Схемотехника - Коллектив авторов - Полупроводниковая электроника [2015, DjVu, RUS]

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1. Полупроводники, основные сведения и исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2. Исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.1. Полупроводниковые диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.2. Биполярные транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.3. Победное шествие кремния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.4. Другие полупроводниковые материалы и компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.5. Полевые транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.6. Интегральные полупроводниковые схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.7. Классификация полупроводниковых компонентов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3. Конструкция и принцип действия интегральных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.1. Биполярные интегральные микросхемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.2. Интегральные МОП&микросхемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4. Другие полупроводниковые приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4.1. Полупроводниковые приборы без специальной структуры . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4.2. Полупроводниковые диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.4.3. Транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.4. Другие интегральные полупроводниковые приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2. Диоды и транзисторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1. Высокочастотные диоды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2. Время жизни носителей заряда и последовательное
сопротивление ВЧ pin&диодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.1. Измерение электрических параметров pin&диодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3. Определение ёмкостей биполярных транзисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.1. Измерение ёмкостей CCB, CCE и CEB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.4. Определение параметров малосигнального ВЧ транзистора путём измерения трёх параметров . . . . .44
2.4.1. Измерение S&параметров транзисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4.2. Установка для измерения коэффициента шума транзистора . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.3. Установка для измерения коэффициента шума смесителя. . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.4. Измерение значения точки интермодуляции третьего порядка (IP3) . . . . . . 47
2.5. Биполярные ВЧ транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.5.1. SIEGET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.2. Применение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5.3. Кремний&германиевые транзисторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6. Кремниевые монолитные СВЧ интегральные схемы (MMIC) упрощают разработку .. . . . 53
2.6.1. Три схемы устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.2. Мобильные телефоны — не единственная область применения MMIC . . . 57
2.7. Стабилизация тока при помощи стабилизатора рабочей точки BCR 400 . . . . . . . . 57
2.7.1. Принцип действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.7.2. Зависимость от внешних факторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3. Силовые полупроводниковые приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1. Классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.1. Классификация силовых полупроводниковых приборов по их параметрам 62
3.2. Разработка продукции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.1. Различия процессов разработки продукции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3. Группы продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4. Технология изготовления полупроводниковых пластин (начальный этап проекта) . . . . . . . . 66
3.4.1. Базовые технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.2. Силовые MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.3. Интеллектуальные МОП&транзисторы (SmartFET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.4.4. Интеллектуальные силовые ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.4.5. Перспективы и тенденции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5. Технологии корпусирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.5.1. Классификация корпусов полупроводниковых приборов . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.5.2. Статические характеристики корпусов силовых приборов . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.3. Динамические характеристики мощных корпусов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.4. Анализ тепловых процессов в корпусах полупроводниковых приборов методом конечных элементов . . . . 85
3.5.5. Спецификация на тепловые характеристики и тип корпуса . . . . . . . . . . . . . . 89
3.5.6. Специальные параметры корпусов силовых полупроводниковых приборов для автомобильной электроники . . . . . 89
3.5.7. Многокристальные корпуса и тенденции развития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.6. Мощные приборы для автомобильной электроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.6.1. MOSFET и IGBT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.6.2. Транзисторы SmartFET и SmartIGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.6.3. Многоканальные ключи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.6.4. Мостовые схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.6.5. Микросхемы источников питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.6.6. Трансиверы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.6.7. ИС интеллектуальных систем питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.6.8. Тенденции развития автомобильной электроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.7. Источники питания и устройства электропривода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.7.1. Типы импульсных источников питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.7.2. Основные типы импульсных источников питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.7.3. Критерий выбора импульсного источника питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.7.4. ИС для импульсных источников питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.7.5. Коэффициент мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.7.6. Электроприводы — регулирование скорости вращения и силовая электроника . . . . . 147
