集成电路 (IC) 的优缺点

集成电路（IC），通常被称为芯片或微芯片，是一种半导体晶圆，在其上制造了数千或数百万个极其微小的晶体管、电阻器和电容器。作为放大器、振荡器、定时器、计数器、计算机内存或微处理器，IC 可以执行各种任务。根据其预期用途，精确的 IC 要么被归类为线性（模拟），要么被归类为数字。集成电路改变了这一切。

基本概念是将一个完整的电路——一个包含许多零件和它们之间连接的电路——以极其微小的形状重现在硅芯片的表层上。这是一个非常有创意的想法，导致了各种“微电子”设备的开发，从配备卫星导航的手表和数字手表，到袖珍计算器和登月火箭。

集成电路：谁创造了它们？

约翰·基尔比和罗伯特·诺伊斯都为集成电路的发明做出了贡献，尽管诺伊斯在仙童公司开发了 IC。杰克·基尔比在达拉斯的德州仪器公司将同样的想法付诸实践。由于他发明了 IC，朱莉·诺伊斯在 195 年提交了版权。Ceruzzi 没有涵盖 IC 组件分离的发现。

一位名叫杰克·圣克莱尔·基尔比的美国电气工程师与罗伯特·诺伊斯一起，于 1958 年在德州仪器公司（TI）工作期间共同发明了第一块集成电路（IC），该公司从 1923 年 11 月 8 日一直存在到 2005 年 6 月 20 日。因此，他于 2000 年 12 月 10 日获得了诺贝尔物理学奖。

集成电路设计

IC 的一个组成部分是芯片，它是由硅或 Si 制成的半导体元件。通过诸如掺杂、金属化化学气相沉积和光刻等制造工艺，可以将其转换为工作电路。

实际上，通过切割，这种技术可以产生多个电路，这些电路最初被组装在一个晶圆上。集成电路（IC）上的芯片的相应节点与封装端子上的引脚（称为芯片的外壳）可以电连接在一起，形成封装的外壳和连接线。

引脚编号和极性标记

所有集成电路（IC）都是极化的，这意味着每个引脚都有特定的功能和位置，需要在封装中包含通信方法。大多数 IC 使用一个点或一个缺口来指示哪个引脚是主引脚。一旦找到主引脚，其余的引脚代码将按顺序逆时针递增。

集成电路的工作过程是什么？

振荡器、微处理器、放大器、定时器和计算机内存的操作与集成电路的操作类似。集成电路（IC）是将数百个电阻器、晶体管、电容器和其他微小元件封装在硅芯片上。这些是具有各种处理能力的微小元件，可用于存储具有模拟和数字技术的 数据。

数字集成电路使用数字逻辑，它只能以零和一作为值进行操作。数字化 IC 可以向一个组件发送一个低信号，该信号产生零值，而高信号产生一个值。数字集成电路经常出现在消费电子产品、网络硬件和计算机中。

不同的集成电路，包括线性和模拟集成电路，具有固定值。这使得一个电子元件可以放置在线性 IC 上，并使用任何类型的值，同时产生不同的值。因此，输入的线性模型充当输出值，而非线性 IC 被使用。射频和音频的放大经常使用线性集成电路（IC）。

基本集成电路类型

集成电路由许多种类，以下是一些基本类型：

1. 数字集成电路：它有多种子类型，包括可编程 IC、内存芯片、接口 IC 和电源管理及逻辑 IC。其目的是在少数定义的信号幅度级别上运行。

它们通过引入逻辑门来工作，这些逻辑门可以以“是/否”或“开/关”的方式添加，从而改变电路活动。数字 IC 使用二进制数据，这是一种古老而可靠的计算机标准，只接受“0”（低或无逻辑）和“1”（高或完全逻辑）作为有效值。

