Čo je analógový mikroobvod. Integrované obvody. Klasifikácia. Vymenovanie. Séria mikroobvodov pre lineárne a pulzné zariadenia

Násobenie analógových signálov, podobne ako zosilnenie, je jednou zo základných operácií pri spracovaní elektrických signálov. Na vykonanie operácie násobenia boli vyvinuté špecializované integrované obvody - násobiče analógového signálu (PAS). PAS musí poskytovať presné násobenie v širokom dynamickom rozsahu vstupných signálov a v čo najširšom frekvenčnom rozsahu. Ak vám PAS umožňuje násobiť signály ľubovoľnej polarity, potom sa nazývajú štvorkvadrantové, ak jeden zo signálov môže mať iba jednu polaritu, dvojkvadrantové. Násobiče, ktoré násobia unipolárne signály, sa nazývajú jednokvadrantové. Existujú rôzne jedno- a dvojkvadrantové PAS založené na prvkoch s riadeným odporom, premenlivým sklonom, pomocou logaritmov a antilogaritmov. Napríklad regulátor so zmenou prevádzkového režimu prvkov, znázornený na obrázku 7.7c, možno použiť ako multiplikátor, ak je na diferenciálny vstup privedené napätie u x, ale namiesto toho E ovládanie Predložiť u y. Pod vplyvom u y mení sa sklon prenosovej charakteristiky tranzistorov, ktorých bázy sú napájané druhým násobeným napätím u x. Dá sa ukázať, že výstupné napätie U von, brané medzi kolektormi jednosmerných tranzistorov, at R až 1 =R až 2 =R až sa určuje podľa vzorca

Aktuálny zisk BT, zapojený podľa schémy s ABOUT; ? T- teplotný potenciál, ? T= 25,6 mV.

Ak u x<<? T, potom výraz pre U von možno zjednodušiť:

Nevýhodou uvažovaného najjednoduchšieho multiplikátora na jednom DC je veľmi malý dynamický rozsah vstupných signálov, v ktorom je zabezpečená prijateľná presnosť násobenia. Napríklad už o u x=0,1? T chyba násobenia dosahuje 10 %.

Širší dynamický rozsah násobených napätí s menšou chybou poskytujú logaritmické násobiče postavené na princípe "logaritmus-antilogaritmus". Schéma takéhoto PAS je na obrázku 7.23.

Obrázok 7.23. logaritmický multiplikátor

Operačné zosilňovače DA 1 a DA 2 tu preberajú logaritmus vstupných napätí a DA 3 sa používa ako sčítačka, na ktorej výstupe je napätie:

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

Pomocou operačného zosilňovača DA 4 sa vykoná antilogaritmus

U von = k 3 antiln U 0 = k 3 u x u y

Treba poznamenať, že v týchto výrazoch sa používajú napätia normalizované na jeden volt. Koeficienty proporcionality k 1 , k 2 , k 3 sú určené odporovými prvkami zahrnutými v obvodoch OOS použitých operačných zosilňovačov. Veľkou nevýhodou takéhoto PAS je silná závislosť rozsahu pracovnej frekvencie od amplitúd vstupných signálov. Takže ak pri vstupnom napätí 10V môže byť horná frekvencia násobených napätí 100kHz, potom pri vstupnom napätí 1V sa pásmo prevádzkovej frekvencie zúži na 10kHz.

Princíp logaritmu a antilogaritmu sa používa v najbežnejšom spôsobe konštrukcie štvorkvadrantových PAS s prúdovou normalizáciou, ktoré majú najlepšiu kombináciu takých parametrov, ako je linearita, širokopásmové pripojenie, teplotná stabilita. Zvyčajne majú diferenciálne vstupy, čo rozširuje ich funkčnosť. Násobiče s prúdovou normalizáciou sú vyrobené pomocou integrovanej polovodičovej technológie.

Zjednodušený schematický diagram PAS IC s prúdovou normalizáciou typu 525PS1 je na obrázku 7.24.

Zariadenie obsahuje komplexnú diferenciálnu kaskádu na tranzistoroch VT 7 , ..., VT 10 . Kolektorové krížové väzby týchto tranzistorov poskytujú inverziu signálu potrebnú pre štvorkvadrantové násobenie. Vstupné stupne na tranzistoroch VT 3, ..., VT 6 a VT 11, ..., VT 14 konvertujú vstupné napätia u x a u y do prúdov. Pomocou diódovo zapojených tranzistorov VT 1 a VT 2 sa logaritmizuje prúdový signál na vstupe Y. Antilogaritmus signálu Y a jeho násobenie signálom X je realizované zosilňovačom na báze tranzistorov VT 7, . .., VT 10.

Obrázok 7.24. Zjednodušená schéma multiplikátora IC 525PS1

V uvažovanom zariadení môže byť vzťah medzi vstupnými a výstupnými signálmi reprezentovaný ako pomer prúdov. Výstupný prúd multiplikátora je daný podľa

kde I X a Ja Y- prúdy pretekajúce cez odpory R X a R Y; IPX a IpY- prevádzkové prúdy v kanáloch X a Y.

Výstupné napätie odobraté z jedného zo záťažových odporov sa rovná

Mierka.

Všetky odpory zobrazené na obrázku 7.24, okrem R1 a R2, sú externé. Ich výber závisí od konkrétnych požiadaviek na PAS.

Na získanie nulového napätia na výstupe FAS pri nulových vstupných napätiach sa zabezpečuje nastavenie pomocou variabilných rezistorov R4 a R5. Ak multiplikátor pracuje iba s jednou polaritou jedného zo vstupných signálov, potom sa nazýva zaujatý. Aby sa štvorkvadrantový PAS zmenil na predpätý, stačí na jeden zo vstupov aplikovať konštantné predpätie, pri ktorom sú signály na tomto vstupe vždy menšie ako predpätie.

"Príručka" - informácie o rôznych elektronické komponenty: tranzistory, mikročipy, transformátory, kondenzátory, LED diódy atď. Informácie obsahujú všetko potrebné na výber komponentov a vykonávanie technických výpočtov, parametre, ako aj rozmiestnenie puzdier, typické schémy zapojenia a odporúčania na použitie rádiových prvkov.

Je ťažké preceňovať význam preprogramovateľných logických integrovaných obvodov (FPGA) pri syntéze logických systémov. Integrovaný vývoj základne prvkov a systémov počítačom podporovaného projektovania umožňuje realizovať zložité logické systémy v bezprecedentne krátkom čase a s minimálnymi materiálovými nákladmi. Preto je túžba dosiahnuť podobné výsledky pri navrhovaní a výrobe analógových systémov celkom pochopiteľná. Mnohé pokusy v tomto smere však zatiaľ nepriniesli očakávané výsledky a programovateľné analógové integrované obvody (PAIS) a maticové analógové LSI (MABIS) sa nestali univerzálnymi.

PROBLÉMY PRI NÁVRHU PROGRAMOVATEĽNÝCH ANALOGOVÝCH LSI

Rýchly pokrok v oblasti navrhovania logických systémov na FPGA bol predurčený skutočnosťou, že všetky logické systémy sú založené na dobre vyvinutom matematickom aparáte Booleovej algebry. Táto teória umožňuje dokázať, že konštrukcia ľubovoľnej logickej funkcie je možná usporiadaným zložením iba jedného elementárneho operátora - logického AND-NOT (alebo OR-NOT). To znamená, že akýkoľvek striktne logický systém môže byť navrhnutý z prvkov iba jedného typu, napríklad NAND.

Zcela odlišná situácia je v oblasti návrhu (syntézy) a analýzy (dekompozície) schém zapojenia analógových systémov. V analógovej elektronike stále neexistuje jediný všeobecne uznávaný matematický aparát, ktorý by umožňoval riešiť problémy analýzy a syntézy z jednotného metodologického hľadiska. Príčiny tohto javu treba hľadať v histórii vývoja analógovej elektroniky.

V počiatočných fázach sa obvody analógových zariadení vyvinuli v súlade s konceptmi funkčno-uzlovej metódy, ktorej hlavnou myšlienkou bolo rozdelenie zložitých schém zapojenia do uzlov. Uzol pozostáva zo skupiny prvkov a vykonáva dobre definovanú funkciu. Pri kombinácii tvoria uzly bloky, dosky, skrine, mechanizmy - t.j. niektoré jednotné konštrukcie, ktoré sa nazývajú zariadenia. Kombinácia zariadení tvorí systém. Funkčno-uzlová metóda predpokladala, že elementárnymi komponentmi systémov by mali byť uzly, ktorých hlavnou úlohou je vykonávať presne definovanú funkciu.

Preto bola kritériom klasifikácie uzlov funkčnosť, teda skutočnosť, že uzol vykonáva nejakú funkciu. S vývojom elektroniky sa však ukázalo, že existuje extrémne veľké množstvo izolovaných a izolovaných funkcií (a následne uzlov). Akákoľvek možnosť ich minimalizácie a unifikácie, ktorá je potrebná pre syntézu zložitých systémov, zanikla. To je dôvod, prečo sa vývoj maticových analógových LSI (MABIS) a preprogramovateľných analógových integrovaných obvodov (PAIS) spomalil a naďalej spomaľuje.

Stav vecí v oblasti programovateľných analógových obvodov možno vysledovať analýzou vývoja popredných ruských a zahraničných spoločností. Preto špecialisti OAO NIITT a závodu Angstrem zamerali svoje úsilie na vývoj a výrobu analógovo-digitálnych BMC (kryštálov so základnou matricou) typu Rul H5515KhT1, N5515KhT101, určených pre systémy zberu údajov, kontrolu a riadenie pre zdravotnícke zariadenia. a kontrolné meracie zariadenia.

