Интегральные схемы с перестраиваемой структурой. Особенности экспериментального и математического моделирования

УО БГУИР

Кафедра ЭВС

РЕФЕРАТ

На тему:

"Интегральные схемы с перестраиваемой структурой. Особенности экспериментального и математического моделирования"

МИНСК, 2008

ИС с перестраиваемой структурой .

Разработка каждой новой ИС сопряжена со значительными затратами. В силу известных трудностей унификации аналоговых и импульсных ИС все же велико. Поэтому в настоящее время разрабатываются схемы с перестраиваемой структурой. Перестройку можно осуществлять двумя методами: с помощью формирования недостающих соединений печатного монтажа ИС и с помощью электрического управления.

Сущность первого метода проиллюстрируем на примере логических монолитных ИС марки ХС-157, выпускаемой фирмой "Моторола".

В кремниевой подложке сформированы 12 одинаковых ДТЛ, принципиальная схема которых приведена на рис. 1.17. ДТЛ-схема выполняет операцию НЕ-ИЛИ. В каждой ДТЛ-схеме отсутствуют соединения диодов с выходными нагрузочными резисторами. Все 12 схем электрически изолированы друг от друга. Все межэлементные соединения, указанные на рис. 1, выполняются фирмой-изготовителем ИС. Они формируются в виде однослойного печатного монтажа. Сверху наносится изоляционная маска из стекла или SiO₂ таким образом, чтобы через ее "окна" были открыты контактные площадки ДТЛ-схем. Второй слой межэлементных соединений проектирует и наносит фирма-потребитель ИС.

Рис. 1. Не полностью "собранная" логическая схема.

Сущность второго метода сводится к переключению отдельных участков схемы с помощью электронных ключей. Внешние выводы ключей всегда находится под управляющим потенциалом. Этот метод еще не

доведен до промышленного применения. Проиллюстрируем его на примере схемы детектора уровня, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема с перестраиваемой структурой.

В схеме предусмотрены четыре p—n—p—n-переключателя, подключающих или отключающих Основные элементы и участки схемы. Сигналы на управляющие электроды переключателей подаются от внешних цепей. При включении только переключателя Кл1 схема работает следующим образом. Положительный входной сигнал вместе с опорным напряжением, снимаемым с делителя П1, подается на затвор полевого транзистора 77. При достижении потенциала насыщения полевой транзистор открывается и включает в работу обычный биполярный транзистор Т2, который в свою очередь открывает диод Д1. В результате на вход схемы через цепь о. с. подается небольшой по величине синфазный сигнал. Величину этого сигнала (коэффициент обратной связи) и запаздывание схемы можно регулировать, изменяя сопротивление цепи обратной связи, в частности R2. Выбирая это сопротивление достаточно большим, мы устанавливаем режим работы детектора уровня. Транзистор ТЗ согласует схему с нагрузкой. При включении только переключателя КлЗ (вместо цепочки R2, R3, Д1 включается R1) схема работает как бистабильный мультивибратор, запускаемый знакопеременной последовательностью импульсов. При включении только переключателя Кл2 (вместо R1 включается С1) и подаче на вход стробирующих сигналов схема работает как генератор стробов. При одновременном включении Кл2 и Kл4 (вход заземляется), а также при определенном подборе опорного напряжения U_оп схема работает как мультивибратор.

На этапе анализа параметров электрическая схема — модель исследуется как аналитически, так и экспериментально. В процессе анализа уточняются ее внешние параметры и характеристики и определяются количественные зависимости изменений этих параметров и характеристик от вариации параметров элементов схемы^* . Анализ обычно проводится методами граничных испытаний , частичных испытаний, наихудшего случая, математического моделирования на ЭВМ [1.48, и другими методами.

Особенности экспериментального моделирования .

Прежде всего вызывает затруднение практическая ограниченность вариации параметров схемных элементов. Если резисторы, емкости и индуктивности, параметры которых должны изменяться в заданном диапазоне величин, можно отразить в схеме соответственно потенциометрами, конденсаторами переменной емкости и вариометрами, то гипотетический транзистор с переменными параметрами не имеет практического аналога. Поэтому в процессе эксперимента одни транзисторы (а также другие элементы с нерегулируемыми параметрами) постоянно заменяются в схеме на другие, параметры которых отличаются нужным образом от первых. Это обстоятельство снижает гибкость эксперимента и увеличивает его трудоемкость.

Исследуемая схема-модель должна как можно точнее отражать реальную ИС. Для этого необходимо, во-первых, чтобы элементы схемы-модели были бы точными аналогами соответствующих элементов ИС и, во-вторых, чтобы электрические связи в схеме-модели точно отражали бы связи соответствующих элементов ИС. Реально ни первое, ни второе требование полностью не удовлетворяются, особенно для монолитных (полупроводниковых) ИС.

Резисторы, конденсаторы и транзисторы ИС обладают специфическими паразитными параметрами. В частности, полупроводниковые диффузионные резисторы и конденсаторы имеют паразитную емкость относительно подложки, величина которой зависит от напряжения обратного смещения. Эта паразитная емкость носит распределенный характер и замена её дискретной емкостью является известным приближением. То же самое относится ко всём паразитным ёмкостями, образуемым изолирующими переходами.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать