新編-信息與通信工程專業(yè)概論-精品課件

1、 信息與通信工程專業(yè)概論Introduction of Information and Communication Engineering7/19/20221信息與通信工程系第二部分電子電路實現(xiàn)技術信息與通信工程專業(yè)概論7/19/20222信息與通信工程系電子電路實現(xiàn)技術通信系統(tǒng)的基本結構電子技術的作用和任務電子電路的基本原理和特點數(shù)字電子技術與計算機集成電路技術與微電子技術7/19/20223信息與通信工程系終端終端傳輸媒介消息消息電信號電信號點對點通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的基本結構1,利用傳輸媒介的物理特性傳輸載有信息的信號。 * 工作頻率 * 信道帶寬 * 信號功率(信噪比）2,消息與電信號之間

2、的對應關系編碼與調制3,信息的獲取與重現(xiàn)實現(xiàn)技術手段：方便、快捷、低成本、高可靠7/19/20224信息與通信工程系通信系統(tǒng)的基本結構1,利用傳輸媒介的物理特性傳輸載有信息的信號。 * 工作頻率 雙絞線同軸電纜光纜無線信道50MHz300MHz10THz30GHz* 信號帶寬電話FM Radio電視E1300-3400Hz150KHz0-6MHz2Mbps*信號功率 FM Radio電視GSM手機10mV（10dBm）5868dBm-90-103dBm模擬帶寬數(shù)據(jù)帶寬7/19/20225信息與通信工程系通信系統(tǒng)的基本結構2,消息與電信號之間的對應關系調制與編碼調制的作用：基帶信號轉變?yōu)轭l道傳輸

3、信號基帶信號調制到發(fā)射頻帶，提高輻射效率（天線與信號波長可比較）。實現(xiàn)多路復用，多個基帶信號同時工作互不干擾。 編碼的作用：用二進制信號描述信息信源編碼: (1)模數(shù)轉換（2）減少消息中的冗余度。信道編碼: (1)差錯控制（2）加密。 7/19/20226信息與通信工程系通信系統(tǒng)的基本結構3,信息的獲取與重現(xiàn)實現(xiàn)技術手段：方便、快捷、低成本、高可靠聲音-電信號-聲音= 電話、擴音機、音響裝置 ；靜態(tài)圖像-電信號-靜態(tài)圖像=照相機、顯示器；動態(tài)圖像-電信號-動態(tài)圖像=攝像機、電視機所有這些功能的實現(xiàn)都要靠電子技術7/19/20227信息與通信工程系電子電路實現(xiàn)技術通信系統(tǒng)的基本結構電子技術的作用

4、和任務電子電路的基本原理和特點數(shù)字電子技術與計算機集成電路技術與微電子技術7/19/20228信息與通信工程系電子技術的作用和任務利用電子管、晶體管等電子器件對 電信號進行加工和處理的技術。電子器件的特點：單向導電性(非線性特性） 正向受控作用 開關特性電子技術：7/19/20229信息與通信工程系電子技術的作用和任務單向導電性：整流、檢波、非線性變換、頻譜搬移RLuiuouiuott7/19/202210信息與通信工程系電子技術的作用和任務單向導電性：整流、檢波、非線性變換、頻譜搬移7/19/202211信息與通信工程系電子技術的作用和任務單向導電性：整流、檢波、非線性變換、頻譜搬移viii

5、+Vi_ii+VccRb1Rb3Rb2Rb4Rb5Ra3Ra2Ra5Ra4vit7/19/202212信息與通信工程系電子技術的作用和任務單向導電性：整流、檢波、非線性變換、頻譜搬移其中出現(xiàn)了w1+ws分量把ws 頻譜搬移到w1附近it7/19/202213信息與通信工程系電子技術的作用和任務正向受控作用：小信號放大，功率放大，信號發(fā)生微弱信號放大=信號動態(tài)范圍很小晶體管特 性線性化微變等效電路指標放大倍數(shù)帶寬噪聲系數(shù)RB+ECRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCuoiB7/19/202214信息與通信工程系電子技術的作用和任務正向受控作用：小信號放大，功率放大，信號發(fā)生功率

