Реферат: Конструирование микросхем и микропроцессоров

МосковскийГосударственный институт электроники и математики

(Техническийуниверситет)

Кафедра: РТУиС

Пояснительнаязаписка

по выполнениюкурсового проекта на тему:

“Конструированиемикросхем и микропроцессоров”

Выполнил: студент группыР-72

Густов А.М.

Руководитель: доцент кафедрыРТУиС,

кандидат технических

наук Мишин Г.Т.

Москва, 1994

Задание на курсовое проектирование

В

данном курсовом проекте требуется разработатькомплект конструкторской документации интегральной микросхемы К 237 ХА2. Пофункциональному назначению разрабатываемая микросхема представляет собойусилитель промежуточной частоты. Микросхема должна быть изготовлена потонкопленочной технологии методом свободных масок (МСМ) в виде гибриднойинтегральной микросхемы (ГИМС).

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная

Таблица 1. Номиналы элементов схемы:

Элемент

Номинал

Элемент

Номинал

Элемент

Номинал

Элемент

Номинал

950 Ом

4,25 кОм

R13

1 кОм

R19

1 кОм

14 кОм

12,5 кОм

R14

3,5 кОм

3800 пФ

45 кОм

500 Ом

R15

10 кОм

VT1-VT8

КТ 312

35 кОм

R10

3 кОм

R16

3,5 кОм

7,25 В

12,5 кОм

R11

10 кОм

R17

2,5 кОм

950 Ом

R12

500 Ом

R18

1 кОм

Дляподачи на схему входного сигнала и снятия выходного к микросхеме требуетсяподключить некоторое количество навесных элементов. Одна из возможных схемвключения приведена на следующем рисунке.

Рис. 2. Возможная схема включения

Таблица 2. Номиналы элементов схемы включения

Элемент

Номинал

Элемент

Номинал

8,2 кОм

1 мкФ

43 Ом

0,033 мкФ

2,2 кОм

0,015 мкФ

1,5 кОм

4700 пФ

3300 пФ

Техническиетребования:

Конструкциюмикросхемы выполнить в соответствии с электрической принципиальной схемой потонкопленочной технологии методом свободных масок в корпусе.

Микросхемадолжна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям:

¨

° С;

¨

Видпроизводства — мелкосерийное, объем — 5000 в год.

Аннотация

Ц

елью данного курсового проектаявляется разработка интегральной микросхемы в соответствии с требованиями,приведенными в техническом задании. Микросхема выполняется методом свободныхмасок по тонкопленочной технологии.

Впроцессе выполнения работы мы выполнили следующие действия и получили результаты:

— произвели электрический расчет схемы с помощью программы электрического моделирования“VITUS”, в результате которого мы получили необходимые данные для расчетагеометрических размеров элементов;

— произвели расчет геометрических размеров элементов и получили их размеры, необходимыедля выбора топологии микросхемы;

— произвели выбор подложки для микросхемы и расположили на ней элементы, а такжев соответствии с электрической принципиальной схемой сделали соединения междуэлементами;

— выбрали корпус для микросхемы с тем расчетом, чтобы стандартная подложка с размещеннымиэлементами помещалась в один из корпусов, рекомендуемых ГОСТом 17467-79.

Введение

П

риведем принципы работы иосновные характеристики разрабатываемой микросхемы:

МикросхемаК 237 ХА 2 предназначена для усиления и детектирования сигналов ПЧ(промежуточной частоты) радиоприемных устройств не имеющих УКВ диапазона, атакже для усиления напряжения АРУ (автоматической регулировки усиления).Широкополосный усилитель ПЧ состоит из регулируемого усилителя на транзисторахТ4, Т5 и Т6. Усиленный сигнал поступает на детектор АМ-сигналов(амплитудно-модулированных сигналов), выполненный на составном транзисторе Т7,Т8. Низкочастотный сигнал с резистора R19, включенного в эмиттерную цепь,подается через внешний фильтр на предварительный усилитель НЧ (низкой частоты),а также через резистор R15 на базу транзистора Т3, входящего в усилитель АРУ.Усиленное напряжение АРУ снимается с эмиттера транзистора Т2. Изменение напряженияна эмиттере транзистора Т2 вызывает изменение напряжения питания транзистораТ1, а следовательно и его усиления.

