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常见的模拟,数字和混合信号集成电路(IC)

2020年6月28日经过罗伯特·凯
本视频教程提供了集成电路的概述,电气工程师定期纳入他们的设计。
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在前面的教程中,我们讨论了模拟和数字集成电路之间的区别,现在我们准备看看在许多电子系统中扮演重要角色的特定类型的集成电路。然而,你可能注意到我们引入了第三类:除了模拟和数字集成电路外,我们还引入了混合信号IC。顾名思义,混合信号组件包括同一包装中的模拟和数字电路。这种组合可以产生复杂的高度集成功能,这对现代电子设备的设计进行了重要贡献。

数字集成电路

如今,纯粹的数字集成电路不太常见。数字电路经常包含在内微控制器特定于应用的集成电路(asic)也包括模拟电路,这意味着它们属于混合信号类别。

逻辑

离散逻辑尽管有些过时,但仍在制造和使用。这个术语指单个逻辑门以及低复杂度的基于逻辑门的设备,如触发器、多路复用器、计数器和寄存器。

离散逻辑的重要性降低的一个原因是它提供了更高的性能和效率复杂可编程逻辑器件(cpld)和现场可编程门阵列(FPGA)。这些IC允许工程师通过“写入”电路来实现自定义的数字功能硬件描述语言(HDL),然后加载配置数据到设备。

这是一个例子FPGA开发板

记忆

记忆是数字和混合信号系统的关键元素。不同类型的记忆包括动态随机存取存储器(DRAM),静态随机存取存储器(存储器),非易失性内存如闪光。虽然在无数电子设备中存在Flash和RAM,但存储器IC并不是特别常见,因为内存经常集成到其他类型的设备中。

处理器

微处理器是代表数字电路设计极值的高级计算设备。电子工程师经常使用两种类型的处理器:微控制器,它包括各种各样的外围设备如模数转换器,定时器和通信模块;和数字信号处理器(DSP),其针对数学运营进行了优化。

这张图传达了中央处理单元(CPU)、处理器和微控制器之间的区别。引用t他的文章了解更多信息。

模拟集成电路

也许最广泛和最基础的模拟集成电路是运算放大器(op-amp)。这些高度通用的设备用于基本信号放大的远远超过基本信号放大,制造商已生产各种具有不同功能,包装尺寸和性能规格的设备。本系列视频教程中的下一章提供了有关OP-AMPS的特性和应用的丰富信息。

此OP-AMP将执行非反相放大。

OP-AMP不是放大器IC的唯一重要类别。仪表放大器具有差分输入,各种类型的专用放大器用于例如传感器,音频,视频和工业系统。比较器是设计用于产生数字输出的放大器 - 也就是说,输出电压通过将所有方式移动到正电源电压或所有方式到负电源电压来反应输入信号。

参考电压电路生成精确,稳定的电压,经常与数据转换器一起使用(在下一节中讨论)和模拟过滤器IC.(也经常与数据转换器配合使用)提供高性能的频率响应。模拟开关模拟多路复用器允许设计人员方便地控制或路由模拟信号。

特殊类别的模拟IC是那些在高(或极高)频率下起作用,并且用于无线通信设备。这些RF.(射频)集成电路包括混合器低噪声放大器(恢复)功率放大器(PAS)。

混合信号集成电路

关于这类IC没有多大说法,因为常见的混合信号设备只是将来自我们已经讨论的共模和数字设备的功能组合。

然而,我们需要提到的是构成混合信号电路基础的两种设备:数据转换器。这些设备使在模拟世界中使用数字处理成为可能,因为它们将数据从模拟领域转换为数字领域,反之亦然。一个模数转换器(ADC)接受连续变化的输入电压,并反复使用二进制数近似模拟电压;一个数模转换器(DAC)接受二进制数作为输入数据,并生成相应的模拟波形。

该曲线传达模拟信号与该信号的数字近似之间的差异。

结论

我们简要地看了一下模拟、数字和混合信号集成电路的世界。然而,我们仍然需要讨论一个更为重要的集成电路类别:那些帮助我们为电路供电的电路。Power ICs将是下一个教程的主题。