数字集成电路

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数字集成电路范文第1篇

关键词：数字集成电路；应用；前景

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4476-02

集成电路从60年代开始发展至今，其规模大致上遵照摩尔定律发展[1]，即芯片上的晶体管数目每隔18个月就翻一番或每三年翻两番。目前单个的芯片上已能够制作上百万个晶体管的一个完整数字系统或数/模混合的电子系统。集成电路的特征尺寸已发展至纳米水平。伴随着数字集成电路技术的越来越成熟，它于人们的生产以及生活中的应用也越来越广泛，对数字集成电路在生活应用中的进一步探究也就越来越有必要。该文将从数字集成电路的基本结构和分类这些方面对其原理进行比较详细的介绍，然后重点讨论和探究它的实际应用，最后将结合数字集成电路在生活当中的实际应用设计出一个利用数字集成电路原理制成的流水灯。

1 数字集成电路的基本原理

数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统[2]。

数字集成电路基本电路符号如图1所示，它有输入、输出、电源和接地四个端口。数字集成电路具有静态特性以及开关特性，表示静态特性的参数有输入电压、输出电压、输入电流和输出电流等。

图1 数字集成电路基本电路符号

集成电路正常工作的时候，输入电压有高电平输入电压和低电平输入电压，使用最小值表示，表示能判断高电平的最低输入电压，因此，在高电平给定时，需高于的电压，用最大值表示，表示能判断低电平时的最大输入电压，因此，在低电平输入电压给定时，需低于的电压。

输入电流有高电平输入电流和低电平输入电流，都是表示集成电路输入端加上电压时，流经输入端的电流。其中表示输入端加上最大输入电压时的电流，表示输入端加上规定高电平输入电压时的电流，表示输入端加上规定低电平输入电压时的电流。CMOS输入电流几乎等于0，因此，只用表示。集成电路的输入电流随类型不同而不同。

2 数字集成电路应用

2.1 多路自动巡检控制器

在一些电子仪表较密集的工业控制和自动检测系统中，经常会使用多台同种检测控制仪表，对不同的处所和位置进行检测和控制。为了达到对这些仪表的集中监测的目的，通常会采用一台多路自动巡检控制器。它能对被控通道自动巡检，并将被控通道用数字显示器显示出来。它既可以作为自动巡检，又可以转换为手动巡检，使用起来相当的方便。

电路组成，它主要由脉冲发生器、计数器、通道转换器和通道显示器等组成。

2.2 绕线机电子计数器

普通的绕线机一般采用机械传动的指针式计算器来进行计数，由于存在传动齿轮的磨损和固有机械间隙，有时很难做得到准确计数。接下来要介绍的电子计数式绕线机，则采用了接触式的光电传感器来触发电子计数器进行计数，所以准确度比较高。此外，由于使用了具有加减功能的电子计数器，所以在绕线过程中出现纠错重绕的时侯，计数器仍然能够对实际绕组数进行加减，它的计数精确度高，使用方便。

在绕线轴加装的圆盘上有一个长孔，该孔与光电传感器对应，当绕线机旋转时，每转一周，光电传感器就被触发一次。先被触发的传感器进行加减识别功能，后被触发的传感器则输出计数脉冲。

2.3 数字集成电路在军事方面的应用

自从20世纪60年代第一块集成电路问世以来，以集成电路为核心的微电子技术发展迅速，并促进了通信技术、计算机技术和其他电子信息技术的快速发展，对人类社会的经济繁荣、社会进步、国防建设及日常生活都产生巨大影响[3]。

战术通信指在作战地域内指挥一个战役或战斗所使用的通信，主要是无线通信。目前，新军革以信息化为核心的，作为各作战分队的连接纽带，战术通信的关键性作用日渐彰显。和其他的电子设备相同，微电子器件也大量应用在战术通信装备中，微电子技术在战术通信的发展过程中发挥着至关重要的推动作用[4]。在战术通信装备里，嵌入式微处理器、数字信号处理器和可编程逻辑器件是一种重要的数字集成电路。嵌入式微处理器用来完成整机的主控和运行各种应用软件，数字信号处理器用来完成运算流程复杂的基带数字信号处理，可编程逻辑器件用来完成对运算能力要求较高的中频数字信号处理。

