集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器材或部件。选用必定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一同，制造在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功用的微型结构；其间一切元件在结构上已组成一个全体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路顶用字母“IC”表明。集成电路发明者为杰克·基尔比（根据锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（根据硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数运用的是根据硅的集成电路。
是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新式半导体器材。它是通过氧化、光刻、分散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有必定功用的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的衔接导线悉数集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器材。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技能包含芯片制造技能与规划技能，首要体现在加工设备，加工工艺，封装测验，批量出产及规划立异的才能上。
集成电路是什么
由电子元件和电子器材组成的电路叫电子电路。一般将电子设备中的电阻器、电容器、电感器、变压器、开关等称为电子元件，而将电子管、离子管、晶体管等称为电子器材。电子电路按组成办法，可分为分立电路和集成电路二大类。
集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器材或部件。选用必定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一同，制造在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功用的微型结构；其间一切元件在结构上已组成一个全体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
它在电路顶用字母“IC”表明。集成电路发明者为杰克·基尔比（根据锗的集成电路）和罗伯特·诺伊思（根据硅的集成电路）。当今半导体工业大多数运用的是根据硅的集成电路。集成电路或称微电路（microcircuit）、 微芯片（microchip）、芯片（chip）在电子学中是一种把电路（首要包含半导体设备，也包含被迫元件等）小型化的办法，并一般制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。还有一种厚膜（thick-film）混成集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被迫元件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。本文是关于单片（monolithic）集成电路，即薄膜集成电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，功用好等长处，一起本钱低，便于大规模出产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的运用，一起在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的运用。用集成电路来安装电子设备，其安装密度比晶体管可进步几十倍至几千倍，设备的安稳作业时刻也可大大进步。
集成电路上电复位与关断功用效果
现代集成电路选用精细杂乱的电路来保证其敞开后进入已知状况，保存存储器内容，快速引导，而且在其关断时节约功耗。本文分两部分，供给有关运用上电复位和关断功用的一些主张。
简介
许多IC 都包含上电复位（POR）电路，其效果是保证在施加电源后，模仿和数字模块初始化至已知状况。根本POR功用会发作一个内部复位脉冲以防止“竞赛”现象，并使器材坚持静态，直至电源电压到达一个能保证正常作业的阈值。留意，此阈值电压不同于数据手册中给出的最小电源电压。一旦电源电压到达阈值电压，POR电路就会开释内部复位信号，状况机开端初始化器材。在初始化完结之前，器材应当疏忽外部信号，包含传输的数据。仅有破例是复位引脚（如有），它会运用POR信号内部选通。POR电路能够表明为窗口比较器，如图1 所示。比较器电平VT2在电路规划期间界说，取决于器材的作业电压和制程尺度。
POR战略
比较器窗口一般由数字电源电平界说。数字模块操控模仿模块，数字模块全面作业所需的电压与模仿模块作业所需的最小电压类似，如图2所示。
较高的VT2阈值对模仿模块会更好，但若过于挨近引荐最小电源电压，当电压稍微下降时，或许会意外触发复位。假定器材包含独立的模仿电源和数字电源，则防止毛病的一种战略是添加一个POR电路，使两个模块坚持复位状况，直至电源电压高到足以保证电路正常作业。例如，在一种3V IC工艺中，VT1 ≈ 0.8 V，VT2 ≈ 1.6 V。
这些电压会跟着制程以及其他规划偏移而改变，但它们是合理的近似值。阈值容差能够是20%或更大，某些老式规划的容差高达40%。高容差与功耗相关。POR有必要一向使能，因而精度与功耗之间一直存在的取舍联系很重要；较高的精度会进步电路在待机形式下的功耗，而对功用性并无实践意义。
掉电检测器
POR 电路有时会集成一个掉电检测器（BOD），用于防止电路在电压十分时刻短地意外下降时发作复位，然后防止毛病。实践上，掉电电路给POR模块所界说的阈值电压添加了迟滞，一般为300mV左右。BOD保证，当电源电压降至VT2以下时，POR不会发作复位脉冲，除非电源电压降至另一阈值VBOD以下，如图3 所示。
掉电阈值电平足以保证数字电路保存信息，但不足以保证其正常作业。这样，操控器能够在电源降至某一电平以下时刻断活动而不会让整个器材都从头初始化，假定电源电平仅仅十分时刻短地下降的话。
器材正确上电
实践的POR电路比图1 所示的简化版别要杂乱得多，例如用MOS晶体管替代电阻。因而，有必要考虑寄生模型。别的，POR电路需求一个发动模块来发作发动脉冲，这在某些状况下或许会失效。其他重要考虑在以下内容中阐明。
有必要运用单调性电源，因为若运用非单调性电源，当误差挨近任何阈值电平常，非单调性斜坡或许会引起问题。较高的阈值误差会引起相同的非单调性序列对某一个元件有用，而对其他元件无效，如图4 所示。
某些时分，即便断开电源（禁用LDO），储能电容也会保存必定的剩余电压，如图5 所示。此电压应尽或许小，以便保证电源能降至VT1 以下，不然POR将无法正确复位，器材将无法正确初始化。
某些数据手册给出了应当运用于具有一个以上电源引脚的器材的引荐供电序列。恪守这个序列是很重要的。例如，想想一个具有两个独立电源的器材。引荐供电序列要求数字电源先于模仿电源供电（这是惯例，因为数字模块操控模仿模块，所以有必要首要为数字模块供电），该模块有必要首要初始化。哪个电源首要开端上升不重要，但数字电源有必要先于模仿电源跨过阈值，如图6 所示。假定电源之间的推迟为100 μs左右，则影呼应当很小，器材应能正确初始化。
因为内部三极管寄生效应，数百ms 的慢速电源斜坡或许会引起问题。POR 电路要在各种压摆率下进行评价，以保证其在正常电源条件下能正确作业。数据手册会阐明是否需求快速电源斜坡（100 μs或更短）。
例如，关于用细电缆衔接电源的电路板，不良的接地衔接会具有高阻抗，它或许会在上电期间发作毛刺。别的，在某些电磁环境（EME）下，MOS晶体管的寄生栅极电容或许会充电，导致晶体管不能正常作业，除非让该电容放电。这或许引起POR初始化失利。
漂移和容差也需求考虑。某些状况下，电容等分立元件具有高容差（高达40%）和高漂移（随温度、电压和时刻的漂移）。此外，阈值电压具有负温度系数。例如，VT1 在室温下为0.8V，在-40°C下为0.9 V，在+105°C 为0.7V。
现代集成电路选用精细杂乱的电路来保证其敞开后进入已知状况，保存存储器内容，快速引导，而且在其关断时节约功耗。本文分两部分，供给有关运用上电复位和关断功用的一些主张。
断电仍是关断？
“当然是关断！”对这个问题感到吃惊的人会大声说道。其他人或许会深思二者有何差异。关断形式常常会保存存储器内容，发动时刻更短，漏电流超低，而假定堵截电源，这一切都不复存在。可是，假定不需求这些特性呢？规划人员会让电源坚持安稳并运用关断形式而糟蹋电源吗？为何不能简略地通过堵截电源来下降漏电流？关断形式是否存在一些根本的深层次的要求？感到疑惑不解？请看下文。
引诱与危险
现代体系包含丰厚的特性，这是通过多层次的杂乱规划完成的，常常涉及到不止一个芯片。功耗是许多运用都关怀的，比如便携式医疗设备，因而这些芯片常常包含一种或多种关断形式。这些形式供给存储器内容保存、外设运用和快速敞开等特性，而耗费的电源电流十分少。另一种办法是彻底关断电源。这会彻底堵截芯片的电源，不允许任何电流进入电源引脚。尽管能够下降功耗，但这种办法存在一些严峻的副效果。
考虑一个包含多个芯片的杂乱体系，这些芯片通过多路复用总线相连。假定该体系规划用于功耗受限的运用，简略地堵截未在运用的芯片电源好像有利可图，尤其是在不需求关断形式供给的其他特性的时分。堵截电源可下降漏电流，但没有电源时，引脚对输入信号或许起到低阻抗节点的效果，导致不行猜测的操作和潜在的体系级要挟。尽管断电选项或许很诱人，但关断形式对杂乱体系有着根本上的长处：它使各芯片处于已知的、期望的状况，即便芯片在低功耗与高功用形式之间循环，也能坚持安全可靠的操作。详细状况可通过调查一个I/O节点来了解。
简略示例
图7中的引脚衔接到一个复用节点，其操作由一个经验证的体系架构设定。作为I/O引脚，它一起具有输入和输出功用。
不考虑功率开关所用器材的问题，断开此芯片的电源（假定不需求任何芯片操作）将导致图8所示的状况，芯片内核处处都是不知道状况。在最坏状况下，浮置栅极输出器材（MOUT， p 和MOUT， n）或许会在休眠时露出于意想不到的外部电压下。关于本例所示的CMOS I/O，这或许发作一个经由NMOS漏极衔接的对地低阻抗衔接（赤色亮显）。高电流将导致前一级的驱动才能透支，然后危害芯片中的MOS电路，乃至芯片自身。即便未危害体系，其功用也会下降。
关断形式
关断形式为芯片供给额定的一重维护，可防备上述意外作业状况。完成办法会因不同的形式、产品系列和供货商而异，但重点是在芯片内核休眠时供给安全的I/O鸿沟，坚持已知的、可信赖的低功耗状况。长处是体系器材之间的I/O操作（例如通过体系级多路复用总线）不会要挟到休眠中的器材。一个完成计划是在低功耗形式下将I/O引脚置于高阻态，使衔接到鸿沟引脚的内部节点处于已精确界说的状况。图9 显现了一个简化的完成计划。信号对内部电路无影响，从根本上保证其安全。其他完成计划（例如浅休眠形式）也能够让I/O外设坚持上电，一起保证在关断形式期间芯片外设与内核之间的操作得到验证。这使得芯片在坚持低功耗的一起，能够处理激活状况下的运用景象。此外，该体系下降了功率开关的本钱；如若不然，将需求运用一个很大的低电阻器材，其漏电流和导通状况功耗均会相当大。
关断形式因芯片和供货商而异，因而，“浅休眠形式”之类称号的意义并不总是相同。有些支撑保存存储器内容，有些则供给更多的中止数或其他类似特性。与彻底断电比较，这些形式的一个杰出优势是能够缩短体系呼应时刻。有些电路供给独自的I/O电源和内核电源。这种别离的一个长处是，电路板规划人员能够堵截内核电源以下降漏电流，而I/O 则坚持上电。强烈主张必定要从产品数据手册取得精确的详细信息，保证所需的特性和维护办法遭到产品的支撑。
尺度不断缩小的影响
作为器材尺度缩小的天然结果，现代IC工艺技能供给更高密度的封装，使得关断形式的优化运用越来越重要。不过，这也下降了器材的压力处理才能。例如，28nm 器材的栅极氧化物就比相应的180nm 器材要薄。这样，断电形式下栅极电压所施加的压力更有或许损坏较小的器材。此外，布局相关的参数也或许导致尺度较小的器材发作灾难性毛病。
一切这些影响使得关断形式对现代器材越来越有吸引力。现代芯片充盈着各种特性，包含成百上千万的元件；假定坚持敞开，每个器材都或许发作漏电流。优化特性运用并关断芯片中不运用的部分，能够消除其间的大部分漏电流。但是用户应该保证供货商清晰支撑这些形式，而不要企图自行开发关断功用。
更多景象
关于关断的完好拼图还缺几片。假定一起堵截接地衔接（这将构成另一条低阻抗途径）会怎样？这与直接驱动I/O引脚而不使能电源的ESD 状况类似，假定信号满足强，或许会触发ESD 维护结构，导致高电流流经其他相连的I/O引脚，发作假上电状况。更有或许的状况是信号稍弱一点，但仍然强到足以通过一条途径（如I/O箝位）抵达电源。信号或许无法触发电源箝位，但会在电源上引起意想不到的虚电压，然后形成不知道作业状况，详细景象取决于芯片的拓扑结构。任一状况下，假定电路状况继续如此，则芯片或许受损，除非前一级现已中止供给高电流。假定信号强度不足以触发I/O箝位，它仍或许会对所遇到的第一个晶体管施压，长时刻操作后或许会损坏该晶体管。
假定断开电源并拉低电源输入呢？这种状况下，芯片无起浮电源，不或许触发任何ESD 结构，但PMOS漏极电压或许高于主体电压，使漏极-主体二极管正偏。这样，来自前一级的电流将通过PMOS 器材流至地，直至器材焚毁、前一级中止供给电流或规划人员留意到报警。
定论
本文评论了电路板上电时或许引发体系问题的一些常见问题，并阐明晰保证电路板正确初始化的根本原则。电源常常被忽视，但其终究电压精度和过渡行为均很重要。
关断形式使得体系级呼应更快速、更安全，因而是不行短少的特性，尤其是在调查杂乱体系中的完好信号链时。假定器材之间的交互很有限，或许体系全体很简略，足以保证不会呈现杂乱状况，则能够考虑彻底堵截电源。
