ریز مدار آنالوگ چیست؟ مدارهای یکپارچه. طبقه بندی. وقت ملاقات. سری ریز مدار برای دستگاه های خطی و پالسی

ضرب سیگنال های آنالوگ، مانند تقویت، یکی از عملیات اساسی در پردازش سیگنال الکتریکی است. برای انجام عملیات ضرب، آی سی های تخصصی توسعه یافته اند - ضرب کننده سیگنال آنالوگ (PAS). PAS باید ضرب دقیق را در محدوده دینامیکی وسیعی از سیگنال های ورودی و در وسیع ترین محدوده فرکانس ممکن ارائه دهد. اگر PAS به شما اجازه می دهد سیگنال های هر قطبی را ضرب کنید، آنها چهار ربع نامیده می شوند، اگر یکی از سیگنال ها فقط می تواند یک قطبی باشد، دو ربع. ضرب کننده هایی که سیگنال های تک قطبی را ضرب می کنند، تک ربع نامیده می شوند. PAS های مختلف یک و دو ربعی بر اساس عناصر با مقاومت کنترل شده، شیب متغیر، با استفاده از لگاریتم و آنتی لگاریتم وجود دارد. به عنوان مثال، در صورت اعمال ولتاژ به ورودی دیفرانسیل، یک تنظیم کننده با تغییر در حالت عملکرد عناصر، که در شکل 7.7c نشان داده شده است، می تواند به عنوان یک ضرب کننده استفاده شود. u x، اما به جای آن کنترل Eارسال تو y. تحت نفوذ تو yشیب مشخصه انتقال ترانزیستورها تغییر می کند که پایه های آنها با ولتاژ ضرب شده دوم تغذیه می شوند. u x. می توان نشان داد که ولتاژ خروجی تو بیرونگرفته شده بین کلکتورهای ترانزیستورهای DC، در R به 1 =R به 2 =R بهبا فرمول تعیین می شود

بهره فعلی BT که مطابق طرح با ABOUT متصل می شود. ? تی- پتانسیل دما، ? تی= 25.6 میلی ولت.

اگر یک u x<<? تی، سپس عبارت for تو بیرونرا می توان ساده کرد:

نقطه ضعف ساده‌ترین ضرب‌کننده در یک DC منفرد، دامنه دینامیکی بسیار کوچک سیگنال‌های ورودی است که در آن دقت ضرب قابل قبولی تضمین می‌شود. به عنوان مثال، در حال حاضر در u x=0,1? تیخطای ضرب به 10٪ می رسد.

محدوده دینامیکی گسترده تری از ولتاژهای ضرب شده با خطای کوچکتر توسط ضرب کننده های لگاریتمی ساخته شده بر اساس اصل "لگاریتم-آنتی لگاریتم" ارائه می شود. نمودار چنین PAS در شکل 7.23 نشان داده شده است.

شکل 7.23. ضریب لگاریتمی

در اینجا اپ آمپرهای DA 1 و DA 2 لگاریتم ولتاژهای ورودی را می گیرند و DA 3 به عنوان جمع کننده استفاده می شود که در خروجی آن ولتاژ:

U 0 = ک 1 (ln u x+ln تو y) = ک 2ln u x u y.

با کمک op-amp DA 4، آنتی لگاریتم انجام می شود

تو بیرون = ک 3 antiln U 0 = ک 3 u x u y

لازم به ذکر است که در این عبارات از ولتاژهای نرمال شده به یک ولت استفاده می شود. ضرایب تناسب ک 1 , ک 2 , ک 3 توسط عناصر مقاومتی موجود در مدارهای OOS آپ امپرهای مورد استفاده تعیین می شود. یک عیب بزرگ چنین PAS وابستگی شدید محدوده فرکانس کاری به دامنه سیگنال های ورودی است. بنابراین، اگر در ولتاژ ورودی 10 ولت، فرکانس بالای ولتاژهای ضرب شده می تواند 100 کیلوهرتز باشد، سپس در ولتاژ ورودی 1 ولت، باند فرکانس کاری به 10 کیلوهرتز باریک می شود.

اصل لگاریتم و آنتی لگاریتم در رایج ترین روش ساخت PAS چهار ربعی با نرمال سازی جریان استفاده می شود که بهترین ترکیب از پارامترهایی مانند خطی بودن، پهنای باند، پایداری دما را دارند. معمولاً ورودی های دیفرانسیل دارند که عملکرد آنها را گسترش می دهد. ضرب کننده ها با عادی سازی جریان با استفاده از فناوری نیمه هادی یکپارچه ساخته می شوند.

یک نمودار شماتیک ساده شده از آی سی PAS با عادی سازی جریان از نوع 525PS1 در شکل 7.24 نشان داده شده است.

این دستگاه شامل یک آبشار دیفرانسیل پیچیده بر روی ترانزیستورهای VT 7، ...، VT 10 است. کوپلینگ های متقابل جمع کننده این ترانزیستورها وارونگی سیگنال مورد نیاز برای ضرب چهار ربعی را فراهم می کنند. مراحل ورودی در ترانزیستورهای VT 3, ..., VT 6 و VT 11, ..., VT 14 تبدیل ولتاژ ورودی u xو تو yبه جریان ها با کمک ترانزیستورهای VT 1 و VT 2 متصل به دیود، سیگنال جریان در ورودی Y لگاریتمی می شود. آنتی لگاریتم سیگنال Y و ضرب آن در سیگنال X توسط یک تقویت کننده مبتنی بر ترانزیستور VT 7، انجام می شود. ..، VT 10.

شکل 7.24. نمودار ساده شده ضریب IC 525PS1

در دستگاه مورد نظر، رابطه بین سیگنال های ورودی و خروجی را می توان به صورت نسبت جریان نشان داد. جریان خروجی ضریب برابر است

جایی که من Xو من Y- جریان هایی که از مقاومت ها عبور می کنند R Xو R Y; IPXو IpY- جریان های عملیاتی در کانال های X و Y.

