Kas ir analogā mikroshēma. Integrētās shēmas. Klasifikācija. Mērķis. IC sērija lineārām un impulsa ierīcēm

Analogo signālu pavairošana, tāpat kā pastiprināšana, ir viena no galvenajām elektrisko signālu apstrādes darbībām. Lai veiktu reizināšanas operāciju, tika izstrādāti specializēti IC - analogie signālu reizinātāji (ASM). PAS jānodrošina precīza reizināšana plašā ieejas signālu dinamiskajā diapazonā un visplašākajā iespējamajā frekvenču diapazonā. Ja PAS ļauj reizināt jebkuras polaritātes signālus, tad tos sauc par četrkvadrantiem, ja vienam no signāliem var būt tikai viena polaritāte, tad tos sauc par divkvadrantiem. Reizinātājus, kas reizina vienpolārus signālus, sauc par viena kvadrantu. Ir zināmi dažādi viena un divu kvadrantu PAS, kuru pamatā ir elementi ar kontrolētu pretestību, mainīgu slīpumu un logaritmatoru un antilogaritmatoru izmantošanu. Piemēram, regulatoru ar elementu darbības režīma maiņu, kas parādīts 7.7c attēlā, var izmantot kā reizinātāju, ja diferenciālajai ieejai tiek pielikts spriegums. u x, un tā vietā E kontrole iesniegt tu y. Reibumā tu y mainās tranzistoru pārvades raksturlieluma slīpums, uz kuru bāzēm tiek pielikts otrais reizināts spriegums u x. Var parādīt, ka izejas spriegums Tu ārā, izņemts starp līdzstrāvas tranzistoru kolektoriem, ar R līdz 1 =R līdz 2 =R līdz nosaka pēc formulas

BT strāvas pastiprinājums, kas savienots atbilstoši ķēdei ar OB; ? T - temperatūras potenciāls, ? T=25,6 mV.

Ja u x<<? T, tad izteiksme par Tu ārā var vienkāršot:

Aplūkotā vienkāršākā reizinātāja trūkums uz viena līdzstrāvas ir ļoti mazs ieejas signālu dinamiskais diapazons, kurā tiek nodrošināta pieņemama reizināšanas precizitāte. Piemēram, jau plkst u x=0,1? T Reizināšanas kļūda sasniedz 10%.

Plašāku reizināto spriegumu dinamisko diapazonu ar mazāku kļūdu nodrošina logaritmiskie reizinātāji, kas veidoti pēc “logaritma-antilogaritma” principa. Šādas PAS diagramma ir parādīta 7.23. attēlā.

7.23.attēls. Logaritmiskais reizinātājs

Šeit darbības pastiprinātāji DA 1 un DA 2 ņem ieejas spriegumu logaritmu, un DA 3 tiek izmantots kā summators, kura izejas spriegums ir vienāds ar:

U 0 = k 1 (ln u x+ln tu y) = k 2 ln u x u y.

Izmantojot op amp DA 4, tiek veikts antilogaritms

Tu ārā = k 3 antins U 0 = k 3 u x u y

Jāatzīmē, ka šajās izteiksmēs tiek izmantoti spriegumi, kas normalizēti līdz vienam voltam. Proporcionalitātes koeficienti k 1 , k 2 , k 3 nosaka pretestības elementi, kas iekļauti izmantoto darbības pastiprinātāju OOS shēmās. Šādas PAS lielais trūkums ir darbības frekvenču diapazona lielā atkarība no ieejas signālu amplitūdām. Tātad, ja ar ieejas spriegumu 10 V reizināto spriegumu augšējā frekvence var būt 100 kHz, tad ar ieejas spriegumu 1 V darba frekvenču josla sašaurinās līdz 10 kHz.

Logaritma un antilogaritma princips tiek izmantots visizplatītākajā paņēmienā četru kvadrantu PAS konstruēšanai ar strāvas normalizāciju, kam ir vislabākais parametru kopums, piemēram, linearitāte, platjoslas savienojums un temperatūras stabilitāte. Tiem parasti ir diferenciālas ieejas, kas paplašina to funkcionalitāti. Reizinātāji ar strāvas normalizāciju tiek izgatavoti, izmantojot integrēto pusvadītāju tehnoloģiju.

Vienkāršota PAS IC shēmas shēma ar 525PS1 tipa strāvas normalizāciju ir parādīta 7.24. attēlā.

Ierīce satur sarežģītu diferenciālo kaskādi, izmantojot tranzistorus VT 7, ..., VT 10. Šo tranzistoru kolektoru šķērssavienojums nodrošina signāla inversiju, kas nepieciešama četru kvadrantu reizināšanai. Ieejas posmi uz tranzistoriem VT 3, ..., VT 6 un VT 11, ..., VT 14 pārveido ieejas spriegumus u x Un tu y straumēs. Ar diodēm pieslēgtu tranzistoru VT 1 un VT 2 palīdzību tiek logaritēts strāvas signāls Y ieejā. Y signāls tiek antilogaritēts un reizināts ar X signālu, izmantojot pastiprinātāju, izmantojot tranzistorus VT 7, ..., VT 10.

7.24. attēls. 525PS1 reizinātāja IC vienkāršota shēma

Aplūkojamajā ierīcē savienojumu starp ieejas un izejas signāliem var attēlot kā strāvas attiecību. Reizinātāja izejas strāvu nosaka attiecība

Kur Es X Un Es Y- strāvas, kas plūst caur rezistoriem R X Un R Y; IpX Un Es pY- darba strāvas kanālos X un Y.

Izejas spriegums, kas noņemts no vienas no slodzes pretestībām, ir vienāds ar

Mēroga faktors.

Visi rezistori, kas parādīti 7.24. attēlā, izņemot R 1 un R 2, ir ārēji. Viņu izvēle ir atkarīga no īpašajām prasībām PAS.

Lai iegūtu nulles spriegumu PAS izejā, kad ieejas spriegumi ir vienādi ar nulli, regulēšana tiek nodrošināta, izmantojot mainīgos rezistorus R 4 un R 5. Ja reizinātājs darbojas tikai ar viena ieejas signāla vienu polaritāti, tad to sauc par neobjektīvu. Lai četrkvadrantu PAS pārvērstu par neobjektīvu, pietiek ar tādu pastāvīgu novirzi vienai no ieejām, lai signāli šajā ieejā vienmēr būtu mazāki par nobīdes spriegumu.

"Katalogs" - informācija par dažādiem elektroniskās sastāvdaļas: tranzistori, mikroshēmas, transformatori, kondensatori, Gaismas diodes utt. Informācijā ir viss nepieciešamais komponentu izvēlei un inženiertehnisko aprēķinu veikšanai, parametri, kā arī korpusa kontaktdakšas, tipiskās komutācijas shēmas un ieteikumi radioelementu lietošanai.

Ir grūti pārvērtēt pārprogrammējamo loģisko integrālo shēmu (FPGA) nozīmi loģisko sistēmu sintēzē. Visaptveroša elementu bāzes un datorizētās projektēšanas sistēmu izstrāde ļauj īstenot sarežģītas loģiskās sistēmas nepieredzēti īsā laikā un ar minimālām materiālajām izmaksām. Tāpēc ir saprotama vēlme sasniegt līdzīgus rezultātus analogo sistēmu projektēšanā un ražošanā. Tomēr daudzi mēģinājumi šajā virzienā vēl nav devuši gaidītos rezultātus, un programmējamie analogie IC (PAIS) un matricas analogie IC (MABIS) nav kļuvuši universāli.

PROGRAMMĒJAMO ANALOGĀ LSI PROBLĒMAS

Straujo progresu loģisko sistēmu projektēšanas jomā uz FPGA noteica fakts, ka visas loģiskās sistēmas ir balstītas uz labi attīstītu Būla algebras matemātisko aparātu. Šī teorija ļauj pierādīt, ka patvaļīgas loģiskās funkcijas konstruēšana ir iespējama, izmantojot tikai viena elementāra operatora sakārtotu sastāvu - loģisko UN-NOT (vai VAI-NOT). Tas nozīmē, ka jebkuru stingri loģisku sistēmu var izveidot tikai no viena veida elementiem, piemēram, NAND.

Pavisam cita situācija ir analogo sistēmu shēmas projektēšanas (sintēzes) un analīzes (dekompozīcijas) jomā. Analogajā elektronikā joprojām nav vienota vispārpieņemta matemātiskā aparāta, kas ļautu risināt analīzes un sintēzes problēmas no vienotas metodoloģiskās pozīcijas. Šīs parādības cēloņi jāmeklē analogās elektronikas attīstības vēsturē.

Agrīnās stadijās analogo ierīču shēmas tika izstrādātas saskaņā ar funkcionālā mezgla metodes jēdzieniem, kuras galvenā ideja bija sarežģītu ķēdes shēmu sadalīšana mezglos. Mezgls sastāv no elementu grupas un veic ļoti specifisku funkciju. Apvienojot mezgli veido blokus, dēļus, skapjus, mehānismus - t.i. dažas vienotas struktūras, ko sauc par ierīcēm. Ierīču kombinācija veido sistēmu. Funkcionāli-mezglu metode pieņēma, ka sistēmu elementārajām sastāvdaļām jābūt mezgliem, kuru galvenais uzdevums ir veikt ļoti specifisku funkciju.

Tāpēc par mezglu klasificēšanas kritēriju tika ņemta funkcionalitāte, tas ir, tas, ka mezgls veic kādu funkciju. Tomēr, attīstoties elektronikai, bija ārkārtīgi liels skaits speciālu un izolētu funkciju (un līdz ar to arī mezglu). Ir zudusi jebkāda to minimizēšanas un unifikācijas iespēja, kas nepieciešama sarežģītu sistēmu sintēzei. Tāpēc matricas analogo LSI (MABIS) un pārprogrammējamo analogo integrālo shēmu (PAIS) izstrāde ir bijusi un joprojām tiek kavēta.

Situācijai programmējamo analogo shēmu jomā var izsekot, analizējot vadošo Krievijas un ārvalstu uzņēmumu attīstību. Tādējādi OJSC NIITT un Angstrem rūpnīcas speciālisti koncentrēja savus spēkus uz Rul tipa N5515ХТ1, Н5515ХТ101 analogo-digitālo BMC (bāzes matricas kristālu) izstrādi un ražošanu, kas paredzēti datu iegūšanai, uzraudzības un kontroles sistēmām, medicīnas iekārtām un kontroles sistēmas.

Šo BMK dizains ietver analogo un digitālo matricu. Digitālā matrica satur 115 digitālās bāzes šūnas (230 2N-NOT vārti), kuras ir sakārtotas piecās rindās pa 23 šūnām katrā rindā. Analogā matrica apvieno 18 analogās bāzes šūnas, kas sakārtotas divās 9 šūnu rindās. Starp analogo šūnu rindām ir divas kondensatoru rindas (nominālā 17,8 pF) un divas difūzijas rezistoru rindas (katra 24,8 kOhm). Starp analogajām un digitālajām daļām ir virkne 3,2 kOhm rezistoru.

BMK nodrošina divu veidu analogās šūnas (A un B). A tipa šūnas sastāv no 12 PRP un četriem RLR izolētiem kolektoru tranzistoriem un 38 daudzkāršu difūzijas rezistoriem. B tipa šūnās četri lRL tranzistori tiek aizstāti ar diviem p-MOS tranzistoriem. A un B tipa perifērajās šūnās katrā ir četri jaudīgi LRL tranzistori (B tipa šūnās ar izolētu kolektoru) un divi bipolāri tranzistori.

Digitālās bāzes šūnas ir trīs veidu - četri l-MOS tranzistori, četri p-MOS tranzistori un papildinošs bipolāru tranzistoru pāris. Turklāt kristāla perifērijā ir jaudīgas digitālās šūnas, kurās ir četri jaudīgi l-MOS un r-MOS tranzistori, kā arī divi lrl tranzistori, kas savienoti saskaņā ar Darlington ķēdi.

BMK ir izstrādātas standarta analogo un digitālo elementu bibliotēkas, kas būtiski atvieglo un paātrina uz BMK balstītu ierīču projektēšanas procesu. Šajos un līdzīgos BMK ir elektrisko radioelementu (ERE) komplekti, kas nav savienoti viens ar otru, no kuriem var iegūt vairākas bibliotēkā norādītās funkcionālās vienības. Galvenais šādu mikroshēmu trūkums ir ļoti šaura pielietojuma joma, kas aprobežojas ar noteiktām nominālām vērtībām un citiem elektriskās jaudas elementu raksturlielumiem noteiktā komplektā. Šim komplektam izstrādāto un ieteikto funkcionālo vienību iespējas ir norādītas mikroshēmai pievienotajā bibliotēkā.

Rīsi. 1. ispPAC-10 struktūra

Kopš 2000. gada Lattice Semiconductor ražo programmējamās analogās integrālās shēmas (PAIC) no ispPAC (In-System Programmable Analog Circuit) saimes ar programmēšanu sistēmā, t.i. bez noņemšanas no iespiedshēmas plates. Līdz 2000. gada vidum tika ražoti trīs šīs ģimenes locekļi: ispPAC-Yu (1. att.), ispPAC-20 (2. att.) un ispPAC-80. Tie integrē līdz 60 aktīviem un pasīviem elementiem, kas tiek konfigurēti, simulēti un programmēti, izmantojot PAC-Designer pakotni.

ispPAC saimes PAIS satur:

Sērijas interfeisa shēmas, reģistri un elektriski pārprogrammējamās nemainīgās atmiņas (EEPROM) elementi, kas nodrošina matricas konfigurāciju;
programmējamās analogās šūnas (PACcells) un programmējamie analogie bloki (PAC bloki), kas sastāv no tiem;
programmējami elementi starpsavienojumiem (ARP - Analog Routing Pool).

Šīs sērijas arhitektūra ir balstīta uz pamata šūnām, kas satur: instrumentu pastiprinātāju (IA); izejas pastiprinātājs (OA), kas realizēts, izmantojot summatora/integratora shēmu; 2,5 V atsauces sprieguma avots (ION); 8 bitu DAC ar sprieguma izvadi un dubulto komparatoru (CP). Lai palielinātu apstrādāto signālu dinamisko diapazonu, šūnu analogās ieejas un izejas (izņemot ION) tiek veiktas, izmantojot diferenciālo ķēdi. Divi DUT un viens transportlīdzekļa bloks veido makrošūnu, ko sauc par PAC bloku, kurā DUT izejas ir savienotas ar transportlīdzekļa bloka summēšanas ieejām. Mikroshēmā ispPAC-10 ir četri PAC bloki, bet ispPAC-20 - divi. IspPAC-20 ietver arī DAC un salīdzinājuma šūnas. Šūnā DUT pastiprinājums tiek ieprogrammēts diapazonā no -10 līdz +10 ar soli 1, bet transportlīdzekļa bloka atgriezeniskās saites ķēdē - kondensatora kapacitātes vērtība (128 iespējamās vērtības) un ieslēgšana/izslēgšana. pretestība.

Vairāki IC ražotāji izmanto “slēgto kondensatoru” tehnoloģiju, lai programmētu analogās funkcijas, kas ietver frekvences iestatīšanas ķēžu kapacitātes maiņu, izmantojot elektronisku slēdzi, kas pārslēdzas atbilstoši apstākļiem.

Rīsi. 2. ispPAC-20 struktūra

Lattice pieeja ir balstīta uz ķēžu izmantošanu ar laika nemainīgiem raksturlielumiem, kurus var mainīt sistēmas pārkonfigurācijas laikā, neizslēdzot strāvu. Šis uzlabojums ir būtisks, jo tas novērš papildu signāla apstrādi, kas nepieciešama pirmajā metodē.

Iekšējie maršrutēšanas rīki (Analog Routing Pool) ļauj savienot viens ar otru mikroshēmas ievades tapas, makrošūnu ieejas un izejas, DAC izeju un salīdzinājuma ieejas. Apvienojot vairākas makrošūnas, iespējams izveidot noskaņojamu aktīvo filtru shēmas frekvenču diapazonā no 10 līdz 100 kHz, pamatojoties uz integratora sekcijas izmantošanu.
Jāatzīmē, ka Lattice ispPAC ir vistuvāk PAIS. To vienīgais trūkums ir tas, ka nav universālu pamatelementu sistēmas, kas ļautu konstruēt ne tikai noskaņojamus aktīvos filtrus, bet arī diezgan plašu analogo sistēmu klāstu. Tieši šis apstāklis neļauj Lattice Semiconductor ražotajam ispPAC kļūt par tādu uzņēmumu kā Altera un Xilinx FPGA analogu.

Kopumā, analizējot situāciju analogo mikroshēmu izstrādes un praktiskās ieviešanas jomā, var izdarīt vairākus vispārinājumus:

Lielāko daļu rūpnieciski ieviesto analogo mikroshēmu integrācijas pakāpes ziņā nevar klasificēt kā LSI;
analogie LSI un BMK ir paredzēti noteiktas klases ierīču projektēšanai, t.i. tie nav universāli;
Projektējot lielas analogās sistēmas, dominējošā paliek funkcionālā mezgla metode (specializēti IC komplekti, piemēram, televīzijas uztvērējiem).

VIENOTS DIZAINA PAMATS FPGA UN MABIS

Taču uzdevumam izstrādāt vienotu ķēžu projektēšanas bāzi analogajām sistēmām vēl ir risinājums, mēģināsim teorētiski pamatot un parādīt iespējamos virzienus izvirzīto ideju praktiskajā realizācijā.

Pirmkārt, jāizvēlas lielas analogās elektroniskās sistēmas matemātiskais modelis, kas ļautu identificēt nelielu pamatelementu grupu. Elektronisko shēmu analīzes un sintēzes jomā praktiski nav alternatīvu lineāro diferenciālvienādojumu sistēmu matemātiskajam aparātam, kas tika atzīts pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Tomēr atzīmēsim, ka ideja par šīs metodikas praktisku masveida izmantošanu vēl nav iekritusi visu speciālistu prātos.

Diferenciālvienādojumu sistēma sastāv no elementiem, to savienojumiem un to raksturo noteikta struktūra. Diferenciālvienādojumu elementārais pamats tika pētīts pagājušā gadsimta pirmajā pusē zinātnes disciplīnas "automatizācija" ietvaros. Šajā jomā ir parādījusies tāda diferenciālvienādojumu priekšrocība kā unifikācija: to forma nav atkarīga no aprakstītā procesa modeļa. Tomēr diferenciālvienādojuma rakstīšanas standarta formā nav vizuālas informācijas par pētāmās sistēmas attiecību raksturu. Tāpēc visā automātiskās vadības teorijas attīstībā tika izstrādātas metodes diferenciālvienādojumu sistēmu struktūras vizuālai attēlošanai dažāda veida diagrammu veidā.

Līdz divdesmitā gadsimta 60. gadu beigām bija pilnībā izveidojies mūsdienu skatījums uz dinamisko sistēmu modeļu strukturālo organizāciju. Sistēmas matemātiskā modeļa veidošana sākas ar tā sadalīšanu saitēs un to sekojošu aprakstu - vai nu analītiski vienādojumu veidā, kas savieno saites ievades un izejas lielumus; vai grafiski mnemonisku diagrammu veidā ar raksturlielumiem. Pamatojoties uz atsevišķu saišu vienādojumiem vai raksturlielumiem, tiek sastādīti vienādojumi vai visas sistēmas raksturlielumi.

Dinamisko sistēmu saites, kas identificētas kā tipiskas

Vienības nosaukums	Saites vienādojums y(t)=f(u(t))	Pārsūtīšanas funkcija W(s)=y(s)/u(s)	Elementārie komponenti
Proporcionāls
Integrējot	dy(t)/dt = ku(t); py = ku
Atšķirīga	y(t)=k·du(t)/dt; y = kpu
Periodiska 1.kārta
Forsējot 1.kārtu
Integrējošā inerciālā		W(s) = k/
Diferencējošā inerce		W(s) = ks/(Ts+1)
Izodromnoe		W(s) = k(Ts+1)/s
Oscilācijas, konservatīvas, aperiodiskas 2. kārtas	(T 2 p 2 +2ξTp+1)y = ku	W(s)=k/(T 2 p2+2ξTp+1)

Ņemiet vērā, ka, ja funkcionālajai diagrammai sistēma ir sadalīta saitēs, pamatojoties uz funkcijām, kuras tās veic, tad matemātiskajam aprakstam sistēma ir sadrumstalota, pamatojoties uz apraksta iegūšanas ērtībām. Tāpēc saitēm jābūt pēc iespējas vienkāršākām (mazām). Savukārt, sadalot sistēmu saitēs, katrai saitei jāsastāda matemātisks apraksts, neņemot vērā tās saiknes ar citām saitēm. Tas ir iespējams, ja saitēm ir darbības virziens – t.i. pārraida ietekmi tikai vienā virzienā, no ieejas uz izeju. Tad jebkuras saites stāvokļa izmaiņas neietekmē iepriekšējās saites stāvokli.

Ja ir izpildīts saišu darbības virziena nosacījums, visas sistēmas matemātisko aprakstu var iegūt atsevišķu saišu neatkarīgu vienādojumu sistēmas veidā, ko papildina savienojuma vienādojumi starp tām. Visizplatītākās (tipiskās) saites tiek uzskatītas par aperiodiskām, oscilējošām, integrējošām, diferencējošām, pastāvīgas kavēšanās saiti.

Elementāro saišu problēmu diferenciālvienādojumu sistēmas formas modeļos ir pētījuši vairāki autori. Analīze liecina, ka viņu pozīcijas galvenokārt ir saistītas ar tipisku saišu esamības fakta konstatēšanu un to lomas izpēti sarežģītāku struktūru veidošanās procesā. Atlase tipisko vienību grupā tiek veikta patvaļīgi, bez jebkādiem kritērijiem. Tipisko saišu sarakstos ir iekļautas dažādas saites bez skaidrojuma vai pamatojuma, un arī termini “vienkāršs” un “elementārs” vienlīdz tiek lietoti tipisko saišu apzīmēšanai (skat. tabulu). Tikmēr daudzu dinamisko sistēmu "tipisko" saišu izpēte, izmantojot strukturālo matricu metodes, parāda, ka tikai trīs saites - proporcionālās, integrējošās un diferencējošās - savās strukturālajās matricās nesatur matricu ciklus. Tāpēc tikai tos var saukt par elementāriem. Visas pārējās saites tiek veidotas, apvienojot elementārās saites.

Tātad, ja proporcionālā saite ar pārneses funkciju W B (s) = k B un diferencējošā saite ar pārneses funkciju W A (s) = k A s ir savienota saskaņā ar negatīvas atgriezeniskās saites ķēdi (3. att.), tad ekvivalentā pārsūtīšanas funkcija

Tādējādi rezultāts līdz laika konstantu vērtībām sakrīt ar pirmās kārtas aperiodiskās saites pārsūtīšanas funkciju. Tas nozīmē, ka šo saiti var iegūt, savienojot proporcionālās un diferencējošās saites saskaņā ar ķēdi ar negatīvu atgriezenisko saiti, un tāpēc to nevar uzskatīt par elementāru.

3. att. Ekvivalenta, periodiska saišu ķēde

Pārējās tabulā iekļautās saites var izveidot tādā pašā veidā. Īpaša uzmanība jāpievērš oscilējošās saites (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku pārneses funkcijai. Tātad, ja virknē ir savienotas divas aperiodiskas saites ar pārsūtīšanas funkcijām, kas atšķiras tikai laika konstantēs, tad līdzvērtīgā pārsūtīšanas funkcija iegūs formu

Tādējādi rezultāts līdz laika konstantu vērtībām sakrīt ar pētāmās saites pārsūtīšanas funkciju. Līdz ar to oscilējošas, konservatīvas un aperiodiskas 2. kārtas saites var iegūt, savienojot virknē pirmās kārtas saites. Tas nozīmē, ka tos nevar uzskatīt par elementāriem, lai gan principā ir pieļaujams tos saukt par tipiskiem.

Tabulas pēdējā ailē sniegto rezultātu analīze ļauj secināt, ka, savienojot elementārās saites, var iegūt tādas saites kā aperiodiskā, izodroma, forsējošā, diferencējošā inerciālā un integrējošā inerciālā. Lai pierādītu, ka citu tipisku saišu pārsūtīšanas funkcijas var iegūt, savienojot elementārās saites, būtu nepieciešams analizēt trīs, četru un tā tālāk saišu savienojumus pēc tipiskām savienojumu shēmām. To pašu rezultātu var iegūt, ja aplūkojam elementāro saišu savienojumus ar tipiskām pirmās kārtas saitēm. Daļa no šiem pētījumiem jau ir veikti, to rezultāti ir izklāstīti darbā.

Tādējādi ir pierādīts, ka, savienojot elementārās saites, ir diezgan vienkārši iegūt visas tā saukto standarta dinamisko saišu pārsūtīšanas funkcijas. Līdz ar to patvaļīgas dinamiskas sistēmas var sintezēt, izmantojot tikai trīs elementāru saišu reizināšanas un savienojuma operatorus: proporcionālās, diferencējošās un integrējošās. Šis secinājums ir ļoti svarīgs, jo tas nosaka elementāro bāzi, kas nepieciešama jebkuras pakāpes lineāro dinamisko sistēmu, tostarp radioelektronisko ķēžu, uzbūvei. Un, ja dinamiskās sistēmas ir paredzēts veidot no ierobežota dinamisko saišu diapazona, kā tas ir MABIS un PAIS gadījumā, tad izdarītais secinājums ir īpaši svarīgs.

4. att. Elementāro vienību vienkāršie shēmu risinājumi: a) vairāku ieeju summators, b) diferenciālais pastiprinātājs (proporcionālā saite), c) diferenciators (diferencējošā saite), d) integrators (integrējošā saite)

Kļūst iespējams sintezēt patvaļīgas analogās ierīces tikai no piecām funkcionālajām vienībām - multipleksora, summatora, reizinātāja, integratora un diferenciatora (4. att.)! Ņemiet vērā, ka parādīts attēlā. 4 diagrammas nav jāuztver kā reāli pārbaudīti ķēžu risinājumi, bet tikai kā pamatojums iespējai funkcionālā shēmā aizstāt elementārās saites ar pamata radioelektroniskajiem elementiem. Aizstājot funkcionālo ķēžu elementārās saites ar to aparatūras līdziniekiem, ir iespējams izstrādāt analogās ierīces ar noteiktiem raksturlielumiem.

ANALOGĀS IERĪCES SINTĒZES PIEMĒRS

Apskatīsim ļoti vienkāršu analogās ierīces shēmas sintēzes piemēru pēc modeļa, ko nosaka diferenciālvienādojumu sistēma Laplasa transformāciju veidā šādā formā: x 0 = g, x 1 = x 0 - 2x 2 /s, x 2 = 10x 1 /s, x 3 = x 2 - 10x 4 /s, x 4 = 500x 3 /s.

5. att. Sintezētās ierīces blokshēma (soli pa solim)

No sintezētās ķēdes simulācijas rezultātiem (6. att.) ir skaidrs, ka ar dotajiem parametriem tā attēlo divus virknē savienotus ģeneratorus. Tas ir, ļoti vienkārša ierīce, kas sastāv tikai no četrām integrējošām vienībām, veic salīdzinoši sarežģītu funkciju, modulējot zemas frekvences svārstības ar augstfrekvences svārstībām.
Ņemiet vērā, ka, projektējot un ražojot MABIS un PA-IS, absolūti nav nepieciešams izmantot uz operacionālajiem pastiprinātājiem izgatavotu elementāro vienību aparatūras analogus, kā parādīts 4. attēlā, lai gan tie ir vislabāk izstrādāti uz šī pamata. Visdaudzsološākā ir elementāro vienību aparatūras analogu ieviešana optoelektroniskajos komponentos, lai gan ir iespējamas arī citas iespējas.

6. att. Sintezētās ierīces oscilogramma

UNIVERSĀLAIS MABIS UN PAIS - IR IESPĒJAMS

Tādējādi mēs varam izdalīt piecas jebkuras REA elementāras (vienkāršākās) sastāvdaļas, kas atbilst diferenciālvienādojumu sistēmu galvenajiem operatoriem: reizināšanu, diferenciāciju, integrāciju, saskaitīšanu un reproducēšanu (multipleksēšanu). Analogo elektronisko ierīču projektēšanas metodoloģija ietver:

Izmantot kā sākotnējos datus matemātiskā modeļa projektēšanai n pirmās kārtas diferenciālvienādojumu sistēmas (vai l-tās kārtas diferenciālvienādojuma) veidā;
projektētās ierīces strukturālās matricas konstruēšana un matricas ciklu atrašana;
projektētās ierīces konstrukcijas shēmas atjaunošana;
strukturālās diagrammas pārveidošana funkcionālā, aizstājot tipiskās saites ar elementāru saišu kopu;
projektētās ierīces funkcionālās shēmas pārvēršana elektriskās ķēdes shēmā, elementārās saites aizstājot ar līdzvērtīgiem aparatūras pamatelementiem (iespējams, mūsdienu CAD sistēmu izmantošana ļaus izvairīties no šī posma, sintezējot topoloģiju tieši no funkcionālā apraksta);
projektētās ierīces topoloģijas izstrāde.

Ierosinātajai pieejai ir vairākas izšķirošas priekšrocības. Tādējādi projektētās ierīces funkcionālā diagramma tiek sintezēta no sākotnējās diferenciālvienādojumu sistēmas, izmantojot standarta matricas transformācijas, kuras var pasūtīt un pārvērst par automātisko aprēķinu algoritmu. Elektriskās shēmas shēma tiek sintezēta no funkcionālās diagrammas, vienkārši aizstājot elementārās dinamiskās saites ar līdzvērtīgiem pamatelementiem. Ierīces modelēšana, izmantojot CAD rīkus, to var arī ievērojami atvieglot.

Tādējādi, tā kā elementārvienību komplekts nav liels, pastāv reāla iespēja izstrādāt universālus MABIS un PAIS. Kas, savukārt, ievērojami vienkāršo analogo un digitālo-analogo ierīču dizainu un paver pievilcīgas perspektīvas elektronikas tālākai attīstībai kopumā.

