chap7 - Chöông 7 Vi maïch tích hôïp 7.1 Khaùi nieäm...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: Chöông 7: Vi maïch tích hôïp 7.1 Khaùi nieäm 7.2 IC khueách ñaïi thuaät toaùn 7.3 IC soá 7.4 Moät soá löu yù khi söû duïng IC 1 7.1 Khaùi nieäm Khaùi nieäm Öu-nhöôïc ñieåm Phaân loaïi 2 Khaùi nieäm Vi maïch tích hôïp (IC-Intergrated circuit) laø sp vi ñieän töû. Moãi IC thöôøng coù moät vaøi chöùc naêng nhaát ñònh . Bao goàm linh kieän tích cöïc, linh kieän thuï ñoäng treân moät ñôn tinh theå baùn daãn vaø chuùng ñöôïc cheá taïo treân moät quy trình thoáng nhaát. Quaù trình coâng ngheä goàm: nuoâi caáy lôùp epitaxi, khueách taùn taïp chaát maët naï, nuoâi caáy lôùp oxit, söû duïng aûnh in litoâ ñeå xaùc ñònh giaûn ñoà 3 Öu-Nhöôïc ñieåm Öu Kích thöôùc nhoû goïn, naêng löôïng tieâu thuï thaáp Ñoä tin caäy cao Coù theå söû duïng caùc kim loaïi quyù ñeå taêng tính naêng nhöng vaãn ñaûm baõo tính kinh teá. Nhöôïc Toác ñoä tính toaùn bò haïn cheá do naêng löôïng cung caáp thaáp Tham soá cuûa caùc linh kieän coù theå thay ñoåi do khaû naêng tích hôïp cao cuûa IC Yeâu caàu cao veà oån ñònh nhieät ñoä vaø nguoàn cung caáp 4 Phaân loaïi IC theo coâng ngheä cheá taïo Vi maïch baùn daãn Caùc phaàn töû tích cöïc vaø thuï ñoäng treân moät ñeá baùn daãn Cheá taïo baèng coâng ngheä quang khaéc (plasma, plasma-epitaxi hay siloc) Söû duïng phoå bieán trong kyõ thuaät ñieän töû 5 Phaân loaïi IC theo coâng ngheä cheá taïo Vi maïch maøng moûng Tích hôïp caùc phaàn töû thuï ñoäng treân moät ñeá thuûy tinh caùch ñieän hay ceramic baèng pp boác hôi hay laéng ñoïng trong chaân khoâng. Caùc phaàn töû tích cöïc thì ñöôïc haøn gaén vaøo maïch nhö caùc linh kieän rôøi raïc Öu ñieåm: caùc tuï ñieän ñieän trôû coù chaát löôïng cao, sai soá nhoû Nhöôïc: caùc tham soá coù ñoä oån ñònh khoâng cao do phuï thuoäc nhieàu vaøo traïng thaùi maët ngoaøi 6 Phaân loaïi IC theo coâng ngheä cheá taïo Vi maïch maøng daøy Tích hôïp caùc phaàn töû thuï ñoäng treân ñeá baùn daãn baèng pp quang khaéc. Caùc linh kieän tích cöïc ñöôïc haøn vaøo nhö linh kieän rôøi. Ñoä oån ñònh cao hôn vi maïch maøng moûng Vi maïch lai Tích hôïp caùc phaàn töû tích cöïc vaø thuï ñoäng treân moät ñeá thuûy tinh hoaëc goám baèng caû 2 coâng ngheä cheá taïo vi maïch baùn daãn vaø maøng moûng. Goàm caû 2 öu ñieåm cuûa vi maïch baùn daãn vaø vi maïch maøng moûng. 