85943

Интегральный компаратор напряжений 521СА1

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На кристалле расположено 140 активных элементов из них 80 маломощных npnтранзисторов TNB; 4 маломощных npnтранзистора которые можно использовать как эмиттерные повторители; 8 буферных npnтранзисторов TNE; 8 диодов; 36 маломощных pnpтранзисторов TP; 4 буферных pnpтранзистора TPC.

Русский

2015-04-01

195.92 KB

4 чел.

Министерство образования и науки РФ

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра «Электроника и электротехника»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Электрические цепи и микросхемотехника»

на тему :

« Интегральный компаратор напряжений 521СА1»

Исполнитель:

студент группы ЭК–91  Грушин А.И.

Преподаватель:

проф., д. т. н., Петросянц К. О. 

Руководитель работы:

Орехов Е. В. 

«______________»

(оценка)

_____________________

(подпись преподавателя)

«___» ______________ 2012 г.

Москва 2012 г.

Содержание отчета

1. Схема с подписанными узлами и элементами

2. Описание принципов работы схемы и ее параметры

3. Описание БМК и его элементов

4. Таблица реализации резисторов

5. Таблица реализации транзисторов

6. Расчет занятой площади и коэффициента заполнения кристалла

7. Схема подключения

8. Входной файл и модели элементов БМК для SPICE 

9. Характеристики схемы, смоделированные в SPICE

10. Лист разводки (с подписанными узлами и элементами)

11. Вывод


Схема с подписанными узлами и элементами : 

Описание принципов работы схемы и ее параметры.

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ

521СА1

Схема ИКН показана на рис.1. Так как речь идет о сдвоенном ИКН, состоящем из двух идентичных половинок, то ограничимся рассмотрением одной половинки (например, расположенной слева). Транзисторы Т1 и Т2 образуют входной дифференциальный каскад, к выходам которого подключены входы каскада промежуточного усиления на транзисторах Т3 и Т4 одновременно производящего (совместно с повторителем на Т6) преобразование двухфазного сигнала в однофазный. Выходным каскадом служит повторитель напряжения на Т7  со сдвигающим стабилитроном Д5. Выходы двух отдельных компараторов совмещаются на эмиттерных повторителях на Т7 и Т8 по логике ИЛИ. По своей структуре входной промежуточный и выходной каскады этого ИКН (рис.1) практически не отличаются от соответствующих каскадов компаратора 521СА2 (см. рис.2). Включение дополнительного транзистора (T5 или T16 на рис.1), ограничивают степень насыщения транзистора Т4 или Т17 на заданном уровне независимо от разброса коэффициента передачи тока базы βN. При работе транзистора Т4 в активной области транзистор Т5 остается в закрытом состоянии (что обеспечивается перепадом напряжения на резисторе R5 от тока коллектора Т2). Однако, когда ток коллектора транзистора Т2 уменьшается настолько, что ключевой транзистор Т4 заходит в область насыщения, транзистор T5 отпирается. Тогда ток коллектора этого транзистора IК5, протекая через резистор R2 , приводит к спаду потенциала базы и соответственно потенциала эмиттера транзистора Т6 .С понижением потенциала эмиттера уменьшается ток базы ключевого транзистора Т4 , отбираемый с эмиттера Т6 через резистор R4 и тем самым ограничивается степень его насыщения. Заметим, что если при изготовлении  ИМС образуются транзисторы с высоким βN, то оказывается большего значении ток коллектора IK5 и больше снижается потенциал эмиттера Т6, а следовательно, тем меньше становится  ток базы ключевого транзистора T4. Уменьшение тока базы при большем βN предотвращает глубокое насыщение Т4. Наоборот,   при   низких  βN  уменьшается   ток   базы Т4, поэтому несмотря на меньшее значение βN степень насыщения остается почти на том же уровне, что и при высоком  βN. Таким образом, транзистор Т5 автоматически обеспечивает почти одинаковую глубину насыщения ключевого транзистора Т4. Благодаря этому заметно сужаются пределы изменения времени рассасывания и соответственно времени отклика ИКН, обусловленные разбросом βN.

