Sv1ca-4.ru

Строй журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Розетки для интегральных схем

Автомобильный справочник

Монолитная интегральная схема, это микросхема, в которой схемные элементы: диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и соединения, образованы в массе на поверхности полупроводникового материала, легированного кремния, и поэтому неразъемно связаны. Монолитная интегральная схема может быть цифровой, линейной (аналоговой) либо цифро–аналоговой. О применении интегральных схем в автомобилях, мы и поговорим в этой статье.

Ситуация на рынке

На данный момент ведущими производителями полупроводников являются тайваньская Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) и южнокорейская Samsung. Первая занимает 54% рынка, вторая — 17%.

Аналитики TrendForce выяснили, что мировой спрос на микросхемы оказался на 10–30% выше текущего предложения. По данным Susquehanna Financial Group, за первые четыре месяца 2021 года производители полупроводников резко начали отставать по исполнению заказов. Крупным компаниям приходится ждать микросхемы до 17 недель, а небольшим — до одного года или вообще отказываться от проектов. Одновременно растут цены на потребительскую электронику.

При этом со второго квартала 2021 года более 30 производителей полупроводников повысили цены на свою продукцию от 10% до 30%. В число этих компаний вошли UMC, SMIC и Power Semiconductor Manufacturing. Цены на отдельные продукты взлетели в десятки раз.

TSMC уже изменила приоритеты по выпуску своей продукции. В третьем квартале 2021 года компания собирается производить в первую очередь процессоры для Apple и чипы для автопроизводителей. Микросхемы для других клиентов, в том числе для Intel, Qualcomm, Google и Xilinx, будут отгружаться по мере их изготовления.

Apple в конце 2020 года закупила 80% мощностей TSMC для массового производства своих собственных чипов М1. Таким образом, только она в этом году сможет успешно выполнить план по производству новых iPhone, которые должны представить в сентябре или октябре. Остальные производители смартфонов оказались застигнуты врасплох глобальным дефицитом чипов. Так, Samsung уже предупредила, что может пропустить выпуск новой линейки смартфонов Galaxy Note в 2021 году.

Нехватка чипов повлияла даже на производство автомобилей. Крупнейшие мировые автоконцерны еще в начале 2021 года заявили, что им придется снижать планы по выпуску машин. Проблемы возникли у Nissan, Honda, Ford, Fiat Chrysler, Volkswagen, Suzuki, Subaru и других. Даже «АвтоВАЗ» начал выпускать автомобили Lada моделей Vesta, Xray и Largus без магнитолы. Автопроизводители потеряют в 2021 году более $110 млрд.

Диганта Дас, исследователь контрафактной электроники в Центре инженерии продвинутого цикла жизни (CALCE), предупредил, что в связи с дефицитом будут расти поставки контрафактных полупроводников. Проблема не коснется технологических гигантов, которые закупают комплектующие непосредственно у производителей, но затронет мелких производителей с более сложными цепочками поставок. Опасность этого заключается в том, что многие небольшие производители электроники заняты в таких отраслях, как здравоохранение, оборона и образование.

Элемент интегральной схемы

Часть интегральной схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (резистора, диода, транзистора и т. д.), причем эта часть выполнена нераздельно от других частей и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации. Компонент интегральной схемы в отличие от элемента может быть выделен как самостоятельное изделие с указанной выше точки зрения.

Читать еще:  Декоративные элементы для потолка розетки

По конструктивно-технологическим признакам интегральные схемы обычно разделяют на:

  • полупроводниковые;
  • гибридные;
  • пленочные.

В полупроводниковой схеме все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме или на поверхности полупроводника. В таких схемах нет компонентов. Это наиболее распространенная разновидность интегральных схем.

Интегральную схему называют гибридной, если она содержит компоненты и (или) отдельные кристаллы полупроводника. В пленочных интегральных схемах отдельные элементы и межэлементные соединения выполняются на поверхности диэлектрика (обычно используется керамика). При этом применяются различные технологии нанесения пленок из соответствующих материалов. По функциональным признакам интегральные схемы подразделяют на аналоговые (операционные усилители, источники вторичного электропитания и др.) и цифровые (логические элементы, триггеры и т. п.).

МОП-транзистор.

