انواع IC و کاربرد انها

مدار مجتمع یا آیسی Integrated circuit به مجموعهای از مدارات الکترونیکی گفته می شود که با استفاده از مواد نیمه رسانا در ابعادی کوچک ساخته میشوند. مدارات الکتریکی عموما شامل مقاومت، خازن، سلف و ترانزیستور می باشد. هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور میباشد که با استفاده از فناوری پیچیدهای در داخل لایه ای از ماده نیمه هادی ساخته می شوند.

آنچه در این مطلب میخوانید شامل:

• تعریف آیسی – مدار مجتمع
• کاربرد آیسی
• طرز ساخت آیسی
• تکنولوژی های آیسی
• حافظه ها
• انواع آیسیها
• آیسیهای دیجیتال
• فیلیپ فلاپ
• آیسیهای آنالوگ-دیجیتال
• میکرو کنترلر

تعریف مدارمجتمع

مدار مجتمع یا آیسی Integrated circuit به مجموعهای از مدارات الکترونیکی گفته می شود که با استفاده از مواد نیمه رسانا در ابعادی کوچک ساخته میشوند. مدارات الکتریکی عموما شامل مقاومت، خازن، سلف و ترانزیستور می باشد. هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور میباشد که با استفاده از فناوری پیچیدهای در داخل لایه ای از ماده نیمه هادی ساخته می شوند. امروزه تراشهها در اکثر دستگاههای الکترونیکی و به ویژه رایانهها در ابعادی گسترده بکار میروند. شرکت اینتل به عنوان مهمترین سازنده مدارات مجتمع در جهان شناخته شده است.

کاربرد آیسی

هر ic، وظایف خاصی را در مدار انجام میدهد. عموما هر ic چندین ورودی دارد که با پردازش این ورودی ها، مقادیر خروجی را تولید و در بخش خروجی خود قرار می دهند. بعضی از ریز تراشهها با سیگنالهای آنالوگ کار میکنند و بعضیهای دیگر با سیگنالهای دیجیتال کار میکنند .

واحد پردازنده مرکزی رایانه ها (CPU) یکی از مهم ترین مدارات ساخته شده به صورت مجتمع است که میلیاردها ترانزیستور را در سطح کوچکی از نیمه هادی جای داده است.

طرز ساخت آیسی

Ic ها را با تعبیه مدارهای الکترونیکی در لایهای نازک از سیلیسیم به اسم ویفر سیلیکون ، به صورت یک فرایند پیچیده و به صورت لایه لایه میسازند. تمامی مراحل ساخت ic در اتاق هایی موسوم به اتاق تمیز انجام می شود که از نظر سطح ناخالصی و طیف های نوری موجود در اتاق کاملا تحت کنترل است.

مواد مورد استفاد درساخت IC ها بسیار پیچیده هستند و حتی از ترکیب ماسه نیز درون آنها استفاده می شود.اگر طراحی یک پردازنده را کنار بگذاریم، بد نیست بدانید که تولید این مواد اولیه و به طور کلی تولید آنها، تنها در دست چند کشور محدود مانند آمریکا است.

تکنولوژی های آیسی

مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای دوقطبی BJT باشند را با نام TTL و مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای mosfet هستند را Cmos مینامند. ترکیب این دو تکنولوژی را با نام BiCmos میشناسند.

در ساخت ic ها، طراحان سعی میکنند تا حد امکان از ترانزیستوربه جای قطعات دیگر استفاده کنند. مثلاً بجای خازن از ترانزیستور در بایاس معکوس استفاده می کنند، و یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده میکنند. چون در حجمی که مقاومت میگیرد میتوان چند ترانزیستور کوچک جای داد و حجم نهایی مدار را کاهش داد. از طرفی برای ساخت سلف هم از مدارات ماسفت استفاده می شود.

حافظه ها

بعضی از آیسیها به گونهای ساخته می شوند که میتوانند حتی به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گیرند نمونهای از این ریز تراشه ها PROM نام دارد (حافظه قابل برنامهریزی فقط خواندنی )

همانگونه که از اسم این نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امکان تغییرات در آن وجود ندارد از این نوع آی سی برای مدارات اصلی کامپیوتر نیز استفاده میشود همان قسمت از حافظه که به آن ROM نیز میگویند.

انواع آیسیها

IC ها که دارای دسته بندی گوناگونی می باشند به سه دسته کلی دیجیتال ، آنالوگ و آنالوگ-دیجیتال تقسیم می شوند. از جمله این نوع قطعه می توان به میکروکنترلرها ، میکروپرسسورها ، پردازشگرها ، کانورتورها A-D , D-A , حافظه ها , FPGA , CPLD و دهها دسته دیگر نام برد.

آیسیهای دیجیتال

به مدارهای AND,OR,NOT؛ گیتهای منطقی میگویند. اگر این گیت ها توسط تکنولوژی های مدار مجتمع در حجم وسیعی بر روی یک تراشه ساخته شوند، به آن آیسی؛ آیسیِ دیجیتال می گویند.

فلیپ فلاپها

در الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ یک نوع مدارمجتمع دیجیتال است که می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند. یک فلیپ فلاپ می تواند شامل دو سیگنال ورودی، صفر یا یک در پایه ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی(clock) و یک خروجی(out put) و دو پایه set و reset می باشد.

آیسیهای آنالوگ-دیجیتال

میکروکنترلر

یک میکرو کنترلر، مدار مجتمع کوچکی است که از یک CPU کوچک و اجزای دیگری نظیر نوسان ساز کریستالی، تایمر، درگاههای ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال و حافظه تشکیل شدهاست.

میکروکنترلرها عموما برای کاربردهای کوچک طراحی میشوند، بنابراین برخلاف ریزپردازندهها در این جا مهمترین مسائل، سادگی و مصرف کم توان است.