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)

　　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/D和D/A转换器等。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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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