Dizajn týchto BMC zahŕňa analógovú a digitálnu maticu. Digitálna matica obsahuje 115 digitálnych základných buniek (230 brán 2I-NOT), ktoré sú usporiadané v piatich radoch po 23 bunkách v rade. Analógová matica kombinuje 18 analógových základných buniek usporiadaných v dvoch radoch po 9 buniek. Medzi radmi analógových článkov sú dva rady kondenzátorov (nominálne 17,8 pF) a dva rady difúznych odporov (každý 24,8 kOhm). Medzi analógovou a digitálnou časťou je rad rezistorov 3,2 kΩ.

BMC poskytuje dva typy analógových buniek (A a B). Články typu A sa skladajú z 12 rp a štyroch izolovaných kolektorových RLR tranzistorov a 38 viacnásobných difúznych odporov. V článkoch typu B sú štyri tranzistory LRL nahradené dvoma tranzistormi pMOS. Periférne články typu A a B obsahujú štyri výkonné LRL tranzistory (v článkoch typu B - s izolovaným kolektorom) a dva bipolárne tranzistory.

Digitálne základné bunky sú zastúpené tromi typmi – štyrmi n-MOS tranzistormi, štyrmi p-MOS tranzistormi a komplementárnou dvojicou bipolárnych tranzistorov. Okrem toho sú na periférii kryštálu umiestnené výkonné digitálne články, ktoré obsahujú štyri výkonné tranzistory l-MOS a p-MOS, ako aj dva tranzistory lrl zapojené podľa Darlingtonovho obvodu.

Pre BMC boli vyvinuté knižnice štandardných analógových a digitálnych prvkov, ktoré značne uľahčujú a urýchľujú proces navrhovania zariadení založených na BMC. Tieto a podobné BMC obsahujú nezapojené sady elektrických rádiových prvkov (ERE), z ktorých možno získať množstvo funkčných jednotiek špecifikovaných v knižnici. Hlavnou nevýhodou takýchto mikroobvodov je veľmi úzky rozsah, obmedzený špecifickými hodnotami hodnotenia a ďalšími charakteristikami ERE v tejto sade. Možnosti funkčných jednotiek vyvinutých a odporúčaných pre túto súpravu sú uvedené v knižnici priloženej k mikroobvodu.

Ryža. 1. Štruktúra ispPAC-10

Lattice Semiconductor od roku 2000 vyrába programovateľné analógové integrované obvody (PAIS) rodiny ispPAC (In-System Programmable Analog Circuit) s programovaním v systéme, t.j. bez odstránenia z dosky plošných spojov. Do polovice roku 2000 sa vyrábali traja zástupcovia tejto rodiny: ispPAC-Yu (obr. 1), ispPAC-20 (obr. 2) a ispPAC-80. Integrujú až 60 aktívnych a pasívnych prvkov, ktoré sa konfigurujú, modelujú a programujú pomocou balíka PAC-Designer.

IspPAC PAIS obsahuje:

Obvody sériového rozhrania, registre a prvky elektricky preprogramovateľnej energeticky nezávislej pamäte (EEPROM), ktoré poskytujú maticovú konfiguráciu;
Programovateľné analógové bunky (PACcells) a programovateľné analógové bloky (PACblocks), ktoré sa z nich skladajú;
programovateľné prvky pre prepojenia (ARP - Analog Routing Pool).

Architektúra vložená do tejto série je založená na základných článkoch obsahujúcich: prístrojový zosilňovač (IU); výstupný zosilňovač (VU) realizovaný podľa schémy sčítačky/integrátora; zdroj referenčného napätia 2,5 V (ION); 8-bitový DAC s napäťovým výstupom a duálnym komparátorom (CP). Analógové vstupy a výstupy buniek (okrem ION) na zvýšenie dynamického rozsahu spracovávaných signálov sú realizované podľa diferenciálnej schémy. Dva DUT a jedna JV tvoria makrobunku, nazývanú blok PAC, v ktorej sú výstupy DUT pripojené k súčtu vstupov JV. IspPAC-10 obsahuje štyri PAC a ispPAC-20 má dva. IspPAC-20 tiež zahŕňa DAC a porovnávacie bunky. V článku je zosilnenie DUT naprogramované v rozsahu od -10 do +10 s krokom 1 a v spätnoväzbovom obvode JV je hodnota kapacity kondenzátora (128 možných hodnôt) a zap. vypnutý odpor.

Mnoho výrobcov integrovaných obvodov používa technológiu "spínaného kondenzátora" na programovanie analógových funkcií, čo zahŕňa zmenu kapacity obvodov na nastavenie frekvencie pomocou elektronického spínača, ktorý sa spína podľa stavu.

Ryža. 2. Štruktúra ispPAC-20

Prístup Lattice je založený na použití obvodov s konštantnými charakteristikami v priebehu času, ktoré je možné meniť počas procesu rekonfigurácie systému bez vypnutia napájania. Toto zlepšenie je významné, pretože eliminuje dodatočné spracovanie signálu potrebné v prvom spôsobe.

Vnútorná elektroinštalácia (Analog Routing Pool) vám umožňuje vzájomne prepojiť vstupné kontakty mikroobvodu, vstupy a výstupy makročlánkov, výstup DAC a vstupy komparátorov. Kombináciou viacerých makrobuniek je možné zostaviť obvody laditeľných aktívnych filtrov vo frekvenčnom rozsahu od 10 do 100 kHz na základe použitia integrátora.
Treba poznamenať, že ispPAC spoločnosti Lattice sú najbližšie k PAIS. Ich jedinou nevýhodou je, že neexistuje systém univerzálnych základných prvkov, ktoré by umožnili navrhnúť nielen laditeľné aktívne filtre, ale skôr širokú škálu analógových systémov. Práve táto okolnosť bráni tomu, aby sa ispPAC Lattice Semiconductor stal analógom FPGA od spoločností ako Altera a Xilinx.

Vo všeobecnosti môžeme pri analýze situácie v oblasti vývoja a praktickej implementácie analógových mikroobvodov urobiť niekoľko zovšeobecnení:

Väčšina priemyselne implementovaných analógových mikroobvodov nemôže byť klasifikovaná ako LSI z hľadiska stupňa integrácie;
analógové LSI a BMK sú určené na navrhovanie zariadení určitej triedy, t.j. nie sú univerzálne;
pri navrhovaní veľkých analógových systémov zostáva dominantná funkčno-uzlová metóda (špecializované IC súpravy napr. pre televízne prijímače).

JEDNOTNÝ ZÁKLAD PRE NÁVRH FPGA A MABIS

Úloha vyvinúť jednotnú základňu návrhu obvodov pre návrh analógových systémov má však stále riešenie, ktoré sa pokúsime teoreticky zdôvodniť a ukázať možné smery pre praktickú realizáciu načrtnutých myšlienok.

V prvom rade by sa mal zvoliť matematický model veľkého analógového elektronického systému, ktorý by umožnil vyčleniť malú skupinu základných prvkov. V oblasti analýzy a syntézy elektronických obvodov prakticky neexistujú alternatívy k matematickému aparátu systémov lineárnych diferenciálnych rovníc, ktorý bol uznávaný už v šesťdesiatych rokoch minulého storočia. Všimnite si však, že myšlienka praktického masového využitia tejto metodiky ešte neovládla mysle všetkých odborníkov.

Sústava diferenciálnych rovníc pozostáva z prvkov, ich väzieb a vyznačuje sa určitou štruktúrou. Elementárne základy diferenciálnych rovníc sa skúmali v prvej polovici minulého storočia v rámci vednej disciplíny „automatika“. V tejto oblasti sa prejavila taká výhoda diferenciálnych rovníc ako zjednotenie: ich forma nezávisí od opísaného modelu procesu. V štandardnej forme písania diferenciálnej rovnice však neexistujú žiadne vizuálne informácie o povahe vzťahov v skúmanom systéme. Preto sa v priebehu vývoja teórie automatického riadenia vyvíjali metódy na vizualizáciu štruktúry systémov diferenciálnych rovníc vo forme rôznych druhov schém.

Koncom 60. rokov dvadsiateho storočia sa plne sformoval moderný pohľad na štrukturálnu organizáciu modelov dynamických systémov. Tvorba matematického modelu systému začína jeho rozdelením na väzby a ich následným popisom - buď analyticky vo forme rovníc vzťahujúcich sa na vstupné a výstupné hodnoty prepojenia; alebo graficky vo forme mnemotechnických diagramov s charakteristikami. Podľa rovníc alebo charakteristík jednotlivých väzieb sa zostavujú rovnice alebo charakteristiky systému ako celku.

Väzby dynamických systémov identifikované ako typické

Všimnite si, že ak je systém pre funkčnú schému rozdelený na odkazy na základe funkcií, ktoré vykonávajú, potom pre matematický popis je systém fragmentovaný na základe vhodnosti získania popisu. Odkazy by preto mali byť čo najjednoduchšie (malé). Na druhej strane, pri delení systému na odkazy je potrebné zostaviť matematický popis každého odkazu bez zohľadnenia jeho prepojení s inými odkazmi. Je to možné, ak majú odkazy smer pôsobenia – t.j. prenos akcie iba v jednom smere, od vstupu k výstupu. Potom zmena stavu akéhokoľvek prepojenia neovplyvní stav predchádzajúceho prepojenia.

Ak je splnená podmienka smeru pôsobenia väzieb, je možné získať matematický popis celého systému vo forme sústavy nezávislých rovníc jednotlivých väzieb, doplnených o rovnice prepojenia medzi nimi. Za najbežnejšie (typické) spojenia sa považujú aperiodické, oscilačné, integračné, diferenciačné, s konštantným oneskorením.