В схеме на рис.1 дополнительный транзистор Т5 не насыщается, поэтому он не влияет на быстродействие ИКН. В открытом состоянии Т5 на его коллекторе  устанавливается потенциал Uкэ5=Uбэ4+R4(Iб4+Iб5), заметно превышающий напряжение насыщения Uкэн5. Между тем ключевой насыщенный транзистор Т4 работает с базовым потенциалом Uбэ4, почти равным потенциалу Uбэ5 ненасыщенного транзистора Т5 (Uбэ4 больше Uбэ5 на небольшой перепад напряжения от тока Iб5 на низкоомном резисторе R5= 100 Ом). Очевидно, что при одинаковых базовых потенциалах (Uбэ4 = Uбэ5) можно обеспечить насыщение ключевого транзистора Т4, сформировав чту структуру с большей площадью эмиттера, чем у T5. В микросхеме 521СА1 предусмотрены входы для стробирования ИКН сигналами Uстроб. При подаче на стробирующий вход низкого потенциала (Uстроб = U0вых) выходной потенциал этого канала фиксируется диодом Д3 или Д4 на уровне U0вых и перестает реагировать на изменения входного сигнала. При этом от источника стробирующего  сигнала потребляется ток 1,2 мА. При подаче на стробирующий вход высокого потенциала (Uстроб = U1вых) выход  этого канала деблокируется.

рис.1 521СА1

рис.2 521СА2

Описание БМК и его элементов

Аналоговый базовый матричный кристалл (БМК) « Фархад 2 » выполнен по биполярной технологии с изоляцией элементов обратносмещённым p-n-переходом и предназначен для разработки радиотелевизионных полузаказных аналоговых ИС.

Топологические особенности конструкции элементов базового кристалла заключаются в том, что он имеет несколько увеличенную, чем это необходимо для обеспечения заданных электрических характеристик, площадь и дополнительные контактные окна, что создаёт большие удобства для разводки топологии схемы на кристалле за счёт прокладки межсоединительной металлизации по площади транзистора между электродами и контактными окнами. Для разработки топологии схемы данная технология позволяет использовать один уровень металлизации.

В целях облегчения разводки в местах, где наиболее вероятны пересечения трасс межсоединительной металлизации, расположены «подныры» – низкоомные области как в кармане (42 шт.), так и в подложке (8 шт.). Диффузионные резисторы выполняются в базовом слое и имеют абсолютный разброс параметров ±25% при относительном согласовании ±2%. Конфигурация их выбрана так, что подключение металлизации к контактному окну возможно с любой стороны, а между контактными окнами есть возможность провести хотя бы одну трассу металлизации.

БМК имеет размер 2,3 * 3,0 мм и 24 контактные площадки размером 140 * 140 мкм. На кристалле расположено 140 активных элементов, из них 80 маломощных npn-транзисторов (TNB); 4 маломощных npn-транзистора, которые можно использовать как эмиттерные повторители; 8 буферных npn-транзисторов (TNE); 8 диодов; 36 маломощных pnp-транзисторов (TPA); 4 буферных pnp-транзистора (TPC). Кроме того, на кристалле расположены пассивные элементы: 104 диффузионных резистора сопротивлением от 100 Ом до 16 кОм, 24 пинч-резистора сопротивлением 24 кОм и 53 кОм, 4 конденсатора ёмкостью 8 пФ, 50 коммутационных перемычек.

Элементы БМК сгруппированы в два макрофрагмента, которые расположены в центральной части кристалла и отделены друг от друга проходом для проведения межсоединительной металлизации, где расположены диффузионные перемычки и наборы резисторов. Резисторы расположены группами в одном кармане. Их конфигурация позволяет путём последовательного и параллельного соединения получать сопротивление нужного номинала. В кармане имеются контакты для подключения шины положительного источника питания с тем, чтобы изолировать резисторы друг от друга.

По периферии БМК между контактными площадками размещены транзисторы повышенной мощности, конденсаторы и пинчрезисторы. По периметру базового кристалла располагаются контакты для подключения шины отрицательного питания или «Земля» к подложке.

транзистор типа TNE – npn-транзистор
повышенной мощности:

транзистор типа TPC – pnp-транзистор
повышенной мощности:

транзистор типа TNB – npn-транзистор
малой мощности:

транзистор типа TPA – pnp-транзистор
малой мощности:

Изображение элемента

Описание элемента

Перемычка (подныр) ra, rb сопротивлением 30–40 Ом

резистор типа RA (100 Ом)

 

резистор типа RB (440 Ом), RC (1,2 кОм) и RE (4,6 кОм)

резистор типа RD (2,4 кОм)

резистор типа RF (5,8 кОм)

резистор типа RG (16 кОм)

резистор типа IR1 (24 кОм)

резистор типа IR2 (53 кОм)

Таблица реализации резисторов.

Сопротивления

на схеме

на топологии

R1

910

2RB

880

R2

4300

RE

4600

R3

120

rа+RA

130

R4

910

(RA+2RA)+RC║RC

900

R5

100

RA

100

R6

4300

RE

4600

R7

5050

RE

4600

R8

240

rа+2RA

230

R9

4300

RE

4600

R10

910

(RA+2RA)+RC║RC

900

R11

100

RA

100

R12

120

RA+ra

130

R13

4300

RE

4600

R14

910

RB+RB

880

Таблица реализации транзисторов.

Транзисторы

на схеме

На кристалле

T1- T18

TNB

D1-D5

TNB в диодном включение


Расчет занятой площади и коэффициента заполнения кристалла.

Тип элемента

Количество использованных элементов

Площадь занимаемая одним элементом, мкм2

Суммарная занимаемая площадь, мкм2

TPA

0

20400

0

TNB

23

17600

404800

2*RA

12

2420

29040

RB+RC+RE

9

3350

30150

RC

4

928

3712

2*RC

0

1980

0

RD

0

1388

0

RF

0

3298

0

Cr

0

1520

0

Контактная площадка

10

16900

169000

IR1

0

6125

0

IR2

0

8600

0

ra

15

1152

17280

rb

4

1986

7944

RG

0

8550

0

TNE

0

44100

0

TPC

0

44100

0

Занятая площадь кристалла

661926

Занятая площадь рассчитывается как сумма площадей всех элементов, использованных в схеме. Коэффициент заполнения – отношение занятой площади к общей площади БМК.


Схема подключения.

Входной файл и модели элементов БМК для SPICE.