Наибольшее распространение получила МОП (металл-окисел-полупроводник) – структура, состоящая из двух близко расположенных областей кремния n-типа, реализованных на подложке p-типа. На поверхности кремния наращивается слой его двуокиси, а поверх этого слоя (между областями n-типа и слегка захватывая их) формируется локализованный слой металла, выполняющий роль затвора. Две упомянутые выше области n-типа, называемые истоком и стоком, служат соединительными элементами для входа и выхода соответственно. Через окна, предусмотренные в двуокиси кремния, выполняются металлические соединения с истоком и стоком. Узкий поверхностный канал из материала n-типа соединяет исток и сток; в других случаях канал может быть индуцированным – создаваемым под действием напряжения, приложенного к затвору. Когда на затвор транзистора с индуцированным каналом подается положительное напряжение, расположенный под затвором слой p-типа превращается в слой n-типа, и ток, управляемый и модулируемый сигналом, поступающим на затвор, течет от истока к стоку. МОП-транзистор потребляет очень небольшую мощность; он имеет высокое входное сопротивление, отличается низким током цепи стока и очень низким уровнем шумов. Поскольку затвор, оксид и кремний образуют конденсатор, такое устройство широко используется в системах компьютерной памяти (см. ниже). В комплементарных, или КМОП-схемах, МОП-структуры применяются в качестве нагрузок и не потребляют мощности, когда основной МОП-транзистор находится в неактивном состоянии.

После завершения обработки пластины разрезают на части. Операция резки выполняется дисковой пилой с алмазными кромками. Каждый кристаллик (чип, или ИС) заключается затем в корпус одного из нескольких типов. Для подсоединения компонентов ИС к рамке выводов корпуса используется золотая проволока толщиной 25 мкм. Более толстые выводы рамки позволяют подсоединить ИС к электронному устройству, в котором она будет работать.

Основные понятия ПЛИС

В русскоязычной литературе любую программируемую логику принято называть термином ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). В англоязычной литературе принято различать следующие разновидности программируемых микросхем: PLA, PAL, GAL, SPLD, CPLD, ASIC, FPGA, FPAA, FPID, SoCи т.д.

ПЛИС PLA (Programmable Logic Array)

Программируемые логические интегральные схемы PLA

Программируемые логические интегральные схемы наподобие ППЗУ. В данных устройствах оба массива элементов и , и являются программируемыми. На рисунке схематично представлен вариант содержащий две программные плоскости и имеющие по четыре входа и выхода.

ПЛИС PAL (Programmable Array Logic)

Программируемые логические интегральные схемы PAL

Программируемые логические интегральные схемы наподобие ППЗУ. Однако, в отличие от последних, в данных схемах массив элементов является программируемым, а массив — нет. Для примера рассмотрим простую PAL с тремя входами и тремя выходами.

Читать еще:  Как просверлить керамогранит под розетку

ПЛИС GAL (Generic Array Logic)

Устройства PAL и PLA – однократно программируемые, их конфигурация не может быть изменена; в отличие от них микросхемы GAL основаны на EEPROM и могут реконфигурироваться. Микросхемы GAL были изобретены Lattice Semiconductor. Аналогичные устройства, PEEL (programmable electrically erasable logic), были предложены International CMOS Technology (ICT).

ПЛИС SPLD (Simple Programmable Logic Devices)

В англоязычной литературе микросхемы PROM, PAL, PLA, GAL принято обобщать термином SPLD.

Программируемые логические интегральные схемы SPLD

ПЛИС CPLD (Complex PLD). Разновидность ПЛИС, содержащая относительно крупные программируемые логические блоки — макроячейки (англ. macrocells), соединённые с внешними выводами и внутренними шинами.

Программируемые логические интегральные схемы CPLD

Существенный прорыв в разработке ПЛИС произошел в 1984г., когда компания Altera предложила CPLD, применив сочетание CMOS и EPROM технологий. Использование технологии CMOS позволило достичь значительной функциональной плотности и сложности при сравнительно небольшом потреблении энергии, а ячейки (англ. cells) EPROM оказались идеальным средством для использования их при разработке и создании прототипов оборудования.

ПЛИС ASIC (Application Specific IC)

Заказная интегральная схема для решения конкретной задачи. Микросхема способна выполнять ограниченный набор функций с высокой эффективностью. Является своего рода конкурентом ПЛИС. В русскоязычной терминологии — БМК – базовый матричный кристалл, т.е. вентильная матрица с масочным программированием. В англоязычной терминологии ASIC подразделяются на вентильные матрицы, структурированные ASIC, схемы на стандартных элементах и полностью заказные интегральные схемы.

ПЛИС FPGA (Field Programmable Gate Array)

Программируемые логические интегральные схемы FPGA

Разновидность ПЛИС, содержащая логические элементы и блоки коммутации. Программа для FPGA хранится в распределённой оперативной памяти микросхемы, поэтому требуется начальный загрузчик.

Примерно к 80-х годам 20 столетия на рынке цифровых микросхем сложилась ситуация, когда возникла ниша между наличием сложных и дорогих в производстве микросхем ASIC и PLD (SPLD и CPLD). Эта ниша заполнилась микросхемами FPGA. Разработчиком FPGA является основатель компании Xilinx Росс Фримен — изобретатель концепции матричного кристалла программируемого пользователем (FPGA).

