信息与通信工程专业概论.pptx

2024/8/28 周三信息与通信工程系1第二部分电子电路实现技术信息与通信工程专业概论2024/8/28 周三信息与通信工程系2电子电路实现技术通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术2024/8/28 周三信息与通信工程系3终端终端终端终端传输媒介消息消息消息消息电信号电信号电信号电信号点对点通信系统点对点通信系统通信系统的基本结构1,1,利用传输媒介的物理特性传输载有信息的信号。*工作频率*信道带宽*信号功率(信噪比）2,消息与电信号之间的对应关系编码与调制3,信息的获取与重现实现技术手段：方便、快捷、低成本、高可靠2024/8/28 周三信息与通信工程系4通信系统的基本结构1,1,利用传输媒介的利用传输媒介的物理特性物理特性传输载有信息的信号。传输载有信息的信号。*工作频率工作频率 双绞线同轴电缆光缆无线信道50MHz300MHz10THz30GHz*信号带宽信号带宽电话FM Radio电视E1300-3400Hz150KHz0-6MHz2Mbps*信号功率信号功率 FM Radio电视GSM手机10mV（10dBm）5868dBm-90-103dBm模拟带宽模拟带宽数据带宽数据带宽2024/8/28 周三信息与通信工程系5通信系统的基本结构2,2,消息与电信号之间的对应关系消息与电信号之间的对应关系调制与编码调制与编码调制的作用：基带信号转变为频道传输信号h基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与信号波长可比较）。信号波长可比较）。h实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。编码的作用：用二进制信号描述信息h信源编码信源编码:(1)模数转换（模数转换（2）减少消息中的冗余度）减少消息中的冗余度。h信道编码信道编码:(1)差错控制（差错控制（2）加密。）加密。2024/8/28 周三信息与通信工程系6通信系统的基本结构3,3,信息的获取与重现信息的获取与重现实现技术手段：实现技术手段：方便方便、快捷快捷、低成本低成本、高可靠、高可靠声音-电信号-声音=电话、扩音机、音响装置；静态图像-电信号-静态图像=照相机、显示器；动态图像-电信号-动态图像=摄像机、电视机所有这些功能的实现都要靠所有这些功能的实现都要靠电子技术2024/8/28 周三信息与通信工程系7电子电路实现技术通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术2024/8/28 周三信息与通信工程系8电子技术的作用和任务利用电子管、晶体管等电子器件对 电信号进行加工和处理的技术。电子器件的特点电子器件的特点：单向导电性(非线性特性）正向受控作用 开关特性电子技术电子技术：2024/8/28 周三信息与通信工程系9电子技术的作用和任务单向导电性：单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移RLuiuouiuott2024/8/28 周三信息与通信工程系10电子技术的作用和任务单向导电性：单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移2024/8/28 周三信息与通信工程系11电子技术的作用和任务单向导电性：单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移v vi ii ii i+V Vi i_ _i ii i+Vcc+VccR Rb1b1R Rb3b3R Rb2b2R Rb4b4R Rb5b5R Ra3a3R Ra2a2R Ra5a5R Ra4a4v vi it t2024/8/28 周三信息与通信工程系12电子技术的作用和任务单向导电性：单向导电性：整流、检波、非线性变换、频谱搬移其中出现了w1+ws分量把ws 频谱搬移到w1附近it2024/8/28 周三信息与通信工程系13电子技术的作用和任务正向受控作用：正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生微弱信号放大=信号动态范围很小晶体管特 性线性化微变等效电路指标放大倍数带宽噪声系数RB+ECRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCuoiB2024/8/28 周三信息与通信工程系14电子技术的作用和任务正向受控作用：正向受控作用：小信号放大，功率放大，信号发生功率放大功率放大=信号动态范围很大晶体管工作在非线性区采取电路措施合成波形ic1ic2vi-VEET1T2vo+VEERLiL2024/8/28 周三信息与通信工程系15电子技术的作用和任务正向受控作用：正向受控作用：小信号放大，功率放大，小信号放大，功率放大，信号发生信号发生信号发生信号发生=正反馈实现振荡有源器件进行换能 回路决定振荡频率2024/8/28 周三信息与通信工程系16电子技术的作用和任务开关特性：开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大R RE ET TC CR RE EK KC Cv vB Bv vB Bv vC Ct tt tRC较大时，短时间内充电电流基本不变2024/8/28 