Een geïntegreerd circuit wordt ook wel monolithisch geïntegreerd circuit genoemd, chip, microchip en IC kunnen worden gedefinieerd als een set van elektronische schakelingen met miljoenen weerstanden zijn condensatoren, transistors en andere componenten geïntegreerd op een halfgeleiderwafel of een plaatje van halfgeleidermateriaal, meestal silicium. Typisch, elke elektrische en elektronische gadget die we in ons dagelijks leven gebruiken, is een toepassing van geïntegreerde circuits. Ook al bestaan IC's uit enkele miljarden transistors en andere componenten, maar toch zijn ze kleiner en zeer compact. Met de vooruitgang in IC-technologie de breedte van de geleidende lijn in een geïntegreerde schakeling wordt teruggebracht tot tientallen nanometers.
Soorten IC's
Er zijn verschillende soorten IC's voornamelijk IC's worden ingedeeld in twee typen, zoals analoge geïntegreerde schakelingen en digitale geïntegreerde schakelingen. In dit artikel bespreken we als een speciaal geval het ontwerp en de toepassingen van analoge geïntegreerde schakelingen.
Analoge geïntegreerde schakelingen
Analoge IC
Analoge geïntegreerde schakelingen werden in de eerste plaats ontworpen met handberekeningen en proceskitonderdelen vóór de uitvinding van microprocessors en andere software-afhankelijke ontwerptools. Analoog geïntegreerd circuitontwerp wordt gebruikt voor het ontwerpen operationele versterkers , lineaire regelaars, oscillatoren, actieve filters en fasevergrendelde lussen. De halfgeleiderparameters zoals vermogensdissipatie, versterking en weerstand zijn meer betrokken bij het ontwerpen van een analoge geïntegreerde schakeling.
Analoog Integrated Circuit Design
Het analoge IC-ontwerpproces omvat systeemontwerp, circuitontwerp, componentontwerp, circuitsimulaties, systeemsimulaties, ontwerp van geïntegreerde schakelingen, interconnectie, verificatie, fabricage, apparaatdebug, circuitdebug, systeemdebug. Digitaal IC-ontwerp kan worden geautomatiseerd, maar het ontwerp van analoge geïntegreerde schakelingen is erg moeilijk, uitdagend en kan niet worden geautomatiseerd.
Het praktische ontwerp van een analoog geïntegreerd circuit omvat de volgende stappen:
Analoog Integrated Circuit Design Process
Block Level-systeem
In de eerste plaats worden de ideeën geïmplementeerd voor het ontwerpen van blokniveau-ontwerp voor de gewenste analoge geïntegreerde schakeling. Verschillende blokken zijn ontworpen en verbonden om een compleet blokniveausysteem te verkrijgen.
Component Level Circuit
Op basis van het blokniveausysteem worden verschillende geschikte componenten gebruikt en zodanig aangesloten dat een componentniveau-schakeling wordt gevormd. Door dit circuit te gebruiken als het basiscircuit voor analoog IC-ontwerp, wordt het gebruikt voor simulatie.
Circuit op componentniveau controleren
Het componentniveau-circuit wordt gebruikt voor verificatie. Dit circuitontwerp wordt gesimuleerd en op basis van de simulatieresultaten wordt het componentniveau-circuit van de analoge geïntegreerde schakeling geverifieerd.
Geïntegreerde schakeling
Na de verificatie van componentniveau-schakeling van analoge geïntegreerde schakeling met behulp van simulaties. De analoge lay-out van geïntegreerde schakelingen is ontworpen met behulp van de fysieke vertaling. Aldus wordt een analoge geïntegreerde schakelingslay-out ontworpen.
Fabricage van IC
Fabricage van analoge geïntegreerde schakelingen omvat verschillende stappen, zoals het maken van een halfgeleiderwafel met behulp van halfgeleidermateriaal (of er kan direct halfgeleiderwafel worden gebruikt). Anders integreren elektrische en elektronische componenten zoals weerstanden, transistors, enz. op de wafer en verpakken van de chip om pakket-IC te vormen.
IC testen en debuggen
De analoge geïntegreerde schakeling wordt vervolgens getest en gedebugd om de resultaten met de geschatte resultaten te controleren. Vervolgens wordt het IC-prototype ontworpen en gebruikt voor het karakteriseren van de geïntegreerde schakeling en wordt het evaluatiebord gebruikt voor het evalueren van de analoge geïntegreerde schakeling.
Operationele versterker Analog Integrated Circuit Design
Het schakelschema op componentniveau van een analoog geïntegreerd circuitontwerp van de operationele versterker van IC 741 wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. Het bestaat uit weerstanden en transistoren die op een chip zijn geïntegreerd.
Component Level Diagram van Analog IC 741 Op-Amp Internal Circuit
De gekleurde vakken vertegenwoordigen: geschetste blauwe differentiële versterker, geschetste magenta-spanningsversterker, (geschetste cyaan-uitgangstrap en geschetste groene spanningsniveauverschuiver) geschetste cyaan en groen-uitgangsversterker, geschetste rood-stroomspiegel.
Toepassingen van analoge geïntegreerde schakelingen
Er zijn verschillende voorbeelden voor analoge geïntegreerde schakelingsontwerpen zoals stroombeheercircuits, operationele versterkers en sensoren die worden gebruikt met continue signalen voor het uitvoeren van functies zoals actieve filtering, stroomverdeling voor componenten met in-chip, mixen, enzovoort.
Toepassing van analoge IC voor actieve filtering
Analoog geïntegreerd circuitontwerp wordt gebruikt voor actieve filtering. Gebruikt actief filter of analoog elektronisch filter actieve elektronische componenten zoals versterkers die worden gebruikt voor het verbeteren van de prestaties en voorspelbaarheid van een filter door de omvangrijke en dure inductor te vermijden.
Er zijn verschillende configuraties van actief filter (elektronische filtertopologie) waaronder sallen-key filter , toestandsvariabele filters, meerdere feedbackfilters enzovoort.
Toepassing van analoge IC voor stroombeheercircuit
Bij het ontwerpen van analoge geïntegreerde schakelingen (of andere geïntegreerde schakelingen), hebben alle elektrische en elektronische componenten die worden gebruikt en geïntegreerd om de geïntegreerde schakeling te ontwerpen stroom nodig. Dit vereiste elektrische vermogen wordt gedistribueerd naar de componenten op de chip met behulp van een netwerk van geleiders die op de chip zijn ontworpen. Energiebeheercircuit omvat analyse en ontwerp van dit soort netwerken (netwerk van geleiders) die worden gebruikt voor het verdelen van stroom binnen het circuit.
Toepassing van analoge IC voor frequentiemixing
De frequentiemixer, ook wel mixer genoemd (niet-lineair elektrisch circuit), is een analoog geïntegreerd circuitontwerp dat wordt gebruikt voor frequentiemenging. Frequentiemenging kan worden gedefinieerd als het creëren van een nieuwe frequentie van twee verschillende signalen die op het circuit worden toegepast. Deze worden ook gebruikt voor het verschuiven van signalen van het ene frequentiebereik naar het andere.
Toepassing van analoge IC als operationele versterker
IC 741 Op-Amp
De operationele versterker die in de bovenstaande afbeelding wordt getoond, is de beste fundamentele module in het ontwerp van analoge geïntegreerde schakelingen. Er zijn verschillende soorten operationele versterkers, maar IC 741 Op-Amp is de meest gebruikte operationele versterker in veel toepassingen. De eenvoudige input / output (I / O) -relatie van op-amp is de reden achter het gebruik van op-amp in het ontwerp van analoge geïntegreerde schakelingen.
Power Saver Circuit door Edgefxkits.com
Energiebesparing voor industrieën en commerciële instellingen is een toepassing van een van de analoge geïntegreerde schakelingsontwerpen, namelijk IC 741 op-amp. Om het vermogensverlies in industrieën te verminderen, worden shuntcondensatoren gebruikt voor het leveren van arbeidsfactorcompensatie. Krachtfactor kan worden gedefinieerd als de verhouding tussen werkelijk vermogen of actief tot schijnbaar vermogen of de som van actieve en reactief vermogen
Naarmate de arbeidsfactor afneemt, is er meer energie nodig om aan de belastingvraag te voldoen. De efficiëntie zal dus afnemen en de kosten (energierekening) zullen toenemen. In dit systeem hebben de nulspanningspuls en de nulstroompuls daartussen een tijdsvertraging die op geschikte wijze wordt gegenereerd door operationele versterkerschakelingen in vergelijkingsmodus. Deze worden naar de twee onderbrekingspinnen van de 8051 microcontroller die het vermogensverlies als gevolg van inductieve belasting op het LCD-scherm weergeeft.
Power Saver Circuit Block Diagram door Edgefxkits.com
De spanning op de potentiaaltransformator wordt toegevoerd aan de operationele versterker die werkt als nuldoorgangsdetector V, en de stroom op de stroomtransformator wordt toegevoerd aan de operationele versterker die fungeert als nuldoorgangsdetector I. De uitgangen van deze operationele versterkers worden gegeven aan de 8051 microcontroller die de aansturing van relais regelt via het relaisstuurprogramma-IC voor het aansluiten van shuntcondensatoren in het circuit om geen vermogensverlies te maken.
Kent u toepassingen van analoge geïntegreerde schakelingen? Deel gerust uw technische kennis en twijfels over de elektrische en elektronica projecten door uw opmerkingen te plaatsen in het commentaargedeelte hieronder.