2.4 基于数字集成电路的交通灯

随着经济社会的到来，各国的车辆数量也不断上涨，这就势必带给城市交通不少难题，例如：交通堵塞日益严重，交通事故不断增加，交警任务更加繁重等等。为了解决这些的困难，我国以及国外都加快了在交通事业方面的研究步伐，尤其是在控制交通信号灯方面。下面将介绍的就是数字集成电路在交通灯中的使用。

数字集成电路在交通信号灯控制器中的使用原理：

交通灯控制器主要包括显示器、上控制器、计数器、信号发生器、译码电路和置数器，首先上控制器接收特殊状态命令或者接收清零命令，一方面显示在显示器上，一方面发出信号至信号灯译码驱动电路，即南北大道信号或者东西大道信号，一方面发出信号至置数器，接着计数器综合考虑置数器的信号和时钟信号发生器发出的信号，把信号传送给译码器，最后显示在显示器上。

一般十字路口的交通情况和主控制器的设计关系为：

1）当东西大道通行时，绿灯亮，南北大道禁行，红灯亮，时间延迟为40秒：

2）当东西南北大道都禁行时，东西大道黄灯亮，时间延迟为5秒；

3）当东西大道禁行时，红灯亮，南北大道通行，绿灯亮，时间延迟为30秒：

4）当东西南北大道都禁行时，南北大道黄灯亮，时间延迟为5秒。

然后就是回到第一种情况开始循环执行。我们可以把这四种状态分别设为：S=000，S=001，S=010，S=011，另若有特殊情况，如遇到交通事故，警车或者救护车通过，其对应状态设为S=l00，根据以上的状态分析，我们可以用两片74LSl92来实现这样的功能。

3 总结

本文首先对数字集成电路意义和原理进行了介绍，接着重点阐述了许多在我们的工、农业以及生活上基于数字集成电路的一些应用，例如绕线机电子计数器、交通灯等。随着社会的不断进步，科技的不断腾飞，越来越多的先进设备将会运用到我们的生活当中，未来我们将会见到更多数字集成电路产品在我们生活当中的应用，便利我们的生活。数字集成电路虽然只是一个元件，但是将他创造性地应用于产品制作时，它将变成又一件便利我们生活的新产品。因此，想为我们的生活设计一些新颖舒适的产品，那么我们也必须首先懂得它的内在含义和广泛应用。

参考文献：

[1] Moore G E.Cramming more components onto integrated circuits[J]. Electronics，1965，38（8）：114-117.

[2] 王红.集成电路技术发展动态[J].微电子学，2007，37（4）：515-522.

数字集成电路范文第2篇

关键词 集成电路设计 教学方法 教学探索

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

（1）针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

（2）通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

（3）开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8（9）：4671-4672.

数字集成电路范文第3篇

【摘 要】 本文在分析《士官大专数字电路》学员具体情况、教学内容和课程目标的基础上，论述了该课程的教学目标设计、教学策略设计等问题，主张整合教学内容，增大课堂信息量，改革教学方法，注重素质教育，以期全面提高教学质量。

【关键词】 士官大专；数字电路；课程目标；教学目标；教学设计

《数字电子技术》课程是电类的专业基础课，具有很强的理论性和实践性，传统的教学方式重视理论而忽略实践，因此在教学设计中应突出实验在学习过程中的作用；使学员形成一定的分析和解决简单实际问题的能力。为专业知识的学习和岗位任职的需要打下一定的基础。

一、教学起点分析

1、学员情况

该教学班是有线通信技术、视讯通信专业，士官大专层次，总体基础比较差，少数学员初中毕业，大部分学员高中毕业，学习态度和成绩都较差。依据人才培养目标的要求，数字电子技术是一门必修的专业基础课，是基础课程和专业课程之间的桥梁。通过本课程的学习建立认识和分析一般电子电路的能力，养成自主学习和勤于动手的良好习惯，为专业课程的学习打下良好的基础。

2、教学内容及教学目标

《数字电子技术》是士官大专学员一门必修的专业基础课程，是学员知识体系的重要组成部分。学习本课程的目的是培养学员的逻辑思维方式，养成学员自主学习、独立思考和实际动手的能力，为后继专业课程的学习打下相应的基础。

（1）教学内容及教学目标。 教学内容主要包括七部分：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、小规模时序电路及其应用、中规模集成（MSI）时序模块及其应用、数模和模数转换器原理与应用以及存储器与可编程逻辑器件。

教学目标：通过本课程的学习，学会数字电路的基本原理和基本分析方法；感受实验在学习过程中的作用；形成分析和解决实际问题的能力；为专业知识的学习和适应岗位任职的实际需要打下基础。养成独立思考、刻苦钻研、善于质疑等良好习惯，形成严谨求实、一丝不苟的优良作风。

（2）对教学内容的理解。 数字电子技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的实用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化。但是，在数字电子技术中作为理论基础的基本原理并没有改变，理解大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电路的有关概念。因此，作为数字电子技术基础课程，介绍数字系统中常用的基本单元电路、基本功能模块及基本的分析方法仍然是其基本内容。

本课程的重点为：组合逻辑电路和时序逻辑电路。对于重点内容，要以板书讲解为主，尽可能结合工程实际多举例题，讲习题课，以达到强化基本概念、基本原理的目的。难点为：小、中规模时序电路及其应用。对于难点内容，要以板书和多媒体相结合来讲解，便于学员理解，同时要通过多举例题，讲习题课、适当增加学生习题量等来巩固。

3、经验提醒

（1）为了增加学员的学习兴趣，教学中内容应减少理论部分增加应用实例。在教学方法的处理上精讲多练，运用仿真工具演示电路的工作过程提高学习的趣味性、可视性和效能性；加强课堂练习提高课堂的利用率。学员在学习过程中应注意学习方法，提高自信心、主动性，多看书，多做练习、多做实验。（2）数字电路是一门实践性很强的课程，应重点强调理论与实验相结合。特别是本课程的重点内容及难点内容。通过实验学员不仅可以加深理论知识的理解.而且还能锻炼学生的动手能力。（3）总结归纳，在教学中要善于归纳，每次上完课应对所讲内容进行归纳总结，使学员更加明确本次课的重点及难点内容。（4）利用现代多媒体手段将一些不好理解的内容形象地显示出来。（5）要求学员通过做大量习题，掌握理论知识。

二、课程目标设计

1、总体目标

通过本课程的学习，熟悉数字电路的基本知识和基本分析方法；感受实验在学习过程中的作用；形成一定的分析和解决简单实际问题的能力。为专业知识的学习和岗位任职的需要打下一定的基础。

2、课程目标

依据课程标准并结合本教学班的情况，确定各单元（章节）教学目标如下：

（1）知识与技能。①说出逻辑代数的基本公式。②知道常用组合逻辑电路的特点，归纳分析方法。③描述时序逻辑电路的工作原理和功能，归纳常用时序电路的分析方法。 ④说出PLD的工作原理和功能。

（2）过程与方法。①学会简单逻辑函数的化简方法。②学会常用的组合电路的分析方法。③学会同步时序电路的分析方法。④感受PLD器件的发展动态，了解科学前沿。⑤通过查找和阅读数字集成电路芯片的资料，学会资料的查找和阅读方法。⑥通过课堂演示Multisim2001软件仿真数字逻辑电路工作过程，感受仿真软件的基本使用方法。

（3）情感态度价值观。养成独立思考、刻苦钻研、不断学习、善于质疑等良好习惯；形成严谨求实、一丝不苟的优良作风。

三、教学策略设计

1、整合教学内容，增大课堂信息量

随着科学技术突飞猛进的发展，新理论、新技术、新成果的不断涌现，教学内容在不断增加，使原教学课时数相对减少，要保证有线通信、视讯通信专业对《电子技术基础Ⅲ》课程的教学要求，就必须在课程体系、教学内容和教学方法上加以改进，提高教学起点，增大课堂信息量，不断提高课堂教学质量，在有限的学时内实现加强基础、强化应用、拓宽专业知识面的目标。

（1）根据课程标准精选教学内容。根据《数字电子技术》课程的课程标准要求和学时，精选教材中的教学内容，其中的组合逻辑电路、小规模时序电路及其应用、中规模时序模块及其应用应作为主要讲授内容，同时适当介绍扩大知识面的内容和学科前沿发展的趋势，并融入一些具有工程实践应用的实例。

（2）根据学员的实际情况及课程标准，确定每节课的内容。主要讲述基本概念、基本原理及基本的分析方法等，同时适当扩大知识面并融入一些具有工程实践应用的实例；并通过课堂练习、课后作业加深对所学知识的理解。