3.7.7. Низковольтные силовые транзисторы OptiMOS™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.7.8. Высоковольтные транзисторы CoolMOS™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
3.7.9. Карбид кремния — основа мощных приборов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.7.10. Высоковольтные мощные IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4. Оптоэлектронные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.1. Физика оптического излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.1.1. Основы и терминология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.1.2. Фотодиоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
4.1.3. Кремниевые фотодиоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4.1.4. Фототранзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4.1.5. Светоизлучающие диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
4.2. Полупроводниковые лазеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.2.1. Основы функционирования полупроводникового лазера. . . . . . . . . . . . . . . 185
4.2.2. Структура полоскового лазера с оксидной изоляцией . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
4.2.3. Лазерные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4.2.4. Другие применения полупроводниковых лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.3. Оптроны и твердотельные реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
4.4. Оптические волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.4.1. Оптические волокна как среда для передачи информации. . . . . . . . . . . . . . 193
4.4.2. Передающие и приёмные модули для оптоволоконных применений. . . . . 194
4.4.3. Ретрансляторы для волоконно&оптических применений . . . . . . . . . . . . . . . 197
4.4.4. Подсоединение к стеклянным волокнам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
4.4.5. Оптические разъёмы для пластиковых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.4.6. Типичные применения пластиковых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.4.7. Использование технологий оптической передачи данных по пластиковым волокнам в транспортных средствах . . . 200
4.5. IrDA — передача данных с использованием инфракрасного излучения . . . . . . . . 204
4.5.1. IrDA — один стандарт для всех приборов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4.5.2. Полный IrDA&стандарт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
5. Датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.1. Общий обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.2. Датчики магнитного поля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.2.1. Дискретные датчики Холла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.2.2. Интегральные датчики Холла с заказными ИС (ASIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
5.2.3. Датчики на основе гигантского магниторезистивного эффекта (GMR). . . 213
5.3. Датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
5.3.1. Микромеханика поверхности, датчики давления с цифровым выходом (KP 100) . . . . . . 219
5.3.2. Датчик давления с аналоговым выходом (KP 120) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
5.3.3. Пьезорезистивный датчик давления в SMD&корпусе (KP 200) . . . . . . . . . . 223
5.4. Датчики температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
6. Память . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.1. Типы запоминающих устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.1.1. Механическая память. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.1.2. Магнитные устройства хранения данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.1.3. Оптические устройства хранения данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.1.4. Полупроводниковые устройства хранения данных (микросхемы памяти) 227
6.2. Принцип работы и область применения DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
6.2.1. Чем SRAM отличается от DRAM? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
6.2.2. Виды памяти DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
6.2.3. Спецификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.2.4. Механическая конструкция микросхем памяти DRAM . . . . . . . . . . . . . . 230
6.2.5. Описание работы DRAM на примере SDR SDRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
6.2.6. Технология производства микросхем DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
6.2.7. Внутренняя структура и принципы работы DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
6.2.8. Разработка и производство микросхем DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
6.2.9. Контроль качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6.3. Совершенствование микросхем DRAM с точки зрения их быстродействия. . . . . 251
6.3.1. EDO DRAM с повышенной скоростью доступа к памяти. . . . . . . . . . . . . . . 251
6.3.2. Синхронная DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
6.3.3. Микросхемы памяти с удвоенной скоростью передачи данных. . . . . . . . . . 253
6.3.4. Стандартизированные модули памяти для ПК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2536
7. Микроконтроллеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.2. Восьмибитные микроконтроллеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.2.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.2.2. Организация памяти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.2.3. Область регистров специальных функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
7.2.4. Архитектура ЦПУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
7.2.5. Основные принципы обработки прерываний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
7.2.6. Структура портов ввода/вывода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.2.7. Тактовые сигналы ЦПУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
7.2.8. Обращение к внешней памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.2.9. Обзор команд микроконтроллера C500. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
7.2.10. Функциональные схемы микроконтроллеров семейства С500 . . . . . . . . . . 274
7.3. Шестнадцатибитные микроконтроллеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
