การออกแบบและการประยุกต์ใช้วงจรรวมอนาล็อก

วงจรรวมเรียกอีกอย่างว่าวงจรรวมเสาหินชิปไมโครชิปและ IC สามารถกำหนดเป็นชุดของ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยตัวต้านทานตัวเก็บประจุทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบอื่น ๆ หลายล้านตัวจะรวมอยู่บนเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กโดยทั่วไปคือซิลิกอน โดยปกติแล้วอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทุกชิ้นที่เราใช้ในชีวิตประจำวันคือการประยุกต์ใช้วงจรรวม แม้ว่า IC จะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวและส่วนประกอบอื่น ๆ แต่ก็ยังมีขนาดที่เล็กกว่า แต่มีขนาดกะทัดรัดมาก ด้วยความก้าวหน้าใน เทคโนโลยี IC ความกว้างของเส้นนำในวงจรรวมจะลดลงเหลือหลายสิบนาโนเมตร

ประเภทของ IC

มี ICs ประเภทต่างๆ โดยหลักแล้วไอซีแบ่งออกเป็นสองประเภทเช่นวงจรรวมอนาล็อกและวงจรรวมดิจิทัล ในบทความนี้เป็นกรณีพิเศษเราจะพูดถึงการออกแบบและการใช้งานวงจรรวมอนาล็อก

วงจรรวมอนาล็อก

IC แบบอนาล็อก

วงจรรวมแบบแอนะล็อกได้รับการออกแบบโดยใช้การคำนวณด้วยมือและชิ้นส่วนชุดกระบวนการเป็นหลักก่อนที่จะมีการประดิษฐ์ไมโครโปรเซสเซอร์และเครื่องมือออกแบบอื่น ๆ ที่ขึ้นอยู่กับซอฟต์แวร์ การออกแบบวงจรรวมอนาล็อกใช้สำหรับการออกแบบ เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ , ตัวควบคุมเชิงเส้น, ออสซิลเลเตอร์, ฟิลเตอร์แอคทีฟและเฟสล็อกลูป พารามิเตอร์ของเซมิคอนดักเตอร์เช่นการกระจายกำลังการรับและความต้านทานมีความเกี่ยวข้องมากกว่าในการออกแบบวงจรรวมอนาล็อก

การออกแบบวงจรรวมอนาล็อก

กระบวนการออกแบบ Analog IC รวมถึงการออกแบบระบบการออกแบบวงจรการออกแบบส่วนประกอบการจำลองวงจรการจำลองระบบการออกแบบโครงร่างวงจรรวมการเชื่อมต่อระหว่างกันการตรวจสอบการประดิษฐ์การดีบักอุปกรณ์การดีบักวงจรการดีบักระบบ การออกแบบ IC แบบดิจิทัลสามารถทำได้โดยอัตโนมัติ แต่การออกแบบวงจรรวมแบบอะนาล็อกนั้นยากท้าทายและไม่สามารถเป็นแบบอัตโนมัติได้

การออกแบบวงจรรวมอะนาล็อกที่ใช้งานได้จริงเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้:

กระบวนการออกแบบวงจรรวมอนาล็อก

ระบบระดับบล็อก

โดยหลักแล้วแนวคิดจะถูกนำไปใช้ในการออกแบบการออกแบบระดับบล็อกสำหรับวงจรรวมอะนาล็อกที่ต้องการ บล็อกต่างๆได้รับการออกแบบและเชื่อมต่อเพื่อให้ได้ระบบระดับบล็อกที่สมบูรณ์

วงจรระดับส่วนประกอบ

ตามระบบระดับบล็อกจะมีการใช้ส่วนประกอบที่เหมาะสมที่แตกต่างกันและเชื่อมต่อเพื่อสร้างวงจรระดับส่วนประกอบ การใช้วงจรนี้เป็นวงจรพื้นฐานสำหรับการออกแบบ IC แบบอนาล็อกจะใช้สำหรับการจำลอง

การตรวจสอบวงจรระดับส่วนประกอบ

วงจรระดับส่วนประกอบใช้สำหรับการตรวจสอบ การออกแบบวงจรนี้ถูกจำลองขึ้นและจากผลการจำลองวงจรระดับส่วนประกอบของวงจรรวมอนาล็อกจะได้รับการตรวจสอบ

