Projektowanie i zastosowania analogowych układów scalonych

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Układ scalony jest również nazywany monolitycznym układem scalonym, chipem, mikroczipem, a układ scalony można zdefiniować jako zestaw elektroniczne obwody miliony rezystorów, kondensatorów, tranzystorów i innych komponentów są zintegrowane na płytce półprzewodnikowej lub małej płytce z materiału półprzewodnikowego, zazwyczaj krzemu. Zazwyczaj każdy gadżet elektryczny i elektroniczny, którego używamy w naszym codziennym życiu, to zastosowanie układów scalonych. Mimo że układy scalone składają się z kilku miliardów tranzystorów i innych elementów, nadal są mniejsze, bardzo kompaktowe. Wraz z postępem w Technologia IC szerokość przewodzącej linii w układzie scalonym jest zredukowana do kilkudziesięciu nanometrów.

Rodzaje układów scalonych

Rodzaje układów scalonych



Tam są różne typy układów scalonych głównie układy scalone są podzielone na dwa typy, takie jak analogowe układy scalone i cyfrowe układy scalone. W tym artykule jako szczególny przypadek omówimy konstrukcję i zastosowania analogowych układów scalonych.


Analogowe układy scalone

Analogowy układ scalony

Analogowy układ scalony



Analogowe układy scalone były projektowane głównie przy użyciu ręcznych obliczeń i części zestawu procesowego przed wynalezieniem mikroprocesorów i innych narzędzi projektowych zależnych od oprogramowania. Do projektowania używane są analogowe układy scalone wzmacniacze operacyjne , regulatory liniowe, oscylatory, filtry aktywne i pętle z synchronizacją fazową. Parametry półprzewodników, takie jak rozpraszanie mocy, wzmocnienie i rezystancja, są bardziej zaangażowane w projektowanie analogowego układu scalonego.

Projekt analogowego układu scalonego

Proces projektowania analogowego układu scalonego obejmuje projekt systemu, projekt obwodu, projekt komponentów, symulacje obwodów, symulacje systemu, projekt układu scalonego, połączenie, weryfikację, produkcję, debugowanie urządzeń, debugowanie obwodów, debugowanie systemu. Projektowanie cyfrowych układów scalonych można zautomatyzować, ale projektowanie analogowych układów scalonych jest bardzo trudne, wymagające i nie można ich zautomatyzować.

Praktyczny projekt analogowego układu scalonego obejmuje następujące kroki:

Proces projektowania analogowego układu scalonego

Proces projektowania analogowego układu scalonego

Block Level System

Przede wszystkim wdrażane są pomysły na zaprojektowanie projektu na poziomie blokowym dla pożądanego analogowego układu scalonego. Różne bloki są projektowane i łączone w celu uzyskania kompletnego systemu blokowego.


Obwód poziomu komponentów

W oparciu o system blokowy, różne odpowiednie komponenty są używane i łączone tak, aby utworzyć obwód poziomu komponentów. Wykorzystując ten obwód jako podstawowy obwód do projektowania analogowych układów scalonych, jest on używany do symulacji.

Weryfikacja obwodu na poziomie komponentów

Obwód poziomu komponentu służy do weryfikacji. Ten projekt obwodu jest symulowany i na podstawie wyników symulacji weryfikowany jest obwód poziomu składowej analogowego układu scalonego.

Układ scalony

Po weryfikacji poziomu składowej obwodu analogowego układu scalonego za pomocą symulacji. Układ analogowego układu scalonego został zaprojektowany z wykorzystaniem translacji fizycznej. W ten sposób zaprojektowano analogowy układ scalony.

Produkcja układów scalonych

Wytwarzanie analogowych układów scalonych obejmuje kilka etapów, takich jak tworzenie płytki półprzewodnikowej z materiału półprzewodnikowego (lub bezpośrednio można zastosować płytkę półprzewodnikową). Integracja różnych komponenty elektryczne i elektroniczne takie jak rezystory, tranzystory itp. na waflu i pakowanie chipa w celu utworzenia pakietu IC.

Testowanie i debugowanie układu scalonego

Analogowy układ scalony jest następnie testowany i debugowany w celu sprawdzenia wyników z wynikami szacunkowymi. Następnie zaprojektowano prototyp układu scalonego i wykorzystano go do scharakteryzowania układu scalonego, a płytkę ewaluacyjną do oceny analogowego układu scalonego.

Wzmacniacz operacyjny Analogowy układ scalony

Schemat obwodu na poziomie komponentów analogowego układu scalonego wzmacniacza operacyjnego IC 741 pokazano na poniższym rysunku. Składa się z rezystorów i tranzystorów zintegrowanych na chipie.

Schemat poziomu komponentów analogowego obwodu wewnętrznego wzmacniacza operacyjnego 741

Schemat poziomu komponentów analogowego obwodu wewnętrznego wzmacniacza operacyjnego 741

Kolorowe prostokąty przedstawiają: naszkicowany niebieski wzmacniacz różnicowy, zarysowany wzmacniacz napięcia magenta, (zarysowany stopień wyjściowy cyjanu i naszkicowany przesuwnik poziomu napięcia zielonego), obrysowany cyjan i zielony wzmacniacz wyjściowy, zarysowane lustro prądu czerwonego.

Zastosowania analogowego układu scalonego

Istnieją różne przykłady analogowych układów scalonych, takich jak obwody zarządzania energią, wzmacniacze operacyjne i czujniki, które są używane z ciągłymi sygnałami do wykonywania funkcji, takich jak aktywne filtrowanie, dystrybucja mocy dla komponentów z chipem, miksowanie i tak dalej.

Zastosowanie analogowego układu scalonego do aktywnego filtrowania

Konstrukcja analogowego układu scalonego służy do aktywnego filtrowania. Wykorzystuje filtr aktywny lub analogowy filtr elektroniczny aktywne elementy elektroniczne jak wzmacniacze używane do poprawy wydajności i przewidywalności filtra poprzez unikanie nieporęcznego i kosztownego induktora.

Istnieją różne konfiguracje filtra aktywnego (topologia filtru elektronicznego), który obejmuje filtr z kluczem sallena , filtry zmiennych stanu, wiele filtrów sprzężenia zwrotnego i tak dalej.

Zastosowanie analogowego układu scalonego do obwodu zarządzania energią

W projektowaniu analogowych układów scalonych (lub dowolnych układów scalonych) wszystkie komponenty elektryczne i elektroniczne, które są używane i integrowane do projektowania układu scalonego, wymagają zasilania. Ta wymagana moc elektryczna jest rozprowadzana do komponentów układu scalonego za pomocą sieci przewodników zaprojektowanych na chipie. Obwód zarządzania energią obejmuje analizę i projektowanie tego typu sieci (sieci przewodów), które są wykorzystywane do dystrybucji mocy w obwodzie.

Zastosowanie analogowego układu scalonego do miksowania częstotliwości

Mikser częstotliwości nazywany również mikserem (nieliniowy obwód elektryczny) to analogowy układ scalony, który jest używany do mieszania częstotliwości. Mieszanie częstotliwości można zdefiniować jako tworzenie nowej częstotliwości z dwóch różnych sygnałów przyłożonych do obwodu. Są one również używane do przesuwania sygnałów z jednego zakresu częstotliwości do drugiego.

Zastosowanie analogowego układu scalonego jako wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz operacyjny IC 741

Wzmacniacz operacyjny IC 741

Wzmacniacz operacyjny pokazany na powyższym rysunku jest najlepszym podstawowym modułem w projektowaniu analogowych układów scalonych. Istnieją różne typy wzmacniaczy operacyjnych, ale wzmacniacz operacyjny IC 741 jest najczęściej używanym wzmacniaczem operacyjnym w wielu zastosowaniach. Prosta relacja wejście / wyjście (I / O) wzmacniacza operacyjnego jest powodem stosowania wzmacniacza operacyjnego w projektowaniu analogowych układów scalonych.

Obwód oszczędzania energii przez Edgefxkits.com

Obwód oszczędzania energii przez Edgefxkits.com

Projekt oszczędzania energii dla przemysłu i przedsiębiorstw to zastosowanie jednego z projektów analogowych układów scalonych, a mianowicie wzmacniacza operacyjnego IC 741. Aby zmniejszyć straty mocy w przemyśle, do kompensacji współczynnika mocy stosuje się kondensatory bocznikowe. Współczynnik mocy można zdefiniować jako stosunek mocy czynnej lub mocy czynnej do mocy pozornej lub sumę mocy czynnej i reaktywna moc .

Wraz ze spadkiem współczynnika mocy potrzeba więcej energii, aby sprostać zapotrzebowaniu na obciążenie. W ten sposób wydajność spadnie, a koszt (rachunek za energię) wzrośnie. W tym układzie impuls zerowego napięcia i impuls zerowego prądu mają między sobą opóźnienie czasowe, które jest odpowiednio generowane przez obwody wzmacniacza operacyjnego w trybie komparatora. Są one podawane do dwóch pinów przerwań w Mikrokontroler 8051 który wyświetla utratę mocy z powodu obciążenia indukcyjnego na wyświetlaczu LCD.

Schemat blokowy obwodu oszczędzania energii opracowany przez Edgefxkits.com

Schemat blokowy obwodu oszczędzania energii opracowany przez Edgefxkits.com

Napięcie na transformatorze potencjału jest podawane do wzmacniacza operacyjnego działającego jako detektor przejścia przez zero V, a prąd z przekładnika prądowego jest podawany do wzmacniacza operacyjnego działającego jako detektor przejścia przez zero I. Wyjścia tych wzmacniaczy operacyjnych są podawane do Mikrokontroler 8051 który steruje zadziałaniem przekaźników poprzez układ scalony sterownika przekaźnika do podłączenia kondensatorów bocznikowych w obwodzie, aby uzyskać zerową utratę mocy.

Czy znasz zastosowania analogowych układów scalonych? Zapraszam do dzielenia się wiedzą techniczną i wątpliwościami dotyczącymi elektryki i projekty elektroniczne zamieszczając swoje komentarze w sekcji komentarzy poniżej.