* Schematics Netlist *

V_V5         HB3_1 0 -6V

V_V6         HB3_13 0 12V

V_V7         HB3_30 0 1V

V_V8         HB3_8 0 1V

Q_HB3_Q6         HB3_13 HB3_28 HB3_24 TNB

Q_HB3_Q3         HB3_28 HB3_27 HB3_29 TNB

Q_HB3_Q5         HB3_28 HB3_26 HB3_29 TNB

Q_HB3_Q4         HB3_19 HB3_25 HB3_29 TNB

D_HB3_D5         HB3_21 HB3_20 STAB

Q_HB3_Q7         HB3_13 HB3_19 HB3_20 TNB

Q_HB3_Q8         HB3_13 HB3_16 HB3_20 TNB

Q_HB3_Q16         HB3_14 HB3_9 HB3_15 TNB

Q_HB3_Q17         HB3_16 HB3_12 HB3_15 TNB

Q_HB3_Q15         HB3_14 HB3_10 HB3_15 TNB

Q_HB3_Q14         HB3_9 HB3_7 HB3_6 TNB

R_HB3_R2         HB3_28 HB3_13  4.3k  

R_HB3_R6         HB3_19 HB3_13  4.3k  

R_HB3_R9         HB3_16 HB3_13  4.3k  

R_HB3_R13         HB3_14 HB3_13  4.3k  

R_HB3_R5         HB3_26 HB3_25  100  

R_HB3_R1         HB3_27 HB3_24  910  

R_HB3_R4         HB3_24 HB3_25  910  

R_HB3_R3         HB3_1 HB3_4  120  

R_HB3_R8         HB3_1 HB3_3  240  

R_HB3_R12         HB3_1 HB3_2  120  

R_HB3_R14         HB3_10 HB3_11  910  

R_HB3_R10         HB3_12 HB3_11  910  

R_HB3_R11         HB3_12 HB3_9  100  

Q_HB3_Q13         HB3_10 HB3_8 HB3_6 TNB

Q_HB3_Q10         HB3_5 HB3_5 HB3_3 TNB

Q_HB3_Q112         HB3_6 HB3_5 HB3_2 TNB

Q_HB3_Q11         HB3_32 HB3_5 HB3_4 TNB

D_HB3_D2         0 HB3_15 STAB

Q_HB3_Q9         HB3_21 0 HB3_22 TNB

Q_HB3_Q18         HB3_13 HB3_14 HB3_11 TNB

D_HB3_D1         0 HB3_29 STAB

R_HB3_R7         HB3_5 HB3_22  5.05k  

D_HB3_D3         HB3_18 HB3_19 STAB

D_HB3_D4         HB3_17 HB3_16 STAB

Q_HB3_Q1         HB3_27 HB3_30 HB3_32 TNB

Q_HB3_Q2         HB3_26 HB3_31 HB3_32 TNB

V_V3         HB3_31 0 DC 0

+SIN 1 1 10k 0 0 0

V_V4         HB3_7 0 DC 0

+SIN 1 1 10k 0 0 0

V_V2         HB3_17 0  

+PULSE -6 6 500u 1u 1u 200u 300u

V_V1         HB3_18 0  

+PULSE -6 6 0 1u 1u 200u 700u

*  TNB - weak NPN bipolar

.model  TNB  npn ( cje=0.7e-12  mje=0.5025  vje=0.881  cjc=1.45e-12

                + mjc=0.489  vjc=0.771  fc=0.9  tf=3.089e-10  tr=1.611e-10

                + bf=54.36  br=7.74  vaf=28.26  var=2.27  is=1.2e-15

                + ne=1.5  nc=2  nf=1  nr=1  re=4.55e-3  rc=13.6  ikf=61.68

                + ikr=8.45e-3  xti=1.694  xtb=3.363 )

*  TPA - weak PNP bipolar

.model  TPA  pnp ( bf=67.3  br=1  cjc=4.613e-12  cje=2.003e-12  fc=0.9

                + ikf=0.102  ikr=3.234e-3  is=2.157e-14  mjc=0.3983

                + mje=0.5025  nc=2  ne=1.5  nf=1  nr=1  rc=83.77

                + re=1.39e-2  tf=1.086e-9  tr=4.149e-9  vaf=21.58  var=14.98

                + vjc=0.59  vje=0.775  xtb=2.749  xti=5.195 )           

*  TNE - power NPN bipolar

.model  TNE  npn ( cje=0.85e-12  mje=0.553  vje=0.881  cjc=4.14e-12  mjc=0.49

                + vjc=0.771  fc=0.9  tf=0.089e-10  tr=1.611e-10  bf=54.36

                + br=10.84  var=28.26  vaf=2.27  is=4.8e-15  ne=1.5  nc=2

                + nf=1  nr=1  re=1.114e-3  rb=97  rc=5.9  ikf=17.62e-3

                + ikr=33.8e-3  xti=1.694  xtb=3.363 )      

*  TPC - power PNP bipolar

.model  TPC  pnp ( cje=3.992e-12  mje=0.5025 vje=0.575  cjc=7.285e-12

                + mjc=0.3983  vjc=0.59  fc=0.9  tf=1.086e-9  tr=4.149e-9

                + bf=67.3  br=1  vaf=21.58  var=14.98  is=4.299e-14  ne=1.5

                + nc=2  nf=1  nr=1  re=6.975e-3  rc=42.02  ikf=0.1604

                + ikr=6.447e-3  xti=5.195  xtb=2.749 )    

* NJF model (for FET)

.model  J1   NJF ( vto=-1.562  beta=816.3u  lambda=8.83m  rs=31  rd=31

                + cgs=3.2p  cgd=2.2p  fc=0.5  pb=1  is=10f )

* Stabilitron model and Shottky

.model  stab  D  ( is=520e-18  rs=15  n=1  xti=4.3  eg=1.15  cjo=800f  af=1

                + m=.3333 vj=.65  fc=.5  bv=7.2  ibv=2u  tt=300p  kf=6f )

Характеристики схемы, смоделированные в SPICE.

