電子工程師需要掌握的知識和技能

電子工程師需要掌握的知識和技能

愚以為，掌握了一下的硬件和軟件知識，基本上就可以成為一個合格的電子工程師：

第一部分：硬件知識

一、數(shù)字信號

1、TTL和帶緩沖的TTL信號

TTL（邏輯門電路）

全稱Transistor-TransistorLogic,即BJT-BJT邏輯門電路，是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一種邏

輯門電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT（BipolarJunctionTransistor即

雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點。最早的TTL門電路是74

系列，后來出現(xiàn)了74H系列，74L系列，74LS.74AS.74ALS等系列。但是由于TTL功耗

大等缺點，正逐漸被CMOS電路取代。

TTL電平信號：

TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，5V等價于邏輯“1”,0V等

價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制

的設(shè)備部各部分之間通信的標準技術(shù)。

TTL電平信號對于計算機處理器控制的設(shè)備部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控

制的設(shè)備部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與

集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的

設(shè)備部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。TTL型通信

大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適

合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，

這些問題對可靠性均有影響。

TTL輸出高電平＞2.4V,輸出低電平＜0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V,輸出低電

平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平＞=2.0V,輸入低電平＜=0.8V,噪聲容限

是0.4V。

TTL電路是電流控制器件，TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。

2、RS232和定義

RS232接口就是串口，電腦機箱后方的9芯插座，旁邊一般有"|0|0|"樣標識。

一般機箱有兩個，新機箱有可能只有一個。筆記本電腦有可能沒有。

有很多工業(yè)儀器將它作為標準通信端口。通信的容與格式一般附在儀器的用戶說明書中。

計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由

于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不

一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可

以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口(又稱EIARS-232-C)是目前最常用的一種

串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠

家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備

(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”該標準規(guī)定采用

一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號容加以規(guī)定，還對各種信號的電

平加以規(guī)定。

(1)接口的信號容實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終

端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號容見附表1所示

(2藤口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”,

-5--15V;邏輯“0”+5—+15Vo噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號

作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”

(3)接口的物理結(jié)構(gòu)RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插

頭在DCE端,插座在DTE端.一些設(shè)備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的

傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)“接收數(shù)據(jù)”和“信號地3所以采用DB-9的9芯

插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。

(4)傳輸電纜長度由RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)

為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼

元畸變10-20%的圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾

規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出附表2的實驗結(jié)果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為

DECP.NO.9107723有三對雙絞線，每對由22#AWG組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號電纜

為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。

1.RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會日人(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物

理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總

線標準設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，

對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。

RS-232-C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、

4800、9600.19200波特。RS-232-C標準規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通

信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距寓為15m;若每

米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳

送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以的通信。

3、RS485/422(平衡信號)

RS232、RS-422與RS485的定義

RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會

（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布，命名為日A-232-E,作為工業(yè)標準，以保

證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補RS-232之不足而

提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，

將傳輸速率提高到10Mb/s,傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時），并允許在

一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡

傳輸規(guī)，被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應(yīng)用圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)

上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線

上,同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模圍，后命名為

TIA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，

仍然習(xí)慣將上述標準以RS作前綴稱謂。

RS-232,RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電

纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用，許多廠家

都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家獨家使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄

像機的RS-422控制協(xié)議是有差異的，視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了，如Louth、Odetis

協(xié)議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。

二、RS-232串行接口標準

目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一

種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單

端通訊。

收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，如從DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器

時是2腳相對7腳（信號地）的電平。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)

據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5~+15V,負電平在-5~-15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，

