Integrovaný obvod sa tiež nazýva ako monolitický integrovaný obvod, čip, mikročip a IC možno definovať ako množinu elektronické obvody s miliónmi odporov, kondenzátorov, tranzistorov a ďalších komponentov sú integrované na polovodičovej doštičke alebo na malej doštičke z polovodičového materiálu, zvyčajne kremíka. Každý elektrický a elektronický prístroj, ktorý používame v každodennom živote, je zvyčajne aplikáciou integrovaných obvodov. Aj keď integrované obvody pozostávajú z niekoľkých miliárd tranzistorov a ďalších komponentov, sú stále menšie, veľmi kompaktné. S pokrokom v IC technológia šírka vodivého vedenia v integrovanom obvode sa zníži na desiatky nanometrov.
Typy integrovaných obvodov
Existujú rôzne typy integrovaných obvodov primárne integrované obvody sa klasifikujú do dvoch typov, napríklad na analógové integrované obvody a digitálne integrované obvody. V tomto článku ako špeciálny prípad diskutujeme o dizajne a aplikáciách analógových integrovaných obvodov.
Analógové integrované obvody
Analógový IC
Analógové integrované obvody boli primárne navrhnuté pomocou ručných výpočtov a častí procesnej súpravy pred vynálezom mikroprocesorov a iných softvérových nástrojov závislých od návrhu. Na návrh sa používa návrh analógového integrovaného obvodu operačné zosilňovače , lineárne regulátory, oscilátory, aktívne filtre a slučky fázového zámku. Pri navrhovaní analógových integrovaných obvodov sa viac zaoberajú polovodičové parametre, ako sú strata výkonu, zisk a odpor.
Dizajn analógového integrovaného obvodu
Proces návrhu analógového integrovaného obvodu obsahuje návrh systému, návrh obvodu, návrh komponentu, simulácie obvodov, simulácie systému, návrh usporiadania integrovaného obvodu, vzájomné prepojenie, overenie, výroba, ladenie zariadenia, ladenie obvodu, ladenie systému. Návrh digitálneho integrovaného obvodu je možné automatizovať, ale návrh analógových integrovaných obvodov je veľmi ťažký, náročný a nemožno ho automatizovať.
Praktický dizajn analógového integrovaného obvodu zahŕňa nasledujúce kroky:
Proces návrhu analógového integrovaného obvodu
Systém blokovej úrovne
Primárne sú implementované nápady pre návrh dizajnu blokovej úrovne pre požadovaný analógový integrovaný obvod. Na získanie kompletného systému na úrovni blokov sú navrhnuté a spojené rôzne bloky.
Obvod úrovne komponentov
Na základe systému na úrovni blokov sa používajú a spájajú rôzne vhodné komponenty tak, aby vytvorili obvod na úrovni komponentov. Tento obvod sa používa ako základný obvod pre návrh analógového integrovaného obvodu a používa sa na simuláciu.
Overuje sa obvod na úrovni komponentov
Na overenie sa používa obvod na úrovni komponentov. Tento návrh obvodu je simulovaný a na základe výsledkov simulácií je overený obvod na úrovni komponentov analógového integrovaného obvodu.
Rozloženie integrovaného obvodu
Po overení obvodu úrovne komponentu analógového integrovaného obvodu pomocou simulácií. Rozloženie analógových integrovaných obvodov je navrhnuté pomocou fyzického prekladu. Je teda navrhnuté analógové usporiadanie integrovaných obvodov.
Výroba IC
Výroba analógových integrovaných obvodov zahŕňa niekoľko krokov, napríklad vytvorenie polovodičovej doštičky pomocou polovodičového materiálu (alebo možno použiť priamo polovodičovú doštičku). Integrácia rôznych elektrické a elektronické komponenty ako sú rezistory, tranzistory atď. na oblátke a balenie čipu do formy obalu IC.
Testovanie a ladenie IC
Analógový integrovaný obvod je potom testovaný a odladený kvôli akejkoľvek kontrole výsledkov s odhadovanými výsledkami. Potom je navrhnutý a použitý prototyp IC na charakterizáciu integrovaného obvodu a vyhodnocovacia doska je použitá na vyhodnotenie analógového integrovaného obvodu.
Návrh analógového integrovaného obvodu operačného zosilňovača
Schéma zapojenia na úrovni komponentov konštrukcie analógového integrovaného obvodu operačného zosilňovača IC 741 je znázornená na obrázku nižšie. Skladá sa z rezistorov a tranzistorov integrovaných do čipu.
Schéma úrovne komponentov analógového integrovaného obvodu IC 741 Op-Amp
Farebné polia predstavujú: načrtnutý modro-diferenciálny zosilňovač, načrtnutý zosilňovač purpurového napätia (načrtnutý azúrový výstupný stupeň a naznačený posúvač úrovne zeleného napätia) načrtnutý azúrový a zelený výstupný zosilňovač, načrtnuté zrkadlo červeného prúdu.
