数字集成电路及其应用讲稿
《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
数字电子技术与应用2集成逻辑门电路及其应用
可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。
2.1 二极管基本门电路 2.1.1晶体二极管的开关特性 数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管等器件一般是以 开关方式工作的，其工作状态相当于相当于开关的“接通”
与“断开”。
1.静态特性 静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。典型
表ห้องสมุดไป่ตู้
由真值表得到或门输出逻辑表达式为: Y=A+B 二极管门电路虽然很简单，但存在着严重的缺点：（1）输出电平 都比输入电平高出0.7V—电平偏离，如果将三个这种门级联（前级 的输出作为后级的输入），则最后一级的输出低电平偏离到2.1V， 已接近规定的输入的高电平，会造成逻辑混乱；（2）当输出端对
地接上负载电阻（常称为下拉负载）时，会使输出高电平降低， 即带负载能力差，严重时会造成逻辑混乱。如图2.5二极管与门电
(b) 与门逻辑符号
二极管与门电路如图2.5所示。其中A、B代表与门输入，Y代表输 出。若二极管的正向压降VD =0.7V，输入端对地的高电平、低电 平分别为VIH =+3V、VIL =0V，则可得到图2.5所示电路的输入和输
出的电平关系，见表2.1。 若按正逻辑进行赋值，即高电平用“1”表示，低电平用“0”表 示，则可将表2.1变为表2.2的与逻辑真值表。由真值表可知该电路
时间tr。一般trtrr，所以可以忽略不计。 上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定， 存储时间与正向电流，反向电压有关。当vi 为一矩形电压时，二 极管电流的变化过程不够陡峭（不理想），这就限制了二极管的
最高工作频率。 2.1.2 二极管门电路
我们已经知道基本逻辑关系有与、或、非三种，能实现其逻辑功
数字集成电路--电路、系统与设计
数字集成电路是现代电子产品中不可或缺的一部分，它们广泛应用于计算机、手机、汽车、医疗设备等领域。
数字集成电路通过在芯片上集成大量的数字电子元件，实现了电子系统的高度集成和高速运算。
本文将从电路、系统与设计三个方面探讨数字集成电路的相关内容。
一、数字集成电路的电路结构数字集成电路的电路结构主要包括逻辑门、寄存器、计数器等基本元件。
其中，逻辑门是数字集成电路中最基本的构建元件，包括与门、或门、非门等，通过逻辑门的组合可以实现各种复杂的逻辑功能。
寄存器是用于存储数据的元件，通常由触发器构成；而计数器则可以实现计数和计时功能。
这些基本的电路结构构成了数字集成电路的基础，为实现各种数字系统提供了必要的支持。
二、数字集成电路与数字系统数字集成电路是数字系统的核心组成部分，数字系统是以数字信号为处理对象的系统。
数字系统通常包括输入输出接口、控制单元、运算器、存储器等部分，数字集成电路在其中充当着处理和控制信号的角色。
数字系统的设计需要充分考虑数字集成电路的特性，包括时序和逻辑的正确性、面积和功耗的优化等方面。
数字集成电路的发展也推动了数字系统的不断完善和创新，使得数字系统在各个领域得到了广泛的应用。
三、数字集成电路的设计方法数字集成电路的设计过程通常包括需求分析、总体设计、逻辑设计、电路设计、物理设计等阶段。
需求分析阶段需要充分了解数字系统的功能需求，并将其转化为具体的电路规格。
总体设计阶段需要根据需求分析的结果确定电路的整体结构和功能分配。
逻辑设计阶段是将总体设计转化为逻辑电路图，其中需要考虑逻辑函数、时序关系、并行性等问题。
电路设计阶段是将逻辑电路图转化为电路级电路图，包括门电路的选择和优化等。
物理设计阶段则是将电路级电路图转化为实际的版图设计，考虑布线、功耗、散热等问题。
在每个设计阶段都需要充分考虑电路的性能、面积、功耗等指标，以实现设计的最优化。
结语数字集成电路作为现代电子系统的关键组成部分，对于数字系统的功能和性能起着至关重要的作用。
《集成电路应用》课件
集成电路的技术创新
新材料的应用
采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，提高 集成电路的性能和降低功耗。
制程技术的进步
不断缩小芯片制程尺寸，提高芯片性能和集成度 。
封装技术的创新
采用先进的封装技术，如晶圆级封装、3D封装等 ，提高集成效率和可靠性。
集成电路在未来的应用前景
人工智能
物联网
集成电路作为人工智能技术的硬件基础， 将广泛应用于人工智能芯片、边缘计算等 领域。
集成电路的工作流程
集成电路的工作流程主要包括输入信号 的处理、信号的传输、信号的处理和输 出信号的处理等步骤。
在输出信号处理阶段，集成电路将处理 后的信号转换回适合外部应用的信号， 并将其输出。
在信号处理阶段，集成电路对接收到的 信号进行必要的处理，如放大、运算、 比较等。