Problémom elementárnych väzieb v modeloch tvaru sústavy diferenciálnych rovníc sa zaoberalo množstvo autorov. Analýza ukazuje, že ich pozície sa redukujú najmä na konštatovanie faktu o existencii typických väzieb a štúdium ich úlohy v procese formovania zložitejších štruktúr. Výber do skupiny typických odkazov sa vykonáva ľubovoľne, bez akýchkoľvek kritérií. Rôzne prepojenia sú zahrnuté v zoznamoch typických bez vysvetlenia a odôvodnenia a výrazy „jednoduché“ a „elementárne“ sa rovnako používajú na označenie typických prepojení (pozri tabuľku). Štúdium početných „typických“ väzieb dynamických systémov metódami štruktúrnych matíc ukazuje, že iba tri väzby – proporcionálne, integračné a diferenciačné – neobsahujú vo svojich štruktúrnych matriciach maticové cykly. Preto len oni môžu byť nazývaní elementárne. Všetky ostatné odkazy sú vytvorené kombináciou elementárnych odkazov.

Ak teda proporcionálna väzba s prenosovou funkciou W B (s) = k B a diferenciačná väzba s prenosovou funkciou W A (s) = k A s sú zapojené podľa schémy negatívnej spätnej väzby (obr. 3), potom ekvivalent prenosová funkcia

Výsledok, až do hodnôt časových konštánt, sa teda zhoduje s prenosovou funkciou aperiodického spojenia prvého rádu. To znamená, že túto väzbu možno získať spojením proporcionálnych a diferenciačných väzieb podľa schémy s negatívnou spätnou väzbou, a preto ju nemožno považovať za elementárnu.

Obr.3. Ekvivalentný, aperiodický obvod

Rovnakým spôsobom môžete vytvoriť zvyšok odkazov v tabuľke. Zvláštnu pozornosť treba venovať prenosovej funkcii vibračného spojenia (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku. Ak teda zapojíme do série dve aperiodické linky s prenosovými funkciami, ktoré sa líšia iba časovými konštantami, potom bude mať ekvivalentná prenosová funkcia tvar

Výsledok, až do hodnôt časových konštánt, sa teda zhoduje s prenosovou funkciou skúmaného spojenia. Preto je možné získať oscilačné, konzervatívne a aperiodické väzby 2. rádu zapojením článkov prvého rádu do série. To znamená, že ich nemožno považovať za elementárne, hoci v zásade je prípustné ich nazvať typickými.

Analýza výsledkov uvedených v poslednom stĺpci tabuľky nám umožňuje dospieť k záveru, že prepojenia ako aperiodické, izodromické, silové, diferenciačné inerciálne a integračné inerciálne môžu byť získané spojením elementárnych väzieb. Aby sme dokázali, že prenosové funkcie iných typických spojov je možné získať spojením elementárnych spojov, bolo by potrebné analyzovať spojenia troch, štyroch atď. spojov podľa typických schém zapojenia. Rovnaký výsledok možno získať, ak vezmeme do úvahy spojenia elementárnych väzieb s typickými väzbami prvého rádu. Časť takejto štúdie už bola vykonaná, jej výsledky sú prezentované v práci.

Bolo teda dokázané, že spojením elementárnych väzieb je celkom jednoduché získať všetky prenosové funkcie takzvaných typických dynamických väzieb. V dôsledku toho môžu byť ľubovoľné dynamické systémy syntetizované pomocou operátorov násobenia a spojenia iba troch základných väzieb: proporcionálneho, diferenciačného a integrujúceho. Tento záver má zásadný význam, pretože určuje elementárny základ potrebný na konštrukciu lineárnych dynamických systémov akéhokoľvek rádu, vrátane rádiových elektronických obvodov. A ak sa predpokladá, že dynamické systémy budú postavené z obmedzeného rozsahu dynamických väzieb, ako v prípade MABIS a PAIS, potom je vyvodený záver obzvlášť dôležitý.

Obr.4. Jednoduché obvodové riešenia elementárnych uzlov: a) viacvstupová sčítačka, b) diferenciálny zosilňovač (proporcionálny článok), c) diferenciátor (diferenciačný článok), d) integrátor (integračný článok)

Je možné syntetizovať ľubovoľné analógové zariadenia iba z piatich funkčných jednotiek - multiplexora, sčítačky, multiplikátora, integrátora a diferenciátora (obr. 4)! Všimnite si, že tie, ktoré sú znázornené na obr. 4 obvody netreba brať ako skutočne vypracované obvodové riešenia, ale len ako odôvodnenie možnosti nahradiť elementárne články na funkčnom obvode základnými rádioelektronickými prvkami. Nahradením elementárnych väzieb funkčných obvodov ich hardvérovými náprotivkami je možné navrhnúť analógové zariadenia so špecifikovanými charakteristikami.