周三信息与通信工程系17电子技术的作用和任务开关特性：开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大直流（高）调宽降压 直流（低）效率与脉冲沿斜率有关，亦与脉冲频率有关+V Vi i_ _+V Vo o_ _PCPC机机中的中的稳压稳压电源电源300V300V5V5VCPUCPU频率越高，发频率越高，发热量越大热量越大2024/8/28 周三信息与通信工程系18电子技术的作用和任务开关特性：开关特性：脉冲波形变换，逆变电源，高效放大PWM(Pulse Width Modulation)PWM(Pulse Width Modulation)在开关工作方式下实现线性放大,效率达90%以上2024/8/28 周三信息与通信工程系19电子电路实现技术与终端（硬件）有关的课程：与终端（硬件）有关的课程：与终端（硬件）有关的课程：与终端（硬件）有关的课程：电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机、电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机、DSPDSP、嵌入、嵌入式系统、微波电路。式系统、微波电路。通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术2024/8/28 周三信息与通信工程系20电子电路的基本原理和特点晶体管的工作原理晶体管的工作原理:载流子浓度扩散方程PN结势垒电压晶体二极管伏安特性窄基区结构基区复合集电结反偏vBE对iC有控制作用iB与iC成比例关系2024/8/28 周三信息与通信工程系21电子电路的基本原理和特点晶体管的特点晶体管的特点:输入特性：输入特性：指数型的伏安特性正向受控特性：正向受控特性：线性区内的放大特性饱和、截止特性：饱和、截止特性：非线性开关特性温度特性：温度特性：2024/8/28 周三信息与通信工程系22通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术电子电路实现技术2024/8/28 周三信息与通信工程系23数字电子技术与计算机数数字字信信号号的的特特点点时间上取值上离散量化与逻辑事件对应、用布尔代数处理二进制逻辑门易于实现计算机=特殊的数字系统模拟信号 数字信号采样定理采样定理2024/8/28 周三信息与通信工程系24通信系统的基本结构电子技术的作用和任务电子电路的基本原理和特点数字电子技术与计算机集成电路技术与微电子技术电子电路实现技术2024/8/28 周三信息与通信工程系25集成电路技术与微电子技术Integrated Circuit，(IC)将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，采用特定的工艺和连接手段，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在有多个引脚的外壳内，所得到的电子器件。2024/8/28 周三信息与通信工程系26集成电路技术与微电子技术头发丝头发丝组织组织细胞细胞2024/8/28 周三信息与通信工程系27集成电路技术与微电子技术集成电路的内部电路集成电路的内部电路CMOSCMOS与非门与非门2024/8/28 周三信息与通信工程系28Father of the semiconductor Jack Kilby displays the pocket calculator invention made possible.His enormous contribution was belatedly recognised in 2000 when he was awarded the Nobel Prize for Physics.集成电路技术与微电子技术The First Integrated Circuit.The size of pencil tip Jack Kiblys solid circuit was first shown to the press in March 1959.2024/8/28 周三信息与通信工程系29集成电路技术与微电子技术加加工工好好的的硅硅片片2024/8/28 周三信息与通信工程系30集成电路技术与微电子技术芯芯片片的的显显微微照照片片2024/8/28 周三信息与通信工程系31集成电路技术与微电子技术奔腾一代CPU内部结构（Bug CPU再利用做成纪念章）2024/8/28 周三信息与通信工程系32集成电路技术与微电子技术集集成成电电路路的的设设计计过过程程2024/8/28 周三信息与通信工程系33集成电路技术与微电子技术集集成成电电路路的的加加工工过过程程2024/8/28 周三信息与通信工程系34集成电路技术与微电子技术晶圆晶圆氧化、沉积、离子注入或蒸氧化、沉积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层发形成新的薄膜或膜层曝光曝光刻蚀刻蚀测试、封装测试、封装不不同同的的掩掩模模版版 重重复复2 20 0 3 30 0次次经经20203030步步工艺步骤工艺步骤2024/8/28 周三信息与通信工程系35集成电路技术与微电子技术集集成成电电路路的的剖剖面面结结构构2024/8/28 周三信息与通信工程系36集成电路技术与微电子技术集成电路的分类 器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域2024/8/28 周三信息与通信工程系37集成电路技术与微电子技术 双极集成电路：主要由双极晶体管构成。