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20220718.学习记录

20220718.学习记录

文章目录

  • 20220718.学习记录
    • 上午
      • 数字IC方向保研专业课重点问答整理:
        • 半导体物理
        • 集成电路制造技术
        • 半导体器件原理:
        • 模拟电路
    • 下午
        • 计算机组成原理
        • 数字电路
        • 硬件描述语言和可编程逻辑设计
    • 晚上
        • 计算机组成原理
        • 数字电路
        • 硬件描述语言和可编程逻辑设计
        • 数字集成电路设计
    • 总结
        • 数字集成电路设计
    • 总结

上午

数字IC方向保研专业课重点问答整理:

半导体物理

  1. 迁移率与温度和杂质浓度的关系:
  • 迁移率与温度的关系
    • 低掺杂:迁移率随温度升高而降低(晶格振动散射为主)
    • 高掺杂:迁移率随温度升高而降低(低温时电离杂质散射为主,高温时晶格振动散射为主)
  • 迁移率与杂质浓度的关系
    • 当温度一定时,随着杂质浓度的增加,迁移率单调降低
  1. 电阻率与温度和杂质浓度的关系:

ρ = 1 n i q ( μ n μ p ) ρ = \frac{1}{n_iq(\mu_n \mu_p)} ρ=niq(μn μp)1​

  • 电阻率与杂质浓度的关系
    • 轻掺杂时:电阻率与杂质浓度的成简单反比的关系(常温下杂质全部电离,迁移率随杂质浓度变化不大)
    • 重掺杂时:曲线严重偏离直线(常温下杂质不能全部电离,在简并半导体中情况更加严重,迁移率随杂质浓度增加而显著下降)
  • 电阻率与温度的关系
    • 本征半导体电阻率随温度升高而单调减小
    • 杂质半导体:
      • 低温段:随温度增加而减小(本征激发可忽略,杂质电离随温度升高而增大,杂质浓度增大,电阻率减小;晶格振动散射可忽略,电离杂质散射随温度增加而增大,迁移率增大,电阻率减小)
      • 室温段:随温度增加而增大(杂质完全电离,本征激发和电离杂质散射是次要因素,晶格振动散射随温度增加使迁移率减小,电阻率增大)
      • 高温段:随温度增大而减小(杂质电离、电离杂质散射、晶格振动散射成次要因素,本征激发随温度升高而使杂质浓度增大,电阻率减小)

集成电路制造技术

  1. 溅射:是一种PVD技术,多元薄膜组份易控制台阶覆盖能力强,衬底附着性好(原理:等离子体轰击靶材,靶材原子获得能量从靶表面逸出,溅射原子淀积在表面)

半导体器件原理:

  1. PN结的形成:采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结(英语:PN junction)。
  2. PN结构成的器件:二极管、BJT

模拟电路

  1. 比较器与运放的区别:
  • 运放工作在闭环状态,比较器工作在开环状态,运放工作于线性区,比较器工作于非线性区
  • 比较器的翻转速度快,大约在 ns 数量级,而运放翻转速度一般为 us 数量级(特殊的高速运放除外)。
  • 运放可以接入负反馈电路,而比较器则不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,所以,如果接入负反馈,电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路,这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。
  • 运放输出级一般采用推挽电路,双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构,所以需要上拉电阻,单极性输出,容易和数字电路连接。

下午

计算机组成原理

数字电路

  1. 组合逻辑与时序逻辑:

如果数字电路满足任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,那么该数字电路为。相反,如果数字电路任意时刻的输出不仅取决于当前时刻的输入,而且还取决于数字电路原来的状态,那么该数字电路为

  • 输入输出关系:组合逻辑电路是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关。时序逻辑电路是不仅仅取决于当前的输入信号,而且还取决于电路原来的状态,或者说,还与以前的输入有关。
  • 有无存储(记忆)单元:组合逻辑电路没有存储记忆,时序逻辑电路却包含了存储记忆。
  • 结构特点:组合逻辑电路只是包含了电路,但是时序逻辑电路包含了组合逻辑电路+存储电路,输出状态必须反馈到组合电路的输入端,与输入信号共同决定组合逻辑的输出。
  1. 存器、触发器和寄存器:

