Интегральная и микропроцессорная схемотехника

Рабочая программа

курса «Интегральная и микропроцессорная схемотехника»

Введение. Роль интегральной электроники в развитии современной науки и техники. Этапы перехода от дискретных элементов к интегральным микросхемам. Успехи, достигнутые в области разработки полупроводниковых приборов и микросхемотехники. Проблемы повышения надежности микроэлектроники и снижения потребляемой мощности.

1. Электрические свойства полупроводниковых материалов. Твердотельные полупроводниковые материалы. Удельная проводимость. Элементарные и композиционные полупроводники. Строение кристаллической решетки полупроводников. Ковалентная связь. Зонные энергетические диаграммы полупроводников. Энергетические зоны. Разрешенные и запрещенные зоны. Зоны проводимости. Беспримесные (собственные) и примесные полупроводники. Насыщение и ионизация валентных связей. Генерация электронно-дырочной пары. Энергия ионизации примеси. Доноры и акцепторы, полупроводники - и - типа. Основные и неосновные носители заряда.

Тонкие пленки. Структура тонких пленок. Отличительные особенности свойств тонких пленок. Размерные эффекты в тонких пленках. Металлические и диэлектрические тонкие пленки. Изготовление и области применения тонких пленок. Нанесение тонких металлических пленок. Материалы, применяемые в качестве диэлектрических тонких пленок.

Физические свойства контактов. Контакты металл – полупроводник. Граница раздела. Потенциальные барьеры на границе. Контакты полупроводников с разными типами проводимости. Электронно-дырочный переход. Выпрямляющие свойства перехода.

2. Полупроводниковые приборы. Полупроводниковые диоды. Назначения, классификация и принцип действия. Выпрямительные диоды. Импульсные диоды, диоды СВЧ, туннельные диоды. Оптоэлектронные приборы – светоизлучающие и фотоприемные диоды. Оптоэлектронные пары.

3. Биполярные транзисторы. Устройство, принцип действия. Схемы включения. Статистические характеристики. Основные режимы работы и дифференциальные параметры. Усилительные и частотные свойства. Типы биполярных транзисторов. Униполярные транзисторы. Устройство, принцип действия. Структура униполярного транзистора с управляющими - переходами. Транзисторы со структурой металл – окисел – полупроводник (МОП). МОП – транзисторы с встроенным и индуцированным каналами. Интегральный вариант МОП – транзисторов. Режимы работы МОП – транзисторов. Основные параметры и характеристики. Схемы включения. Элементы цифровой техники. Простейшие логические элементы на МОП – транзисторах. Построение триггерных элементов на МОП – транзисторах. Конструкторско-технологические особенности построения интегральных схем (ИМС). Активные и пассивные элементы ИМС. Пленочные, полупроводниковые и гибридные ИМС. Методы изготовления ИМС. Резисторы, конденсаторы, диоды ИМС. Биполярные и униполярные транзисторы ИМС. Способы изоляции элементов ИМС. Классификация ИМС по конструкторско-технологическим признаком, по степени интеграции, по функциональному назначению и другим признаком. Маркировка ИМС.

4. Аналоговые ИМС. Назначение и особенности аналоговых ИМС. Операционные и многоцелевые усилители на аналоговых ИМС. Компараторы напряжения, ограничители, активные и пассивные фильтры, стабилизаторы напряжения и тока на аналоговых ИМС. Коммутаторы, модуляторы, формирователи, аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

5. Цифровые ИМС. Основные логические функции и системы счисления. Потенциальный и импульсный коды. Положительная и отрицательная логика. Операции логического отрицания, умножения и сложения, операция равнозначности. Схемы реализации основные логические функции. Базовые схемы диодно-транзисторной (ДТЛ), транзисторно-транзисторной (ТТЛ) и эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Базовые логические схемы на МОП – транзисторах. Схемы отрицательной и положительной логики на МОП – транзисторах, логическая схема на комплементарной паре МОП – транзисторов (КМОП).

6. Логические узлы комбинационного типа – шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, шинные формирователи. Логические узлы последовательного действия - триггеры, регистры, счетчики, распределители сигналов. Статические и динамические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).

7. Микропроцессоры, микропроцессорные системы и микроконтроллеры. Арифметическо-логические устройства. Классификация микропроцессоров. Операционный блок микропроцессора. Команды микропроцессора. Принцип работы микропроцессорной системы. Принцип работы микроконтроллера. Языки программирования.

Заключение.

Литература

1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. 2001.

2. Цифровая и вычислительная техника. 1991.

3. Цифровые интегральные микросхемы. 1994.

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 1983.

5. Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. 1989.

6. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. 1979.

7. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. 1990.

8. Мукашев К.М. Основы цифровой электроники. 2002.

9. Мукашев К.М., Шадинова К.С. Основы автоматики и микроэлектроники. 2003.

10. Джурунтьев Дж.З. Схемотехника. 2005.

11. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и МПС. 2000.