Springen naar inhoud


Tutorial info

  • Toegevoegd op: 16 feb 2012 03:14
  • Bekeken: 5296
 


* * * * *
1 Beoordeling

Info.: Wat is een IC, en vele vele meer.....

Geplaatst door pascalbianca op16 feb 2012 03:14
Voor vele mensen klinkt het bekend in de oren , maar de meeste weten niet de achtergrond ervan.
Dus neem een lekker bakje koffie en lees dit beetje info maar n doe je kennis wat meer op ervan :)

Inleiding: Wat is een IC?

Een Integrated Circuit, afgekort IC, is een geïntegreerde schakeling. Een IC bestaat uit een halfgeleider waarop transistoren en andere circuitonderdelen bevestigd zijn. De voorloper van de IC was de algemene printplaat. Deze bestond uit een printplaat met daarop enkele onderdelen gevestigd.

Een andere benaming voor IC is chip. Chip betekent schilfer (Engels). Vandaag hoort men meer de term chip dan IC.

De chip werd uitgevonden door de Amerikaan Jack St. Clair Kilby van Texas Instruments (van de rekenmachines). De echte doorbraak van de chip kwam door de fysicus Jean Hoerni van Fairchild Semiconductor.

Kilby zocht in 1958 een nieuwe baan en heeft die bij Texas Instruments gevonden. Net toen hij aan de slag mocht bij Texas Instruments, ging het bedrijf met vakantie. Omdat Kilby geen recht had op vakantiedagen, was hij verplicht om in het bedrijf te blijven werken gedurende de vakantieperiode. Kilby zat twee weken alleen op het bedrijf en zocht uit verveling een bezigheid. Na een tijdje kwam hij op het idee om een geïntegreerde schakeling (IC) te maken.

Voordien had men een schakeling met losse onderdelen (printplaten, transistoren,..). Kilby wou een schakeling maken waarop alle onderdelen (diodes, transistoren, …) bevestigd zijn. Alle componenten isoleerde hij op een stukje halfgeleider. De reden waarom de componenten moesten geïsoleerd zijn, is dat ze afzonderlijk konden werken. Zo werd de eerste IC ontwikkeld door Kilby.

Nadien werd er een hevige patentenstrijd gevoerd tussen de bedrijven Texas Instruments en Fairchild Semiconductor. Deze strijd kwam er omdat Fairchild Semiconductor een patentaanvraag deed voor de uitvinding van de IC, maar ondertussen had Texas Instruments er al een patent voor.

Dankzij deze twee bedrijven zijn ook andere bedrijven ontstaan die onderzoek deden naar chips en verbeteringen aanbrachten. Al deze nieuwe bedrijven vestigden zich in het gebied van Santa Clara in California. Dit gebied klinkt niet bekend in de oren, maar is beter gekend als Silicon Valley. Dit gebied heeft de naam Silicon Valley gekregen, omdat men daar de chip ontwikkelde en zich concentreerde op één halfgeleidermateriaal, Silicium (Silicon).

Bouw van de chip:

ic-1.jpg

Het produceren van chips gebeurt stapsgewijs. Het proces om een chip te maken heet fotolithografie. Men begint met silicium en neemt daar een schijfje van. Doordat men het silicium laat oxideren, vormt er zich een isolatielaagje. Dit is een laagje SiO². Daarop legt men opnieuw een lichtgevoelig laklaagje (ook wel fotoresist genoemd). Daar nog eens bovenop komt een masker (het patroon voor de chip). Men laat nu ultraviolet licht vallen op het masker, lak- en isolatielaagje. De belichte delen worden op een chemische manier verwijderd. Nu staat het patroon in de chip. De fotoresist wordt nu ook verwijderd omdat het lichtingsproces gedaan is en de chip dit niet meer nodig heeft. De fotoresist dient enkel als bescherming van het silicium.

Daarna worden andere lagen toegevoegd om de transistoren,diodes ,… erop te plaatsen.

De termen halfgeleider, silicium, transitoren en diodes worden in dit werk uitgebreid besproken. Ook hun functie in chips komt aan bod.