*NPN型双极集成电路 *PNP型双极集成电路金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS)MOS)集成电路：集成电路：主主要由要由MOSMOS晶体管（单极晶体管）构成晶体管（单极晶体管）构成*NMOS*PMOS*CMOS(互补MOS)速度高、驱动能力强，功耗较大、集成度较低双极双极-MOS-MOS（BiMOS)BiMOS)集成电路：集成电路：同时包括同时包括双极和双极和MOSMOS晶体管的集成电路。综合了两晶体管的集成电路。综合了两种结构的优点，但制作工艺复杂。种结构的优点，但制作工艺复杂。功耗低、集成度高，随着尺寸的缩小，速度也可以提高按按器器件件结结构构类类型型分分类类2024/8/28 周三信息与通信工程系38集成电路技术与微电子技术各各种种类类型型所所占占比比例例2024/8/28 周三信息与通信工程系39集成电路技术与微电子技术小规模集成电路 (Small Scale IC,SSI)(Small Scale IC,SSI)中规模集成电路 (Medium Scale IC,MSI)(Medium Scale IC,MSI)大规模集成电路 (Large Scale IC,LSI)(Large Scale IC,LSI)超大规模集成电路 (Very Large Scale IC,VLSI)(Very Large Scale IC,VLSI)特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC,ULSI)(Ultra Large Scale IC,ULSI)巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC,GSI)(Gigantic Scale IC,GSI)按集成电路规模分类按集成电路规模分类2024/8/28 周三信息与通信工程系40集成电路技术与微电子技术（按每块集成电路中所集成的元器件数目划分）（按每块集成电路中所集成的元器件数目划分）2024/8/28 周三信息与通信工程系41集成电路技术与微电子技术按按电电路路功功能能分分类类数字集成电路 (Digital IC):以二进制方式进行数字计算和逻辑运算的集成电路，用于处理数字信号。模拟集成电路(Analog IC):处理连续变化的模拟信号的集成电路。线性集成电路：如运算放大器、电压跟随器等。非线性集成电路：如比较器、振荡器、乘法器等。数模混合集成电路 (Digital-Analog IC):如模数转换器(A/D)、555电路等。2024/8/28 周三信息与通信工程系42集成电路技术与微电子技术按按应应用用方方式式分分类类通用集成电路：普遍适用于各种电子系统，具有某种通用的功能。如运放、三端稳压器、74系列TTL数字电路、4000系列CMOS数字电路等。专用集成电路（ASIC)：具有特殊用途的集成电路，用于特定的产品。半定制集成电路：基本结构确定，可由用户编程修改以适应不同的应用需求。如CPLD、FPGA等。片上系统（SOC):单芯片中集成模拟、数字、微处理器等电路，构成完整的应用系统2024/8/28 周三信息与通信工程系43集成电路技术与微电子技术IC的应用开发方法通用集成电路：根据用途选择功能和性能能够满足要求的IC，与外围电路配合构成系统半定制集成电路：根据用途选择性能和容量能够满足要求的IC，用VHDL等硬件描述语言进行内部功能设计，构成应用系统。专用集成电路和片上系统：根据功能要求，利用CADENCE等设计工具软件，集成各种IP核，进行芯片级设计，经过各种仿真检验后流片、封装得到满足要求的IC。2024/8/28 周三信息与通信工程系44集成电路技术与微电子技术1947.12.23第一支晶体管1958 第一块集成电路1962 CMOS技术1967 非挥发性存储器1968 单晶体管DRAM1971 微处理器集成电路技术发展的几个里程碑事件：摩尔定律：集成度每3年提高四倍，而加工特性尺寸缩小 倍。2024/8/28 周三信息与通信工程系45集成电路技术与微电子技术与电子技术有关的课程电路电子技术基础、通信电子电路、微波电路数字逻辑电路、微机原理与接口技术 DSP原理与应用VLSI设计基础、CPLD与SOC技术电子电路设计训练：2024/8/28 周三信息与通信工程系46集成电路技术与微电子技术信息工程学科与行业需要坚实的数学基础与严密的科学思维系统的信号处理理论与信息系统知识丰富的电子系统设计知识与应用经验良好的计算机软硬件知识与应用能力创新型科技人才+2024/8/28 周三信息与通信工程系47集成电路技术与微电子技术理论联系实际 注重能力培养严谨、科学、勤奋、踏实！2024/8/28 周三信息与通信工程系48通信频段划分及应用通信系统模型返回nRF信号的波段划分如下表：调制的作用：h基带信号调制到发射频带，提高辐射效率（天线与信号波长可比较）。h实现多路复用，多个基带信号同时工作互不干扰。返回返回2024/8/28 周三信息与通信工程系50通信系统的基本结构信号带宽信号带宽单脉冲单脉冲脉冲串脉冲串模拟带宽模拟带宽数据带宽数据带宽返回