1、備用12和13節微電子技術與通信技術.txt30生命的美麗，永遠展現在她的進取之中；就像大樹的美麗，是展現在它負勢向上高聳入云的蓬勃生機中；像雄鷹的美麗，是展現在它搏風擊雨如蒼天之魂的翱翔中；像江河的美麗，是展現在它波濤洶涌一瀉千里的奔流中。本文由王小芳627貢獻ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT,或下載源文件到本機查看。第1.2和1.3節和節微電子技術與通信技術采用電采用-以計算機為基礎（computer_based）為基礎（以計算機為基礎computer_based）-以軟件為核心（software_centric）為核心（以軟件為核心電子信息技術現代信息技術的特點

2、：現代信息技術的特點：的特點子技術：-采用電（光）子技術：software_centric）?現代信息技術領域：現代信息技術領域：-微電子、通信、廣播、計算機、微電子、微電子通信、廣播、計算機、遙感遙測、自動控制、遙感遙測、自動控制、機器人等馬虎成1信息技術三大基礎技術信息技術三大基礎技術1.微電子技術微電子技術技術集成電路集成電路2.通信技術通信系統通信技術通信系統3.計算機技術計算機技術技術數字技術數字技術馬虎成2微電子技術微電子技術與集成電路微電子技術：微電子技術：集成電路為核心的微電子技術是在電子電以集成電路為核心的微電子技術是在電子電路和系統的超小型化微型化過程中逐漸形成和超小型化和

3、路和系統的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發展起來的。發展起來的。馬虎成3電子電路使用的基礎元件的演變:電子電路使用的基礎元件的演變:元件的演變真空電子管晶體管中小規模集成電路大規模超大規模集成電路馬虎成4電子電路使用的基礎元件的演變真空電子管在這個階段產生了廣播、在這個階段產生了廣播、電無線電通信、儀器儀表、視、無線電通信、儀器儀表、自動化技術和第一代第一代電子計算機動化技術和第一代電子計算機?晶體管1948年發明，再加上印制年發明，年發明電路組裝技術的使用，電路組裝技術的使用，使電子電路在小型化方面前進了一大步，路在小型化方面前進了一大步，產生了第二代第二代計算機產生了第二代計算機馬虎成5

4、電子電路使用的基礎元件的演變集成電路（Integrated?集成電路Circuit，簡稱：，簡稱IC）：這是20世紀年代出現這是世紀50年代出現，世紀年代出現，半導體單晶片作為材料作為材料，以半導體單晶片作為材料，經平面工藝加工制造，大量晶體管、面工藝加工制造，將大量晶體管、電阻等元器件及互連線構成的電電阻等元器件及互連線構成的電子線路集成在基片上，子線路集成在基片上，構成的一小規模集成電路微型化的電路或系統。個微型化的電路或系統。現代集成電路使用的半導體材料通常是硅體材料通常是硅（Si），也可以是，化合物半導體如砷化鎵如砷化鎵（GaAs）化合物半導體如砷化鎵等。集成電路的特點特點是體積小，集

5、成電路的特點是：體積小，重量輕，可靠性高。重量輕，可靠性高。超大規模集成電路馬虎成6集成電路的規模根據所包含的晶體管數目分為：根據所包含的晶體管數目分為：集成電路規模小規模集成電路（SSI）規模集成電路（）中規模集成電路（MSI）規模集成電路（）大規模集成電路（LSI）規模集成電路（）超大規模集成電路（超大規模集成電路（VLSI）規模集成電路）極大規模集成電路（極大規模集成電路（ULSI）規模集成電路）馬虎成集成度（個電子元件）集成度（個電子元件）V1001003000300010萬萬10萬100萬萬萬100萬萬7集成電路分類根據所用晶體管結構電路和工藝分為所用晶體管結構、分為：?根據所用晶體