線上為TTL,從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電

平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為

2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為

約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計

的，其驅(qū)動器負載為3~7kQo所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。

其有關(guān)電氣參數(shù)參見表1。

規(guī)定RS232RS422R485

工作方式單端差分差分

節(jié)點數(shù)1收1發(fā)1發(fā)10收1發(fā)32收

最大傳輸電纜長度50英尺400英尺400英尺

最大傳輸速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s

最大驅(qū)動輸出電壓+/-25V-0.25V-+6V-7V-+12V

驅(qū)動器輸出信號電平（負載最小值）負載+/-5V~+/-15V+/-2.0V+A1.5V

驅(qū)動器輸出信號電平（空載最大值）空載+/-25V+/-6V+/-6V

驅(qū)動器負載阻抗（Q）3K~7K10054

擺率（最大值）30V/psN/AN/A

接收器輸入電壓圍+/-15V-10V-+10V-7V-+12V

接收器輸入門限+/-3V+/-200mV+/-200mV

接收器輸入電阻（Q）3K~7K4K（最小）>12K

驅(qū)動器共模電壓-3V~+3V?1V~+3V?1V~+3V

接收器共模電壓?7V~+7V?7V~+12V-7V~+12V

三、RS-422與RS-485串行接口標準

1.平衡傳輸

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，

它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A,另一線定義為Bo

通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2~+6V,是一個邏輯狀態(tài)，負電平在

-2-6V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C,在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422

中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起

作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

接收器也作與發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當

在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯

電平。接收器接收平衡線上的電平圍通常在200mV至6V之間。

2.RS-422電氣規(guī)定

RS-422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”,它定義了接口電路的特性。實

際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更

強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主

設(shè)備（Master）,其余為從設(shè)備（Salve）,從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點對多

的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k,故發(fā)端最大負載能力是10x4k+100Q（終接電阻卜

RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任

何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）

實現(xiàn)。

RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/so其平

衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有

在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速

率僅為1Mb/So

RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可

不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。

RS-422有關(guān)電氣參數(shù)見表1

3.RS-485電氣規(guī)定

由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422

相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與

四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通

而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主（Master）

設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接

至432個設(shè)備。

RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之

間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k,RS-422是4k;

RS-485滿足所有RS-422的規(guī)，所以RS-485的驅(qū)動器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

RS-485有關(guān)電氣規(guī)定參見表1o

RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/so平

衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。

只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為

1Mb/s0

RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可

不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端

4、干接點信號

干接點的定義：無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個接點之間沒有極性，可以互換;

常見的干接點信號有：

1、各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；

2、各種按鍵；

3、各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報警傳感器、玻

璃破碎、振動、煙霧和凝結(jié)傳感器；

4、繼電器、干簧管的輸出；

有干接點就有濕接點。

濕接點的定義是：有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個接點之間有極性，不能反接;

常見的濕接點信號有：

1、如果把以上的干接點信號，接上電源，再跟電源的另外一極，作為輸出，就是濕接點信

號；工業(yè)控制上，常用的濕接點的電壓圍是DCO~30V，比較標準的是DC24V;AC110-

220V的輸出也可以是濕接點，盡管這樣做比較少；

2、把TTL電平輸出作為濕接點，也未嘗不可；一般情況下，TTL電平需要帶緩沖輸出的，

例如:7407、245、244等，與VCC等構(gòu)成回路；244、245也可以跟gnd構(gòu)成回路；才

能驅(qū)動遠方的光耦。

3、NPN三極管的集電極輸出和VCC;

4、達林頓管的集電極輸出和VCC;

5、紅外反射傳感器和對射傳感器的輸出；

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，采用干接點要遠遠多于濕接點，這是因為干接點沒有極性帶來的優(yōu)點：

1、隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度

2、處理干接點開關(guān)量數(shù)量多

3、連接干接點的導(dǎo)線即使長期短路既不會損壞本地的控制設(shè)備，也不會損壞遠方的設(shè)備

4、接入容易，接口容易統(tǒng)一

換種說法：

干接點：無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個接點之間沒有極性，可以互換；

濕接點：有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個接點之間有極性，不能反接

干接點是對濕接點而言，所謂濕接點，是一個開關(guān)加一個電源，閉合時有一定電壓，不用檢

測電路提供電流。干接點閉合時沒有電壓，電流靠檢測電路提供。

我們所說的干接點通常是指無源接點也就是接點不提供電源對于此接點來說電源是外供

的干接點和濕接點

干接點指的是純粹的開關(guān)，就像一個繼電器接點或手動的開關(guān)。兩個狀態(tài)是“通”和“斷

濕接點指的是串聯(lián)了電源的干接點。兩個狀態(tài)是“有電壓”和“高阻態(tài)

干接點和濕接點的定義、使用場合和調(diào)理方法

干接點好像是俗稱，但是，實際上，在工業(yè)控制領(lǐng)域中，已經(jīng)是一個標準的名詞了。

干接點的定義：

無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個接點之間沒有極性，可以互換；

常見的干接點信號有：

1、各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；

2、各種按鍵；

3、各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報警傳感器、玻

璃破碎、振動、煙霧和凝結(jié)傳感器；

4、繼電器、干簧管的輸出；

有干接點就有濕接點。濕接點的定義是:

有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個接點之間有極性，不能反接;

常見的濕接點信號有：

1、如果把以上的干接點信號，接上電源，再跟電源的另外一極，作為輸出，就是濕接點

信號；工業(yè)控制上，常用的濕接點的電壓圍是DCO~30V，比較標準的是DC24V;AC110~

220V的輸出也可以是濕接點，盡管這樣做比較少；

2、把TTL電平輸出作為濕接點，也未嘗不可；一般情況下，TTL電平需要帶緩沖輸出的，

例如:7407、245、244等，與VCC等構(gòu)成回路；244、245也可以跟gnd構(gòu)成回路；才

能驅(qū)動遠方的光耦。

3、NPN三極管的集電極輸出和VCC;

4、達林頓管的集電極輸出和VCC;

5、紅外反射傳感器和對射傳感器的輸出；

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，采用干接點要遠遠多于濕接點，這是因為干接點沒有極性帶來的優(yōu)點：

1、隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度

2、處理干接點開關(guān)量數(shù)量多

3、連接干接點的導(dǎo)線即使長期短路既不會損壞本地的控制設(shè)備，也不會損壞遠方的設(shè)備

4、接入容易，接口容易統(tǒng)一

干接點和濕接點的調(diào)理方法：

采用光耦的光電隔離。

干接點的接入光耦，順序如下：

VCC-》限流電阻-》光耦LED-》干接點1-》干接點2-》GND

也可以：

VCC-》干接點1-》干接點2-》限流電阻-》光耦LED-》GND

溫接點的接入光耦，順序如下：

濕接點1-》限流電阻-》光耦LED-》濕接點2

濕接點如果是DC電源，如果濕接點1和2反了，顯然打不開光耦;

濕接點如果是AC電源，可以相反；

舉一個研華的8路繼電器輸出及8路隔離數(shù)字量輸入卡PCI-1760的例子說明干接點和濕接

點已經(jīng)是標準的名詞了。"PCI-1760是一款PCI總線的繼電器輸出及隔離數(shù)字量輸出卡。

它有8路光隔離數(shù)字量輸入，在噪聲環(huán)境下為采集數(shù)字量輸入提供2500VDC的隔離保護；

它帶有8個繼電器，可以用作開關(guān)控制式小型電源斷路開關(guān)。2個可由用戶定義的隔離脈寬

調(diào)制PWM輸出。為了便于監(jiān)控，每個繼電器都配有一個紅色的LED指示燈，用來顯示器

開/關(guān)狀態(tài)。每個隔離輸入都同時支持干接點和濕接點信號，這樣到外部電路無電源時也能

對信號進行采集?！?/p>

參見下圖：

專業(yè)電子元?件交易網(wǎng)