Развитие архитектур ПЛИС привело к созданию комбинированных структур сочетающих достоинства FPGA и CPLD – например, семейство FLEX (Flexible Logic Element Matrix) от Altera.

ПЛИС FPAA (Field Programmable Analog Array)

Программируемые логические интегральные схемы FPAA

Традиционно схемы аналоговой обработки сигналов выполняются на дискретных компонентах. В ряде случаев аналоговая часть занимает значительную площадь печатной платы и требует сложной настройки. Решить проблему создания аналоговых устройств (иногда для определенной полосы частот спектра) позволяет использование программируемых аналоговых микросхем. На настоящий момент крупнейшим производителем таких микросхем является компания Anadigm.

ПЛИС FPID (Field Programmable Interconnect Device)

Эти программируемые логические интегральные схемы содержат программируемые соединения и блоки ввода/вывода, но не содержат логических блоков. Они предназначены для произвольного соединения своих внешних выводов в соответствии с заложенной программой. При отработке прототипов и при создании динамически конфигурируемых систем такие микросхемы весьма полезны. Соединяя ПЛИС через FPIC можно легко варьировать их межсоединения, чего не обеспечивают технологии с жесткой трассировкой (печатные платы и др.).

Читать еще:  Wifi умная розетка своими руками

ПЛИС SoC (System on Chip)

Уменьшение топологических норм проектирования и ряд технологических усовершенствований довели уровень интеграции современных программируемых логических интегральных схем до величин в несколько миллионов эквивалентных вентилей, а быстродействие — до тактовых частот в сотни мегагерц. На таких кристаллах размещают целиком всю цифровую систему (процессор, память, интерфейсы, и др.).

Что с отечественными производителями?

Так, относительно создания сложной наукоемкой продукции можно уверенно сказать, что в Российской Федерации сейчас есть и условия, и кадры, и научный потенциал. Есть довольно много предприятий и учреждений, что могут разрабатывать различные электронные устройства. Правда, всё это существует в довольно ограниченном объеме.

Так, часты случае, когда для разработок используется высокотехнологическое «сырье» вроде СБИС-памяти, микропроцессоров и контроллеров, что были изготовлены за границей. Но при этом решаются определённые задачи обработки сигналов и осуществления вычислений программным путём.

Хотя не следует полагать, что мы можем исключительно закупать и с различных компонентов собирать технику. Существуют и отечественные варианты процессоров, контроллеров, сверхбольших интегральных схем и прочих разработок. Но, увы, они не могут соревноваться с лидерами мира по своей эффективности, что делает затруднительным их коммерческую реализацию. Но вот использовать их в отечественных системах, где не нужно много мощностей или следует позаботиться о надежности, – это вполне возможно.

Система обозначений интергальных схем

Условное обозначение интегральных микросхем включает в себя основные классификационные признаки.

  • Первый элемент — цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе. Цифрами 1, 5, 6 и 7 в первом элементе обозначаются полупроводниковые интегральные микросхемы. Гибридным микросхемам присвоены цифры 2, 4 и 8. Пленочные, вакуумные и керамические интегральные микросхемы обозначаются цифрой 3.
  • Второй элемент, определяющий порядковый номер разработки серии, состоит из двух (от 00 до 99) или трех (от 000 до 999) цифр.
  • Третий элемент, обозначающий подгруппу и вид микросхемы, состоит из двух букв.
  • Четвертый элемент, обозначающий порядковый номер разработки микросхемы данной серии, состоит из одной или нескольких цифр.

К этим основным элементам обозначений микросхем могут добавляться и другие классификационные признаки.

Дополнительная буква в начале четырехэлементного обозначения указывает на особенность конструктивного исполнения:

  • Р — пластмассовый корпус типа ДИП;
  • А — пластмассовый планарный корпус;
  • Е — металлополимерный корпус типа ДИП;
  • С — стеклокерамический корпус типа ДИП;
  • И — стеклокерамический планарный корпус;
  • Н — керамический «безвыводной» корпус.

В начале обозначения для микросхем, используемых в условиях широкого применения, приводится буква К.

Серии бескорпусных полупроводниковых микросхем начинаются с цифры 7, а бескорпусные аналоги корпусных микросхем обозначаются буквой Б перед указанием серии.

Через дефис после обозначения указывается цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения:

  • 1 — с гибкими выводами;
  • 2 — с ленточными (паучковыми) выводами, в том числе на полиамидном носителе;
  • 3 — с жесткими выводами;
  • 4 — на общей пластине (неразделенные);
  • 5 — разделенные без потери ориентировки (наклеенные на пленку);
  • 6 — с контактными площадками без выводов.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector