Оглавление:I. Введение. II. Задание II.I. Преобразование или упрощение функции II.II.Формальная схема II.III. Выбор типа логики и конкретного ИМС II.VI.Принципиальная элект-ая схема на выбранных ИМС II.V. Расчёт параметров цифрового устройства. III.Электрический расчёт ЦИМС III.I.Принципиальная схема III.II.Анализ работы логического элементаIII.III.Расчёт потенциалов и токовIII.VI.Расчёт мощностейIII.V.Сводная таблицаIV.Выбор топологии ИМС IV.I.Выбор активных элементовVI.II. Выбор материала для плёночных элементов и их расчёт.IV.III.Выбор метода нанесения тонких плёнокVI.VI.Выбор подложкиIV.V.Разработка топологии и составление топологического чертежаV.Заключение IV.Список используемой литературы I.ВведениеБыстрое расширение областей применения электронных устройств – одна из самых характерных особенностей современного прогресса. Этот процесс в определённой степени связан с внедрением интегральных микросхем в универсальные и управляющие вычислительные комплексы, периферийные оборудования, устройства для передачи информации, автоматизированные системы управления, приборы и оборудование для научных исследований, аппаратуру для сельского хозяйства и контроля за состоянием окружающей среды и т.п. Наибольшее распространение интегральные микросхемы находят в вычислительной техники. Новые Электронно-вычислительные машины разрабатываются только на интегральных микросхемах (машины третьего поколения). Успехи микроэлектроники в создании линейных интегральных микросхем (усилители, преобразователи частоты, детекторы и др.) стимулировали их внедрение в аппаратуру связи.
II.Задание ______ ______ __ __ Y1=X1*X2*X3*X4+X1*X2*X3*X4+(X5*X6*X7*X8+X5*X6*X7*X8)___ ___ ___ ___ Y2=(X1*X2+X1*X2)*(X5*X6+X5*X6) Y3=X5*X6+X7*X8 Выход: Iвых до 30 мА Рпотр £ 2 мВт tзд.р.ср £ 500 нсек II.I. Преобразование или упрощение функции ______ ______ __ __Y1=X1*X2*X3*X4+X1*X2*X3*X4+(X5*X6*X7*X8+X5*X6*X7*X8)= ______________ _____________ =(X1*X2 Å X3*X4)+X7*X8(X5 Å X6)=(X1*X2 Å X3*X4)+X7*X8(X5 Å ÅX6) __ __ __ __ Y2=(X1*X2+X1*X2)*(X5*X6+X5*X6)=(X1 Å X2)*(X5 Å X6) _____ _____ Y3=X5*X6+X7*X8=X5*X6*X7*X8
II.II.Формальная схема 4 ЛЭ – «2И»4 ЛЭ – «исключающее ИЛИ» 5 ЛЭ – «2И-НЕ»
II.III. Выбор типа логики и конкретного ИМС Для реализации формальной схемы нам нужно в среднем 4 ИМС, причём одна с повышенной нагруженной способностью. Но по условию Рпотр £ 2 мВт, то нам необходимо ИМС с Рпотр £ 0,5 мВт. Такому условию подходят ИМС с КМДП структурой. tзд.р.ср по условию £ 500 нсек. Самый длинный путь прохождения сигнала 3 ЛЭ, следовательно ИМС берём с tзд.р.ср »130 нсек. Используем К564 серию. ЛЭ – «2И» В К564 серии элемент «2И» отсутствует, позаимствуем его из 1564 серии. К1564Л1 7 – общее. 14 – Еп Iпотр=5 мкА tзд.р.ср =30 нсек, Еп=5В обозначим DD1 ЛЭ – «исключающее ИЛИ»К564ЛП2 7 – общее. 14 – Еп Iпотр=10 мкА tзд.р.ср =230 нсек, Еп=5В обозначим DD2 ЛЭ – «2И-НЕ» 7 – общее. 14 – Еп Iпотр=10 мкА, Iвых до 38 мА tзд.р.ср =150 нсек, Еп=5В обозначим DD3, DD5 ЛЭ – «2И-НЕ» К564ЛЕ5 7 – общее. 14 – Еп Iпотр=10 мкА, tзд.р.ср =120 нсек, Еп=5В обозначим DD4 II.VI.Принципиальная элект-ая схема на выбранных ИМС
II.V. Расчёт параметров цифрового устройства. Рпотр=åI* Iпотр*Eп=(10+10+10+10+5)*10-6*5=0,225 мВт Рпотр усл. £ 2 мВт Это условие выполнено. tзд.р.ср £ 500 нсек Выберем самый длинный путь прохождения сигнала. tDD1+tDD2+tDD3=30+230+150=410 нсек Это условие также выполнено.
III.Электрический расчёт ЦИМС III.I.Принципиальная схема
0000 1111 0011 III.II.Анализ работы логического элемента U0вх=0,1 ¸ 0 В U1вх=3 ¸ 1 Комбинации: а) 0000 б) 1111 в) 0011 а) 0000 на вход подаём U0вх, низкий потенциал. На базу VT1 и VT2 подаём Еп через R1 и R2, а такое сочетание обеспечивает прямое включение эмитторных переходов, устанавливая при этом: UБVT1=UБVT2= UА=UB= Uвх0+UЭБ=0,1+0,7=0,8В т.е. этого потенциала недостаточно для открытия коллекторного перехода, VD1(VD3), VD2(VD4) и эмитторного перехода VT3(VT4), т.е. VT1 и VT2 в режиме насыщения по как бы с разорванной коллекторной цепью. VD1, VD2, VD3, VD4 – закрыты VT3, VT4 – в отсечке. На выходе уровень логической единицы б) 1111 на вход подаём U1вх, высокий потенциал. А сочетание высоких потенциалов на эмитторах и на базе обеспечивает прямое включение коллекторных переходов. Тем самым VT1 и VT2 переходят инверсный режим работы. VT1 и VT2 – открыты и в прямом включении, VT3 и VT4 – переходят в режим насыщения и на входе устанавливаются уровень логи-ческого нуля. в) 0011 на вход VT1 подаём U0вх, тем самым мы переводим этот транзис-тор в режим насыщения, но как бы с разорванной коллекторной связью, т.е. VD1, VD2 – закрыты, VT3 в отсечке. На вход VT2 подаём U1вх, тем самым мы переводим его в режим инверсии, а это означает, что откры-ваются диоды VD3, VD4, а VT4 переходит в режим насыщения. Таблица состояний
Определим функцию: _________ __ _____________ Y=X1*X2*X3+X4=X1*X2*X3+X4 Таблица истинности
III.III.Расчёт потенциалов и токов 1. Если комбинация сигналов на входах 0000 UA=UB=U0вх+UЭБ=0,1+0,7=0,8 В UC=UD=UA/4,5=0,18 В IR1=IR2=(Eп-UA)/R1=(5-0,8)/12*103=0,35 мА IX1=IX2=IX3=(1/3)*IR1=0,116 мА IX4=IR2=0,35 мА I0вх=IX4=0,35 мА IVD1=IVD2=IVD3=IVD4=1 мкА IR3=IR4=UC/R3=0,18/7,5*103=0,024 мА IR5=| I1вых |=| I1вх |=0,0096 мА UЕ=Еп-IR5*R5=4,9885 В 2. Если комбинация сигналов на входах 1111 UA=UB=UЭБ+UVD1+UVD2+UКБ=0,7+0,7+0,7+0,6=2,7 В UC=UD=UЭБ=0,7 В UЕ=UЭКVT3=0,1 B IR1=IR2=(Eп-UA)/R1=(5-2,7)/12*103=0,192 мА IX1=IX2=IX3=IX4=b*IR1=0,009583 мА IR3=IR4=UC/R3=0,7/4*103=0,093 мА IR5=(Eп-UБ)/R5=(5-0,1)/1,2*103=4,08 мА I1вх=0,00958 3. Если комбинация сигналов на входах 0011 UA=U0вх+UЭБ=0,1+0,7=0,8 В UВ=UЭБVT4+UVD3+UVD4+UКБVT2=0,7+0,7+0,7+0,6=2,7 В UD=UЭБVT4=0,7 B UC=0,18 B UЕ=0,1 B IR1=(Eп-UA)/R1=(5-0,8)/12*103=0,35 мА IR2=(Eп-UВ)/R2==0,192 мА IR3=UС/R3=0,024 мА IR4=UD/R4=0,093 мА IX1=IX2=IX3=1/4*IR1=0,116 мА IX4=b*IR2=0,00958 мА IR5=(Eп-UE)/R5=(5-0,1)/1,2*103=4,08 мА III.VI.Расчёт мощностей 1. Если комбинация сигналов на входах 0000 PR1=IR1*UR1=2,205 мВт PR2=IR2*UR2=2,205 мВт PR3=IR3*UR3=0,0081 мВт PR4=IR4*UR4=0,0081 мВт 2. Если комбинация сигналов на входах 1111 PR1=IR1*UR1=0,6613 мВт PR2=IR2*UR2=0,6613 мВт PR3=IR3*UR3=0,123 мВт PR4=IR4*UR4=0,123 мВт 3. Если комбинация сигналов на входах 0011 PR1=IR1*UR1=2,205 мВт PR2=IR2*UR2=0,6613 мВт PR3=IR3*UR3=0,0081 мВт PR4=IR4*UR4=0,123 мВт III.V.Сводная таблица
Рассчитаем потребляемую мощность: Pпот=Eпит*(åIмах)=5*(0,525+0,525+0,175+0,175+4,9)*10-3=31,5 мВт Pпот=31,5 мВт Часть №3IV.Выбор топологии ИМС IV.I.Выбор активных элементов
При выборе элементов используем следующие условия: - транзисторы безкорпусные - транзисторы предназначены для работы в импульсном режиме - структура транзистора n-p-n - коэффициент передачи тока: b>50 - Для диодов: n Iпр > Iсхемы n Umax доп > Епит - Для транзисторов: n Iк > Iв схеме n Uкэ max доп > Епит n Рmax доп > Рк мах В качестве диодов выберем: KD911Б Кремневая безкорпусная диодная матица, состоящая диодов с общим катодом. Iпр=10 мА Uобр=5 В В качестве транзистора выберем: КТ332Д
Транзистор кремниевый планарный безкорпусный n-p-n типа. b=80¸220 Uкб=15 В Iк=20 мА Pк=15 мВт VI.II. Выбор материала для плёночных элементов и их расчёт. В ГИМС широко используют тонкоплёночные резисторы, которые нано-сят на подложки в виде узких полосок, заканчивающихся контактными площадками с высокой проводимостью. В качестве материала для выполнения тонкоплёночного резистора выбе-рем – МЛТ-314 с удельным сопротивлением RS=500 Ом с удельной |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