7.3.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
7.3.2. Состав семейства 16&битных микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
7.3.3. Обзор архитектуры микроконтроллеров семейства С166 . . . . . . . . . . . . . . . 280
7.3.4. Организация памяти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
7.3.5. Основные концепции построения ЦПУ и средства их оптимизации . . . . . 280
7.3.6. Встроенные ресурсы микроконтроллера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
7.3.7. Интерфейс внешней шины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
7.3.8. Встроенные периферийные модули . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
7.3.9. Характеристики системы управления электропитанием . . . . . . . . . . . . . . . . 296
7.3.10. Особенности микроконтроллеров семейства XC166. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
7.3.11. Система команд микроконтроллеров семейства C166 . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
7.3.12. Функциональные схемы 16&битных микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . 299
7.4. Архитектура 32&битных микроконтроллеров TriCore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
7.4.1. Отличительные особенности архитектуры TriCore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
7.4.2. Регистры состояния программы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
7.4.3. Типы данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
7.4.4. Режимы адресации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
7.4.5. Форматы команд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
7.4.6. Задачи и контекст . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
7.4.7. Система обработки прерываний. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
7.4.8. Система обработки ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
7.4.9. Система защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
7.4.10. Сброс системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
7.4.11. Система отладки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
7.4.12. Модель программирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
7.4.13. Организация памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
7.4.14. Режимы адресации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
7.4.15. Регистры процессорного ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
7.4.16. Регистры общего назначения (GPR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
7.4.17. Функциональные схемы 32&битных микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . 323
8. Смарткарты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.1. Обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.2. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.3. Состояние рынка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.3.1. Структура рынка микросхем для смарт&карт в зависимости от области применения .. . . . . . 327
8.3.2. Требования рынка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.4. Области применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.4.1. Цифровая подпись — подпись будущего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.4.2. Электронная торговля в сети Интернет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8.4.3. Банковское обслуживание на дому . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8.5. Сеть деловых взаимоотношений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
8.6. Продукция. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
8.6.1. «Чип на карте» — современное положение дел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
8.6.2. «Система на карте» — вызов будущего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.7. Криптографическая экспертиза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
8.8. Чипы для многофункциональных карт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
8.8.1. Поддержка интерпретаторов в микроконтроллерах Infineon . . . . . . . . . . . . 335
8.9. Интерфейс «человек&машина» как новый класс периферийных устройств . . . . . 335
8.10. Технологии и производство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.10.1. Передовые технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.10.2. Требования к технологии, продукции и схемным решениям . . . . . . . . . . . 337
8.10.3. Требования, предъявляемые к готовой продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
8.11. Информационная безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.11.1. Смарт&карта как система безопасности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.11.2. Аппаратная безопасность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.11.3. Пирамида безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.11.4. Безопасность как совокупность технических и организационных мер . . . 339
8.12. Перспективы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
9. Полупроводниковые устройства для автомобилей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.1. Автомобильная электроника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.2. Кузовная электроника и системы обеспечения комфорта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
9.2.1. Системы управления электропитанием и осветительным оборудованием автомобиля. . . . 343
9.2.2. Дверные модули . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
9.2.3. Системы кондиционирования воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
9.3. Системы безопасности автомобиля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
9.3.1. Системы активной безопасности автомобиля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
9.3.2. Системы пассивной безопасности автомобиля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
9.4. Трансмиссия автомобиля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.4.1. Полупроводниковые технологии для систем управления трансмиссией автомобиля. . . . . . . 370
9.4.2. Применение полупроводниковых приборов в трансмиссии автомобиля — системный обзор. . . . . 371
9.4.3. Перспективы развития систем управления трансмиссией автомобиля . . . 378
9.5. Электроника для автомобильных информационно&развлекательных систем . . . 379
9.5.1. Приборная панель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.5.2. Автомобильные аудиосистемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.5.3. Системы телематики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
9.5.4. Навигационные автомобильные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
9.5.5. Автомобильные мультимедийные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
9.5.6. Технологии совместного использования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
9.6. Новые 42&В системы электропитания автомобиля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
9.6.1. Уточнение терминов: 12 В и 42 В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
9.6.2. Перспективы использования бортовой электросети 42 В (PowerNet) в рамках новых решений и концепций . . . . . 385
9.6.3. Силовые полупроводниковые компоненты и напряжение питания 42 В. . 387
9.7. Достоинства и проблемы технологий электронного управления оборудованием 395
9.7.1. Системные требования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
9.7.2. Возможности технологии x&by&wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
9.7.3. Полупроводниковые решения для систем x&by&wire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
9.8. Перспективы развития автомобильной электроники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
10. Развлекательная бытовая электроника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.1. Виды широкополосной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.1.1. Цифровизация кабельного телевидения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
10.1.2. Развитие цифрового наземного ТВ вещания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
10.1.3. Улучшенная модель обратной связи в системе цифрового спутникового ТВ вещания . . . . . . . 407
10.2. MultiMediaCard — идеальное устройство хранения данных для мобильных пользовательских устройств . . . . . 408
10.2.1. Широкий диапазон применений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
10.2.2. Упор на стандартизацию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
10.2.3. Гибкий интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
10.2.4. 128 Мбайт в 2001 году . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
11. Коммуникационные модули. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
11.1. Общий обзор коммуникационных устройств и тенденции их развития . . . . . . . . 413
11.1.1. Стратегические ориентиры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
11.1.2. Высокие темпы инноваций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
11.1.3. Коммутационные ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
11.1.4. Сетевые интегральные микросхемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
11.1.5. Интегральные микросхемы оконечных устройств связи . . . . . . . . . . . . . . . 415
11.2. IDSN: от телефонной станции к абоненту. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
11.2.1. Функциональная структура ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
11.2.2. Цифровые линейные карты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
11.2.3. Контроллер расширенной линейной карты (ELIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
11.2.4. Контроллер ISDN&станции с D&каналом (IDEC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
11.2.5. U&трансивер для аналогового интерфейса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
11.2.6. Контроллер высоковольтного источника питания ISDN (IHPC). . . . . . . . 420
11.2.7. Сетевое окончание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
11.2.8. Контроллер интеллектуального сетевого окончания (INTC) . . . . . . . . . . . 421
11.2.9. DC/DC&преобразователь для сети ISDN (IDDC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
11.2.10. Схема фидера S&интерфейса ISDN (ISFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
11.2.11. Двухканальный кодек&фильтр с цифровой обработкой сигнала . . . . . . . . 424
11.3. Оконечное оборудование ISDN: абонентское окончание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.3.1. Телефон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.3.2. Сменные PC&карты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
11.3.3. Абонентский адаптер (TA) и USB&адаптер S0&интерфейса . . . . . . . . . . . . . 427
11.3.4. Комбинированная схема NT1 и TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
11.3.5. Телефон высшего класса с USB&S0&адаптером и функцией абонентского адаптера (TA) . . . . . 427
11.4. Образцы разработки для ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
11.4.1. Комплексные решения — основа успешного маркетинга . . . . . . . . . . . . . . 428
11.4.2. Аппаратное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.4.3. Программное обеспечение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.4.4. Доступ к сети ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.4.5. ISDN&телефоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
11.5. Анализ качества телефонной сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
11.5.1. Система TIQUS для контроля телефонных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
11.5.2. Проверка методом установления вызова: тестовое соединение . . . . . . . . . 431
11.5.3. Технологии доступа к сети ISDN, предлагаемые компанией Infineon. . . . 432
11.6. Снижение стоимости офисных АТС за счёт гибкого использования интегральных технологий. . . . . . 432
11.6.1. Экономически эффективные системные решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.6.2. Тенденция к миниатюризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.6.3. Специализированные ИС для цифровых офисных АТС . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.6.4. Решения для PCM&коммутаторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.6.5. Использование ИС семейства SWITI для подключения к шинам H.100/H.110 . . . . . . 436
11.7. Архитектура нового поколения мобильного оконечного оборудования — GOLDenfuture для GSM . . .. . 437
11.7.1. E&GOLD — расширение стандартной платформы GOLD . . . . . . . . . . . . . . 437
11.7.2. Поддержка приложений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
11.7.3. Новая платформа для разработки — первый шаг в будущее . . . . . . . . . . . . 439
11.7.4. Полнофункциональный GSM&модуль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
11.8. Цифровые автоответчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
11.8.1. Использование DSP&процессора для сжатия потока данных . . . . . . . . . . . 440
11.8.2. Одноканальный кодек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
11.8.3. Оптимизация стоимости автоответчиков за счёт использования чипсета SAM . . . . . . . . 441
11.8.4. Упрощение процесса разработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.9. Алгоритмы hands&free . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.9.1. Системы hands&free . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.9.2. Дуплексные системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.9.3. Полудуплексные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
11.9.4. Реализация эхоподавления в дуплексных системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
11.9.5. Рекомендации ITU&T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
11.10. Архитектуры DSL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
11.10.1. Основные понятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
11.10.2. Использование оборудования ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
12. Заказные интегральные схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
12.1. Полузаказные ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
12.1.1. Вентильные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
12.1.2. ИС на основе готовых ячеек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
12.1.3. Вентильная матрица или набор готовых ячеек? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
12.2. Используемые технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
12.2.1. Биполярные полузаказные ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
12.2.2. Полузаказные КМОП ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
12.2.3. Биполярные вентильные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
12.2.4. Биполярные транзисторные матрицы (линейные матрицы). . . . . . . . . . . . 463
12.3. Варианты используемых корпусов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
12.4. Сотрудничество между производителями ИС и заказчиками . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
13. Электромагнитная совместимость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
13.1. Основные понятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
13.1.1. Природа электромагнитных помех. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
13.1.2. Нормы и стандарты электромагнитной совместимости. . . . . . . . . . . . . . . . 469
13.1.3. Методы измерения электромагнитной совместимости для интегральных схем . . . . . . 470
13.1.4. Модели, используемые при оценке устойчивости ИС к электростатическим разрядам (ESD) . . . . . . 477
13.2. Электромагнитная совместимость автомобильных силовых ИС . . . . . . . . . . . . . . 480
13.2.1. Мощные ключевые ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
13.2.2. Помехи, создаваемые DC/DC&преобразователями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
13.2.3. Помехи, создаваемые коммуникационными ИС (CAN&трансиверами) . . 485
13.2.4. Помехоустойчивость автомобильных мощных ключевых ИС. . . . . . . . . . . 486
13.2.5. Помехоустойчивость коммуникационных ИС (CAN&трансиверов) . . . . . 487
13.2.6. Меры по обеспечению электромагнитной совместимости ИС в прикладных схемах с использованием внешних компонентов. . . . .. . 488
13.3. Электромагнитная совместимость микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
13.3.1. Автомобильные микроконтроллерные системы и тенденции развития их технологий . . . . . . 489
13.3.2. Проектирование печатной платы, оптимизированной с точки зрения электромагнитной совместимости . . . . .491
13.3.3. Измерение уровня помех, излучаемых микроконтроллерами . . . . . . . . . . . 495
13.3.4. Помехоустойчивость микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
13.4. Обеспечение EMC в проводных системах связи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
13.4.1. Системы, компоненты и основные понятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
13.4.2. Проектирование печатных плат для высокоскоростных систем и меры по обеспечению целостности сигнала . . . . . .502
13.5. Защита компонентов от электростатических разрядов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
13.5.1. Меры по защите ИС при контакте с электрически заряженными объектами . . . . . . . . .512
13.5.2. Защитные меры по предотвращению электростатического заряда ИС в процессе их производства . . . . . 512
14. Корпуса ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
14.1. Разработка корпусов ИС: от физики — к инновациям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
14.2. Обзор корпусов полупроводниковых ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
14.3. Движущие силы процесса разработки новых технологий корпусирования ИС . . 516
14.4. Состояние дел на мировом рынке корпусов ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.4.1. Стандартизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.4.2. Мировые тенденции: корпуса микросхем памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.4.3. Мировые тенденции: корпуса ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
14.4.4. Общемировые тенденции развития пассивных модулей . . . . . . . . . . . . . . . 521
14.5. Корпуса с уплотнённым расположением выводов: оценка с точки зрения пользователя и альтернативные решения . . . . . . .. 521
14.6. Куда приведёт нас процесс совершенствования корпусов ИС?. . . . . . . . . . . . . . . . 522
14.7. Материалы, используемые при производстве корпусов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
14.7.1. Бессвинцовые и безгалогенные корпуса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
14.7.2. Требования к содержанию различных веществ в устройствах и материалах . . . . . . . . . 525
14.7.3. Сбои в работе программного обеспечения вследствие повышенной радиоактивности материалов корпусов компонентов. . . . . . 525
15. Контроль качества полупроводниковых компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
15.1. Критерии, определяющие качество продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
15.2. Меры по обеспечению качества бизнес&процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
15.3. Технологичность с точки зрения пользователя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
16. Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
16.1. Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535