Содержание
Введение3
1 Разработка структурной схемы4
2 Разработка принципиальной схемы7
2.1 Расчет выходного каскада7
3.2 Расчет входного каскада10
3.3 Расчет амплитудно-частотной характеристики12
3 Разработка интегральной микросхемы16
3.1 Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов16
3.2 Разработка топологии24
3.3 Этапы изготовления устройства в виде гибридной интегральной микросхемы28
Заключение31
Список литературы32
Выдержка из текста работы
При реализации данного цифрового устройства будем использовать 6 ЦИМС с логикой КМДП (DD1, DD2, DD3, DD4, DD5 и DD7) 1 ЦИМС с логикой ТТЛ (DD6), чтобы была необходимая мощность. Чтобы обеспечить большой выходной ток, будем использовать параллельное включение Eпит=5В.
Iпотр.ср |
I0вых |
I1вых |
tзд.р.ср |
|||||
DD1 |
1564ЛИ1 |
4 лог. эл. |
2И |
5мкА |
5,2мА |
-0,5мА |
19,5нс |
|
DD2 |
1564ЛЛ1 |
4 лог. эл. |
2ИЛИ |
5мкА |
5,2мА |
-0,5мА |
17нс |
|
DD3 |
1564ЛЕ1 |
2 лог. эл. |
2ИЛИ-НЕ |
4мкА |
5,2мА |
-0,5мА |
17нс |
|
DD4 |
КР1554ЛЛ1 |
4 лог. эл. |
2ИЛИ |
4мкА |
24мА |
-24мА |
7,25нс |
|
DD5 |
КР1554ЛП5 |
4 лог. эл. |
ИСКЛ. ИЛИ |
8мкА |
24мА |
-24мА |
13,5нс |
|
DD6 |
КР1531ЛИ1 |
1 лог. эл. |
2И |
10,65мА |
60мА |
1мА |
6,3нс |
|
DD7 |
КР1554ЛЛ1 |
3 лог. эл. |
2ИЛИ |
4мкА |
24мА |
-24мА |
7,25нс |
1.4 Электрическая схема цифрового устройства
1.5 Проверка условий
Время задержки распространения
Для Y1 tзд.р.ср=t1+t4+t5=19.5+7.25+13.5=40.25нс<70нс
Для Y2 tзд.р.ср= t1++t3+t4=19.5+17+7.25=43.75нс<70нс
Для Y3 tзд.р.ср= t2+t5+t7=17+13.5+7.25=37.75нс<70нс
Для Y4 tзд.р.ср= t1+t5+t6=19.5+13.5+6.3=39.3нс<70нс
Потребляемая мощность.
Pпотр = Eпит * ?Iпотр = 5*(4*5*10-3+4*5*10-3+2*4*10-3+4*4*10—
3+4*8*10-3 + 1*10,65 + 3*4*10-3) = 53,79мВт < 100мВт
Выходной ток
Для Y1 Iвых=2*24мА=48мА>30мА
Для Y2 Iвых=2*24мА=48мА>30мА
Для Y3 Iвых=2*24мА=48мА>30мА
Для Y4 Iвых=60мА>30мА
Вывод
Получили электрическую схему цифрового устройства, которая реализует данные 4 уравнения и соответствует дополнительным условиям
2.Электрический расчет цифровой схемы
2.1 Задание ко второй части
Рассчитать данную схему
2.2 Электрический расчет схемы
а) х1=0 х2=0 х3=0 х4=0
UА=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В
UВ=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В
0,8В не хватит, чтобы открыть три p-n перехода.
VD1, VD2, VT3, VT4 — закрыты.
UC=UE=0
IКVT1 = IКVT2=IR3=IR4 = IБVT3=IБVT4=0
IR1 = (Eп- UА)/R1 = (6-0,8)/12=0,433мА
I0вх1 = I0вх2=I0вх3= IR1/3=0,144мА
IR2 = (Eп- UВ)/R2 = (6-0,8)/15 = 0,347мА
I0вх4 = IR2=0,347мА
UD = Uэб=0,7В
IБVT5 = IR5 = (Eп- UD)/R5 = (6-0,7) / 9,1 = 0,582мА
I0вых= I0вх=0,433мА (берем самый худший случай)
Предположим. Что VT5 находится в режиме насыщения.
IБVT5>IБ.НАС > VT5
действительно находится в режиме насыщение
IR6 = (Eп- UКЭ.НАС)/R6=(6-0,1)/0,82=7,2мА
UF= UКЭ.НАС =0.1В
IКVT5= I0вых+ IR6=0.433+7.2=7.633мА
б) х1=1 х2=1 х3=1 х4=1
UА= 0,6+0,7+0,7=2В
UB=0,6+0,7+0,7=2В
VT1 и VT2 — в инверсном режиме.
IR1=(Eп- UА)/R1=(6-2)/12=0,333мА
I1вх1=I1вх2=I1вх3= IR1ВИ=0,333*0,05=0,0166мА
IКVT1= IR1+ I1вх1+ I1вх2+ I1вх3=0,383мА
UC = Uэб = 0,7В
IR3 = UC/R3 = 0,7/10 = 0,07мА
IБVT3 = IКVT1— IR3 = 0,383-0,07 = 0,313мА
IR2 = (Eп- UВ)/R2 = (6-2)/15 = 0,266мА
I1вх4 = IR2ВИ = 0,266*0,05 = 0,0133мА
IКVT2 = IR2+ I1вх4 = 0,28мА
UЕ = Uэб = 0,7В
IR4 = UЕ/R4 = 0,7/10 = 0,07мА
IБVT4 = IКVT2— IR4 = 0,28-0,07 = 0,21мА
Предположим, что VT3 и VT4 находятся в режиме насыщения.
IБVT3>IБ.НАС.VT3, IБVT4>IБ.НАС.VT4 > VT3 и VT4 действительно находятся в режиме насыщения.
UD= UКЭ.НАС =0.1В > VT5 — закрыт.
IБVT5=0, IКVT5=0
IR5= (Eп- UD)/R5=(6-0,1)/9,1=0,648мА
I1вых = I1вх=0,0166мА (берем самый худший случай)
IR6= I1вых =0,0166мА
UF=Eп- IR6*R6=6-0,0166*0,82=5.986В
в) х1=0 х2=0 х3=0 х4=1 (аналогично а) и б)
UА=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В
0,8В не хватит, чтобы открыть три p-n перехода.
VD1, VT3 — закрыты.
UC=0
IКVT1=IR3= IБVT3=0
IR1=(Eп- UА)/R1=(6-0,8)/12=0,433мА
I0вх1=I0вх2=I0вх3= IR1/3=0,144мА
UB=0,6+0,7+0,7=2В
цифровой интегральный микросхема топология
VT2 — в инверсном режиме.
IR2=(Eп- UВ)/R2=(6-2)/15=0,266мА
I1вх4= IR2ВИ=0,266*0,05=0,0133мА
IКVT2= IR2+ I1вх4=0,28мА
UЕ=Uэб=0,7В
IR4= UЕ/R4=0,7/10=0,07мА
IБVT4= IКVT2— IR4=0,28-0,07=0,21мА
Предположим, что VT4 находится в режиме насыщения.
IБVT4>IБ.НАС.VT4 > VT4 действительно находятся в режиме насыщения.
UD= UКЭ.НАС =0.1В > VT5 — закрыт.
IБVT5=0, IКVT5=0
IR5= (Eп- UD)/R5=(6-0,1)/9,1=0,648мА
IR6= I1вых =0,0166мА
UF=Eп- IR6*R6=6-0,0166*0,82=5.986В
2.3 Таблицы
UA |
UB |
UC |
UD |
UE |
UF |
VT1 |
VT2 |
VT3 |
VT4 |
VT5 |
VD1 |
VD2 |
||
0000 |
0,8 |
0,8 |
0 |
0,7 |
0 |
0,7 |
эб-откр. кб-закр. |
эб-откр. кб-закр. |
закр |
закр |
нас. |
закр |
закр |
|
1111 |
2 |
2 |
0,7 |
0,1 |
0,7 |
5,986 |
инвер. |
инвер. |
нас. |
нас. |
закр |
откр |
откр |
|
0001 |
0,8 |
2 |
0 |
0,1 |
0,7 |
5,986 |
эб-откр. кб-закр. |
инвер. |
закр |
нас. |
закр |
закр |
откр |
IВХ1 |
IВХ2 |
IВХ3 |
IВХ4 |
IR1 |
IR2 |
IR3 |
IR4 |
IR5 |
IR6 |
IБVT3 |
IБVT4 |
IБVT5 |
||
0000 |
0,144 |
0,144 |
0,144 |
0,347 |
0,433 |
0,347 |
0 |
0 |
0,582 |
7,2 |
0 |
0 |
0,582 |
|
1111 |
0,016 |
0,016 |
0,016 |
0,013 |
0,333 |
0,266 |
0,07 |
0,07 |
0,648 |
0,016 |
0,313 |
0,21 |
0 |
|
0001 |
0,144 |
0,144 |
0,144 |
0,013 |
0,433 |
0,266 |
0 |
0,07 |
0,648 |
0,016 |
0 |
0,21 |
0 |
2.4 Расчет мощностей
Входная комбинация |
Токи, мА |
Потребляемая мощность, мВт |
|||||||
Вх.1 |
Вх.2 |
Вх.3 |
Вх.4 |
IR1 |
IR2 |
IR5 |
IR6 |
||
0 |
0 |
0 |
0 |
0,433 |
0,347 |
0,582 |
7,2 |
51,37 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0,333 |
0,266 |
0,648 |
0,016 |
7,58 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0,433 |
0,266 |
0,648 |
0,016 |
8,18 |
P=Eп*( IR1+ IR2+ IR5+ IR6)
Для первой комбинации P=6*(0,433+0,347+0,582+7,2)=51,37мВт
Для второй комбинации P=6*(0,333+0,266+0,648+0,016)=7,58мВт
Для третьей комбинации P=6*(0,433+0,266+0,648+0,016)=8,18мВт
Максимальные мощности резисторов
Максимальный ток, мА |
Мощность резисторов, мВт |
|||||||||||
IR1 |
IR2 |
IR3 |
IR4 |
IR5 |
IR6 |
PR1 |
PR2 |
PR3 |
PR4 |
PR5 |
PR6 |
|
0.433 |
0.347 |
0,07 |
0,07 |
0.648 |
7.2 |
2,25 |
1,8 |
0,049 |
0,049 |
3,82 |
42,45 |
PRi=Ii2*Ri
PR1=(0.433)2*12=2.25мВт
PR2=(0.347)2*15=1,8мВт
PR3=(0.07)2*10=0,049мВт
PR4=(0.07)2*10=0,049мВт
PR5=(0,648)2*9,1=3,82мВт
PR6=(7,2)2*0,82=42,45мВт
2.5 Таблица истинности
Если х4 равен 0 и х1 или х2, х3 равен 0, то VT3 и VT4 будут закрыты, а VT5 будет открыт > Y=0, в остальных случаях Y=1…
х1 |
х2 |
х3 |
х4 |
Y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Данная схема реализует функцию Y=x1*x2*x3+x4…
Вывод
Рассчитали электрическую схему, определили таблицу истинности и по ней определили какую функцию реализует заданная схема
3. Разработка топологии в гибридном варианте
3.1 Пленочные проводники
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
||
12 кОм |
15 кОм |
10 кОм |
10 кОм |
9,1 кОм |
820 Ом |
||
P, мВт |
2,25 |
1,8 |
0,049 |
0,049 |
3,82 |
42,45 |
|
КФ |
12 |
15 |
10 |
10 |
9,1 |
0,82 |
|
lрасчетн. |
1,16 |
1,16 |
0,16 |
0,16 |
1,32 |
1,32 |
|
bрасчетн. |
0,0966 |
0,0773 |
0,016 |
0,016 |
0,145 |
1,61 |
|
l |
2,4 |
3 |
2 |
2 |
1,8 |
1,6 |
|
b |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
1,3 |
Возьмем сплав PC-3001
RS=1000 Ом/кв. P0=20мВт/мм2
Найдем КФ = RI/ RS
КФ1 = R1/ RS=12
КФ2 = R2/ RS=15
КФ3 = R3/ RS=10
КФ4 = R4/ RS=10
КФ5 = R5/ RS=9,1
КФ6 = R6/ RS=0,82
Найдем
Найдем bI=lI/KФI
b1=l1/KФ1=1,16/12=0,0966
b2=l2/KФ2=1,16/15=0,0773
b3=l3/KФ3=0,16/10=0,016
b4=l4/KФ4=0,16/10=0,016
b5=l5/KФ5=1,32/9,1=0,145
b6=l6/KФ6=1,32/0,82=1,61
Так как у пленочных резисторов есть ограничения, то l и b примут следующие значения, приведенные в таблице
3.2 Навесные элементы
Выбираем активные элементы — диоды и транзисторы, руководствуясь следующими принципами:
· Диоды и транзисторы должны быть бескорпусными;
· Должны быть предназначены для работы в импульсном режиме;
· Структура транзистора n-p-n;
· Коэффициент передачи тока БТ >50;
· Для диодов:
· Для транзисторов:
1. В качестве диодов VD1, VD2 возьмем КД904А
Uобр.max=10В
Iпр.max=5мА, габариты 1Ч1Ч1
2. В качестве транзисторов VT2, VT3, VT4, VT5 используем КТ331А
Iк.max = 20мА
Uкэmax = 10В
Pкmax = 15мВт
габариты 1Ч1Ч0,8
3. В качестве транзистора VT1 берем многоэмитерный транзистор
3.3 Топологический чертеж ИМС
Площадь, занимаемая резисторами:
SR=SR1+SR2+SR3+SR4+SR5+SR6=2.4*0.2+3*0.2+2*0.2+2*0.2+1.8*0.2+1.6*1.
3=4.32мм2
Площадь, занимаемая навесными элементами схемы:
S=SVD1+SVD2+SVT1+SVT2+SVT3+SVT4+SVT5+SVT6=1+1+4+1+1+1+1+1=11мм2
Площадь подложки должна быть не менее 5*(4,32+11)=76,6мм2
В качестве подложки выбираем ситалл размерами 12Ч10…
Масштаб 10:1
Вывод
В третье части я разработал топологический чертеж в гибридном варианте, учитывая основные ограничения, накладываемые тонкопленочной технологией.
Заключение
В данной курсовой работе мы составили электрическую схему на основе базовых цифровых интегральных микросхем (ЦИМС), для этой электрической схемы и учитывая дополнительные требования к этой схеме мы выбрали для 6 ЦИМС логику КМДП и для 1 ЦИМС логику ТТЛ; произвели электрический расчет цифрового устройства и построил топологию этого устройства.
В результате проделанной работы мы освоили основные положения Т.Э. и их практическое применение, а именно:
— Закрепили основные положения алгебры логики, при помощи чего, можно минимизировать функции и реализовывать их в различных логических базисах и на практических элементах;
— Освоили принципы выбора логики ИМС и расчета их параметров; -Научились рассчитывать простейшие цифровые интегральные микросхемы;
— Так же освоили принцип подбора материалов и активных элементов для микросхемы, и последующей разработки топологии этой схемы.
Список используемой литературы
1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учеб. пособие для вузов / Ю.Л. Бобровский, С.А. Корнилов, И.А. Кратиров и др.; Под ред. проф. Н.Д. Федорова.- М.: Радио и связь, 1998. — 580 с.
2. Ефимов, Козырь. Основы микроэлектроники.- М.: Сов. Радио,1980г.
3. В.Л. Савиных. Микроэлектроника. 1999
4. А.Н. Удальцов. Разработка интегрального цифрового устройства. 2008
Размещено на