LITERATŪRA

1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. Specializētu analogo-digitālo ierīču ieviešana uz BIK MOS BMKtype N5515ХТ1 bāzes. - ChipNews, 2000, 2. nr.
2. Kurbatovs. A. Programmējamās analogās integrālās shēmas. Dzīve turpinās. - Komponenti un tehnoloģijas, 2000, Nr.2.
3. Petrosjants K., Suvorovs A., Khrustalev I. Programmējamās analogās matricas no režģa pusvadītāja. - ChipNews, 2001, Nr.1.
4. Ku E.S., Sorer R.A. Stāvokļa mainīgo metodes pielietojums ķēdes analīzē. - TIEER, 1965, Nr.7.
5. Iļjins V.N. Elektronisko shēmu datorizēta projektēšana. - M.: Enerģētika, 1972. gads.
6. Jurevičs E.I. Automātiskās vadības teorija. - L.: Enerģētika, 1975. gads.
7. Kuropatkins P.V. Automātiskās vadības teorija. - M.: Augstskola, 1973. gads.
8. Voronovs A.A., Titovs V.K., Novogranovs B.N. Automātiskās regulēšanas un kontroles teorijas pamati. - M.: Augstskola, 1977. gads.
9. Voronovs A.A. Automātiskās vadības teorija. 1. daļa. Lineāro automātiskās vadības sistēmu teorija. - M.: Augstskola, 1977. gads.
10. Mišins G.T. Analogās mikroelektronikas dabaszinātniskie pamati. - M.: MIEM, 2003. gads.
11. Šatihins L.G. Strukturālās matricas un to pielietojums sistēmu pētījumos. - M.: Mašīnbūve, 1974. gads.
12. Šatihins L.G. Strukturālās matricas un to pielietojums sistēmu pētījumos. - M.: Mašīnbūve, 1991. gads.
13. Analogās integrālās shēmas. /Red. Dž.Konelijs. -M.: Mir, 1977.
14. J. Lenks. Elektroniskās shēmas. Praktisks ceļvedis. - M.: Mir, 1985.
15. Ņesterenko B.K. Integrētie darbības pastiprinātāji. - M.: Energoizdat, 1982. gads.
16. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design T. 1. - M.: Mir, 1983.

Publikācijas datums: 30.03.2005

Lasītāju viedokļi

Crysty / 18.06.2012 - 04:43
Knowlwhere vēlas būt bez maksas, tāpat kā šie raksti!

analogā integrālā shēma

Integrēta shēma, kurā analogā formā sniegtās informācijas uztveršana, pārveidošana (apstrāde) un izvade tiek veikta ar nepārtrauktu signālu palīdzību; in A. un. Ar. izejas signāls ir nepārtraukta ieejas signāla funkcija. A. un. Ar…… Lielā enciklopēdiskā politehniskā vārdnīca

- (PAIS; angļu Field programmable analog array) pamata šūnu kopums, ko var konfigurēt un savstarpēji savienot, lai īstenotu analogo funkciju kopas: filtri, pastiprinātāji, integratori, papildinātāji, ierobežotāji, ... ... Wikipedia

"BIS" pieprasījums tiek novirzīts šeit; skatīt arī citas nozīmes. Mūsdienu integrālās shēmas, kas paredzētas montāžai uz virsmas Integrēta (mikro)shēma (... Wikipedia

Digitālā integrālā shēma (digitālā mikroshēma) ir integrēta shēma, kas paredzēta, lai pārveidotu un apstrādātu signālus, kas mainās atkarībā no diskrētas funkcijas likuma. Digitālās integrālās shēmas ir balstītas uz... ... Wikipedia

Mūsdienīgas integrālās shēmas, kas paredzētas montāžai uz virsmas. Padomju un ārvalstu digitālās mikroshēmas. Integrētā shēma (angļ. Integrētā shēma, IC, mikroshēma, mikroshēma, silīcija mikroshēma vai mikroshēma), (mikro) shēma (IC, IC, m/skh) ... Wikipedia

analogā mikroshēma- analoginis integrinis grandynas statusas T joma radioelektronika atitikmenys: engl. analogā integrālā shēma vok. Analogā IC, n; integrierter Analogschaltkreis, m rus. analogā integrālā shēma, f; analogā mikroshēma, f pranc. ķēde...... Radioelektronikos terminų žodynas

Analogās integrālās shēmas ir paredzētas, lai pārveidotu un apstrādātu signālus, kas mainās atkarībā no nepārtrauktas funkcijas likuma. Tie atrod pielietojumu sakaru iekārtās, televīzijā un tālvadībā, analogajos datoros, magnetofonos, mērinstrumentos, vadības sistēmās utt.

Pateicoties tehnoloģiju un projektēšanas metožu uzlabojumiem, analogo mikroshēmu klāsts nepārtraukti paplašinās. Lielos daudzumos tiek ražotas mikroshēmas ģeneratoriem, detektoriem, modulatoriem, pārveidotājiem, pastiprinātājiem, slēdžiem, slēdžiem, filtriem, sekundārajiem barošanas avotiem, atlases un salīdzināšanas ierīcēm, dažādas pēc mērķa un funkcionalitātes, kā arī daudzfunkcionālas mikroshēmas un mikroshēmas, kas ir komplekti elementi.

Visizplatītāko vietējo analogo integrālo shēmu sēriju funkcionālais sastāvs, kas tiek izmantots gan profesionālo iekārtu ražošanā, gan radioamatieru praksē, ir parādīts tabulā. 2.1.

Sērijas ievērojami atšķiras primārā pielietojuma jomās, funkcionālā sastāva un tajās iekļauto integrālo shēmu skaita ziņā.

Liela sēriju grupa paredzēta galvenokārt radiosakaru raiduztvērēju iekārtu veidošanai, tiek ražotas televīzijas iekārtas, magnetofoni, elektrofoni un citas ierīces. Visas šīs sērijas var iedalīt funkcionāli pilnīgās un funkcionāli nepilnīgās. Funkcionāli pabeigtās sastāv no plaša specializētu mikroshēmu klāsta, kas pieder pie dažādām funkcionālām apakšgrupām (2.1. tabula). Katra no šīm sērijām ļauj izveidot gandrīz visas ierīču sastāvdaļas, piemēram, radio, televizorus un līdzīgas sarežģītības, kas šobrīd tiek pārdotas mikroelektroniskā dizainā.

