集成电路(芯片)应用广泛，种类繁多，型号复杂。只要有新的应用需求，就会产生新的芯片。要描述芯片家族的全貌，首先要对芯片进行分类。芯片的分类方法有很多种，如根据晶体管的工作状态、制造工艺、适用性、集成规模、功率大小、包装形式、应用环境、功能用途等进行分类。不同的关注点会导致不同的分类方法。 本文重点关注芯片中晶体管的工作状态和电信号的类型，将芯片家族大致分为四类：数字电路芯片、模拟电路芯片、数字模拟混合电路芯片和特殊电路芯片。 1、数字电路芯片数字电路芯片主要用于计算机和逻辑控制领域。其工作原理是通过晶体控制电流的开关来表达数据或信息的1和0，或逻辑判断的是和非，因此数字电路也称为开关电路或逻辑电路。数字电路主要由工作在开关状态下的晶体管组成。因此，数字电路的规模大小由其中的晶体管多少来分类。数字电路芯片主要包括以下7类。 1.逻辑电路(包括74系列、40系列、54系列、制造商兼容系列、非系列专用电路等。):逻辑电路芯片国际通用系列):以74系列为例，其功能型号超过97种，每种型号加上不同的输入输出、电源、功耗和速度，可以衍生出4倍以上的品种，共400多个品种。这么多系列加起来，逻辑电路芯片已经很复杂了。 然而，无论逻辑电路有多种，它基本上都是由门、门和非门电路组成的。因此，上述系列电路也称为组合逻辑电路。门电路用于判断几个输入条件同时存在，否则没有结果；或门电路用于判断几个输入条件有结果，没有结果；非门电路用于判断输入条件无结果，输入条件无结果。结合这些判断和处理，可以处理非常复杂的控制和操作问题。 理论上，大量的逻辑电路芯片可以实现所有复杂芯片的功能，如中央处理器(CPU)、微控制器(mcu)、片上系统(SoC)等等，更能实现电脑、交换机等复杂系统的功能。只是印刷电路板(PCB)将安装成千上万甚至更多的芯片。早期的电子产品是这样做的，但今天不需要这样做。由于芯片集成度很高，许多自成系统的逻辑电路可以集成在芯片内部，一个芯片可以实现非常复杂的功能，例如CPU，例如，一个完整的系统也可以实现，SoC。因此，今天没有人愿意使用大量的小芯片来实现大系统，因为系统体积大，可靠性差，成本高。 今天的逻辑电路芯片用量不大。就像盖房子一样，你可以用所有的砖或一些大部件来辅助少量的砖和瓷砖一样，砖和瓷砖的用量自然会减少。今天的逻辑电路芯片仅用于小型电子产品或大型系统通用大型芯片之间的连接电路。 2.通用处理器(CPU、GPU、DSP、APU等):通用处理器由海量逻辑电路组成，包括控制、存储、操作、输入和输出，形成完整的数据和信息处理系统。它是最大、最复杂的数字电路芯片。(按照通用处理器芯片上可以集成100多亿只晶体管计算，通用处理器大致包含了30多亿个与门、或门、非门电路)。因此，通用处理器被归类为大型集成电路。 根据摩尔定律，通用处理器芯片不断迭代，不断创新，形成多个产品系列。Intel和AMD的X86系列、IBM的PowerPC系列、MIPS的嵌入式CPU系列和ARM RISC系列等几十个系列。每个系列生产20~30多个芯片型号，每个型号的平均市场寿命约为2年。 大脑和中枢被称为电子产品和信息系统。中央处理器(CPU)协调和高效地管理、调度和控制电子产品和信息系统的组成部分；图像处理器(GPU)接受CPU管理，但可独立管理、调度和控制图像显示和图形处理；数字信号处理器(DSP)也接受CPU管理，但随着人工智能技术的快速发展，传统的数据和信息可以独立完成大量、批量、规则的快速操作和处理；CPU结构不能满足人工智能系统对信息存储、计算和推理的要求，新的处理器结构创新产品应运而生，百花齐放。这是人工智能处理器(APU)，代表产品如 IBM公司的 TrueNorth、高通公司的Zeroth、谷歌公司的TPU、微软公司的Brainwave、寒武纪公司Cambricon-1A、绥原科技的深思DTU等。 3.存储器(SRAM、DRAM、PROM、Flash等):存储器是用来存储数据和信息的芯片。可细分为静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM、LPDDRX)、可编程只读取存储器(PROM)、闪速存储器(Flash)嵌入式存储器(Embedded Memory)等。 SRAM存储电子产品中的数据，在通电过程中保持数据不变，断电后数据丢失；DRAM数据在通电过程中保持不变，断电后数据丢失；Flash数据在通电过程中保持不变，断电不丢失；PROM无论通电与否，一旦用特殊手段写入数据，都不会丢失。前两种称为易失性存储器，后两种称为非易失性存储器。这些存储器可以包装成独立的存储芯片或设计CPU、MCU、SoC也叫嵌入式存储器。 