Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ονομάζεται επίσης μονολιθικό ολοκληρωμένο κύκλωμα, τσιπ, μικροτσίπ και το IC μπορεί να οριστεί ως ένα σύνολο ηλεκτρονικά κυκλώματα με εκατομμύρια αντιστάσεις, πυκνωτές, τρανζίστορ και άλλα εξαρτήματα είναι ενσωματωμένα σε γκοφρέτα ημιαγωγών ή σε μικρή πλάκα υλικού ημιαγωγών, γενικά πυριτίου. Συνήθως, κάθε ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό gadget που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή είναι μια εφαρμογή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Παρόλο που τα IC αποτελούνται από αρκετά δισεκατομμύρια τρανζίστορ και άλλα εξαρτήματα, αλλά εξακολουθούν να είναι μικρότερα σε μέγεθος, πολύ συμπαγή. Με την πρόοδο στο Τεχνολογία IC το πλάτος της αγωγού σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα μειώνεται σε δεκάδες νανόμετρα.
Τύποι IC
Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι IC Κατά κύριο λόγο τα IC ταξινομούνται σε δύο τύπους, όπως αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα και ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα. Σε αυτό το άρθρο ως ειδική περίπτωση συζητάμε για σχεδιασμό και εφαρμογές αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
Αναλογικό IC
Τα αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα σχεδιάστηκαν κυρίως χρησιμοποιώντας υπολογισμούς χεριών και εξαρτήματα κιτ επεξεργασίας πριν από την εφεύρεση μικροεπεξεργαστών και άλλων εργαλείων σχεδιασμού που εξαρτώνται από λογισμικό. Ο σχεδιασμός αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό λειτουργικοί ενισχυτές , γραμμικοί ρυθμιστές, ταλαντωτές, ενεργά φίλτρα και βρόχοι κλειδώματος φάσης. Οι παράμετροι ημιαγωγών, όπως η απόρριψη ισχύος, το κέρδος και η αντίσταση ασχολούνται περισσότερο με το σχεδιασμό αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Αναλογικός σχεδιασμός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Η διαδικασία αναλογικού σχεδιασμού IC περιλαμβάνει σχεδιασμό συστήματος, σχεδιασμό κυκλώματος, σχεδιασμός εξαρτημάτων, προσομοιώσεις κυκλωμάτων, προσομοιώσεις συστήματος, σχεδιασμός διάταξης ολοκληρωμένου κυκλώματος, διασύνδεση, επαλήθευση, κατασκευή, εντοπισμός σφαλμάτων συσκευής, εντοπισμός κυκλώματος, σύστημα εντοπισμού σφαλμάτων. Ο ψηφιακός σχεδιασμός IC μπορεί να αυτοματοποιηθεί, αλλά ο σχεδιασμός αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι πολύ δύσκολος, απαιτητικός και δεν μπορεί να αυτοματοποιηθεί.
Ο πρακτικός σχεδιασμός αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:
Διαδικασία σχεδιασμού αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Σύστημα επιπέδου μπλοκ
Κατά κύριο λόγο, οι ιδέες εφαρμόζονται για το σχεδιασμό σχεδιασμού επιπέδου μπλοκ για το επιθυμητό αναλογικό ολοκληρωμένο κύκλωμα. Διαφορετικά μπλοκ έχουν σχεδιαστεί και συνδεθεί για να αποκτήσουν ένα πλήρες σύστημα επιπέδου μπλοκ.
Κύκλωμα επιπέδου συστατικών
Με βάση το σύστημα στάθμης μπλοκ, χρησιμοποιούνται διαφορετικά κατάλληλα εξαρτήματα και συνδέονται έτσι ώστε να σχηματίζουν κύκλωμα στάθμης εξαρτήματος. Χρησιμοποιώντας αυτό το κύκλωμα ως βασικό κύκλωμα για αναλογικό σχεδιασμό IC, χρησιμοποιείται για προσομοίωση.
