Eine integrierte Schaltung wird auch als monolithische integrierte Schaltung bezeichnet. Chip, Mikrochip und IC können als ein Satz von definiert werden elektronische Schaltkreise Mit Millionen von Widerständen sind Kondensatoren, Transistoren und andere Komponenten auf einem Halbleiterwafer oder einer kleinen Platte aus Halbleitermaterial, im Allgemeinen Silizium, integriert. In der Regel ist jedes elektrische und elektronische Gerät, das wir in unserem täglichen Leben verwenden, eine Anwendung von integrierten Schaltkreisen. Obwohl ICs aus mehreren Milliarden Transistoren und anderen Komponenten bestehen, sind sie dennoch kleiner und sehr kompakt. Mit dem Fortschritt in IC-Technologie Die Breite der leitenden Leitung in einer integrierten Schaltung wird auf einige zehn Nanometer reduziert.
Arten von ICs
Es gibt verschiedene Arten von ICs In erster Linie werden ICs in zwei Typen eingeteilt, z. B. analoge integrierte Schaltkreise und digitale integrierte Schaltkreise. In diesem Artikel diskutieren wir als Sonderfall das Design und die Anwendungen von analogen integrierten Schaltkreisen.
Analoge integrierte Schaltkreise
Analoger IC
Analoge integrierte Schaltkreise wurden vor der Erfindung von Mikroprozessoren und anderen softwareabhängigen Entwurfswerkzeugen hauptsächlich unter Verwendung von Handberechnungen und Teilen des Prozesskits entworfen. Zum Entwerfen wird ein analoges Design für integrierte Schaltkreise verwendet Operationsverstärker , Linearregler, Oszillatoren, aktive Filter und Phasenregelkreise. Die Halbleiterparameter wie Verlustleistung, Verstärkung und Widerstand spielen beim Entwurf einer analogen integrierten Schaltung eine größere Rolle.
Analoges Design integrierter Schaltkreise
Der analoge IC-Entwurfsprozess umfasst Systemdesign, Schaltungsentwurf, Komponentendesign, Schaltungssimulationen, Systemsimulationen, Entwurf integrierter Schaltungen, Verbindung, Verifizierung, Herstellung, Geräte-Debug, Schaltungs-Debug, System-Debug. Das digitale IC-Design kann automatisiert werden, aber das analoge Design integrierter Schaltkreise ist sehr schwierig, herausfordernd und kann nicht automatisiert werden.
Das praktische Design einer analogen integrierten Schaltung umfasst die folgenden Schritte:
Entwurfsprozess für analoge integrierte Schaltkreise
Block Level System
In erster Linie werden die Ideen zum Entwerfen eines Entwurfs auf Blockebene für die gewünschte analoge integrierte Schaltung umgesetzt. Verschiedene Blöcke werden entworfen und verbunden, um ein vollständiges Blockebenensystem zu erhalten.
Schaltung auf Komponentenebene
Basierend auf dem Block-Level-System werden verschiedene geeignete Komponenten verwendet und so verbunden, dass sie eine Schaltung auf Komponentenebene bilden. Unter Verwendung dieser Schaltung als Grundschaltung für das analoge IC-Design wird sie zur Simulation verwendet.
Überprüfen der Schaltung auf Komponentenebene
Die Schaltung auf Komponentenebene wird zur Überprüfung verwendet. Dieses Schaltungsdesign wird simuliert und basierend auf den Simulationsergebnissen wird die Schaltung auf Komponentenebene der analogen integrierten Schaltung verifiziert.
Integriertes Schaltungslayout
Nach der Überprüfung der Schaltung auf Komponentenebene der analogen integrierten Schaltung unter Verwendung von Simulationen. Das analoge Layout der integrierten Schaltung wird unter Verwendung der physikalischen Übersetzung entworfen. Somit wird ein analoges integriertes Schaltungslayout entworfen.
Herstellung von IC
Die Herstellung von analogen integrierten Schaltkreisen umfasst mehrere Schritte, beispielsweise das Erzeugen eines Halbleiterwafers unter Verwendung von Halbleitermaterial (oder es kann ein direkter Halbleiterwafer verwendet werden). Anders integrieren elektrische und elektronische Komponenten wie Widerstände, Transistoren usw. auf dem Wafer und Packen des Chips, um das Gehäuse IC zu bilden.
IC testen und debuggen
Die analoge integrierte Schaltung wird dann getestet und getestet, um die Ergebnisse mit den geschätzten Ergebnissen zu überprüfen. Anschließend wird der IC-Prototyp entworfen und zur Charakterisierung der integrierten Schaltung verwendet, und die Auswertungskarte wird zur Bewertung der analogen integrierten Schaltung verwendet.
Analoge integrierte Schaltungskonstruktion für Operationsverstärker
Das Schaltbild auf Komponentenebene eines analogen integrierten Schaltungsdesigns eines Operationsverstärkers IC 741 ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Es besteht aus Widerständen und Transistoren, die auf einem Chip integriert sind.