根据不同的用途，选择使用不同的存储器。例如，台式计算机断电后的数据通常保存在硬盘上，因此被广泛使用DRAM(DDR、LPDDRX等)，为了永久保持数据(如通讯录、照片、音视频等)，手机需要大量使用Flash芯片。 4.单片系统(SoC)：单片系统是将所有电子系统集成到芯片中。只要给SoC芯片加上电源和少量外部电路，可以实现电子产品或系统的完整功能。比如音视频播放器(MP4)汽车导航仪、手机等都可以用一个SoC芯片加少量外部元件实现。SoC芯片内部一般由CPU嵌入式存储器，核，I/O接口(按键，触摸，USB、WiFi……)等部分组成。SoC芯片是为医疗设备、汽车电子、抄表系统、智能手机、智能电视等特定应用领域设计的专用系统级芯片。SoC芯片。SoC芯片不像CPU芯片那样可以跨领域通用，只能在本应用领域内使用。 5.微控制器(MCU)：微控制器又称单板机或单片机，是简化版的通用处理器(CPU)。简化体现在处理字宽、处理器和指令架构、内存大小、时钟速度等几个方面。MCU一般用于简单的小型电子产品或系统，实现简单的控制和数据处理任务，但也可用于大型系统MCU完成复杂的控制任务。MCU芯片应用广泛，从阳台定时浇花器、电饭煲、冰箱等控制，到仪器、仪器、工业自动化生产线等控制，再到高铁、飞机等大型应用的系统控制。 以MCU或SOC芯片构建的电子系统又称嵌入式系统，MCU和SOC又称嵌入式微处理器。 MCU主要产品多达70种 多个系列，500多个品种。例如MCS-51系列、PIC系列、STM32系列、MSP430系列、TMS系列、AVR系列、STC系列等。仅MCS-根据一个机器周期，T分为几个规格，12系列T8051、8031、AT89C51、8032等；6T的芯片有STC89系列等；4T的芯片有80C320、W77E58等；1T的芯片有STC系列等。同时也有不同的厂家和品牌，芯片型号很多。 6.定制电路(ASIC) ：如果用户不想使用通用芯片，而是根据自己的应用要求定制芯片，则称为全定制芯片。第二代身份证芯片是典型的ASIC例子。一些整机制造商定制自己的产品ASIC，避免使用通用芯片，一是保护产品的技术细节和技巧，二是ASIC会更适合自己产品的需求，三是只要产品能量大，就能稀释ASIC定制成本高。 7.可编程逻辑器件(PLD) (包括PLD、PAL、GAL、FPGA等):前面的第1~6类芯片被称为固定逻辑电路芯片。它们从OEM生产出来后，功能就固定了，任何重大改变。若需改进升级，则需先修改设计，再交代工厂重新生产。修改和重新生产的成本很高，只有需求量大的芯片才能按照固定逻辑电路的模式开发。需要根据可编程逻辑器件的模式开发需求量小、可更新升级的芯片。 可编程逻辑器件(PLD)工厂生产后，其功能尚未确定。设计师需要根据需要编程芯片以显示所需的功能。还有一些类型PLD芯片也可以多次编程，非常适合通信设备、移动通信基站等需要改进和升级芯片功能的应用场合。 编程前，可编程逻辑器件属于一般芯片，制造商可以批量生产，以满足不同领域的应用需求。编程后，它成为一个特殊的芯片，只满足特定领域的特殊应用。PLD芯片又称半定制芯片。 现场可编程门阵列目前应用最广泛(FPGA)，它特别适用于需要不断改进和升级的要不断改进和升级的应用场合。广泛应用于通信、安全监控、自动控制、人工智能、军航天、芯片设计原型验证、算法和嵌入式系统开发等领域。 有人喜欢把ASIC和PLD因为ASIC和编程后的PLD都是专门定制的芯片。但它们它们有以下区别。一是前者由设计师和制造商定制，后者由自己的编程定制；二是前者生产加工后，芯片功能无法改变。编程后，芯片功能可以改进和升级。第三，前者生产定制成本高，需要产品数量，后者定制成本低，适合小批量产品。 模拟电路芯片模拟电路是指用于检测、传输、变换、处理、放大模拟信号的电路。除晶体管外，模拟电路中的元件还包括二极管、电阻、电容和电感。大多数晶体管不像数字电路那样在开关状态下工作，而是在线状态下工作。模拟电路芯片功能多，种类多，难以成为系列。与数字电路相比，模拟电路芯片的设计计，技术积累时间更长，对设计师的要求更高。因此，模拟电路芯片和系统的设计师的工资更高。 说明:芯片的内部结构图是在这部分芯片的例子中给出的，看似复杂，其实比数字芯片(比如CPU、GPU等）规模要小得多，数字芯片中的晶体管数量达到数百亿~，不能绘制晶体管级结构，只能绘制大功能模块。不要误认为模拟芯片比数字芯片结构更复杂。 1.分立器件和模块(二极管、三极管)MOSFET、IGBT等）：这些设备和模块也由集成电路平面工艺制成。