观测性。根据扫描的方式，扫描测试大致可分为三种，即全扫描测试、部分扫描测试和边界扫描测试，每种方式都各有优缺点。全扫描测试的优点是可以全面地测试集成电路，缺点是效率不高。部分扫描测试的优点是可以降低测试的费用，缺点是有可能会漏掉部分故障。边界扫描测试基本上综合了前面的优点，在全面测试集成电路的基础上也提高了效率，缺点是设计比较复杂。

3.3 内建自测试

相对于前面两种测试方法，内建自测试的主要工作是想办法在集成电路内部进行测试，即整个测试工作在集成电路内部完成。在建立内建自测试的过程中，需要将集成电路划分成很多个小块，测试工作针对每个小块进行。这样做的最大优点就是不需要从集成电路外部进行测试，并且随时可以进行在线测试，还可以通过一定的软件进行控制，十分方便。

4 集成电路可测试性的实现过程

从集成电路可测试性的设计方法可以看出，要实现集成电路的测试，可以有多种途径，但是每种方法都有其适用性，因此需要根据具体情况来进行相应的设计和选择。另外，随着科技的不断发展，也有不少公司开始推出多种实用的测试工具，比如Mentor公司的Fast scan可以用于全扫描测试；Flex test则可以用于部分扫描测试；BSD Architect可以用来进行边界扫描测试。只要综合运用好这些相应的工具，就可以实现集成电路的可测试性。

5 结束语

集成电路可测试性是一项十分重要而又复杂的工作，需要进行精心的设计，也需要通过一定的工具来实现。另外，随着集成电路规模与功能复杂性的不断提高，使得可测试性设计面临更大的挑战，这就需要我们进行更加深入的研究。

参考文献

[1]沈绪榜.RISC及后编译技术[M].北京：清华大学出版社，1994.

[2]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]牛风举，刘元成，朱明程.基于IP复用的数字IC设计技术[M].北京：电子工业出版社，2003.

[4]Alfred L.Crouch.数字集成电路与嵌入式内核系统可测试性设计[M].北京：中国电力出版社，2004.

作者单位

集成电路与应用篇5

关键词 集成电路设计 教学方法 教学探索

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

（1）针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

（2）通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

（3）开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8（9）：4671-4672.

[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].人才培养改革， 2013，（28）：29-30.

集成电路与应用篇6

关键词：集成电路 直流电阻检测法 总电流测量法 对地交、直流电压测量法

中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0208-01

1 集成电路的特点及分类

集成电路时在一块极小的硅单晶片上，利用半导体工艺制作上许多晶体二极管、三极管、电阻、电容等元件，并连接成能完成特定电子技术功能的电子线路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整的电子器件。

集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。

集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。

集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。

2 集成电路的检测

集成电路常用的检测方法有在线测量法和非在线测量法（裸式测量法）。

在线测量法是通过万用表检测集成电路在路（在电路中）直流电阻，对地交、直流电压及工作电流是否正常，以判断该集成电路是否损坏。这种方法是检测集成电路最常用和实用的方法。

非在线测量法是在集成电路未接人电路时，用万用表测量接地引脚与集成电路各引脚之间对应的正、反向直流电阻值，然后将测量数值与已知的同型号正常集成电路各引脚的直流电阻值相比较，来确定它是否正常。非在线测量法测量一般把红表笔接地、黑表笔测量定义为正向电阻测量；把黑表笔接地、红表笔测量定义为反向电阻测量，选用的是指针式万用表，这也是行业中的俗定。下面介绍几种常用的检测方法。

2.1 直流电阻检测法

直流电阻检测法适用于非在线集成电路的测试。直流电阻检测法是一种用万用表直接测量元件和集成电路各引脚之间的正、反向直流电阻值，并将测量数据与正常数据相比较，来判断是否有故障的一种方法。

直流电阻测试法实际上是一个元器件的质量比较法。首先用万用表的欧姆档测试质量完好的单个集成电路各引脚对其接地端的阻值并做好记录，然后测试待测单个集成电路各引脚对其接地端的阻值，将测试结果进行比较，来判断被测集成电路的好坏。

当集成电路工作失效后，各引脚电阻值会发生变化，如阻值变大或者变小等。“鼎足检测法”要查出这些变化，根据这些变化判断故障部位，具体方法如下。

（1）通过查找相关资料，找出集成电路各引脚对地电阻值。

（2）将万用表置于相应的欧姆档，测量待测集成电路每个引脚与接地引脚之间的阻值，并与标准阻值进行比较。当所测对地电阻值与标准阻值基本相符时表示被测集成电路正常；如果出现某引脚或全部引脚对地电阻值与标准阻值相差太大时，即可认为被测集成电路已经损坏。

在路测量时，测量直流电阻之前要先断开电源，以免测试时损坏万用表。

2.2 总电流测量法

该法是通过检测集成电路电源进线的总电流，来判断集成电路好坏的一种方法。由于被测集成电路内部绝大多数为直接耦合，所以当被测集成电路出现损坏时（如某一个PN结击穿或开路），会引起后级饱和与截止，使总电流发生变化。所以通过测量总电流的方法可以判断集成电路的好坏。也可测量电源通路中电阻的电压降，用欧姆定律计算出总电流。

2.3 对地交、直流电压测量法

这是一种在通电情况下，用万用表直流电压挡对直流供电电压、元件的工作电压进行测量，检测集成电路各引脚对地直流电压值，并与正常值相比较，进而压缩故障范围，找出损坏元件的测量方法。

对于输出交流信号的输出端，此时不能用直流电压法来判断，要用交流电压法来判断。检测交流电压时要把万用表置于“交流档”，然后检测该脚对电路“地”的交流电压。如果电压异常，则可断开引脚连线，测量接线端电压，以判断电压变化是由元件引起的，还是由集成电路引起的。

对于一些多引脚的集成电路，不必检测每一个引脚的电压，只要检测几个关键引脚的电压值即可大致判断故障位置。开关电源集成电路的关键是电源脚VCC、激励脉冲输出脚VOUT、电压检测输人脚和电流检测输人端IL。

音频放大集成电路的关键引脚是电源脚VCC、接地端GND、输人端IN和输出端OUT。对引起无声故障的音频功放集成电路，测其电源电压引脚电压正常时，可用信号干扰法来检查。检查时，可用手捏金属螺丝刀金属部分碰触音频输人端，或者将指针式万用表置于R×1Ω档，红表笔接地，黑表笔碰触音频输人端，正常情况下扬声器会发出较强的“喀、喀”声。

集成电路与应用篇7

关键词：同步数字集成电路 设计 时钟偏移

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0229-01

面对当前21世纪科学技术的迅速发展，在同步数字集成电路的设计中，时钟偏移的影响力也越来越受到设计人员的关注。受时钟偏移的影响，导致在长时间的应用中，时钟频率出现的越来越高，也由此增加了时钟偏移在同步数字集成电路中的重要性。一般而言，任何一个系统中若出现过多的流水线级数，则会导致时钟偏移的可能性增加，并由此影响数字集成电路的同步进行。在解决这一问题的过程中，本文从同步数字集成电路、时钟偏移、时钟偏移分析等三个方面出发，对这一问题的完善做如下简要分析：

1、同步数字集成电路

在当前数字集成电路设计中，最常用的方法为同步方法，这一方法除了能最大限度的发挥出集成电路的优势外，还具备高度的可靠性。但在实际应用中，所谓的同步，具体是指该电路系统在实际影响中，其所包含的触发器都能在一个公共时钟的控制下进行运行。结合同步电路的整体运行结构，其内部构造主要由组合电路、时序电路及时钟分配网络等三个方面构成。这三者之间有着相辅相成、缺一不可的关系。集成电路在很大程度上与组成电路之间存在着较大的差别，组合电路能够随时输出稳定状态，而集成电路则不行。此外，在整个集成电路中，时钟偏移的出现，在扰乱整个时序单元的同时，还会使整个集成电路的内部处于混乱状态，甚至在情况严重时会出现瘫痪，这些，都需要设计人员进行考虑，并对其进行完善。换而言之，在整个同步数字集成电路的实际运行中，要想从根本上保证电路的运行秩序，其核心在于保证各个时序单元的时钟信号处于正确状态，只有这样才能得到正确的逻辑值，从而确保整个电路功能的正确发挥。

2、时钟偏移

在整个同步数字集成电路设计中，若使用边沿触发式触发器的同步系统，则必须要求所有的触发器都在同一时刻对时钟出发沿进行接收，并以此来确保集成系统的正常运行。若单纯的从理论角度出发，电路中的触发器所使用的都是同一个时钟信号，但其中一个触发器接收到的时钟信号要比另外一个的时间晚很多。换而言之，即同一信号在发出后，到达的时间不同，这就是所谓的时钟偏移。但在实际应用中，若出现最大传递延时的状况，则能从很大程度上反应出信号出现了变化，且最慢的接收器也会在一定时间内响应这种变化。而正是这种延时状况，在很大程度上确定了电力的最大允许速度，即人们常说的最大传递延时。与之不同的是，最小传递延时在实际应用中，能够在很大程度上表示输入时间的变化，一旦输出时间出现了变化，则其中传递的时间都会受到影响。但与最大传递延时相比，这种延时所造成的影响要小的多，因而在一定程度上更适合应用到时钟偏移的研究中。

3、时钟偏移分析

科研人员在整个同步数字集成电路的设计研究中，受时钟信号的影响，在考虑整个电路时序单元的同时，还需要电路设计的各个环节考虑进去。从现有的集成电路设计方案能够得出，在引起时钟偏移的众多原因中，导线长度及负载的不均衡是引起时钟偏移的主要因素；再加上串扰（即一根信号线的能量串入到另一根信号线中）因素的影响，都会在很大程度上引起时钟偏移的现象。在大型 PCBO或ASICO专用集成电路设计中,通常难以找到可能引起时钟偏移的所有原因。所以,大多数ASIC制造商都要求设计者提供额外的建立和保持时间容限,但在这些应用中，其时间容限往往存在与系统内部的延迟部位，这些部位都会因时间延迟而引起相应的后果。面对当前集成电路研究步伐的加快，时钟偏移的大小与极性都会对整个集成电路的稳定性及功能性造成影响，与此同时，任意两个相对的时序在运行中，其相邻的寄存器都会受自身极性的影响，出现颤抖，这些都会影响时钟的正常运行，并由此导致时钟不确定因素的出现，而这些，都需要科研人员对整个时序进行相应的分析，确保集成电路的顺利运行。

4、结语

综上所述，在当前同步数字集成电路设计的研究中，时钟偏移作为最常见的问题之一，在影响整个集成电路正常运行的同时，还会对系统的性能造成影响。在完善这一问题的过程中，设计人员只有在了解时钟偏移产生的机理上，才能采取相应的措施来缓解这一现象。这就需要设计人员能够结合着我国集成电路发展的基础，不断学习国外集成电路的研究技术，将其运用到我国的实际发展中，在推动集成电路发展的同时，还能为其今后的发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]殷瑞祥,郭镕,陈敏.同步数字集成电路设计中的时钟树分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2011,(06).

[2]曹海涛,郑建宏.专用集成电路设计中的时钟偏移分析[J].真空电子技术,2009,(05).

集成电路与应用篇8

关键词：微电子；制造技术；集成电路；发展

集成电路的研发和应用是电子科技领域走向现代化发展道路的里程碑，代表着微电子制造技术的形成，为更多高新科技电子产品的研发奠定了技术基础。在早期的微电子制造技术中，所使用的半导体材料一般是硅或锗。随着微电子制造技术的发展，以砷化镓与磷化铟为代表的第二代半导体材料逐渐被广泛应用。直到今天，半导体材料则主要是以氮化镓和硅化碳，这就是第三代微电子制造材料。在这三代的迭代更新中，其特征尺寸逐渐由毫米缩小到当前的纳米，代表着微电子制造技术水平的不断提升。以下本文就针对其具体的发展历程和发展趋势进行简单研究。

1、微电子技术的发展历程

自20世纪中期第一个集成电路研发成功之后，我们就进入了微电子技术时代，在半个多世纪的发展中，微电子技术被广泛应用在工业生产和国防军事领域，目前更是在商业领域中获得极大的应用和发展。并且在长期的发展进程中，微电子技术一直是以集成电路为主要的核心代表，也逐渐形成了一定的发展规律，最典型的莫过于摩尔定律。当然，集成电路的应用领域不断扩展也进一步刺激了微电子技术的快速发展。

在新事物的发展进程中，其发展规律和发展趋势势必要与需求相结合，并受需求的影响。微电子技术也不例外。在其发展进程中，微电子制造技术无疑是微电子技术最大的“客户”，正是因为微电子制造技术提出了各种应用需要，才使得微电子技术得到了快速发展。也可以说，微电子制造技术正是微电子设计技术与产品应用技术的“中介”，是将微电子技术设计猜想转化为实物的“桥梁”。但值得一提的是，这个实物转化的过程也会对微电子设计技术的发展产生影响，并直接决定着微电子器件的造价与功能作用。为此我们可以认为，在微电子技术的发展中，微电子制造技术是最重要的核心技术。

2、微电子制造技术的发展与制造工艺

在半个多世纪的发展中，微电子制造技术的应用主要体现在集成电路与分立器件的生产工艺上。集成电路和分立器件在制造工艺上并无太大区别，仅仅只是两者的功能与结构不一样。但是受电子工业发展趋势的影响，目前集成电路的应用范围相对更广，所以分立器件在微电子制造技术应用中所占的比重逐渐减少，集成电路逐渐成为其核心技术。

在集成电路的制造过程中，微电子制造技术主要被应用在材料、工艺设备以及工艺技术三方面上，并且随着产业化的发展，这三方面逐渐出现了产业分工现象。发展到今天，集成电路的制造产业分为了材料制备、前端工艺和后端工艺三大产业，这些产业相互独立运作，各自根据市场需求不断发展。

集成电路的种类有多种，相关的工艺也有差异，但各类集成电路制造的基本路径大致相同。材料制造包括各种圆片的制备，涉及从单晶拉制到外延的多个工艺，材料制造的主要工艺有单晶拉制、单晶切片、研磨和抛光、外延生长等几个环节，但并不是所有的材料流程都从单晶拉制走到外延，比如砷化稼的全离子注入工艺所需要的是抛光好的单晶片（衬底片），不需要外延。

前端工艺总体上可以概括为图形制备、图形转移和注入（扩散）形成特征区等三大步，其中各步之间互有交替。图形制备以光刻工艺为主，目前最具代表性的光刻工艺是45nm工艺，借助于浸液式扫描光刻技术。图形转移的王要内容是将光刻形成的图形转入到其他的功能材料中，如各种介质、体硅和金属膜中，以实现集成元器件的功能结构。注入或扩散的主要目的是通过外在杂质的进入，在硅片特定区域形成不同载流子类型或不同浓度分布的区域和结构。后端工艺则以芯片的封装工艺为主要代表。

3、微电子制造技术的发展趋势和主要表现形式

总体上，推动微电子制造技术发展的动力来自于应用需求和其自身的发展需要。作为微电子器件服务的主要对象，信息技术的发展需求是微电子制造技术发展的主要动力源泉。信息的生成、存储、传输和处理等在超高速、大容量等技术要求和成本降低要求下，一代接一代地发展，从而也推动微电子制造技术在加工精度、加工能力等方面相应发展。

从历史上看，第一代的硅材料到第二代的砷化稼材料以及第二代的砷化稼到以氮化稼为代表的第三代半导体材料的发展，大都是因为后一代的材料在某些方面具备更为优越的性能。如砷化稼在高频和超高频方面超越硅材料，氮化稼在高频大功率方面超越砷化稼。从长远看，以材料的优越特性带动微电子器件及其制造技术的提升和跃进仍然是微电子技术发展的主要表现形式。较为典型的例子是氮化稼材料的突破直接带来蓝光和白光高亮LED的诞生，以及超高频超大功率微电子器件的发展。

微电子制造技术发展的第二个主要表现形式是自身能力的提升，其中主要的贡献来自于微电子制造设备技术的迅速发展和相关配套材料技术的同步提升。光刻技术的发展最能体现出微电子制造技术发展的这一特点。光刻技术从上世纪中期的毫米级一直发展到今天的32nm水平，光刻设备、掩模制造设备和光刻胶材料技术的同步发展是决定性因素。这方面技术的提升直接促使未来微电子制造水平的提升，主要表现在：一是圆片的大直径化，圆片将从目前的300m m （12英寸）发展到未来的450mm（18英寸）；二是特征尺寸将从目前主流技术的45nm发展到2015年的25nm。

微电子制造技术发展的第三个表现形式是多种制造技术的融合。这种趋势在近年来突出表现在锗硅技术和硅集成电路制造技术的兼容以及MEMS技术与硅基集成电路技术的融合。由此可以预见的是多种技术的异类集成将在某一应用领域集中出现，MEMS可能首当其冲，比如M压MS与MOS器件集成在同一芯片上。

4、结束语

综上所述，在科技的推动和电子科技市场需求的影响下，微电子技术得到了快速的发展，直接带动了以集成电路为核心的微电子制造技术水平的提升。现如今微电子制造技术已经能够实现纳米级的集成电路产品制造，为电子产片的更新换代提供了良好的材料支持。以当前科技的发展趋势来看，微电子制造技术在未来的电子器件加工中还将会有更大的发展空间，还需要我们加强研究，不断提高微电子制造技术水平。■

参考文献

[1] 宋奇.浅谈微电子技术的应用[J]. 数字技术与应用. 2011（03）