7 7.2 IC khueách ñaïi thuaät toaùn Caáu taïo Nguyeân lyù Öu ñieåm ÖÙng duïng 8 Caáu taïo Op-Amps lyù töôûng 9 Caáu taïo Op-Amps lyù töôûng(tt) 10 Caáu taïo Op-Amps lyù töôûng(tt) Khoái 1: Taàng khueách ñaïi vi sai (differential amplifier). Khueách ñaïi tín hieäu giöõa 2 coång V+ vaø V-. Coù khaû naêng mieãn nhieãu cao, toång trôû vaøo lôùn, coù khaû naêng khueách ñaïi tín hieäu bieán thieân chaäm Khoái 2: Taàng khueách ñaïi trung gian. Bao goàm nhieàu taàng khueách ñaïi vi sai maéc noái tieáp nhau => heä soá khueách ñaïi raát lôùn. Ngoaøi ra coøn coù ñònh möùc DC ñeå phaân cöïc cho ngoû ra. Khoái 3: Taàng khueách ñaïi ñeäm, nhaèm taêng doøng cung caáp cho taûi, giaûm toång trôû ra => deã daøng phoái hôïp nhieàu daïng taûi khaùc nhau 11 Caáu taïo Op-Amps lyù töôûng (tt) So saùnh OA lyù töôûng vaø OA thöïc teá 12 Nguyeân lyù hoaït ñoäng Tín hieäu vaøo chaân V+, chaân V- noái mass =>Vout=Avo.V+ Tín hieäu vaøo chaân V-, chaân V+ noái mass =>Vout=-Avo.VToång quaùt: Vout=Avo.(V+ - V-)=Avo. Delta(Vin) 13 Nguyeân lyù hoaït ñoäng(tt) Vuøng khueách ñaïi tuyeán tính: Vout tyû leä tuyeán tính vôùi tín hieäu coång vaøo. Ñoái vôùi khueách ñaïi voøng hôû thì vuøng naøy raát beù. Vuøng baûo hoøa döông: ñaàu ra luoân ôû + Vcc Vuøng baûo hoøa aâm: ñaàu ra luoân ôû – Vcc Opamps coù theå söû duïng nguoàn ñoái xöùng hoaëc khoâng ñoái xöùng (±15VDC; +12VDC vaø 3VDC) 14 Öu ñieåm cuûa Op-amps Khueách ñaïi ñöôïc caùc nguoàn ñoái xöùng, bieán thieân chaäm. Ñaàu ra khueách ñaïi söï sai leäch 2 ñaàu vaøo => mieãn nhieãu raát cao; khueách ñaïi ñöôïc tín hieäu taàn soá thaáp Heä soá khueách ñaïi raát lôùn => khueách ñaïi ñöôïc vôùi tín hieäu coù bieân ñoä vaøi chuïc micro vol Tính oån ñònh nhieät cao Deã chuaån hoùa vaø laép gheùp Toång trôû vaøo lôùn => khueách ñaïi ñöôïc caùc nguoàn tín hieäu coâng suaát beù. Toång trôû ra thaáp => doøng toát cho taûi 15 ÖÙng duïng-maïch khueách ñaïi ñaûo Heä soá khueách ñaïi: 16 ÖÙng duïng-maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo Heä soá khueách ñaïi: 17 ÖÙng duïng-maïch chuyeån ñoåi Chuyeån ñoåi söï bieán thieân doøng thaønh söï bieán thieân aùp ngoû ra (trong maïch DAC) 18 ÖÙng duïng-maïch ñeäm doøng Ñieän aùp vaøo vaø ra baèng nhau nhöng doøng ra lôùn hôn doøng vaøo 19 ÖÙng duïng-maïch coäng Heä soá khueách ñaïi: 20 ÖÙng duïng-maïch khueách ñaïi vi sai Heä soá khueách ñaïi: 21 ÖÙng duïng-maïch tích phaân Heä soá khueách ñaïi: Vout 1 Vin RC 22 ÖÙng duïng-maïch so saùnh Heä soá khueách ñaïi: 23 ÖÙng duïng- so saùnh nhieät ñoä Window comparator 24 ÖÙng duïng- so saùnh nhieät ñoä (tt) 25 ÖÙng duïng- so saùnh nhieät ñoä (tt) Khi thieáu nhieät: VS < VA < VB => chaân V+ cuûa OA2 nhoû hôn chaân V- cuûa noù => ngoû ra xuoáng thaáp => Led 2 saùng. Khi ñuû nhieät: VA < VS < VB => OA 1 vaø OA 2 leân cao => Caû 2 Led taét Khi quaù nhieät: VA < VB < VS => ngoû ra OA 2 leân cao => Led 2 taét; ngoû ra OA 1 xuoáng thaáp => Led 1 saùng. 26 7.3 IC soá Khaùi nieäm IC soá hoï TTL IC soá hoï MOS 27 Khaùi nieäm IC soá laø caùc vi maïch logic thöïc hieän caùc thuaät toaùn logic cô baûn. Chæ coù 2 traïng thaùi: O (ñieän aùp thaáp) vaø 1 (ñieän aùp cao) 28 Khaùi nieäm(tt) Caùc daïng chaân IC DIP (Dual-In –Inline Packge) SOIC (Small-Outline IC) QFN (Quad Flat No Lead) QFP (Quad Flat Pack) WLP (Wafer Level Package) 29 Khaùi nieäm(tt) Möùc Logic 30 IC soá hoï TTL (Transistor Transistor Logic) Ñaëc tính Phoå bieán nhaát Caáp ñieän +5VDC Deã söû duïng, giaù thaønh thaáp Toác ñoä hoaït ñoäng töø trung bình ñeán cao Caùc loaïi vi maïch soá hoï TTL phoå bieán Kyù hieäu Loaïi 74 Thöôøng 74S Schotkky 74LS Low power Schotkky 74AS Advance Schotkky 74ALS Advance low power Schotkky 74F Fast 31 IC soá hoï TTL(tt) Sô ñoà chaân 1 soá IC hoï TTL 32 IC soá hoï TTL(tt) 33 IC soá hoï TTL(tt) 34 IC soá hoï TTL(tt) 35 IC soá hoï TTL(tt) 36 IC soá hoï TTL(tt) Ñaëc tính ñieän Caùc ñònh trò toái ña tuyeät ñoái (Absolute maximum rating) Caùc ñk hoaït ñoäng khuyeán caùo (recommended operating conditions) Caùc ñaëc tính ñieän trong khoaûng nhieät ñoä cho pheùp(electrical characteristics): thöôøng ghi ôû Vcc=5V, t=20o C Caùc ñaëc tính chuyeån maïch (switching characteristics) 37 IC soá hoï TTL(tt) Absolute maximum rating 38 IC soá hoï TTL(tt) electrical characteristics 39 IC soá hoï TTL(tt) switching characteristics f max 1 2t pLH 40 IC soá hoï MOS (Metal Oxide Semiconductor) Ñaëc tính Caáp ñieän +3 +18VDC Khaû naêng choáng nhieãu toát Khaû naêng taûi lôùn (Fan Out) Transistor trong coâng ngheä IC hoï MOS thöôøng laø Transistor Tröôøng (MOSFET) Deã cheá taïo, chi phí thaáp Möùc ñoä tích hôïp cao, tieâu hao ít ñieän naêng IC coâng ngheä MOS chia laøm 3 nhoùm chính: PMOS : duøng MOSFET keânh P NMOS: duøng MOSFET keânh P CMOS (MOS buø): ả ế ị 41 IC soá hoï MOS (tt) Caùc loaïi vi maïch soá hoï MOS phoå bieán Kyù hieäu Loaïi 40 CMOS (caáp ñieän 3-> 18VDC) 45 CMOS (caáp ñieän 3-> 18VDC) 74HC CMOS töông thích vôùi TTL (caáp ñieän 5VDC) CMOS töông thích vôùi TTL (caáp ñieän 5VDC) 74HTC 42 IC soá hoï MOS(tt) 43 IC soá hoï MOS(tt) NMOS 44 IC soá hoï MOS(tt) NMOS ạ ị ồ ể ẫ ạ ự ủ ệ ặở ởủ ự ự ạ ả ố ả ủ ấ ồ ở ể ạ ự ảử ứ ả ả ẫ ầ ữ ứ ở ở ớ ả ấ ậ ố ỉ ạ ả ố ạ ế ổ ổ ứ ứ ấ ấ ắ ở ầ ạ ủ ở ồ ộ ấ ẽ ứ ở ộ ớ ố ớ ợạ ổ ứ ổ ủ ẽ ệ ợ ổ ế ổ ẽ ợ ợ ắ ắ ế ợ ằ ừ ặ ổ ổ ổ ở ạ 45 IC soá hoï MOS(tt) CMOS 46 IC soá hoï MOS(tt) CMOS Cấu tạo cơ bản nhất của CMOS cũng là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS Hoạt động của mạch cũng tương tự như ở NMOS Khi ngõ vào (nối chung cực cổng 2 transistor) ở cao thì chỉ có Q2 dẫn mạnh do đó áp ra lấy từ điểm chung của 2 cực máng của 2 transistor sẽ xấp xỉ 0V nên ngõ ra ở thấp. Khi ngõ vào ở thấp Q2 sẽ ngắt còn Q1 dẫn mạnh, áp ra xấp xỉ nguồn, tức ngõ ra ở mức cao. Để ý là khác với cổng NOT của NMOS, ở đây 2 transistor không dẫn cùng một lúc nên không có dòng điện từ nguồn đổ qua 2 transistor xuống mass nhờ đó công suất tiêu tán gần như bằng 0. Tuy nhiên khi 2 transistor đang chuyển mạch và khi có tải thì sẽ có dòng điện chảy qua một hay cả 2 transistor nên khi này công suất tiêu tán lại tăng lên. Trên nguyên tắc cổng đảo, cũng giống như trước bằng cách mắc song song hay nối tiếp thêm transistor ta có thể thực hiện được các cổng logic khác (hình 1.66). Chẳng hạn mắc chồng 2 NMOS và mắc song song 2 PMOS ta được cổng NAND. Còn khi mắc chồng 2 PMOS và mắc song song 2 NMOS ta được cổng NOR. 47 IC soá hoï MOS(tt) CMOS 48 Moät soá löu yù khi söû duïng IC Löu yù chung Ñoïc kyù hieäu IC Tra cöùu Datasheet Phaûi caáp nguoàn tröôùc, sau ñoù môùi cho tín hieäu vaøo maïch Haøn phaûi chuù yù ñeán nhieät ñoä, traùnh laøm cheát IC Hoï TTL Ñieän aùp vaøo khoâng ñöôïc vöôït quaù +5VDC Ñieän aùp ñaàu vaøo phaûi trong khoaûng [0, 5V] Caùc ñaàu vaøo kh duøng ñeán coi nhö möùc cao. Neáu ñaàu vaøo naøo giaû thieát laø coá ñònh möùc cao-> nguoàn nuoâi Ñaët ñaàu ra khoâng duøng ñeán ôû möùc cao ñeå tieát kieäm ñieän Traùnh noái daây daøi ñeå traùnh nhieãu trong maïch Hoï CMOS Ñieän aùp vaøo khoâng ñöôïc vöôït quaù VDD Caùc ñaàu vaøo kh duøng neân noái vôùi nguoàn hoaëc noái ñaát Khoâng ñöôïc noái moät tín hieäu ñaàu vaøo tôùi 1 maïch IC hoï CMOS khi ngaét nguoàn cung caáp Haïn cheá hieän töôïng tónh ñieän treân ngoû vaøo cuûa IC 49 ...
View Full Document

Ask a homework question - tutors are online