PRÍKLAD SYNTÉZY ANALOGOVÉHO ZARIADENIA

Zvážte veľmi jednoduchý príklad syntézy schémy zapojenia analógového zariadenia podľa modelu daného systémom diferenciálnych rovníc vo forme Laplaceových transformácií vo forme: 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.

analógový integrovaný obvod

Integrovaný obvod, v ktorom sa príjem, konverzia (spracovanie) a výstup informácií prezentovaných v analógovej forme uskutočňuje pomocou spojitých signálov; v A. a. s. výstup je spojitou funkciou vstupu. A. i. S.…… Veľký encyklopedický polytechnický slovník

- (PAIS; anglicky Field programmable analog array) sada základných buniek, ktoré je možné konfigurovať a vzájomne prepojiť tak, aby implementovali sady analógových funkcií: filtre, zosilňovače, integrátory, sčítačky, obmedzovače, ... ... Wikipedia

Žiadosť o presmerovanie "BIS" tu; pozri aj iné významy. Moderné integrované obvody určené na povrchovú montáž Integrovaný (mikro) obvod (... Wikipedia

Digitálny integrovaný obvod (digitálny obvod) je integrovaný obvod určený na konverziu a spracovanie signálov, ktoré sa menia podľa zákona o diskrétnej funkcii. Digitálne integrované obvody sú založené na ... ... Wikipédii

Moderné integrované obvody určené pre povrchovú montáž. Sovietske a zahraničné digitálne mikroobvody. Integrovaný (angl. Integrovaný obvod, IC, mikroobvod, mikročip, kremíkový čip, alebo čip), (mikro) obvod (IC, IC, m/s) ... Wikipedia

analógový čip- analoginis integrinis grandynas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. analógový integrovaný obvod vok. analógový IC, n; integrierter Analogschaltkreis, m rus. analógový integrovaný obvod, f; analógový čip, f pranc. okruh…… Rádioelektronika terminų žodynas

Analógové integrované obvody sú určené na konverziu a spracovanie signálov, ktoré sa menia podľa zákona spojitej funkcie. Používajú sa v komunikačných zariadeniach, televízii a diaľkovom ovládaní, analógových počítačoch, magnetofónoch, meracích prístrojoch, riadiacich systémoch atď.

Vďaka zdokonaľovaniu technológií a konštrukčných metód sa sortiment analógových mikroobvodov neustále rozširuje. Vyrába sa veľké množstvo mikroobvodov pre generátory, detektory, modulátory, prevodníky, zosilňovače, spínače, spínače, filtre, sekundárne napájacie zdroje, selekčné a porovnávacie zariadenia rôzneho účelu a funkčnosti, ako aj multifunkčné mikroobvody a mikroobvody, čo sú sady prvkov.

Funkčné zloženie najbežnejších domácich sérií analógových integrovaných obvodov, ktoré sa používajú pri výrobe profesionálnych zariadení aj v praxi rádioamatérov, je uvedené v tabuľke. 2.1.

Séria sa výrazne líši v oblastiach primárneho použitia, funkčného zloženia a počtu integrovaných obvodov v nich zahrnutých.

Veľká skupina sérií je určená najmä na tvorbu rádiových transceiverov, série sa vyrábajú pre televízne zariadenia, magnetofóny, elektrofóny a iné zariadenia. Všetky tieto série možno podmienečne rozdeliť na funkčne úplné a funkčne neúplné. Funkčne kompletné pozostávajú zo širokej škály špecializovaných mikroobvodov patriacich do rôznych funkčných podskupín (tabuľka 2.1). Každá z týchto sérií umožňuje vytvárať prakticky všetky komponenty takých zariadení, ako sú rozhlasové prijímače, televízory a podobné z hľadiska zložitosti, ktoré sa v súčasnosti implementujú do mikroelektronického dizajnu.

Funkčne neúplné série pozostávajú z malého počtu špecializovaných alebo univerzálnych čipov. Sú určené hlavne na vytváranie samostatných jednotiek analógových zariadení.

Zvláštnu pozornosť špecialistov a rádioamatérov si zaslúži séria, ktorá kombinuje najuniverzálnejšie mikroobvody z hľadiska ich funkčnosti - operačné zosilňovače (§ 2.8). Každý operačný zosilňovač môže slúžiť ako základ pre veľké množstvo uzlov patriacich do rôznych funkčných podskupín a typov.

Tabuľka 2.1

Tabuľka 2.2 a Tabuľka 2.3

Tabuľka 2.4

Na charakterizáciu mikroobvodov rôznych sérií a na porovnávacie vyhodnotenie mikroobvodov rovnakého typu sa používajú hlavne súbory funkčných parametrov. V inžinierskej a rádioamatérskej praxi však dôležitú úlohu zohrávajú aj také faktory, ako je napájacie napätie, konštrukcia, hmotnosť a maximálne prípustné prevádzkové podmienky pre mikroobvody. Často majú rozhodujúci význam pri výbere základne prvkov pre konkrétne zariadenie.

Údaje o napájacom napätí sú uvedené v tabuľke. 2.2, z ktorého je zrejmé, že na napájanie mikroobvodov sa používajú rôzne menovité napätia kladnej a zápornej polarity. V tomto prípade je tolerancia vo väčšine prípadov 4-10%. Výnimkou sú mikroobvody série K140 s toleranciou ±5%, časť mikroobvodov série K224 s toleranciou ±5, ±20 a ±25% mikroobvodov série K245 s toleranciou ±20%, ako aj čiastočne 219, Mikroobvody série K224, 235 a K237, normálne fungujúce, keď sa napätie mení v širšom rozsahu.

Rozdiel vo veľkosti napájacích napätí v mnohých praktických prípadoch sťažuje alebo znemožňuje použitie čipov rôznych sérií v jednom zariadení, aj keď spĺňajú požiadavky na hlavné funkčné parametre.

Konštrukcia mikroobvodov rôznych sérií je rôznorodá. Líšia sa tvarom, veľkosťou, materiálom puzdra, počtom a typom prívodov, hmotnosťou atď. Ako je zrejmé z tabuľky. 2.3, pre mikroobvody uvažované v tejto kapitole sa používa 25 štandardných veľkostí pravouhlých a okrúhlych puzdier s kolíkovými alebo plenárnymi vývodmi. Niektoré mikroobvody (série K129, K722 atď.) sú dostupné v prevedení s otvoreným rámom s ohybným drôtom alebo pevnými prívodmi. Hmotnosť mikroobvodov v puzdrách sa pohybuje od zlomkov gramu (prípady 401,14-2 a 401,14-3) do 17 g (prípad 157,29-1). Hmotnosť nebalených mikroobvodov nepresahuje 25 mg.

Podľa maximálnych prípustných prevádzkových podmienok sa mikroobvody rôznych sérií výrazne líšia.

Rozdiel v teplotnom rozsahu použitia analógových mikroobvodov je uvedený v tabuľke. 2.4. Je zrejmé, že mikroobvody charakterizované dolnou hranicou teplotného rozsahu - 10 alebo - 30 ° C nemožno odporučiť na použitie v prenosných zariadeniach určených na prácu v zimných podmienkach. Niekedy sú vážne obmedzenia uložené hornou hranicou +50 alebo +55 ° С.

Z hľadiska odolnosti voči mechanickému namáhaniu sú mikroobvody rôznych sérií blízko seba. Väčšina mikroobvodov odoláva zaťaženiu vibráciami v rozsahu od 1 - 5 do 600 Hz so zrýchlením 10 g. (Pre mikroobvody série K122, K123 by zrýchlenie nemalo prekročiť 5 g a pre mikroobvody série KP9 a K167 - 7,5 g.) Výnimkou sú mikroobvody série K245 a časť mikroobvodov série K224, rozsah zaťaženia vibráciami je 1 - 80 Hz so zrýchlením 5 g.

Objem tejto knihy nám neumožňuje podrobne zvážiť všetky mikroobvody vyrábané domácim priemyslom. Preto nasleduje len stručný popis toho, čo je uvedené v tabuľke. 2.1 série a mikroobvody v nich zahrnuté, s uvedením hlavných parametrov, bolo vykonané porovnanie mikroobvodov podľa typov a obvodové a funkčné vlastnosti mikroobvodov série K122, K140, K224, 235, K521, ktoré podľa pre autorov, môže byť pre široké spektrum čitateľov najväčší záujem. Pre množstvo mikroobvodov sú uvedené príklady typických funkčných jednotiek.

Potrebné informácie o mikroobvodoch iných sérií nájdete v katalógoch, referenčných knihách, knihách a periodikách, predovšetkým v časopisoch „Rádio“ a „Elektronický priemysel“. Pri používaní týchto publikácií treba pamätať na to, že často identifikujú parametre samotných integrovaných obvodov a parametre funkčných celkov, ktoré niekedy predstavujú len jednu z mnohých možností použitia konkrétneho mikroobvodu. Pri použití s ​​inými externými prvkami a s inými možnosťami spínania výstupov sa parametre uzlov môžu výrazne líšiť od údajov uvedených v literatúre. Okrem toho je potrebné poznamenať, že v rôznych zdrojoch sa vyskytujú nezrovnalosti v popise jednotlivých mikroobvodov pri kvantifikácii ich parametrov. Je to spôsobené rozšírením sortimentu jednotlivých sérií a modernizáciou niektorých mikroobvodov.

Séria mikroobvodov pre rádiokomunikačné a vysielacie zariadenia

Séria čipov pre televízne zariadenia

Séria mikroobvodov pre magnetofóny a elektrofóny

Séria mikroobvodov pre lineárne a pulzné zariadenia

Mikroobvody na zosilnenie ciest rádiokomunikačných a vysielacích zariadení

Mikroobvody sekundárnych napájacích zdrojov

Nepochybným záujmom pre rádioamatérov a špecialistov sú mikroobvody série K181, K142, K278, K286, K299. Sú určené na použitie v sekundárnych zdrojoch pre stabilizáciu napätia. Takéto zariadenia umožňujú najmä novým spôsobom realizovať napájanie zložitých zariadení s nestabilizovanými zdrojmi jednosmerného prúdu použitím jednotlivých stabilizátorov pre jednotlivé bloky a kaskády.