6、管結構、電路和工藝分為：雙極型（雙極型（Bipolar）集成電路）金屬-氧化物-半導體（MOS）集成電路金屬-氧化物-半導體雙極金屬-氧化物-半導體集成電路集成電路（雙極金屬-氧化物-半導體集成電路（Bi-MOS）等等？根據集成電路的功能分為：根據集成電路的功能分為：集成電路的功能分為數字集成電路如邏輯電路、存儲器、微處理器、集成電路（如邏輯電路數字集成電路如邏輯電路、存儲器、微處理器、微控制器、數字信號處理器等）微控制器、數字信號處理器等模擬集成電路又稱為線性電路，如信號放大器、集成電路（又稱為線性電路模擬集成電路又稱為線性電路，如信號放大器、功率放大器等）功率放大器等?根據用途分為：根據用

7、途分為：用途分為通用集成電路通用集成電路專用集成電路集成電路（專用集成電路（ASIC）馬虎成8微電子技術與集成電路集成電路芯片是微電子技術的結晶，它們是集成電路芯片是微電子技術的結晶集成電路芯片是微電子技術的結晶，計算機的核心。計算機的核心。馬虎成9微電子技術與集成電路集成電路是現代信息產業和信息社會的基礎集成電路是現代信息產業和信息社會的是現代信息產業和信息社會的基礎?集成電路是改造和提升傳統產業的核心技術集成電路是改造和提升傳統產業的核心技術是改造和提升傳統產業的2000年世界半導體產值達年世界半導體產值達2000億美元億美元年世界半導體產值達電子信息產品市場總額超過1萬億美元電子信息產品

8、市場總額超過萬億美元?據預測：未來十年內世界半導體的年平均增長據預測：率將達15%以上，2010年全世界半導體的年以上，率將達以上年全世界半導體的年銷售額可達到60008000億美元，將支持億美元，銷售額可達到億美元將支持45萬億美元的電子裝備市場。萬億美元的電子裝備市場。馬虎成10集成電路的制造集成電路的制造：集成電路的制造：400多道工序多道工序硅平面工藝硅襯底晶圓剔除、分類剔除、芯片封裝集成電路成品測試成品馬虎成11集成電路的發展趨勢集成電路的工作速度集成電路的工作速度主要取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸晶體管的尺寸，主要取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸，晶體管的尺寸越小，其極限工作

9、頻率越高，晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快。芯片上電路元件的線電路的開關速度就越快。芯片上電路元件的線越細，條越細，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強，速度也越快。功能就越強，速度也越快。馬虎成12集成電路的發展趨勢提高集成度，關鍵在縮小門電路面積提高集成度，?集成電路特點：體積小、重量輕、可靠性高集成電路特點：體積小、重量輕、?Moore定律Moore定律單塊集成電路的集成度平均每18個月個月翻一單塊集成電路的集成度平均每24個月翻一番一一GordonE.Moore,1965年GordonE.Moore,1965年Intel公司創始人Intel公司創始

10、人馬虎成13集成電路的發展趨勢Intel公司年來微處理器集成度的發展公司30年來微處理器集成度的發展公司晶體管數Pentium4PentiumIII10,000,000100,000,000PentiumIIPentium1,000,000803868028680486100,000808680808008400410,0001,0001970197519801985馬虎成19901995200014小插曲讓我們先來簡單了解一下英特爾在微處理器的歷史。事實上，英特爾的第一款微處理器4004僅僅集成了2300個晶體管，而到今天，酷睿?2雙核處理器在143平方毫米的硅核尺寸上卻擁有了超過2.91億

11、個晶體管，平均每平方毫米近200萬個晶體管如果我們用一元硬幣來代表酷睿?2雙核處理器上的每個晶體管會是一個什么樣子？哈哈，告訴你，如果把硬幣一個一個疊起來，整個高度將達到457公里！如果把這些硬幣一個挨一個的平鋪開呢？知道嗎？這段距離可是比北京到拉薩（3100公里）的距離還要長。?假如我們用一粒米來代表酷睿?2雙核處理器里的晶體管呢？可以先做這樣一個假設，一碗米飯為45克，一粒米是0.03克，也就是說每碗米飯有1500粒米，那么，這個時候，代表著酷睿?2雙核處理器里的晶體管的這些米粒，就已經足夠供給薩摩亞群島上所有的17.7萬居民每人一碗米飯！馬虎成15集成電路技術的發展趨勢年度（年度（年）工