6、放大=信號動態(tài)范圍很大晶體管工作在非線性區(qū)采取電路措施合成波形ic1ic2vi-VEET1T2vo+VEERLiL7/19/202215信息與通信工程系電子技術的作用和任務正向受控作用：小信號放大，功率放大，信號發(fā)生信號發(fā)生=正反饋實現(xiàn)振蕩有源器件進行換能 回路決定振蕩頻率7/19/202216信息與通信工程系電子技術的作用和任務開關特性：脈沖波形變換，逆變電源，高效放大RETCREKCvBvBvCttRC較大時，短時間內充電電流基本不變7/19/202217信息與通信工程系電子技術的作用和任務開關特性：脈沖波形變換，逆變電源，高效放大直流（高） 調寬降壓 直流（低）效率與脈沖沿斜率有關，亦與

7、脈沖頻率有關+Vi_+Vo_PC機中的穩(wěn)壓電源300V5VCPU頻率越高，發(fā)熱量越大7/19/202218信息與通信工程系電子技術的作用和任務開關特性：脈沖波形變換，逆變電源，高效放大PWM(Pulse Width Modulation)在開關工作方式下實現(xiàn)線性放大,效率達90%以上7/19/202219信息與通信工程系電子電路實現(xiàn)技術與終端（硬件）有關的課程：電路、模擬電子線路、數(shù)字邏輯電路、通信電子電路、微機、DSP、嵌入式系統(tǒng)、微波電路。通信系統(tǒng)的基本結構電子技術的作用和任務電子電路的基本原理和特點數(shù)字電子技術與計算機集成電路技術與微電子技術7/19/202220信息與通信工程系電子電路

8、的基本原理和特點晶體管的工作原理:載流子濃度擴散方程PN結勢壘電壓晶體二極管伏安特性窄基區(qū)結構基區(qū)復合集電結反偏vBE對iC有控制作用iB與iC成比例關系7/19/202221信息與通信工程系電子電路的基本原理和特點晶體管的特點:輸入特性：指數(shù)型的伏安特性正向受控特性：線性區(qū)內的放大特性飽和、截止特性：非線性開關特性溫度特性：7/19/202222信息與通信工程系通信系統(tǒng)的基本結構電子技術的作用和任務電子電路的基本原理和特點數(shù)字電子技術與計算機集成電路技術與微電子技術電子電路實現(xiàn)技術7/19/202223信息與通信工程系數(shù)字電子技術與計算機數(shù)字信號的特點時間上取值上離散量化與邏輯事件對應、用布

9、爾代數(shù)處理二進制邏輯門易于實現(xiàn)計算機=特殊的數(shù)字系統(tǒng)模擬信號 數(shù)字信號采樣定理7/19/202224信息與通信工程系通信系統(tǒng)的基本結構電子技術的作用和任務電子電路的基本原理和特點數(shù)字電子技術與計算機集成電路技術與微電子技術電子電路實現(xiàn)技術7/19/202225信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術Integrated Circuit，(IC) 將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，采用特定的工藝和連接手段，“集成”在一塊半導體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在有多個引腳的外殼內，所得到的電子器件。7/19/202226信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術頭發(fā)絲組織細胞7/19/

10、202227信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術集成電路的內部電路CMOS與非門7/19/202228信息與通信工程系Father of the semiconductor Jack Kilby displays the pocket calculator invention made possible. His enormous contribution was belatedly recognised in 2000 when he was awarded the Nobel Prize for Physics.集成電路技術與微電子技術The First Integrated Circ

11、uit. The size of pencil tip Jack Kiblys solid circuit was first shown to the press in March 1959.7/19/202229信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術加工好的硅片7/19/202230信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術芯片的顯微照片7/19/202231信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術奔騰一代CPU內部結構（Bug CPU再利用做成紀念章） 7/19/202232信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術集成電路的設計過程7/19/202233信息與通信工程系集成電路技術與微電