เค้าโครงวงจรรวม

หลังจากการตรวจสอบวงจรระดับส่วนประกอบของวงจรรวมอนาล็อกโดยใช้การจำลอง โครงร่างวงจรรวมอนาล็อกได้รับการออกแบบโดยใช้การแปลทางกายภาพ ดังนั้นจึงมีการออกแบบเค้าโครงวงจรรวมอนาล็อก

การผลิต IC

การประดิษฐ์วงจรรวมแบบอะนาล็อกมีหลายขั้นตอนเช่นการสร้างเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (หรือสามารถใช้เวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรงได้) การบูรณาการที่แตกต่างกัน ส่วนประกอบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เช่นตัวต้านทานทรานซิสเตอร์ ฯลฯ บนเวเฟอร์และบรรจุชิปเพื่อสร้างแพ็คเกจ IC

การทดสอบและการดีบัก IC

จากนั้นวงจรรวมอะนาล็อกจะถูกทดสอบและดีบักสำหรับการตรวจสอบผลลัพธ์ใด ๆ ที่มีผลลัพธ์โดยประมาณ จากนั้นต้นแบบ IC ได้รับการออกแบบและใช้สำหรับการกำหนดลักษณะของวงจรรวมและแผงประเมินผลใช้สำหรับการประเมินวงจรรวมอนาล็อก

การออกแบบวงจรรวมแอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการ

แผนภาพวงจรระดับส่วนประกอบของการออกแบบวงจรรวมอะนาล็อกของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ IC 741 แสดงในรูปด้านล่าง ประกอบด้วยตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่บนชิป

แผนผังระดับส่วนประกอบของวงจรภายในแบบแอนะล็อก IC 741 Op-Amp

กล่องสีแสดงถึง: แอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันสีน้ำเงินที่ระบุไว้, แอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าสีม่วงที่ระบุไว้, (ขั้นตอนการส่งออกสีฟ้าที่ระบุไว้และตัวเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าสีเขียวที่ระบุไว้) ที่แสดงแอมพลิฟายเออร์สีฟ้าและเอาท์พุตเขียว

การประยุกต์ใช้วงจรรวมอนาล็อก

มีตัวอย่างที่แตกต่างกันสำหรับการออกแบบวงจรรวมอะนาล็อกเช่นวงจรการจัดการพลังงานแอมพลิฟายเออร์ในการทำงานและเซ็นเซอร์ที่ใช้กับสัญญาณต่อเนื่องสำหรับการทำหน้าที่ต่างๆเช่นการกรองแบบแอคทีฟการกระจายพลังงานสำหรับส่วนประกอบที่มีชิปการผสมและอื่น ๆ

การประยุกต์ใช้ Analog IC สำหรับ Active Filtering

การออกแบบวงจรรวมอนาล็อกใช้สำหรับการกรองแบบแอคทีฟ ตัวกรองที่ใช้งานอยู่หรือตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกใช้ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานอยู่ เช่นเดียวกับเครื่องขยายเสียงที่ใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถในการคาดเดาของฟิลเตอร์โดยหลีกเลี่ยงตัวเหนี่ยวนำที่ใหญ่และมีราคาแพง

มีการกำหนดค่าที่แตกต่างกันของตัวกรองที่ใช้งานอยู่ (โครงสร้างตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์) ซึ่งรวมถึง ตัวกรอง Sallen-key ตัวกรองตัวแปรสถานะตัวกรองคำติชมหลายรายการและอื่น ๆ

การประยุกต์ใช้ Analog IC สำหรับวงจรการจัดการพลังงาน

ในการออกแบบวงจรรวมอะนาล็อก (หรือวงจรรวมใด ๆ ) ส่วนประกอบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่ใช้และรวมเข้าด้วยกันเพื่อออกแบบวงจรรวมต้องใช้พลังงาน พลังงานไฟฟ้าที่ต้องการนี้จะกระจายไปยังส่วนประกอบบนชิปโดยใช้เครือข่ายของตัวนำที่ออกแบบบนชิป วงจรการจัดการพลังงานรวมถึงการวิเคราะห์และออกแบบเครือข่ายประเภทนี้ (เครือข่ายของตัวนำ) ที่ใช้สำหรับการกระจายพลังงานภายในวงจร

