Аналоговые микросхемы

Схемотехника, охватывающая структурное и схемное проектирование, основанная на использовании в современных ИМС логических элементов (ТТЛ, ТТЛШ, И2Л, МДПТЛ и др.) и аналоговых каскадов (дифференциальные каскады с активными нагрузками, схемы сдвига уровня и др.), непрерывно совершенствуется в направлении получения оригинальных схемных и структурных решений, эффективно использующих специфические особенности интегральных микросхем с целью улучшения их основных характеристик. Результатом такого совершенствования явилась разработка целого ряда новых структурных решений и создание на их основе БИС с большими функциональными возможностями. Так, программируемые логические матрицы, широко применяемые в цифровых БИС и СБИС, аналоговые компараторы и перемножители имеют структуры, которые не использовались в дискретной схемотехнике.

Как отмечалось, аналоговые компараторы выполняют функции сравнения входных напряжений, усиления их разности и выработки

§ 3.4. Аналоговые компараторы напряжения...... 104

Лекция 9. Аналоговые компараторы напряжений ........................ 92

Лекция 9. Аналоговые компараторы напряжений

Лекция 9. Аналоговые компараторы напряжений

исключает его насыщение при большом уровне входных сигналов. Кроме этого, устройство смещения устанавливает также соответствующие уровни напряжения и тока в выходном логическом каскаде. Благодаря этому обеспечивается работа компаратора с определенным типом логики — ТТЛ, ЭСЛ или КМОП (см. Лекцию 12). Характеристики аналоговых компараторов. Аналоговые компараторы описываются набором параметров, которые нужно учитывать при их использовании. Основные параметры можно разделить на статические и динамические. К статическим параметрам относятся такие, которые определяют его состояние в установившемся режиме:

Лекция 9. Аналоговые компараторы напряжений

Лекция 9. Аналоговые компараторы напряжений

Лекция 9, Аналоговые компараторы напряжений

Аналоговые компараторы могут быть построены на основе ОУ без обратной связи. Можно использовать как один инвертирующий вход ОУ,. так и оба — инвертирующий и неинвертирую-щий. В последнем случае, замыкая цепь положительной обратной связи, получаем компаратор с гистерезисными свойствами. Для ограничения уровня выходного напряжения с целью согласования с последующими схемами в цепь отрицательной обратной связи включают различные ограничители (например, стабилитроны), показанные на 1.21 —1.23. Выходное напряжение компаратора может принимать два определенных значения, сменяющиеся всякий раз, как изменяет свой знак сумма входных напряжений. На 1.21 —1.23 изображены схемы компараторов, в которых используется только инвертирующий вход усилителя. В цепь неинвертирующий вход — земля целесообразно в первых двух схемах включать балансирующий резистор &бал =i?ii?2- В схемах сравниваются опорный Uon и исследуемый 0вх сигналы, подаваемые на инвертирующий вход. Отличительной особенностью схемы, приведенной на 1.23, является наличие зоны нечувствительности, обусловленной использованием диодного мостового ключа (диоды VD2, VD5, VD3, VD6), как в схеме на 1.20, что расширяет ее функциональные возможности. С помощью схемы на 1.20 можно авто-

В отличие от логических ИМС, аналоговые микросхемы не имеют единой совокупности параметров, характеризующих все их типы. Каждый класс аналоговых микросхем характеризуется набором своих специфических параметров.

Аналоговые микросхемы различного функционального назначения разрабатываются в полупроводниковом и в пленочном исполнении. Однако требования к точности элементов, шумовым параметрам, частотным и другим характеристикам аналоговых микросхем, как правило, выше, чем к логическим. Таким образом, гибридно-пленочная технология обладает более широкими возможностями для реализации аналоговых микросхем.

Гибридно-пленочные аналоговые микросхемы изготовляются преимущественно методами тонкопленочной технологии.

По функциональному назначению в соответствии с ГОСТ 18682—73 аналоговые микросхемы подразделяются на:

Аналоговые микросхемы применяют в измерительных устройствах, системах автоматического регулирования. К универсальным элементам аналоговой электроники относится операционный усилитель, позволяющий строить на его основе различные устройства — усилитель, генератор сигналов синусоидальной или другой формы, интегратор, дифференциатор, сумматор и множество других.

Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки непрерывных сигналов. Примером аналоговой схемы являются операционные усилители, в настоящее время широко используемые в измерительных органах релейной защиты. Цифровые микросхемы, предназначены для преобразования и обработки сигналов, выраженных в двоичном или другом цифровом коде. Операции с двоичным кодом описываются рассмотренными выше соотношениями алгебры логики. Поэтому иногда цифровые микросхемы для выполнения простейших логических операций именуются логическими микросхемами. Цифровые схемы используются, в частности, для осуществления логической части современных устройств релейной защиты, выполненных на базе интегральной микроэлектроники. Принятые условные изображения различных типов логических элементов приведены в табл. 2.1.

Использование операционных усилителей. Аналоговые микросхемы, как правило, в интегральном исполнении, предназначены для обработки непрерывных сигналов, изменяющихся во времени по различным законам. Из этого класса ИМС наиболее важными являются операционные усилители, предоставляющие широкие возможности их использования в устройствах релейной защиты.

В полупроводниковых микросхемах наиболее распространенными пассивными элементами являются резисторы. Вследствие низкого удельного сопротивления полупроводниковых слоев они занимают большую площадь на кристалле. Поэтому микросхемы проектируют так, чтобы число резисторов было минимальным, а их сопротивления — небольшими (обычно менее 10 кОм). Аналоговые микросхемы содержат, как правило, больше резисторов, чем цифровые. Во многих цифровых микросхемах (например, на полевых транзисторах) резисторов нет — вместо них используют транзисторы. Полупроводниковые резисторы имеют сильную температурную зависимость и большой технологический разброс сопротивления. Иногда вместо полупроводниковых применяют тонкопленочные резисторы с лучшими параметрами, но тогда технологический процесс усложняется.

Однако к настоящему времени отмеченные проблемы в основном решены. Крупные успехи в области схемотехники и технологии привели к тому, что аналоговые микросхемы стали применяться в качестве основного типа компонентов аналоговых устройств и систем. Сущест-

Аналоговые микросхемы можно разделить на две группы. В первую группу входят микросхемы универсального назначения: матрицы согласованных резисторов, диодов, транзисторов и т. д. Сюда также следует отнести интегральные операционные усилители (ОУ), появление которых — одно из главных достижений аналоговой микроэлектроники. Во вторую группу входят специализированные аналоговые микросхемы, каждая из которых выполняет некоторую определенную функцию, например перемножение аналоговых сигналов, фильтрация, компрессия и т. д. Схемотехнические приемы построения таких микросхем практически не отличаются от методов реализации их аналогов на микросхемах универсального назначения. Изучению этих методов посвящены специализированные радиотехнические дисциплины. Ограничимся лишь краткой характеристикой основных типов аналоговых микросхем специального назначения.

Аналоговые микросхемы представляют собой структуру, образованную совокупностью аналоговых электронных цепей, в которых передаваемые сигналы являются -непрерывными переменными или принимают множество дискретных значений. Применяются! аналоговые микросхемы в аппаратуре непрерывисто действия (радиолокационная техника, СВЧ техника, приемо-передающая аппаратура, техника связи). В зависимое'™ от области (применения аналоговые микросхемы имеют свои специфические особенности. Поэтому все аналоговые микросхемы можно условно (разделить. на линейиые, СВЧ-микросхемы и микросхемы для аппаратуры свя-