Analog mikro devre nedir? Entegre devreler. Sınıflandırma. Amaç. Doğrusal ve Darbeli Cihazlar için IC Serisi
Analog sinyallerin çoğaltılması, amplifikasyon gibi, elektrik sinyallerinin işlenmesindeki ana işlemlerden biridir. Çarpma işlemini gerçekleştirmek için özel IC'ler geliştirildi - analog sinyal çarpanları (ASM'ler). PAS, geniş bir dinamik giriş sinyali aralığı ve mümkün olan en geniş frekans aralığı üzerinden doğru çarpım sağlamalıdır. PAS herhangi bir polaritedeki sinyalleri çarpmanıza izin veriyorsa, bunlara dört kadran denir; sinyallerden biri yalnızca bir polariteye sahip olabiliyorsa, o zaman bunlara iki kadran denir. Tek kutuplu sinyalleri çoğaltan çarpanlara tek kadran denir. Kontrollü dirence, değişken eğime ve logaritmatörlerin ve antilogaritmatörlerin kullanımına dayanan, bilinen çeşitli bir ve iki kadranlı PAS vardır. Örneğin, Şekil 7.7c'de gösterilen elemanların çalışma modunu değiştiren bir regülatör, diferansiyel girişe voltaj uygulandığında çarpan olarak kullanılabilir. sen x ve bunun yerine E kontrolü göndermek sen. Etki altında sen bazları ikinci çarpılmış voltajla beslenen transistörlerin transfer karakteristiğinin eğimi değişir sen x. Çıkış voltajının olduğu gösterilebilir. Sen dışarıdasın DC transistörlerin toplayıcıları arasında çıkarıldı, R'den 1 =R'den 2 =R'den formülle belirlenir
OB ile devreye göre bağlanan BT'nin akım kazancı; ? T - sıcaklık potansiyeli, ? T=25,6 mV.
Eğer sen x<<? T, ardından ifade Sen dışarıdasın basitleştirilebilir:
Tek bir DC'de dikkate alınan en basit çarpanın dezavantajı, kabul edilebilir çarpma doğruluğunun sağlandığı giriş sinyallerinin çok küçük dinamik aralığıdır. Örneğin, halihazırda sen x=0,1? TÇarpma hatası %10'a ulaşır.
Daha küçük bir hatayla çarpılmış gerilimlerin daha geniş bir dinamik aralığı, "logaritma-antilogaritma" ilkesine dayanan logaritmik çarpanlar tarafından sağlanır. Böyle bir PAS'ın diyagramı Şekil 7.23'te gösterilmektedir.
Şekil 7.23. Logaritmik çarpan
Burada op amp DA 1 ve DA 2, giriş voltajlarının logaritmasını alır ve DA 3, çıkış voltajı şuna eşit olan bir toplayıcı olarak kullanılır:
sen 0 = k 1 (ln sen x+in sen) = k 2 inç sen x sen.
Op amp DA 4 kullanılarak antilogaritma gerçekleştirilir
Sen dışarıdasın = k 3 antin sen 0 = k 3 sen x sen
Bu ifadelerin bir volta normalize edilmiş voltajları kullandığına dikkat edilmelidir. Orantılılık katsayıları k 1 , k 2 , k 3, kullanılan op-amp'lerin OOS devrelerinde bulunan dirençli elemanlar tarafından belirlenir. Bu tür PAS'ın en büyük dezavantajı, çalışma frekansı aralığının giriş sinyallerinin genliklerine güçlü bir şekilde bağlı olmasıdır. Dolayısıyla, 10V giriş voltajıyla, çarpılmış voltajların üst frekansı 100 kHz olabiliyorsa, 1V giriş voltajıyla çalışma frekansı bandı 10 kHz'e daralır.
Logaritma ve antilogaritma ilkesi, doğrusallık, geniş bant ve sıcaklık kararlılığı gibi en iyi parametrelere sahip olan, mevcut normalizasyona sahip dört çeyrekli PAS oluşturmanın en yaygın yönteminde kullanılır. Genellikle işlevlerini genişleten diferansiyel girişlere sahiptirler. Akım normalleştirmeli çarpanlar, entegre yarı iletken teknolojisi kullanılarak yapılır.
525PS1 tipi akım normalizasyonuna sahip PAS IC'nin basitleştirilmiş devre şeması Şekil 7.24'te gösterilmektedir.
Cihaz, VT 7, ..., VT 10 transistörlerini kullanan karmaşık bir diferansiyel kaskad içerir. Bu transistörlerin toplayıcılarının çapraz bağlanması, dört çeyrekli çarpma için gerekli sinyal evrilmesini sağlar. VT 3, ..., VT 6 ve VT 11, ..., VT 14 transistörlerindeki giriş aşamaları giriş voltajlarını dönüştürür sen x Ve sen akıntılara dönüşür. Diyot bağlantılı transistörler VT 1 ve VT 2'nin yardımıyla, Y girişindeki akım sinyali logaritmik hale getirilir, Y sinyali antilogaritmik hale getirilir ve VT 7, ..., VT 10 transistörlerini kullanan bir amplifikatör tarafından X sinyali ile çarpılır.
Şekil 7.24. 525PS1 çarpan IC'nin basitleştirilmiş devre şeması
Söz konusu cihazda giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki bağlantı bir akım oranı olarak temsil edilebilir. Çarpanın çıkış akımı ilişkiyle belirlenir
Nerede ben X Ve ben e- dirençlerden geçen akımlar Rx Ve R Y; IPX Ve ben- X ve Y kanallarındaki çalışma akımları.
Yük dirençlerinden birinden çıkarılan çıkış voltajı şuna eşittir:
Ölçek faktörü.
Şekil 7.24'te gösterilen R1 ve R2 hariç tüm dirençler haricidir. Seçimleri PAS'ın özel gereksinimlerine bağlıdır.