H1: HALFGELEIDERS

1.1. Halfgeleiders


Voor de 20ste eeuw kende men in de fysica enkel geleiders (metalen) en niet-geleiders (organische stoffen). Maar in de 20ste eeuw ontdekte men een nieuw soort geleider, namelijk de halfgeleider. De belangrijkste halfgeleiders zijn silicium (Si) en germanium (Ge). Deze twee atomen beschikken over speciale elektrische eigenschappen.

Een halfgeleider is iets dat geleidt of niet geleidt. Men zou denken dat een halfgeleider iets is dat stroom maar half geleidt. De stroom in een halfgeleider wordt geleid door elektronen of door gaten in de halfgeleider.

De halfgeleider is het belangrijkste onderdeel van onze IC. Halfgeleiders vind je ook in diodes en transistoren. Een IC is dus voornamelijk gebouwd uit een halfgeleider en componenten die ook gebouwd zijn uit halfgeleiders.

1.2. Silicium

Silicium is dé meest gebruikte halfgeleider, zoals verteld in 1.1. Daarenboven is silicium naast zuurstof de meest voorkomende stof op Aarde. Silicium heeft volgende elektronenconfiguratie:

=> [Ne]3s² 3p²

Zoals je ziet heeft silicium 4 elektronen op zijn buitenste schil en heeft dus nog 4 elektronen nodig om edelgasconfiguratie te vormen. Deze 4 elektronen vormen de eigenschappen van de halfgeleider.

Silicium zal dus in de halfgeleider binden met nog 4 andere silicium atomen.

ic-2.jpg

Op de bovenstaande afbeelding zie je dus een stukje halfgeleider. Zoals je ziet zitten de siliciumatomen in een kristalrooster. Ieder siliciumatoom heeft nu edelgasconfiguratie. Ieder paar silicium maakt verbinding met elkaar door behulp van het valentie-elektron. De valentie-elektronen zitten in een valentieband. Elektronen in de valentieband draaien rond de kern van de ene atoom en dan weer rond de kern van hun eigen atoom.

In de halfgeleider is er naast de valentieband ook een geleidingsband. In deze band zitten vrije elektronen. Deze vrije elektronen zijn losgekomen van de atoomkern en bewegen vrij in het kristalrooster van silicium.

De elektronen in de valentieband kunnen verspringen naar deze geleidingsband. Dit gebeurt enkel wanneer het elektron voldoende energie heeft om zich los te rukken van de atoomkern. Wanneer men het kristalrooster opwarmt, krijgt het elektron voldoende energie om zich los te rukken en kan het dus verspringen naar de geleidingsband. Dit voorval brengt twee belangrijke gevolgen met zich mee:

  • Doordat er een elektron weg is van het siliciumatoom, is er nu een lege plek gekomen. Dit lege plek noemt men een gat. Dit gat is positief, want er is een negatief deeltje weg. Gaten zorgen mede voor de elektrische geleiding.
  • Het vrije elektron zorgt nu ook mede voor de elektrische geleiding.
1.2.1. Silicium onder spanning

We gaan nu een spanningsbron bevestigen aan de halfgeleider. Elektrische stroom is de verplaatsing van elektronen en is tegengesteld met zijn stroomzin. De stroomzin is meestal van de + pool naar de - pool. Dus de elektronen gaan zich verplaatsen van de - pool naar de + pool.

Alle vrije elektronen in het kristal gaan zich nu bewegen naar de + pool. Dit fenomeen wordt de n-geleiding genoemd, omdat de elektronen zich verplaatsen.
Er worden nu ook elektronen van de siliciumatomen aangetrokken tot de + pool en wanneer ze hard genoeg aangetrokken worden (dus voldoende energie krijgen), verspringen ze van de valentieband naar de geleidingsband.
De vrije elektronen worden nu ook terug aangetrokken door de gaten die zij “onderweg tegenkomen” (recombinatie). Opnieuw worden de elektronen aangetrokken en verlaten zij het gat opnieuw. Dit wordt steeds herhaald en zo verplaatsen de elektronen zich.

De elektronen bewegen naar de + pool terwijl de gaten zich naar de - pool toe bewegen. Dit is de p-geleiding, omdat de gaten positieve deeltjes zijn. Wanneer elektronen zich naar de + pool bewegen, gaan er meer gaten achterblijven aan de - pool.

Zoals vermeld “vallen” elektronen in gaten. Dit proces wordt recombinatie genoemd. Het aantal ladingsdragers in de halfgeleider blijft altijd in evenwicht. Dus als er 10 elektronen vrijkomen, ontstaan er 10 gaten. Dankzij deze ladingsdragers kan een halfgeleider stroom geleiden.

Omdat halfgeleiders in hun natuurlijke vorm niet zo sterk stroom geleiden, zijn er kunstmatige halfgeleiders gemaakt, waarin vreemde atomen voorkomen. Men kan atomen toevoegen met 3 of 5 valentie-elektronen. Hierdoor zal het silicium (4 valentie-elektronen) kristal fouten vertonen. Deze fouten hebben een positief effect op wat wij willen bereiken: betere geleiding. De elektrische eigenschappen zullen hierdoor veranderen en beter de stroom geleiden. Men hoeft maar 1 vreemd atoom aan te brengen per 10 miljoen silicium atomen om de geleiding van de halfgeleider met 1000% te doen stijgen. Dankzij deze kunstmatige halfgeleiders kunnen toepassingen gemaakt worden zoals computers, radio’s, …


1.2.2. N-silicium

n-silicium is een kristal dat meer elektronen bevat dan gaten. Bij n-silicium werd er een atoom toegevoegd dat 5 valentie-elektronen heeft. Meestal is dit fosfor. Als je een fosfor atoom in een silicium kristal stopt, gaan er 4 valentie-elektronen edelgasconfiguratie vormen met 4 naburige silicium atomen. Nu is er 1 elektron dat niet gebonden is aan een silicium atoom. Dit elektron komt makkelijk los van fosfor en zit nu in de geleidingsband. Dus er is één elektron meer bij de vrije elektronen terwijl de gaten onveranderd blijven.

ic-3.jpg

Nu het 5e elektron in de geleidingsband zit, is het fosfor atoom positief geladen. Fosfor blijft in het kristal zitten. Fosfor en andere vijfwaardige elementen worden donoren genoemd omdat zij een elektron doneren aan het kristal.
Zoals gezegd zijn de elektronen nu in de meerderheid en worden nu meerderheidsladingdragers genoemd. Gaten worden dan de minderheidsladingdragers genoemd.

Als we nu de halfgeleider aan de spanningsbron hangen, gaan de elektronen naar de + pool bewegen, dus er is een n-geleiding. Bij deze krijgt het kristal de naam n-silicium.

1.2.3. P-silicium

Men kan een extra elektron brengen in de halfgeleider, maar men kan ook het tegengestelde doen. Men brengt een atoom in het kristal dat slechts 3 valentie-elektronen heeft, meestal boor. Dit zorgt voor volgende effect in het kristal: het 4e silicium atoom kan dus niet binden met boor en er ontstaat een gat. Nu zijn de gaten in de meerderheid en de elektronen in de minderheid.

ic-4.jpg

Nu er een gat meer is dan een vrij elektron, zegt men dat de gaten de meerderheidsladingdragers zijn. De vrije elektronen zijn nu de minderheidsladingsdragers. Het booratoom noemt men een acceptor, want het kan dankzij een gat een vrij elektron opvangen.

Legt men opnieuw een spanning aan deze halfgeleider dan gaan de gaten zich verplaatsen naar de - pool. Deze zorgt voor de p-geleiding en dus krijgt het kristal de naam p-silicium.

1.3. Germanium

Naast silicium is germanium de meest gekende halfgeleider, maar wel de minst gebruikte. Germanium draagt het atoomnummer 32 en is ontdekt door Clemens Winkler in 1886. Germanium komt niet zoveel in de natuur voor als silicium. Je vindt het atoom in vliegas van steenkoolverbranding en ook in kleine hoeveelheden in koper- en zinkertsen.

