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逻辑也能计算?7毛钱的芯片懂什么逻辑
作者:东方佳讯刘琳
其实,我们每天都在和逻辑运算打交道,那么,什么是逻辑运算呢?我们举个例子。
逻辑运算
假设,有两个说法:
● “关羽是男人。”这显然是真的。
● “关羽还活着。”这显然是假的。
那么,
● 关羽是男人 且 关羽还活着。这个说法就不成立,是假的。
因为,“且”的意思是,其中任意一个条件为“假”,那么整个事件就不会发生。这个“且”,就是一种基本逻辑。
又比如:
● 关羽是男人 或 关羽还活着。
这个说法就是真的,因为,“或”的意思是,其中任意一个条件为“真”,那么整个事件就会发生。
同样,我们还有“非”逻辑,即“关羽是男人”的反面:
● 关羽不是男人。这就是假的。
在逻辑上,为了方便,我们用1表示“真”,用0表示“假”。
则有,
非1 = 0,
非0 = 1,
1 且 1 = 1,
1 且 0 = 0,
0 且 0 = 0,
1 或 1 = 1,
1 或 0 = 1,
0 或 0 = 0。
上面的“且”、“或”、“非”,就是最基本的逻辑运算。
布尔代数
更进一步,英国数学家布尔(1815-1864)把这些0和1玩出了更丰富的花样。
我们可以定义逻辑变量:A、B、C 等等,它们各自的取值只有两种:要么0,要么1。
则,“且”运算有这种性质:
A · 0 = 0
意思是,甭管A是0还是1,只要和0“且”一下,结果都是0。
同样的,“或”运算有这种性质:
A + 0 = A
意思是,甭管A是多少,与0“或”一下,结果还是A。
“非”运算最显然:
(A) = A连续非两下,还原了。
有了代数表达,我们就可以得到,
交换律:
A + B = B + A
A·B = B·A
结合律:
(A + B) + C = A + (B + C)
(A·B)·C = A·(B·C)
分配律:
A·(B+C) = A·B + A·C
很有特色的“吸收律”:
A + A·B = A
(A + B)(A + C) = A + B·C
别致的“反演律”:
(A·B·C······) = A + B + C + ······
因此,有些逻辑看似复杂,实际上是可以化简的,
比如:
A·B·D + A·B·D + A·B·D + A·B·C·D + A·B·C·D =
A·B + A·B
这么无聊的代数运算,到底有什么用?
用处极其巨大!
可以说,没有这些符号,就没有现代数字电子计算机。
因为,
布尔逻辑与真实的物理开关过程有着紧密而直观的联系。
比如电路:
开关X或Y中,只要有一个是闭合的,那么整个电路就是通的。
开关并联就相当于“或”逻辑。
同理,如果X和Y是串联,那么它们就可以表示“且”逻辑。
这样,我们通过晶体管的开关,就能实现逻辑运算单元,即“逻辑门”。

一种“或门”芯片,长约2cm,宽约6mm

芯片反面
该“或门”芯片零售约7毛RMB一枚,可以提供两个四输入的或门,功能图是这样的:

一旦实现了逻辑门,我们就可以用“且(与)”、“或”、“非”等“逻辑门”,实现“加法器”,这样,就可以实现二进制数值运算了。
这就是现代数字电子计算机的底层原理。
我们能在网上书写、阅读这些符号,都要归功于这套“神逻辑”。


2020-08-14
开关二极管的工作原理和分类
作者:东方佳讯李晓
今天想给大家介绍的是开关二极管及其工作原理和分类, 开关二极管是半导体二极管的一种,是为在电路上进行"开"、"关"而特殊设计制造的一类二极管。它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短,常见的有2AK、2DK等系列,主要用于电子计算机、脉冲和开关电路中。
一、开关二极管工作原理
开关二极管导通时相当于开关闭合(电路接通),截止时相当于开关打开(电路切断),所以二极管可作开关用,常用型号为1N4148。由于开关二极管具有单向导电的特性,在正偏压下PN结导通,在导通状态下的电阻很小,约为几十至几百欧;在反向偏压下,则呈截止状态,其电阻很大,一般硅二极管在10ΜΩ以上,锗管也有几十千欧至几百千欧。利用这一特性,二极管将在电路中起到控制电流接通或关断的作用,成为一个理想的电子开关。
高频条件下,二极管的势垒电容表现出来极低的阻抗,并且与二极管并联。当这个势垒电容本身容值达到一定程度时,就会严重影响二极管的开关性能。极端条件下会把二极管短路,高频电流不再通过二极管,而是直接绕路势垒电容通过,二极管就失效了。而开关二极管的势垒电容一般极小,这就相当于堵住了势垒电容这条路,达到了在高频条件下还可以保持好的单向导电性的效果。
二、开关二极管的分类
1 普通开关二极管
常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管。
2 高速开关二极管
高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短,开、关频率更快。
3超高速开关二极管
常用的超高速二极管有1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面封装)。
4 低功耗开关二极管
低功耗开关二极管的功耗较低,但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低。
5 高反压开关二极管
高反压开关二极管的反向击穿电压均在220V以上,但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大。
6 硅电压二极管。硅电压开关二极管是一种新型半导体器件,有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分,主要应用于触发器、过压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。
开关二极管广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电路中。如果您有开关二极管方面的需求,请随时联系我们东方佳讯。

2020-08-13
判断电容器的好坏
青岛东方佳讯-邓莉莉
电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,可能电荷会永久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。
判断电容器的好坏通常选用万用表的R×10、R×100、R×1K挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极(每次测试前,需将电容器放电),由表针的偏摆来判断电容器质量。若表针迅速向右摆起,然后慢慢向左退回原位,一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转,说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位,则说明电容器已经漏电。如果表针摆不起来,说明电容器电解质已经干涸推失去容量。
只要将数字万用表置于R*1K档,用两表笔分别接触电容的两脚,观察万用表数值的变化.正常情况下,此数值应很快由小变大,直至溢出为1.若一直显示为0或1无变化,则说明此电容已损坏.指针万用表测电解电容时很难判断准,如果万用表显示无穷大,证明电容是好的,如果电阻很小或者为零就肯定是坏的了!因为万用表使用的是直流电源,而电容是阻碍直流电源的。不过前提是要看好电源电压,小心将电容击穿!
有些漏电的电容器,用上述方法不易准确判断出好坏。当电容器的耐压值大于万用表内电池电压值时,根据电解电容器正向充电时漏电电流小,反向充电时漏电电流大的特点,可采用R×10K挡,对电容器进行反向充电,观察表针停留处是否稳定(即反向漏电电流是否恒定),由此判断电容器质量,准确度较高。黑表笔接电容器的负极,红表笔接电容器的正极,表针迅速摆起,然后逐渐退至某处停留不动,则说明电容器是好的,凡是表针在某一位置停留不稳或停留后又逐渐慢慢向右移动的电容器已经漏电,不能继续使用了。表针一般停留并稳定在50-200K刻度范围内。
2020-08-11
发光二极管是如何发光的
作者:东方佳讯谢静

发光二极管也就是LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。
这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等;随着技术的不断进步,发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为PN结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
一、灯珠结构
LED灯最重要的一个发光结构就是灯内如绿豆大小般的灯珠。虽然它的体积很小,但它却内有乾坤。将LED灯珠结构放大之后,会发现有颗形如芝麻大小的晶片。这个晶片结构极其复杂,一共分为好几层:最上层叫做P型半导体层、中间层为发光层、最下层叫做N型半导体层。


图1 LED的灯珠微细结构图
二、发光原理
从物理学角度来理解:当电流通过晶片时,N型半导体内的电子与P型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子,以光子的形式发出能量(即大家看见的光)。
LED也被称之为发光二极管,它的体积极小并且很脆弱,不方便于直接使用。于是设计者就为它添加了一个保护外壳并将它封存在内,这样就构成了易于使用的LED灯珠。将许多LED灯珠拼连在一起后,就可以构成各种各样的样式发光LED灯具。


图2 灯杯型的LED灯
三、LED的颜色
不同材料的半导体会产生不同颜色的光色,如红光、绿光、蓝光等等。但是,到目前为止还没有任何一种半导体材料能发出白色的光。

图3 不同颜色的LED灯
四、白光LED灯的产生
这里就需要提到一位诺贝尔奖获得者—中村修二博士。他发明出了蓝光LED,由此也为白光LED奠定了一定的基础。基于这项重大的贡献在2014年授予他诺贝尔物理学奖。至于蓝光LED是如何转变为白光LED,最大的原因在于晶片中多了一层荧光粉,如图4所示。


