مدار مجتمع چیست؟ قسمت اول

همانطور که در مقاله ی قبل به چیستی و تفاوت دو حوزه ی میکرو الکترونیک و الکترونیک پاسخ دادیم اکنون می خواهیم به طور عمیق تر به بحث مدارات مجتمع بپردازیم.
در مقاله ی قبلی بیان کردیم که مرد پشت مدارات مجتمع رابرت نویس بود اما در حقیقت ایده ی تبدیل مدارات الکترونیکی به یک قطعه ی مجتمع شده متعلق به ورنر جاکوبی دانشمند المانی بود که یک پتنت تقویت کننده ترانزیستوری را به صورت مجتمع شده در سال 1949 ارائه کرد. پس از ان مهندس بریتانیایی جافری دامر ایده ی مجتمع سازی برخی قطعات عادی الکترونیکی را بر روی یک کریستال نیمه هادی در سال 1952 به همگان بیان کرد اما حتی این پیشرفت و پیشرفت های بعدی که توسط دانشمندانی مثل سیدنی دارلینگتون تا سال های 1957 رقم خورد نتوانست منجر به تولید کارا و انبوه مدارات مجتمع شود .
تا اینکه یک پیشرفت غیر منتظره در سال 1958 سه دانشمند امریکایی سه مشکل اصلی مدارات مجتمع که مانع تولید انها شده بود را حل کردند. جک کلبی از تگزاس اینسترومنتس اصول مجتمع سازی را به عنوان پتنت ثبت کرد و اولین مدار مجتمع IC را ساخت و ان را تجاری کرد . ابداع کلبی یک مدار مجتمع ترکیبی بود . در ادامه ای این پیشرفت ها در ابتدای دهه ی شصت میلادی رابرت نویس توانست اولین چیپ مدار مجتمع را در شرکت فیرچایلد ابداع کند. او یک راه برای ارتباط اجزای مدار مجتمع ( متالیزاسیون المینیومی) را ابداع و علاوه بر ان یک ورژن بهتر شده از عایق را بر اساس فناوری فرایند مسطح که توسط جین هارونی توسعه یافته بود ارائه کرد .

اولین مدارات مجتمع از ژرمانیوم ساخته می شدند تا اواسط دهه ی پنچاه این عنصر توسط سیلیکون جایگزین شد چرا که می توانست در دما های بالاتری با راندمان بهتری عمل کند این روند ادامه یافت تا در سال 1954 گردون کید از تگزاس اینسترومنتس اولین ترانزیستور سیلیکونی را ابتدا کرد که در سال 1955 تجاری نیز شد . پیشرفت بزرگ بعدی اختراع ترانزیستور ماسفت که در دهه ی 70 میلادی صورت گرفت اما ابداع و ایده ی ان اولین بار در سال 1926 مطرح شد اما در ان زمان ابزار و تکنولوژی لازم برای ساخت ان وجود نداشت . با ساخته شدن ترانزیستور های ماسفت و پدیدار شدن برتری انها نسبت به ترانزیستور های دو قطبی باعث شد که انها خیلی زود در مدارات مجتمع به کار گرفته شوند. پیشرفت مدارهای مجتمع مستقیماً با زندگی روزمره ما گره خورده است
کالاهای الکترونیکی مدرن تماما حول مدارهای مجتمع ساخته می شوند. مدارهای مجتمع در همه چیز از رایانه، تلفن همراه و تلویزیون گرفته تا لوازم خانگی و اتومبیل در همه جا وجود دارند. پیشرفت مدارهای مجتمع کاهش هزینه و عملکرد بالای اقلام الکترونیکی را تسهیل کرده است و در نتیجه محصولات الکترونیکی کوچکتر، ارزانتر و قدرتمندتر تولید می شود. پیشرفت مدارهای مجتمع نیز مزایای متعددی را در زندگی ما به ارمغان آورده است. اقلام الکترونیکی مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه، به عنوان مثال، تلفن‌های همراه زندگی ما را آسان‌تر و سریع‌تر می‌کنند: فناوری‌های جدید مانند خانه‌های هوشمند و ماشین‌های بدون راننده نیز شیوه زندگی ما را تغییر می‌دهند و از مدارهای مجتمع برای سیستم‌های تشخیص هوا برای کمک به افزایش کیفیت زندگی مردم استفاده می‌کنند