De reden waarom germanium niet veel gebruikt wordt, is omdat silicium goedkoper is en een grotere bandbreedte heeft dan germanium. Toch is germanium een belangrijk atoom. Het wordt gebruikt in legeringen, camera’s voor in het donker, glasvezeloptiek en in de katalyse van polymerisatiereacties. Het wordt ook in IR-technologie toegepast omdat germanium transparant is in infrarood licht.

ic-5.jpg

1.3.1. N-germanium en p-germanium

Net zoals bij silicium kunnen we atomen toevoegen aan dit kristal om de geleiding te vergroten. Alle eigenschappen van de n- en p-geleiding voor silicium gelden ook voor germanium. Zie 1.2.2 en 1.2.3.

H2: CHIP ONDERDELEN

2.1. De diode


De diode is de eenvoudigste toepassing van de halfgeleiders. Een diode is een toestel dat elektrische stroom doorlaat of blokkeert.
Een diode is een halfgeleider dat bestaat uit 50% n-silicium en 50% p-silicium.

Er is eerst een laag 100% p-silicium. Men warmt het kristal op en stelt het bijvoorbeeld bloot aan arseenhoudend gas. Arseen is net als fosfor een 5 waardig atoom. Arseen dringt het kristal lateraal binnen en vervangt telkens een silicium atoom. Men blijft dit proces aanhouden tot er evenveel n-silicium is als p-silicium. Men heeft nu een halfgeleider met twee elektrische eigenschappen.

Er is nu een grens in de halfgeleider die we de pn-overgang noemen. Langs deze grens gaan er vrije elektronen van het n-silicium aangetrokken worden door gaten in het p-silicium. Dit verschijnsel duurt tot de contactpotentiaal te hoog wordt. De contactpotentiaal is de arbeid die nodig is om een lading te verplaatsen. Dus het elektron krijgt het moeilijk om nog naar p-silicium te gaan.
Er is nu een gebied in het kristal dat geen ladingsdragers heeft. Dit gebied noemt de sperzone. Dit gebied is niet groot, slechts 1 duizendste van een millimeter breed.

ic-6.jpg

2.1.1. Diode in doorlaatrichting

Een spanning wordt aangelegd op volgende manier:

ic-7.jpg

In dit schema worden elektronen naar het n-gebied gebracht. Hierdoor wordt n-silicium negatiever en gaat de sperzone kleiner worden. Dit heeft als gevolg dat de elektronen door de sperzone kunnen en zich naar de + pool kunnen verplaatsen. Hetzelfde geldt voor de gaten. Het p-silicium wordt positiever waardoor de sperzone zal verkleinen. Nu kunnen de gaten zich verplaatsen naar de – pool. Beide ladingsdragers kunnen ladingen verplaatsen. De diode staat in doorlaatrichting geschakeld.

Let op: De spanning moet boven de 0,6V liggen omdat de contactpotentiaal tussen de 0,2V en 0,5V ligt. Is de spanning kleiner, dan kunnen de ladingsdragers de sperzone niet over.

2.1.2. Diode in sperrichting

Opnieuw leggen we een spanning aan over de diode, maar wisselen de polen om.

ic-8.jpg

Zoals je al weet van 1.2.1 worden elektronen aangetrokken naar de + pool en de gaten naar de - pool. Op bovenstaande schakeling worden dus de elektronen van het n-silicium aangetrokken tot de + pool en de gaten tot de - pool. De sperzone wordt alsmaar groter met als gevolg dat elektronen als gaten niet meer door die sperzone kunnen. De diode staat in sperrichting.

Merk op: Er is een kleine geleiding, want er komen elektronen vrij door de warmte die de spanningsbron veroorzaakt. Deze kunnen dan wel door de sperzone.

2.1.3. Diode als gelijkrichter

We weten dat de diode zich kan gedragen als een goede geleider, maar ook als een slechte geleider.

Men kan de diode dus gebruiken als gelijkrichter. Een gelijkrichter zet wisselstroom om in gelijkstroom. De diode zal één keer de stroom doorlaten en de andere keer blokkeren. Dit omdat, bij wisselstroom, de polen cyclisch veranderen. Als we een lampje en een diode in serie schakelen, zal het lampje de ene keer stroom krijgen en de andere keer niet.

Als men blijvende gelijkstroom wil, gaat met een Graetzschakeling maken met 2 condensatoren, een spoel en 4 diodes.

2.1.4. Light Emitting Diode (LED)

Een LED vind je tegenwoordig overal. In je rekenmachine, zonnecellen, …

Een LED is niets meer dan een diode die in doorlaatrichting is geschakeld. De elektronen gaan door de sperzone en komen onderweg gaten tegen in p-silicium. Deze elektronen kunnen in zo’n gat vallen en recombineren. Het recombineren gaat gepaard met energie-afgifte van het elektron. Deze energie wordt uitgezonden als een foton, maar kan ook als warmte afgegeven worden.

De energie die vrijkomt tijdens recombinatie moet groter zijn dan 1,73 eV. Dit moet omdat de grootst waarneembare golflengte gelijk is aan 720 nm.
Als men een groene LED wil, zal men galliumfosofide gebruiken. Gallium zal een gat maken in het kristal en fosfor zal een vrij elektron afgeven in het kristal. Wanneer die 2 recombineren, zal de vrijgekomen energie gelijk zijn aan 2,25 eV om groen te vervaardigen.

ic-9.jpg

2.2. Transistoren

Een transistor is een elektrische component die de stroom versterkt. Transistoren hebben in chips echter een andere functie: ze zullen de stroom aan- of uitschakelen. Dit is belangrijk voor later, want chips werken met binaire code.

Er bestaan verschillende types transistoren:

  • Puntcontacttransistor
  • Unipolaire of veldeffecttransistor
  • Bipolaire transistor
De bipolaire transistor is de meest voorkomende transistor in de chip: ze bestaat uit 3 lagen telkens met 2 pn-overgangen. Zo ontstaan er 2 types bipolaire transistoren:
  • npn-transistor
  • pnp-transistor
De 2 buitenste lagen zijn de emitter (E) en collector ©. De middelste laag krijgt de naam basis ( ;).

2.2.1. Npn-transistor

ic-10.jpg

In een npn-transistor zijn altijd 2 voedingsbronnen aanwezig. De collector is verbonden met de + pool van de ene voedingsbron en de emitter is verbonden met de - pool van de andere voedingsbron.

ic-11.jpg

Op de vorige figuur zie je een npn-transistor geschakeld tussen 2 voedingsbronnen. De collector hangt vast aan de + pool van V2 en de emitter hangt vast aan de - pool van V1.

Als je de schakeling ziet, dan merk je op dat wanneer men de stroom aanlegt, ze door de emitter-basis kan, maar geblokkeerd wordt door de basis-collector.
De vrije elektronen in de emitter worden naar de basis gedreven door het elektrisch veld en de aantrekking van de + pool => doorlaatrichting
De vrije elektronen in de collector worden aangetrokken tot de + pool => sperrichting
We hebben dus altijd een pn-overgang die in doorlaatrichting is geschakeld en een pn-overgang die in sperrichting is geschakeld.

Werking:

De stroom wordt geblokkeerd door het collector-basis gedeelte waardoor de emitter geen stroom krijgt. Als beide spanningsbronnen worden aangelegd, worden de elektronen uit de emitter naar de basis gedreven. Dankzij het elektrisch veld krijgen ze voldoende snelheid en gaan er slechts een paar met een gat in de basis recombineren. Omdat de basis zo dun is, stromen de elektronen door naar de collector. De elektronen lopen nu naar de + pool van de 2e spanningsbron.

Hetzelfde geldt voor de gaten in de basis die worden aangetrokken door de - pool van de 1e spanningsbron. De vrije elektronen die doorstromen naar de collector, laten gaten achter in de emitter.

We hebben dus een verplaatsing van beide ladingsdragers => stroom wordt niet geblokkeerd en kan door de emitter.

Ie = Ic + Ib

Als men de spanning van de 1e voedingsbron verhoogt, komen er meer elektronen vrij en zal de elektronenstroom naar de collector vergroten.