На частоте 465 кГц коэффициент усиленияусилителя ПЧ составляет 1200 — 2500. Коэффициент нелинейных искажений непревышает 3%. Если входной сигнал меняется от 0,05 до 3 мВ, то изменение выходногонапряжения не превышает 6дБ. Напряжение на выходе системы АРУ при отсутствиивыходного сигнала составляет 3 — 4,5 В. Напряжение питания составляет 3,6 — 10В. Потребляемая мощность не более 35 мВт.

Анализ задания на проект

М

икросхема усиления промежуточнойчастоты (ПЧ) К 237ХА2 может быть изготовлена по тонкопленочной технологии сприменением навесных элементов. Конструкция микросхемы выполняется методомсвободной маски, при этом каждый слой тонкопленочной структуры наносится через специальный трафарет. На поверхностиподложки сформированы пленочные резисторы, конденсаторы, а также контактныеплощадки и межэлементные соединения. Пленочная технология не предусматривает изготовлениетранзисторов, поэтому транзисторы выполнены в виде навесных элементов,приклеенных на подложку микросхемы. Выводы транзисторов привариваются ксоответствующим контактным площадкам.

Электрический расчет принципиальной схемы

Э

лектрический расчет производилсяс помощью системы “VITUS”.

СистемаVITUS - это компьютерное инструментальное средство разработчика электронных схем. Система VITUS позволяет рассчитать токи, напряжения, мощности во всех узлах и элементах схемы, частотные и спектральные характеристики схемы. Система VITUS объединяет всебе компьютерный аналог вольтметров, амперметров и ваттметров постоянного и переменного тока, генераторов сигналов произвольной формы, многоканального осциллографа, измерителя частотных характе-ристик.

СистемаVITUS :

·

требуемые результаты расчета в графическом виде;

·

параметров элементов;

·

под управлением дружественногоинтерфейса.

Основнойзадачей электрического расчета является определение мощностей, рассеиваемыхрезисторами и рабочих напряжений на обкладках конденсаторов. В результате расчетабыли получены реальные значения мощностей и напряжений, которые являются исходнымиданными для расчета геометрических размеров элементов.

Результатырасчета приводятся в расчете геометрических размеров элементов.

Данные для расчета геометрических размеровтонкопленочных элементов

Таблица 3. Данные для расчета резисторов

Резистор

Рном, Вт

g

Резистор

Рном, Вт

g

1,41E-6

0,2

0,1

R11

4,46E-3

0,22

0,1

3,36E-8

0,22

0,1

R12

2,23E-4

0,2

0,1

2,47E-4

0,22

0,1

R13

1,79E-5

0,2

0,1

1,98E-4

0,22

0,1

R14

1,05E-2

0,2

0,1

8,58E-6

0,22

0,1

R15

3,91E-10

0,22

0,1

5,35E-13

0,2

0,1

R16

1,27E-6

0,2

0,1

3,21E-5

0,2

0,1

R17

3,46E-4

0,2

0,1

3,30E-3

0,22

0,1

R18

1,95E-4

0,2

0,1

7,4E-5

0,2

0,1

R19

1,97E-4

0,2

0,1

R10

4,51E-5

0,2

0,1

Таблица 4. Данные для расчета конденсаторов

Конденсатор

Uраб , В

2,348

0,23

0,115

Расчет геометрических размеров тонкопленочныхрезисторов, выполненных методом свободной маски (МСМ)

1. Исходные данные:

а).конструкторские: <img src="/cache/referats/2147/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1031">

Rн — номинальноесопротивление резистора;

g

R — относительная погрешность номинальногосопротивления;

Pн — номинальнаямощность;

T°

max C — максимальнаярабочая температура МС;

tэкспл — времяэксплуатации МС.

