中規模集成電路

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中規模集成電路(Medium scale integration/Medium scale integrated circuit/MSI)

目錄

什麼是中規模集成電路[1]

  中規模集成電路是指其集成度為100一l000個/片的集成電路,它主要是邏輯功能部件,例如編碼器、解碼器、數據選擇器/分配器、計數器、寄存器、算術邏輯運算部件、A/DD/A轉換器等。

中規模集成電路的特點

  ①體積縮小。如在通信、測量、控制等設備中用MSI代替SSI,可使整機體積大大縮小。

  ②功耗低,速度快。由於元器件連線縮短,連線引起的分佈電容及電感的影響減小,因而使整個系統的工作速度提高了。

  ③提高了可靠性。由於系統的焊接點數,接插件及連線數大為減少,因此系統有較高的可靠性。

  ④抗干擾能力提高。由於全部電路都封裝在一個殼內,外界干擾相對而言也就不嚴重了。

中規模集成電路的設計方法[2]

  在中規模集成電路使用環境中,由於數字系統結構都採用了以功能部件為核心的模塊設計,雖然部件的內部資源並非按SSI設計方式採用最簡結構,但因器件通用化、規格化和積木化,所以對這種環境中數字系統分析是一件比較簡單的事情。

  但在中規模集成電路系統中,很多應用場合都將電腦系統或微處理器融入在數字系統中,這時對系統功能部件分析不會是很完善的,這是因為有很多應用對象是通過軟體編程來實現,而硬體結構只實現其中一部分功能。

  鑒於上述原因,實際應用時必須通過積累大量工作經驗,以及熟練掌握各種晶元的使用規範、系統上下互連結構關係才能完成一個複雜數字系統分析,這是整體工程系統問題,所以本節內容只限於在中規模集成電路設計方面進行描述。

  1.MSI設計思路

  中規模集成電路設計思路主要是基於非定製器件模式,由於使用器件不是專門為某種設計任務而製造,所以就需要從成百上千種集成電路中,選出符合設計需求的器件並採用搭積木方式把這些器件互連起來。

  在這種設計思路規範下,使用非定製器件設計時,設計者首先要仔細分析設計需求,將設計需求中各個功能部件逐一分離出來,每個功能部件只實現一個特定且獨立功能,然後通過器件生產廠商所提供的產品技術手冊,選出各個功能部件所需要的一些功能器件,並按引腳規定和邏輯功能將所有器件連接起來。

  MSI設計過程類似於軟體編程,在軟體系統設計前,先將需要實現的一個大型軟體按照需求確立一個應用語言平臺,然後將各個子模塊劃分出來,每個模塊完成一個獨立的功能,最後利用界面或介面參數實現所有子模塊調用和互連。

  2.MSl設計要求

  (1)以設計功能為設計背景,合理選用功能部件所需組件;

  (2)最大限度發揮選用組件內部資源,組件問互連引線最少為最佳原則;

  (3)儘量減少組件使用量和種類;

  (4)在一些不能使用MSI地方輔以SSI設計;

  (5)設計中不以局部最小化為最佳設計,以系統整體最小化為設計目標

  要實現基於MSI環境下的數字系統設計,設計者必須對各種非定製器件功能進行瞭解。設計前通過器件生產商提供產品手冊,對各種需要組件進行分析和功能比對,同種功能且型號不同組件進行價格比對,分析所選組件最高工作頻率、熱效應、負載能力等是否滿足設計需求。所以完成一個數字系統的最佳設計,設計者必須對各種功能組件內部基本工作原理有著深入瞭解和掌握。

設計中規模集成電路應考慮的問題[3]

  ①具有通用性——一個功能部件塊可實現多種功能;

  ②具有自擴展功能——將多個功能部件適當連接後,可擴展成位數更多的複雜部件;

  ③具有兼容性——便於不同品種、功能電路混合使用;

  ④封裝電路的功耗小——便於提高集成度和電路的可靠性;⑤向輸入信號索取電流要小——為此,MSI常常採用輸入緩衝級;

  ⑥充分利用封裝的引線——可增強電路功能及通用性。

中規模集成電路與小規模、大規模和超大規模集成電路[4]

  按集成度不同可分為小規模、中規模、大規模和超大規模集成電路。

  小規模集成電路是指每片集成度少於100個元器件,又稱為普通集成電路。

  中規模集成電路是指每片上集成度在100--1000個元器件的集成電路。

  大規模集成電路是指每片上集成度在1000個至數萬個元器件的集成電路。

  超大規模集成電路是指每片上集成度達到10萬個元器件以上,目前已達到億級集成度。

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參考文獻

  1. 彭華林,凌敏主編.數字電子技術.湖南大學出版社,2004年08月第1版.
  2. 王茜,黃仁,許光辰編著.數字邏輯.人民郵電出版社,2011.05.
  3. 張憲,張大鵬主編.電子技術速學問答.化學工業出版社,2011.01.
  4. 魏自榮主編.汽車維修工 初級、中級、高級.西南交通大學出版社,2005.1.
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