. در این مقاله ابتدا تعریف، تاریخچه توسعه و مدارهای مجتمع به تفصیل پرداختیم حال چهار نوع مدارهای مجتمع به ترتیب معرفی میکنیم :

مدارات مجتمع انالوگ : از این مدارهای مجتمع آنالوگ عمدتاً برای پردازش سیگنال های آنالوگ مانند تقویت کننده ها، فیلترها و غیره کاربرد دارد

مدارات مجتمع دیجیتال: مدارهای مجتمع دیجیتال عمدتاً برای پردازش سیگنال های دیجیتال مانند ریزپردازنده ها، حافظه ها استفاده می شوند
مدارات مجتمع سیگنال مختلط : آی سی های سیگنال مختلط اغلب برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به سیگنال های دیجیتال استفاده می شوند تا دستگاه های دیجیتال بتوانند آنها را پردازش کنند. به عنوان مثال، آی سی های سیگنال مختلط اجزای ضروری برای تیونرهای FM در محصولات دیجیتالی مانند پخش کننده های رسانه ای هستند که دارای تقویت کننده های دیجیتال هستند. هر سیگنال آنالوگ را می توان با استفاده از یک ADC بسیار ابتدایی دیجیتالی کرد و کوچکترین و کم مصرف ترین آنها آی سی های سیگنال مختلط هستند.طراحی و ساخت آی سی های سیگنال مختلط نسبت به مدارهای مجتمع فقط آنالوگ یا دیجیتال دشوارتر است.

اما این دسته بندی بر مبنای نوع مدار های مجتمع بود. ما می توانیم مدار های مجتمع را از نظر اندازه یشان نیز طبقه بندی کنیم به عنوان مثال :
SSI (Small Scale Integration)
آی‌ سی ‌های SSI به مدارهایی اطلاق می‌شود که تعداد کمی از ترانزیستورها (معمولاً کمتر از 10) در یک تراشه جا داده شده‌اند. این نوع آی‌ سی ‌ها معمولاً شامل گیت های منطقی ساده و مدارهای پایه هستند و کاربردهای محدودی دارند.
MSI (Medium Scale Integration)
آی‌ سی ‌های MSI به مدارهایی اشاره دارند که تعداد بیشتری از ترانزیستورها (بین 10 تا 100) را در یک تراشه گنجانده‌اند. این نوع آی‌ سی ‌ها قادر به انجام عملیات منطقی پیچیده‌ تری هستند و معمولاً شامل مدارهای جمع‌ کننده، شمارنده‌ها و دیگر مدارهای دیجیتال می‌باشند.
LSI (Large Scale Integration)
آی‌ سی ‌های LSI شامل هزاران ترانزیستور (بین 100 تا 10,000) هستند و به این ترتیب امکان ایجاد مدارهای پیچیده‌تری را فراهم می‌کنند. این نوع آی‌ سی ‌ها معمولاً برای ساخت پردازنده‌ها و سیستم‌های دیجیتال با عملکرد بالا استفاده می‌شوند.
VLSI (Very Large Scale Integration)
آی‌ سی ‌های VLSI به مدارهایی اطلاق می‌شود که میلیون‌ ها ترانزیستور (بین 10,000 تا 1,000,000) را در یک تراشه جای می‌دهند. این نوع آی‌ سی ‌ها به طور معمول در طراحی میکروپروسسورها، حافظه‌های RAM و دیگر سیستم‌های پیچیده کاربرد دارند.
ULSI (Ultra Large Scale Integration)
آی‌ سی ‌های ULSI شامل میلیاردها ترانزیستور در یک تراشه هستند و امکان طراحی سیستم‌های پیچیده‌ای مانند پردازنده‌ های چند هسته‌ ای و سیستم‌ های روی تراشه ( (SoC را فراهم می‌کنند. این نوع آی‌ سی ‌ها به دلیل عملکرد بالا و کم‌حجم بودن، در دستگاه‌های مدرن الکترونیکی کاربرد فراوانی دارند.
حالا که با دسته بندی ها اشنا شدیم هرئکدام از انواع مدار های مجتمع را به طور دقیق در مقاله بعدی با عنوان (مدار مجتمع چیست ؟قسمت دوم) بررسی میکنیم