数字集成电路简介

数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成MSI电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成(ULSI)电路。

数字集成电路是基于数字逻辑(布尔代数)设计和运行的，用于处理数字信号的集成电路。根据集成电路的定义，也可以将数字集成电路定义为：将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成MSI电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路、特大规模集成(ULSI)电路和巨大规模集成电路(GSI，Giga Scale Integration)。小规模集成电路包含的门电路在10个以内，或元器件数不超过10个;中规模集成电路包含的门电路在10～100个之间，或元器件数在100～1000个之间;大规模集成电路包含的门电路在100个以上，或元器件数在1，000～10, 000个之间;超大规模集成电路包含的门电路在1万个以上，或元器件数在100，000～1，000，000之间;特大规模集成电路的门电路在10万个以上，或元器件数在1，000，000～10，000，000之间。随着微电子工艺的进步，集成电路的规模越来越大，简单地以集成元件数目来划分类型已经没有多大的意义了，目前暂时以“巨大规模集成电路”来统称集成规模超过1亿个元器件的集成电路。

数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。如表0—1所示为TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义。

可将数字逻辑电路分成组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅取决于当时的输入，而与电路以前的工作状态无关。最常用的组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、多路分配器、数值比较器、全加器、奇偶校验器等。在时序逻辑电路中，任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关。因此，时序逻辑电路必须有记忆功能，必含有存储单元电路。最常用的时序逻辑电路有寄存器、移位寄存器、计数器等。具体的组合逻辑电路和时序逻辑电路不胜枚举。由于它们的应用十分广泛，所以都有标准化、系列化的集成电路产品，通常把这些产品叫做通用集成电路。与此相对应地把那些为专门用途而设计制作的集成电路叫做专用集成电路(ASIC)。

数字电路的组成：组合逻辑+寄存器(触发器)。组合逻辑就是由基本门组成的函数，其输出只会跟当前的输入有关，在上面的例子中，第一个图就是组合逻辑，只完成逻辑运算;而时序电路除了包含基本门之外，还包含存储元件用例保存过去的信息，时序电路的稳态输出不仅取决于当前的输入，还与过去的输入所形成状态有关。第二个图就是时序电路，在完成逻辑运算的同时，还可以把处理结果暂存起来，用以下一次的运算。

从功能上来看，数字集成电路内部可以分为数据通路(Data-path，也称为数据路径)和控制逻辑两大部分。这两大部分都是由大量的时序逻辑电路集成的，而且绝大部分都是同步的时序电路，因为时序电路被多个触发器或寄存器分成若干节点，而这些触发器在时钟的控制下会按同样的节拍来工作，可以简化设计。在长期的设计过程中，已经积累了很多标准的通用单元，比如选择器(也叫多路器，可以从多个输入数据中选一个输出)、比较器(用于比较两个数的大小)、加法器、乘法器、移位寄存器等等，这些单元电路形状规则，便于集成(这也是数字电路在集成电路中得到更好的发展的原因)。这些单元按设计要求连接在一起，形成数据通路，待处理的数据从输入端经过这条通路到输出端，便得到处理后的结果。同时，还需要由专门设计的控制逻辑，控制数据通路的各组成部件，按各自的功能要求和特定的时序关系和来配合工作。

数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成TTL和MOS 两大系列。TTL 数字集成电路是利用电子和空穴两种载流子导电的，所以又叫做双极性电路。MOS 数字集成电路是只用一种载流子导电的电路，其中用电子导电的称为NMOS 电路;用空穴导电的称为PMOS 电路:如果是用NMOS 及PMOS 复合起来组成的电路，则称为CMOS 电路。CMOS 数字集成电路与TTL 数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而， CMOS 数字集成电路得到了广泛的应用。