Funkcionāli nepilnīgas sērijas sastāv no neliela skaita specializētu vai universālu mikroshēmu. Tie galvenokārt paredzēti atsevišķu analogo iekārtu vienību izveidošanai.

Speciālisti un radioamatieri ir pelnījuši īpašu uzmanību no sērijām, kas apvieno visdaudzpusīgākās mikroshēmas to funkcionalitātes ziņā - operacionālos pastiprinātājus (§ 2.8). Katrs darbības pastiprinātājs var kalpot par pamatu lielam skaitam mezglu, kas pieder dažādām funkcionālām apakšgrupām un tipiem.

2.1. tabula

2.2. tabula un 2.3. tabula

2.4. tabula

Dažādu sēriju mikroshēmu raksturošanai un viena tipa mikroshēmu salīdzinošai novērtēšanai galvenokārt tiek izmantotas funkcionālo parametru kopas. Tomēr inženierzinātnēs un radioamatieru praksē liela nozīme ir arī tādiem faktoriem kā barošanas spriegums, konstrukcija, svars un maksimāli pieļaujamie mikroshēmu darbības apstākļi. Bieži vien tiem ir izšķiroša nozīme, izvēloties elementu bāzi konkrētai iekārtai.

Dati par barošanas spriegumu ir norādīti tabulā. 2.2, no kura var redzēt, ka mikroshēmu barošanai tiek izmantoti dažādi pozitīvās un negatīvās polaritātes nominālie spriegumi. Šajā gadījumā pielaide vairumā gadījumu ir 4-10%. Izņēmums ir K140 sērijas mikroshēmas, kuru pielaide ir ±5%, dažas no K224 sērijas mikroshēmām ar pielaidēm ±5, ±20 un ±25%, K245 sērijas mikroshēmas ar pielaidi ±20 %, kā arī daļēji 219, K224, 235 un K237 sērijas mikroshēmas, kas normāli darbojas ar sprieguma izmaiņām plašākā diapazonā.

Barošanas spriegumu atšķirība daudzos praktiskos gadījumos apgrūtina vai padara neiespējamu dažādu sēriju mikroshēmu izmantošanu vienā ierīcē, pat ja tās atbilst pamata funkcionālo parametru prasībām.

Dažādu sēriju mikroshēmu dizains ir daudzveidīgs. Tie atšķiras pēc formas, izmēra, korpusa materiāla, vadu skaita un veida, svara utt. Kā redzams tabulā. 2.3, šajā nodaļā aplūkotajām mikroshēmām tiek izmantoti 25 standarta izmēru taisnstūrveida un apaļie iepakojumi ar tapām vai vienkāršiem spailēm. Dažas mikroshēmas (sērija K129, K722 utt.) tiek ražotas neiepakotā konstrukcijā ar elastīgu vadu vai stingriem vadiem. Mikroshēmu svars iepakojumos svārstās no grama daļām (401.14-2 un 401.14-3 gadījumi) līdz 17 g (lieta 157.29-1). Neiesaiņotu mikroshēmu masa nepārsniedz 25 mg.

Runājot par maksimāli pieļaujamajiem darbības apstākļiem, dažādu sēriju mikroshēmas būtiski atšķiras.

Analogo mikroshēmu izmantošanas temperatūras diapazona atšķirība ir parādīta tabulā. 2.4. Ir acīmredzams, ka mikroshēmas, kurām raksturīga temperatūras diapazona apakšējā robeža - 10 vai - 30 ° C, nav ieteicamas lietošanai pārnēsājamās iekārtās, kas paredzētas darbam ziemas apstākļos. Dažkārt nopietnus ierobežojumus uzliek augšējā robeža +50 vai +55 °C.

Attiecībā uz izturību pret mehāniskām slodzēm dažādu sēriju mikroshēmas ir tuvu viena otrai. Lielākā daļa mikroshēmu var izturēt vibrācijas slodzi diapazonā no 1 līdz 5 līdz 600 Hz ar paātrinājumu 10 g. (Sērijas K122, K123 mikroshēmām paātrinājums nedrīkst pārsniegt 5 g, bet KP9 un K167 sērijas mikroshēmām - 7,5 g.) Izņēmums ir K245 sērijas mikroshēmas un daļa no K224 sērijas mikroshēmām, vibrācijas slodzes diapazons, kuram ir 1 - 80 Hz ar paātrinājumu 5 g.

Šīs grāmatas apjoms neļauj mums detalizēti izpētīt visas vietējās rūpniecības ražotās mikroshēmas. Tāpēc tālāk ir tikai īss tabulā sniegto apraksts. 2.1 no sērijas un tajās iekļautajām mikroshēmām, norādot galvenos parametrus, tika veikts mikroshēmu salīdzinājums pēc veida un tika analizētas sērijas K122, K140, K224, 235, K521 mikroshēmu shēmas un funkcionālās īpašības. detaļa, kas, pēc autoru domām, var visvairāk interesēt plašu lasītāju loku. Vairākām mikroshēmām ir sniegti tipisku funkcionālo vienību piemēri.

Nepieciešamā informācija par citu sēriju mikroshēmām ir atrodama katalogos, uzziņu grāmatās, grāmatās un periodiskajos izdevumos, galvenokārt žurnālos “Radio” un “Elektroniskā rūpniecība”. Lietojot šīs publikācijas, jāatceras, ka tajās bieži tiek pielīdzināti pašu integrālo shēmu parametri ar funkcionālo vienību parametriem, kas dažkārt ir tikai viena no daudzajām konkrētas mikroshēmas izmantošanas iespējām. Lietojot kopā ar citiem ārējiem elementiem un ar citām termināļu komutācijas iespējām, mezglu parametri var būtiski atšķirties no literatūrā sniegtajiem datiem. Turklāt jāatzīmē, ka dažādos avotos ir neatbilstības atsevišķu mikroshēmu aprakstā, nosakot to parametrus. Tas ir saistīts ar atsevišķu sēriju klāsta paplašināšanu un dažu mikroshēmu modernizāciju.