Giriş voltajları sıfıra eşit olduğunda PAS çıkışında sıfır voltaj elde etmek için, değişken dirençler R4 ve R5 kullanılarak ayarlama sağlanır. Bir çarpan, giriş sinyallerinden birinin yalnızca bir kutbuyla çalışıyorsa buna öngerilimli denir. Dört çeyrekli bir PAS'ı önyargılı bir PAS'a dönüştürmek için, girişlerden birine öyle sabit bir önyargı uygulamak yeterlidir ki, bu girişteki sinyaller her zaman ön gerilimden daha azdır.
"Dizin" - çeşitli bilgiler elektronik parçalar: transistörler, mikro devreler, transformatörler, kapasitörler, LED'ler vesaire. Bilgiler, bileşenlerin seçimi ve mühendislik hesaplamalarının, parametrelerin yanı sıra mahfaza pin şemalarının, tipik anahtarlama devrelerinin ve radyo elemanlarının kullanımına ilişkin önerilerin gerçekleştirilmesi için gerekli her şeyi içerir.
Mantık sistemlerinin sentezinde yeniden programlanabilir mantık entegre devrelerinin (FPGA'ler) önemini abartmak zordur. Eleman tabanının ve bilgisayar destekli tasarım sistemlerinin kapsamlı gelişimi, karmaşık mantıksal sistemlerin benzeri görülmemiş derecede kısa sürede ve minimum malzeme maliyetiyle uygulanmasını mümkün kılar. Bu nedenle analog sistemlerin tasarımında ve üretiminde benzer sonuçlara ulaşma arzusu anlaşılabilir. Ancak bu yönde yapılan pek çok girişim henüz beklenen sonuçları getirememiş ve programlanabilir analog entegreler (PAIS) ve matris analog entegreler (MABIS) evrensel hale gelememiştir.
PROGRAMLANABİLİR ANALOG LSI'LERİN TASARIMINDAKİ SORUNLAR
FPGA'larda mantıksal sistemlerin tasarlanması alanındaki hızlı ilerleme, tüm mantıksal sistemlerin Boole cebirinin iyi geliştirilmiş matematiksel aparatına dayanması gerçeğiyle önceden belirlenmiştir. Bu teori, keyfi bir mantıksal fonksiyonun oluşturulmasının, yalnızca bir temel operatörün - mantıksal VE-DEĞİL (veya VEYA-DEĞİL) - sıralı bileşimi yoluyla mümkün olduğunu kanıtlamayı mümkün kılar. Yani, herhangi bir katı mantıksal sistem, örneğin NAND gibi yalnızca tek tipteki öğelerden tasarlanabilir.
Analog sistemlerin devre şemalarının tasarımı (sentezi) ve analizi (ayrışımı) alanında durum tamamen farklıdır. Analog elektronikte, analiz ve sentez problemlerinin birleşik bir metodolojik konumdan çözülmesine izin verecek genel olarak kabul edilmiş tek bir matematiksel aygıt hâlâ yoktur. Bu olgunun nedenleri analog elektroniğin gelişim tarihinde aranmalıdır.
İlk aşamalarda, analog cihazların devresi, ana fikri karmaşık devre şemalarının düğümlere bölünmesi olan fonksiyonel düğüm yöntemi kavramlarına uygun olarak geliştirildi. Bir düğüm bir grup öğeden oluşur ve çok özel bir işlevi yerine getirir. Birleştirildiğinde düğümler bloklar, panolar, dolaplar, mekanizmalar oluşturur; Cihaz adı verilen bazı birleşik yapılar. Cihazların birleşimi bir sistem oluşturur. İşlevsel düğüm yöntemi, sistemlerin temel bileşenlerinin, asıl görevi çok özel bir işlevi yerine getirmek olan düğümler olması gerektiğini varsayıyordu.
Bu nedenle düğümlerin sınıflandırılmasında işlevsellik, yani bir düğümün bazı işlevleri yerine getirmesi kriter olarak alınmıştır. Bununla birlikte, elektronik geliştikçe, son derece fazla sayıda özel ve yalıtılmış işlev (ve dolayısıyla düğümler) ortaya çıktı. Karmaşık sistemlerin sentezi için gerekli olan bunların en aza indirilmesi ve birleştirilmesi olasılığı ortadan kalktı. Matris analog LSI'lerin (MABIS) ve yeniden programlanabilir analog entegre devrelerin (PAIS) geliştirilmesinin engellenmesinin nedeni budur ve engellenmeye devam etmektedir.
Programlanabilir analog devreler alanındaki durum, önde gelen Rus ve yabancı şirketlerin gelişmeleri analiz edilerek takip edilebilir. Bu nedenle, OJSC NIITT ve Angstrem fabrikasından uzmanlar, tıbbi ekipman ve cihazlar için veri toplama, izleme ve kontrol sistemlerine yönelik N5515ХТ1, Н5515ХТ101 Rul tipi analog-dijital BMC'lerin (temel matris kristalleri) geliştirilmesi ve üretimi üzerine çabalarını yoğunlaştırdılar. kontrol sistemleri, ölçüm ekipmanları.
Bu BMK'lerin tasarımı analog ve dijital bir matris içerir. Dijital matris, sıra başına 23 hücreden oluşan beş sıra halinde düzenlenmiş 115 dijital baz hücre (230 2N-NOT kapısı) içerir. Analog matris, 9 hücrelik iki sıra halinde düzenlenmiş 18 analog baz hücresini birleştirir. Analog hücre sıraları arasında iki sıra kapasitör (nominal 17,8 pF) ve iki sıra difüzyon direnci (her biri 24,8 kOhm) vardır. Analog ve dijital parçalar arasında bir dizi 3,2 kOhm direnç vardır.