 


Вывод:

 В данной работе представлены моделирование и разводка схемы интегрального компаратора напряжений 521СА1. Работа выполнена на ЭВМ в программах Orcad 9.2 и Tanner L-Edit. Коэффициент заполнения кристалла оказался равным 0,1055.  Представленная схема интегрального компаратора напряжений может быть разведена на половине кристалла БМК « Фархад 2 ». Таким образом, на одном кристалле можно получать 2 интегральных компаратора напряжений 521СА1 или же можно реализовать еще какие-либо схемы других устройств.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47770. ІНВЕСТИЦІЙНИЙ АНАЛІЗ. ОПОРНИЙ КОНСТПЕКТ ЛЕКЦІЙ 1.3 MB
  Аналіз і прогнозування фінансового стану підприємства та оцінювання його інвестиційної привабливості . Методологічні засади інвестиційного аналізу Інвестиції у виробництво та у ринки збуту створюючи умови для підвищення якості продукції мінімізації витрат збільшення обсягів продажу забезпечують підвищення конкурентоспроможності підприємства. Цілі що їх за інвестування ставить перед собою підприємство відповідають стратегічним для великих проектів і тактичним для малих проектів цілям підприємства на ринку. До таких цілей можна...
47771. Курс лекцій. Порядок розгляду господарських спорів у міжнародних судах 829 KB
  Зуєва – кандидат юридичних наук доцент кафедри цивільноправових дисциплін Академії митної служби України. 120 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 149 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ Докорінні зміни що сталися у політичному й економічному житті незалежної України призвели до формування принципово нової порівняно з радянським періодом системи зовнішньоекономічних зв’язків. Конституція України: Закон України від 28.
47772. Поняття і ознаки місцевого самоврядування в Україні 429.5 KB
  Поняття і ознаки місцевого самоврядування в Україні Місцеве самоврядування – це комплексне багатоаспектне явище яке ще не має досить точного і єдиного наукового визначення. Спільним для різних концепцій є розгляд місцевого самоврядування в якості основоположної засади конституційного ладу тобто в ролі одного з визначальних принципів організації та здійснення влади в суспільстві й державі який полягає у встановленні децентралізованої системи управління фінансово і організаційно відокремленої від державних органів. Конституційний принцип...
47773. ТРУДОВЕ ПРАВО. КУРС ЛЕКЦІЙ 975.5 KB
  У лекціях коротко і доступно викладено основні положення трудового права з використанням нормативноправових актів станом на 01 березня 2011 року. Загальна частина трудового права. Особлива частина трудового права. Джерелами трудового права є Кодекс законів про працю України закони та підзаконні акти України а також міжнародні акти ратифіковані Верховною Радою України.
47774. Екологія. Раціональне природокористування 1.08 MB
  Курс лекцій підготовлений відповідно до освітньо-професійної програми підготовки бакалавра напрямку 0501 – “Економіка і підприємництво” з врахуванням вимог Болонської декларації.
47775. КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ. ОБЛІК І ЗВІТНІСТЬ В КОРПОРАЦІЯХ 149.5 KB
  ПІДПРИЄМСТВА КОРПОРАТИВНОГО ТИПУ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ОРГАНІЗАЦІЮ ОБЛІКУ І ФІНАНСОВОЇ ЗВІТНОСТІ. Згідно з юридичним об’єднанням підприємств: або активи та зобов’язання одного підприємства передаються іншому підприємству а перше підприємство ліквідується; б або активи та зобов’язання обох підприємств передаються новому підприємству а обидва попередні підприємства ліквідуються. 2 економічне об’єднання що є наслідком придбання поглинання за якого підприємства після об’єднання залишаються самостійними юридичними одиницями. У результаті...
47776. Курс лекцій. Менеджмент 1.85 MB
  Централізація і децентралізація управління. Організаційні структури управління. Класифікація і характеристики типів організаційних структур управління. Тема 9 Управління колективами групами працівників.
47777. Курс лекцій. Ісагогіка Священного Писання Старого Завіту 1.3 MB
  Післяполонні пророки47 Неканонічні книги48 Старозавітні апокрифи.52 Свідчення Премудрості Ісуса сина Сираха про формування старозавітного канону55 Свідчення ІІї Маккавейської книги про формування старозавітного канону . належить лише рукопис Книги пророка Єремії ІІІ ст. рукопис Книги пророка Ісаї ІІ ст.
47778. Основи правознавства. Курс лекцій 1.21 MB
  Рекомендована література: Конституція України. З Конституції України встановлює що людина її життя і здоров'я честь і гідність недоторканність і безпека визнаються в Україні найвищою соціальною цінністю. Основні принципи зовнішньої політики України визначені в Декларації про державний суверенітет України 1990 р.