注意：

1、PCI-1760上有一個DC/DC的模塊，模塊的輸出給干接點提供與PC隔離的電源；

2、采用跳線選擇干接點還是濕接點輸入；

二、模擬信號視頻

1、非平衡信號與平衡信號

模擬信號在傳輸過程中，如果被直接傳送就是非平衡信號，如果把信號反相，然后同時傳送

反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號，平衡信號送入差動放大器，原信號和反相位信號

相減，得到加強的原始信號，由于在傳送中，兩條線路受到的干擾差不多，在相減的過程中，

減掉了一樣的干擾信號，因此更加抗干擾。這種在平衡式信號線中抑制兩極導(dǎo)線中所共同有

的噪聲的現(xiàn)象便稱為共模抑制。所以平衡線路只需要在輸入輸出信號增加一個差動放大器就

可以實現(xiàn)。

三、芯片

1、封裝

集成電路芯片的封裝形式

自從美國Intel公司1971年設(shè)計制造出4位微處a理器芯片以來，在20多年時間，CPU

從lntel4004、80286、80386、80486發(fā)展到Pentium和Pentiumll,數(shù)位從4位、8位、

16位、32位發(fā)展到64位;主頻從幾兆到今天的400MHz以上，接近GHzjCPU芯片里集成

的晶體管數(shù)由2000個躍升到500萬個以上泮導(dǎo)體制造技術(shù)的規(guī)模由SSLMSI、LSI、VLSI

達到ULSIO封裝的輸入/輸出（I/O）引腳從幾十根，逐漸增加到幾百根，下世紀初可能達

2千根。這一切真是一個翻天覆地的變化。

對于CPU,讀者已經(jīng)很熟悉了，286、386、486、Pentium、PentiumII、Celeron、

K6、K6-2……相信您可以如數(shù)家珍似地列出一長串。但談到CPU和其他大規(guī)模集成電路

的封裝，知道的人未必很多。所謂封裝是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著

安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，而且還是溝通芯片部世界與外部電路

的橋梁—芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線

與其他器件建立連接。因此，封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著重要的作用。新一代

CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使用。

芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,

技術(shù)指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1,適用頻率越來越

高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方

便等等。

下面將對具體的封裝形式作詳細說明。

一、DIP封裝

70年代流行的是雙列直插封裝，簡稱DIP(DualIn-linePackage)。DIP封裝結(jié)構(gòu)具有以下

特點：

1.適合PCB的穿孔安裝；

2.比TO型封裝(圖1)易于對PCB布線；

3.操作方便。

DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有:多層陶瓷雙列直插式DIP,單層陶瓷雙列直插式DIP,引線框架式

DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結(jié)構(gòu)式，陶瓷低熔玻璃封裝式)，如圖2所示。

衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1

越好。以采用40根I/O引腳塑料包封雙列直插式封裝(PDIP)的CPU為例，其芯片面積/封

裝面積=3x3/15.24x50=1:86,離1相差很遠。不難看出，這種封裝尺寸遠比芯片大，說明

封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。

Intel公司這期間的CPU如8086、80286都采用PDIP封裝。

二、芯片載體封裝

80年代出現(xiàn)了芯片載體封裝，其中有陶瓷無引線芯片載體LCCC(LeadlessCeramicChip

Carrier),塑料有引線芯片載體PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)、小尺寸封裝SOP(Small

OutlinePackage)、塑料四邊引出扁平封裝PQFP(PlasticQuadFlatPackage),封裝結(jié)構(gòu)

形式如圖3、圖4和圖5所示。

以0.5mm焊區(qū)中心距，208根I/O引腳的QFP封裝的CPU為例，外形尺寸28><28mm,

芯片尺寸10x10mm,則芯片面積/封裝面積=10x10/28x28=1:7.8,由此可見QFP比DIP

的封裝尺寸大大減小。QFP的特點是：

1.適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線；

2.封裝外形尺寸小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用；

3.操作方便；

4.可靠性高。

在這期間，Intel公司的CPU,如Intel80386就采用塑料四邊引出扁平封裝PQFP。

三、BGA封裝

90年代隨著集成技術(shù)的進步、設(shè)備的改進和深亞微米技術(shù)的使用，LSI、VLSI、ULSI相繼

出現(xiàn)，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數(shù)急劇增加，功

耗也隨之增大。為滿足發(fā)展的需要，在原有封裝品種基礎(chǔ)上，又增添了新的品種——球柵陣

列封裝,簡稱BGA(BallGridArrayPackage)。如圖6所示。

BGA一出現(xiàn)便成為CPU、南北橋等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引腳封

裝的最佳選擇。其特點有：

1.1/0引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距遠大于QFP,從而提高了組裝成品率；

2.雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，簡稱C4焊接，從而可以改善它

的電熱性能:

3.厚度比QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上；

4.寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；

5.組裝可用共面焊接，可靠性高；

6.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大；

Intel公司對這種集成度很高(單芯片里達300萬只以上晶體管)，功耗很大的CPU芯片，如

Pentium,PentiumPro、PentiumII采用陶瓷針柵陣列封裝CPGA和陶瓷球柵陣列封裝

CBGA,并在外殼上安裝微型排風(fēng)扇散熱，從而達到電路的穩(wěn)定可靠工作。

四、面向未來的新的封裝技術(shù)

