Схемотехника интегральных схем. Часть 2. Аналоговые структуры. Клюкин В.И - 4 стр.

UptoLike

Составители: 

4
ВВЕДЕНИЕ
Технологические возможности современной микроэлектроники определя -
ют ее ключевые позиции в проектировании и производстве электронных уст-
ройств , постоянно расширяющих свои функциональные возможности . Основную
массу электронных изделий составляют интегральные схемы (ИС), которые по ха-
рактеру функционирования и способу представления информации разделяются на
два основных класса цифровые (логические ) и аналоговые (АИС). Теория логи-
ческого проектирования как научная основа схемотехники цифровых структур
рассмотрена в первой части методических материалов [1], настоящая работа каса -
ется основных методов анализа и расчета параметров аналоговых (линейных) ИС,
которые хотя и занимают меньший объем (около 20%) в общем выпуске микро-
схем, тем не менее широко используются в автоматике , телемеханике , технике
связи , электронных приборах для усиления, преобразования и обработки сигна -
лов, изменяющихся по закону непрерывной функции [2, 3].
В отличие от цифровой техники , где почти все ресурсы технологии тратят-
ся на увеличение функциональной сложности аппаратуры, в схемотехнике АИС
есть и другая цель оптимизация показателей качества , таких как точность , быст-
родействие , энергопотребление , стабильность выходных параметров. Это приво -
дит к ряду отличительных особенностей:
максимальная универсальность и функциональная избыточность ИС;
схемотехническая избыточность и взаимное согласование компонентов;
низкая чувствительность к разбросам параметров элементов;
широкое применение обратных связей (ОС) для выполнения математиче -
ских операций, избирательного усиления, коррекции характеристик и т.д.
Запас по совокупности рассмотренных показателей позволяет идеализиро-
вать аналоговые и цифроаналоговые преобразования, т.е . свести их реализацию к
выполнению набора «почти» идеальных базовых функций (операций) усиления,
сравнения, ограничения, перемножения, частотной фильтрации, дополненного
эталонными источниками тока и напряжения. Указанный подход унифицирует
элементную базу АИС, в большинстве случаев сводя ее к трем основным «строи-
тельным» блокам операционному усилителю (ОУ), компаратору и перемножи-
телю , среди которых наиболее универсальным является ОУ, с помощью ОС реа-
лизующий любую аналоговую функцию.
Наиболее эффективным средством анализа и синтеза линейных электриче -
ских цепей являются топологические методы [4, 5]. Изложению основ теории на -
правленных (сигнальных) и ненаправленных (топологических) графов как мето -
дической базы расчета и проектирования аналоговых микроэлектронных уст-
ройств и посвящена настоящая разработка .
                                                     4
                                              В В ЕДЕНИЕ

          Те х но ло г и че ски е во змо ж но сти со вр е ме нно й ми кр о эле ктр о ни ки о пр е де ля-
ю т е е клю че вы е по зи ци и в пр о е кти р о ва ни и и пр о и зво дстве эле ктр о нны х уст-
р о й ств, по сто янно р а сш и р яю щи х сво и функци о на льны е во змо ж но сти . О сно вную
ма ссу эле ктр о нны х и зде ли й со ста вляю ти нте г р а льны е сх е мы (ИС ), ко то р ы е по х а -
р а кте р у функци о ни р о ва ни я и спо со б у пр е дста вле ни я и нфо р ма ци и р а зде ляю тся на
два о сно вны х кла сса – ци фр о вы е (ло г и че ски е ) и а на ло г о вы е (А ИС ). Те о р и я ло г и -
че ско г о пр о е кти р о ва ни я ка к на учна я о сно ва сх е мо те х ни ки ци фр о вы х стр уктур
р а ссмо тр е на в пе р во й ча сти ме то ди че ски х ма те р и а ло в [1], на сто яща я р а б о та ка са -
е тся о сно вны х ме то до в а на ли за и р а сче та па р а ме тр о в а на ло г о вы х (ли не й ны х ) ИС ,
ко то р ы е х о тя и за ни ма ю т ме ньш и й о б ъе м (о ко ло 20%) в о б ще м вы пуске ми кр о -
сх е м, те м не ме не е ш и р о ко и спо льзую тся в а вто ма ти ке , те ле ме х а ни ке , те х ни ке
связи , эле ктр о нны х пр и б о р а х для уси ле ни я, пр е о б р а зо ва ни я и о б р а б о тки си г на -
ло в, и зме няю щи х ся по за ко ну не пр е р ы вно й функци и [2, 3].
          В о тли чи е о тци фр о во й те х ни ки , г де по чти все р е сур сы те х но ло г и и тр а тят-
ся на уве ли че ни е функци о на льно й сло ж но сти а ппа р а тур ы , в сх е мо те х ни ке А ИС
е сть и др уг а я це ль – о пти ми за ци я по ка за те ле й ка че ства , та ки х ка к то чно сть, б ы ст-
р о де й стви е , эне р г о по тр е б ле ни е , ста б и льно сть вы х о дны х па р а ме тр о в. Э то пр и во -
ди тк р яду о тли чи те льны х о со б е нно сте й :
       • ма кси ма льна я уни ве р са льно сть и функци о на льна я и зб ы то чно сть ИС ;
       • сх е мо те х ни че ска я и зб ы то чно сть и вза и мно е со г ла со ва ни е ко мпо не нто в;
       • ни зка я чувстви те льно сть к р а зб р о са м па р а ме тр о в эле ме нто в;
       • ш и р о ко е пр и ме не ни е о б р а тны х связе й (О С ) для вы по лне ни я ма те ма ти че -
          ски х о пе р а ци й , и зб и р а те льно г о уси ле ни я, ко р р е кци и х а р а кте р и сти к и т.д.
          За па с по со во купно сти р а ссмо тр е нны х по ка за те ле й по зво ляе ти де а ли зи р о -
ва ть а на ло г о вы е и ци фр о а на ло г о вы е пр е о б р а зо ва ни я, т.е . све сти и х р е а ли за ци ю к
вы по лне ни ю на б о р а «по чти » и де а льны х б а зо вы х функци й (о пе р а ци й ) – уси ле ни я,
ср а вне ни я, о г р а ни че ни я, пе р е мно ж е ни я, ча сто тно й фи льтр а ци и , до по лне нно г о
эта ло нны ми и сто чни ка ми то ка и на пр яж е ни я. Ука за нны й по дх о д уни фи ци р уе т
эле ме нтную б а зу А ИС , в б о льш и нстве случа е в сво дя е е к тр е м о сно вны м «стр о и -
те льны м» б ло ка м – о пе р а ци о нно му уси ли те лю (О У), ко мпа р а то р у и пе р е мно ж и -
те лю , ср е ди ко то р ы х на и б о ле е уни ве р са льны м являе тся О У, с по мо щью О С р е а -
ли зую щи й лю б ую а на ло г о вую функци ю .
          На и б о ле е эффе кти вны м ср е дство м а на ли за и си нте за ли не й ны х эле ктр и че -
ски х це пе й являю тся то по ло г и че ски е ме то ды [4, 5]. Изло ж е ни ю о сно в те о р и и на -
пр а вле нны х (си г на льны х ) и не на пр а вле нны х (то по ло г и че ски х ) г р а фо в ка к ме то -
ди че ско й б а зы р а сче та и пр о е кти р о ва ни я а на ло г о вы х ми кр о эле ктр о нны х уст-
р о й ств и по свяще на на сто яща я р а зр а б о тка .