2. 模拟集成电路：模拟或线性 IC 通常只有很少的元件，使其成为仅有的几种 IC 类型之一。通常，模拟电路连接到接收或向环境传输信号的设备。

让我们以麦克风为例。麦克风将可变的人声音转换为具有可变电压的电信号。然后，这些电路以有用的方式修改信号，例如通过放大或过滤掉不需要的噪声。

3. 混合模拟-数字集成电路：它包含这两种类型的集成电路。因此，您现在可以在将模拟信息转换为数字信息或反之的系统中找到这些混合 IC。混合集成电路的概念比 IC 技术本身要新。

它涉及在同一芯片上组合数字和模拟元件。定时器设备，如时钟等，是混合集成电路的示例。除了数字和模拟之间的区别，IC 也经常被分为其他类别。

4. 逻辑门集成电路：组合电路，称为逻辑门集成电路（LGA），根据各种输入信号提供逻辑输出。它只能有一个输出和两个到三个输入。变压器电路（Ttc）7400 系列电路和4000 系列 CMOS 集成电路是这些的典型示例。一个 TTC 集成电路，具有四路 2 输入和门，以塑料双列直插封装提供，是 ICs 7408。

5. 放大器集成电路：有两种类型的放大器集成电路：音频和运算。具有不同输入但单端输出的差动高压放大器称为运算放大器。

反相输入和准输入构成放大器。在商用音响系统上，音频放大器 IC 控制音乐的音量。您还可以更改任何包含声音的设备中的音量，例如电视、智能手机或计算机。

集成电路的用途和应用

集成电路的用途多种多样，尺寸和形状各异。集成电路的应用包括：

• 存储设备
• 音频放大器
• 触发器
• 雷达
• 手表
• 计算机
• 内存芯片
• 计数器
• 微波放大器
• 计算器
• 温度传感器
• 微控制器
• 小信号放大器
• 射频解码器和编码器
• 电压调节器
• 计时器 (Timers)
• 时钟芯片
• 视频处理器
• 电视
• 逻辑设备
• 榨汁机

集成电路的优点

1. 尺寸比分立电路小数千倍。这是由于将许多电路元件集成到单个半导体芯片上。
2. 由于电路的微型化，它非常轻巧。
3. 由于在小型半导体晶圆上同时生产数百个相似的电路，因此成本极低。因为 IC 是批量生产的，所以它的成本与单个晶体管相同。
4. 由于消除了焊接点和减少了互连的需求，因此更加可靠。
5. 由于尺寸小，功耗更低。
6. 更换比修理更便宜，因此易于更换。
7. 工作速度提高，因为消除了寄生电容效应。
8. 由于批量生产，元件和温度系数匹配良好。
9. 增强的功能性能，因为现在可以制造具有更优越、更复杂特性的电路。
10. 在宽温度范围内运行的鲁棒性更强。
11. 由于 IC 元件在硅晶片上的紧密排列，消除了杂散电气的拾取可能性，因此可以实现小信号操作。
12. IC 没有突出在芯片表面的元件，因为所有元件都形成在芯片内部。

集成电路的缺点

1. 由于集成电路中的每个元件都是微小半导体芯片的一部分，不能单独拆卸或更换，因此如果集成交通运输电路的一个元件发生故障，则必须更换整个集成交通运输电路。
2. 功率额定值受限，因为无法制造高功率（例如，高于 10 W）的 IC。
3. 尽管电感器和变压器无法在半导体芯片表面制造，但需要将它们连接到芯片外部。
4. 低电压运行，因为集成电路以低电压运行。
5. 必须非常小心地处理它们，因为它们无法承受严酷的对待或剧烈的加热。
6. 尽管制造大于 30pF 的电容器既不实用也不划算，但需要将电容器连接到半导体芯片外部。因此，将 IC 芯片外部的离散元件连接起来以获得更大的电容值。
7. 无法组装高质量的 P-N-P。
8. 实现低温度系数很困难。
9. 晶体管饱和电阻值很高。
10. 电阻器和电容器的电压依赖性。
11. 制造过程中使用的扩散工艺及相关技术不足以精确控制电路元件的模型参数。然而，比例在一定程度上是可控的。