BGA封裝比QFP先進，更比PGA好，但它的芯片面積/封裝面積的比值仍很低。

Tessera公司在BGA基礎(chǔ)上做了改進，研制出另一種稱為pBGA的封裝技術(shù)，按0.5mm焊

區(qū)中心距，芯片面積/封裝面積的比為1:4,比BGA前進了一大步。

1994年9月日本三菱電氣研究出一種芯片面積/封裝面積=1:1.1的封裝結(jié)構(gòu)，其封裝外形尺

寸只比裸芯片大一點點。也就是說，單個IC芯片有多大，封裝尺寸就有多大，從而誕生了

一種新的封裝形式，命名為芯片尺寸封裝，簡稱CSP(ChipSizePackage或ChipScale

Package)0

CSP封裝具有以下特點：

1.滿足了LSI芯片引出腳不斷增加的需要；

2.解決了IC裸芯片不能進行交流參數(shù)測試和老化篩選的問題；

3.封裝面積縮小到BGA的1/4至1/10,延遲時間縮小到極短。

曾有人想，當單芯片一時還達不到多種芯片的集成度時，能否將高集成度、高性能、高可靠

的CSP芯片(用LSI或IC)和專用集成電路芯片(ASIC)在高密度多層互聯(lián)基板上用表面安裝

技術(shù)(SMT)組裝成為多種多樣電子組件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。由這種想法產(chǎn)生出多芯片組件

MCM(MultiChipModel)0它將對現(xiàn)代化的計算機、自動化、通訊業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

MCM的特點有：

1.封裝延遲時間縮小，易于實現(xiàn)組件高速化；

2.縮小整機/組件封裝尺寸和重量，一般體積減小1/4,重量減輕1/3;

3.可靠性大大提高。

隨著LSI設(shè)計技術(shù)和工藝的進步及深亞微米技術(shù)和微細化縮小芯片尺寸等技術(shù)的使用，人們

產(chǎn)生了將多個LSI芯片組裝在一個精密多層布線的外殼形成MCM產(chǎn)品的想法。進一步又產(chǎn)

生另一種想法:把多種芯片的電路集成在一個大圓片上，從而又導(dǎo)致了封裝由單個小芯片級

轉(zhuǎn)向硅圓片級(waferlevel)封裝的變革，由此引出系統(tǒng)級芯片SOC(SystemOnChip)和電腦

級芯片PCOC(PCOnChip)o

隨著CPU和其他ULSI電路的進步，集成電路的封裝形式也將有相應(yīng)的發(fā)展，而封裝形式

的進步又將反過來促成芯片技術(shù)向前發(fā)展。

芯片封裝形式

封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護芯片

及增強電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，

這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接。衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的

重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。

封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進程：

結(jié)構(gòu)方面:TO-＞DIP-＞LCC-＞QFP-＞BGA-＞CSP;

材料方面：金屬、陶瓷-＞陶瓷、塑料-＞塑料；

引腳形狀：長引線直插-＞短引線或無引線貼裝-＞球狀凸點；

裝配方式：通孔插裝-＞表面組裝-＞直接安裝。

DIP-DoubleIn-linePackage—雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，

封裝材料有塑料和陶瓷兩種。DIP是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用圍包括標準邏輯IC,存貯

器LSI,微機電路等。

PLCC-PlasticLeadedChipCarrier-PLCC封裝方式，外形呈正方形，32腳封裝，四周都

有管腳，外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安

裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點。

PQFP-PlasticQuadFlatPackage-PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般