12、藝（m）工藝（卩m）晶體管（晶體管（M）時鐘頻率（時鐘頻率（GHz）面積（面積（mm2）連線層數晶圓直徑（mm晶圓直徑mm）mm引腳數目功耗（功耗（w）1999馬虎成16集成電路的發展趨勢目前集成電路生產的主流技術：目前集成電路生產的主流技術：12吋晶圓、0.18微米工藝，并正在向14吋晶圓、吋晶圓、微米工藝，14吋晶圓吋晶圓微米工藝并正在向14吋晶圓、09微米工藝過渡0.09微米工藝過渡IntelP4：已采用0.13卩m工藝制造生產已采用013卩m工藝制造生產卩m?AMD有采用0.13卩m工藝制造生產的CPUAMD有采用013卩m工藝制造生產的CPU卩m工藝制造生產的？1（卩m微米）=1/1

13、,000,000（米）卩m微米）=1/1,000,000（微米？美國半導體協會（SIA）預測，至U2010年將能達到美國半導體協會（SIA）預測，2010年將能達到（SIA）預測18吋晶圓和0.070.05微米的工藝吋晶圓和0.07微米的工藝。18吋晶圓和0.070.05微米的工藝。在未來十年時間里，集成電路的技術還將繼續遵循Moore年時間里，集成電路的技術還將繼續遵循Moore定律得到進一步的發展馬虎成17集成電路的發展趨勢光子計算機光能夠像電一樣來傳遞信息，光能夠像電一樣來傳遞信息，甚至效果更而且，好。而且，更重要的一個特點在于它不會和周圍環境發生相互干擾的作用。圍環境發生相互干擾的作用

14、。因為當電子計算機芯片越來越趨向于0.18卩m0.18卩m時機芯片越來越趨向于0.18卩m時，就會產生很多的問題，而光子計算機就可以避免。的問題，而光子計算機就可以避免。光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。它由激光器、信息存貯和處理的新型計算機。它由激光器、光學反射鏡、透鏡、光學反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件和設備構成，構成，靠激光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列進行信息處理，以光子代替電子，進行信息處理，以光子代替電子，光運算代替電運算。光的并行、高速，電運算。光的并行、高速，天然地決定了光子計算機的并行處理能力很

15、強，計算機的并行處理能力很強，具有超高運算速度。光子計算機還具有與人腦相似的容錯性，光子計算機還具有與人腦相似的容錯性，系統中某一元件損壞或出錯時，系統中某一元件損壞或出錯時，并不影響最終的計算結果。的計算結果。光子在光介質中傳輸所造成的信息畸變和失真極小，光傳輸、息畸變和失真極小，光傳輸、轉換時能量消耗和散發熱量極低，和散發熱量極低，對環境條件的要求比電子計算機低得多。算機低得多。馬虎成18集成電路的發展趨勢量子計算機這是運用量子力學來設計的，量子力學來設計的這是運用量子力學來設計的，它們的特點是其潛在的運算速度將更大于電子計算機。從理論上說，更大于電子計算機。從理論上說，它們的速度提高可以

16、說是沒有止境的，因為量子計算技術可以在同一時間內執行各種操作，時間內執行各種操作，同時有足夠的能力來完成現在電子計算機還很難完成的任務，難完成的任務，比如說完成密碼的破譯和語音的識別等等。因此，破譯和語音的識別等等。因此，歐洲已經成立了量子計算機研究所，洲已經成立了量子計算機研究所，現在估計，現在估計，量子計算機可能會在今后的十五年左右出現。后的十五年左右出現。馬虎成圖為一種可瞬間進行圖像數據計算的光電計算機19集成電路的發展趨勢分子計算機現在已經開發出來一種能夠由氮氣和二氯化碳來開動和關閉的分子計算機，關閉的分子計算機，這種超高速的微型計算機離現實已經很近了。近了。這種技術將會導致只需要利用

17、立體和光線就能夠產生新的、新的、甚至能夠思考的計算機來解決目前晶體管的物理局限，來解決目前晶體管的物理局限，使得未來的計算機的功能大大的增加，尺寸大大的縮小。的增加，尺寸大大的縮小。馬虎成20集成電路的發展趨勢生物計算機實際上就是隨著生物技術的發展，實際上就是隨著生物技術的發展，人們將模仿人的大腦制造一種用基因學的機制來開發的新一代計算機。基因學的機制來開發的新一代計算機大腦制造一種用基因學的機制來開發的新一代計算機。現在生物計算機的模型已經出來。現在生物計算機的模型已經出來。以色列的科學家制造了一個有可能會比單個活細胞還要小的計算機的模型。這么微小的計算機也可能將在我們的體內漫游，監這么微小