图4
这幅图中不仅出现了上文所述的N型半导体层、P型半导体层、放光层,还多了一层“荧光粉涂层”。基本的发光原理并没有太大的变化:在两层半导体之间,电子和与空穴碰撞复合并于发光层产生了蓝色的光子。所产生的蓝光有一部分会直接穿过荧光涂层直接发射出去;剩下的一部分会打在荧光涂层上并与之作用产生黄色光子。蓝色光子与黄色光子共同作用(混合)就产生了白光。


图5
图5是一个LED的光谱曲线:可以看到蓝光峰值位于波长450纳米处,而之后稍微低矮一点的峰值是由荧光粉吸收蓝光后所产生的黄光的峰值。如果蓝光的占比多一点,则产生高色温的白光;相反,如果黄光占比多一点,则产生色温较低的白光。


2020-08-10
?为了中国芯片,他成了“建厂狂魔”!
作者:东方佳讯王刚
中芯国际,全村人的芯片希望,成功登陆中国科创板,创下了6000亿元的市值,中国的芯片行业一片沸腾!
经过了20多年的惨淡发展,中国芯片制造行业终于迎来了资本的关注。这个曾经备受国人嘲笑,需要消耗大量的资金投入,从业人员板凳一坐十年冷,永远在国外技术屁股后面追赶的行业,终于迎来了扬眉吐气的一天。
中芯国际的创始人——张汝京,没有在中芯国际等到上市的这一天。这个来自台湾的老人,一手创办了中芯国际,却在对手台积电的步步紧逼之下,悲剧性地出走中芯国际。
一个台湾老人,为了中国能造出世界领先的芯片,遭陈水扁封杀,被台积电制裁,多次不堪压力被股东牺牲,但他并没有倒下,依然奋斗在芯片行业的第一线,疯狂地在中国建厂,被称为建厂“狂魔”。

1949年初的一天,乌云密布。国民党上校军官,业内知名的炼钢专家,张锡纶带着一家老小,从南京登船前往台北。

看着渐行渐远的大陆,张锡纶满面愁容,不知道何时才能有机会重返故土。与他一起离开大陆的,还有1岁的小男孩张汝京,尚在襁褓中呀呀大哭。

与此同时,有一个17岁的宁波少年——张忠谋,在上海登船,与家人挤在一个狭小的船舱。这艘船正在向香港驶去,带着一群失魂落魄之人。
张忠谋在香港只待了几个月,就申请入读哈佛大学。张忠谋也是个人才,没想到申请就通过了,成了当时哈佛大学里面唯一的中国学生。

张忠谋大学毕业后,又考去了麻省理工大学,念了个硕士。毕业之后,1958年,他顺理成章地进入了德州仪器工作,成为了研发工程师。

漂洋过海的张汝京,到达台湾后,在父亲优良基因的遗传下,聪明过人,学习成绩优异,考入了台湾大学。大学毕业后,到美国留学,拿到了硕士和博士学位。

1977年,29岁的张汝京加入德州仪器,成为一名工程师。命运让张忠谋和张汝京第一次交汇,但由于张忠谋此时已是德州仪器的三号人物,地位差距悬殊,二者并无交集。


张汝京在德州仪器如鱼得水,有一天,父亲张锡纶问他:你什么去大陆建厂?
老爷子虽然离开多年,但依然心系大陆。
一语惊醒梦中人,1997年,张汝京从德州仪器提前退休,回到台湾,创办了世大半导体。
张汝京和张忠谋的对决,才刚刚开始!