大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。

SOP—SmallOutlinePackage--1968~1969年菲為浦公司就開發(fā)出小外形封裝（SOP卜以

后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝XTSOP（薄小外形封裝\VSOP（甚小外形封

裝XSSOP（縮小型SOPXTSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管XSOIC

（小外形集成電路）等。

2、7407

TTL集電極開路六正相驅(qū)動器

3、7404

TTL集電極開路六反相驅(qū)動器

4、7400

雙路輸入四與非門

5、74LS573

雙路輸入四與非門

6、ULN2003

7、74LS244

8、74LS240

9、74LS245

10、74LS138/238

11、CPLD（EPM7128）

12、1161

13、max691

14、max485/75176

15、mc1489

16、mc1488

17、ICL232/max232

18、89C51

四、分立器件

相對于微機型的成套電子設(shè)備而言的。

我國很多行業(yè)在90年代前使用的電子設(shè)備，包括控制、保護設(shè)備等大都是分立元件的。主

要是以電阻、電容、線圈乃至更老的晶體管器件所組成的。而目前這些設(shè)備的微機化改造已

經(jīng)基本完成了。是以集成芯片為主的，其精度和運行的可靠性大大增強了

1、封裝

2、電阻：功耗和容值

3、電容

1）獨石電容

2）瓷片電容

3）電解電容

【電容專題】什么是CBB電容，獨石電容，電解電容？

1、聚酯（滌綸）電容（CL）

電容量:40p-4u

額定電壓：63-630V

主要特點：小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差

應(yīng)用：對穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路

2、聚苯乙烯電容（CB）

電容量：10p-1u

額定電壓:100V-30KV

主要特點：穩(wěn)定，低損耗，體積較大

應(yīng)用：對穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路

3、聚丙烯電容（CBB）

電容量:1000p-10u

額定電壓：63-2000V

主要特點：性能與聚苯相似但體積小，穩(wěn)定性略差

應(yīng)用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路

4、云母電容（CY）

電容量：10p-0o1u

額定電壓:100V-7kV

主要特點：高穩(wěn)定性，高可靠性，溫度系數(shù)小

應(yīng)用：高頻振蕩，脈沖等要求較高的電路

5、高頻瓷介電容（CC）

電容量:1-6800p

額定電壓：63-500V

主要特點：高頻損耗小，穩(wěn)定性好

應(yīng)用：高頻電路

6、低頻瓷介電容（CT）

電容量：10p--4.7u

額定電壓：50V-100V

主要特點：體積小，價廉，損耗大，穩(wěn)定性差

應(yīng)用：要求不高的低頻電路

7、玻璃釉電容（CI）

電容量：10p--0.1u

額定電壓：63-400V

主要特點：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200度）

應(yīng)用：脈沖、耦合、旁路等電路

8、空氣介質(zhì)可變電容器

可變電容量:100-1500p

主要特點：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線式、直線波長式、直線頻率式及對數(shù)式等

應(yīng)用：電子儀器，廣播電視設(shè)備等

9、薄膜介質(zhì)可變電容器

可變電容量:15-550p

主要特點：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大

應(yīng)用：通訊，廣播接收機等

10、薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器

可變電容量：1-29p

主要特點：損耗較大，體積小

應(yīng)用：收錄機，電子儀器等電路作電路補償

11、陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器

可變電容量：0o3-22p

主要特點：損耗較小，體積較小

應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路

12、獨石電容

容量圍:0.5PF-1UF

耐壓：二倍額定電壓

主要特點：電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好,溫度系數(shù)很高

應(yīng)用圍：廣泛應(yīng)用于電子精密儀器,各種小型電子設(shè)備作諧振、耦合、濾波、旁路。

獨石又叫多層瓷介電容，分兩種類型,I型性能挺好，但容量小，一般小于0.2U,另一種叫

II型，容量大，但性能一般。

13、鋁電解電容

電容量:0.47-1OOOOu

額定電壓：6.3-450V

主要特點：體積小，容量大，損耗大，漏電大

應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等

14、鋁電解電容（CA）銀電解電容（CN）

電容量:0.1-1000U

額定電壓：6.3-125V

主要特點：損耗、漏電小于鋁電解電容

應(yīng)用：在要求高的電路中代替鋁電解電容

摘錄電解電容廠家的“鋁電解電容器適用指南”如下：

一.電路設(shè)計

(1)鋁電解電容分正負極，不得加反向電壓和交流電壓，對可能出現(xiàn)反向電壓的地方應(yīng)使

用無極性電容。

(2)對需要快速充放電的地方，不應(yīng)使用鋁電解電容器，應(yīng)選擇特別設(shè)計的具有較長壽命

的電容器。

(3)不應(yīng)使用過載電壓

(4)流電壓與紋波電壓疊加后的峰值電壓低于額定值。

(5)兩個以上電解電容串聯(lián)的時候要考慮使用平衡電阻器，使得各個電容上的電壓在其額

定的圍。

(6)設(shè)計電路板時，應(yīng)注意電容防爆閥上端不得有任何線路，，并應(yīng)留出2mm以上的空隙。

(7)電解也主要化學(xué)溶劑及電解紙為易燃物，且電解液導(dǎo)電。當電解液與pc板接觸時，

可能腐蝕pc板上的線路。，以致生煙或著火。因此在電解電容下面不應(yīng)有任何線路。

(8)設(shè)計線路板向背應(yīng)確認發(fā)熱元器件不靠近鋁電解電容或者電解電容的下面。

①鋁電解電容與鋰電解電容

鋁電解電容的容體比較大，串聯(lián)電阻較大，感抗較大，對溫度敏感。它適用于溫度變化不大、

工作頻率不高(不高于25kHz)的場合，可用于低頻濾波。鋁電解電容具有極性，安裝時

必須保證正確的極性，否則有爆炸的危險。與鋁電解電容相比，但電解電容在串聯(lián)電阻、感

抗、對溫度的穩(wěn)定性等方面都有明顯的優(yōu)勢。但是，它的工作電壓較低。

②紙介電容和聚酯薄膜電容

其容體比較小，串聯(lián)電阻小，感抗值較大。它適用于電容量不大、工作頻率不高（如1MHz

以下）的場合，可用于低頻濾波和旁路。使用管型紙介電容器或聚酯薄膜電容器時，可把其

外殼與參考地相連，以使其外殼能起到屏蔽的作用而減少電場耦合的影響。

③云母和陶瓷電容

其容體比很小，串聯(lián)電阻小，電感值小，頻率/容量特性穩(wěn)定。它適用于電容量小、工作頻

率高（頻率可達500MHz）的場合，用于高頻濾波、旁路、去耦。但這類電容承受瞬態(tài)高壓

脈沖能力較弱，因此不能將它隨便跨接在低阻電源線上，除非是特殊設(shè)計的。

④聚苯乙烯電容器

其串聯(lián)電阻小，電感值小，電容量相對時間、溫度、電壓很穩(wěn)定。它適用于要求頻率穩(wěn)定性

高的場合，可用于高頻濾波、旁路、去耦。

就溫漂而言，獨石為正溫系數(shù)+130左右,CBB為負溫系數(shù)-230,用適當比例并聯(lián)使用，可使溫

漂降到很小。

就價格而言，但，銀電容最貴，獨石,CBB較便宜，瓷片最低,但有種高頻零溫漂黑點瓷片稍貴.

云母電容Q值較高，價格也稍貴。

各種電容的優(yōu)缺點

名稱極性優(yōu)點缺點

無無感CBB電無2層聚丙乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然不適合做大容量，價格

容后捆綁而成。無感，高頻特性好，體積較小比較高，耐熱性能較差

瓷片電容無薄瓷片兩面渡金屬膜銀而成。體積小，耐易碎！容量低

壓高，價格低，頻率高（有一種是高頻電容）

CBB電容無2層聚乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后不適合做大容量，價格

捆綁而成。有感，高頻特性好比較高，耐熱性能較差

云母電容無云母片上鍍兩層金屬薄膜容易生產(chǎn)，技術(shù)體積大，容量小，（幾

含量低乎沒有用了）

獨石電容無體積比CBB更小。有感，高頻特性好不適合做大容量，價格

比較高，耐熱性能較差

電解電容有兩片鋁帶和兩層絕緣膜相互層疊，轉(zhuǎn)捆后浸高頻特性不好

泡在電解液（含酸性的合成溶液）中。容量

大

鋁電容有金屬鋁作為正極，在電解質(zhì)外噴上金屬作為造價高（一般用于關(guān)鍵

負極。穩(wěn)定性好，容量大，高頻特性好地方）

4、電感

在電路中，當電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感，

電感的定義是L=phi/i,單位是韋伯

電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。給一個線圈通入電流，線圈周圍就會

產(chǎn)生磁場，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場就越強，通過線圈的磁通量就

越大。實驗證明，通過線圈的磁通量和通入的電流是成正比的，它們的比值叫做自感系數(shù),

也叫做電感。如果通過線圈的磁通量用＜p表示，電流用I表示，電感用L表示，那么L=（p

/I

電感的單位是亨（H）,也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做單位。1H=1000mH,

1H=1000000uHo

電感只能對非穩(wěn)恒電流起作用，它的特點兩端電壓正比于通過他的電流的瞬時變化

率（導(dǎo)數(shù)），比例系數(shù)就是它的“自感'

電感起作用的原因是它在通過非穩(wěn)恒電流時產(chǎn)生變化的磁場，而這個磁場又會反過

來影響電流，所以，這么說來，任何一個導(dǎo)體，只要它通過非穩(wěn)恒電流，就會產(chǎn)生變化的磁

場，就會反過來影響電流，所以任何導(dǎo)體都會有自感現(xiàn)象產(chǎn)生

在主板上可以看到很多銅線纏繞的線圈，這個線圈就叫電感，電感主要分為磁心電

感和空心電感兩種，磁心電感電感量大常用在濾波電路，空心電感電感量較小，常用于高頻

電路。

電感的特性與電容的特性正好相反，它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的

特性。電感的特性是通直流、阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電

容一起工作，構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。另外，人們還利用電感的特性，制造了阻流

圈、變壓器、繼電器等。

【電感器的種類】

按照外形，電感器可分為空心電感器（空心線圈）與實心電感器（實心線圈）。按照工作性

質(zhì)，電感器可分為高頻電感器（各種天線線圈、振蕩線圈）和低頻電感器（各種扼流圈、濾波線

圈等）。按照封裝形式，電感器可分為普通電感器、色環(huán)電感器、環(huán)氧樹脂電感器、貼片電

感器等。按照電感量，電感器可分為固定電感器和可調(diào)電感器。

電感的作用：通直流，阻交流

通直流:所謂通直流就是指在直流電路中，電感的作用就相當于一根導(dǎo)線，不起任何作用.

阻交流:在交流電路中,電感會有阻抗，即XL,整個電路的電流會變小，對交流有一定的阻礙作

用

5、電源轉(zhuǎn)換模塊

交直流變化電壓變換

6、接線端子

7、LED發(fā)光管

8、8字（共陽和共陰）

9、三極管2N5551

硅NPN型小功率高頻三極管

10、蜂鳴器

五、單片機最小系統(tǒng)

1、單片機

2、看門狗和上電復(fù)位電路

3、晶振和瓷片電容/電阻

六、串行接口芯片

1、eeprom

記憶存儲器

2、串行I/O接口芯片

3、串行AD、DA

本文簡單介紹MAXIM公司生產(chǎn)的串行AD芯片MAX1241及串行DA芯片MAX539的接口

及編程，并簡要介紹SPI總線的使用方法。

關(guān)鍵詞：串行AD;串行DA;SPI總線

芯片介紹

MAX1241是低功耗,12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器洪有8個管腳，工作電壓為+2.7~+5.5V,連續(xù)

AD轉(zhuǎn)換時間為7.52,跟蹤時間為1.5即,片上自備時鐘及采樣保持電路。在芯片以73ksps

最大采樣速率工作時，消耗功率僅為37mw(Vdd=3V)。關(guān)閉模式也可以降低功耗，但這時傳輸

速率也會降低。

MAX1241需要一個外部參考電壓，參考電壓輸入圍一般為0~2.5V,MAX1241能接收的

電壓圍為0~2.5V,輸入電壓過大會燒掉芯片,一般不應(yīng)超過3V。

MAX1241具有一個3線連續(xù)接口，直接與微控制器的I/O口相連，并與SPI和

MICROWIRE接口相兼容。SPI接口是一種三線制接口,這三線分別是片選線CS,數(shù)據(jù)線

DOUT,時鐘信號線SCLK°SCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)位為先高后低依次出現(xiàn)。MAX1241

部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當把MAX1241的模式控制端SHDN置低時，芯片處于關(guān)閉模式或稱休眠模式，此時工作

電流低于15pA,置高后，它能在4|js從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)。如不使用，可以接高電平或懸

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