12、子技術集成電路的加工過程7/19/202234信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術晶圓氧化、沉積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層曝光刻蝕測試、封裝不同的掩模版 重復2030次經(jīng)2030步工藝步驟7/19/202235信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術集成電路的剖面結構7/19/202236信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術集成電路的分類 器件結構類型 集成電路規(guī)模 使用的基片材料 電路形式 應用領域7/19/202237信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術 雙極集成電路：主要由雙極晶體管構成。 * NPN型雙極集成電路 * PNP型雙極集成電路金屬-氧化物-半導體（MOS

13、)集成電路：主要由MOS晶體管（單極晶體管）構成* NMOS* PMOS* CMOS(互補MOS)速度高、驅動能力強，功耗較大、集成度較低雙極-MOS（BiMOS)集成電路：同時包括雙極和MOS晶體管的集成電路。綜合了兩種結構的優(yōu)點，但制作工藝復雜。功耗低、集成度高，隨著尺寸的縮小，速度也可以提高按器件結構類型分類7/19/202238信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術各種類型所占比例7/19/202239信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術小規(guī)模集成電路 (Small Scale IC,SSI)中規(guī)模集成電路 (Medium Scale IC,MSI)大規(guī)模集成電路 (Large

14、Scale IC,LSI)超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale IC,VLSI)特大規(guī)模集成電路 (Ultra Large Scale IC,ULSI)巨大規(guī)模集成電路 (Gigantic Scale IC,GSI)按集成電路規(guī)模分類7/19/202240信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術（按每塊集成電路中所集成的元器件數(shù)目劃分）7/19/202241信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術按電路功能分類數(shù)字集成電路 ( Digital IC ): 以二進制方式進行數(shù)字計算和邏輯運算的集成電路，用于處理數(shù)字信號。模擬集成電路 ( Analog IC ): 處理連續(xù)變化的模

15、擬信號的集成電路。線性集成電路：如運算放大器、電壓跟隨器等。非線性集成電路：如比較器、振蕩器、乘法器等。數(shù)?；旌霞呻娐?( Digital-Analog IC ): 如模數(shù)轉換器( A/D)、555電路等。7/19/202242信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術按應用方式分類通用集成電路：普遍適用于各種電子系統(tǒng)，具有某種通用的功能。如運放、三端穩(wěn)壓器、74系列TTL數(shù)字電路、4000系列CMOS數(shù)字電路等。專用集成電路（ASIC)：具有特殊用途的集成電路，用于特定的產品。半定制集成電路：基本結構確定，可由用戶編程修改以適應不同的應用需求。如CPLD、FPGA等。片上系統(tǒng)（SOC): 單

16、芯片中集成模擬、數(shù)字、微處理器等電路，構成完整的應用系統(tǒng)7/19/202243信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術IC的應用開發(fā)方法通用集成電路：根據(jù)用途選擇功能和性能能夠滿足要求的IC，與外圍電路配合構成系統(tǒng)半定制集成電路：根據(jù)用途選擇性能和容量能夠滿足要求的IC，用VHDL等硬件描述語言進行內部功能設計，構成應用系統(tǒng)。專用集成電路和片上系統(tǒng)：根據(jù)功能要求，利用CADENCE等設計工具軟件，集成各種IP核，進行芯片級設計，經(jīng)過各種仿真檢驗后流片、封裝得到滿足要求的IC。7/19/202244信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術1947.12.23第一支晶體管1958 第一塊集成電路1

17、962 CMOS技術1967 非揮發(fā)性存儲器1968 單晶體管DRAM1971 微處理器集成電路技術發(fā)展的幾個里程碑事件：摩爾定律：集成度每3年提高四倍，而加工特性尺寸縮小 倍。7/19/202245信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術與電子技術有關的課程電路電子技術基礎、通信電子電路、微波電路數(shù)字邏輯電路、微機原理與接口技術 DSP原理與應用VLSI設計基礎、CPLD與SOC技術電子電路設計訓練：7/19/202246信息與通信工程系集成電路技術與微電子技術信息工程學科與行業(yè)需要堅實的數(shù)學基礎與嚴密的科學思維系統(tǒng)的信號處理理論與信息系統(tǒng)知識豐富的電子系統(tǒng)設計知識與應用經(jīng)驗良好的計算機軟硬件