在输入信号处理阶段，集成电路接收外 部输入的信号，并将其转换为适合内部 处理的信号。
集成电路的应用领域
总结词
集成电路应用广泛，涉及通信、计算机、工业控制、消费电子、医疗电子等多个领域。
详细描述
集成电路应用广泛，涉及通信领域的手机、基站、路由器等；计算机领域的个人电脑、 服务器等；工业控制领域的智能仪表、工业控制系统等；消费电子领域的电视、音响、 游戏机等；医疗电子领域的医疗设备、远程诊疗系统等。集成电路作为现代电子系统的
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医疗设备中的集成电路
医疗设备是现代医疗中不可或缺的重要工具， 而集成电路在医疗设备中扮演着关键角色。
医疗设备中的集成电路主要用于信号处理、控 制、监测等功能，如心电图机、监护仪、超声 波诊断仪等设备中都有集成电路的存在。
集成电路的应用使得医疗设备更加精准、可靠 ，提高了医疗诊断和治疗的水平，为人们的健 康提供了更好的保障。
《数字集成电路设计》课件
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
《集成电路》 讲义
《集成电路》讲义一、什么是集成电路集成电路，这个听起来有些“高大上”的名词，其实已经深深地融入了我们的日常生活。
简单来说，集成电路就是把大量的电子元件，比如晶体管、电阻、电容等，集成在一个小小的芯片上。
想象一下，在一个极其微小的空间里，密密麻麻地排列着无数的电子元件，它们协同工作，实现各种各样的功能。
这就像是在一个小小的城市里，有着无数的居民和设施，共同维持着城市的运转。
集成电路的出现，彻底改变了电子技术的发展进程。
在过去，电子设备往往体积庞大、功能单一，而有了集成电路，电子设备变得越来越小巧、功能越来越强大。
从我们日常使用的手机、电脑，到汽车里的控制系统、医疗设备中的检测仪器，集成电路无处不在。
二、集成电路的发展历程集成电路的发展可以追溯到上世纪 50 年代。
当时，科学家们开始尝试在一块半导体材料上制造多个电子元件。
1958 年，杰克·基尔比（Jack Kilby）发明了第一块集成电路，这是电子技术发展的一个重要里程碑。
在接下来的几十年里，集成电路的技术不断进步。
从最初的小规模集成电路（SSI），到中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI），再到超大规模集成电路（VLSI）和特大规模集成电路（ULSI），集成度越来越高，芯片上能够容纳的电子元件数量呈指数级增长。
同时，制造工艺也在不断改进。
从微米级到纳米级，芯片的制造精度越来越高，性能也越来越强。
如今，最先进的集成电路制造工艺已经达到了 5 纳米甚至更小的尺寸。
三、集成电路的制造过程集成电路的制造是一个极其复杂和精细的过程，就像是在微观世界里进行一场精密的“建筑工程”。
首先，需要准备一块纯净的半导体材料，通常是硅。
然后，通过一系列的工艺步骤，在硅片上形成一层又一层的薄膜，这些薄膜就像是建筑物的“墙壁”和“地板”。
接下来，使用光刻技术在硅片上刻画出电路图案。
这就像是在一张纸上绘制出一幅极其精细的蓝图。
光刻过程中，需要使用到光刻机，这是集成电路制造中最关键的设备之一。
《集成电路》 讲义
《集成电路》讲义一、什么是集成电路集成电路，简称 IC，是一种微型电子器件或部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
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。
二、集成电路的发展历程集成电路的发展可以追溯到上世纪 50 年代。
1958 年，杰克·基尔比（Jack Kilby）在美国德州仪器公司制作出了世界上第一块集成电路。
这块集成电路由一个锗晶体管、三个电阻和一个电容组成，虽然看起来非常简单，但它却开创了电子技术的新纪元。
在随后的几十年里，集成电路技术不断发展。
从最初的小规模集成电路（SSI），到中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI），再到今天的特大规模集成电路（ULSI），集成电路的集成度越来越高，性能也越来越强大。
在这个发展过程中，制造工艺的不断进步起到了关键作用。
从早期的双极型工艺，到后来的 CMOS 工艺，再到现在的纳米级工艺，制造工艺的进步使得集成电路能够容纳更多的晶体管，同时功耗更低、速度更快。
三、集成电路的制造工艺集成电路的制造是一个极其复杂的过程，涉及到多个学科和技术领域。
下面简单介绍一下集成电路的制造工艺流程。
1、设计首先，需要根据电路的功能和性能要求进行设计。
设计过程包括逻辑设计、电路设计、版图设计等。
设计完成后，生成相应的版图文件，用于后续的制造。
2、晶圆制备晶圆是集成电路制造的基础材料，通常由硅制成。
首先需要将高纯度的硅原料熔化，然后通过拉晶工艺制成单晶硅棒。
接着，将单晶硅棒切割成薄片，经过研磨、抛光等工艺，制成晶圆。
《集成电路》 讲义
