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物理系统的层次结构

电子系统

物理系统的层次结构

蒂姆菲恩布普姆在北西雅图社区学院创造的视频讲座。

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复杂的电子系统

我们在这里拿到了我们在这里的讨论,我们正在寻找物理系统层次结构。这里的第一个语句是复杂的电子系统,使用简单系统中使用的基本构建块构建。我们之前曾指出,所有电子系统都是由相同的基本组件构建。在本节中,我们只是要查看层次结构,我们将看看电子系统中使用的六个不同的构建块。我们将以离散组件开始打印到印刷电路板,以将IC的集成电路集成到芯片上的整个系统上的功能模块,这将是电子类型,然后是机电类型的芯片上的整个系统。

构建块

首先,让我们看看初始构建块。在这里,我们有我们将参考作为离散组件。在这里,我们了解电阻器电容器的示意图。让我们看看,这是一个电容器。这是电阻器;二极管;Mosfets,这里我们在角落里有一个;运算放大器;等等。我们这里有一个晶体管。 These and others are the building blocks of all electronic systems.

印刷电路板(PCB)

下一个项目我们将看待它是印刷电路板。在这里,我们在屏幕右侧有一个印刷电路板。将部件安装在薄的非导电板上。它们被称为,它们有两个常见的名称,印刷电路板,首字母缩略词是PCB;或者有时它们被称为印刷布线组件,在这种情况下,是PWA。

印刷电路板,他们利用薄铜条称为痕迹。有时它们被称为跑步。在这幅图中你可以看到这里的铜线实际上是铜线。我们称之为跑。它们粘接在电路板安装的非导电基材上。它们提供元件之间的电气连接。焊点表示安装在另一边的组件。你看这里的这些小关节,这些是组件的连接点它们可能在这块板的另一边。

多氯联苯可能有多层。简单的电路通常只使用电路板的一侧。更复杂的电路将使用两边,可能有多层。我不知道你们能不能在这张图片上看清楚,但是你们可以看到在这个电路板上有一些模糊的铜样的电线。这些是在你看到的图层下面的一个图层。有些可能有多达20层,比如电路板,特别是计算机系统电路板,它们可能有很多很多层,有时多达20层。这是一个安装在电路板上的分立元件的图片。这是另一张图片,这里我们看到一些电容器。我们看到一些电阻,一个小的IC看起来像二极管。这看起来像一个可变电位器,我们也有一些电容器。同样,这些是印刷电路板上的离散组件。

集成电路

然后,我们再次拥有集成电路,构建复杂电子系统的块。随着众所周知,许多电路都集成在一起。这通常在薄片的硅片上完成。通常,这些称为芯片。它们非常小,0.5-0.2英寸宽。在这些微小的芯片上可以蚀刻数百万根本的组件。它们在功能上类似于其离散的组件,除了它们的较小次数较小,它们通过金色或铝的微小材料痕迹连接。我们将继续使用IC。除了大小的深刻降低之外,相同的目的用作印刷电路板。随着时间的推移,如果他们产生了很多,那么成本也将减少。 Oftentimes, over time, there're also often reduced failure rates as well. This has to do with being able to put all the chips on, or all of the components on a single piece of silicon. It usually stays around the same temperature the entire chip. That often results in reduced failure rates because often failure has to do with components that get overheated, they fail. When they're all on one single piece of silicon that chip usually stays at a uniform temperature and oftentimes will result in longer times without failures.

IC的制造环境利用高质量的洁净室。英特尔是一个例子。我们有许多来自NSC的学生,在波特兰的英特尔工作。一旦生产芯片,它就会安装在更大的封装上,例如图1.11所示的文本中的较大包装。同样,这里是集成电路的一个例子。您可以看到这些IC焊接到电路板。然后,这是集成电路的更高分辨率图像。这实际上是一种微处理器。您将注意到这是您通常在微处理器中看到的内容。你没有看到他们在这个特定的照片中打开的这一部分。 Notice the chip is very small. Remember, we said it was only from 0.2-0.5 inches in diameter. It is placed in a large case which provides for the pins for interface to a much larger system board. The actual chip is just this little tiny piece right here. You'll notice you can see this red portion here is actually all of the wires connecting to the tiny connections on the chip. Then, there are other wires that are going out to the many connection points. These are the many connection points that actually would connect to a system board or motherboard since this is a microprocessor.

集成电路中的集成级别,我们这里称之为SSI,用于小规模集成,然后是中型,大型和非常大的。然后,在右边,你可以看到大门的数量如果是小规模的整合,从1到10,中等规模的11-99,大规模的100-999,非常大规模的1000到100万。这就是超大规模集成电路。

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功能模块

然后,功能模块。电气工程师将集成电路和离散组件组合以构建功能模块。这些可以是独立的项目,如AM / FM收音机或较大系统的一部分。功能模块的想法是您的模块可以插入另一个系统以提供更大的功能。我提到的一个示例是PCMCIA设备周围的功能模块的示例,与计算机接口。在这种特殊情况下,您有一台电脑,具有一定程度的功能,可以插入PCMCIA卡,可以给出更大的功能。有各种PCMCIA设备。它们也可用于网络接口,全球定位,视频捕获以及许多其他人。但是,无论如何,设计用于......好的功能模块,有时它们有自己的功能,但通常他们设计为现有系统提供额外的功能。

芯片上的系统

然后,我们在芯片上有系统。我们将看一下两种不同类型的...我们将在芯片上查看电子系统,然后在芯片上进行机电系统。完整的电子系统可在集成电路上提供,如计算机,计算器等。IC可以将许多单独的电路组合在单个芯片上。在这里,我们展示了TI-86计算器。TI-86计算器是一个完整的电子系统。通常,他们将拥有一个内置的IC,所有功能都建立在一个IC中,可能在这里的盒子里面,也许在这里,你已经达到了这个特殊的IC,就像我们看到的那样集成的微处理器芯片。因此,我们有一个完全运行的单元,可以进行复杂的计算,并为我们提供视频显示。它是单个芯片上的独立系统。

芯片上的机电系统

然后,我们在芯片上有机电系统。正在进行研究以提供在单个硅芯片上的电子和机械系统的集成。这些芯片上的机器包括通知阀,电机、杠杆和齿轮。在分子水平甚至原子水平上操纵这些微型装置是可能的。这种技术被称为纳米技术。在右边,我们看到一张图片这是一个高度放大的纳米机器。你可以看到一些齿轮在做一些事情。从这个尺寸来看,这个小生物实际上是一个纳米,不好意思,是一个尘螨。这些生物只有250-300微米长。它们非常小。纳米技术是一门新兴的科学。它还处于起步阶段。 There are lots of things that are going to happen in nanotechnology. Here at North Seattle Community College we actually have a degree in nanotechnology. This particular course meets one of the requirements for that degree since many of these nanotechnology devices incorporate electronic components.

总之,在1.3节中,我们研究了电子元件的层次结构,我们从离散元件到印刷电路板上,以将电路集成到IC的功能模块,以完成芯片上的电子系统并完成芯片上的机电系统。

创建的视频讲座蒂姆Fiegenbaum.在北西雅图社区学院