1.6 集成逻辑门简介

1.6.1 数字集成电路简介

上面介绍的逻辑运算关系都可以用数字集成电路实现。把晶体管、电阻、电容等元件及它们之间的连线全部制作在一小块硅片上构成的具有一定功能的电路称为芯片，封装起来的集成电路芯片就称为集成电路（Integrated Circuit,IC）。

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图1.6.1所示为集成电路封装示意图，这种封装形式称为双列直插封装（Dual-Inline Package,DIP）。所有电路都集成在内部硅片上，硅片通过细导线与外部引脚相连。由于集成电路具有可靠性高、功耗低、体积小和质量轻等优点，因此，现在数字系统的主流形式是数字集成电路。

图1.6.1 集成电路封装示意图

集成电路最早出现在1958年，是美国德州仪器（Texas Instruments,TI）公司的基尔比（Jack Kilby）[8]发明的。经过半个多世纪的发展，出现了大量的集成电路。

数字集成电路的实质就是集成逻辑门。根据电路结构和采用工艺的不同，数字集成电路可以分成TTL （Transistor-Transistor Logic，晶体管—晶体管逻辑）和MOS（Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体）等不同逻辑系列。并且随着电路制造工艺的改进（产生更小、更快和更低功耗的电路），还会出现更多的逻辑系列。

逻辑系列是一些功能不同的集成电路的集合，这些集成电路是用相同工艺制造的，且有类似的输入、输出特性。同一系列的集成电路可以通过外部的相互连线实现任意逻辑功能，而不同系列的集成电路可能采用不同的电源电压，或输入、输出逻辑电平不同，需要使用接口电路 [9]相互连接。

TTL系列是集成电路发明之后出现的第一个逻辑系列，其特点是工作速度快，但功耗大。TTL系列曾经得到广泛应用，人们在1960年代用TTL系列构建了第一台集成电路计算机。MOS系列又细分为CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体）、NMOS （N-Metal-Oxide-Semiconductor,N型金属氧化物半导体）和PMOS（P-Metal-Oxide-Semiconductor, P型金属氧化物半导体）等，其中CMOS系列具有集成度高、功耗低的优势，在低功耗系统（如笔记本电脑、数码相机、智能手机等）中得到广泛应用。目前，CMOS系列在市场中占据主导地位，而TTL系列的应用日渐衰落，但许多CMOS集成电路的编号和封装引脚与TTL相同。