《集成电路》讲义一、集成电路的定义与发展历程集成电路，顾名思义，就是将多个电子元件，如晶体管、电阻、电容等，集成在一块半导体芯片上，从而实现特定功能的电路。
它的出现是电子技术发展的一个重要里程碑。
集成电路的发展可以追溯到上世纪 50 年代。
最初，集成电路的集成度非常低，只有几个元件。
随着技术的不断进步，集成电路的集成度越来越高，从最初的小规模集成电路（SSI），发展到中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI），再到如今的特大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GSI）。
在这个发展过程中，半导体工艺技术的不断创新是关键。
从早期的双极型工艺，到后来的 CMOS 工艺，以及如今的先进制程工艺，每一次工艺的进步都使得集成电路能够容纳更多的元件，性能也不断提升。
二、集成电路的分类集成电路的种类繁多，可以从不同的角度进行分类。
按照功能分类，集成电路可以分为数字集成电路和模拟集成电路。
数字集成电路主要处理数字信号，如逻辑门电路、计数器、存储器等；模拟集成电路则主要处理模拟信号，如放大器、滤波器、电压调节器等。
按照集成度分类，如前文所述，有小规模、中规模、大规模、超大规模等不同的类别。
按照应用领域分类，集成电路广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车电子、工业控制等众多领域。
例如，在计算机领域，有中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）等芯片；在通信领域，有射频芯片、基带芯片等；在消费电子领域，有音频处理芯片、电源管理芯片等。
三、集成电路的制造工艺集成电路的制造是一个极其复杂的过程，需要经过多个步骤。
首先是设计环节。
设计人员使用专门的软件工具，根据电路的功能和性能要求，设计出集成电路的版图。
然后是晶圆制造。
晶圆通常由硅材料制成，通过一系列的工艺步骤，如氧化、扩散、离子注入等，在晶圆上形成各种半导体器件和电路结构。
接下来是光刻工艺。
这是集成电路制造中的关键步骤，通过光刻技术，将设计好的版图转移到晶圆表面的光刻胶上，然后进行蚀刻等工艺，形成电路图案。
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•图1 NPN PNP三极管反相器电路 Vin无输入电位Q1截止。Vin高电 平时Q1导通，Q2基极得高电位， Q2截止。
数字集成电路及其应用讲稿
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•图2 两只NPN三极管反相器电 路 vin无输入电位Q1截止,Q2导 通。Vin接入高电平Q1导通，促 使Q2基极电位下级,Q2截止。
n 高低电平的划分：对于TTL来说高电平是 :2.4V-5.0V，低电平是:0.0V-0.8V；对于 CMOS来说高电平是:3-5.0v 低电平是:0.02v
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数字集成电路及其应用讲稿
n 在右图所示用电阻和开关 构成的电路中，开关闭合时， 开关所呈现的电阻为0，使得 开关两端的电压也就是输出 电压为0，输出低电平。反之， 若开关断开，因为电阻R上没 有电流流过，R上的电压等于 电源电压，即输出高电平。
各1只，3v（5）v电源1只，多用电表1只。 n 试验过程： 在电路试验板上按左图搭接电路，并在下列各空格处填入试
验结果。 （1）将输入端接地，用多用电表测量电阻Rc两端的电压
Ur=大”0或V者，“此很时小晶”体）三，极三管极集管电处极于的电•截流止（Ice填= “•很导小（通填”“或很“
•3 截V,属止于”）•高状（态填；“三高极”管或集“电低极”c）与电发平射。极e之间的电压Uce= （2）将输入端接3V电压，用多用电表测量电阻Rc两端的电
数字集成电路及其应用 讲稿
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2020/11/21
数字集成电路及其应用讲稿
课标内容
•1、了解晶体三极管的开关特性 •及其在数字电路中的应用
•2、知道常见的数字集成电路的类型，并能 •用数字集成电路安装简单的实用电路装置
•3、能够对数字电路进行简单的组合 •设计和制作
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数字集成电路及其应用讲稿
•/h tml/jxdzspa/1484.html （电子技术视频网站）
•结论：三极管相当于一个由基极电流 •控制的无触点开关。
•截止时，相当于开关“断开”；等效电路： •饱和时，相当于开关“闭合”。等效电路：
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数字集成电路及其应用讲稿
三、数字集成电路