（3）理论与实验相结合，通过实验使学生加深理论知识的理解同时锻炼学生的动手能力。

（4）组织课堂讨论，激发学员的学习兴趣；了解学员学习过程中的疑难问题并及时讲解，促进教学互动。

（5）板书与现代化教学手段相结合。根据教学内容采用板书与多媒体技术相结合的教学方法。对于重难点知识可以采用板书具体讲解，再结合多媒体技术讲解，使用现代化教学手段能够将抽象的内容形象化、直观化，提高学生的学习兴趣和效率，便于学员理解。

（6） 鼓励学员树立自信心。士官学员，部分学员基础差，胆子小，不善于参与课堂交际。教员应对这类学员暗含期望，多给他们一次表现的机会，及时表扬、肯定与鼓励，来激发他们学习的兴趣。

（7）帮助学员学习，充分利用课余时间进行辅导。及时了解学员在学习本课程时遇到的问题，利用课余时间加强对辅导。鼓励学员互相帮助，通过“小老师”推动学员进步。

2、改革教学方法，注重素质教育

目前在高等教育中还存在着偏重理论学习忽视实践能力培养的现象。不少学生处于被动学习的状态，缺乏主动性和创新精神，教员教得很辛苦，但教学效果却不理想。原因是课堂教学中强调了教员的主导作用，而学生的主体作用却未能体现。因此要把学生培养成具有创新精神和较强实践能力的高素质人才，必须改革教学方法，注重素质教育和学习能力的培养。

（1）探索课堂教学方法。课堂教学方法应贯彻由简到繁、循序渐进、深入浅出的原则，并给学生留下思考的空间。在应用知识解题方面，一般是学生最薄弱的环节，如组合逻辑电路的分析和时序逻辑电路的分析，学生普遍感到不易掌握，教学时应通过典型例题着重讲清分析思路，让学生学会举一反三，能够触类旁通。引导学员开展积极的发散思维活动，师生之间应不断进行情感交流，保持心灵上的沟通，营造平等、宽松的课堂氛围，使学生处于心情舒畅、思维活跃的心理状态，从而获得较好的教学效果。

（2）采用启发式教学，启迪学生思维。人的思维活动常常是由提出问题开始的，因此，在教学过程中，教员要善于提出问题，引导和鼓励学生去发现疑难，提出问题，启迪学生去积极思考，寻求答案。教员要善于启发引导，调动学员的学习主动性，重视培养学员的参与意识。在讲课中应注意体现本课程的工程性和实践性，结合教学内容介绍一些生活中的典型应用实例，从而激发学生对本课程产生浓厚的学习兴趣。

（3）运用讨论式教学，培养分析能力。在教学进行了几个单元后，可以组织学员开展课堂讨论，以提高学员学习的主动性。由教员和学生共同分析作业中出现的概念问题，鼓励学员积极参与，充分发表自己的观点，大胆地提出疑问。并通过精选的典型例题，引导学员积极思维，引导学员寻求解题思路，最后由教员讲评。通过课堂讨论既可启迪学生的智慧，又能提高学员的分析问题的能力。

数字集成电路范文第4篇

关键词：模拟 集成电路 设计 自动化综合流程

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0062-02

随着超大规模集成电路设计技术及微电子技术的迅速发展，集成电路系统的规模越来越大。根据美国半导体工业协会（SIA）的预测，到2005年，微电子工艺将完全有能力生产工作频率为3.S GHz，晶体管数目达1.4亿的系统芯片。到2014年芯片将达到13.5 GHz的工作频率和43亿个晶体管的规模。集成电路在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，ASIC已向系统集成的方向发展，这类系统在单一芯片上集成了数字电路和模拟电路，其设计是一项非常复杂、繁重的工作，需要使用计算机辅助设计（CAD）工具以缩短设计时间，降低设计成本。

目前集成电路自动化设计的研究和开发工作主要集中在数字电路领域，产生了一些优秀的数字集成电路高级综合系统，有相当成熟的电子设计自动化（EDA）软件工具来完成高层次综合到低层次版图布局布线，出现了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等国际上著名的EDA公司。相反，模拟集成电路自动化设计方法的研究远没有数字集成电路自动化设计技术成熟，模拟集成电路CAD发展还处于相当滞后的水平，而且离实用还比较遥远。目前绝大部分的模拟集成电路是由模拟集成电路设计专家手工设计完成，即采用简化的电路模型，使用仿真器对电路进行反复模拟和修正，并手工绘制其物理版图。传统手工设计方式效率极低，无法适应微电子工业的迅速发展。由于受数/模混合集成趋势的推动，模拟集成电路自动化设计方法的研究正逐渐兴起，成为集成电路设计领域的一个重要课题。工业界急需有效的模拟集成电路和数模混合电路设计的CAD工具，落后的模拟集成电路自动化设计方法和模拟CAD工具的缺乏已成为制约未来集成电路工业发展的瓶颈。

1 模拟集成电路的设计特征

为了缩短设计时间，模拟电路的设计有人提出仿效数字集成电路标准单元库的思想，建立一个模拟标准单元库，但是最终是行不通的。模拟集成电路设计比数字集成电路设计要复杂的得多，模拟集成电路设计主要特征如下。

（1）性能及结构的抽象表述困难。数字集成电路只需处理仅有0和1逻辑变量，可以很方便地抽象出不同类型的逻辑单元，并可将这些单元用于不同层次的电路设计。数字集成电路设计可以划分为六个层次：系统级、芯片级（算法级），RTL级、门级、电路级和版图级，电路这种抽象极大地促进了数字集成电路的设计过程，而模拟集成电路很难做出这类抽象。模拟集成电路的性能及结构的抽象表述相对困难是目前模拟电路自动化工具发展相对缓慢，缺乏高层次综合的一个重要原因。

（2）对干扰十分敏感。模拟信号处理过程中要求速度和精度的同时，模拟电路对器件的失配效应、信号的耦合效应、噪声和版图寄生干扰比数字集成电路要敏感得多。设计过程中必须充分考虑偏置条件、温度、工艺涨落及寄生参数对电路特性能影响，否则这些因素的存在将降低模拟电路性能，甚至会改变电路功能。与数字集成电路的版图设计不同，模拟集成电路的版图设计将不仅是关心如何获得最小的芯片面积，还必须精心设计匹配器件的对称性、细心处理连线所产生的各种寄生效应。在系统集成芯片中，公共的电源线、芯片的衬底、数字部分的开关切换将会使电源信号出现毛刺并影响模拟电路的工作，同时通过衬底祸合作用波及到模拟部分，从而降低模拟电路性能指标。

（3）性能指标繁杂。描述模拟集成电路行为的性能指标非常多，以运算放大器为例，其性能指标包括功耗、低频增益、摆率、带宽、单位增益频率、相位余度、输入输出阻抗、输入输出范围、共模信号输入范围、建立时间、电源电压抑制比、失调电压、噪声、谐波失真等数十项，而且很难给出其完整的性能指标。在给定的一组性能指标的条件下，通常可能有多个模拟电路符合性能要求，但对其每一项符合指标的电路而言，它们仅仅是在一定的范围内对个别的指标而言是最佳的，没有任何电路对所有指标在所有范围内是最佳的。

（4）建模和仿真困难。尽管模拟集成电路设计已经有了巨大的发展，但是模拟集成电路的建模和仿真仍然存在难题，这迫使设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。模拟集成电路的设计必须充分考虑工艺水平，需要非常精确的器件模型。器件的建模和仿真过程是一个复杂的工作，只有电路知识广博和实践经验丰富的专家才能胜任这一工作。目前的模拟系统验证的主要工具是SPICE及基于SPICE的模拟器，缺乏具有高层次抽象能力的设计工具。模拟和数模混合信号电路与系统的建模和仿真是急需解决的问题，也是EDA研究的重点。VHDL-AMS已被IEEE定为标准语言，其去除了现有许多工具内建模型的限制，为模拟集成电路开拓了新的建模和仿真领域。

（5）拓扑结构层出不穷。逻辑门单元可以组成任何的数字电路，这些单元的功能单一，结构规范。模拟电路的则不是这样，没有规范的模拟单元可以重复使用。

2 模拟IC的自动化综合流程

模拟集成电路自动综合是指根据电路的性能指标，利用计算机实现从系统行为级描述到生成物理版图的设计过程。在模拟集成电路自动综合领域，从理论上讲，从行为级、结构级、功能级直至完成版图级的层次的设计思想是模拟集成电路的设计中展现出最好的前景。将由模拟集成电路自动化综合过程分为两个过程。

模拟集成电路的高层综合、物理综合。在高层综合中又可分为结构综合和电路级综合。由系统的数学或算法行为描述到生成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工艺相关和设计规则正确的版图过程称为物理综合。模拟集成电路自动化设计流程如图1所示。

2.1 模拟集成电路高层综合

与传统手工设计模拟电路采用自下而上（Bottom-up）设计方法不同，模拟集成电路CAD平台努力面向从行为级、结构级、功能级、电路级、器件级和版图级的（Top-down）的设计方法。在模拟电路的高层综合中，首先将用户要求的电路功能、性能指标、工艺条件和版图约束条件等用数学或算法行为级的语言描述。目前应用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行为级建模，或者是专利语言，所建模型与模拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工业标准的数/模硬件描述语言VHDL-AMS。VHDL-1076.1标准的出现为模拟电路和混合信号设计的高层综合提供了基础和可能。VHDL一AMS是VHDL语言的扩展，重点在模拟电路和混合信号的行为级描述，最终实现模拟信号和数模混合信号的结构级描述、仿真和综合125，28]。为实现高层次的混合信号模拟，采用的办法是对现有数字HDL的扩展或创立新的语言，除VHDL.AMS以外，其它几种模拟及数/模混合信号硬件描述语言的标准还有MHDL和Verilog-AMS。

2.2 物理版图综合

高层综合之后进入物理版图综合阶段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的电路原理图得到与工艺条件有关和设计规则正确的物理版图。由于模拟电路的功能和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元件参数，版图寄生参数的存在将使元件参数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需要考虑电路的二次效应对电路性能的影响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件失配效应和信号间的祸合效应对电路特性能影响在允许的范围内。基于优化的物理版图综合在系统实现时采用代价函数表示设计知识和各种约束条件，对制造成本和合格率进行评估，使用模拟退火法来获取最佳的物理版图。基于规则的物理版图综合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽象为一组规则，并用这些规则来指导版图的布线布局。在集成电路物理综合过程中，在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片面积和功耗是必要的。同时应当在电路级综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对电路中各器件之间的匹配关系应用明确的要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指导模拟集成电路的版图综合。

模拟电路设计被认为是一项知识面广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较长时间，而且设计要运用很多的技术。在模拟电路自动综合设计中，从行为描述到最终的版图过程中，还需要用专门的CAD工具从电路版图的几何描述中提取电路信息过程。除电路的固有器件外，提取还包括由版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致工作频率范围的缩减和速度性能的降低。因此投片制造前必须经过电路性能验证，即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用户的性能要求。正式投片前还要进行测试和SPICE模拟，确定最终的设计是否满足用户期望的性能要求。高层综合和物理综合从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以看成电路的产生方面，物理版图综合得到模拟集成电路的电路版图，可以认为电路的几何设计方面。

参考文献

数字集成电路范文第5篇

关键字:数字电路;组合逻辑电路;时序逻辑电路

中图分类号:TN79文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)06A-0042-01

众所周知,近年,科学技术的不断进步带动许多行业发生了翻天覆地的变化,电子信息行业走在了科学发展的前列,表现尤为突出的是数字电子技术,科学进步的浪潮中它迅速前进,已成为当前发展最快的学科之一,数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路(SSI)发展到目前的中、大规模集成电路(MSI、LSI)及超大规模集成电路(VLSI)。那么,逻辑器件的变化也会影响整个数字逻辑电路的发展。

一、数字电路的状态

数字电路顾名思义就是对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路,它只有两个状态就是0和1。在数字电路中,低电平用0表示,高电平用1表示,有时低电位也用字母L(Light)表示,而高电位用字母H(High)表示。另外在对0和1理解时,还会有时间限制,因为数字0、1表示电路状态,结合时间看电路时,要明白电路工作时序。

二、数字逻辑电路的基本定律

数字电路的设计在生活中使用非常广泛,但是怎样设计出符合要求的电路,这就是一门技术活了。因此理解数字电路设计,重点在基本概念和基本方法上。数字设计中逻辑代数基本定律、组合逻辑和时序逻辑的概念是分析和设计数字系统的基础,也是设计大规模集成芯片的基础,所以我们在说数字电路设计之前就要先了解逻辑代数的基本知识定律。逻辑代数是英国数学家乔治.布尔(Geroge . Boole)于1847年首先进行系统论述的,也称布尔代数。 所研究的是两值变量的运算规律,即0,1表示两种不同的逻辑状态,称这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系为二值逻辑。在逻辑代数中我们最先了解的就是进制的转换,计算机系统中一般二进制、八进制、十进制、十六进制是了解最多的,转换这些进制也是最容易的,掌握其中的计算方法就能得到。

