IC là gì? Tìm hiểu về “bộ não” của các thiết bị điện tử

Trong thời đại công nghệ số phát triển như vũ bão, các thiết bị điện tử ngày càng trở nên thông minh và nhỏ gọn hơn. Điều này có được là nhờ sự đóng góp không nhỏ của các IC. Vậy IC là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IC ra sao? Mời bạn đọc cùng HR Insider tìm hiểu chi tiết trong bài viết này.

Tổng quan về IC là gì?

Khái niệm

IC (Integrated Circuit) hay vi mạch tích hợp là một tập hợp các linh kiện điện tử như transistor, điện trở, tụ điện được tích hợp trên một đế bán dẫn nhỏ gọn. Các linh kiện này kết hợp với nhau để thực hiện một hoặc nhiều chức năng điện tử phức tạp.

Tìm hiểu IC là gì

Cấu tạo

IC được cấu tạo từ các thành phần cơ bản như transistor, điện trở, tụ điện và diode. Những linh kiện này được tích hợp trên một miếng silicon siêu nhỏ, tạo nên một mạch điện tử hoàn chỉnh. Miếng silicon này sau đó được bảo vệ bằng một lớp vỏ và có các chân (pins) để kết nối với các mạch điện khác.

Công dụng

Vậy công dụng của IC là gì? IC đóng vai trò thiết yếu trong đời sống hiện đại, xuất hiện rộng rãi trong các thiết bị công nghệ và công nghiệp như máy cắt dây CNC, máy phay, máy tiện,… Nhờ mạch tích hợp, kích thước của các mạch được thu nhỏ đáng kể (chỉ vài micromet), đồng thời độ chính xác cũng được cải thiện. 

Là thành phần quan trọng nhất trong các mạch logic và mạch điều khiển, IC có hai loại chính: loại có thể lập trình linh hoạt và loại định sẵn chức năng (không lập trình được). Mỗi loại đều có nhiệm vụ cụ thể, được thể hiện chi tiết trong bảng thông tin (datasheet) từ nhà sản xuất.

Lịch sử ra đời của IC

Lịch sử phát triển của mạch tích hợp (IC) khởi nguồn từ năm 1949 khi kỹ sư người Đức Werner Jacobi, thuộc Siemens AG, nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn tương tự mạch tích hợp. Thiết bị này sử dụng năm transistor trên cùng một bề mặt cho bộ khuếch đại ba tầng, hướng đến ứng dụng trong dụng cụ trợ thính.

Đến ngày 12 tháng 9 năm 1958, kỹ sư người Mỹ Jack Kilby tại Texas Instruments đã giới thiệu vi mạch đầu tiên và giành giải Nobel Vật lý năm 2000 cho phát minh này.

Khoảng nửa năm sau, Robert Noyce ở Fairchild Semiconductor cải tiến thiết kế mạch tích hợp bằng cách khắc phục những hạn chế của mạch Kilby. Thiết kế của Noyce sử dụng silicon thay vì germanium, đồng thời tận dụng các nguyên lý tiếp giáp p-n để cách ly mạch, một khái niệm quan trọng trong IC.

Các loại IC phổ biến

Sau khi tìm hiểu khái niệm, cấu tạo và công dụng của IC là gì, chúng ta không thể bỏ qua cách phân loại IC hiện nay.

Theo xử lý tín hiệu

IC có thể được phân loại dựa trên cách chúng xử lý tín hiệu điện tử. Có hai loại chính là:

• IC analog – Xử lý tín hiệu liên tục

• IC digital -Xử lý tín hiệu rời rạc

IC analog thường được sử dụng trong các thiết bị âm thanh, trong khi IC digital được dùng phổ biến trong máy tính và các thiết bị số khác.

>> Xem thêm: Phần cứng máy tính là gì? Tổng quan chức năng từng bộ phận của phần cứng máy tính.

Loại theo xử lý tín hiệu

Theo công nghệ chế tạo

Dựa trên công nghệ chế tạo, IC có thể được phân loại gồm:

• Monolithic: Đây là loại mạch tích hợp cao nhất, tất cả các linh kiện đều được chế tạo trên cùng một chất bán dẫn. Nhờ đó, chúng có hiệu suất rất cao và kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất phức tạp nên chi phí cao.
• Mạch màng mỏng: Loại mạch này có độ chính xác cao và ổn định, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao như cảm biến và màn hình.
• Lai mạch dày kết hợp với Chip: Đây là loại mạch linh hoạt nhất, kết hợp giữa các ưu điểm của mạch in và chip. Chúng thường được sử dụng trong các sản phẩm có yêu cầu về độ phức tạp không quá cao.

Theo mức độ tích hợp

Mức độ tích hợp của IC cũng là một tiêu chí phân loại, bao gồm:

• SSI (Small-Scale Integration)

• MSI (Medium-Scale Integration)

• LSI (Large-Scale Integration)

• VLSI (Very-Large-Scale Integration)

• ULSI (Ultra-Large-Scale Integration)

Mức độ tích hợp càng cao, số lượng linh kiện trên IC càng lớn, giúp IC thực hiện nhiều chức năng hơn trong một không gian nhỏ hơn.

Loại theo mức độ tích hợp

Theo công dụng của mạch

IC cũng có thể được phân loại theo công dụng của mạch, bao gồm:

• Vi xử lý (CPU): Xử lý thông tin, thực hiện các lệnh của chương trình.
• Bộ nhớ (Memory): Lưu trữ dữ liệu, chương trình.
• Vi điều khiển (Microcontroller): Điều khiển các thiết bị ngoại vi, thực hiện các tác vụ tự động.
• ASIC (Application-Specific Integrated Circuit): Thiết kế riêng cho một ứng dụng cụ thể.
• ASSP (Application-Specific Standard Product): Sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể.
• FPGA (Field-Programmable Gate Array): Mạch có thể lập trình lại để thực hiện các chức năng khác nhau.
• IC cảm biến: Đo các thông số vật lý, hóa học.
• DSP (Digital Signal Processor): Xử lý tín hiệu số.
• ADC (Analog-to-Digital Converter): Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số.
• DAC (Digital-to-Analog Converter): Chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự.
• IC công suất: Điều khiển các tải có công suất lớn.
• SoC (System-on-a-Chip): Tích hợp nhiều thành phần khác nhau trên một chip.

Những loại IC phổ biến hiện nay

Dưới đây là một số loại IC phổ biến hiện nay:

• IC tuyến tính: Loại IC này hoạt động như bộ khuếch đại âm thanh và cao tần, thu nhận các tín hiệu từ môi trường và phản hồi lại, cho phép thiết bị điều chỉnh theo sự thay đổi của môi trường xung quanh.
• IC số: Hoạt động trong các trạng thái xác định hoặc nhiều cấp độ khác nhau, IC số thường được tích hợp trong các thiết bị như máy tính, mạng, modem và bộ đếm tần số. Một số loại IC số thông dụng là IC 7805, IC AN6884, IC LM358, IC 555, IC 4017 và IC 741.
• IC ứng dụng: Là dạng IC có thể thuộc loại mạch số hoặc mạch tương tự, IC ứng dụng thường được sử dụng để điều khiển tốc độ trong ô tô điều khiển từ xa, nhưng không có khả năng thực hiện chức năng vi xử lý hay chạy các lệnh khác.
• IC tần số vô tuyến: Loại IC này được dùng trong các thiết bị như điện thoại di động và các thiết bị không dây khác, hoạt động trong dải tần từ 3 kHz đến 2,4 GHz.

Ứng dụng của IC trong đời sống sản xuất

IC đã trở thành một phần không thể thiếu trong các thiết bị điện tử hiện đại. Chúng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực như:

• Điện thoại di động: IC xử lý tín hiệu cuộc gọi, điều khiển màn hình cảm ứng, xử lý ảnh, video, kết nối mạng,…
• Máy tính: IC là thành phần cốt lõi của CPU, GPU, RAM, ROM, điều khiển các thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột, ổ cứng,…
• Tivi, máy tính bảng: IC xử lý hình ảnh, âm thanh, điều khiển các tính năng thông minh.

Ứng dụng của IC trong đời sống sản xuất

• Các thiết bị gia dụng: IC điều khiển hoạt động của tủ lạnh, máy giặt, lò vi sóng, điều hòa không khí,…
• Robot công nghiệp: IC điều khiển chuyển động, cảm biến, thực hiện các tác vụ sản xuất.
• Máy móc tự động: IC điều khiển các quá trình sản xuất, giám sát chất lượng sản phẩm.
• Hệ thống điều khiển: IC được sử dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, tự động hóa nhà máy.

Ngoài ra, IC còn được ứng dụng trong các thiết bị gia dụng và ô tô, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng. Nếu bạn quan tâm đến các cơ hội việc làm như tuyển cộng tác viên, data engineer intern, hoặc nhân viên mua hàng, hãy tham khảo tại VietnamWorks. Các vị trí khác như tuyển dụng nhân viên, thực tập sinh tester, thực tập sinh IT, tuyển thực tập sinh kế toán, thực tập sinh, thực tập sinh marketing, và việc làm thủy sản cũng đang được nhiều người quan tâm.

Như vậy, chúng ta có thể thấy được IC là một bước cải tiến vượt bậc trong lịch sử nhân loại. IC hỗ trợ đóng góp và nâng cao chất lượng cuộc sống, tăng hiệu quả sản xuất cho con người. Hy vọng với tất tần tật thông tin về IC là gì mà HR Insider cung cấp trên đây, bạn đã hiểu rõ tầm quan trọng cũng như cách ứng dụng của nó vào cuộc sống cho mình.

Tham khảo thêm về một số khái niệm lập trình như:

• Ngôn ngữ lập trình là gì?
• Lập trình viên là gì?
• Lập trình hướng đối tượng là gì?
• Lập trình nhúng là gì?
• Lập trình game là gì?

— HR Insider —

VietnamWorks – Website tuyển dụng trực tuyến số 1 Việt Nam