张汝京不愧为建厂专家,仅仅三年时间,世大半导体就成为仅次于台积电和台联电,台湾地区排名第三的半导体公司。
世大的产量,居然达到了台积电的三分之一,而台积电已经发展了十三年。

这让张忠谋不禁倒吸了一口凉气,野蛮生长的世大,是台积电未来最大的敌人。

在商业战场中,消灭敌人的最快的办法,就是提出一个对方无法拒绝的价格,一口把对方吞下。
2000年,张忠谋出价50亿美金,按世大现有估值的8.5倍,提出收购。世大的第一大股东没有任何拒绝的理由,在张汝京不知情的情况下,将世大卖给了台积电。


2000年,张汝京在大陆考察了很多城市,没有人相信他,以为他就是来圈地的。而且当时中国的芯片基础产业很差,也没有人愿意投资。
江上舟把张汝京带到浦东张江的一片农田,上海将来要把这里打造成半导体产业基地,张汝京喜极而泣,终于找到了大陆建厂的机会。
张汝京强大的人脉资源和人格魅力再一次发挥了巨大的能量 ,他极短时间内,就募集了14.8亿美元,带上追随他一起从世大出来的旧部,成立了中芯国际。

张汝京的执行能力超强,当年,位于张江科技园内的主厂房就搭建好。江上舟前来祝贺,张汝京也没搞什么仪式,只点了一串花20元买来的1000响鞭炮,以示庆祝。

放弃了台湾籍的张汝京,少了一份牵绊,更能放手在大陆干。

早在中芯国际大肆从台积电挖人那一刻,台积电就开始寻找和收藏中芯国际侵权的证据。

台积电里有一位刘女士,收到了中芯国际的邀请,准备离职前往大陆。在办理离职的过程中,她收到了中芯国际的邮件,要求她提供一款产品的工艺流程图。

这事被台积电发现,并报警,警方迅速出动,截获了刘女士给中芯国际发送的邮件。

2003年,就在中芯国际谋求香港上市之时,张忠谋突然出手,将中芯国际告上了美国的法庭,要求中芯国际赔偿10亿美元。
这一次,张忠谋是要把中芯国际往死里整,当年中芯国际一年的收入才3.8亿美元。

张汝京疲于应诉,与张忠谋达成了和解,赔偿金额调整为1.75亿美金,并签订了“丧权辱国”的《和解协议》。
《和解协议》约定,中芯国际要把所有技术托管到一个第三方账户,台积电可以随时审查这些技术,以确认没有使用台积电的技术。
这相当于,中芯国际的一举一动,都在台积电的监视之下。
和解之后,中芯国际在美国和香港同步上市,成了规模最大的一次IPO。获得资金之后,张汝京又开始疯狂建厂,在北京、天津、武汉、成都、深圳拿地建设,大规模扩张,使其在2006发生了巨亏。
张汝京这个建厂狂魔,再一次发挥了巨大的能量。工厂于2015年7月正式动工,2017年下半年,上海新昇的300mm大硅片月产量就达到了3万片,供应的客户包括中芯国际。
2017年年底,上海新昇半导体步入正轨之后,发布公告:张汝京3年任期结束,不再担任总经理。
业界一片哗然,这是张汝京第三次离开自己创办的企业。实际上,这次是张汝京帮助国家半导体产业补漏,使命已经完成,他也就没有必要待在上海昇了,因为他还有一个更伟大的梦想。

芯片产业有三种商业模式,一种像华为海思、高通这样的芯片设计企业,另一种像中芯国际、台积电这样的芯片代工企业,还有一种是像三星、英特尔这样既有芯片设计能力,又有制造能力的企业,这种模式叫IDM。

张汝京想在中国创办一家IDM企业,得知他的新项目,青岛市政府抛来了橄榄枝。
2018年4月18日,张汝京带领团队落户青岛,芯恩集成电路有限公司正式成立。
70岁的张汝京,已是古稀之年,第四次踏上了征程。这一次,他会成功吗?


张汝京从2000的来到大陆之后,终其下半生,都是在为中国的芯片产业而奋斗。
利用他的专业能力,利用他在全球的人脉和资源,利用他的融资能力,20年之间,在中国打造了中芯国际、上海新昇、芯恩集成电路三家芯片公司。
将中国的芯片产业,从一无所有,到与最先进的技术距离越来越接近。替中国的芯片产业查缺补漏,立下了汗马功劳。
早已财富自由的张汝京,从来不再为钱而创业,他继续在与时间赛跑,他将毕生的精力,都奉献给中国的芯片产业。
在这个过程中,他曾被陈水扁封杀,遭台积电打压,但他无怨无悔。每当祭祀父亲张锡纶的时候,他可以自豪地说:我给大陆建厂了!


2020-08-06