Aplikácie analógových integrovaných obvodov
Existujú rôzne príklady návrhov analógových integrovaných obvodov, ako sú obvody na správu napájania, operačné zosilňovače a snímače, ktoré sa používajú so spojitými signálmi na vykonávanie funkcií, ako je aktívne filtrovanie, distribúcia energie pre súčasti, čipy, miešanie atď.
Aplikácia analógového IC na aktívne filtrovanie
Pre aktívne filtrovanie sa používa dizajn analógového integrovaného obvodu. Využíva sa aktívny filter alebo analógový elektronický filter aktívne súčasti elektroniky ako zosilňovače používané na zlepšenie výkonu a predvídateľnosti filtra vylúčením objemného a drahého induktora.
Existujú rôzne konfigurácie aktívneho filtra (topológia elektronického filtra), ktorý obsahuje filter sallen-key , uviesť premenné filtre, viacnásobné filtre spätnej väzby atď.
Aplikácia analógového integrovaného obvodu pre obvod riadenia napájania
V dizajne analógových integrovaných obvodov (alebo v akýchkoľvek integrovaných obvodoch) vyžadujú všetky elektrické a elektronické komponenty, ktoré sa používajú a integrujú sa na návrh integrovaného obvodu, napájanie. Táto požadovaná elektrická energia sa distribuuje do komponentov čipu pomocou siete vodičov navrhnutých na čipe. Obvod riadenia napájania zahŕňa analýzu a návrh týchto typov sietí (sieť vodičov), ktoré sa používajú na distribúciu energie v obvode.
Aplikácia analógového IC na frekvenčné miešanie
Frekvenčný mixér nazývaný tiež mixér (nelineárny elektrický obvod) je analógový dizajn integrovaného obvodu, ktorý sa používa na frekvenčné miešanie. Frekvenčné miešanie možno definovať ako vytvorenie novej frekvencie z dvoch rôznych signálov privádzaných do obvodu. Používajú sa tiež na posúvanie signálov z jedného rozsahu frekvencie do druhého.
Aplikácia analógového IC ako operačného zosilňovača
IC 741 Op-Amp
Operačný zosilňovač zobrazený na vyššie uvedenom obrázku je najlepším základným modulom v prevedení analógových integrovaných obvodov. Existujú rôzne typy operačných zosilňovačov, ale operačný zosilňovač IC 741 Op-Amp sa najčastejšie používa v mnohých aplikáciách. Vzťah jednoduchého vstupu / výstupu (I / O) operačného zosilňovača je dôvodom použitia operačného zosilňovača v dizajne analógových integrovaných obvodov.
Okruh šetriča energie od Edgefxkits.com
Projekt úspory energie pre priemyselné a obchodné podniky je aplikáciou jedného z návrhov analógových integrovaných obvodov, konkrétne operačného zosilňovača IC 741. Na zníženie straty energie v priemyselných odvetviach sa na kompenzáciu účinníka používajú skratové kondenzátory. Účinník možno definovať ako pomer skutočného výkonu alebo činného k zdanlivému výkonu alebo súčet aktívnych a jalový výkon .
Keď výkonový faktor klesá, je potrebných viac energie na uspokojenie požiadavky na zaťaženie. Účinnosť sa tak zníži a náklady (účet za elektrinu) sa zvýšia. V tomto systéme majú impulz nulového napätia a impulz nulového prúdu medzi nimi časový odstup, ktorý je vhodne generovaný obvodmi operačného zosilňovača v komparačnom režime. Tieto sú napájané do dvoch prerušovacích kolíkov Mikrokontrolér 8051 ktorý zobrazuje stratu výkonu v dôsledku indukčnej záťaže na LCD displeji.
Obvodový blokový diagram šetriča energie od Edgefxkits.com
Napätie v potenciálovom transformátore sa privádza do operačného zosilňovača fungujúceho ako detektor prechodu nulou V a prúd v prúdovom transformátore sa privádza do operačného zosilňovača fungujúceho ako detektor prechodu nulou I. Výstupy týchto operačných zosilňovačov sa odovzdávajú Mikrokontrolér 8051 ktorá riadi aktiváciu relé prostredníctvom relé budiča IC na pripojenie bočníkových kondenzátorov v obvode tak, aby sa dosiahla nulová strata výkonu.
Poznáte aplikácie analógových integrovaných obvodov? Neváhajte a podeľte sa o svoje technické znalosti a pochybnosti týkajúce sa elektrických a projekty elektroniky uverejnením vašich komentárov v sekcii komentárov nižšie.