BMK iki tip analog hücre sağlar (A ve B). A Tipi hücreler 12 PRP ve dört RLR yalıtımlı toplayıcı transistör ve 38 çoklu kademe difüzyon direncinden oluşur. B tipi hücrelerde, dört IRL transistörünün yerini iki p-MOS transistörü alır. A ve B tipi çevresel hücrelerin her biri dört güçlü LRL transistörü (izole bir toplayıcı ile B tipi hücrelerde) ve iki bipolar transistör içerir.
Dijital baz hücreler üç tipte gelir: dört l-MOS transistörü, dört p-MOS transistörü ve tamamlayıcı bir çift bipolar transistör. Ek olarak, kristalin çevresinde dört güçlü l-MOS ve r-MOS transistörünün yanı sıra Darlington devresine göre bağlanmış iki lrl transistör içeren güçlü dijital hücreler vardır.
BMK için, BMK'ya dayalı cihazların tasarlanması sürecini önemli ölçüde kolaylaştıran ve hızlandıran standart analog ve dijital öğelerden oluşan kütüphaneler geliştirilmiştir. Bu ve benzeri BMK'ler, kütüphanede belirtilen bir takım fonksiyonel birimlerin elde edilebildiği, birbirine bağlı olmayan elektrikli radyo elemanları (ERE'ler) takımlarını içerir. Bu tür mikro devrelerin ana dezavantajı, belirli bir setteki elektrik güç elemanlarının belirli değerleri ve diğer özellikleriyle sınırlı olan çok dar bir uygulama alanıdır. Bu set için geliştirilen ve önerilen fonksiyonel birimlerin yetenekleri çipe eşlik eden kütüphanede verilmektedir.
Pirinç. 1. ispPAC-10'un yapısı
Lattice Semiconductor, 2000 yılından bu yana, sistemde programlama ile ispPAC (Sistem İçi Programlanabilir Analog Devre) ailesinden programlanabilir analog entegre devreler (PAIC) üretmektedir; Baskılı devre kartından çıkarmadan. 2000 yılının ortalarında bu ailenin üç üyesi üretilmekteydi: ispPAC-Yu (Şekil 1), ispPAC-20 (Şekil 2) ve ispPAC-80. PAC-Designer paketi kullanılarak yapılandırılan, simüle edilen ve programlanan 60'a kadar aktif ve pasif elemanı entegre ederler.
ispPAC ailesinin PAIS'leri şunları içerir:
Matris konfigürasyonunu sağlayan seri arayüz devreleri, kayıtları ve elektriksel olarak yeniden programlanabilir kalıcı belleğin (EEPROM) elemanları;
programlanabilir analog hücreler (PAC hücreleri) ve bunlardan oluşan programlanabilir analog bloklar (PAC blokları);
ara bağlantılar için programlanabilir öğeler (ARP - Analog Yönlendirme Havuzu).
Bu serinin mimarisi aşağıdakileri içeren temel hücrelere dayanmaktadır: enstrümantasyon amplifikatörü (IA); bir toplayıcı/entegratör devresi kullanılarak uygulanan çıkış amplifikatörü (OA); 2,5 V referans voltaj kaynağı (ION); Gerilim çıkışlı ve çift karşılaştırıcılı (CP) 8 bit DAC. İşlenen sinyallerin dinamik aralığını arttırmak için hücrelerin analog giriş ve çıkışları (ION hariç) bir diferansiyel devre kullanılarak yapılır. İki DUT ve bir VU, DUT çıkışlarının VU'nun toplama girişlerine bağlandığı, PAC bloğu adı verilen bir makro hücre oluşturur. ispPAC-10 yongası dört PAC bloğu içerir ve ispPAC-20 - iki. ispPAC-20 ayrıca DAC ve karşılaştırıcı hücreleri de içerir. Hücrede, DUT'un kazancı -10 ila +10 aralığında 1'er adımlarla programlanır ve VU'nun geri besleme devresinde kapasitör kapasitansının değeri (128 olası değer) ve açma/kapama rezistans.
Bir dizi entegre devre üreticisi, analog işlevleri programlamak için, koşullara göre anahtarlanan bir elektronik anahtar kullanarak frekans ayar devrelerinin kapasitansının değiştirilmesini içeren "anahtarlamalı kapasitör" teknolojisini kullanır.
Pirinç. 2. ispPAC-20'nin yapısı
Lattice'in yaklaşımı, sistemin yeniden yapılandırılması sırasında gücü kapatmadan değiştirilebilen, zamanla sabit özelliklere sahip devrelerin kullanımına dayanmaktadır. Bu gelişme önemlidir çünkü birinci yöntemde gerekli olan ek sinyal işlemeyi ortadan kaldırır.
Dahili yönlendirme araçları (Analog Yönlendirme Havuzu), mikro devrenin giriş pinlerini, makro hücrelerin giriş ve çıkışlarını, DAC çıkışını ve karşılaştırıcı girişlerini birbirine bağlamanızı sağlar. Birkaç makro hücreyi birleştirerek, bir entegratör bölümünün kullanımına dayalı olarak 10 ila 100 kHz frekans aralığında ayarlanabilir aktif filtrelerden oluşan devreler oluşturmak mümkündür.
Lattice'in ispPAC'lerinin PAIS'e en yakın olduğu unutulmamalıdır. Tek dezavantajları, yalnızca ayarlanabilir aktif filtrelerin değil, aynı zamanda oldukça geniş çeşitlilikteki analog sistemlerin tasarımına olanak tanıyan evrensel temel öğelerden oluşan bir sistemin bulunmamasıdır. Lattice Semiconductor'ın ispPAC'inin Altera ve Xilinx gibi şirketlerin FPGA'lerinin bir analogu olmasını engelleyen de bu durumdur.
Genel olarak, analog mikro devrelerin geliştirilmesi ve pratik uygulaması alanındaki durumu analiz ederek bir dizi genelleme yapılabilir:
Endüstriyel olarak uygulanan analog mikro devrelerin büyük bir kısmı, entegrasyon derecesi açısından LSI olarak sınıflandırılamaz;
Analog LSI'ler ve BMK'ler belirli bir sınıftaki cihazları tasarlamak için tasarlanmıştır; evrensel değiller;
Büyük analog sistemler tasarlanırken işlevsel düğüm yöntemi baskın olmaya devam eder (örneğin televizyon alıcıları için özel IC setleri).
