中规模集成电路

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中规模集成电路(Medium scale integration/Medium scale integrated circuit/MSI)

目录

什么是中规模集成电路[1]

  中规模集成电路是指其集成度为100一l000个/片的集成电路,它主要是逻辑功能部件,例如编码器、译码器、数据选择器/分配器、计数器、寄存器、算术逻辑运算部件、A/DD/A转换器等。

中规模集成电路的特点

  ①体积缩小。如在通信、测量、控制等设备中用MSI代替SSI,可使整机体积大大缩小。

  ②功耗低,速度快。由于元器件连线缩短,连线引起的分布电容及电感的影响减小,因而使整个系统的工作速度提高了。

  ③提高了可靠性。由于系统的焊接点数,接插件及连线数大为减少,因此系统有较高的可靠性。

  ④抗干扰能力提高。由于全部电路都封装在一个壳内,外界干扰相对而言也就不严重了。

中规模集成电路的设计方法[2]

  在中规模集成电路使用环境中,由于数字系统结构都采用了以功能部件为核心的模块设计,虽然部件的内部资源并非按SSI设计方式采用最简结构,但因器件通用化、规格化和积木化,所以对这种环境中数字系统分析是一件比较简单的事情。

  但在中规模集成电路系统中,很多应用场合都将计算机系统或微处理器融入在数字系统中,这时对系统功能部件分析不会是很完善的,这是因为有很多应用对象是通过软件编程来实现,而硬件结构只实现其中一部分功能。

  鉴于上述原因,实际应用时必须通过积累大量工作经验,以及熟练掌握各种芯片的使用规范、系统上下互连结构关系才能完成一个复杂数字系统分析,这是整体工程系统问题,所以本节内容只限于在中规模集成电路设计方面进行描述。

  1.MSI设计思路

  中规模集成电路设计思路主要是基于非定制器件模式,由于使用器件不是专门为某种设计任务而制造,所以就需要从成百上千种集成电路中,选出符合设计需求的器件并采用搭积木方式把这些器件互连起来。

  在这种设计思路规范下,使用非定制器件设计时,设计者首先要仔细分析设计需求,将设计需求中各个功能部件逐一分离出来,每个功能部件只实现一个特定且独立功能,然后通过器件生产厂商所提供的产品技术手册,选出各个功能部件所需要的一些功能器件,并按引脚规定和逻辑功能将所有器件连接起来。

  MSI设计过程类似于软件编程,在软件系统设计前,先将需要实现的一个大型软件按照需求确立一个应用语言平台,然后将各个子模块划分出来,每个模块完成一个独立的功能,最后利用界面或接口参数实现所有子模块调用和互连。

  2.MSl设计要求

  (1)以设计功能为设计背景,合理选用功能部件所需组件;

  (2)最大限度发挥选用组件内部资源,组件问互连引线最少为最佳原则;

  (3)尽量减少组件使用量和种类;

  (4)在一些不能使用MSI地方辅以SSI设计;

  (5)设计中不以局部最小化为最佳设计,以系统整体最小化为设计目标

  要实现基于MSI环境下的数字系统设计,设计者必须对各种非定制器件功能进行了解。设计前通过器件生产商提供产品手册,对各种需要组件进行分析和功能比对,同种功能且型号不同组件进行价格比对,分析所选组件最高工作频率、热效应、负载能力等是否满足设计需求。所以完成一个数字系统的最佳设计,设计者必须对各种功能组件内部基本工作原理有着深入了解和掌握。

设计中规模集成电路应考虑的问题[3]

  ①具有通用性——一个功能部件块可实现多种功能;

  ②具有自扩展功能——将多个功能部件适当连接后,可扩展成位数更多的复杂部件;

  ③具有兼容性——便于不同品种、功能电路混合使用;

  ④封装电路的功耗小——便于提高集成度和电路的可靠性;⑤向输入信号索取电流要小——为此,MSI常常采用输入缓冲级;

  ⑥充分利用封装的引线——可增强电路功能及通用性。

中规模集成电路与小规模、大规模和超大规模集成电路[4]

  按集成度不同可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。

  小规模集成电路是指每片集成度少于100个元器件,又称为普通集成电路。

  中规模集成电路是指每片上集成度在100--1000个元器件的集成电路。

  大规模集成电路是指每片上集成度在1000个至数万个元器件的集成电路。

  超大规模集成电路是指每片上集成度达到10万个元器件以上,目前已达到亿级集成度。

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参考文献

  1. 彭华林,凌敏主编.数字电子技术.湖南大学出版社,2004年08月第1版.
  2. 王茜,黄仁,许光辰编著.数字逻辑.人民邮电出版社,2011.05.
  3. 张宪,张大鹏主编.电子技术速学问答.化学工业出版社,2011.01.
  4. 魏自荣主编.汽车维修工 初级、中级、高级.西南交通大学出版社,2005.1.
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