18、的計算機也可能將在我們的體內漫游，視我們的健康。視我們的健康。也許會糾正它所發現人體內哪個地方脂肪的堆積，現人體內哪個地方脂肪的堆積，幫助解決問題。助解決問題。其實每一個細胞實際上都是一個復雜的生物機件，上都是一個復雜的生物機件，一個系統。用這么一種仿生技術來制造系統。生物計算機。生物計算機。馬虎成21通信技術IT相關國際機構馬虎成22相關國際機構圖標馬虎成23通信技術入門通信的基本原理模擬通信與數字通信光纖通信無線通信移動通信馬虎成24通信技術入門概述通信技術入門概述馬虎成25現代通信現代通信：使用電波或光波雙向傳遞信息現代通信：的技術（的技術（電信telecommunication）?注意

19、：利用書、報、雜志、磁帶、光盤等傳遞信息均不屬于現代通信的范圍。馬虎成26通信的基本原理馬虎成27馬虎成28馬虎成29馬虎成30馬虎成31馬虎成32馬虎成33馬虎成34馬虎成353.多路復用多路復用為了提高線路利用率，為了提高線路利用率，總是設法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）或數字信號，這就是多路復用。或數字信號，這就是多路復用。?多路復用技術通常有：多路復用技術通常有通常有：頻分復用，時分復用，碼分復用，頻分復用，時分復用，碼分復用，波分復用終端終端終端終端多路復用器馬虎成信道終端終端多路復用器終端終端多路復用基本概念多路復用基

20、本概念頻分多路復用頻分多路復用將傳輸線路的頻帶分成部分將傳輸線路的頻帶分成N部分，每一個頻帶分成部分，部分均可作為一個獨立的傳輸信道使用。部分均可作為一個獨立的傳輸信道使用。這樣在一對傳輸線路上可有N對話路信息傳送對話路信息傳送，樣在一對傳輸線路上可有對話路信息傳送，而每一對話路所占用的只是其中的一個頻段。而每一對話路所占用的只是其中的一個頻段。頻分制通信又稱載波通信，頻分制通信又稱載波通信，它是模擬通載波通信信的主要手段。馬虎成37時分多路復用時分多路復用把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話時間分割路的信息。路的信息。把N個話路設備接到一條公共的通道個

21、話路設備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個設備分配一段使用通道的時間。當輪到某個設備時，用通道的時間。當輪到某個設備時，這個設備與通道接通，執行操作。與此同時，通道接通，執行操作。與此同時，其它設備與通道的聯系均被切斷。待指定的使用時間間隔一到，道的聯系均被切斷。待指定的使用時間間隔一到，則通過時分多路轉換開關把通道聯接到下一個要連接的設備上去。時分制通信也稱時間分割通信時間分割通信，連接的設備上去。時分制通信也稱時間分割通信，它是數字電話多路通信的主要方法，因而PCM它是數字電話多路通信的主要方法，因而（脈沖編碼調制通信常稱為時分多路通信。脈沖編碼調制）通信常稱為時分多路通信。脈

22、沖編碼調制通信常稱為時分多路通信馬虎成38碼分多路復用碼分多路復用用于無線移動通信。所有移動站點（用于無線移動通信。所有移動站點（例如手在整個頻段上進行傳輸，機）在整個頻段上進行傳輸，多路信號同時傳輸時采用不同的編碼原理加以區分。不同的編碼原理加以區分時采用不同的編碼原理加以區分。例如，每個站點有一個唯一的m例如，每個站點有一個唯一的m位代碼芯片序列），當需要發送比特1），當需要發送比特（芯片序列），當需要發送比特1時，站點發送其芯片序列；當需要發送比特0其芯片序列；當需要發送比特0時，站點發送其芯片序列的補碼。芯片序列的補碼。馬虎成39波分多路復用在單一光纖內同步傳輸多個不同波長的光在單一光