ولتاژ خروجی گرفته شده از یکی از مقاومت های بار برابر است با

ضریب مقیاس.

تمام مقاومت های نشان داده شده در شکل 7.24، به جز R 1 و R 2، خارجی هستند. انتخاب آنها به الزامات خاص برای PAS بستگی دارد.

برای به دست آوردن ولتاژ صفر در خروجی FAS در ولتاژ ورودی صفر، تنظیم با استفاده از مقاومت های متغیر R 4 و R 5 ارائه می شود. اگر ضریب تنها با یک قطبیت یکی از سیگنال های ورودی کار کند، آن را بایاس می گویند. برای تبدیل یک PAS چهار ربعی به یک بایاس، کافی است یک بایاس ثابت برای یکی از ورودی ها اعمال کنید، که در آن سیگنال های این ورودی همیشه کمتر از ولتاژ بایاس هستند.

"راهنما" - اطلاعات در مورد مختلف قطعات الکترونیکی: ترانزیستورها, ریزتراشه ها, مبدل ها, خازن ها, ال ای دی هاو غیره. اطلاعات شامل همه چیزهایی است که برای انتخاب اجزا و انجام محاسبات مهندسی، پارامترها، و همچنین پینوت موارد، نمودارهای سیم کشی معمولی و توصیه هایی برای استفاده از عناصر رادیویی لازم است.

برآورد اهمیت مدارهای مجتمع منطقی قابل برنامه ریزی مجدد (FPGA) در سنتز سیستم های منطقی دشوار است. توسعه یکپارچه پایه عناصر و سیستم‌های طراحی به کمک کامپیوتر، اجرای سیستم‌های منطقی پیچیده را در زمان بی‌سابقه‌ای کوتاه و با حداقل هزینه مواد ممکن می‌سازد. بنابراین تمایل به دستیابی به نتایج مشابه در طراحی و تولید سیستم های آنالوگ کاملا قابل درک است. با این حال، بسیاری از تلاش های انجام شده در این راستا هنوز نتایج مورد انتظار را به همراه نداشته است و IC های آنالوگ قابل برنامه ریزی (PAIS) و LSI های آنالوگ ماتریسی (MABIS) هنوز جهانی نشده اند.

مشکلات طراحی آنالوگ قابل برنامه ریزی LSI

پیشرفت سریع در زمینه طراحی سیستم های منطقی بر روی FPGA ها با این واقعیت تعیین شده بود که همه سیستم های منطقی بر اساس یک دستگاه ریاضی به خوبی توسعه یافته جبر بول هستند. این نظریه این امکان را فراهم می کند که ثابت شود ساخت یک تابع منطقی دلخواه با ترکیب منظم تنها یک عملگر ابتدایی - منطقی AND-NOT (یا OR-NOT) امکان پذیر است. یعنی هر سیستم کاملاً منطقی را می توان فقط از عناصر یک نوع طراحی کرد، به عنوان مثال، NAND.

وضعیت در زمینه طراحی (سنتز) و تجزیه و تحلیل (تجزیه) نمودارهای مدار سیستم های آنالوگ کاملاً متفاوت است. در الکترونیک آنالوگ، هنوز هیچ دستگاه ریاضی شناخته‌شده‌ای وجود ندارد که بتواند مسائل تجزیه و تحلیل و سنتز را از یک موقعیت روش‌شناختی واحد حل کند. دلایل این پدیده را باید در تاریخچه توسعه الکترونیک آنالوگ جستجو کرد.

در مراحل اولیه، مدار دستگاه های آنالوگ مطابق با مفاهیم روش عملکردی-گرهی توسعه یافت که ایده اصلی آن تقسیم نمودارهای مدار پیچیده به گره ها بود. یک گره از گروهی از عناصر تشکیل شده است و عملکرد مشخصی را انجام می دهد. هنگام ترکیب، گره ها بلوک ها، تخته ها، کابینت ها، مکانیسم ها را تشکیل می دهند - یعنی. برخی از ساختارهای یکپارچه که به آنها دستگاه گفته می شود. ترکیب دستگاه ها یک سیستم را تشکیل می دهد. روش عملکردی-گرهی فرض می‌کرد که اجزای اولیه سیستم‌ها باید گره‌هایی باشند که وظیفه اصلی آنها انجام یک عملکرد کاملاً تعریف شده است.

به همین دلیل است که عملکرد، یعنی این واقعیت که یک گره عملکردی را انجام می دهد، به عنوان معیار طبقه بندی گره ها در نظر گرفته شد. با این حال، با توسعه الکترونیک، معلوم شد که تعداد بسیار زیادی از توابع جدا شده و جدا شده (و در نتیجه، گره ها) وجود دارد. هر گونه امکان به حداقل رساندن و یکسان سازی آنها که برای سنتز سیستم های پیچیده ضروری است از بین رفته است. به همین دلیل است که توسعه LSI های آنالوگ ماتریسی (MABIS) و مدارهای مجتمع آنالوگ قابل برنامه ریزی مجدد (PAIS) کند شده است و همچنان کند شده است.

وضعیت امور در زمینه مدارهای آنالوگ قابل برنامه ریزی را می توان با تجزیه و تحلیل پیشرفت های شرکت های پیشرو روسی و خارجی ردیابی کرد. بنابراین، متخصصان OAO NIITT و کارخانه Angstrem تلاش خود را بر توسعه و تولید BMC های آنالوگ دیجیتال (کریستال های ماتریس پایه) از نوع Rul H5515KhT1، N5515KhT101 متمرکز کردند، که برای سیستم های جمع آوری، نظارت و کنترل داده ها برای تجهیزات پزشکی طراحی شده است. و تجهیزات اندازه گیری را کنترل کنید.

طراحی این BMC ها شامل ماتریس آنالوگ و دیجیتال است. ماتریس دیجیتال شامل 115 سلول پایه دیجیتال (230 گیت 2I-NOT) است که در پنج ردیف 23 سلولی در یک ردیف قرار گرفته اند. ماتریس آنالوگ 18 سلول پایه آنالوگ را که در دو ردیف 9 سلولی مرتب شده اند ترکیب می کند. بین ردیف های سلول های آنالوگ دو ردیف خازن (اسمی 17.8 pF) و دو ردیف مقاومت انتشار (هر کدام 24.8 کیلو اهم) قرار دارد. بین قطعات آنالوگ و دیجیتال یک ردیف از مقاومت های 3.2 کیلو اهم قرار دارد.

BMC دو نوع سلول آنالوگ (A و B) را ارائه می دهد. سلول های نوع A از 12 rp و چهار ترانزیستور RLR کلکتور عایق و 38 مقاومت انتشار چند ضربه ای تشکیل شده است. در سلول های نوع B، چهار ترانزیستور LRL با دو ترانزیستور pMOS جایگزین می شوند. سلول های محیطی نوع A و B شامل چهار ترانزیستور قدرتمند LRL (در سلول های نوع B - با کلکتور ایزوله) و دو ترانزیستور دوقطبی هستند.

سلول های پایه دیجیتال با سه نوع نمایش داده می شوند - چهار ترانزیستور n-MOS، چهار ترانزیستور p-MOS و یک جفت ترانزیستور دوقطبی مکمل. علاوه بر این، سلول های دیجیتال قدرتمند در حاشیه کریستال قرار دارند که شامل چهار ترانزیستور قدرتمند l-MOS و p-MOS و همچنین دو ترانزیستور lrl هستند که مطابق مدار دارلینگتون متصل شده اند.

برای BMC، کتابخانه هایی از عناصر استاندارد آنالوگ و دیجیتال ایجاد شده است که فرآیند طراحی دستگاه های مبتنی بر BMC را تا حد زیادی تسهیل و سرعت می بخشد. این و BMC های مشابه حاوی مجموعه های غیر متصل از عناصر رادیویی الکتریکی (ERE) هستند که تعدادی از واحدهای عملکردی مشخص شده در کتابخانه را می توان از آنها به دست آورد. عیب اصلی چنین ریز مدارهایی، دامنه بسیار باریکی است که با مقادیر خاص رتبه‌بندی‌ها و سایر ویژگی‌های ERE در این مجموعه محدود می‌شود. قابلیت‌های واحدهای کاربردی توسعه‌یافته و توصیه‌شده برای این مجموعه در کتابخانه همراه ریزمدار آورده شده است.

برنج. 1. ساختار ispPAC-10

از سال 2000، Lattice Semiconductor مدارهای مجتمع آنالوگ قابل برنامه ریزی (PAIS) از خانواده ispPAC (مدار آنالوگ قابل برنامه ریزی درون سیستم) را با برنامه ریزی درون سیستمی تولید می کند. بدون جدا کردن از برد مدار چاپی در اواسط سال 2000، سه نماینده از این خانواده تولید شد: ispPAC-Yu (شکل 1)، ispPAC-20 (شکل 2) و ispPAC-80. آنها حداکثر 60 عنصر فعال و غیرفعال را که با استفاده از بسته PAC-Designer پیکربندی، مدل‌سازی و برنامه‌ریزی شده‌اند، ادغام می‌کنند.

ispPAC PAIS شامل:

مدارهای رابط سریال، رجیسترها و عناصر حافظه غیر فرار قابل برنامه ریزی مجدد الکتریکی (EEPROM)، ارائه پیکربندی ماتریس.
سلول های آنالوگ قابل برنامه ریزی (PACcells) و بلوک های آنالوگ قابل برنامه ریزی (PACblocks) متشکل از آنها؛
عناصر قابل برنامه ریزی برای اتصالات (ARP - Analog Routing Pool).

معماری تعبیه شده در این سری بر اساس سلول های پایه شامل: تقویت کننده ابزار دقیق (IU) است. تقویت کننده خروجی (VU) که ​​طبق طرح جمع کننده/انتگرال اجرا شده است. منبع ولتاژ مرجع 2.5 V (ION); DAC 8 بیتی با خروجی ولتاژ و مقایسه کننده دوگانه (CP). ورودی ها و خروجی های آنالوگ سلول ها (به جز ION) برای افزایش دامنه دینامیکی سیگنال های پردازش شده طبق طرح دیفرانسیل ساخته می شوند. دو DUT و یک VU یک ماکروسل به نام بلوک PAC را تشکیل می دهند که در آن خروجی های DUT به ورودی های جمع VU متصل می شوند. ispPAC-10 شامل چهار PAC است و ispPAC-20 دارای دو PAC است. ispPAC-20 همچنین شامل DAC و سلول های مقایسه کننده است. در سلول، بهره DUT در محدوده 10- تا 10+ با گام 1 و در مدار فیدبک VU، مقدار ظرفیت خازن (128 مقدار ممکن) و روشن/ مقاومت خاموش

تعدادی از تولیدکنندگان آی سی از فناوری "خازن سوئیچ شده" برای برنامه ریزی عملکردهای آنالوگ استفاده می کنند که شامل تغییر ظرفیت مدارهای تنظیم فرکانس با استفاده از یک سوئیچ الکترونیکی است که مطابق با شرایط سوئیچ می کند.

برنج. 2. ساختار ispPAC-20

رویکرد شبکه مبتنی بر استفاده از مدارهایی با ویژگی های ثابت در طول زمان است که می توان آنها را در طی فرآیند پیکربندی مجدد سیستم بدون قطع برق تغییر داد. این بهبود قابل توجه است، زیرا پردازش سیگنال اضافی مورد نیاز در روش اول را حذف می کند.

امکانات سیم کشی داخلی (Analog Routing Pool) به شما این امکان را می دهد که کنتاکت های ورودی میکرو مدار، ورودی ها و خروجی های ماکروسل ها، خروجی DAC و ورودی های مقایسه کننده ها را به یکدیگر متصل کنید. با ترکیب چندین ماکروسل، می توان مدارهایی از فیلترهای فعال قابل تنظیم در محدوده فرکانس 10 تا 100 کیلوهرتز را بر اساس استفاده از پیوند یکپارچه ساخت.
لازم به ذکر است که ispPAC های Lattice نزدیک ترین به PAIS هستند. تنها اشکال آنها این است که هیچ سیستمی از عناصر اساسی جهانی وجود ندارد که نه تنها فیلترهای فعال قابل تنظیم، بلکه طیف گسترده ای از سیستم های آنالوگ را طراحی کند. این شرایط است که مانع از تبدیل شدن ispPAC شبکه Lattice Semiconductor به آنالوگ FPGA های شرکت هایی مانند Altera و Xilinx می شود.

به طور کلی، با تجزیه و تحلیل وضعیت در زمینه توسعه و پیاده سازی عملی ریزمدارهای آنالوگ، می توان تعدادی از کلیات را انجام داد:

بخش عمده‌ای از ریزمدارهای آنالوگ پیاده‌سازی شده صنعتی را نمی‌توان از نظر درجه یکپارچگی به عنوان LSI طبقه‌بندی کرد.
آنالوگ LSI و BMK برای طراحی دستگاه های یک کلاس خاص، یعنی. آنها جهانی نیستند.
هنگام طراحی سیستم های آنالوگ بزرگ، روش عملکردی-گرهی غالب باقی می ماند (کیت های IC تخصصی، به عنوان مثال، برای گیرنده های تلویزیون).

مبنای یکپارچه برای طراحی FPGA و MABIS

با این حال، وظیفه توسعه یک مبنای طراحی مدار یکپارچه برای طراحی سیستم های آنالوگ هنوز راه حلی دارد که ما سعی خواهیم کرد به لحاظ نظری آن را اثبات کنیم و مسیرهای ممکن را برای اجرای عملی ایده های ذکر شده نشان دهیم.

اول از همه، باید یک مدل ریاضی از یک سیستم الکترونیکی آنالوگ بزرگ را انتخاب کرد که به فرد امکان می دهد گروه کوچکی از عناصر اساسی را جدا کند. در زمینه تجزیه و تحلیل و سنتز مدارهای الکترونیکی، عملا هیچ جایگزینی برای دستگاه ریاضی سیستم های معادلات دیفرانسیل خطی، که در دهه شصت قرن گذشته شناخته شد، وجود ندارد. با این حال، توجه داشته باشید که ایده استفاده انبوه عملی از این روش هنوز بر ذهن همه متخصصان تسلط پیدا نکرده است.

سیستم معادلات دیفرانسیل از عناصر، اتصالات آنها تشکیل شده است و با ساختار خاصی مشخص می شود. اساس عنصری معادلات دیفرانسیل در نیمه اول قرن گذشته در چارچوب رشته علمی "اتوماتیک" مورد مطالعه قرار گرفت. در این زمینه، چنین مزیتی از معادلات دیفرانسیل به عنوان یکسان سازی آشکار شد: شکل آنها به مدل فرآیند توصیف شده بستگی ندارد. با این حال، در شکل استاندارد نوشتن معادله دیفرانسیل، هیچ اطلاعات بصری در مورد ماهیت روابط در سیستم مورد مطالعه وجود ندارد. بنابراین، روش‌هایی برای تجسم ساختار سیستم‌های معادلات دیفرانسیل در قالب انواع مختلف طرح‌ها در طول توسعه تئوری کنترل خودکار توسعه یافت.

در پایان دهه 60 قرن بیستم، دیدگاه مدرن در مورد سازماندهی ساختاری مدل های سیستم های دینامیکی به طور کامل شکل گرفت. تشکیل یک مدل ریاضی سیستم با تقسیم آن به پیوندها و شرح بعدی آنها - یا به صورت تحلیلی در قالب معادلات مربوط به مقادیر ورودی و خروجی پیوند آغاز می شود. یا به صورت گرافیکی در قالب نمودارهای یادگاری با ویژگی ها. با توجه به معادلات یا ویژگی های پیوندهای فردی، معادلات یا ویژگی های سیستم به عنوان یک کل جمع آوری می شود.

پیوندهای سیستم های پویا به عنوان معمولی شناسایی شده اند

توجه داشته باشید که اگر برای یک طرح عملکردی، سیستم بر اساس عملکردهایی که انجام می‌دهند به پیوندهایی تقسیم می‌شود، برای یک توصیف ریاضی، سیستم بر اساس راحتی به دست آوردن یک توصیف، تکه تکه می‌شود. بنابراین، لینک ها باید تا حد امکان ساده (کوچک) باشند. از طرف دیگر، هنگام تقسیم سیستم به پیوندها، توضیحات ریاضی هر پیوند باید بدون در نظر گرفتن ارتباط آن با سایر پیوندها جمع آوری شود. این در صورتی امکان پذیر است که پیوندها جهت عمل داشته باشند - یعنی. انتقال عمل فقط در یک جهت، از ورودی به خروجی. سپس تغییر در وضعیت هیچ پیوندی بر وضعیت پیوند قبلی تأثیر نمی گذارد.

اگر شرط جهت عمل پیوندها برآورده شود، توصیف ریاضی کل سیستم را می توان در قالب یک سیستم معادلات مستقل از پیوندها به دست آورد که با معادلات ارتباط بین آنها تکمیل می شود. رایج ترین پیوندها (معمولی) پیوندهای غیر پریودیک، نوسانی، یکپارچه کننده، متمایز کننده، پیوند تاخیر ثابت در نظر گرفته می شوند.