Radiosakaru un apraides iekārtu mikroshēmu sērija

Galvenais raksts Radiosakaru un apraides iekārtu mikroshēmu sērija

Televīzijas iekārtu mikroshēmu sērija

Galvenais raksts Televīzijas iekārtu mikroshēmu sērija

Mikroshēmu sērija magnetofoniem un elektrofoniem

Galvenais raksts Mikroshēmu sērija magnetofoniem un elektrofoniem

IC sērija lineārām un impulsa ierīcēm

Galvenais raksts IC sērija lineārām un impulsa ierīcēm

Mikroshēmas radiosakaru un apraides iekārtu pastiprināšanas ceļiem

Galvenais raksts Mikroshēmas radiosakaru un apraides iekārtu pastiprināšanas ceļiem

Sekundārās barošanas avota mikroshēmas

K181, K142, K278, K286, K299 sērijas mikroshēmas neapšaubāmi interesē radioamatierus un speciālistus. Tie ir paredzēti izmantošanai sekundārajos barošanas avotos, lai stabilizētu spriegumu. Šādas ierīces jo īpaši nodrošina jaunu veidu, kā darbināt sarežģītas ierīces ar nestabilizētiem līdzstrāvas avotiem, izmantojot atsevišķus stabilizatorus atsevišķiem blokiem un kaskādēm.

Rīsi. 2.28. Mikroshēma K181EN1

K181 sērijas mikroshēma K181EN1 (2.28. att.) ir izgatavota pēc shēmas ar vadības elementa secīgu savienojumu. Galvenie stabilizatora posmi ir salikts vadības tranzistors (Tv, T7), simetrisks diferenciālais pastiprinātājs (TS) Td) un atsauces sprieguma avots, kas ietver Zenera diode Dz un emitera sekotāju uz tranzistora Ts.

Mikroshēma K181EN1 darbojas ar nestabilu ieejas spriegumu 9 - 20 V, nodrošinot stabilizētu izejas spriegumu 3 - 15 V. Maksimālā slodzes strāva nedrīkst pārsniegt 150 mA. Sprieguma nestabilitātes koeficients 7-103.

K142 sērija sastāv no septiņām mikroshēmām, no kurām piecas ir dažādas četru diožu kombinācijas.

Rīsi. 2.29. Sprieguma stabilizators K142EN1 mikroshēmā
Rīsi. 2.30. Mikroshēma K299EV1

Mikroshēmas K142EN1 un K142EN2 ir regulējami sprieguma stabilizatori. Katra mikroshēma tiek ražota četrās modifikācijās. Starp tiem ir stabilizatori ar sprieguma nestabilitātes koeficientu 0,1; 0,3 vai 0,5%, ar strāvas nestabilitātes koeficientu 0,2; 0,5; 1 un 2%. Sprieguma regulēšanas diapazona apakšējā robeža ir 3 vai 12 V, bet augšējā robeža ir 12 vai 30 V. Sprieguma stabilizatora konstruēšanas piemērs uz mikroshēmas K142EN1 ir parādīts attēlā. 2.29.

K278 sērijas mikroshēmas nodrošina pulsācijas koeficientu, kas ir mazāks par 0,012 pie izejas sprieguma 12 V un izejas strāvu 2,5 A.

K299 sērija ir paredzēta, lai izveidotu sprieguma reizinātāju taisngriežus. Izejas spriegums 2000 - 2400 V. Izejas strāva 200 µA. Attēlā Attēlā 2.30 parādīta taisngrieža mikroshēmas K299EV1 diagramma.

Operacionālie pastiprinātāji

Galvenais raksts Operacionālie pastiprinātāji

Salīdzinājuma mikroshēmas

Radioamatieru praksē bieži ir jāsalīdzina analogo signālu vērtības ar salīdzināšanas rezultāta izvadi divu līmeņu loģiskā signāla veidā. Šo problēmu var atrisināt, izmantojot īpašas mikroshēmas - komparatorus. Parasti tie ir specializēti darbības pastiprinātāji ar diferenciālo ievades pakāpi, kas darbojas lineārā režīmā, un vienas vai parafāzes izejas posmu, kas darbojas ierobežošanas režīmā.

Rīsi. 2.33. Mikroshēma K521CA2 (a) un precizitātes komparators ieslēgts. mikroshēma K521CA1 (b)

Salīdzinātājs ir izgatavots pēc salīdzinoši vienkāršas shēmas bez vārtiem.

Pie ieejas tranzistoriem T6 un T7 tiek izmantota diferenciālā kaskāde ar stabilas strāvas ģeneratoru uz tranzistora T9. Tranzistora T9 režīma termisko stabilizāciju nodrošina tranzistors T10 diodes savienojumā.

Otrais posms ir izgatavots arī saskaņā ar diferenciālo ķēdi uz tranzistoriem T4 un 7Y Pateicoties līdzsvarotajai nobīdes barošanas ķēdei, spriegums tranzistora T3 pamatnē tiek uzturēts nemainīgs, mainoties pozitīvajam barošanas spriegumam. Zenera diode D2 tranzistoru G4 un T5 zmitera shēmās fiksē to bāzu potenciālus 7V līmenī. Šī vērtība nosaka derīgo ievades signālu. Lai palielinātu strāvas izejas kravnesību, tiek izmantots tranzistora 72 emitera sekotājs.

Zenera diode D1 šī tranzistora emitētāja ķēdē ir paredzēta izejas signāla līmeņa pārslēgšanai, lai nodrošinātu izejas komparatora savietojamību ar digitālo TTL mikroshēmu ieejām. Tranzistors T8 nodrošina ceļu TTL mikroshēmas ieejas noplūdes strāvai, kas savienota ar komparatoru pie loģiskā 0. Tranzistors T1 diodes savienojumā aizver otrās pakāpes diferenciālo izeju, ja izejas sprieguma svārstības pozitīvajā apgabalā pārsniedz 4 V. palīdz palielināt salīdzinājuma ātrumu.

Progresīvāka ir divu kanālu shēma komparatoru konstruēšanai, kas īpaši ieviesta mikroshēmā K521CA1. Attēlā 2.33.6 parāda piemēru šīs mikroshēmas izmantošanai kā sprieguma salīdzinājumam.