555被称为有史以来最伟大的芯片之一
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芯片上不同类型的硅更难看到。芯片的区域用杂质处理(掺杂)以改变硅的电特性。N 型硅具有过量的电子(负),而 P 型硅缺乏电子(正)。在照片中,这些区域显示为略有不同的颜色,周围有细黑色边框。这些区域是芯片的组成部分,形成晶体管和电阻器。在windows中,大家修改完hosts之后,直接保存不了,保存的时候先另存在桌面,再拖进去覆盖即可!
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IC内部的NPN晶体管
晶体管是芯片中的关键元件。555 定时器使用 NPN 和 PNP 双极晶体管。如果您研究过电子学,您可能已经看过如下图所示的 NPN 晶体管图,显示了晶体管的集电极 (C)、基极 (B) 和发射极 (E),晶体管被图示为P硅夹在两个对称的N硅层之间,NPN 层构成 NPN 晶体管。事实证明,芯片上的晶体管看起来不像这样,而且基极通常甚至不在中间!
NPN 晶体管的原理图符号,以及其内部结构的简化图
下面的照片显示了 555 中的一个晶体管的特写,因为它出现在芯片上。硅中稍有不同的色调表明已掺杂形成 N 和 P 区域的区域。白色区域是硅顶部芯片的金属层 - 这些形成连接到集电极、发射极和基极的导线。
裸片上 NPN 晶体管的结构。
照片下方是一个横截面图,说明了晶体管的构造方式。除了你在书中看到的 NPN 之外,还有很多其他东西,但如果你仔细观察“E”下方的垂直横截面,你会发现形成晶体管的 NPN。发射极 (E) 线连接到 N+ 硅。其下方是连接到基极触点 (B) 的 P 层。在其下方是(间接)连接到收集器(C)的 N+ 层。6 晶体管被 P+ 环包围,将其与相邻组件隔离。
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IC内部的PNP晶体管
电阻器是如何在硅中实现的
电阻器是模拟芯片的关键部件。不幸的是,IC 中的电阻器很大且不准确。不同芯片的电阻可能相差 50%。因此,模拟 IC 的设计只有电阻的比率很重要,而不是绝对值,因为比率几乎保持不变。
555定时器内部的电阻。电阻器是两个金属触点之间的一条 P 硅。
上面的照片显示了 555 中的一个 10KΩ 电阻器,它由一条 P 硅(粉灰色)形成,在两端与金属线接触。其他金属线穿过电阻器。电阻器具有螺旋形状,以使其长度适合可用空间。下面的电阻是一个 100KΩ 的夹点电阻。夹层电阻器顶部的 N 硅层使导电区域更薄(即夹住它),形成更高但不太准确的电阻。
IC元件:电流镜
有一些子电路在模拟 IC 中很常见,但起初可能看起来很神秘。电流镜就是其中之一。如果您看过模拟 IC 框图,您可能已经看到下面的符号,指示电流源,并想知道电流源是什么以及为什么要使用它。这个想法是你从一个已知的电流开始,然后你可以用一个简单的晶体管电路,电流镜“克隆”电流的多个副本。
电流镜电路。右边的电流复制左边的电流。
电流镜的一个常见用途是替换电阻器。如前所述,IC 内部的电阻器既大又不准确,不便之处。尽可能使用电流镜而不是电阻器来节省空间。此外,与两个电阻器产生的电流不同,电流镜产生的电流几乎相同。
电流镜。它们都共享相同的基极,两个晶体管共享发射极。
IC元件:差分对
要了解的第二个重要电路是差分对,它是模拟 IC 中最常见的双晶体管子电路。 您可能想知道比较器如何比较两个电压,或者运算放大器如何减去两个电压。这是差分对的工作。
电流源通过差分对发送固定电流 I
上面的示意图显示了一个简单的差分对。底部的电流源提供固定电流 I,该电流在两个输入晶体管之间分配。如果输入电压相等,则电流将平均分成两个分支(I1 和 I2)。如果其中一个输入电压比另一个高一点,则相应的晶体管会以指数方式传导更多的电流,因此一个分支获得更多电流,而另一个分支获得更少。一个小的输入差异足以将大部分电流引导到“获胜”分支,从而打开或关闭比较器。555 芯片使用一个差分对作为阈值比较器,另一对作为触发比较器。
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555原理图
下面的 555 模具照片和原理图 是交互式的。点击原理图中的元件,会显示元件的简要说明。快速概览一下,大输出晶体管和放电晶体管是裸片上最明显的特征。阈值比较器由 Q1 到 Q8 组成。
触发比较器由 Q10 到 Q13 以及电流镜 Q9 组成。Q16 和 Q17 构成触发器。构成分压器的三个 5KΩ 电阻位于芯片中间。
传说 555 是以这三个 5K 电阻命名的,但 根据其设计者的说法, 555 只是 500 芯片系列中的任意数字。
Evil Mad Scientist 销售一款非常酷的 分立式 555 计时器套件,使用单独的晶体管和电阻器在更大范围内复制 555 电路——它实际上可以作为 555 的替代品。
文章来源:
http://www.righto.com/2022/01/silicon-die-teardown-look-inside-early.html
https://shop.evilmadscientist.com/productsmenu/tinykitlist/652
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