Mạch tích hợp còn được gọi là mạch tích hợp nguyên khối, chip, vi mạch và IC có thể được định nghĩa là một tập hợp mạch điện với hàng triệu điện trở, tụ điện, bóng bán dẫn và các thành phần khác được tích hợp trên tấm bán dẫn hoặc tấm nhỏ bằng vật liệu bán dẫn, thường là silicon. Thông thường, mọi thiết bị điện và điện tử chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày đều là ứng dụng của các mạch tích hợp. Mặc dù IC bao gồm hàng tỷ bóng bán dẫn và các thành phần khác nhưng chúng vẫn có kích thước nhỏ hơn, rất nhỏ gọn. Với sự tiến bộ trong Công nghệ vi mạch chiều rộng của dây dẫn trong mạch tích hợp giảm xuống còn hàng chục nanomet.
Các loại IC
Có các loại IC khác nhau chủ yếu IC được phân thành hai loại như mạch tích hợp tương tự và mạch tích hợp số. Trong bài viết này, chúng tôi thảo luận về các ứng dụng và thiết kế mạch tích hợp tương tự.
Mạch tích hợp tương tự
IC tương tự
Các mạch tích hợp tương tự chủ yếu được thiết kế bằng cách sử dụng tính toán thủ công và các bộ phận của bộ xử lý trước khi phát minh ra bộ vi xử lý và các công cụ thiết kế phụ thuộc phần mềm khác. Thiết kế mạch tích hợp tương tự được sử dụng để thiết kế Mổ nội soi , bộ điều chỉnh tuyến tính, bộ dao động, bộ lọc tích cực và các vòng bị khóa pha. Các thông số bán dẫn như công suất tiêu tán, độ lợi và điện trở được quan tâm nhiều hơn trong thiết kế mạch tích hợp tương tự.
Thiết kế mạch tích hợp tương tự
Quy trình thiết kế vi mạch tương tự bao gồm thiết kế hệ thống, thiết kế mạch, thiết kế thành phần, mô phỏng mạch, mô phỏng hệ thống, thiết kế bố trí mạch tích hợp, kết nối liên thông, xác minh, chế tạo, gỡ lỗi thiết bị, gỡ lỗi mạch, gỡ lỗi hệ thống. Thiết kế vi mạch kỹ thuật số có thể được tự động hóa nhưng thiết kế mạch tích hợp tương tự rất khó, nhiều thách thức và không thể tự động hóa.
Thiết kế mạch tích hợp tương tự thực tế bao gồm các bước sau:
Quy trình thiết kế mạch tích hợp tương tự
Hệ thống cấp độ khối
Chủ yếu các ý tưởng được thực hiện để thiết kế thiết kế mức khối cho mạch tích hợp tương tự mong muốn. Các khối khác nhau được thiết kế và kết nối để có được một hệ thống cấp khối hoàn chỉnh.
Mạch mức thành phần
Dựa trên hệ thống mức khối, các thành phần phù hợp khác nhau được sử dụng và kết nối để tạo thành mạch mức thành phần. Sử dụng mạch này làm mạch cơ bản để thiết kế vi mạch tương tự, nó được sử dụng để mô phỏng.
Xác minh mạch mức thành phần
Mạch mức thành phần được sử dụng để xác minh. Thiết kế mạch này được mô phỏng và dựa trên kết quả mô phỏng, mạch mức thành phần của mạch tích hợp tương tự được xác minh.
Bố cục mạch tích hợp
Sau khi xác minh mạch mức thành phần của mạch tích hợp tương tự bằng cách sử dụng mô phỏng. Bố cục mạch tích hợp tương tự được thiết kế bằng cách sử dụng bản dịch vật lý. Do đó, một bố trí mạch tích hợp tương tự được thiết kế.
Chế tạo vi mạch
Chế tạo mạch tích hợp tương tự bao gồm một số bước như tạo ra wafer bán dẫn bằng vật liệu bán dẫn (hoặc có thể sử dụng trực tiếp wafer bán dẫn). Tích hợp khác nhau linh kiện điện và điện tử chẳng hạn như điện trở, bóng bán dẫn, vv trên tấm wafer và đóng gói chip để tạo thành gói IC.
Kiểm tra và gỡ lỗi IC
Mạch tích hợp tương tự sau đó được kiểm tra và gỡ lỗi cho bất kỳ kết quả kiểm tra nào với kết quả ước tính. Sau đó, nguyên mẫu vi mạch được thiết kế và sử dụng để mô tả đặc tính của mạch tích hợp và bảng đánh giá được sử dụng để đánh giá mạch tích hợp tương tự.
Bộ khuếch đại hoạt động Thiết kế mạch tích hợp tương tự
Sơ đồ mạch mức thành phần của thiết kế mạch tích hợp tương tự của bộ khuếch đại hoạt động IC 741 được thể hiện trong hình bên dưới. Nó bao gồm các điện trở và bóng bán dẫn được tích hợp trên một con chip.
Sơ đồ mức thành phần của mạch bên trong IC tương tự 741 Op-Amp
Các ô màu đại diện cho: bộ khuếch đại vi sai màu xanh lam có viền, bộ khuếch đại điện áp màu đỏ tươi có viền, (tầng đầu ra màu lục lam được viền và bộ chuyển đổi mức điện áp màu xanh lá cây được viền ngoài) bộ khuếch đại đầu ra màu lục lam và bộ khuếch đại đầu ra màu xanh lá cây, gương dòng màu đỏ viền ngoài.
Các ứng dụng của mạch tích hợp tương tự
Có các ví dụ khác nhau cho các thiết kế mạch tích hợp tương tự như mạch quản lý nguồn, bộ khuếch đại hoạt động và cảm biến được sử dụng với tín hiệu liên tục để thực hiện các chức năng như lọc tích cực, phân phối điện cho các thành phần có trong chip, trộn, v.v.
Ứng dụng của IC tương tự để lọc chủ động
Thiết kế mạch tích hợp tương tự được sử dụng để lọc tích cực. Bộ lọc tích cực hoặc bộ lọc điện tử tương tự sử dụng linh kiện điện tử hoạt động như bộ khuếch đại được sử dụng để cải thiện hiệu suất và khả năng dự đoán của bộ lọc bằng cách tránh cuộn cảm cồng kềnh và đắt tiền.
Có các cấu hình khác nhau của bộ lọc tích cực (cấu trúc liên kết bộ lọc điện tử) bao gồm bộ lọc sallen-key , bộ lọc biến trạng thái, nhiều bộ lọc phản hồi, v.v.
Ứng dụng của IC tương tự cho mạch quản lý nguồn
Trong thiết kế mạch tích hợp tương tự (hoặc bất kỳ mạch tích hợp nào), tất cả các thành phần điện và điện tử được sử dụng và tích hợp để thiết kế mạch tích hợp đều cần nguồn điện. Công suất điện cần thiết này được phân phối đến các thành phần trên chip bằng mạng lưới các dây dẫn được thiết kế trên chip. Mạch quản lý nguồn bao gồm phân tích và thiết kế các loại mạng này (mạng các dây dẫn) được sử dụng để phân phối điện trong mạch.
Ứng dụng của IC tương tự để trộn tần số
Bộ trộn tần còn được gọi là bộ trộn (mạch điện phi tuyến) là một thiết kế mạch tích hợp tương tự được sử dụng để trộn tần số. Trộn tần số có thể được định nghĩa là tạo ra một tần số mới từ hai tín hiệu khác nhau được đưa vào mạch. Chúng cũng được sử dụng để chuyển các tín hiệu hình thành dải tần số này sang dải tần số khác.
Ứng dụng của IC Analog làm Bộ khuếch đại hoạt động
IC 741 Op-Amp
Bộ khuếch đại hoạt động thể hiện trong hình trên là mô-đun cơ bản tốt nhất trong thiết kế mạch tích hợp tương tự. Có nhiều loại bộ khuếch đại hoạt động khác nhau nhưng IC 741 Op-Amp là bộ khuếch đại hoạt động thường xuyên được sử dụng nhất trong nhiều ứng dụng. Mối quan hệ đầu vào / đầu ra (I / O) đơn giản của op-amp là lý do đằng sau việc sử dụng op-amp trong thiết kế mạch tích hợp tương tự.
Mạch tiết kiệm điện của Edgefxkits.com
Dự án tiết kiệm điện cho các ngành công nghiệp và cơ sở thương mại là ứng dụng của một trong những thiết kế mạch tích hợp tương tự, đó là IC 741 op-amp. Để giảm tổn thất điện năng trong các ngành công nghiệp, tụ điện shunt được sử dụng để cung cấp bù hệ số công suất. Hệ số công suất có thể được định nghĩa là tỷ số giữa công suất thực hoặc công suất hoạt động với công suất biểu kiến hoặc tổng công suất hoạt động và công suất phản kháng .
Khi hệ số công suất giảm, cần nhiều năng lượng hơn để đáp ứng nhu cầu tải. Do đó hiệu quả sẽ giảm và chi phí (hóa đơn điện) sẽ tăng lên. Trong hệ thống này, xung điện áp bằng không và xung dòng điện bằng không có độ trễ thời gian giữa chúng được tạo ra phù hợp bởi các mạch khuếch đại hoạt động ở chế độ so sánh. Chúng được cấp cho hai chân ngắt của Vi điều khiển 8051 hiển thị tổn thất điện năng do tải cảm ứng trên màn hình LCD.
Sơ đồ khối mạch tiết kiệm điện của Edgefxkits.com
Điện áp tại máy biến áp tiềm năng được cấp cho bộ khuếch đại hoạt động hoạt động như bộ tách sóng không V và dòng điện tại máy biến dòng được cấp cho bộ khuếch đại hoạt động hoạt động hoạt động như bộ tách sóng không I. Đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động này được cấp cho Vi điều khiển 8051 trong đó điều khiển hoạt động của rơle thông qua IC điều khiển rơle để kết nối các tụ điện shunt trong mạch để làm cho tổn thất điện năng bằng không.
Bạn có biết các ứng dụng của mạch tích hợp tương tự? Vui lòng chia sẻ kiến thức kỹ thuật và những nghi ngờ của bạn về điện và dự án điện tử bằng cách đăng ý kiến của bạn trong phần bình luận bên dưới.
