Аналогови интегрални схеми Дизайн и приложения

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Интегрална схема се нарича също като монолитна интегрална схема, чип, микрочип и IC могат да бъдат определени като набор от електронни схеми с милиони резистори, кондензатори, транзистори и други компоненти са интегрирани върху полупроводникова пластина или малка плоча от полупроводников материал, обикновено силиций. Обикновено всяка електрическа и електронна джаджа, която използваме в ежедневния си живот, е приложение на интегрални схеми. Въпреки че интегралните схеми се състоят от няколко милиарда транзистори и други компоненти, но въпреки това те са с по-малки размери, много компактни. С напредването през IC технология ширината на проводящата линия в интегрална схема е намалена до десетки нанометри.

Видове интегрални схеми

Видове интегрални схеми



Има различни видове интегрални схеми предимно интегралните схеми се класифицират в два типа, като аналогови интегрални схеми и цифрови интегрални схеми. В тази статия като специален случай обсъждаме дизайна и приложенията на аналоговите интегрални схеми.


Аналогови интегрални схеми

Аналогов IC

Аналогов IC



Аналоговите интегрални схеми са проектирани предимно с помощта на ръчни изчисления и части от комплекта за обработка преди изобретяването на микропроцесори и други софтуерни инструменти за проектиране. За проектиране се използва дизайн на аналогова интегрална схема операционни усилватели , линейни регулатори, осцилатори, активни филтри и фазово заключени контури. Параметрите на полупроводника като разсейване на мощността, усилване и съпротивление са по-загрижени при проектирането на аналогова интегрална схема.

Аналогов дизайн на интегрална схема

Процесът на проектиране на аналогови интегрални схеми включва проектиране на система, проектиране на вериги, дизайн на компоненти, симулации на вериги, системни симулации, дизайн на оформление на интегрална схема, взаимосвързване, проверка, изработка, отстраняване на грешки на устройства, отстраняване на грешки в системата, отстраняване на грешки в системата. Цифровият дизайн на IC може да бъде автоматизиран, но проектирането на аналогови интегрални схеми е много трудно, предизвикателно и не може да бъде автоматизирано.

Практическият дизайн на аналогова интегрална схема включва следните стъпки:

Процес на проектиране на аналогови интегрални схеми

Процес на проектиране на аналогови интегрални схеми

Система за ниво на блока

Основно са реализирани идеите за проектиране на ниво ниво блок за желаната аналогова интегрална схема. Различни блокове са проектирани и свързани, за да се получи цялостна система на ниво блок.


Верига на ниво компонент

Въз основа на системата на ниво ниво, се използват и свързват различни подходящи компоненти, така че да образуват верига на ниво компонент. Използвайки тази схема като основна схема за аналогов дизайн на IC, тя се използва за симулация.

Проверка на верига на ниво компонент

Схемата на ниво компонент се използва за проверка. Този дизайн на веригата се симулира и въз основа на резултатите от симулациите се проверява веригата на ниво компонент на аналоговата интегрална схема.

Разпределение на интегралната схема

След проверка на веригата на ниво компонент на аналогова интегрална схема с помощта на симулации. Разположението на аналоговата интегрална схема е проектирано с помощта на физическия превод. По този начин се проектира аналогово оформление на интегрална схема.

Изработване на IC

Производството на аналогови интегрални схеми включва няколко стъпки, като например създаване на полупроводникова пластина с помощта на полупроводников материал (или може да се използва директно полупроводникова пластина). Интегриране на различни електрически и електронни компоненти като резистори, транзистори и др. върху пластината и опаковане на чипа, за да образува IC пакет.

Тестване и отстраняване на грешки IC

След това аналоговата интегрална схема се тества и отстранява грешки за проверка на резултатите с очакваните резултати. Тогава прототипът на IC е проектиран и използван за характеризиране на интегралната схема, а платката за оценка се използва за оценка на аналоговата интегрална схема.

Операционен усилвател Аналогов дизайн на интегрална схема

Схемата на компонентно ниво на аналогова интегрална схема на операционния усилвател IC 741 е показана на фигурата по-долу. Състои се от резистори и транзистори, интегрирани на чип.

Диаграма на компонентно ниво на вътрешната схема на аналоговия IC 741 Op-Amp

Диаграма на компонентно ниво на вътрешната схема на аналоговия IC 741 Op-Amp

Цветните кутии представляват: очертан син диференциален усилвател, очертан пурпурен усилвател на напрежение, (очертан циан-изходен етап и очертан нивелир на нивото на зелено напрежение) очертан циан и зелен изходен усилвател, очертан огледало с червен ток.

Приложения на аналогова интегрална схема

Има различни примери за аналогови проекти на интегрални схеми като схеми за управление на мощността, операционни усилватели и сензори, които се използват с непрекъснати сигнали за изпълнение на функциите като активно филтриране, разпределение на мощността за компоненти с чип, смесване и т.н.

Приложение на аналогова интегрална схема за активно филтриране

Аналоговият дизайн на интегрална схема се използва за активно филтриране. Използва се активен филтър или аналогов електронен филтър активни електронни компоненти като усилватели, използвани за подобряване на производителността и предвидимостта на филтъра чрез избягване на обемистия и скъп индуктор.

Има различни конфигурации на активния филтър (електронна филтърна топология), който включва филтър със солен ключ , държавни променливи филтри, множество филтри за обратна връзка и т.н.

Приложение на аналогова интегрална схема за схема за управление на захранването

При проектирането на аналогови интегрални схеми (или всякакви интегрални схеми) всички електрически и електронни компоненти, които се използват и интегрират за проектиране на интегралната схема, изискват мощност. Тази необходима електрическа мощност се разпределя към компонентите на чипа, като се използва мрежа от проводници, проектирани върху чипа. Схемата за управление на захранването включва анализ и проектиране на тези видове мрежи (мрежа от проводници), които се използват за разпределение на мощност във веригата.

Приложение на аналогова интегрална схема за смесване на честоти

Честотният смесител, наричан още смесител (нелинейна електрическа верига), е аналогов дизайн на интегрална схема, който се използва за смесване на честоти. Смесването на честотите може да се определи като създаване на нова честота от два различни сигнала, приложени към веригата. Те се използват и за превключване на сигнали от един честотен диапазон към друг.

Приложение на аналогова интегрална схема като операционен усилвател

IC 741 Op-Amp

IC 741 Op-Amp

Операционният усилвател, показан на горната фигура, е най-добрият основен модул в проектирането на аналогови интегрални схеми. Има различни видове операционни усилватели, но IC 741 Op-Amp е най-често използваният операционен усилвател в много приложения. Простото отношение на вход / изход (I / O) на операционния усилвател е причината за използването на операционния усилвател в проектирането на аналогови интегрални схеми.

Верига за пестене на енергия от Edgefxkits.com

Верига за пестене на енергия от Edgefxkits.com

Проектът за енергоспестяване за индустрии и търговски обекти е приложение на един от аналоговите проекти на интегрални схеми, а именно IC 741 op-amp. За намаляване на загубата на мощност в индустриите се използват шунтиращи кондензатори за осигуряване на компенсация на фактора на мощността. Коефициент на мощност може да се определи като съотношение между реална или активна мощност към привидна мощност или сума от активна и реактивна мощност .

С намаляването на фактора на мощността се изисква повече енергия, за да се отговори на търсенето на натоварване. По този начин ефективността ще намалее и разходите (сметката за електроенергия) ще се увеличат. В тази система импулсът с нулево напрежение и импулсът с нулев ток имат забавяне във времето, което е подходящо генерирано от операционни усилвателни вериги в режим на сравнение. Те се подават към двата прекъсващи щифта на 8051 микроконтролер , който показва загубата на мощност поради индуктивно натоварване на LCD.

Блок-схема на енергоспестяваща схема от Edgefxkits.com

Блок-схема на енергоспестяваща схема от Edgefxkits.com

Напрежението на потенциалния трансформатор се подава към операционния усилвател, изпълняващ ролята на нулев детектор за пресичане V, а токът на токовия трансформатор се подава към операционния усилвател, действащ като детектор за преминаване към нула I. Изходите на тези операционни усилватели се дават на 8051 микроконтролер който управлява задействането на релета чрез IC на релейния драйвер за свързване на шунтиращи кондензатори във веригата, за да направи нулева загуба на мощност.

Познавате ли приложения на аналогови интегрални схеми? Чувствайте се свободни да споделите своите технически познания и съмнения относно електрическите и проекти за електроника като публикувате вашите коментари в раздела за коментари по-долу.