Επαλήθευση κυκλώματος επιπέδου στοιχείου
Το κύκλωμα στάθμης εξαρτήματος χρησιμοποιείται για επαλήθευση. Αυτός ο σχεδιασμός κυκλώματος προσομοιώνεται και με βάση τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, επαληθεύεται το κύκλωμα στάθμης εξαρτήματος του αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Ολοκληρωμένη διάταξη κυκλώματος
Μετά την επαλήθευση του κυκλώματος επιπέδου συνιστωσών αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις. Η αναλογική ολοκληρωμένη διάταξη κυκλώματος έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τη φυσική μετάφραση. Έτσι, σχεδιάζεται μια αναλογική διάταξη ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Κατασκευή IC
Η κατασκευή αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων περιλαμβάνει διάφορα στάδια, όπως η δημιουργία γκοφρετών ημιαγωγών χρησιμοποιώντας υλικό ημιαγωγών (ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα γκοφρέτα ημιαγωγών). Ενσωμάτωση διαφορετικών ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως αντιστάσεις, τρανζίστορ κ.λπ. στη γκοφρέτα και συσκευάζοντας το τσιπ για να σχηματίσουμε το πακέτο IC.
Δοκιμή και εντοπισμός σφαλμάτων IC
Το αναλογικό ολοκληρωμένο κύκλωμα δοκιμάζεται και διορθώνεται για τυχόν έλεγχο των αποτελεσμάτων με τα εκτιμώμενα αποτελέσματα. Στη συνέχεια, το πρωτότυπο IC σχεδιάζεται και χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό του ολοκληρωμένου κυκλώματος και ο πίνακας αξιολόγησης χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση του αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Σχεδιασμός αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος λειτουργικού ενισχυτή
Το διάγραμμα κυκλώματος επιπέδου συστατικού ενός αναλογικού σχεδιασμού ολοκληρωμένου κυκλώματος του λειτουργικού ενισχυτή IC 741 φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αποτελείται από αντιστάσεις και τρανζίστορ ενσωματωμένα σε ένα τσιπ.
Διάγραμμα επιπέδου συνιστωσών του εσωτερικού κυκλώματος αναλογικού IC 741 Op-Amp
Τα χρωματιστά κουτιά αντιπροσωπεύουν: περιγραμμένο ενισχυτή μπλε-διαφορικού, ενισχυμένο ενισχυτή τάσης ματζέντα, (περιγραμμένο στάδιο εξόδου κυανό και μετατόπιση στάθμης πράσινης τάσης) περιγραμμένο ενισχυτή κυανό και πράσινης εξόδου, περίγραμμα καθρέφτη κόκκινου ρεύματος.
Εφαρμογές αναλογικού ολοκληρωμένου κυκλώματος
Υπάρχουν διαφορετικά παραδείγματα για αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπως κυκλώματα διαχείρισης ισχύος, ενισχυτές λειτουργίας και αισθητήρες που χρησιμοποιούνται με συνεχή σήματα για την εκτέλεση λειτουργιών όπως ενεργό φιλτράρισμα, διανομή ισχύος για εξαρτήματα με τσιπ, μίξη και ούτω καθεξής.
Εφαρμογή αναλογικού IC για ενεργό φιλτράρισμα
Ο αναλογικός σχεδιασμός ολοκληρωμένου κυκλώματος χρησιμοποιείται για ενεργό φιλτράρισμα. Το ενεργό φίλτρο ή το αναλογικό ηλεκτρονικό φίλτρο χρησιμοποιεί ενεργά ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως ενισχυτές που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της απόδοσης και της προβλεψιμότητας ενός φίλτρου, αποφεύγοντας τον ογκώδη και ακριβό επαγωγέα.
Υπάρχουν διαφορετικές διαμορφώσεις του ενεργού φίλτρου (ηλεκτρονική τοπολογία φίλτρου) που περιλαμβάνει φίλτρο κλειδιού sallen , κατάσταση φίλτρων μεταβλητών, πολλαπλά φίλτρα ανατροφοδότησης και ούτω καθεξής.
Εφαρμογή αναλογικού IC για κύκλωμα διαχείρισης ισχύος
Σε αναλογικό σχεδιασμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (ή οποιαδήποτε ολοκληρωμένα κυκλώματα), όλα τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται και ενσωματώνονται για το σχεδιασμό του ολοκληρωμένου κυκλώματος απαιτούν ισχύ. Αυτή η απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύς κατανέμεται στα εξαρτήματα on chip χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο αγωγών σχεδιασμένων σε chip. Το κύκλωμα διαχείρισης ισχύος περιλαμβάνει ανάλυση και σχεδιασμό αυτών των τύπων δικτύων (δίκτυο αγωγών) που χρησιμοποιούνται για τη διανομή ισχύος εντός του κυκλώματος.
