디지털 집적 회로: 유형 & 응용 분야

우리가 일상적으로 사용하는 거의 모든 전자 기기(노트북, 휴대폰, 냉장고, TV, 컴퓨터 등)는 복잡하거나 단순한 회로로 제조됩니다. 우리가 사용하는 전자 회로는 여러 전자 및 전기 부품으로 구성되며 이들은 서로 연결되어 있습니다. 이러한 연결은 와이어를 연결하여 전기 흐름이 커패시터, 저항기, 트랜지스터, 다이오드, 인덕터, 다이오드 등으로 흐르게 합니다. 회로는 연결, 제조 공정, 크기, 신호 사용과 같은 특정 기준에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있습니다. 이 기사는 회로에 사용되는 신호에 초점을 맞추고 디지털 집적 회로와 그 유형에 관한 문제로 주제를 좁힙니다.

디지털 집적 회로란 무엇인가?

그렇다면 디지털 집적 회로는 무엇일까요? 간단히 말해, 디지털 집적 회로는 디지털 전자공학의 실용적인 측면을 나타내거나 대변합니다. 디지털 전자 회로는 0과 1과 같은 전략적 또는 이산 신호를 보유/처리합니다. 이 두 가지 다른 상태(논리 0과 논리 1)는 낮음(논리 0)과 높음(논리 1)입니다. 디지털 집적 회로는 디지털 멀티플렉서, 카운터, 논리 게이트, 플립플롭 등을 사용합니다.

특정 절대 전압 값(예: '참 또는 거짓' 논리 연산)을 받아들이도록 설계된 디지털 전자 회로 설계 방식으로. 예를 들어, 디지털 전자 회로는 이진 회로로 알려진 두 가지 상태를 사용합니다. 이 이진 회로는 1(참)을 나타내는 '켬'과 0(거짓)을 나타내는 '끔'의 이진 수량을 가지고 있습니다. 다른 코스와 달리 디지털 전자 회로는 경제적이고 제조 또는 설계하기 쉽습니다.

디지털 집적 장치는 광범위한 전자 장치, 모뎀, 컴퓨터 네트워크, 주파수 네트워크, 컴퓨터에서 사용됩니다.

간단히 말해, 디지털 집적 회로의 일부 표준 기본 블록은 논리 게이트입니다. 다른 유형의 코스나 채널과 달리 디지털 집적 회로는 신호 진폭의 몇 가지 정의된 레벨에서만 작동합니다.

디지털 집적 회로 시리즈

집적 회로의 7400-시리즈와 4000-시리즈가 존재합니다. 7 시리즈의 적절한 예는 다음과 같습니다:

• 7400
• 7402
• 7404
• 7408
• 7432
• 7488

4 시리즈의 유형에는 다음이 포함됩니다:

• 4001
• 4009
• 4011
• 4030
• 4071
• 4077
• 4081

집적 회로 시리즈 예시

디지털 집적 회로의 다양한 패밀리가 있습니다. 디지털 전자 회로와 관련하여 패밀리는 여러 자동 게이트의 조합을 사용하여 구성된 장치를 의미합니다. 패밀리는 고유한 논리 레벨과 공급 전압을 가집니다. 서로 다른 디지털 집적 회로 시리즈가 각각 고유한 장단점을 가지고 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 또한 모든 패밀리 내에서 일부 전압 범위는 낮거나 높을 수 있습니다. 아래는 디지털 집적 회로 시리즈/패밀리 목록입니다:

• 다이오드 로직(Diode Logic)

다이오드 로직과 관련하여 전체 로직의 구현은 다이오드와 저항기를 사용하여 수행됩니다. DL 또는 로직 다이오드에서 다이오드 또는 주된 목적은 'AND' 또는 'OR' 연산자를 수행하는 것입니다.

• 저항-트랜지스터 로직(Resistor-Transistor Logic)

저항-트랜지스터 논제(RTL)와 관련하여 전체 로직의 구현은 저항기와 트랜지스터를 사용하여 달성됩니다. 저항기의 전자공학은 나머지처럼 비싸지 않고 설계하기 너무 간단합니다. 유일한 단점은 RTL이 상당한 양의 전력을 소모한다는 것입니다.

• 다이오드-트랜지스터 로직(Diode-Transistor Logic)

다이오드-트랜지스터 로직(DTL)과 관련하여 전체 로직의 구현은 트랜지스터와 다이오드를 통해 이루어집니다. DTL은 다른 저항-트랜지스터 로직과 다이오드 로직에 비해 몇 가지 이점이 있습니다. 예를 들어, 다이오드는 쉽게 OR 및 AND 연산을 효율적으로 수행할 수 있습니다. DTL과 관련된 또 다른 이점은 OR 연산이 저항기 대신 다이오드를 사용하여 달성 가능하다는 사실입니다.

• 트랜지스터-트랜지스터 로직(Transistor-Transistor Logic)

TTL 또는 트랜지스터-트랜지스터 로직은 트랜지스터를 중심으로 논리 게이트가 만들어져 있습니다. 트랜지스터-트랜지스터 논제는 양극성 트랜지스터를 사용하며 다양한 버전이 있습니다. 버전에는 쇼트키 TTL, 고속 TTL, 저전력 TTL, 표준 TTL이 포함됩니다. 트랜지스터-트랜지스터 로직은 현재 사용 가능한 가장 빠른 양극성 회로 중 하나입니다.

• 이미터 결합 로직(Emitter Coupled Logic)

여기서 트랜지스터는 깊은 포화 상태에 들어가지 않아 저장 지연이 없습니다. 트랜지스터-트랜지스터 로직은 고속 이동과 관련된 응용 분야에서 사용됩니다.

• 상보성 금속 산화막 반도체 로직(Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic)

상보성 금속 산화막 반도체 로직(CMOS)은 낮은 전력 소비와 높은 팬아웃으로 잘 알려져 있습니다. CMOS는 여러 응용 분야와 마이크로프로세서 기술에서 사용됩니다. CMOS는 또한 가장 신뢰할 수 있는 로직 패밀리 중 하나입니다.

디지털 집적 회로 작동 원리

디지털 집적 회로는 인류 역사에서 극적이거나 잊을 수 없는 기술을 가져온 작은 전자 부품입니다. 반도체 칩으로도 알려진 디지털 집적 회로는 산업 혁명에 비해 상당한 변화를 가져왔습니다. 하지만 디지털 집적 회로는 어떻게 작동할까요? 디지털 집적 회로는 트랜지스터, 마이크로프로세서, 다이오드의 조합으로 구성됩니다. 이들은 전압 저장, 전류 흐름 제어, 전체 시스템에 메모리 제공과 같은 각기 다른 역할을 합니다. 이러한 구성 요소/장치는 디지털 집적 회로에서 함께 작동하여 효과적인 작동 또는 기능을 위한 다양한 연산을 수행합니다.

디지털 집적 회로를 쉽게 만드는 방법

자신의 디지털 회로를 만드는 것은 상상하는 것만큼 어렵거나 까다로운 과정이 아닙니다. 디지털 집적 회로 생산 과정/단계는 신뢰할 수 있는 파이프 모양의 실질적으로 단일 실리콘 결정으로 시작합니다. 이 파이프는 웨이퍼로도 알려져 있습니다. 비스킷을 여러 개의 동일한 직사각형 또는 정사각형 영역으로 표시해야 합니다.

그 후, 표면의 일부 영역을 도핑하여 각 칩에 구성 요소를 생성해야 합니다. 도핑은 다양한 공정을 사용하여 달성됩니다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 스퍼터링(sputtering)으로 알려져 있습니다. 스퍼터링 공정은 도핑 물질/내용의 이온을 실리콘 웨이퍼에 발사하는 것을 포함합니다.

증착 공정(vapor deposition)이라고 하는 또 다른 공정이 있습니다. 증착 공정은 도핑 물질을 기체 형태로 도입한 후, 불순물 원자가 박막을 형성하도록 응축시키는 것으로 구성됩니다. 박막 생성은 실리콘 웨이퍼 표면에서 발생합니다.

PCBA와 직접 관련된 디지털 집적 회로

인쇄 회로 기판(PCB)은 패드, 전도성 트레이스 및 기타 기능을 사용하여 전자 부품을 연결하는 보드입니다. 이들은 양면, 단면 또는 다층일 수 있습니다. 반면, PCBA(인쇄 회로 기판 어셈블리)는 전체 부품과 구성 요소가 납땜되고 올바르게 설치된 후 제시된 보드입니다. 부품과 구성 요소로 구성된 PCBA는 쉽게 설계된 자동 기능을 달성합니다.

간단히 말해, 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)는 전체 부품과 구성 요소가 납땜되고 올바르게 설치된 후 제시된 보드입니다. PCBA 또는 인쇄 회로 기판 어셈블리는 구성 요소의 인쇄 및 장착 후 나오는 보드입니다. 이 구성 요소에는 커패시터, 트랜스포머, 저항기 등이 포함됩니다. 조립 공정 중에 빈 PCB 보드가 전자 부품으로 채워지거나 채워져 작동하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 생성하는 유일한 목적으로 채워집니다.

인쇄 회로 기판(PCB)은 거의 모든 전자 장치에서 사용됩니다. 그러나 대다수의 PCB는 디지털 집적 회로의 어셈블리와 직접 관련이 있습니다. 디지털 집적 회로는 저항기, 트랜지스터, 인덕터, 커패시터와 같은 장치/구성 요소를 상호 연결합니다.

일부 일반적인 문제, 예방 조치

디지털 집적 회로를 둘러싼 몇 가지 일반적인 문제/이슈가 있습니다. 첫째, 그들을 설계하는 데 사용되는 방법론은 1980년대로 거슬러 올라가는 저항-트랜지스터 로직(RTL)입니다. 이 기술은 전성기를 지났습니다. 둘째, 전력과 관련된 문제가 또 다른 이슈입니다. 많은 사람이 전력에 관한 질문을 잘 이해하지 못합니다.

디지털 집적 회로에는 수많은 연결이 있습니다. 이 모든 연결이 같은 전압을 가지면 잠재적 손상이 발생하지 않을 수 있습니다. 그러나 링크 중 하나가 나머지와 다른 전압/에너지를 가지면 손상이 발생할 수 있습니다. 전압 관련 질문에 대해 매우 신중하는 것이 좋습니다. 그러나 핀을 알루미늄 호일로 함께 감싸거나 단일 조각이 되도록 연결하여 보호/차폐할 수 있습니다.

요약

디지털 집적 회로는 우리 일상생활의 어려움에 돌파구입니다. 그들은 신뢰성과 속도와 같은 필수 요소의 기원을 표시했습니다. 휴대폰과 컴퓨터 같은 대다수 현대 장치는 기능을 위해 회로가 필요합니다. 이 회로들은 수백만, 심지어 수천 개의 구성 요소가 필요하며, 그곳에서 디지털 집적 회로가 등장합니다.

기술이 계속 진화함에 따라 디지털 집적 회로는 점점 더 정교해지고 있습니다. 이것이 휴대폰, 노트북, 그리고 많은 가전제품이 날마다 더 좋고 저렴해지는 이유입니다.