2、数字集成电路的电气特性解析

数字集成电路的电气特性解析

1 数字集成电路基础概述

在数字电路领域，电压信号通常呈现为两个或多个离散的电平，这与模拟电路和系统中信号可在连续范围内取任意值形成鲜明对比。如今广泛应用的二进制数字系统里，信号以 0 和 1 的序列形式存在。将模拟信号数字化具有显著优势，它能够在存储、复制和多次传输过程中保持质量不变。

数字电路借助半导体电子器件以期望的方式处理或组合二进制信号，这些数字电路被称为逻辑门。在实际应用中，两个二进制值由两个不同的电压电平来表示。

数字集成电路是在一块硅片（或其他半导体晶体）上制造多个不同电子器件的产物。根据单个芯片上集成的门数量，集成度可分为以下几个等级：
| 集成级别 | 门/芯片数量 |
| — | — |
| 小规模集成（SSI） | 1 - 10 |
| 中规模集成（MSI） | 10 - 100 |
| 大规模集成（LSI） | 100 - 104 |
| 超大规模集成（VLSI） | >104 |

曾经有人提出“晶圆级集成”的概念，即使用整个硅晶圆制造单个集成电路。然而，由于硅晶圆尺寸不断增大，从 200mm 到 300mm，这个目标显得过于雄心勃勃。不过，现在实现“片上系统”设计已成为可能，即在单个硅芯片上构建整个计算机系统。与传统的在印刷电路板上连接多个集成电路的方法相比，这种方法在尺寸、成本和性能方面都具有明显优势。

理想情况下，逻辑门应能够处理无限数量的输入，以零时间延迟执行逻辑功能，完全不受其他门负载影响，并且消耗零功率。尽管目前尚未实现这一理想状态，但它为讨论实际逻辑门的特性提供了起点。

2 逻辑门的逻辑