FPGA VE MABIS İÇİN BİRLEŞİK TASARIM TEMELLERİ
Bununla birlikte, analog sistemler için birleşik devre tasarımı temeli geliştirme görevinin hala bir çözümü var; sunulan fikirleri teorik olarak doğrulamaya ve pratikte uygulanması için olası yönleri göstermeye çalışacağız.
Her şeyden önce, büyük bir analog elektronik sistemin küçük bir grup temel unsuru tanımlamasına izin verecek bir matematiksel modeli seçilmelidir. Elektronik devrelerin analizi ve sentezi alanında, geçen yüzyılın altmışlı yıllarında tanınan doğrusal diferansiyel denklem sistemlerinin matematiksel aparatının neredeyse hiçbir alternatifi yoktur. Bununla birlikte, bu metodolojinin pratik kitlesel kullanımı fikrinin henüz tüm uzmanların zihnini yakalamadığını da belirtelim.
Bir diferansiyel denklem sistemi elemanlardan, bunların bağlantılarından oluşur ve belirli bir yapıyla karakterize edilir. Diferansiyel denklemlerin temel temelleri geçen yüzyılın ilk yarısında "otomasyon" bilimsel disiplini kapsamında araştırıldı. Bu alanda diferansiyel denklemlerin birleştirme gibi bir avantajı ortaya çıkmıştır: formları açıklanan süreç modeline bağlı değildir. Ancak diferansiyel denklem yazmanın standart biçiminde, incelenen sistemdeki ilişkilerin doğası hakkında görsel bilgi yoktur. Bu nedenle, otomatik kontrol teorisinin gelişimi boyunca diferansiyel denklem sistemlerinin yapısını çeşitli diyagramlar biçiminde görsel olarak göstermeye yönelik yöntemler geliştirilmiştir.
Yirminci yüzyılın 60'lı yıllarının sonuna gelindiğinde, dinamik sistem modellerinin yapısal organizasyonuna ilişkin modern bir bakış açısı tamamen gelişmiştir. Sistemin matematiksel bir modelinin oluşumu, bağlantılara bölünmesi ve bunların sonraki açıklamalarıyla başlar - ya analitik olarak bağlantının giriş ve çıkış miktarlarını bağlayan denklemler biçiminde; veya grafiksel olarak özelliklere sahip anımsatıcı diyagramlar şeklinde. Bireysel bağlantıların denklemlerine veya özelliklerine dayanarak, bir bütün olarak sistemin denklemleri veya özellikleri derlenir.
Tipik olarak tanımlanan dinamik sistemlerin bağlantıları
Birim adı | Bağlantı denklemi y(t)=f(u(t)) | Transfer fonksiyonu W(s)=y(s)/u(s) | Temel bileşenler |
| Orantılı | |||
| Entegrasyon | dy(t)/dt = ku(t); py = ku | ||
| Farklılaştırıcı | y(t)=k·du(t)/dt; y = kpu | ||
| Periyodik olmayan 1. derece |
|
||
| 1. sırayı zorlamak |
|
||
| Ataletin entegre edilmesi | W(ler) = k/ |
|
|
| Ataletin farklılaşması | W(s) = ks/(Ts+1) |
|
|
| İzodromnoe | W(s) = k(Ts+1)/s |
|
|
| Salınımlı, muhafazakar, periyodik olmayan 2. dereceden | (T 2 p 2 +2ξTp+1)y = ku | W(s)=k/(T 2 p2+2ξTp+1) |
|
İşlevsel bir diyagram için sistem, gerçekleştirdikleri işlevlere göre bağlantılara bölünürse, o zaman matematiksel bir açıklama için, açıklamayı elde etme kolaylığına göre sistem parçalanır. Bu nedenle bağlantılar mümkün olduğunca basit (küçük) olmalıdır. Öte yandan, bir sistemi bağlantılara bölerken, diğer bağlantılarla olan bağlantıları dikkate alınmadan her bağlantının matematiksel açıklamasının derlenmesi gerekir. Bağlantıların eylem yönlülüğü varsa bu mümkündür - yani. Etkiyi girdiden çıktıya yalnızca tek bir yönde iletir. Bu durumda herhangi bir bağlantının durumundaki değişiklik önceki bağlantının durumunu etkilemez.
Bağlantıların hareketinin yönlülüğü koşulu karşılanırsa, tüm sistemin matematiksel bir açıklaması, aralarındaki bağlantı denklemleriyle desteklenen, bireysel bağlantıların bağımsız denklemleri sistemi şeklinde elde edilebilir. En yaygın (tipik) bağlantıların periyodik olmayan, salınımlı, entegre, farklılaşan, sabit gecikmeli bağlantı olduğu kabul edilir.
Diferansiyel denklem sistemi biçimindeki modellerdeki temel bağlantı sorunu birçok yazar tarafından incelenmiştir. Analiz, onların konumlarının esas olarak tipik bağlantıların varlığı gerçeğini belirtmeye ve daha karmaşık yapıların oluşumu sürecindeki rollerini incelemeye indirgendiğini gösteriyor. Tipik birimler grubuna seçim herhangi bir kriter olmaksızın keyfi olarak yapılır. Tipik bağlantıların listesine açıklama veya gerekçe olmaksızın çeşitli bağlantılar dahil edilmiştir ve "en basit" ve "temel" terimleri de tipik bağlantıları belirtmek için eşit şekilde kullanılmaktadır (tabloya bakınız). Bu arada, yapısal matris yöntemlerini kullanarak dinamik sistemlerin çok sayıda "tipik" bağlantısının incelenmesi, yalnızca üç bağlantının (orantılı, bütünleştirici ve farklılaştırıcı) yapısal matrislerinde matris döngüleri içermediğini göstermektedir. Bu nedenle yalnızca onlara temel denilebilir. Diğer tüm bağlantılar temel bağlantıların birleştirilmesiyle oluşturulur.
Dolayısıyla, W B (s) = k B transfer fonksiyonuna sahip orantılı bir bağlantı ve W A (s) = k A s transfer fonksiyonuna sahip bir farklılaştırıcı bağlantı, negatif geri besleme devresine göre bağlanırsa (Şekil 3), o zaman eşdeğer transfer fonksiyonu
Böylece, zaman sabitlerinin değerlerine kadar olan sonuç, birinci dereceden periyodik olmayan bağlantının transfer fonksiyonu ile çakışmaktadır. Bu, bu bağlantının, orantısal ve farklılaştırıcı bağlantıların negatif geri beslemeli bir devreye göre bağlanmasıyla elde edilebileceği ve bu nedenle temel olarak kabul edilemeyeceği anlamına gelir.
Şek. 3. Eşdeğer, periyodik olmayan bağlantı devresi
Tabloda yer alan geri kalan bağlantılar aynı şekilde oluşturulabilir. Salınımlı bağlantının transfer fonksiyonuna özellikle dikkat edilmelidir (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku. Bu nedenle, transfer fonksiyonları yalnızca zaman sabitleri bakımından farklı olan iki periyodik olmayan bağlantıyı seri olarak bağlarsak, eşdeğer transfer fonksiyonu şu şekli alacaktır:
Böylece, zaman sabitlerinin değerlerine kadar olan sonuç, incelenen bağlantının transfer fonksiyonuyla örtüşmektedir. Sonuç olarak, birinci dereceden bağlantıların seri olarak bağlanmasıyla salınımlı, korunumlu ve periyodik olmayan 2. dereceden bağlantılar elde edilebilir. Bu, prensipte onları tipik olarak adlandırmaya izin verilse de, bunların temel olarak kabul edilemeyeceği anlamına gelir.
Tablonun son sütununda verilen sonuçların analizi, periyodik olmayan, izodromik, zorlayıcı, farklılaşan atalet ve entegre atalet gibi bağlantıların, temel bağlantıların bağlanmasıyla elde edilebileceği sonucuna varmamızı sağlar. Diğer tipik bağlantıların transfer fonksiyonlarının, temel bağlantıları bağlayarak elde edilebileceğini kanıtlamak için, üç, dört vb. bağlantıların bağlantılarını tipik bağlantı şemalarına göre analiz etmek gerekli olacaktır. Temel bağlantıların tipik birinci dereceden bağlantılarla olan bağlantılarını düşünürsek aynı sonuç elde edilebilir. Bu araştırmaların bir kısmı daha önce yapılmış olup, sonuçları çalışmada sunulmuştur.
Böylece, temel bağlantıları bağlayarak standart dinamik bağlantıların tüm transfer fonksiyonlarını elde etmenin oldukça basit olduğu kanıtlanmıştır. Sonuç olarak, keyfi dinamik sistemler yalnızca üç temel bağlantının çarpma ve kombinasyon operatörleri kullanılarak sentezlenebilir: orantısal, farklılaştırıcı ve entegre edici. Bu sonuç, radyo-elektronik devreler de dahil olmak üzere herhangi bir düzendeki doğrusal dinamik sistemlerin inşası için gerekli temel temeli belirlediğinden temel öneme sahiptir. Ve eğer dinamik sistemlerin, MABIS ve PAIS örneğinde olduğu gibi, sınırlı sayıdaki dinamik bağlantılardan inşa edilmesi gerekiyorsa, o zaman çıkarılan sonuç özellikle önemlidir.
Şekil 4. Temel birimlerin basit devre çözümleri: a) çok girişli toplayıcı, b) diferansiyel yükselteç (oransal bağlantı), c) farklılaştırıcı (farklılaştırıcı bağlantı), d) entegratör (entegre bağlantı)
Yalnızca beş işlevsel birimden (çoklayıcı, toplayıcı, çarpan, entegratör ve farklılaştırıcı) isteğe bağlı analog cihazları sentezlemek mümkün hale geliyor (Şekil 4)! Şekil 2'de gösterilene dikkat edin. 4 diyagramları gerçekten kanıtlanmış devre çözümleri olarak algılanmamalı, yalnızca fonksiyonel bir diyagramdaki temel bağlantıları temel radyo-elektronik elemanlarla değiştirme olasılığının bir gerekçesi olarak algılanmalıdır. Fonksiyonel devrelerin temel bağlantılarının donanım karşılıklarıyla değiştirilmesiyle, belirli özelliklere sahip analog cihazların tasarlanması mümkündür.
ANALOG CİHAZIN SENTEZİ ÖRNEĞİ
Laplace dönüşümleri biçiminde bir diferansiyel denklem sistemi tarafından belirtilen bir modele göre bir analog cihazın devre şemasının sentezinin çok basit bir örneğini ele alalım: 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.
| Şekil 5. Sentezlenen cihazın blok diyagramı (adım adım) Sentezlenen devrenin simülasyon sonuçlarından (Şekil 6), verilen parametrelerle seri bağlı iki jeneratörden oluştuğu açıktır. Yani, yalnızca dört entegre üniteden oluşan çok basit bir cihaz, düşük frekanslı bir salınımı yüksek frekanslı bir salınımla modüle etme gibi nispeten karmaşık bir işlevi yerine getirir.
Şekil 6. Sentezlenmiş bir cihazın osilogramı EVRENSEL MABİS VE PAIS - MÜMKÜNBöylece, herhangi bir REA'nın diferansiyel denklem sistemlerinin temel operatörlerine karşılık gelen beş temel (en basit) bileşenini ayırt edebiliriz: çarpma, farklılaşma, entegrasyon, toplama ve çoğaltma (çoğullama). Analog elektronik cihazların tasarlanmasına yönelik metodoloji şunları içerir: n adet birinci dereceden diferansiyel denklem sistemi (veya l'inci dereceden diferansiyel denklem; Önerilen yaklaşımın bir takım belirleyici avantajları vardır. Böylece, tasarlanan cihazın fonksiyonel diyagramı, otomatik hesaplamalar için sıralanabilen ve bir algoritmaya dönüştürülebilen standart matris dönüşümleri kullanılarak orijinal diferansiyel denklem sisteminden sentezlenir. Elektrik devre şeması, temel dinamik bağlantıların eşdeğer temel elemanlarla değiştirilmesiyle fonksiyonel şemadan sentezlenir. Bir cihazın CAD araçlarını kullanarak modellenmesi de bunu önemli ölçüde kolaylaştırabilir. Dolayısıyla, temel birimlerin seti çok sayıda olmadığından, evrensel MABIS ve PAIS tasarlamanın gerçek bir olasılığı vardır. Bu da analog ve dijitalden analoğa cihazların tasarımını büyük ölçüde basitleştirir ve genel olarak elektroniğin daha da geliştirilmesi için cazip fırsatlar yaratır. EDEBİYAT1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. BIK MOS BMKtype N5515ХТ1'e dayalı özel analog-dijital cihazların uygulanması. - ChipNews, 2000, Sayı 2. Yayın tarihi: 30.03.2005 Okuyucu görüşleri
|
analog entegre devre
Analog formda sunulan bilgilerin alınması, dönüştürülmesi (işlenmesi) ve çıkışının sürekli sinyaller aracılığıyla gerçekleştirildiği entegre devre; A. ve. İle. çıkış sinyali giriş sinyalinin sürekli bir fonksiyonudur. A. ve. İle.… … Büyük Ansiklopedik Politeknik Sözlüğü
- (PAIS; İngilizce Alanda programlanabilir analog dizi) analog fonksiyon setlerini uygulamak için yapılandırılabilen ve birbirine bağlanabilen bir dizi temel hücre: filtreler, amplifikatörler, entegratörler, toplayıcılar, sınırlayıcılar, ... ... Vikipedi
"BIS" isteği buraya yönlendirilir; diğer anlamlarına da bakınız. Yüzeye montaj için tasarlanmış modern entegre devreler Entegre (mikro) devre (... Wikipedia
Dijital entegre devre (dijital mikro devre), ayrı bir fonksiyon yasasına göre değişen sinyalleri dönüştürmek ve işlemek için tasarlanmış bir entegre devredir. Dijital entegre devreler... ... Vikipedi'ye dayanmaktadır
Yüzeye montaj için tasarlanmış modern entegre devreler. Sovyet ve yabancı dijital mikro devreler. Entegre devre (engl. Entegre devre, IC, mikro devre, mikro çip, silikon çip veya çip), (mikro) devre (IC, IC, m/skh) ... Vikipedi
analog çip- analoginis integrinis grandynas statusas T sritis radyoelektronika atitikmenys: engl. analog entegre devre vok. Analog IC, n; integrierter Analogschaltkreis, m rus. analog entegre devre, f; analog çip, f pranc. devre... ... Radioelektronikos terminų žodynas
Analog entegre devreler, sürekli fonksiyon kanununa göre değişen sinyalleri dönüştürmek ve işlemek için tasarlanmıştır. İletişim ekipmanlarında, televizyon ve telekontrolde, analog bilgisayarlarda, kayıt cihazlarında, ölçüm cihazlarında, kontrol sistemlerinde vb. uygulama alanı bulurlar.
Teknoloji ve tasarım yöntemlerindeki gelişmeler sayesinde analog mikro devrelerin yelpazesi sürekli genişlemektedir. Mikro devreler, jeneratörler, dedektörler, modülatörler, dönüştürücüler, amplifikatörler, anahtarlar, anahtarlar, filtreler, ikincil güç kaynakları, seçim ve karşılaştırma cihazları için çeşitli amaç ve işlevselliklerin yanı sıra çok işlevli mikro devreler ve mikro devreler için büyük miktarlarda üretilmektedir. elementler.
Hem profesyonel ekipmanların üretiminde hem de radyo amatörlerinin uygulamalarında kullanılan en yaygın yerli analog entegre devre serilerinin fonksiyonel bileşimi Tablo'da sunulmaktadır. 2.1.
Seri, birincil uygulama alanları, işlevsel bileşim ve içerdiği entegre devrelerin sayısı bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir.
Büyük bir seri grubu esas olarak radyo iletişim alıcı-verici ekipmanının oluşturulmasına yöneliktir; televizyon ekipmanı, kayıt cihazları, elektrofonlar ve diğer cihazlar için seriler üretilmektedir. Tüm bu seriler işlevsel olarak tamamlanmış ve işlevsel olarak eksik olarak ayrılabilir. İşlevsel olarak tamamlanmış olanlar, farklı işlevsel alt gruplara ait çok çeşitli özel mikro devrelerden oluşur (Tablo 2.1). Bu serilerin her biri, radyo, televizyon ve benzeri karmaşıklıktaki şu anda mikroelektronik tasarımla satılan cihazların hemen hemen tüm bileşenlerinin oluşturulmasını mümkün kılmaktadır.
İşlevsel olarak tamamlanmamış seriler, az sayıda özel veya evrensel mikro devreden oluşur. Esas olarak ayrı analog ekipman birimleri oluşturmak için tasarlanmıştır.
Uzmanlar ve radyo amatörleri, işlevsellik açısından en çok yönlü mikro devreleri (işlemsel yükselteçler) birleştiren seriden özel ilgiyi hak ediyor (§ 2.8). Her işlemsel yükselteç, çeşitli işlevsel alt gruplara ve türlere ait çok sayıda düğümün temelini oluşturabilir.