Komponentenpegeldiagramm des internen Schaltkreises des analogen Operationsverstärkers IC 741
Die farbigen Kästchen stellen dar: Umrissener blau-Differenzverstärker, umrissener Magenta-Spannungsverstärker (umrissene Cyan-Ausgangsstufe und umrissener Grün-Spannungspegel-Shifter) umrissener Cyan- und Grün-Ausgangsverstärker, umrissener Rotstromspiegel.
Anwendungen der analogen integrierten Schaltung
Es gibt verschiedene Beispiele für analoge integrierte Schaltungsdesigns wie Energieverwaltungsschaltungen, Operationsverstärker und Sensoren, die mit kontinuierlichen Signalen zur Ausführung von Funktionen wie aktiver Filterung, Leistungsverteilung für Komponenten mit In-Chip, Mischen usw. verwendet werden.
Anwendung eines analogen IC für die aktive Filterung
Das analoge Design integrierter Schaltkreise wird zur aktiven Filterung verwendet. Aktiver Filter oder analoger elektronischer Filter verwendet aktive Elektronikkomponenten wie Verstärker, die zur Verbesserung der Leistung und Vorhersagbarkeit eines Filters verwendet werden, indem der sperrige und teure Induktor vermieden wird.
Es gibt verschiedene Konfigurationen von aktiven Filtern (elektronische Filtertopologie), einschließlich Sallen-Key-Filter , Zustandsvariablenfilter, Mehrfachrückkopplungsfilter und so weiter.
Anwendung eines analogen IC für die Energieverwaltungsschaltung
Beim analogen Entwurf integrierter Schaltkreise (oder bei integrierten Schaltkreisen) benötigen alle elektrischen und elektronischen Komponenten, die zum Entwurf des integrierten Schaltkreises verwendet und integriert werden, Strom. Diese erforderliche elektrische Energie wird unter Verwendung eines auf dem Chip entworfenen Leiternetzwerks auf die On-Chip-Komponenten verteilt. Die Energieverwaltungsschaltung umfasst die Analyse und den Entwurf dieser Arten von Netzwerken (Netzwerk von Leitern), die zur Verteilung der Energie innerhalb der Schaltung verwendet werden.
Anwendung eines analogen IC zum Frequenzmischen
Der Frequenzmischer, auch als Mischer (nichtlinearer elektrischer Schaltkreis) bezeichnet, ist ein analoges integriertes Schaltungsdesign, das zum Frequenzmischen verwendet wird. Frequenzmischung kann definiert werden als Erzeugen einer neuen Frequenz aus zwei verschiedenen Signalen, die an die Schaltung angelegt werden. Diese werden auch zum Verschieben von Signalen von einem Frequenzbereich zum anderen verwendet.
Anwendung des analogen IC als Operationsverstärker
IC 741 Operationsverstärker
Der in der obigen Abbildung gezeigte Operationsverstärker ist das beste Grundmodul für das Design analoger integrierter Schaltkreise. Es gibt verschiedene Arten von Operationsverstärkern, aber der Operationsverstärker IC 741 wird in vielen Anwendungen am häufigsten als Operationsverstärker verwendet. Die einfache E / A-Beziehung (Input / Output) des Operationsverstärkers ist der Grund für die Verwendung des Operationsverstärkers im Design analoger integrierter Schaltkreise.
Power Saver Circuit von Edgefxkits.com
Das Projekt „Energiesparer für Industrie und gewerbliche Einrichtungen“ ist eine Anwendung eines der analogen integrierten Schaltungsdesigns, nämlich des Operationsverstärkers IC 741. Um den Leistungsverlust in der Industrie zu verringern, werden Shunt-Kondensatoren zur Leistungsfaktorkompensation verwendet. Leistungsfaktor kann definiert werden als das Verhältnis von Wirkleistung oder Wirkleistung zu Scheinleistung oder Summe von Wirkleistung und Blindleistung .
Wenn der Leistungsfaktor abnimmt, wird mehr Energie benötigt, um den Lastbedarf zu decken. Dadurch sinkt die Effizienz und die Kosten (Stromrechnung) steigen. In diesem System haben der Nullspannungsimpuls und der Nullstromimpuls eine Zeitverzögerung zwischen sich, die geeigneterweise von Operationsverstärkerschaltungen im Komparatormodus erzeugt wird. Diese werden den beiden Interrupt-Pins des zugeführt 8051 Mikrocontroller Dies zeigt den Leistungsverlust aufgrund der induktiven Belastung des LCD an.
Stromsparer-Schaltplan von Edgefxkits.com
Die Spannung am Potentialtransformator wird dem als Nulldurchgangsdetektor V wirkenden Operationsverstärker zugeführt, und der Strom am Stromwandler wird dem als Nulldurchgangsdetektor I wirkenden Operationsverstärker zugeführt. Die Ausgänge dieser Operationsverstärker werden dem gegeben 8051 Mikrocontroller Dies steuert die Betätigung von Relais über den Relaistreiber-IC zum Anschließen von Nebenschlusskondensatoren in der Schaltung, um einen Leistungsverlust von Null zu erzielen.
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