Un circuito integrato è anche chiamato circuito integrato monolitico, chip, microchip e IC può essere definito come un insieme di circuiti elettronici con milioni di resistori, condensatori, transistor e altri componenti sono integrati su un wafer semiconduttore o una piccola piastra di materiale semiconduttore, generalmente silicio. In genere, ogni gadget elettrico ed elettronico che utilizziamo nella nostra vita quotidiana è un'applicazione di circuiti integrati. Anche se i circuiti integrati sono costituiti da diversi miliardi di transistor e altri componenti, sono comunque di dimensioni più piccole, molto compatti. Con l'avanzamento in Tecnologia IC la larghezza della linea conduttrice in un circuito integrato è ridotta a decine di nanometri.
Tipi di circuiti integrati
Ci sono diversi tipi di circuiti integrati principalmente i circuiti integrati sono classificati in due tipi come circuiti integrati analogici e circuiti integrati digitali. In questo articolo, come caso speciale, discutiamo della progettazione e delle applicazioni dei circuiti integrati analogici.
Circuiti integrati analogici
IC analogico
I circuiti integrati analogici sono stati progettati principalmente utilizzando calcoli manuali e parti di kit di processo prima dell'invenzione dei microprocessori e di altri strumenti di progettazione dipendenti dal software. La progettazione di circuiti integrati analogici viene utilizzata per la progettazione amplificatori operazionali , regolatori lineari, oscillatori, filtri attivi e circuiti ad aggancio di fase. I parametri dei semiconduttori come la dissipazione di potenza, il guadagno e la resistenza sono più interessati nella progettazione di circuiti integrati analogici.
Progettazione di circuiti integrati analogici
Il processo di progettazione di circuiti integrati analogici include progettazione di sistema, progettazione di circuiti, progettazione di componenti, simulazioni di circuiti, simulazioni di sistemi, progettazione di layout di circuiti integrati, interconnessione, verifica, fabbricazione, debug del dispositivo, debug del circuito, debug del sistema. La progettazione di circuiti integrati digitali può essere automatizzata, ma la progettazione di circuiti integrati analogici è molto difficile, impegnativa e non può essere automatizzata.
La progettazione pratica del circuito integrato analogico prevede i seguenti passaggi:
Processo di progettazione di circuiti integrati analogici
Sistema a livello di blocco
Principalmente le idee sono implementate per progettare un progetto a livello di blocco per il circuito integrato analogico desiderato. Diversi blocchi sono progettati e collegati per ottenere un sistema completo a livello di blocco.
Circuito a livello di componente
In base al sistema a livello di blocco, vengono utilizzati e collegati diversi componenti idonei in modo da formare un circuito a livello di componente. Utilizzando questo circuito come circuito di base per la progettazione di circuiti integrati analogici, viene utilizzato per la simulazione.
Verifica del circuito a livello di componente
Il circuito a livello di componente viene utilizzato per la verifica. Il progetto di questo circuito viene simulato e in base ai risultati delle simulazioni viene verificato il circuito a livello di componente del circuito integrato analogico.
Layout del circuito integrato
Dopo la verifica del circuito a livello di componente del circuito integrato analogico mediante simulazioni. Il layout del circuito integrato analogico è progettato utilizzando la traduzione fisica. Pertanto, viene progettato un layout di circuito integrato analogico.
Fabbricazione di IC
La fabbricazione di circuiti integrati analogici comporta diversi passaggi, come la creazione di wafer semiconduttori utilizzando materiale semiconduttore (oppure è possibile utilizzare direttamente wafer semiconduttori). Integrazione diversa componenti elettrici ed elettronici come resistori, transistor, ecc. sul wafer e imballare il chip per formare il pacchetto IC.
Test e debug di IC
Il circuito integrato analogico viene quindi testato e sottoposto a debug per qualsiasi controllo dei risultati con i risultati stimati. Quindi il prototipo IC viene progettato e utilizzato per caratterizzare il circuito integrato e la scheda di valutazione viene utilizzata per valutare il circuito integrato analogico.
Amplificatore operazionale Progettazione di circuiti integrati analogici
Lo schema circuitale a livello di componente di un progetto di circuito integrato analogico dell'amplificatore operazionale IC 741 è mostrato nella figura seguente. Consiste di resistori e transistor integrati su un chip.