การประยุกต์ใช้ Analog IC สำหรับการผสมความถี่

เครื่องผสมความถี่ที่เรียกว่ามิกเซอร์ (วงจรไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้น) เป็นการออกแบบวงจรรวมแบบอะนาล็อกที่ใช้สำหรับการผสมความถี่ การผสมความถี่สามารถกำหนดได้ว่าเป็นการสร้างความถี่ใหม่จากสัญญาณที่แตกต่างกันสองสัญญาณที่ใช้กับวงจร สิ่งเหล่านี้ยังใช้สำหรับการเปลี่ยนสัญญาณจากช่วงความถี่หนึ่งไปยังอีกช่วงหนึ่ง

การประยุกต์ใช้ Analog IC เป็นเครื่องขยายเสียงในการทำงาน

IC 741 Op-Amp

แอมพลิฟายเออร์ในการทำงานที่แสดงในรูปด้านบนเป็นโมดูลพื้นฐานที่ดีที่สุดในการออกแบบวงจรรวมอนาล็อก แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้มีหลายประเภท แต่ IC 741 Op-Amp เป็นแอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการที่ใช้บ่อยที่สุดในหลายแอพพลิเคชั่น ความสัมพันธ์อินพุต / เอาต์พุต (I / O) อย่างง่ายของ op-amp คือเหตุผลเบื้องหลังการใช้ op-amp ในการออกแบบวงจรรวมอะนาล็อก

Power Saver Circuit โดย Edgefxkits.com

โครงการประหยัดพลังงานสำหรับอุตสาหกรรมและสถานประกอบการเชิงพาณิชย์คือการประยุกต์ใช้หนึ่งในการออกแบบวงจรรวมอนาล็อกนั่นคือ IC 741 op-amp เพื่อลดการสูญเสียพลังงานในอุตสาหกรรมตัวเก็บประจุแบบแบ่งใช้สำหรับการชดเชยตัวประกอบกำลัง ตัวประกอบกำลัง สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของกำลังจริงหรือแอคทีฟต่อกำลังปรากฏหรือผลรวมของแอคทีฟและ พลังงานปฏิกิริยา .

เมื่อปัจจัยด้านกำลังลดลงจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการโหลด ดังนั้นประสิทธิภาพจะลดลงและค่าใช้จ่าย (ค่าไฟ) จะเพิ่มขึ้น ในระบบนี้พัลส์แรงดันไฟฟ้าศูนย์และพัลส์กระแสศูนย์มีเวลาหน่วงระหว่างกันซึ่งสร้างขึ้นอย่างเหมาะสมโดยวงจรแอมพลิฟายเออร์ในโหมดเปรียบเทียบ สิ่งเหล่านี้ถูกป้อนเข้ากับพินขัดจังหวะสองตัวของ ไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051 ที่แสดงการสูญเสียพลังงานเนื่องจากโหลดอุปนัยบน LCD

แผนภาพวงจรประหยัดพลังงานโดย Edgefxkits.com

แรงดันไฟฟ้าที่หม้อแปลงที่มีศักยภาพจะถูกป้อนให้กับแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับการข้ามศูนย์ V และกระแสที่หม้อแปลงกระแสจะถูกป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับการข้ามศูนย์ I. ไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051 ซึ่งควบคุมการทำงานของรีเลย์ผ่าน IC ไดรเวอร์รีเลย์สำหรับเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบแบ่งในวงจรเพื่อให้สูญเสียพลังงานเป็นศูนย์

คุณรู้จักการใช้งานวงจรรวมอนาล็อกหรือไม่? อย่าลังเลที่จะแบ่งปันความรู้ทางเทคนิคและข้อสงสัยเกี่ยวกับไฟฟ้าและ โครงการอิเล็กทรอนิกส์ โดยโพสต์ความคิดเห็นของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง