Dizajn i primjena analognih integriranih krugova

Dizajn i primjena analognih integriranih krugova

Integrirani krug se naziva i monolitni integrirani krug, čip, mikročip i IC mogu se definirati kao skup elektronički sklopovi s milijunima otpornika, kondenzatori, tranzistori i druge komponente integrirani su na poluvodičkoj pločici ili maloj pločici od poluvodičkog materijala, općenito silicija. Obično je svaki električni i elektronički uređaj koji koristimo u svakodnevnom životu aplikacija integriranih sklopova. Iako se IC-ovi sastoje od nekoliko milijardi tranzistora i drugih komponenata, ali ipak su manje veličine, vrlo kompaktni. S napredovanjem u IC tehnologija širina vodljive crte u integriranom krugu smanjena je na desetke nanometara.



Vrste IC

Vrste IC

Tamo su različite vrste IC-a prije svega IC se klasificiraju u dvije vrste kao što su analogni integrirani krugovi i digitalni integrirani krugovi. U ovom ćemo članku kao poseban slučaj razgovarati o dizajnu i primjenama analognih integriranih krugova.






Analogni integrirani krugovi

Analogna IC

Analogna IC

Analogni integrirani sklopovi prvenstveno su dizajnirani pomoću ručnih izračuna i dijelova procesnih kompleta prije izuma mikroprocesora i ostalih softverski ovisnih alata za dizajn. Za projektiranje se koristi analogni dizajn integriranog kruga operativna pojačala , linearni regulatori, oscilatori, aktivni filtri i fazno zaključane petlje. Parametri poluvodiča kao što su rasipanje snage, pojačanje i otpor više se brinu pri projektiranju analognog integriranog kruga.



Dizajn analognog integriranog kruga

Proces dizajniranja analognih IC uključuje dizajn sustava, dizajn sklopa, dizajn komponenata, simulacije sklopova, simulacije sustava, dizajn rasporeda integriranih sklopova, međusobno povezivanje, provjeru, izradu, ispravljanje pogrešaka uređaja, otklanjanje pogrešaka u krugovima, ispravljanje pogrešaka sustava. Digitalni IC dizajn može se automatizirati, ali dizajn analognih integriranih sklopova vrlo je težak, izazovan i ne može se automatizirati.

Praktični dizajn analognog integriranog kruga uključuje sljedeće korake:

Proces dizajniranja analognih integriranih krugova

Proces dizajniranja analognih integriranih krugova

Sustav na razini bloka

Primarno se provode ideje za projektiranje dizajna na razini bloka za željeni analogni integrirani krug. Različiti blokovi su dizajnirani i povezani kako bi se dobio cjelovit sustav na razini bloka.


Krug na razini komponente

Na temelju sustava na razini bloka koriste se i povezuju različite prikladne komponente tako da tvore krug na razini komponente. Koristeći ovaj krug kao osnovni sklop za analogni IC dizajn, koristi se za simulaciju.

Provjera sklopa na razini komponente

Za provjeru se koristi sklop na razini komponente. Ovaj dizajn sklopa simuliran je i na temelju rezultata simulacija provjeren je sklop na razini komponente analognog integriranog kruga.

Izgled integriranog kruga

Nakon provjere sklopa na razini komponente analognog integriranog kruga pomoću simulacija. Izgled analognog integriranog kruga dizajniran je pomoću fizičkog prijevoda. Dakle, dizajniran je analogni izgled integriranog kruga.

Izrada IC

Izrada analognih integriranih krugova uključuje nekoliko koraka, poput stvaranja poluvodičke pločice pomoću poluvodičkog materijala (ili se može koristiti izravno poluvodička pločica). Integriranje različitih električne i elektroničke komponente kao što su otpornici, tranzistori itd. na oblatni i pakiranje čipa u obliku IC paketa.

Testiranje i otklanjanje pogrešaka u IC-u

Zatim se analogni integrirani krug testira i otklanja pogreške radi provjere rezultata s procijenjenim rezultatima. Tada se IC prototip dizajnira i koristi za karakterizaciju integriranog kruga, a ploča za procjenu koristi se za ocjenu analognog integriranog kruga.

Dizajn analognog integriranog kruga operativnog pojačala

Shema sklopa na razini komponente analognog dizajna integriranog kruga operativnog pojačala IC 741 prikazana je na donjoj slici. Sastoji se od otpornika i tranzistora integriranih na čipu.

Dijagram razine komponente analognog unutarnjeg kruga optičkog pojačala IC 741

Dijagram razine komponente analognog unutarnjeg kruga optičkog pojačala IC 741

Okviri u boji predstavljaju: ocrtano plavo-diferencijalno pojačalo, ocrtano magenta-naponsko pojačalo, (ocrtani cijan-izlazni stupanj i ocrtani zeleno-naponski mjenjač razine) ocrtano cijan i zeleno-izlazno pojačalo, obrubljeno zrcalo crvene struje.

Primjene analognog integriranog kruga

Postoje različiti primjeri za izvedbe analognih integriranih krugova kao što su sklopovi za upravljanje snagom, operativna pojačala i senzori koji se koriste s neprekidnim signalima za obavljanje funkcija poput aktivnog filtriranja, raspodjele snage za komponente s čipom, miješanje itd.

Primjena analogne IC za aktivno filtriranje

Analogni dizajn integriranog kruga koristi se za aktivno filtriranje. Koristi se aktivni filtar ili analogni elektronički filtar aktivne elektroničke komponente poput pojačala koja se koriste za poboljšanje performansi i predvidljivosti filtra izbjegavanjem glomaznog i skupog induktora.

Postoje različite konfiguracije aktivnog filtra (elektronička topologija filtra) koja uključuje filter sa sallen-ključem , filtri varijabli stanja, filtri s više povratnih informacija i tako dalje.

Primjena analogne IC za krug za upravljanje napajanjem

U dizajnu analognog integriranog kruga (ili bilo kojeg integriranog kruga), sve električne i elektroničke komponente koje se koriste i integriraju za dizajn integriranog kruga zahtijevaju snagu. Ova potrebna električna snaga raspoređuje se na dijelove čipa pomoću mreže vodiča dizajniranih na čipu. Sklop za upravljanje napajanjem uključuje analizu i dizajn ovih vrsta mreža (mreža vodiča) koje se koriste za raspodjelu snage unutar kruga.

Primjena analognog IC-a za miješanje frekvencija

Frekvencijski mikser koji se naziva i mikser (nelinearni električni krug) analogni je dizajn integriranog kruga koji se koristi za miješanje frekvencija. Miješanje frekvencija može se definirati kao stvaranje nove frekvencije od dva različita signala primijenjena na krug. Oni se također koriste za prebacivanje signala iz jednog frekvencijskog područja u drugi.

Primjena analognog IC-a kao operacijskog pojačala

IC 741 Op-pojačalo

IC 741 Op-pojačalo

Operacijsko pojačalo prikazano na gornjoj slici najbolji je temeljni modul u dizajnu analognih integriranih krugova. Postoje različite vrste operativnih pojačala, ali IC 741 Op-Amp je najčešće korišteno operativno pojačalo u mnogim aplikacijama. Jednostavan odnos ulaza / izlaza (I / O) op-pojačala razlog je korištenja op-pojačala u dizajnu analognih integriranih krugova.

Krug uštede energije tvrtke Edgefxkits.com

Krug uštede energije tvrtke Edgefxkits.com

Ušteda energije za projekt industrije i komercijalnih ustanova aplikacija je jednog od analognih dizajna integriranih sklopova, naime IC 741 op-amp. Da bi se smanjio gubitak snage u industriji, kondenzatori sa skretnicom koriste se za pružanje kompenzacije faktora snage. Faktor snage može se definirati kao omjer stvarne ili aktivne snage prema prividnoj snazi ​​ili zbroj aktivne i jalova snaga .

Kako se faktor snage smanjuje, potrebno je više energije kako bi se zadovoljila potreba za opterećenjem. Tako će se učinkovitost smanjiti, a trošak (račun za struju) povećati. U ovom sustavu impuls nultog napona i impuls nulte struje imaju vremensko kašnjenje između sebe, što je prikladno generirano krugovima operativnog pojačala u usporednom načinu. Oni se napajaju na dvije prekidačke iglice 8051 mikrokontroler koji prikazuje gubitak snage uslijed induktivnog opterećenja na LCD-u.

Blok shema uštede energije, Edgefxkits.com

Blok shema uštede energije, Edgefxkits.com

Napon na potencijalnom transformatoru dovodi se na operacijsko pojačalo koje djeluje kao detektor prelaska nule V, a struja na strujnom transformatoru napaja se na operacijsko pojačalo koje djeluje kao detektor prelaska nule I. Izlazi ovih operativnih pojačala daju se na 8051 mikrokontroler koji kontrolira aktiviranje releja preko upravljačkog programa releja IC za povezivanje kondenzatora ranžiranja u krug radi nultog gubitka snage.

Znate li primjenu analognih integriranih krugova? Slobodno podijelite svoje tehničko znanje i sumnje u vezi s električnim i elektronički projekti objavljivanjem svojih komentara u odjeljku za komentare u nastavku.