信息与通信工程专业概论

信息与通信工程专业概论IntroductionofInformationandCommunicationEngineering2020/5/13信息与通信工程系2第二部分电子电路实现技术信息与通信工程专业概论2020/5/13信息与通信工程系3电子电路实现技术•通信系统的基本结构•电子技术的作用和任务•电子电路的基本原理和特点•数字电子技术与计算机•集成电路技术与微电子技术2020/5/13信息与通信工程系4终端终端传输媒介消息消息电信号电信号点对点通信系统通信系统的基本结构1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。*工作频率*信道带宽*信号功率(信噪比）2,消息与电信号之间的对应关系——编码与调制3,信息的获取与重现—实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠2020/5/13信息与通信工程系5通信系统的基本结构1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。*工作频率双绞线同轴电缆光缆无线信道＜50MHz＜300MHz＜10THz＜30GHz*信号带宽电话FMRadio电视E1300-3400Hz150KHz0-6MHz2Mbps*信号功率FMRadio电视GSM手机10mV（10dBm）58～68dBm-90~-103dBm,110lg(/1)110lg(/1)dBmSmWdBSWmm2020/5/13信息与通信工程系6通信系统的基本结构2,消息与电信号之间的对应关系——调制与编码调制的作用：基带信号转变为频道传输信号基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与信号波长可比较）。实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。编码的作用：用二进制信号描述信息信源编码:(1)模数转换（2）减少消息中的冗余度。信道编码:(1)差错控制（2）加密。2020/5/13信息与通信工程系7通信系统的基本结构3,信息的获取与重现—实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠声音-电信号-声音=电话、扩音机、音响装置；静态图像-电信号-静态图像=照相机、显示器；动态图像-电信号-动态图像=摄像机、电视机所有这些功能的实现都要靠——电子技术2020/5/13信息与通信工程系8电子电路实现技术•通信系统的基本结构•电子技术的作用和任务•电子电路的基本原理和特点•数字电子技术与计算机•集成电路技术与微电子技术2020/5/13信息与通信工程系9电子技术的作用和任务利用电子管、晶体管等电子器件对电信号进行加工和处理的技术。电子器件的特点：单向导电性(非线性特性）正向受控作用开关特性电子技术：2020/5/13信息与通信工程系10电子技术的作用和任务单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移RLuiuouiuott2020/5/13信息与通信工程系11电子技术的作用和任务单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移2020/5/13信息与通信工程系12电子技术的作用和任务单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移viii+Vi_ii+VccRb1Rb3Rb2Rb4Rb5Ra3Ra2Ra5Ra4vit2020/5/13信息与通信工程系13电子技术的作用和任务单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移111122()coscos323Sttt11111()()()122()()(coscos3)23ssigvtvtStgvtvttt其中出现了1+s分量→把s频谱搬移到1附近it111,22()220,ntnStelsewhere2020/5/13信息与通信工程系14电子技术的作用和任务正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生微弱信号放大=信号动态范围很小→晶体管特性线性化→微变等效电路指标•放大倍数•带宽•噪声系数RB+ECRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCuoiB2020/5/13信息与通信工程系15电子技术的作用和任务正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生功率放大=信号动态范围很大→晶体管工作在非线性区→采取电路措施合成波形ic1ic2vi-VEET1T2vo+VEERLiL2020/5/13信息与通信工程系16电子技术的作用和任务正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生信号发生=正反馈实现振荡→有源器件进行换能→回路决定振荡频率2020/5/13信息与通信工程系17电子技术的作用和任务开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大RETCREKCvBvBvCttRC较大时，短时间内充电电流基本不变2020/5/13信息与通信工程系18电子技术的作用和任务开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大直流（高）调宽降压直流（低）效率与脉冲沿斜率有关，亦与脉冲频率有关+Vi_+Vo_PC机中的稳压电源300V5VCPU频率越高，发热量越大2020/5/13信息与通信工程系19电子技术的作用和任务开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大PWM(PulseWidthModulation)—在开关工作方式下实现线性放大,效率达90%以上2020/5/13信息与通信工程系20电子电路实现技术与终端（硬件）有关的课程：电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机、DSP、嵌入式系统、微波电路。