Εφαρμογή αναλογικού IC για συχνότητα ανάμειξης
Ο αναμίκτης συχνότητας που ονομάζεται επίσης μίκτης (μη γραμμικό ηλεκτρικό κύκλωμα) είναι ένας αναλογικός σχεδιασμός ολοκληρωμένου κυκλώματος που χρησιμοποιείται για ανάμιξη συχνότητας. Η ανάμιξη συχνότητας μπορεί να οριστεί ως δημιουργία νέας συχνότητας από δύο διαφορετικά σήματα που εφαρμόζονται στο κύκλωμα. Αυτά χρησιμοποιούνται επίσης για μετατόπιση σημάτων από ένα εύρος συχνότητας σε άλλο.
Εφαρμογή του Analog IC ως λειτουργικού ενισχυτή
IC 741 Op-Amp
Ο λειτουργικός ενισχυτής που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα είναι η καλύτερη θεμελιώδης μονάδα στον σχεδιασμό αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι λειτουργικών ενισχυτών, αλλά το IC 741 Op-Amp χρησιμοποιείται πιο συχνά λειτουργικός ενισχυτής σε πολλές εφαρμογές. Η απλή σχέση εισόδου / εξόδου (I / O) του op-amp είναι ο λόγος πίσω από τη χρήση op-amp στον σχεδιασμό αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Κύκλωμα εξοικονόμησης ενέργειας από το Edgefxkits.com
Η εξοικονόμηση ενέργειας για έργα βιομηχανικών και εμπορικών εγκαταστάσεων είναι μια εφαρμογή ενός από τα αναλογικά ολοκληρωμένα σχέδια κυκλωμάτων, δηλαδή το IC 741 op-amp. Για τη μείωση της απώλειας ισχύος στις βιομηχανίες χρησιμοποιούνται πυκνωτές shunt για την παροχή αντιστάθμισης συντελεστή ισχύος. Συντελεστής ισχύος μπορεί να οριστεί ως ο λόγος πραγματικής ισχύος ή ενεργού προς φαινόμενη ισχύ ή άθροισμα ενεργού και δύναμη αντίδρασης .
Καθώς ο συντελεστής ισχύος μειώνεται, απαιτείται περισσότερη ενέργεια για την κάλυψη της ζήτησης φορτίου. Έτσι, η απόδοση θα μειωθεί και το κόστος (λογαριασμός ισχύος) θα αυξηθεί. Σε αυτό το σύστημα, ο παλμός μηδενικής τάσης και ο παλμός μηδενικού ρεύματος έχουν χρονική υστέρηση μεταξύ τους, η οποία δημιουργείται κατάλληλα από λειτουργικά κυκλώματα ενισχυτή σε λειτουργία σύγκρισης. Αυτά τροφοδοτούνται στους δύο ακροδέκτες του 8051 μικροελεγκτής που εμφανίζει την απώλεια ισχύος λόγω επαγωγικού φορτίου στην οθόνη LCD.
Διάγραμμα αποκλεισμού κυκλώματος εξοικονόμησης ενέργειας από το Edgefxkits.com
Η τάση στον πιθανό μετασχηματιστή τροφοδοτείται στον λειτουργικό ενισχυτή που λειτουργεί ως ανιχνευτής V μηδενικής διέλευσης και το ρεύμα στον τρέχοντα μετασχηματιστή τροφοδοτείται στον λειτουργικό ενισχυτή που λειτουργεί ως ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης Ι. Οι έξοδοι αυτών των λειτουργικών ενισχυτών δίδονται στον 8051 μικροελεγκτής το οποίο ελέγχει την ενεργοποίηση των ρελέ μέσω του IC του προγράμματος οδήγησης ρελέ για τη σύνδεση πυκνωτών διακλάδωσης στο κύκλωμα για μηδενική απώλεια ισχύος.
Γνωρίζετε εφαρμογές αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων; Μη διστάσετε να μοιραστείτε τις τεχνικές σας γνώσεις και αμφιβολίες σχετικά με το ηλεκτρικό και έργα ηλεκτρονικής δημοσιεύοντας τα σχόλιά σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