虽然它们被包装成设备和模块，看起来不像普通芯片，但它们也属于集成电路的范畴。分立器件内部的元件数量很少，但在设计和制造过程中，对元件参数的控制非常讲究。与以功能为王的数字电路不同，所有模拟电路都以参数和性能为王。 2.电源电路：2000电源电路V50Hz作为各种电子产品和系统的电源，交流电转化为不同输出电压和电流的直流电。电源电路芯片种类繁多，以常用的开关电源芯片为例，芯片型号多达300种(其中DC/DC芯片160多种；AC/DC60多种芯片；30多种电源控制器芯片；50多种充电控制器芯片)。估计现有电源芯片型号不少于500种。 3.信号检测电路：用于检测微弱的电信号，经过滤波、放大等多种前端处理后，变成便于处理的大信号、或者数字信号。 4.滤波器：滤波器电路用于信号提取、变换或抗干扰。它是一种选频电路，可以通过信号中的特定频率组件，同时大大降低其他频率组件。因此，有低通道、带通道和高通道滤波器、无源和有源滤波器。滤波器芯片通常是有源滤波器。 5.转换电路：转换电路将电流信号转换为电压信号或电压信号转换为电流信号；或将直流信号转换为交流信号或交流信号转换为直流信号；或将直流电压转换成与之成正比的频率等。开关电源、稳压电路、电平转换、模拟-数字转换电路(ADC/DAC)等也是转换电路。ADC/DAC属于数模混合电路，故放在第三部分介绍。 6.信号发生器：信号发生电路用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波等。它主要包括各种函数信号发生器，特殊频率、波形和脉冲信号发生器等。根据应用需要，信号发生器产生的信号种类也在不断增加中。 7.放大器：放大电路用于对信号的电压、电流或功率进行放大。主要包括前置放大器、运算放大器和功率放大器(PA)等十多种放大器。而且根据信号频率高低，还可分为低频、中频、高频、射频等种类。而且,因应用场合不同，有不同的性能要求，会有不同种类的放大器名称。 三、数模混合电路1.模-数转换器(ADC、DAC)：模拟-数字转换器(ADC)和数字-模拟转换器(DAC)芯片是现实世界与数字世界的电路接口，没有这些芯片就没有今天的数字化世界。这类芯片从通道数量、转换位宽、转换速率、精度等方面，可以有许多细分品种，芯片型号非常多。 2.光电转换电路：光电转换芯片是实现光通信和光电系统不可或缺的芯片种类。包括光电耦合器件、光电探测器二极管、光敏三极管、光敏电阻器等。 3.基带电路：手机基带芯片主要由微处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块组成。它用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。目前，基带芯片只有高通、英特尔、三星、华为、联发科、展讯、中兴等少数公司可以设计生产。 4.调制解调器：调制解调芯片是实现调制、解调、或者二者兼而有之功能的芯片。调制是把变化着的基带信号转成对应变化着的载波的幅度(调幅)、或频率(调频)、或相位(调相)等模拟量。解调是把变化着的载波的幅度(调幅)、或频率(调频)、或相位(调相)等模拟量转成对应变化着的基带信号。调制解调芯片在无线电收发报机、无线广播电视、无线通信、宽带网络和光纤网络等方面广泛应用。 5.接口电路：接口电路是芯片内部件之间、芯片之间、芯片与外界之间、系统与系统之间的连接和转换的电路，它承担着系统的搭建任务，起着承上启下的重要作用。接口电路的细分种类非常多，非常繁杂。 6.传感器：传感器用来测量和感知现实世界中的各种物理量，例如磁力、运动、压力、温度、湿度、图像、声音等。传感器的细分种类非常多，一般是以器件而不是芯片的形式存在，即使有芯片也是封装在器件之内。 7.驱动器：驱动器芯片和器件的细分种类很多，从小到数码管、LCD和LED显驱动，中到电机驱动、半导体照明驱动，大到电力开关驱动、电动汽车和机车动力驱动，细分种类很杂，数量很多。 四、特种电路芯片1.抗辐射军工宇航级电路：宇航级芯片不但要在工作温度上超过军品级芯片(-55℃～125℃)，而且要有抗辐射等方面的要求。军工宇航级芯片一般采用陶瓷封装和带保护屏蔽壳的封装方式。这些芯片在功能、性能、温度、抗辐射、可靠性等方面都要有绝佳表现，由于垄断程度很高，需求数量又较少，据说有些芯片售价高达50万～500万元/片。 2.射频功率电路：人们不断追求无线通信速度和质量，对无线传输的射频功率电路芯片和器件提出了严苛的要求。而且这些芯片和器件属于模拟电路，可以说它们是芯片皇冠上的明珠，只有靠长期研发投入和技术积累才能摘取，没有其它捷径可走。 文章来源：网络，如有侵权请联系删除！