مسئله پیوندهای ابتدایی در مدل‌های شکل یک سیستم معادلات دیفرانسیل توسط تعدادی از نویسندگان بررسی شده است. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که موقعیت آنها عمدتاً به بیان واقعیت وجود پیوندهای معمولی و مطالعه نقش آنها در روند شکل گیری ساختارهای پیچیده تر خلاصه می شود. انتخاب در گروه پیوندهای معمولی خودسرانه و بدون هیچ معیاری انجام می شود. پیوندهای مختلف بدون توضیح و توجیه در لیست پیوندهای معمولی گنجانده شده است و اصطلاحات "ساده" و "ابتدایی" نیز به طور مساوی برای تعیین پیوندهای معمولی استفاده می شوند (جدول را ببینید). در همین حال، مطالعه پیوندهای «معمول» متعدد سیستم‌های دینامیکی با روش‌های ماتریس‌های ساختاری نشان می‌دهد که تنها سه پیوند - متناسب، یکپارچه‌کننده و متمایزکننده - چرخه‌های ماتریسی را در ماتریس‌های ساختاری خود ندارند. بنابراین، فقط آنها را می توان ابتدایی نامید. همه پیوندهای دیگر با ترکیب پیوندهای ابتدایی ساخته می شوند.

بنابراین، اگر یک پیوند متناسب با یک تابع انتقال W B (s) = k B و یک پیوند متمایز کننده با یک تابع انتقال W A (s) = k As مطابق طرح بازخورد منفی (شکل 3) به هم متصل شوند، آنگاه معادل تابع انتقال

بنابراین، نتیجه، تا مقادیر ثابت‌های زمانی، با تابع انتقال پیوند دوره‌ای مرتبه اول منطبق است. به این معنی که این پیوند را می توان با اتصال پیوندهای متناسب و متمایز بر اساس طرح با بازخورد منفی به دست آورد و بنابراین نمی توان آن را ابتدایی دانست.

شکل 3. معادل، مدار غیر پریودیک

به همین ترتیب می توانید بقیه لینک های موجود در جدول را بسازید. توجه ویژه باید به عملکرد انتقال پیوند ارتعاشی (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku شود. بنابراین، اگر به صورت سری دو پیوند ناپیوسته را با توابع انتقالی که فقط در ثابت های زمانی متفاوت هستند به هم وصل کنیم، تابع انتقال معادل شکل خواهد گرفت.

بنابراین، نتیجه، تا مقادیر ثابت های زمانی، با تابع انتقال پیوند مورد مطالعه مطابقت دارد. بنابراین، پیوندهای نوسانی، محافظه کارانه و غیر تناوبی مرتبه 2 را می توان با اتصال پیوندهای مرتبه اول به صورت سری به دست آورد. این بدان معناست که نمی توان آنها را ابتدایی دانست، اگرچه در اصل نامیدن آنها جایز است.

تجزیه و تحلیل نتایج ارائه شده در ستون آخر جدول به ما این امکان را می دهد که نتیجه بگیریم که پیوندهایی مانند غیر پریودیک، ایزودرومیک، اجباری، تمایز اینرسی و اینرسی یکپارچه را می توان با اتصال پیوندهای ابتدایی به دست آورد. برای اثبات اینکه توابع انتقال سایر پیوندهای معمولی را می توان با اتصال پیوندهای ابتدایی به دست آورد، لازم است اتصالات سه، چهار و غیره پیوندها را طبق طرح های اتصال معمولی تجزیه و تحلیل کرد. اگر اتصالات پیوندهای ابتدایی را با پیوندهای مرتبه اول معمولی در نظر بگیریم، همین نتیجه را می توان به دست آورد. بخشی از چنین مطالعه ای قبلاً انجام شده است، نتایج آن در کار ارائه شده است.

بنابراین، ثابت شده است که با اتصال پیوندهای ابتدایی، به دست آوردن تمام توابع انتقال به اصطلاح پیوندهای پویا بسیار ساده است. در نتیجه، سیستم‌های دینامیکی دلخواه را می‌توان با استفاده از عملگرهای ضرب و اتصال تنها سه پیوند اصلی ترکیب کرد: تناسبی، متمایزکننده و یکپارچه‌کننده. این نتیجه گیری از اهمیت اساسی برخوردار است، زیرا مبنای عنصری لازم برای ساخت سیستم های دینامیکی خطی از هر مرتبه، از جمله مدارهای الکترونیکی رادیویی را تعیین می کند. و اگر قرار باشد سیستم‌های دینامیکی از محدوده محدودی از پیوندهای پویا ساخته شوند، مانند مورد MABIS و PAIS، نتیجه‌گیری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

شکل 4. راه حل های مدار ساده گره های ابتدایی: الف) جمع کننده چند ورودی، ب) تقویت کننده دیفرانسیل (پیوند متناسب)، ج) متمایز کننده (پیوند متمایز کننده)، د) یکپارچه ساز (پیوند یکپارچه)

سنتز دستگاه های آنالوگ دلخواه تنها از پنج واحد عملکردی امکان پذیر می شود - یک مالتی پلکسر، یک جمع کننده، یک ضرب کننده، یک انتگرالگر و یک متمایز کننده (شکل 4)! توجه داشته باشید که موارد نشان داده شده در شکل. 4 مدار را نباید به عنوان راه حل های واقعی مدار در نظر گرفت، بلکه فقط به عنوان توجیهی برای امکان جایگزینی پیوندهای ابتدایی در یک مدار عملکردی با عناصر رادیویی-الکترونیکی اساسی. با جایگزینی پیوندهای ابتدایی مدارهای عملکردی با همتایان سخت افزاری آنها، می توان دستگاه های آنالوگ را با ویژگی های مشخص طراحی کرد.