23、纖內同步傳輸多個不同波長的光不同波長波，使得數據傳輸速度和容量獲得倍增馬虎成40馬虎成41馬虎成42馬虎成43馬虎成44數字通信與模擬通信馬虎成馬虎成46馬虎成47馬虎成48馬虎成49馬虎成50馬虎成51馬虎成52馬虎成53光纖通信與無線通信馬虎成54馬虎成55馬虎成56馬虎成57馬虎成58馬虎成59馬虎成60馬虎成61馬虎成62馬虎成63馬虎成64馬虎成65馬虎成67馬虎成68馬虎成69馬虎成70馬虎成71馬虎成72馬虎成73馬虎成74馬虎成75馬虎成76馬虎成77馬虎成78無線通信系統?無線通信原理無線通信原理利用電磁波可以電磁波的種類與頻率范圍：電磁波的種類與頻率范圍：無線電波：無線電波

24、：104108(Hz)在空間自由傳播的特微波：微波：1081011(Hz)紅外線：10111014(Hz)性，通過調節電磁波紅外線：可見光：可見光：1014(Hz)的振幅、頻率或相位紫外線：10141016(Hz)紫外線：X射線：10161022(Hz)射線：實現遠距離傳輸信息。射線伽瑪射線:伽瑪射線10221024(Hz)馬虎成79馬虎成80馬虎成811.微波通信1.微波通信無線電波按頻率(或波長)可分成中波、無線電波按頻率(或波長)可分成中波、短按頻率超短波和微波。波、超短波和微波。微波：一種具有較高頻率300MHz300GHz)較高頻率(MHz微波：一種具有較高頻率(300MHz300G

25、Hz)的電磁波。波長很短，通常為1米至1毫米。的電磁波。波長很短，通常為1米至1毫米。微波通信是眾多無線通信形式中的一種。微波通信是眾多無線通信形式中的一種。馬虎成83微波通信方式地面微波接力通信通信衛星對流層不均勻體-衛星通信-對流層散射通信馬虎成84地面微波接力通信如終端站A，通過地面中繼，通過地面中繼，站C,D,E,F,，與另一終端站B進行通中繼站之間的距離大致與塔高平方成正比。信。中繼站之間的距離大致與塔高平方成正比。一般為50公里左右。一般為公里左右。公里左右經通信衛星（衛星通信地球站G經通信衛星（空中微波中繼站）進行通信。繼站）與另一地球站H進行通信。是微波接力通信向太空的延伸。力

26、通信向太空的延伸。終端站X發出的微波信號經對對流層散射通信終端站發出的微波信號經對流層散射傳到另一終端站丫進行通信散射傳到另一終端站進行通信。流層散射傳到另一終端站進行通信。馬虎成852.衛星通信2.衛星通信利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電人造地球衛星信號，實現兩或多個地球站之間的通信。信號，實現兩或多個地球站之間的通信。是微波接力通信技術與空間技術相結合的產物。產物。馬虎成86通信衛星工作原理從地面站1發出的無從地面站發出的無線電信號，線電信號，被衛星通信天線接收后，天線接收后，首先在通放大、信轉發器中進行放大信轉發器中進行放大、變頻和功率放大和功率放

27、大，變頻和功率放大，然后由衛星的通信天線把放大后的信號重新發向地面站2，從而實現兩個地面站，面站或多個地面站的遠距離通信。距離通信。馬虎成通信衛星地球地面站1地面站287馬虎成88馬虎成89同步軌道衛星（地球同步同步軌道衛星）赤道上方高度為36000公里的地方，公里的地方，衛星的運行周期與地球自轉一圈的周期相同，與地球自轉一圈的周期相同，因此在地面上看這種衛星好似靜止不動。三顆同步定點軌道衛星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，乎全部面積，可以進行二十四小時的全天候通信。小時的全天候通信。衛星天空中最多只能有180顆天空中最多只能有180顆只能有180地球同步通信衛星。地球同步通信衛星。馬虎成90衛星35800公里地球衛星中、低軌道衛星中低軌道衛星運行周期小于地球自轉一圈的周期因此相地球自轉一圈的周期，運行周期小于地球自轉一