Википедија

Integrisano kolo

Integrisano kolo, integrisano električno kolo (Integralno kolo) (skr. eng: IC) je složeno električno kolo sastavljeno iz mnoštva elemenata (uglavnom tranzistora) objedinjeno na jedinstvenoj podlozi i spremno za ugradnju u složenije sisteme ali kao jedinstvena komponenta.[1]‍:str. 13 Integralno kolo sadrži mnoštvo minijaturnih delova (otpornika, dioda, tranzistora, kondenzatora). Pošto sadrži mnogo komponenti, jedno malo integrisano kolo može da obavi isti posao kao mnoštvo pojedinačnih delova.[1]‍:str. 13 Uobičajeno je da je celokupna mreža komponenti realizovana na jedinstvenom komadu poluprovodnika, koji se nalazi u središtu integrisanog kola i koji se obično zove čip (eng: Chip).[1]‍:str. 79 Hiljade je komponenata integrirano u jednom takvom kolu.[2] Na primer, kolo vrlo visokoga stupnja integracije sadrži više od milijardu tranzistora i drugih delova. Integrisana kola su osnovni gradivni blokovi većih električnih kola. Najčešće su u kućištima s po dva reda izvoda ili pinova. Povezuju se međusobno, pa mogu oformiti bilo koji elektronski uređaj.[1]‍:str. 79

EPROM integralno kolo sa prozorom za UV brisanje, u sredini se vidi Čip
Integrisano kolo tipa TTL

Integrisano kolo se sastoji od: kućišta, koje je od plastike ili keramike, izvoda pomoću kojih se montira na štampanu ploču i čip-a u središtu integrisanog kola, koji je sa izvodima povezan najčešće veoma tankim zlatnim žicama. Broj izvoda zavisi od tipa integrisanog kola tj. od njegove funkcije i može se reći da je taj broj standardizovan za različite funkcije. Za razliku od tranzistora, integrisano kolo u sebi sadrži čitave električne šeme sa različitim komponentama kao što su tranzistori, otpornici, kondenzatori i sl. Osnovna podela integrisanih kola je prema funkciji koju obavljaju: (i) analogna int. kola (npr: operacioni pojačavač), (ii) digitalna int. kola (npr: mikroprocesor), (iii) int. kola mešanih signala (eng: mixed signal, obrađuju i analogni i digitalni signal na istom čipu) (npr: A/D i D/A konvertori). Postoji čitav spektar različitih integrisanih kola koja obavljaju razne funkcije, da se pomenu samo neke: mikroprocesor, memorija, ROM, pojačavač, pulsni kodni modulator, koder/dekoder, modem i sl. Zbog velikog stepena integracije komponenti na malom prostoru često imaju problema sa odavanjem toplote, pa ih je potrebno dodatno hladiti. Hlađenje može biti pasivno, dodavanjem masivnih hladnjaka koji odaju toplotu, ili aktivno ugradnjom ventilatora. To je danas redovan slučaj kod mikroprocesora.

Integrisana kola predviđena za standardnu (komercijalnu) upotrebu imaju temperaturni opseg rada od 0 do +70 °C, za industrijsku od -40 °C do +85 °C, za primenu u automobilskoj industriji od -40 °C do +125 °C a za vojne potrebe od -55 °C do +125 °C.

Istorija

uredi

Ideju o integrisanim krugovima prvi je razvio engleski inženjer Džefri V. A. Dramer dok je radio za Rojal Rejdar Establišment koji je deo Britanskog ministarstva obrane. On je tu ideju predstavio u Americi 7. maja 1952. Dramer je pokušao da napravi integrisano kolo 1956, ali bez značajnog uspeha.

Godine 1959, prva integrisana kola nezavisno jedan od drugoga razvili su Džek Kilbi[3][4][5] dok je radio za poduzeće Teksas instruments i Robert Nojs[6][7][8] iz poduzeća Farčajild poluprovodnici. U 1960-ima razvijena su prva integrisana kola za upravljanje raketama i veštačkim satelitima. Primena se proširila na džepne kalkulatore i elektronske satove, elektronske računare, mobitele i drugo.

Razlikuju se sledeće generacije integrisanih kola:[9][10]

Prva integrisana kola

uredi
 
Robert Nojs je izumeo prvo monolitno integrisano kolo 1959. Čip je bio napravljen od silicijuma.

Ideja preteče integrisanog kola bila je stvaranje malih keramičkih supstrata (tzv. mikromodula),[3] od kojih svaki sadrži jednu minijaturizovanu komponentu. Komponente bi se tada mogle integrisati i povezati u dvodimenzionalnu ili trodimenzionalnu kompaktnu mrežu. Ovu ideju, koja se 1957. činila veoma obećavajućom, predložio je vojsci SAD Džek Kilbi[3] i dovela je do kratkotrajnog programa mikromodula (slično projektu Tinkertoj iz 1951. godine).[3][11][12] Međutim, kako je projekat dobijao na zamahu, Kilbi je smislio novi, revolucionarni dizajn: integrisano kolo.

Novozaposlen u Tekas instrumentsu, Kilbi je zabeležio svoje početne ideje o integrisanom kolu u julu 1958. godine, uspešno demonstrirajući prvi radni primer integrisanog kola 12. septembra 1958. godine.[13] U svojoj patentnoj prijavi od 6. februara 1959,[14] Kilbi je opisao svoj novi uređaj kao „telo od poluprovodničkog materijala... u kome su sve komponente elektronskog kola potpuno integrisane“.[15] Prvi kupac za novi pronalazak bilo je Američko vazduhoplovstvo.[16] Kilbi je 2000. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku za svoju ulogu u pronalasku integrisanog kola.[17]

Međutim, Kilbijev izum nije bio pravi monolitni čip sa integrisanim kolom, jer je imao spoljne veze sa zlatnom žicom, što bi otežalo masovnu proizvodnju.[18] Pola godine nakon Kilbija, Robert Nojs iz kompanije Fearčajld semikonduktor izumio je prvi pravi monolitni IK čip.[19][18] Praktičniji od Kilbijeve implementacije, Nojsov čip je bio napravljen od silicijuma, dok je Kilbijev bio napravljen od germanijuma, a Nojsov je proizveden korišćenjem planarnog procesa, koji je početkom 1959. razvio njegov kolega Džin Honi i koji je uključivao kritične aluminijumske linije za međusobno povezivanje na čipu. Moderni IK čipovi su zasnovani na Nojsovom monolitnom integrisanom kolu,[19][18] a ne na Kilbijevom.

NASA-in Apolo program je bio najveći pojedinačni potrošač integrisanih kola između 1961. i 1965. godine.[20]

Vrste

uredi
 
Integrisano kolo iz EPROM memorijskog mikročipa koji prikazuje memorijske blokove, nosivi krug i sitne srebrne žice koje povezuju integrisani krug sa stopicama.

Prema vrsti električnih signala koji se koriste, integrisana kola dele se na:

  • analogna kola (npr. pojačalo): Namenjena su za korišćenje u svim električnim kolima s različitim naponima i strujama
  • digitalna kola (npr. mikroprocesor): Koriste se samo u kolima sa dva napona, koji predstavljaju binarna digitalna stanja. Uobičajeni naponi koji predstavljaju binarna stanja jesu 0 i 5 volti.[1]‍:str. 80
  • kola mešanih signala (obrađuju i analogni i digitalni signal na istom čipu) (npr: A/D i D/A konvertori)

Prema vrsti primijenjenih tranzistora, razlikuju se: bipolarna integrirana kola i unipolarna integrirana kola.

Iako se s bipolarnima postižu veće brzine rada, nedostatak im je veća potrošnja električne energije i veće dimenzije delova. Unipolarni sklopovi nazivaju se i MOS integrisanim sklopovima (eng. Metal Oxide Semiconductor) prema MOSFET-u najviše korištenoj vrsti unipolarnog tranzistora. MOSFET je svojstven da radi s malim električnim strujama i vrlo je malih dimenzije, što omogućava integraciju izuzetno velikog broja takvih delova u poluvodičkoj pločici. Upravo je razvoj MOS-tehnologije omogućio sklopove složenih funkcija.

Primena

uredi
 
EPROM je ispisna memorija čiji sadržaj korisnik može izbrisati, a zatim programirati; briše se osvetljavanjem jakim ultraljubičastim svetlom kroz poseban prozirni prozorčić na gornjoj strani integrisanog kola.

Audio pojačavač je primer integrisanog kola. Pojačala se koriste za povećanje snage ulaznih zvučnih signala, poput mikrofona. Još jedan tip integrisanih kola koji se koristi u elektronskim projektima jeste mikrokontroler, koji se može programirati da upravlja radom različitih uređaja i aparata, kao što su roboti.[1]‍:str. 13

Postoji čitav spektar različitih integrisanih kola koja obavljaju razne funkcije, među kojima su: mikroprocesor, memorija, ROM, pojačavač, pulsni kodni modulator, koder/dekoder, modem i sl.

Proizvodnja

uredi

Proizvodnja integrisanih krugova započinje pripremom poluvodičke (silicijumske) ploče (eng. wafer) kao temeljnim materijalom. Početni je prečnik ploče 2,5 do 30 centimetara. Nacrt sklopa projektuje se računarom i pretvara u mikroskopske nacrte (maske), pomoću kojih se selektivnim unošenjem primesa (difuzijom i implantacijom) te izolacijskih i provodljivih slojeva određuju vrste, dimenzije, raspored i povezanost elemenata u sklopovima. Oni se na jednoj poluvodičkoj ploči izrađuju u stotinama primeraka. Dovršena se ploča reže na male pločice (engl. chips), to jest na pojedinačne integrisane krugove, kojima se dodaju priključci i ugrađuju se u kućišta s izvodima prikladnima za ugradnju u elektronske uređaje.[21]

Raspored pinova

uredi
Glavni članak: Dualni inlajn paket
 
Raspored pinova

Zbog svoje prirode, integrisana kola imaju više priključaka za povezivanje sa ostalim komponentama. Ti priključci se nazivaju pinovi (izvodi ili nožice). Jedan izvod je za napajanje, drugi za uzemljenje, treći za ulazni signal, četvrti za izlazni i tako redom. Funkcija svakog izvoda zavisi od rasporeda. Da bi se čip upotrebio u svom projektu, raspored pinova se mora proučiti u uputstvu za dati čip. Svaki čip ima jedinstvenu brojčanu oznaku koja ga identifikuje.[1]‍:str. 80

Po konvenciji, izvodi integralnog kola broje se u smeru suprotnom kretanja kazaljki. Počinje se od pina gore levo kao jedinice i ide u smeru suprotnom smeru kretanja kazaljki. Gornji levi pin je najbliži referentnoj oznaci (engl. clocking mark), koja je obično usek, rupica, bela traka ili traka u boji. Izvodi se obeležavaju od vrha integrisanog kola nadole, počev od broja 1. Tako su, primera radi, izvodi 14-pinskog integrisanog kola obeleženi od 1 do 7 duž leve strane odozgo nadole i od 8 do 14 duž desne strane, odozdo nagore.[1]‍:str. 80

Na nekim šemama, integrisano kolo se prikazuje s brojevima pored svakog izvoda. Ako na šemi ne postoje brojevi izvoda, mora se pronaći kopija dijagrama rasporeda izvoda. Za standardna integrisana kola, ti dijagrami se mogu naći u referentnim knjigama i na internetu.

Povezivanje

uredi
 
Integrisano kolo 555 (merač vremena)

Integrisano kolo se uvodi u elektronsko kolo povezivanjem ulaza, izlaza, uzemljenja, napajanja i nekih otpornika i kondenzatora sa odgovarajućim izvodima integrisanog kola. Koji se izvod koristi za povezivanje s različitim delovima kola, zavisi od konstrukcije integrisanog kola. Izvodi se mogu identifikovati na osnovu podataka koje obezbeđuje proizvođač ili šeme projekta. Na primer, integralno kolo 555 (na slici) se povezuje na sledeći način:[1]‍:str. 140

  • +V se povezuje sa izvodom 8, što je napajanje, i izvodom 4, za resetovanje.
  • Uzemljenje se povezuje sa izvodom 1.
  • Izlaz integrisanog kola je na izvodu 3.
  • Izvodi 2 i 6 su okidač i prag osetljivosti, i služe za povezivanje kola između kondenzatora i otpornika Rl.
  • Izvod 7, koji služi za pražnjenje, povezuje se s kolom između otpornika Rl i R2.

Kada se integrisano kolo 555 poveže na ovaj način, ono na izlazu generiše digitalni talasni signal. Učestanost talasa zavisi od brzine punjenja i pražnjenja kondenzatora.

Reference

uredi
  1. ^ a b v g d đ e ž z Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene, Beograd, 2007.
  2. ^ Peter Clarke, Intel enters billion-transistor processor era, EE Times, 14 October 2005 Arhivirano 10 maj 2013 na sajtu Wayback Machine
  3. ^ а б в г Rostky, George. „Micromodules: the ultimate package”. EE Times. Архивирано из оригинала 2010-01-07. г. Приступљено 2018-04-23. 
  4. ^ „The RCA Micromodule”. Vintage Computer Chip Collectibles, Memorabilia & Jewelry. Приступљено 2018-04-23. 
  5. ^ Dummer, G.W.A.; Robertson, J. Mackenzie (2014-05-16). American Microelectronics Data Annual 1964–65. Elsevier. стр. 392—397, 405—406. ISBN 978-1-4831-8549-1. 
  6. ^ Berlin, Leslie The man behind the microchip: Robert Noyce and the invention of Silicon Valley Publisher Oxford University Press US, 2005 ISBN 0-19-516343-5
  7. ^ Burt, Daniel S. The chronology of American literature: America's literary achievements from the colonial era to modern times Houghton Mifflin Harcourt, 2004. ISBN 0-618-16821-4
  8. ^ Jones, Emma C. Brewster. The Brewster Genealogy, 1566-1907: a Record of the Descendants of William Brewster of the "Mayflower," ruling elder of the Pilgrim church which founded Plymouth Colony in 1620. New York: Grafton Press, 1908.
  9. ^ Dalmau, M. Les Microprocesseurs Arhivirano na sajtu Wayback Machine (9. avgust 2017). IUT de Bayonne
  10. ^ Bulletin de la Société fribourgeoise des sciences naturelles, Volumes 62 à 63 (na jeziku: francuski). 1973. 
  11. ^ „The RCA Micromodule”. Vintage Computer Chip Collectibles, Memorabilia & Jewelry. Pristupljeno 2018-04-23. 
  12. ^ Dummer, G.W.A.; Robertson, J. Mackenzie (2014-05-16). American Microelectronics Data Annual 1964–65. Elsevier. str. 392—397, 405—406. ISBN 978-1-4831-8549-1. 
  13. ^ „The Chip That Jack Built Changed the World”. ti.com. 1997-09-09. Arhivirano iz originala 2000-04-18. g. 
  14. ^ US Patent 3138743, Kilby, Jack S., "Miniaturized Electronic Circuits", published 23 June 1964 
  15. ^ Winston, Brian (1998). Media Technology and Society: A History: From the Telegraph to the Internet. Routledge. str. 221. ISBN 978-0-415-14230-4. 
  16. ^ „Texas Instruments – 1961 First IC-based computer”. Ti.com. Pristupljeno 2012-08-13. 
  17. ^ „The Nobel Prize in Physics 2000”. NobelPrize.org. 2000-10-10. 
  18. ^ a b v „Integrated circuits”. NASA. Pristupljeno 13. 8. 2019. 
  19. ^ a b „1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented”. Computer History Museum. Pristupljeno 13. 8. 2019. 
  20. ^ Hall, Eldon C. (1996). Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer. Library of Flight. American Institute of Aeronautics and Astronautics. str. 18—19. ISBN 978-1-56347-185-8. Pristupljeno 2023-10-05. 
  21. ^ Integrirani sklop, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, preuzeto 11. travnja 2020.

Literatura

uredi

Spoljašnje veze

uredi
 
Integrisano kolo na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Интегрисано_коло&oldid=28049916”