對(duì)一個(gè)未知老芯片進(jìn)行了逆向分析，從內(nèi)部電路來看，這個(gè)芯片像是四個(gè)比較器，可能屬于射極耦合邏輯（ECL）系列。
下圖是這個(gè)芯片的顯微鏡照片：硅片區(qū)域因摻雜方式不同而呈現(xiàn)出粉色、藍(lán)色或黃色，有斑點(diǎn)的區(qū)域是硅片頂部的金屬層，這些金屬層將電路連接起來。在芯片邊緣部分，黑色的鍵合線把芯片與外部引腳相連，這些鍵合線連接到方形的鍵合焊盤上。
該芯片上有四個(gè)電路塊，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)比較器。芯片的大部分區(qū)域都未被使用，尤其是中間的大片金屬區(qū)域。由于這個(gè)芯片的電路相對(duì)簡單，所以僅使用了一小部分可用空間。
芯片的組件分析
晶體管是芯片中的關(guān)鍵組件。該芯片使用一種名為NPN的晶體管類型。下面的照片展示了芯片上的一個(gè)晶體管的樣子。
橙色和藍(lán)色是經(jīng)過不同摻雜的硅區(qū)域，分別形成N區(qū)和P區(qū)。有斑點(diǎn)的區(qū)域是硅片頂部的芯片金屬層，這些金屬層構(gòu)成了連接到晶體管的集電極、發(fā)射極和基極的導(dǎo)線。右側(cè)是一個(gè)剖面圖，大致展示了晶體管的構(gòu)造。實(shí)際構(gòu)造比你在書本上看到的NPN晶體管結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，通過仔細(xì)觀察，可以在裸片上區(qū)分出發(fā)射極、基極和集電極，基極區(qū)域環(huán)繞著發(fā)射極，形成一個(gè)藍(lán)色矩形，集電極觸點(diǎn)更大且位于一側(cè)。發(fā)射極（E）導(dǎo)線連接到N?型硅。在其下方是一個(gè)連接到基極觸點(diǎn)（B）的P層。再下方是一個(gè)（間接）連接到集電極（C）的N?層。
這款芯片的其他關(guān)鍵部件是電阻器。下方照片展示了芯片上的兩個(gè)電阻器。電阻器由高電阻的P型硅條制成，在裸片照片里呈現(xiàn)藍(lán)色。每個(gè)電阻器的兩端都與金屬層相連。電阻器越長越窄，其電阻就越高。下面其中一個(gè)電阻器為簡單的矩形，另一個(gè)則呈復(fù)雜的之字形，這樣就能在有限的空間內(nèi)增加長度。
注：右下角的藍(lán)色矩形是一個(gè)晶體管，而非電阻器。要將它和電阻器區(qū)分開來，可以注意到它有三個(gè)觸點(diǎn)，而且矩形上的兩個(gè)觸點(diǎn)并不對(duì)稱。
電路結(jié)構(gòu)分析
當(dāng)芯片上的關(guān)鍵組件識(shí)別出來后，就可以對(duì)電路進(jìn)行追蹤和逆向工程了。不過，在描述完整電路之前，我要先解釋一個(gè)重要的功能模塊。下面的原理圖展示了一個(gè)差分對(duì)（也稱為長尾對(duì)），該電路可放大其兩個(gè)輸入之間的差值。這種電路在模擬電路中很常見，是運(yùn)算放大器的核心部分，也是發(fā)射極耦合邏輯（ECL）的基礎(chǔ)。
其基本原理：一個(gè)電流源（底部的兩個(gè)圓圈）產(chǎn)生固定電流I，該電流在左側(cè)路徑（I1）和右側(cè)路徑（I2）之間分配。若左側(cè)晶體管的輸入電壓高于右側(cè)晶體管的輸入電壓，大部分電流將流向左側(cè)；反之，若右側(cè)晶體管的輸入電壓更高，大部分電流則會(huì)流向右側(cè)。這個(gè)電路能夠放大電壓差，即使兩個(gè)輸入之間僅有微小差異，也會(huì)使大部分電流從一側(cè)切換到另一側(cè)。
在這種芯片里，該電路被用作比較器。比較器是一種對(duì)兩個(gè)輸入進(jìn)行比較，并生成邏輯輸出以表明哪個(gè)輸入更高的電路。有電流的那一側(cè)會(huì)被拉低，而另一側(cè)則會(huì)被電阻拉高，這樣一來，輸出就可被視作邏輯信號(hào)。
下面的原理圖展示了芯片上四個(gè)比較器其中一個(gè)的電路結(jié)構(gòu)。要注意的是，上述的差分放大器電路被使用了兩次。為了提升性能，第一個(gè)差分放大器的輸出被輸入到第二個(gè)差分放大器中。這能讓輸出更加精準(zhǔn)：如果輸入值很接近，第一級(jí)的輸出可能不是完全的“0”或“1”。第二級(jí)會(huì)放大這種差異，從而提供穩(wěn)定的“0”和“1”輸出。電流源為放大器提供相對(duì)恒定的電流，不過我就不詳細(xì)解釋這部分內(nèi)容了。
下面的圖表展示了芯片上的電路，它與上面的原理圖相對(duì)應(yīng)。紅色方框表示兩個(gè)放大級(jí)的晶體管及其相關(guān)的電流源。其他元件是電阻，它們顯示為藍(lán)色矩形。金屬層中的布線將這些元件連接在一起，同時(shí)也連接了左側(cè)的輸入和頂部的輸出。
下面的圖展示了芯片電路與它的16個(gè)引腳之間的映射關(guān)系。每個(gè)三角形代表一個(gè)帶有正、負(fù)輸入的比較器。其中兩個(gè)比較器僅有一個(gè)輸出，而另外兩個(gè)比較器除了正常輸出外還有一個(gè)反相輸出（用氣泡標(biāo)識(shí)）。
結(jié)論
該芯片或許是用于轉(zhuǎn)換四個(gè)差分輸入信號(hào)的，比如差分電流開關(guān)（DCS）邏輯電路，這個(gè)芯片也可能是四個(gè)ECL反相器，不過為參考電壓設(shè)置四個(gè)引腳似乎不太合理。
從這個(gè)芯片的電路結(jié)構(gòu)和陶瓷封裝來看，推測它產(chǎn)于1970年左右。芯片上標(biāo)著“OQ104”，我在很多舊的數(shù)據(jù)手冊(cè)里搜索過，但都沒有找到與之匹配的內(nèi)容。芯片上的“P”可能代表飛利浦，但我找不到任何與之匹配的飛利浦元件。到目前為止，這個(gè)芯片的確切身份仍然是個(gè)謎。
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