Ryža. 2.28. Čip K181EN1

Mikroobvod K181EN1 (obr. 2.28) série K181 je vyrobený podľa schémy so sériovým zapojením regulačného prvku. Hlavnými stupňami stabilizátora sú kompozitný riadiaci tranzistor (Tv, T7), symetrický diferenciálny zosilňovač (TS) Td) a zdroj referenčného napätia, ktorého súčasťou je Zenerova dióda Dz a emitorový sledovač na tranzistore Ts.

Mikroobvod K181EN1 pracuje pri nestabilnom vstupnom napätí 9 - 20 V, pričom poskytuje stabilizované výstupné napätie 3 - 15 V. Maximálny zaťažovací prúd by nemal presiahnuť 150 mA. Koeficient nestability napätia 7-103.

Séria K142 pozostáva zo siedmich mikroobvodov, z ktorých päť sú rôzne kombinácie štyroch diód.

Ryža. 2.29. Stabilizátor napätia na čipe K142EN1
Ryža. 2.30. Čip K299EV1

Mikroobvody K142EN1 a K142EN2 sú nastaviteľné stabilizátory napätia. Každý čip sa vyrába v štyroch modifikáciách. Medzi nimi sú stabilizátory s koeficientom nestability napätia 0,1; 0,3 alebo 0,5 %, s faktorom nestability prúdu 0,2; 0,5; 1 a 2 %. Spodná hranica rozsahu nastavenia napätia je 3 alebo 12 V a horná hranica je 12 alebo 30 V. Príklad zostavenia regulátora napätia na čipe K142EN1 je znázornený na obr. 2.29.

Mikroobvody série K278 poskytujú pri výstupnom napätí 12 V a výstupnom prúde 2,5 A, koeficient zvlnenia je menší ako 0,012.

Séria K299 je určená na vytváranie usmerňovačov s násobením napätia. Výstupné napätie 2000 - 2400 V. Výstupný prúd 200 μA. Na obr. 2.30 je znázornená schéma usmerňovacieho čipu K299EV1.

Operačné zosilňovače

Komparátorové integrované obvody

V praxi rádioamatérov je často potrebné porovnávať hodnoty analógových signálov s výstupom porovnávacieho výsledku vo forme dvojúrovňového logického signálu. Tento problém je možné vyriešiť pomocou špeciálnych mikroobvodov - komparátorov. Vo všeobecnom prípade ide o špecializované operačné zosilňovače s diferenciálnym vstupným stupňom pracujúcim v lineárnom režime a jednofázovým alebo dvojfázovým výstupným stupňom pracujúcim v obmedzujúcom režime.

Ryža. 2.33. Čip K521CA2 (a) a presný komparátor zapnutý. čip K521CA1 (b)

Komparátor je vyrobený podľa relatívne jednoduchého obvodu bez hradlových vstupov.

Na vstupe bol použitý diferenciálny stupeň na tranzistoroch T6 a T7 so stabilným generátorom prúdu na tranzistore T9. Tepelnú stabilizáciu režimu tranzistora T9 zabezpečuje tranzistor T10 v diódovom zapojení.

Druhý stupeň je tiež vyrobený podľa diferenciálneho obvodu na tranzistoroch T4 a 7Y.V dôsledku vyváženého napájacieho obvodu je napätie na báze tranzistora T3 udržiavané konštantné pri zmene kladného napájacieho napätia. Zenerova dióda D2 v emitorových obvodoch tranzistorov G4 a T5 fixuje potenciály ich báz na úrovni 7V. Táto hodnota určuje platný vstupný signál. Na zvýšenie zaťažiteľnosti prúdového výstupu bol použitý emitorový sledovač na tranzistore 72.

Zenerova dióda D1 v emitorovom obvode tohto tranzistora je určená na posun úrovne výstupného signálu, aby bola zabezpečená kompatibilita výstupného komparátora so vstupmi digitálnych TTL mikroobvodov. Tranzistor T8 poskytuje cestu pre vstupný tok prúdu mikroobvodu pripojeného k TTL komparátoru pri logickej 0. Tranzistor T1 v diódovom zapojení uzatvára diferenciálny výstup druhého stupňa, ak kolísanie výstupného napätia v kladnej oblasti presiahne 4 V. To pomáha na zvýšenie rýchlosti komparátora.

Dokonalejšia je dvojkanálová schéma konštrukcie komparátorov, implementovaná najmä v mikroobvode K521CA1. Na obr. 2.33.6 je príklad použitia tohto mikroobvodu ako komparátora napätia.