Tablo 2.1
Tablo 2.2 ve Tablo 2.3
Tablo 2.4
Farklı serilerdeki mikro devreleri karakterize etmek ve aynı tipe ait mikro devrelerin karşılaştırmalı değerlendirmesi için esas olarak fonksiyonel parametre setleri kullanılır. Ancak mühendislik ve amatör radyo uygulamalarında besleme voltajı, tasarım, ağırlık ve mikro devreler için izin verilen maksimum çalışma koşulları gibi faktörler de önemli bir rol oynamaktadır. Genellikle belirli ekipman için eleman tabanını seçerken belirleyici öneme sahiptirler.
Besleme voltajına ilişkin veriler tabloda verilmiştir. 2.2, mikro devrelere güç sağlamak için farklı pozitif ve negatif polarite nominal voltajlarının kullanıldığı görülebilir. Bu durumda çoğu durumda tolerans %4-10'dur. Bunun istisnası, ±%5 toleranslı K140 serisinin mikro devreleri, ±5, ±20 ve ±%25 toleranslı K224 serisinin bazı mikro devreleri, ±20 toleranslı K245 serisinin mikro devreleridir. % ve ayrıca 219, K224, 235 ve K237 serisinin kısmen mikro devreleri, daha geniş bir aralıkta voltaj değişiklikleri altında normal çalışma.
Birçok pratik durumda besleme voltajlarındaki fark, temel fonksiyonel parametrelerin gereksinimlerini karşılasalar bile, farklı serilerdeki mikro devrelerin tek bir cihazda kullanılmasını zorlaştırır veya imkansız hale getirir.
Çeşitli serilerdeki mikro devrelerin tasarımı çeşitlidir. Şekil, boyut, kasa malzemesi, kablo sayısı ve türü, ağırlık vb. bakımından farklılık gösterirler. Tablodan görülebileceği gibi. Şekil 2.3'te, bu bölümde tartışılan mikro devreler için, pimli veya düz terminalli 25 standart boyutta dikdörtgen ve yuvarlak paket kullanılmıştır. Bazı mikro devreler (K129, K722 serisi, vb.) esnek tel veya sert kablolarla ambalajsız tasarımda üretilir. Paketlerdeki mikro devrelerin ağırlığı, bir gramın kesirlerinden (durum 401.14-2 ve 401.14-3) ila 17 g (durum 157.29-1) arasında değişmektedir. Paketlenmemiş mikro devrelerin kütlesi 25 mg'ı geçmez.
İzin verilen maksimum çalışma koşullarına göre, farklı serilerin mikro devreleri önemli ölçüde farklılık gösterir.
Analog mikro devrelerin kullanım sıcaklık aralığındaki fark tabloda gösterilmektedir. 2.4. Kış koşullarında çalıştırılması amaçlanan taşınabilir ekipmanlarda kullanım için - 10 veya - 30 ° C sıcaklık aralığının alt sınırı ile karakterize edilen mikro devrelerin tavsiye edilemeyeceği açıktır. Bazen +50 veya +55 °C üst limitiyle ciddi kısıtlamalar getirilmektedir.
Mekanik yüklere karşı direnç açısından farklı serilerdeki mikro devreler birbirine yakındır. Çoğu mikro devre, 10 g ivmeyle 1 - 5 ila 600 Hz aralığındaki titreşim yüklerine dayanabilir. (K122, K123 serisinin mikro devreleri için hızlanma 5 g'yi geçmemeli ve KP9 ve K167 serisinin mikro devreleri için - 7,5 g.) Bunun istisnası, K245 serisinin mikro devreleri ve K224 serisinin mikro devrelerinin bir kısmıdır. 5 g ivmeyle 1 - 80 Hz olan titreşim yükleri aralığı.
Bu kitabın kapsamı yerli sanayinin ürettiği tüm mikro devreleri detaylı olarak incelememize izin vermiyor. Bu nedenle aşağıda Tabloda verilenlerin yalnızca kısa bir açıklaması yer almaktadır. Serinin 2.1'i ve içerdiği mikro devreler, ana parametreleri gösteren, mikro devrelerin türe göre karşılaştırılması yapılmış ve K122, K140, K224, 235, K521 serisi mikro devrelerin devreleri ve fonksiyonel özellikleri daha fazla analiz edilmiştir. Yazarlara göre geniş bir okuyucu kitlesinin ilgisini çekebilecek ayrıntılar. Bir dizi mikro devre için tipik fonksiyonel birimlerin örnekleri verilmiştir.
Diğer serilerin mikro devreleri hakkında gerekli bilgiler, başta “Radyo” ve “Elektronik Endüstrisi” dergileri olmak üzere kataloglarda, referans kitaplarında, kitaplarda ve süreli yayınlarda bulunabilir. Bu yayınları kullanırken, çoğu zaman entegre devrelerin parametrelerini, bazen belirli bir mikro devreyi kullanmak için birçok seçenekten yalnızca birini temsil eden fonksiyonel birimlerin parametreleriyle eşitlediklerini unutmamalısınız. Diğer harici elemanlarla ve diğer terminal anahtarlama seçenekleriyle birlikte kullanıldığında düğüm parametreleri, literatürde verilen verilerden önemli ölçüde farklı olabilir. Ek olarak, çeşitli kaynaklarda, parametreleri ölçülürken bireysel mikro devrelerin tanımında farklılıklar olduğu belirtilmelidir. Bunun nedeni, bireysel serilerin aralığının genişletilmesi ve bazı mikro devrelerin modernizasyonudur.