•通信系统的基本结构•电子技术的作用和任务•电子电路的基本原理和特点•数字电子技术与计算机•集成电路技术与微电子技术2020/5/13信息与通信工程系21电子电路的基本原理和特点晶体管的工作原理:载流子浓度扩散方程PN结势垒电压晶体二极管伏安特性/(1)DTvVDDSIIe窄基区结构基区复合集电结反偏vBE对iC有控制作用iB与iC成比例关系/(1)BETvVEESiIeCBCEOIII2020/5/13信息与通信工程系22电子电路的基本原理和特点晶体管的特点:输入特性：指数型的伏安特性正向受控特性：线性区内的放大特性饱和、截止特性：非线性开关特性温度特性：00()/10()()2,/TTSTSTTIIVkTq/(1)BETvVEESiIe2020/5/13信息与通信工程系23•通信系统的基本结构•电子技术的作用和任务•电子电路的基本原理和特点•数字电子技术与计算机•集成电路技术与微电子技术电子电路实现技术2020/5/13信息与通信工程系24数字电子技术与计算机数字信号的特点①时间上②取值上离散量化与逻辑事件对应、用布尔代数处理二进制逻辑门易于实现计算机=特殊的数字系统模拟信号数字信号采样定理2020/5/13信息与通信工程系25•通信系统的基本结构•电子技术的作用和任务•电子电路的基本原理和特点•数字电子技术与计算机•集成电路技术与微电子技术电子电路实现技术2020/5/13信息与通信工程系26集成电路技术与微电子技术IntegratedCircuit，(IC)将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，采用特定的工艺和连接手段，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在有多个引脚的外壳内，所得到的电子器件。2020/5/13信息与通信工程系27集成电路技术与微电子技术头发丝组织细胞2020/5/13信息与通信工程系28集成电路技术与微电子技术集成电路的内部电路CMOS与非门2020/5/13信息与通信工程系29FatherofthesemiconductorJackKilbydisplaysthepocketcalculatorinventionmadepossible.Hisenormouscontributionwasbelatedlyrecognisedin2000whenhewasawardedtheNobelPrizeforPhysics.集成电路技术与微电子技术TheFirstIntegratedCircuit.ThesizeofpenciltipJackKibly'ssolidcircuitwasfirstshowntothepressinMarch1959.2020/5/13信息与通信工程系30集成电路技术与微电子技术加工好的硅片2020/5/13信息与通信工程系31集成电路技术与微电子技术芯片的显微照片2020/5/13信息与通信工程系32集成电路技术与微电子技术奔腾一代CPU内部结构（BugCPU再利用做成纪念章）2020/5/13信息与通信工程系33集成电路技术与微电子技术集成电路的设计过程2020/5/13信息与通信工程系34集成电路技术与微电子技术集成电路的加工过程2020/5/13信息与通信工程系35集成电路技术与微电子技术晶圆氧化、沉积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层曝光刻蚀测试、封装不同的掩模版重复20～30次经20～30步工艺步骤2020/5/13信息与通信工程系36集成电路技术与微电子技术集成电路的剖面结构2020/5/13信息与通信工程系37集成电路技术与微电子技术集成电路的分类•器件结构类型•集成电路规模•使用的基片材料•电路形式•应用领域2020/5/13信息与通信工程系38集成电路技术与微电子技术•双极集成电路：主要由双极晶体管构成。*NPN型双极集成电路*PNP型双极集成电路•金属-氧化物-半导体（MOS)集成电路：主要由MOS晶体管（单极晶体管）构成*NMOS*PMOS*CMOS(互补MOS)速度高、驱动能力强，功耗较大、集成度较低•双极-MOS（BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路。综合了两种结构的优点，但制作工艺复杂。功耗低、集成度高，随着尺寸的缩小，速度也可以提高按器件结构类型分类2020/5/13信息与通信工程系39集成电路技术与微电子技术各种类型所占比例2020/5/13信息与通信工程系40集成电路技术与微电子技术小规模集成电路(SmallScaleIC,SSI)中规模集成电路(MediumScaleIC,MSI)大规模集成电路(LargeScaleIC,LSI)超大规模集成电路(VeryLargeScaleIC,VLSI)特大规模集成电路(UltraLargeScaleIC,ULSI)巨大规模集成电路(GiganticScaleIC,GSI)按集成电路规模分类2020/5/13信息与通信工程系41集成电路技术与微电子技术（按每块集成电路中所集成的元器件数目划分）2020/5/13信息与通信工程系42集成电路技术与微电子技术按电路功能分类数字集成电路(DigitalIC):以二进制方式进行数字计算和逻辑运算的集成电路，用于处理数字信号。模拟集成电路(AnalogIC):处理连续变化的模拟信号的集成电路。•线性集成电路：如运算放大器、电压跟随器等。•非线性集成电路：如比较器、振荡器、乘法器等。数模混合集成电路(Digital-AnalogIC):如模数转换器(A/D)、555电路等。2020/5/13信息与通信工程系43集成电路技术与微电子技术按应用方式分类通用集成电路：普遍适用于各种电子系统，具有某种通用的功能。如运放、三端稳压器、74系列TTL数字电路、4000系列CMOS数字电路等。专用集成电路（ASIC)：具有特殊用途的集成电路，用于特定的产品。半定制集成电路：基本结构确定，可由用户编程修改以适应不同的应用需求。如CPLD、FPGA等。片上系统（SOC):单芯片中集成模拟、数字、微处理器等电路，构成完整的应用系统2020/5/13信息与通信工程系44集成电路技术与微电子技术IC的应用开发方法通用集成电路：根据用途选择功能和性能能够满足要求的IC，与外围电路配合构成系统半定制集成电路：根据用途选择性能和容量能够满足要求的IC，用VHDL等硬件描述语言进行内部功能设计，构成应用系统。专用集成电路和片上系统：根据功能要求，利用CADENCE等设计工具软件，集成各种IP核，进行芯片级设计，经过各种仿真检验后流片、封装得到满足要求的IC。2020/5/13信息与通信工程系45集成电路技术与微电子技术1947.12.23——第一支晶体管1958——第一块集成电路1962——CMOS技术1