نمونه ای از سنتز دستگاه آنالوگ

یک مثال بسیار ساده از سنتز نمودار مدار یک دستگاه آنالوگ را با توجه به مدلی که توسط یک سیستم معادلات دیفرانسیل به شکل تبدیل های لاپلاس ارائه شده است در نظر بگیرید: x 0 \u003d g، x 1 \u003d x 0 - 2x 2 /s، x 2 \u003d 10x 1 /s، x 3 \u003d x 2 - 10x 4 /s، x 4 = 500x 3 /s.

مدار مجتمع آنالوگ

یک مدار مجتمع که در آن دریافت، تبدیل (پردازش) و خروجی اطلاعات ارائه شده به شکل آنالوگ با استفاده از سیگنال های پیوسته انجام می شود. در A. و. با. خروجی تابع پیوسته ورودی است. A. i. با.… … فرهنگ لغت پلی تکنیک دایره المعارفی بزرگ

- (PAIS؛ آرایه آنالوگ قابل برنامه ریزی فیلد انگلیسی) مجموعه ای از سلول های اساسی که می توانند برای اجرای مجموعه ای از توابع آنالوگ پیکربندی و به هم متصل شوند: فیلترها، تقویت کننده ها، انتگرالگرها، جمع کننده ها، محدود کننده ها، ... ... ویکی پدیا

تغییر مسیرهای "BIS" را در اینجا درخواست کنید. معانی دیگر را نیز ببینید. مدارهای مجتمع مدرن طراحی شده برای نصب روی سطح مدار مجتمع (میکرو) (... ویکی پدیا

مدار مجتمع دیجیتال (مدار دیجیتال) یک مدار مجتمع است که برای تبدیل و پردازش سیگنال هایی که بر اساس قانون یک تابع گسسته تغییر می کنند طراحی شده است. مدارهای مجتمع دیجیتال بر اساس ... ... ویکی پدیا

مدارهای مجتمع مدرن طراحی شده برای نصب روی سطح. ریز مدارهای دیجیتال شوروی و خارجی. یکپارچه (انگلیسی. مدار مجتمع، آی سی، ریز مدار، ریزتراشه، تراشه سیلیکونی، یا تراشه)، مدار (میکرو) (IC, IC, m/s) ... ویکی پدیا

تراشه آنالوگ- analoginis integrinis grandynas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. مدار مجتمع آنالوگ vok. آی سی آنالوگ، n; integrierter Analogschaltkreis, m rus. مدار مجتمع آنالوگ، f; تراشه آنالوگ، f pranc. جریان… … پایانه های رادیوالکترونیک

مدارهای مجتمع آنالوگ برای تبدیل و پردازش سیگنال هایی طراحی شده اند که طبق قانون یک تابع پیوسته تغییر می کنند. آنها در تجهیزات ارتباطی، تلویزیون و کنترل از راه دور، رایانه های آنالوگ، ضبط صوت، ابزار اندازه گیری، سیستم های کنترل و غیره استفاده می شوند.

به لطف پیشرفت تکنولوژی و روش های طراحی، دامنه ریز مدارهای آنالوگ به طور مداوم در حال گسترش است. تعداد زیادی ریز مدار برای ژنراتورها، آشکارسازها، مدولاتورها، مبدل‌ها، تقویت‌کننده‌ها، سوئیچ‌ها، سوئیچ‌ها، فیلترها، منابع تغذیه ثانویه، دستگاه‌های انتخاب و مقایسه با اهداف و عملکردهای مختلف و همچنین ریزمدارها و ریز مدارهای چند منظوره تولید می‌شوند که مجموعه‌ای از عناصر.

ترکیب عملکردی رایج ترین سری داخلی مدارهای مجتمع آنالوگ، که هم در ساخت تجهیزات حرفه ای و هم در تمرین آماتورهای رادیویی استفاده می شود، در جدول ارائه شده است. 2.1.

این سری ها به طور قابل توجهی در زمینه های کاربرد اولیه، ترکیب عملکردی و تعداد مدارهای مجتمع موجود در آنها متفاوت است.

گروه بزرگی از سریال ها عمدتاً برای ایجاد تجهیزات فرستنده گیرنده رادیویی در نظر گرفته شده است؛ سریال ها برای تجهیزات تلویزیونی، ضبط صوت، الکتروفون و سایر دستگاه ها تولید می شوند. همه این سری ها را می توان به طور مشروط به دو دسته از نظر عملکردی کامل و عملکردی ناقص تقسیم کرد. مدارهای کامل عملکردی شامل طیف گسترده ای از ریزمدارهای تخصصی متعلق به زیر گروه های عملکردی مختلف هستند (جدول 2.1). هر یک از این سری ها امکان ایجاد عملاً تمام اجزای دستگاه هایی مانند گیرنده های رادیویی، تلویزیون ها و موارد مشابه را از نظر پیچیدگی که در حال حاضر در طراحی میکروالکترونیک در حال اجرا هستند، ایجاد می کند.

سری های ناقص عملکردی شامل تعداد کمی تراشه تخصصی یا همه منظوره است. آنها عمدتاً برای ایجاد واحدهای جداگانه تجهیزات آنالوگ در نظر گرفته شده اند.

سری هایی که همه کاره ترین ریز مدارها را از نظر عملکرد ترکیب می کنند - تقویت کننده های عملیاتی (§ 2.8) شایسته توجه ویژه متخصصان و آماتورهای رادیویی هستند. هر تقویت کننده عملیاتی می تواند به عنوان پایه ای برای تعداد زیادی گره متعلق به زیر گروه ها و انواع عملکردی مختلف باشد.

جدول 2.1

جدول 2.2 و جدول 2.3

جدول 2.4

برای توصیف ریز مدارهای سری های مختلف و برای ارزیابی مقایسه ای ریز مدارهای متعلق به یک نوع، مجموعه ای از پارامترهای عملکردی عمدتا استفاده می شود. با این حال، در عمل مهندسی و رادیو آماتور، عواملی مانند ولتاژ تغذیه، طراحی، وزن و حداکثر شرایط کار مجاز برای ریزمدارها نیز نقش مهمی ایفا می کنند. اغلب آنها هنگام انتخاب پایه عنصر برای یک تجهیزات خاص از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار هستند.

اطلاعات مربوط به ولتاژ تغذیه در جدول آورده شده است. 2.2، که از آن می توان دریافت که ولتاژهای اسمی مختلف قطب مثبت و منفی برای تغذیه ریز مدارها استفاده می شود. در این مورد، تحمل در اکثر موارد 4-10٪ است. استثناها ریز مدارهای سری K140 با تلرانس 5±٪، بخشی از ریزمدارهای سری K224 با تلرانس 5±، 20± و 25±٪ ریز مدارهای سری K245 با تلرانس ± 20٪ و همچنین جزئی 219، K224 هستند. ریزمدارهای سری 235 و K237، زمانی که ولتاژ در محدوده وسیع تری تغییر می کند، عملکرد عادی دارند.

تفاوت در بزرگی ولتاژهای تغذیه در بسیاری از موارد عملی، استفاده از تراشه های سری های مختلف را در یک دستگاه دشوار یا غیرممکن می کند، حتی اگر آنها الزامات پارامترهای عملکردی اصلی را برآورده کنند.

طراحی ریز مدارهای سری های مختلف متنوع است. آنها از نظر شکل، اندازه، جنس بدنه، تعداد و نوع لیدها، وزن و غیره متفاوت هستند. همانطور که از جدول مشخص است. 2.3، برای ریزمدارهای در نظر گرفته شده در این فصل، 25 اندازه استاندارد از کیس های مستطیلی و گرد با پین یا لیدهای کامل استفاده شده است. برخی از ریز مدارها (سری K129، K722، و غیره) در طراحی قاب باز با سیم انعطاف پذیر یا سیم های سفت و سخت موجود هستند. جرم ریز مدارها در موارد از کسری از گرم (موارد 401.14-2 و 401.14-3) تا 17 گرم (مورد 157.29-1) متغیر است. جرم ریز مدارهای بسته بندی نشده از 25 میلی گرم تجاوز نمی کند.

با توجه به حداکثر شرایط عملیاتی مجاز، ریز مدارهای سری های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت هستند.

تفاوت در محدوده دمایی استفاده از ریز مدارهای آنالوگ در جدول نشان داده شده است. 2.4. بدیهی است که ریز مدارهایی که با حد پایین محدوده دما - 10 یا - 30 درجه سانتیگراد مشخص می شوند، نمی توانند برای استفاده در تجهیزات قابل حمل طراحی شده برای کار در شرایط زمستانی توصیه شوند. گاهی اوقات محدودیت های جدی با حد بالایی +50 یا +55 درجه سانتیگراد اعمال می شود.

از نظر مقاومت در برابر تنش مکانیکی، ریز مدارهای سری های مختلف به یکدیگر نزدیک هستند. اکثر ریز مدارها بار ارتعاشی را در محدوده 1 تا 5 تا 600 هرتز با شتاب 10 گرم تحمل می کنند. (برای ریز مدارهای سری K122، K123، شتاب نباید بیش از 5 گرم باشد، و برای ریز مدارهای سری KP9 و K167 - 7.5 گرم.) استثنا، ریز مدارهای سری K245 و بخشی از ریز مدارهای سری K224 است. محدوده بار ارتعاشی که برای آن 1 تا 80 هرتز با شتاب 5 گرم است.

حجم این کتاب به ما اجازه نمی دهد که همه ریز مدارهای تولید شده توسط صنعت داخلی را با جزئیات در نظر بگیریم. بنابراین، موارد زیر تنها توضیح مختصری از موارد ارائه شده در جدول است. 2.1 از سری و ریز مدارهای موجود در آنها، نشان دهنده پارامترهای اصلی، مقایسه ریز مدارها بر اساس انواع انجام شد و مدارات و ویژگی های عملکردی ریز مدارهای سری K122، K140، K224، 235، K521، که، به گفته نویسندگان، ممکن است بیشترین علاقه را برای طیف وسیعی از خوانندگان داشته باشد. برای تعدادی از ریز مدارها، نمونه هایی از واحدهای عملکردی معمولی آورده شده است.

اطلاعات لازم در مورد ریز مدارهای سری های دیگر را می توان در کاتالوگ ها، کتاب های مرجع، کتاب ها و نشریات، عمدتاً در مجلات "رادیو" و "صنعت الکترونیک" یافت. هنگام استفاده از این انتشارات، باید به خاطر داشت که آنها اغلب پارامترهای خود مدارهای مجتمع و پارامترهای واحدهای عملکردی را شناسایی می کنند، که گاهی اوقات تنها یکی از گزینه های متعدد برای استفاده از یک ریزمدار خاص را نشان می دهد. هنگامی که با سایر عناصر خارجی و با گزینه های دیگر برای سوئیچینگ خروجی استفاده می شود، پارامترهای گره ها ممکن است به طور قابل توجهی با داده های ارائه شده در ادبیات متفاوت باشد. علاوه بر این، لازم به ذکر است که در منابع مختلف در توصیف ریز مدارهای فردی هنگام کمی کردن پارامترهای آنها اختلاف وجود دارد. این به دلیل گسترش دامنه سری های فردی و مدرن سازی برخی از ریز مدارها است.