锁存器:是一种对脉冲电平敏感(即电平触发)的存储单元电路。

  • 优点:面积小、锁存器比FF快,所以用在地址锁存是很合适的,不过一定要保证所有的latch信号源的质量,锁存器在CPU设计中很常见,正是由于它的应用使得CPU的速度比外部IO部件逻辑快许多。latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少,所以在asic中用的较多;
  • 缺点:时序分析较困难;
  • 不用锁存器的原因有二:1、锁存器容易产生毛刺,2、锁存器在ASIC设计中应该说比FF要简单,但是在FPGA的资源中,大部分器件没有锁存器这个东西,所以需要用一个逻辑门和FF来组成锁存器,这样就浪费了资源;

触发器:由交叉耦合门构成的双稳态器件。对脉冲边沿敏感,其状态只在时钟脉冲的上升沿或下降沿的瞬间改变 ;

寄存器:在实际的数字系统中,通常把能够用来存储一组二进制代码的同步时序逻辑电路称为寄存器.由于触发器内有记忆功能,因此利用触发器可以方便地构成寄存器。由于一个触发器能够存储一位二进制码,所以把n个触发器的时钟端口连接起来就能构成一个存储n位二进制码的寄存器。

  • 钟控D触发器其实就是D锁存器,边沿D触发器才是真正的D触发器,钟控D触发器在使能情况下输出随输入变化,边沿触发器只有在边沿跳变的情况下输出才变化。两个D锁存器可以构成一个D触发器,归根到底还是dff是边沿触发的,而latch是电平触发的。锁存器的输出对输入透明的,输入是什么,输出就是什么,这就是锁存器不稳定的原因,而触发器是由两个锁存器构成的一个主从触发器,输出对输入是不透明的,必须在时钟的上升/下降沿才会将输入体现到输出,所以能够消除输入的毛刺信号。
  1. 竞争和冒险:

竞争:输入经过不同途径传输后,到达电路某一会合点的时间有先有后,这种现象称为竞争。

冒险:由于竞争而使电路输出端产生尖峰脉冲的现象称为冒险。

  • 单个输入变量在过渡过程中产生的冒险成为
  • 两个或多个输入变量同时变化引起的冒险称为

竞争与冒险的判别:

  • 代数法:表达式在一定条件下可以化简成 F = A + A ‾ F=A+\overline A F=A+A或 F = A ⋅ A ‾ F=A\cdot {\overline A} F=A⋅A的形式
  • 卡诺图法:如果两卡诺圈相切,且相切处未被其他卡诺圈包围,则可能产生冒险现象。
  • 实验法:功能冒险难以用前两种方法判断,应做实验用示波器观察。

冒险现象的消除:

  • 加滤波电容:电容具有阻止(延缓)电平变化的功能
  • 加选通信号:使用选通信号可以避开毛刺可能产生的时间
  • 增加冗余逻辑

硬件描述语言与可编程逻辑设计

  1. 阻塞和非阻塞赋值:

阻塞赋值:在本语句中“右式计算”和“左式更新”完全完成之后,才开始执行下一条语句;

非阻塞赋值:当前语句的执行不会阻塞下一语句的执行。

过程赋值右边的表达式在赋值执行的时候算出。如果没有内部赋值延时,左边的寄存器由于阻塞性赋值将立即更新,而。如果有内部赋值延时,左边的寄存器只在发生内部赋值延时后更新。

晚上

计算机组成原理

  1. 移位

逻辑移位:移出去的位丢弃,空缺位(vacant bit)用 0 填充。

算术移位:移出去的位丢弃,空缺位(vacant bit)用“符号位”来填充,所以一般用在右移运算中。

  1. 总线的工作原理:
  2. 中断

数字电路

硬件描述语言与可编程逻辑设计

  1. Verilog语言的描述层次:

    Verilog语言共有五个层次,自上到下:系统级,行为级,RTL级,门级,晶体管级。

  2. FPGA的设计流程

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数字集成电路设计

总结

Verilog语言共有五个层次,自上到下:系统级,行为级,RTL级,门级,晶体管级。

  1. FPGA的设计流程

[外链图片转存中…(img-foYoeiPW-1658168202926)]

数字集成电路设计

总结

今日学习时长大概在八小时左右,效率有待提升。

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