עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים ויישומים

מעגל משולב נקרא גם כמעגל משולב מונוליטי, ניתן להגדיר שבב, שבב מיקרו ו- IC כסט של מעגלים אלקטרונים עם מיליוני נגדים, קבלים, טרנזיסטורים ורכיבים אחרים משולבים על רקיק מוליך למחצה או על לוח קטן של חומר מוליך למחצה, בדרך כלל סיליקון. בדרך כלל, כל גאדג'ט חשמלי ואלקטרוני בו אנו משתמשים בחיי היום יום שלנו הוא יישום של מעגלים משולבים. למרות ש- IC מורכבים ממיליארד טרנזיסטורים ורכיבים אחרים, אך הם עדיין קטנים יותר, קומפקטיים מאוד. עם ההתקדמות ב טכנולוגיית IC רוחב קו המוליך במעגל משולב מצטמצם לעשרות ננומטרים.

סוגי ICs

יש סוגים שונים של ICs בעיקר ICs מסווגים לשני סוגים כגון מעגלים משולבים אנלוגיים ומעגלים משולבים דיגיטליים. במאמר זה כמקרה מיוחד אנו דנים בנושא תכנון מעגלים משולבים אנלוגיים ויישומים.

מעגלים משולבים אנלוגיים

IC אנלוגי

מעגלים משולבים אנלוגיים תוכננו בעיקר באמצעות חישובי ידיים וחלקי ערכת תהליכים לפני המצאתם של מעבדים וכלי תכנון אחרים התלויים בתוכנה. עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים משמש לעיצוב מגברים תפעוליים , וסתים ליניאריים, מתנדים, פילטרים פעילים ולולאות נעולות פאזה. הפרמטרים של מוליכים למחצה כגון פיזור הספק, רווח והתנגדות עוסקים יותר בתכנון של מעגל משולב אנלוגי.

עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים

תהליך תכנון IC אנלוגי כולל תכנון מערכת, תכנון מעגלים, תכנון רכיבים, הדמיות מעגלים, הדמיות מערכת, תכנון פריסת מעגלים משולבים, חיבור מקושר, אימות, ייצור, ניפוי מכשירים, ניפוי מעגלים, ניפוי מערכת. תכנון IC IC דיגיטלי יכול להיות אוטומטי אך תכנון מעגלים משולבים אנלוגיים הוא קשה מאוד, מאתגר ולא ניתן לבצע אוטומציה.

התכנון המעשי המעגלי המשולב האנלוגי כולל את השלבים הבאים:

תהליך עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים

מערכת רמת חסימה

בעיקר מיושמים הרעיונות לעיצוב תכנון ברמת בלוק למעגל המשולב האנלוגי הרצוי. בלוקים שונים מתוכננים ומחוברים להשגת מערכת ברמת בלוקים שלמה.

מעגל ברמת הרכיב

בהתבסס על מערכת רמת הבלוקים, משתמשים ומחוברים ברכיבים מתאימים שונים כך שיוצרים מעגל ברמת הרכיב. באמצעות מעגל זה כמעגל בסיסי לתכנון IC אנלוגי, הוא משמש לסימולציה.

אימות מעגל ברמת הרכיב

המעגל ברמת הרכיב משמש לאימות. תכנון מעגלים זה מדומה ועל סמך תוצאות הסימולציות מאומת מעגל רמת הרכיבים של המעגל האנלוגי.

פריסת מעגלים משולבת

לאחר האימות של מעגל ברמת הרכיב של מעגל משולב אנלוגי באמצעות סימולציות. פריסת מעגלים משולבת אנלוגית תוכננה באמצעות התרגום הפיזי. לפיכך, תוכנן מעגל משולב אנלוגי.

ייצור IC

ייצור מעגלים משולבים אנלוגיים כולל מספר שלבים כגון יצירת רקיק מוליך למחצה באמצעות חומר מוליך למחצה (או ניתן להשתמש ישירות בלחץ מוליך למחצה). שילוב שונה רכיבי חשמל ואלקטרוניקה כגון נגדים, טרנזיסטורים וכו 'על רקיק ואריזת השבב ליצירת חבילה IC.

בדיקה וניקוי באגים IC

המעגל המשולב האנלוגי נבדק ואז ניפוי באגים על כל בדיקת התוצאות עם התוצאות המשוערות. ואז אב-טיפוס IC תוכנן ומשמש לאפיון המעגל המשולב ולוח ההערכה משמש להערכת המעגל המשולב האנלוגי.

מגבר תפעולי עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים

תרשים המעגל ברמת הרכיב של תכנון מעגל משולב אנלוגי של מגבר תפעולי IC 741 מוצג באיור להלן. הוא מורכב מנגדים וטרנזיסטורים המשולבים על שבב.

דיאגרמת רמת רכיבים של IC 741 Analog מעגל פנימי

התיבות הצבעוניות מייצגות: מגבר כחול-דיפרנציאלי המתואר, מגבר מתח מגנטה מתואר, (שלב פלט ציאן מתואר וממתח מפלס מתח ירוק מתואר) מגבר ציאן וירוק מתווה, מראה זרם אדום מתואר.

יישומים של מעגל משולב אנלוגי

ישנן דוגמאות שונות לתכנון מעגלים משולבים אנלוגיים כגון מעגלי ניהול כוח, מגברים תפעוליים וחיישנים המשמשים עם אותות רציפים לביצוע הפונקציות כגון סינון פעיל, חלוקת חשמל לרכיבים עם שבב, ערבוב וכו '.

יישום IC אנלוגי לסינון פעיל

עיצוב מעגלים משולבים אנלוגיים משמש לסינון פעיל. מסנן פעיל או פילטר אלקטרוני אנלוגי משתמש רכיבי אלקטרוניקה פעילים כמו מגברים המשמשים לשיפור ביצועים וחיזוי של פילטר על ידי הימנעות מהמשרן המגושם והיקר.

ישנן תצורות שונות של פילטר פעיל (טופולוגיית פילטר אלקטרוני) הכוללת מסנן מקש sallen , ציין מסננים משתנים, מסנני משוב מרובים וכן הלאה.

יישום IC אנלוגי למעגל ניהול כוח

בתכנון מעגלים משולבים אנלוגיים (או כל מעגל משולב), כל רכיבי החשמל והאלקטרוניקה המשמשים ומשולבים לתכנון המעגל המשולב דורשים כוח. כוח חשמלי נדרש זה מופץ לרכיבי שבב באמצעות רשת מוליכים שתוכננה על שבב. מעגל ניהול צריכת חשמל כולל ניתוח ותכנון של רשתות מסוג זה (רשת מוליכים) המשמשות להפצת חשמל בתוך המעגל.

יישום IC אנלוגי לערבוב תדרים

מערבל התדרים המכונה גם מערבל (מעגל חשמלי לא לינארי) הוא תכנון מעגלים משולב אנלוגי המשמש לערבוב תדרים. ניתן להגדיר ערבוב תדרים כיוצר תדר חדש משני אותות שונים המופעלים על המעגל. אלה משמשים גם להעברת אותות מהווים טווח תדרים אחד לאחר.

יישום IC אנלוגי כמגבר תפעולי

IC 741 Op-Amp

מגבר תפעולי המוצג באיור לעיל הוא המודול הבסיסי הטוב ביותר בתכנון מעגלים משולבים אנלוגיים. ישנם סוגים שונים של מגברים תפעוליים אך IC 741 Op-Amp משמש לעתים קרובות ביותר מגבר תפעולי ביישומים רבים. יחס קלט / פלט (קלט / פלט) פשוט של מגבר אופ הוא הסיבה מאחורי השימוש במגבר בתכנון מעגלים משולבים אנלוגיים.

מעגל חיסכון בחשמל מאת Edgefxkits.com

פרויקט חיסכון בחשמל לתעשיות ומפעלים מסחריים הוא יישום של אחד מתכנוני המעגלים המשולבים האנלוגיים, כלומר IC 741 amp-amp. כדי להפחית את אובדן ההספק בתעשיות, משתמשים בקבלים שאנט למתן פיצוי של גורם הספק. גורם כוח יכול להיות מוגדר כיחס בין כוח אמיתי או פעיל לכוח לכאורה או סכום פעיל ו כוח תגובתי .

כאשר גורם הכוח פוחת, נדרשת אנרגיה רבה יותר בכדי לענות על דרישת העומס. כך היעילות תפחת והעלות (חשבון החשמל) תגדל. במערכת זו, לדופק המתח האפס ולדופק הזרם האפס יש ביניהם פרק זמן שנוצר כראוי על ידי מעגלי מגברים תפעוליים במצב השוואה. אלה מוזנים לשני הפינים המפסיקים של מיקרו-בקר 8051 המציג את אובדן הכוח עקב עומס אינדוקטיבי על LCD.

דיאגרמת חסימות מעגלים של Power Saver מאת Edgefxkits.com

המתח בשנאי הפוטנציאלי מוזרם למגבר התפעולי הפועל כגלאי מעבר אפס V, והזרם בשנאי הנוכחי מוזן למגבר התפעולי הפועל כגלאי מעבר אפס I. הפלטים של מגברים תפעוליים אלה ניתנים מיקרו-בקר 8051 השולט בהפעלת ממסרים באמצעות IC ממסר ממסר לחיבור קבלים שאנט במעגל כדי לגרום לאיבוד כוח אפס.

האם אתה מכיר יישומים של מעגלים משולבים אנלוגיים? אל תהסס לשתף את הידע הטכני שלך ואת הספקות לגבי החשמל ו פרויקטים אלקטרוניים על ידי פרסום הערותיך בסעיף ההערות למטה.