Проектировании трансформатора

При проектировании топологии следует учитывать, что этот этап реализации ИМС носит индивидуальный характер и в значительной степени определяется сложностью разрабатываемого изделия. Однако во всех случаях необходимо руководствоваться системой основных правил. Ниже приводится краткая характеристика этих правил для случая, когда биполярная ИМС изготовляется на исходной подложке р-типа с эпитаксиальным п-сло-ем, а изоляция ее элементов осуществляется р-я-переходом.

При проектировании топологии гибридной ИМС нужно учитывать, что:

Проектирование резисторов состоит в выборе материала (материалов) для контактных площадок (см. табл. 4.2, 4.4) и вычерчивании топологии резисторов с геометрическими размерами резистивных полосок, полученных в результате расчета, и контактных площадок с учетом рекомендаций и конструктивно-технологических ограничений. При проектировании топологии резисторов сложной формы контактные площадки необходимо располагать так, чтобы обеспечить отсутствие погрешности из-за неточности совмещения резистивных полосок и контактных площадок.

Каждый из этих принципов следует соблюдать при проектировании топологии гибридных ИМС для изготовления как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии.

В связи с быстрым ростом степени интеграции микросхем решение задач компоновки, размещения и трассировки, возникающих при проектировании топологии БИС, осуществляется с помощью ЭВМ. По этой причине большинство методов, излагаемых в настоящей главе, ориентировано не на разработку топологии БИС вручную, а на автоматизированное проектирование топологии с помощью ЭВМ.

Хотя конструкция базового кристалла допускает достаточное число степеней свободы при проектировании топологии БИС, общее количество различных сочетаний микроэлементов и условий их размещения оказывается настолько большим, что практически удовлетворить их не представляется возможным. В частности, к ним относятся некоторые варианты размещения ячеек; возможности или запрета инверсии либо поворота ячеек; расположения и формы шин источника питания и заземления БИС; фиксирования или запрета трассы межсоединений элементов БИС, принятых за координатные, количества слоев соединительных проводников, зоны трассировки, размещения внешних выводов и т. п.

Пороговое напряжение i/nop.n.c увеличивается (по модулю) при росте расстояния контакт—исток. Поэтому для устранения или ослабления указанной паразитной связи необходимо размещать элементы на достаточно больших расстояниях друг от друга, что ограничивает плотность упаковки. Кроме того, при проектировании топологии микросхемы следует выявлять ее критические электроды и элементы, наиболее подверженные влиянию паразитной связи, т. е. учитывать не только взаимное расположение элементов, но и полярность и амплитуды изменения напряжений на электродах элементов микросхемы в процессе ее работы. При этом нужно учитывать, что чем больше амплитуда изменения напряжения на данном электроде, тем больше он влияет на токи тех ближайших транзисторов, потенциалы истоков которых выше потенциала этого электрода.

Таким образом, для уменьшения паразитной связи через подложку необходимо: совершенствовать технологию получения материала для полуизолирующих подложек с целью более точной компенсации примесей и уменьшения концентрации дефектов, приводящих к образованию отрицательных ионов в области 4 (см. 5.6); уменьшать амплитуду изменения напряжения на электродах элементов микросхемы, например, за счет снижения напряжения питания; использовать элементы, менее чувствительные к влиянию бокового затвора; выбирать достаточно большие расстояния между критическими электродами соседних элементов при проектировании топологии микросхемы.

Важную роль играют конструктивно-технологические параметры и характеристики ЛЭ: площадь, занимаемая ЛЭ на кристалле (при заданном минимальном топологическом размере), и количество основных технологических операций, используемых при изготовлении микросхемы. Площадь ЛЭ наряду с потребляемой мощностью определяет максимально достижимую степень интеграции, а количество основных технологических операций — процент выхода годных микросхем и их стоимость. Для уменьшения площади ЛЭ стремятся упростить их электрическую схему, уменьшить число используемых в ней транзисторов, диодов и резисторов. При проектировании топологии и структуры ЛЭ для снижения его площади уменьшают число карманов, размещая там, где это возможно, несколько транзисторов или резисторов в одном кармане. Используют поликремниевые пленочные резисторы, сформированные на поверхности кристалла над транзисторами. Применяю! совмещение областей транзисторов; в этом случае одна область кристал ла может использоваться для нескольких транзисторов, например как база одного и коллектор другого биполярного транзистора (см. § 7.5).

При проектировании топологии гибридной ИМС необходимо учитывать, что:

Каждый из этих принципов необходимо соблюдать при проектировании топологии гибридных ИМС для изготовления как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии.

В действительности при проектировании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значительную часть времени может быть не полностью загружен. По этой причине трансформаторы обычно рассчитывают так, чтобы максимум КПД ( 9.19) соответствовал средней нагрузке; например, при отношении мощностей потерь

зависит только от активного сопротивления обмоток, т. е. от выбранного сечения проводов, из которого они выполнены. Поэтому при проектировании трансформатора заранее задаются величиной Аи 2 и определяют допустимую плотность тока в проводах обмоток.

В действительности при проектировании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значительную часть времени может быть не полностью загружен. По этой причине трансформаторы обычно рассчитывают так, чтобы максимум КПД ( 9.19) соответствовал средней нагрузке; например, при отношении мощностей потерь

В действительности при проектировании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значительную часть времени может быть не полностью загружен. По этой причине трансформаторы обычно рассчитывают так, чтобы максимум КПД ( 9.19) соответствовал средней нагрузке; например, при отношении мощностей потерь ЛУк ном ~ 0.5 * 0,25 максимум КПД будет при нагрузке, которой соответствует

При проектировании трансформатора в соответствии с заданием должно быть также обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочности и нагревостойкости обмоток и других частей и к экономичности его работы в эксплуатации. Экономичность трансформатора в эксплуатации определяется путем сопоставления стоимости трансформатора, отнесенной к определенному промежутку времени, с эксплуатационными затратами за этот промежуток и зависит в значительной мере от правильного выбора таких его параметров, как потери холостого хода и короткого замыкания. Для силового трансформатора уровни потерь холостого хода и короткого замыкания обычно устанавливаются при проектировании серий и разработке новых стандартов. При индивидуальном проектировании силового трансформатора общего или

Коэффициент заполнения сечения стержня сталью kc определяется числом ступеней в сечении и принятым способом прессовки стержня при ступенчатой его форме или способом расположения пластин (радиальное, эволь-вентное) при цилиндрической форме, а также .качеством отделки стали (§2-3). Для трансформатора каждого типа конструкция, материал и технология изготовления магнитной системы, а следовательно, и kc обычно выбираются до начала расчета на основании имеющегося опыта и задачи, поставленной при проектировании трансформатора. При этом всегда стремятся получить наибольшее возможное значение k0. Поэтому при исследовании влияния основных исходных данных на параметры трансформатора kc для этого трансформатора можно считать величиной постоянной. При расчете серии kc будет несколько изменяться от трансформатора одного типа к другому, сохраняясь постоянным во всех вариантах для каждого типа. В дальнейшем (§ 11-2) вопрос о влиянии выбранного kc на массы активных материалов и параметры трансформатора будет исследован более подробно.

При проектировании трансформатора в соответствии с заданием должно быть также обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочности и нагревостоикости обмоток и других частей и к экономичности его работы в эксплуатации. Экономичность трансформатора в эксплуатации определяется путем сопо-

иого сечения стержня к площади круга с диаметром d, a > Л3'— отношение площади активного сечения стержня (чистой стали) к площади ступенчатой фигуры сечения стержня. Коэффициент &КР зависит от числа и размеров ступеней в сечении стержня (см. табл. 2.5, 2.6 и 8.1—8.5), a k3 — от толщины пластин стали и способа их изоляции (см. табл. 2.2). Для трансформатора каждого типа конструкция, материал и технология изготовления магнитной системы, а следовательно, и kc обычно выбираются до начала расчета на основании имеющегося опыта и задачи, поставленной при проектировании трансформатора. При этом всегда стремятся получить наибольшее возможное значение kc. Поэтому при исследовании влияния основных исходных данных на параметры трансформатора fec для этого трансформатора можно считать величиной постоянной. При расчете серии kc будет несколько изменяться от одного типа трансформаторов к другому, сохраняясь постоянным во всех вариантах для каждого типа. В дальнейшем (см. § 11.2) вопрос о влиянии выбранного kc на массы активных материалов и параметры трансформатора будет исследован более подробно.

При проектировании трансформатора для определения тока холостого хода и параметров намагничивающего контура схемы замещения приходится производить расчет его магнитной цепи, что позволяет найти зависимость между основным магнитным потоком и намагничивающим током трансформатора.

При проектировании трансформатора стремятся не только определить потери в элементах конструкции, но и выбрать рациональную конструктивную форму магнитной системы, обмоток, бака и других деталей для обеспечения наименьших добавочных потерь и исключения мест опасного их сосредоточения. При таком подходе потери в стальных деталях конструкции составляют сравнительно небольшую долю потерь короткого замыкания.

Значение потерь определяется расчетным путем при проектировании трансформатора или опытным путем в готовом трансформаторе.