《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件

《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》歡迎來到《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程！課程概述目標(biāo)掌握微電子技術(shù)的基本理論和應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。內(nèi)容涵蓋集成電路、器件、放大電路、邏輯電路、存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。微電子技術(shù)的發(fā)展歷程11947年晶體管的發(fā)明，開啟了微電子技術(shù)時(shí)代。21958年第一個(gè)集成電路誕生，標(biāo)志著微電子技術(shù)的重大突破。31971年第一塊微處理器問世，改變了電子設(shè)備的形態(tài)和功能。420世紀(jì)80年代至今超大規(guī)模集成電路技術(shù)不斷發(fā)展，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域的發(fā)展。集成電路的基本結(jié)構(gòu)襯底集成電路的核心材料，通常是硅。氧化層起絕緣作用，保護(hù)襯底并作為器件的隔離層。擴(kuò)散層通過摻雜形成不同的半導(dǎo)體區(qū)域，構(gòu)成器件的關(guān)鍵部分。金屬層連接不同器件，形成電路連接。p-n結(jié)的特性1PN結(jié)形成電壓勢(shì)壘。2正向偏置降低勢(shì)壘，電流可以通過。3反向偏置提高勢(shì)壘，電流無法通過。二極管的工作原理正向偏置電流可以通過，二極管導(dǎo)通。反向偏置電流無法通過，二極管截止。二極管的應(yīng)用整流將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。限幅限制電路中的電壓，防止過高或過低。保護(hù)防止電流反向流動(dòng)，保護(hù)電路。開關(guān)控制電流的通斷。晶體管的基本結(jié)構(gòu)發(fā)射極發(fā)射電流，提供多數(shù)載流子?；鶚O控制電流的流動(dòng)，放大信號(hào)。集電極收集發(fā)射極的電流，輸出放大后的信號(hào)。晶體管的工作原理1基極電流控制集電極電流的流動(dòng)。2放大倍數(shù)集電極電流遠(yuǎn)大于基極電流。3放大信號(hào)輸入小信號(hào)，輸出放大后的信號(hào)。放大電路的基本特性1增益放大倍數(shù)，表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值。2帶寬放大電路能夠正常工作的頻率范圍。3線性度放大電路對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)是否線性。4噪聲放大電路本身產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)。放大電路的設(shè)計(jì)選擇晶體管根據(jù)電路的應(yīng)用選擇合適的晶體管類型。選擇電阻根據(jù)電路的需要設(shè)置合適的電阻值。選擇電容根據(jù)電路的頻率特性選擇合適的電容值。電路連接將各個(gè)元件連接成完整的電路，保證電路正常工作。運(yùn)算放大器的基本概念高增益運(yùn)算放大器具有極高的放大倍數(shù)。高輸入阻抗輸入電流非常小，幾乎不從信號(hào)源中汲取電流。低輸出阻抗輸出電流可以驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載。運(yùn)算放大器的應(yīng)用反相放大輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。同相放大輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同。差動(dòng)放大放大兩個(gè)輸入信號(hào)之間的差值。邏輯門電路的基本概念與門當(dāng)所有輸入都為高電平時(shí)，輸出才為高電平?；蜷T當(dāng)至少有一個(gè)輸入為高電平時(shí)，輸出就為高電平。非門輸入信號(hào)的取反。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的基本概念1記憶功能能夠存儲(chǔ)信息，并根據(jù)輸入信號(hào)改變狀態(tài)。2時(shí)鐘信號(hào)時(shí)序邏輯電路的工作需要時(shí)鐘信號(hào)控制。3狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)會(huì)根據(jù)輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)而改變。觸發(fā)器電路的工作原理1SR觸發(fā)器由置位和復(fù)位信號(hào)控制狀態(tài)。2D觸發(fā)器將數(shù)據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)在觸發(fā)器中。3JK觸發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)、分頻等功能。計(jì)數(shù)器電路的基本構(gòu)成異步計(jì)數(shù)器各個(gè)觸發(fā)器之間相互影響，形成計(jì)數(shù)。同步計(jì)數(shù)器各個(gè)觸發(fā)器由同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)控制。移位寄存器電路的工作原理串行輸入數(shù)據(jù)以串行的方式輸入移位寄存器。并行輸出數(shù)據(jù)以并行的方式輸出從移位寄存器。移位功能數(shù)據(jù)在寄存器中按位移動(dòng)。存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)地址譯碼器將地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的存儲(chǔ)單元地址。存儲(chǔ)單元陣列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的物理單元。讀寫電路控制數(shù)據(jù)讀寫操作。數(shù)據(jù)緩沖器臨時(shí)存放數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。存儲(chǔ)器的分類和特點(diǎn)RAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)固定的程序和數(shù)據(jù)。Flash閃存，可以反復(fù)擦寫，常用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理采樣將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。量化將模擬信號(hào)的幅度轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字值。編碼將量化后的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本原理1數(shù)字信號(hào)輸入的二進(jìn)制編碼信號(hào)。2解碼將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流。3重建信號(hào)將解碼后的電壓或電流轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。微控制器的基本結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）執(zhí)行程序，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，包括RAM、ROM、Flash等。輸入/輸出接口連接外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于控制時(shí)間間隔和計(jì)數(shù)操作。微控制器的編程1匯編語言低級(jí)語言，直接控制硬件，效率高。2高級(jí)語言易于學(xué)習(xí)，方便編寫復(fù)雜的程序。3集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能。微電子技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展移動(dòng)設(shè)備微電子技術(shù)是智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的核心。計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)的核心，推動(dòng)著計(jì)算能力的不斷提升。汽車微電子技術(shù)應(yīng)用于汽車的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)等。微電子技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)摩爾定律集成電路的集成度將繼續(xù)提升，器件尺寸不斷縮小。人工智能微電子技術(shù)將推動(dòng)人工智能的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更高效的計(jì)算和處理能力。物聯(lián)網(wǎng)微電子技術(shù)將實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，構(gòu)建更加智能化的世界