Radyo iletişimi ve yayın ekipmanı için mikro devre serisi
Ana makale Radyo iletişimi ve yayın ekipmanı için mikro devre serisiTelevizyon ekipmanı için bir dizi mikro devre
Ana makale Televizyon ekipmanı için bir dizi mikro devreKayıt cihazları ve elektrofonlar için mikro devre serisi
Ana makale Kayıt cihazları ve elektrofonlar için mikro devre serisiDoğrusal ve Darbeli Cihazlar için IC Serisi
Ana makale Doğrusal ve Darbeli Cihazlar için IC SerisiRadyo iletişimi ve yayın ekipmanının amplifikasyon yolları için mikro devreler
Ana makale Radyo iletişimi ve yayın ekipmanının amplifikasyon yolları için mikro devrelerİkincil güç kaynağı yongaları
K181, K142, K278, K286, K299 serisinin mikro devreleri radyo amatörleri ve uzmanları için şüphesiz ilgi çekicidir. Gerilimi dengelemek için ikincil güç kaynaklarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu tür cihazlar, özellikle, bireysel bloklar ve kademeler için ayrı stabilizatörlerin kullanılması yoluyla, karmaşık cihazların stabil olmayan DC kaynaklarıyla çalıştırılmasının yeni bir yolunu sağlar.
Pirinç. 2.28. Çip K181EN1
K181 serisinin K181EN1 mikro devresi (Şekil 2.28), kontrol elemanının sıralı bağlantısına sahip bir devreye göre yapılmıştır. Stabilizatörün ana aşamaları, bir kompozit kontrol transistörü (Tv, T7), bir simetrik diferansiyel amplifikatör (TS) Td) ve bir zener diyotu Dz ve transistör Ts üzerinde bir yayıcı takipçisi içeren bir referans voltaj kaynağıdır.
K181EN1 mikro devresi, 9 - 20 V'luk dengesiz bir giriş voltajında \u200b\u200bçalışır ve 3 - 15 V'luk stabil bir çıkış voltajı sağlar. Maksimum yük akımı 150 mA'yı geçmemelidir. Gerilim kararsızlık katsayısı 7-103.
K142 serisi, beşi dört diyotun farklı kombinasyonları olan yedi mikro devreden oluşur.
Pirinç. 2.29. K142EN1 yongasındaki voltaj dengeleyici
Pirinç. 2.30. Çip K299EV1
K142EN1 ve K142EN2 mikro devreleri ayarlanabilir voltaj stabilizatörleridir. Her mikro devre dört modifikasyonda üretilir. Bunlar arasında voltaj kararsızlık katsayısı 0,1 olan stabilizatörler; %0,3 veya %0,5, mevcut istikrarsızlık katsayısı 0,2; 0,5; %1 ve %2. Gerilim düzenleme aralığının alt sınırı 3 veya 12 V ve üst sınırı 12 veya 30 V'dir. K142EN1 mikro devresinde bir voltaj dengeleyici oluşturmanın bir örneği, Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.29.
K278 serisi mikro devreler, 12 V çıkış voltajında \u200b\u200bve 2,5 A çıkış akımında 0,012'den düşük bir dalgalanma katsayısı sağlar.
K299 serisi, voltaj çarpanı doğrultucular oluşturmak için tasarlanmıştır. Çıkış voltajı 2000 - 2400 V. Çıkış akımı 200 µA. İncirde. Şekil 2.30, K299EV1 doğrultucu mikro devresinin bir diyagramını göstermektedir.
Operasyonel yükselteçler
Ana makale Operasyonel yükselteçlerKarşılaştırıcı çipler
Radyo amatörlerinin uygulamasında, genellikle analog sinyallerin değerlerini, karşılaştırma sonucunun çıktısıyla iki seviyeli bir mantıksal sinyal biçiminde karşılaştırmaya ihtiyaç vardır. Bu sorun özel mikro devreler - karşılaştırıcılar kullanılarak çözülebilir. Genel olarak bunlar, doğrusal modda çalışan diferansiyel giriş aşamasına ve sınırlama modunda çalışan tek veya parafazlı çıkış aşamasına sahip özel op amplifikatörlerdir.
Pirinç. 2.33. Mikro devre K521CA2 (a) ve hassas karşılaştırıcı açık. çip K521CA1 (b)
Karşılaştırıcı, geçit girişleri olmayan nispeten basit bir devreye göre yapılır.
Girişte, T6 ve T7 transistörlerinde, T9 transistöründe sabit bir akım üretecine sahip bir diferansiyel kaskad kullanılır. Transistör T9 modunun termal stabilizasyonu, diyot bağlantısındaki transistör T10 tarafından sağlanır.
İkinci aşama da T4 ve 7Y transistörleri üzerindeki diferansiyel devreye göre yapılır.Dengeli ön besleme devresi sayesinde T3 transistörünün tabanındaki voltaj pozitif besleme voltajı değiştiğinde sabit tutulur. G4 ve T5 transistörlerinin zmitter devrelerindeki Zener diyot D2, bazlarının potansiyellerini 7V seviyesinde sabitler. Bu değer geçerli giriş sinyalini belirler. Akım çıkışının yük kapasitesini arttırmak için transistör 72 üzerinde bir emitör takipçisi kullanılır.
Bu transistörün verici devresindeki Zener diyot D1, çıkış karşılaştırıcısının dijital TTL mikro devrelerinin girişleriyle uyumluluğunu sağlamak için çıkış sinyalinin seviyesini değiştirmek üzere tasarlanmıştır. Transistör T8, karşılaştırıcıya mantıksal 0'da bağlı TTL mikro devresinin giriş sızıntı akımı için bir yol sağlar. Diyot bağlantısındaki transistör T1, pozitif bölgedeki çıkış voltajı salınımı 4 V'u aşarsa ikinci aşamanın diferansiyel çıkışını kapatır. karşılaştırıcının hızının artmasına yardımcı olur.
Daha gelişmiş olanı, özellikle K521CA1 mikro devresinde uygulanan karşılaştırıcıları oluşturmak için iki kanallı devredir. İncirde. 2.33.6, bu mikro devreyi voltaj karşılaştırıcı olarak kullanmanın bir örneğini göstermektedir.