压“U很r大= ”•2.或8 V者，“此很时小晶”体）三，极三管极集管电处极于的电•导流（Ice填=•“很大导（通填” 或“截止”）状态；三极管集电极c与发通射极e之间的电压 Uce= •0.2 V,属于 •低（填“高”或“低”）电平。
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ห้องสมุดไป่ตู้
数字集成电路及其应用讲稿
三、数字集成电路
•晶体三极管的开关特性
第三节 数字集成电路
教学要求
1、了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应 用
2、知道常用数字集成电路类型
•考试标准
（1）晶体三级管的开关特性及其在数字
a
电路中的应用
a
（2）常用数字集成电路类型
说明：场效应管不作要求。对于有基础的学生，学会分析简单的三极管开关电路
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数字集成电路及其应用讲稿
非门开关模型
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数字集成电路及其应用讲稿
三极管开关特性
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数字集成电路及其应用讲稿
三极管开关特性
•1.可看成电路
•2.可看成电路
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数字集成电路及其应用讲稿
n 试验目的：观察晶体三极管的开关特性 n 试验准备：晶体三极管3DK4C1只，10 kΩ 、2.2 kΩ电阻
• 数字集成电路的分类
• 数字集成电路的种类繁多，在实际应用中， 广泛使用的是双极型（如TTL、HTL、DTL、ECL） 等和单极型（如CMOS、PMOS、NMOS）等集成 电路。 • CMOS和TTL集成电路是生产数量最多、应 用 最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。
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数字集成电路及其应用讲稿
•1. TTL数字集成电路
•TTL是晶体管输入-晶体管输出的逻辑电路， 它由NPN或PNP型晶体管组成。
•（1）74系列
•（5）74ALS系列
•（2）74H系列
•（6）74AS系列
•（3）74S系列
•（7）74F系列
•（4）74LS系列
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数字集成电路及其应用讲稿
•74LS04、 74LS00、 74LS20 管脚排列图
第四节 数字电路的应用
教学要求
1、会对简单的组合逻辑电路进行分析和组装，并进行 测试
2、认识基本触发器的组成特征，了解基本触发器及其 在电子控制系统中的作用
•考试标准
（1）简单的组合逻辑电路的分析、制作 C
和测试
（2）基本触发器的组成特征及作用
a
说明：常用基本触发器不作要求。有条件的学校可对简单组合 数字电路的设计进行教学
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•图5 三极管上拉电阻：当有高电位 输入时Q导通，因E-C导通，又因有 负载电阻，所以输出看作是低电平 。
数字集成电路及其应用讲稿
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•图6 三极管下拉电阻：当有高电 位输入时Q导通，因E-C导通，又 因有负载电阻，所以输出看作是 高电平。
数字集成电路及其应用讲稿
• 数字集成电路的分类与特性
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数字集成电路及其应用讲稿
n 高电平:就是与低电平相对的高电压，是电工 程上的一种说法。
n 在电子电路中，我们通常是以电路中的"地"( 逻辑地或者实际地）的基础0V为准的，那么 高于0V的就可以称为高电平，低于0V的就可 以称为低电平。
n 在数字逻辑电路中，低电平表示0，高电平表 示1。一般规定低电平为0~0.25V，高电平 为3.5~5V。
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•图3 PNP三极管开关电路 当 输入端悬空时Q1截止。VIN输 入端接入低电平时，Q1导通 ，继电器吸合。
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•图4 PNP三极管开关电路 当vin无输 入电位时Q1截止。Vin接入高电平Q1 导通，继电器吸合。
数字集成电路及其应用讲稿
•VCC•6A •6Y •5A •5Y •4A •4Y •14 •13 •12 •11 •10 •9 •8
•1
•1
•1
•74LS04
•1
•1
•1
•1 •2 •3 •4 •5 •6 •7 •1A •1Y •2A •2Y •3A •3Y•GND