《数字集成电路简介》PPT课件

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1、数字集成电路设计2011第1章引论许晓琳(xu.xiaolin@163.com)合肥工业大学电子科学与应用物理学院课程教材DigitalIntergratedCircuits—ADesignPerspective(2ndEdition)J.M.Rabaey等著清华大学出版社影印版数字集成电路—电路、系统与设计(第二版)周润德等译电子工业出版社中文版引论.课程内容基础部分数字集成电路介绍（第一章）CMOS器件（第三章、第四章）电路部分CMOS反相器（第五章）CMOS组合逻辑单元（第六章）CMOS时序逻辑单元（第七章）系统部

2、分时序（第十章）和互连安排（第九章）算术逻辑运算单元（第十一章）存储器和可编程逻辑阵列（第十二章）设计方法学（第八章）引论.参考教材CMOS超大规模集成电路设计(第三版)N.H.E.Weste等著中国电力出版社中文版引论.本章重点数字电路设计进展数字电路设计中有待解决的问题如何衡量设计质量引论.1.1历史回顾世界上已知的第一个自动计算器——Babbage的DifferenceEngineI(1832)的工作部件25000个机械部件总成本为17470英镑引论.ENIAC——第一台完整的计算机80英尺长，8.5英尺高以及几英尺

3、宽，并含有18000个真空管引论.第一个晶体管，Bell实验室，1947引论.晶体管的三位发明人：肖克利（W.Schokley）巴丁（J.Bardeen）布拉顿（W.Brattain）获得1956年Nobel物理奖引论.第一个集成电路，JackKilby，德州仪器，1958引论.集成电路的发明人：基尔比（JackKilby）获得2000年Nobel物理奖引论.1969年，法庭判决基尔比和诺伊斯为集成电路的共同发明人，集成电路的专利权属于基尔比，集成电路内部连接技术的专利属于诺伊斯引论.晶体管革命TTL1947年：晶体管（B

4、ardeen/BellLab）1949年：双极型晶体管（Schockley）1956年：数字逻辑门（Harris）1960年：商用IC逻辑门（Fairchild）1962年：TTL系列（Beeson/Fairchild）1974年：ECL高速系列（Masaki）1972年：I2L低功耗高密度系列（Hart）功耗/集成度——双极型让位于MOS引论.晶体管革命MOS1925年：IGFET（Lilienfeld）缺乏对材料的了解和栅稳定性问题1963年：CMOS逻辑门（Wanlass）工艺复杂性1970年：PMOS计算器1970

5、年：NMOS存储器高密度：4Kbit1972/74年：NMOS微处理器高速：Intel4004/8080功耗——NMOS让位于CMOS引论.集成电路的概念IntegratedCircuit，缩写IC通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件、电容和电阻等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能引论.VddABOut集成电路集成电路的内部电路引论.集成电路的分类划分依据分类结构双极型（NPN/PNP）、MOS型（PMOS/NMOS/CMOS

6、)、BIMOS型（BiMOS/BiCMOS）规模SSI、MSI、LSI（Small、Medium、Large）VLSI（VeryLargeScaleIC：超大）ULSI（UltraLargeScaleIC：特大）GSI（GiganticScaleIC：巨大）功能数字IC（组合/时序）模拟IC（线性/非线性）模数混合IC应用领域通用IC、专用IC引论.划分集成电路规模的标准类型数字集成电路模拟集成电路MOSIC双极ICSSI<100<100<30MSI100~1000100~50030~100LSI103~105500~20

7、00100~300VLSI105~107>2000>300ULSI107~109GSI>109*每块集成电路芯片中包含的元器件数目叫做集成度引论.1.2数字IC设计中的问题Electronics,April19,1965.摩尔定律1965年，GordonMoore预言单个芯片上晶体管的数目每18到24个月翻一番。(随时间呈指数增长)引论.A.逻辑IC复杂程度的趋势B.存储器复杂程度的趋势图1.2逻辑IC和存储器集成复杂程度随时间发展的趋势引论.图1.3微处理器晶体管数目的增长历史引论.图1.421世纪初期微处理器性能的发展

8、趋势引论.A.4004微处理器B.Pentium4微处理器图1.5Intel4004(1971)和奔腾4(2000)微处理器设计方法的比较设计方法的比较引论.n+n+SGD+DEVICECIRCUITGATEMODULESYSTEM数字电路设计的抽象层次抽象即在每一个设计层次上，一个复杂模块的内部细节可