Gevolg: doordat de stroom bij de emitter kan en dus meer elektronen naar de 2e spanningsbron gaan wordt de stroom versterkt.

De afbeelding en tekst stellen de werking en de stroom van de ladingdragers visueel voor.

ic-12.jpg

Zoals je ziet, verplaatsen de elektronen zich van de emitter naar de collector en stromen zo door naar de + pool van de 2e spanningsbron. Aan de andere kant zie je de stroom van de gaten naar de - pool van de 1ste spanningsbron. Het uitputtingsgebied stelt de sperzone voor van het basis-collector gedeelte.

De pijlen van de elektronenstroom en de gatenstroom die vertrekken vanuit de 1ste spanningsbron duiden erop dat de gaten zich verplaatsen van de + pool naar de - pool en de elektronen van de - pool naar de + pool.

ic-13.jpg

De pnp-transistor is bijna identiek aan de npn-transistor. Zoals je ziet, loopt de stroom niet meer van de collector naar de emitter, maar loopt de stroom in de pnp-transistor van de emitter naar de collector.

Een pnp-transistor heeft twee p-silicium lagen (emitter en collector) en één n-silicium (basis). Opnieuw zijn er twee spanningsbronnen, alleen zijn de polen verwisseld. De emitter wordt nu verbonden met de + pool van spanningsbron 1 en de basis met de - pool van spanningsbron 1. De collector wordt met de - pool van spanningsbron 2 vastgelegd.

Opnieuw is de emitter-basis in doorlaatrichting geschakeld, want de elektronen van de basis worden aangetrokken door de + pool van spanningsbron 1 en de gaten door de - pool.
De collector-basis is in sperrichting geschakeld. De gaten in de collector worden naar de + pool getrokken van spanningsbron 2.

Werking:

De werking is hetzelfde als de npn-transistor, alleen zijn de grootste ladingdragers niet de elektronen maar de gaten. De basis is opnieuw zéér dun. De gaten worden aangetrokken door de - pool van spanningsbron 1. In de basis gaan een paar gaten recombineren met de elektronen, maar de andere gaten stromen gewoon door naar de collector omdat ze worden aangetrokken door de - pool van spanningsbron 2.

Gevolg: doordat de stroom bij de emitter kan en dus meer gaten naar de 2e spanningsbron gaan, wordt de stroom versterkt.

2.2.3. De wet van Moore

42 jaar geleden deed Gordon Moore, één van de oprichters van chipfabrikant Intel©, een uitspraak.

Het aantal transistors op een chip verdubbelt elk jaar (later was dit om de twee jaar).

Deze uitspraak werd later in de chipwereld gezien als een wet. Deze wet zal binnenkort vervallen. De voormalige Intel oprichter besefte dit ook toen hij die uitspraak deed. Er is een fysische grens op een chip en men zit bijna op de limiet.
Men is dus gedwongen om andere technieken te gebruiken. Nanotechnologie is de enige oplossing denkt men, maar men kan deze technologie niet toepassen. Nanotechnologie zou de elektronica kunnen vervangen, maar dan moet iedereen deze technologie toepassen en dat gaat niet omdat de elektronica-indusrite te verspreid en uitgebreid is.

Even een klein overzicht van het aantal transistoren per chip door de geschiedenis heen.

ic-14.jpg

Vanaf 2003 zit men ongeveer aan de limiet voor het aantal transistoren op de chip. In 2005 heeft men een nieuwe techniek gevonden om meer transistoren te kunnen plaatsen. Men nam gewoon 2 chips en plaatste die in één chip. Deze nieuwe technlogie wordt ook wel multi-core genoemd (meerdere kernen). De bedrijven Intel, AMD en IBM maken vandaag enkel nieuwe processors met deze technologie. Hierdoor blijft de wet van Moore geldig, maar in de toekomst zal men toch een andere techniek moeten vinden.

De voordelen van multi-cores zijn:
  • De wet van Moore geldt.
  • Multithreading is in het leven geroepen. Multithreading is dat men 2 processen tegelijk kan draaien zonder dat de ene gehinderd wordt.
    • Voorbeeld: wanneer je je computer scant op virussen met een enkele kern kan je geen andere programma’s draaien. Met multi-cores kan dit wel. De ene kern wordt gebruikt door de scanner terwijl de andere programma’s de tweede kern gebruiken.
    • Nadeel: vele softwarefabrikanten hebben hun software geschreven voor één kern. Men moet deze nu aanpassen zodat men de multi-cores optimaal gebruikt. Er is nog maar zeer weinig software die deze technologie gebruikt (ook omdat deze nog maar nieuw is).
Enkele voorbeelden van multi-cores:

ic-15.jpg

Een andere voorloper op de Core 2 Duo van Intel was Pentium D. Deze bestond ook uit 2 kernen (2 pentium 4’s naast elkaar met een brug). Op deze chip staan 376 miljoen transistoren op een oppervlakte van 132 mm². Deze werkt op een snelheid van 3,73 Ghz. Dat betekent dat de processor 3 miljard keer per seconde 376 miljoen transistoren kan schakelen.

2.3. De behuizing van de chip

De behuizing van chips gebeurt vandaag in kunststof. Vroeger werd dit gedaan in een metalen behuizing. Er zijn verschillende behuizingen voor chips.

2.3.1. Dual In-line behuizing

Een Dual In-line behuizing (DIP) is een behuizing dat bestaat uit een rechthoekig omhulsel met twee rijen elektronische pinnen.

ic-16.jpg

De afbeelding hiernaast (Afbeelding 16) is een DIP14 behuizing. Het getal 14 staat voor het aantal elektronische pinnen. Dus DIP14 heeft 2 rijen van elk 7 elektronische pinnen.
De hoogte van zo’n elektronische pin is 2,54 mm. De afstand tussen 2 elektronische pinnen is 7,62 mm. Wanneer je een DIP hebt met 24 of meerdere elektronische pinnetjes zal de afstand tussen 2 pinnetjes 15,24 mm bedragen.

DIP’s kunnen we nogmaals verdelen in categorieën.
  • Ceramic Dual In-line Package (CERDIP). Deze DIP heeft een behuizing die uit keramiek bestaat.
  • Plastic Dual In-line Package (PDIP). Deze DIP heeft een behuizing die uit plastiek bestaat.
  • Shrink Plastic Dual In-line Package (SPDIP). Deze DIP heeft een behuizing die uit krimpplastiek bestaat.
De nummering van de pinnetjes is eenvoudig. De eerste pin staat op de onderste rij helemaal links. De tweede ernaast. Dus van links naar rechts. Dan ga je verder op de bovenste rij van rechts naar links.

2.3.2. DIP-8 behuizing

Zoals de titel al aangeeft, is dit een Dual In-line Package die bestaat uit 2 rijen van elk 4 elektronische pinnen.

ic-17.jpg

De DIP-8 wordt meestal gebruikt bij het maken van prototypes. De behuizing kan beter tegen oververhitting dan zijn broer SOIC-8. SOIC-8 is een kleinere versie van de DIP-8 (zo’n 50% kleiner). Men gebruikt de SOIC-8 omdat deze goedkoper is en uitstekend werkt voor kleine printplaten.

2.3.3. Single In-line behuizing

De Single In-line behuizing (SIP) is bijna een tweelingbroer van de DIP. Hier gaat het enkel om één rij met elektronische pinnen. Deze behuizing is niet populair en werd veelal gebruikt voor de behuizing voor RAM.

ic-18.jpg

2.3.4. Zig-zag In-line behuizing

De Zig-zag In-line behuizing (ZIP) is een behuizing die men al een tijdje niet meer gebruikt. ZIP’s werden vroeger gebruikt voor de behuizing van DRAM. ZIP’s waren een vervanging voor de DIP.

ic-19.jpg

De algemene afmetingen van een ZIP zijn 3 mm dik, 10 mm hoog en 30 mm lang.

2.3.5. Pin Grid Array behuizing

Pin Grid Array (PGA) is een typische behuizing voor processors. Deze behuizing bestaat uit keramiek en is aan de ene zijde bedekt met een reeks van elektronische pinnen. De ruimte tussen de pinnen is 2,54 mm.

ic-20.jpg

Vroeger werd de PGA in plastieken behuizing gemaakt en kreeg als naam Plastic Pin Grid Array (PPGA). Deze plastieken behuizing werd vroeger gemaakt door Intel© voor de pentium serie.

Deze 5 zijn niet de enige behuizingen. Er bestaan nog een hele reeks van andere behuizingen en ook behuizingen die al uitgestorven zijn. Deze 5 bovenstaande behuizingen worden tegenwoordig het meest gebruikt (behalve de ZIP dan).

H3: EENTJES EN NULLEN

3.1. Logische poorten


Logische poorten zijn elektrische schakelingen die volgens de booleaanse logica werkt. De booleaanse logica is booleaanse algebra en bestaat enkel uit de cijfers 0 en 1. Via logische poorten worden dan de 0 en 1 berekend.

Logische poorten steunen op twee hoofdeigenschappen:

  • Er zijn maar twee uitvoermogelijkheden, namelijk 0 of 1. 0 kan je zien als een laag/zwak elektrische spanning, terwijl 1 het omgekeerde is.
  • Bij logische poorten heb je één of meerdere invoeren, terwijl je altijd maar één uitvoer hebt.
Logische poorten bestaan uit diodes, transistoren, weerstanden, … M.a.w. de componenten in een chip.

Werking:

In de meeste elektronische apparaten gebruikt men Transistor-transistorlogica (TTL). Deze logica wordt ook wel de 5 volt-logica genoemd. Dat wil zeggen dat iedere elektrische input tussen de 2 - 5 volt het logische getal 1 zal voorstellen. Bij een elektrische input tussen de 0 - 0,5 volt wordt het logische getal 0 gebruikt.
Voor de output gebruiken we andere voltages. Voor het logisch getal 1 zal de elektrische output tussen de 3,3 - 5 volt liggen. En voor het logische getal 0 zal de elektrische output tussen de 0 - 0,8 volt liggen.

Om energie te besparen gebruikt men soms ook 3,3 volt voor het logische getal 1 en voor processors gebruikt men 1,8 volt (omdat deze ook miljarden logische getallen moet kunnen verwerken in een zeer korte tijd en dat zou veel te veel energie vergen).

3.2. Soorten logische poorten

A en B zijn de twee inputs van de logische schakeling en kunnen slechts de waarde 0 en 1 bevatten. De output na de logische bewerking kan slechts 0 of 1 zijn.

• AND

ic-21.jpg

• OR

ic-22.jpg

• NOT

ic-23.jpg

• NAND

ic-24.jpg

• NOR

ic-25.jpg

• XOR

ic-26.jpg

• XNOR

ic-27.jpg

Voorbeeld :

ic-28.jpg

A, B en C zijn de inputs van deze logische schakeling. D en E zijn de outputs van A, B en C en zijn dan tevens de inputs voor Q. We zeggen dat D, E en Q de outputs zijn. We kunnen 8 verschillende inputs hebben en dus ook 8 verschillende outputs.
Het zwarte bolletje wil zeggen dat de input van B geldt voor beide logische poorten.

ic-29.jpg

3.3. Logische poorten in IC’s

TTL chips, ook wel de 7400 series, is een TTL in een chip. De 7400 series is een DIP14 en wordt gebruikt in sommige elektronische apparaten en industriële elektronische machines.

ic-30.jpg

De 7400 series hebben 4 NAND poorten. Iedere NAND poort heeft 2 pinnen voor de input en 1 pin voor de output. De pinnen 7 en 14 zorgen voor de stroom in de chip.
De volgende tabel geeft de 74xx series weer met hun specifieke poorten.

ic-31.jpg

Verklarende woordenlijst

ic-32.jpg

Inloggen


Untitled 1

Met dank aan Jürgen voor de jarenlange inzet van visualbasic.be (anno dec 2000)
Met dank aan Mike en Ronneke voor de jarenlange inzet van vbib.be (anno dec 2010)
Met dank aan PascalBianca voor de jarenlange inzet van vbib.be (anno dec 2016)