Diagramma dei livelli dei componenti del circuito interno dell'amplificatore operazionale IC 741 analogico
Le caselle colorate rappresentano: amplificatore differenziale blu delineato, amplificatore del voltaggio magenta delineato, (stadio di uscita ciano delineato e trasduttore di livello del voltaggio verde) amplificatore di uscita ciano e verde delineato, specchio della corrente rosso delineato.
Applicazioni del circuito integrato analogico
Esistono diversi esempi di progetti di circuiti integrati analogici come circuiti di gestione dell'alimentazione, amplificatori operazionali e sensori che vengono utilizzati con segnali continui per eseguire funzioni come il filtraggio attivo, la distribuzione di potenza per i componenti con chip integrato, il missaggio e così via.
Applicazione dell'IC analogico per il filtraggio attivo
La progettazione di circuiti integrati analogici viene utilizzata per il filtraggio attivo. Utilizza filtro attivo o filtro elettronico analogico componenti elettronici attivi come gli amplificatori utilizzati per migliorare le prestazioni e la prevedibilità di un filtro evitando l'ingombrante e costoso induttore.
Esistono diverse configurazioni di filtro attivo (topologia del filtro elettronico) che include filtro a chiave sallen , filtri per variabili di stato, filtri di feedback multipli e così via.
Applicazione di circuiti integrati analogici per circuiti di gestione dell'alimentazione
Nella progettazione di circuiti integrati analogici (o di qualsiasi circuito integrato), tutti i componenti elettrici ed elettronici utilizzati e integrati per progettare il circuito integrato richiedono alimentazione. Questa potenza elettrica richiesta viene distribuita ai componenti su chip utilizzando una rete di conduttori progettati su chip. Il circuito di gestione dell'alimentazione include l'analisi e la progettazione di questi tipi di reti (rete di conduttori) che vengono utilizzati per la distribuzione di potenza all'interno del circuito.
Applicazione di circuiti integrati analogici per il missaggio di frequenze
Il mixer di frequenza, chiamato anche mixer (circuito elettrico non lineare), è un circuito integrato analogico utilizzato per la miscelazione della frequenza. La miscelazione della frequenza può essere definita come la creazione di una nuova frequenza da due diversi segnali applicati al circuito. Questi sono anche usati per spostare i segnali da una gamma di frequenze ad un'altra.
Applicazione dell'IC analogico come amplificatore operazionale
IC 741 Op-Amp
L'amplificatore operazionale mostrato nella figura sopra è il miglior modulo fondamentale nella progettazione di circuiti integrati analogici. Esistono diversi tipi di amplificatori operazionali, ma l'IC 741 Op-Amp è l'amplificatore operazionale più frequentemente utilizzato in molte applicazioni. La semplice relazione input / output (I / O) dell'amplificatore operazionale è la ragione per cui si utilizza l'amplificatore operazionale nella progettazione di circuiti integrati analogici.
Circuito di risparmio energetico di Edgefxkits.com
Il progetto di risparmio energetico per industrie e stabilimenti commerciali è un'applicazione di uno dei progetti di circuiti integrati analogici, vale a dire l'amplificatore operazionale IC 741. Per ridurre la perdita di potenza nelle industrie vengono utilizzati condensatori di shunt per fornire la compensazione del fattore di potenza. Fattore di potenza può essere definito come il rapporto tra potenza reale o attiva e potenza apparente o somma di attivi e potere reattivo .
Man mano che il fattore di potenza diminuisce, è necessaria più energia per soddisfare la richiesta di carico. Pertanto l'efficienza diminuirà e il costo (bolletta elettrica) aumenterà. In questo sistema, l'impulso a tensione zero e l'impulso a corrente zero hanno uno sfasamento temporale tra loro che è opportunamente generato dai circuiti amplificatori operazionali in modalità comparatore. Questi vengono inviati ai due pin di interrupt del Microcontrollore 8051 che mostra la perdita di potenza dovuta al carico induttivo sul display LCD.
Schema a blocchi del circuito di risparmio energetico di Edgefxkits.com
La tensione al trasformatore di potenziale viene alimentata all'amplificatore operazionale che funge da rilevatore di zero crossing V, e la corrente al trasformatore di corrente viene alimentata all'amplificatore operazionale che funge da rilevatore di zero crossing I. Le uscite di questi amplificatori operazionali sono fornite al Microcontrollore 8051 che controlla l'attivazione dei relè attraverso il driver del relè IC per il collegamento di condensatori di shunt nel circuito per eliminare la perdita di potenza.
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