سری ریز مدارها برای تجهیزات ارتباط رادیویی و پخش

سری تراشه برای تجهیزات تلویزیونی

یک سری ریز مدار برای ضبط صوت و الکتروفون

سری ریز مدار برای دستگاه های خطی و پالسی

ریزمدار برای تقویت مسیرهای تجهیزات ارتباطی و پخش رادیویی

ریز مدارهای منبع تغذیه ثانویه

بدون شک برای آماتورها و متخصصان رادیو، میکرو مدارهای سری K181، K142، K278، K286، K299 مورد توجه قرار می گیرند. آنها برای استفاده در منابع تغذیه ثانویه برای تثبیت ولتاژ در نظر گرفته شده اند. چنین دستگاه هایی به ویژه این امکان را فراهم می کند که با استفاده از تثبیت کننده های فردی برای بلوک ها و آبشارهای جداگانه، منبع تغذیه دستگاه های پیچیده با منابع جریان مستقیم ناپایدار را به روشی جدید انجام دهد.

برنج. 2.28. تراشه K181EN1

ریز مدار K181EN1 (شکل 2.28) سری K181 طبق طرح با اتصال سریال عنصر تنظیم کننده ساخته شده است. مراحل اصلی تثبیت کننده عبارتند از یک ترانزیستور کنترل کامپوزیت (Tv، T7)، یک تقویت کننده دیفرانسیل متقارن (TS) Td) و یک منبع ولتاژ مرجع، که شامل یک دیود زنر Dz و یک دنبال کننده امیتر روی ترانزیستور Ts است.

ریزمدار K181EN1 با ولتاژ ورودی ناپایدار 9 تا 20 ولت کار می کند و ولتاژ خروجی تثبیت شده 3 تا 15 ولت را فراهم می کند. حداکثر جریان بار نباید از 150 میلی آمپر تجاوز کند. ضریب ناپایداری ولتاژ 7-103.

سری K142 از هفت ریزمدار تشکیل شده است که پنج عدد از آن ها ترکیب های مختلف از چهار دیود هستند.

برنج. 2.29. تثبیت کننده ولتاژ روی تراشه K142EN1
برنج. 2.30. تراشه K299EV1

ریز مدارهای K142EN1 و K142EN2 تثبیت کننده های ولتاژ قابل تنظیم هستند. هر تراشه در چهار تغییر تولید می شود. در میان آنها تثبیت کننده هایی با ضریب ناپایداری ولتاژ 0.1 وجود دارد. 0.3 یا 0.5٪، با ضریب ناپایداری فعلی 0.2. 0.5; 1 و 2 درصد حد پایینی محدوده تنظیم ولتاژ 3 یا 12 ولت و حد بالایی 12 یا 30 ولت است. نمونه ای از ساخت یک تنظیم کننده ولتاژ بر روی تراشه K142EN1 در شکل نشان داده شده است. 2.29.

ریز مدارهای سری K278 دارای ولتاژ خروجی 12 ولت و جریان خروجی 2.5 آمپر هستند که ضریب ریپل کمتر از 0.012 است.

سری K299 برای ایجاد یکسو کننده هایی با ضرب ولتاژ طراحی شده است. ولتاژ خروجی 2000 - 2400 ولت جریان خروجی 200 μA. روی انجیر 2.30 نموداری از تراشه یکسو کننده K299EV1 را نشان می دهد.

تقویت کننده های عملیاتی

آی سی های مقایسه کننده

در تمرین آماتورهای رادیویی، اغلب لازم است مقادیر سیگنال های آنالوگ با خروجی نتیجه مقایسه در قالب یک سیگنال منطقی دو سطحی مقایسه شود. این مشکل را می توان با کمک ریز مدارهای ویژه - مقایسه کننده حل کرد. در حالت کلی، این آپ امپ های تخصصی با یک مرحله ورودی دیفرانسیل در حالت خطی و یک مرحله خروجی تک فاز یا دو فاز که در حالت محدود کننده کار می کنند، هستند.

برنج. 2.33. تراشه K521CA2 (a) و مقایسه کننده دقیق روشن است. تراشه K521CA1 (b)

مقایسه کننده طبق یک مدار نسبتا ساده بدون ورودی های دروازه ساخته شده است.

در ورودی، یک مرحله دیفرانسیل روی ترانزیستورهای T6 و T7 با یک ژنراتور جریان پایدار در ترانزیستور T9 استفاده شد. تثبیت حرارتی حالت ترانزیستور T9 توسط ترانزیستور T10 در یک اتصال دیود ارائه می شود.

مرحله دوم نیز با توجه به مدار دیفرانسیل روی ترانزیستورهای T4 و 7Y ساخته شده است.با توجه به مدار تغذیه بایاس متعادل، ولتاژ پایه ترانزیستور T3 با تغییر ولتاژ تغذیه مثبت ثابت نگه داشته می شود. دیود زنر D2 در مدارهای امیتر ترانزیستورهای G4 و T5 پتانسیل پایه های آنها را در سطح 7 ولت ثابت می کند. این مقدار سیگنال ورودی معتبر را تعیین می کند. برای افزایش ظرفیت بار خروجی جریان، از یک دنبال کننده امیتر در ترانزیستور 72 استفاده شد.

دیود زنر D1 در مدار امیتر این ترانزیستور برای جابجایی سطح سیگنال خروجی به منظور اطمینان از سازگاری خروجی مقایسه کننده با ورودی های ریز مدارهای TTL دیجیتال طراحی شده است. ترانزیستور T8 مسیری را برای جریان خروجی ورودی ریزمدار متصل به مقایسه کننده TTL در منطق 0 فراهم می کند. ترانزیستور T1 در اتصال دیود، خروجی دیفرانسیل مرحله دوم را در صورتی که نوسان ولتاژ خروجی در ناحیه مثبت از 4 ولت بیشتر شود، می بندد. این کمک می کند. برای افزایش سرعت مقایسه.

ایده آل تر، طرح دو کاناله برای ساخت مقایسه کننده ها است که به ویژه در ریزمدار K521CA1 پیاده سازی شده است. روی انجیر 2.33.6 نمونه ای از استفاده از این میکرو مدار به عنوان مقایسه کننده ولتاژ است.