三、数字电路设计―组合逻辑和时序逻辑

在做数字电路设计时主要就是组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计。从一方面说,这两种电路的设计是数字电路中的一个最基本的也是最重要的部分,只有会做这两种电路的设计才算是对数字电路入门了。所以我们先对这两种设计作下简单的介绍。

如果说逻辑电路设计是数字电路的最基础的组成部分,那么门电路就是带动这些部分运转的重要元素,就像是一部机器,门电路就是机器中的零件,大家都知道零件在机器的运转中起着不容小觑的作用,如果在某个部位因为一个小零件的出错,可能会导致整个机器出故障。逻辑电路中最基本的门电路通常是与门、或门、非门。与门是逻辑与运算的单元电路;或门是逻辑或运算的单元电路;非门,也叫反相器,是实现逻辑非运算的电路。在实际的应用中并不是把它们直接使用,而是将它们组合成复合逻辑运算与非、或非、与或非、异或、同或等常用的门来实现其功能。我们在日常生活中见得最多的就是交通灯的控制,就是用组合逻辑电路设计成的。在组合逻辑电路的设计中,利用门电路的组合完成的很多电路的设计,编码器、译码器就是组合逻辑电路中的器件,组成的液晶显示器LCD,数码显示器LED。

时序逻辑电路中,主要的零件就是集成触发器,在各种复杂的数字电路中不但需要对二值信号进行算术运算和逻辑运算,还经常需要将这些信号和运算结果保存起来,因此需要使用记忆功能的基本逻辑单元,而这种能储存信号的基本单元电路就是触发器。迄今为止,人们已经研制出了很多种触发器电路,根据电路结构形式的不同,可以分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、边沿触发器等。这些触发器的研制都是在前一种触发器的基础上改进而来的,通俗的说是后人在前人的研究发明中不断提炼出的新器件。因此同步触发器是建立在基本RS触发器的基础上的,基本RS触发器输入信号可以直接控制触发器的状态翻转,而在实际应用中往往要求在约定脉冲信号到来时,触发器才能翻转,所以才有同步RS触发器的出现。但是同步RS触发器有空翻现象,不能正常计数,因此人们又研制了主从触发器,同样为了克服主从触发器的一次性变化,就有了边沿触发器的产生。

四、数字集成电路

在很多人看来,数字集成电路是非常空洞的东西,因为只是一块芯片,却能实现如此多的功能。那在数字集成电路中主要有哪些电路呢?常用的数字集成电路一般有CMOS电路和TTL电路两种。CMOS电路有消耗功率低,工作电压范围广和噪声容限大的特点,虽然在CMOS电路的输入端已经设置了保护电路,但由于保护二极管和限流电阻的几何尺寸有限,它们所能承受的静电电压和脉冲功率均有一定限度。CMOS集成电路在储存运输、组装和调试过程中难免会接触到某些带静电高压的物体,所以一般要对输入的静电进行保护,另外CMOS还会出现电路锁定效应,一般为了使用安全和方便,人们一直在研究从CMOS电路本身的设计和制造上克服锁定效应方法。当然,集成电路一般的要求都非常高,它需要预先对芯片进行设计,编制一定的程序,而我们往往使用现成的电路,对它只做了一定的分析。

通过对数字电路的基本知识的解读,当然这只是很浅的一方面。而数字电路涉及到的一些专用的集成电路。由于专用集成电路(ASIC)是近期迅速发展起来的新型逻辑器件,这些器件的灵活性和通用性使它们已成为研制和审计数字系统的最理想器件。因此数字电路的发展在今后还有很大的空间,但是在发展的同时,数字电路的基础的知识是不会改变的,只会在原来的基础上得到更大的改进,这需要新新的电子人来改进数字电路的不足地方,将它所存在的每一个缺点进行弥补,使各个部分它的作用发挥到最大。

数字电路在实际运用中将越来越广泛,现在在要求普及的数字电视已经进入了千家万户,数字化已经成了必然的趋势。但是任何技术知识,基础都是最根本,最主要的,数字电路的组成刚好是是基础。数字化的时代已经到来,打好基础知识是数字电路发展的前提条件。