б).технологические: <img src="/cache/referats/2147/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

D

b(Dl) — абсолютная погрешность изготовления;

D

lустан — абсолютная погрешность совмещения трафарета;

2. Определяем диапазон <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1034">, в котором можновести расчет:

0,02Rmax <

<img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> < Rmin Þ 900 < <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> < 500

Видим,что неравенство не выполняется, значит все эти резисторы изготовить из одногоматериала невозможно. Чтобы мы все же могли изготовить резисторы, надо разбитьих на две группы и для каждой группы выбрать свой материал.

Таблица5. Разбивка резисторов на группы

Первая группа

R1, R6, R7, R9, R10, R12, R13, R14, R16, R17, R18, R19 (500 — 4250 Ом)

Вторая группа

R2, R3, R4, R5, R8, R11, R15 (10 — 45 кОм)

Расчетрезисторов первой группы.

1. Определяем диапазон <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> , в котором можно вести расчет:

0,02Rmax < <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> < Rmin Þ

85 < <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> < 500

Видим,что неравенство выполняется, следовательно эти резисторы выполняются из одногоматериала. Для того чтобы резисторы были как можно меньше выберем материал скак можно большим удельным поверхностным сопротивлением (<img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1040">МЛТ-3М”. Этот материал обладает следующими характеристиками:

Таблица6. Материал для первой группы резисторов

№

Наименование

<img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1041">, Ом/

a

R , 1/°C

P0 , мВт/мм2

S, %/103 час

Сплав МЛТ-3М s

К0,028,005, ТУ

200 -500

0,0002

0,5

Какуже говорилось, <img src="/cache/referats/2147/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> лучше взять как можно больше, т.е. в данном случае это <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1043">a

R), низким коэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошейадгезией и технологичностью.

2. Вычислим относительную температурную погрешность:

3. Вычислим относительную погрешность старения:

tисп — время испытания за которое определенкоэффициент старения S;

tисп = 1000 часов.

4. Вычислим относительную погрешность контактирования:

<img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> Þ

зададимся <img src="/cache/referats/2147/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1047"><img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1048">

5. Вычислим относительную погрешность формы:

g

кф = gR — <img src="/cache/referats/2147/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/2147/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1050"><img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> — <img src="/cache/referats/2147/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> = 0,2 — 0,1 — 0,026 — 0,025 -0,01=0,039;

6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):

g

кф > Db/ bmax, где bmax = 2 мм Þ gкф > 0,01 Þ резистор неподстраиваемый.

Предпочтениеотдается неподстраиваемому резистору.

7.Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:

<img src="/cache/referats/2147/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> = 950/500 =1,9;

8. Определение вида резистора (прямой или меандр):

Есликоэффициент формы меньше 10, то резистор прямой, а если больше десяти, торезистор изготовляется в форме меандра. Предпочтение отдается прямомурезистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.

9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:

10. Определение основного размера по заданной точности:

<img src="/cache/referats/2147/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1055">D

l=Db=0,02 при условии, что коэффициент формы большеединицы.

11. Выбор основного размера:

<img src="/cache/referats/2147/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> Þ

b = 0,78 мм

12. Определение длины резистора:

13. Проверка проведенных расчетов:

<img src="/cache/referats/2147/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> Þ

расчет выполнен правильно !

Наэтом этапе мы рассчитали первый резистор из первой группы (R1). Расчет остальныхрезисторов этой группы аналогичен и далее не приводится. Результаты расчетавсех резисторов данной группы сведены в таблицу.

Таблица7. Результаты расчета резисторов первойгруппы

Резистор

Кф

bmin g

, мм

bmin p, мм

b, мм

l, мм

Вид резистора

1,9

0,78

0,0086

0,78

1,48

Прямой, неподстр.

1,9

0,78

0,0000053

0,78

1,48

Прямой, неподстр.

8,5

0,57

0,02

0,57

4,85

Прямой, неподстр.

1,03

0,086

1,03

Прямой, неподстр.

R10

0,60

0,03

0,60

3,60

Прямой, неподстр.

R12

1,03

0,15

1,03

Прямой, неподстр.

R13

0,77

0,03

0,77

1,54

Прямой, неподстр.

R14

0,59

0,39

0,59

4,13

Прямой, неподстр.

R16

0,59

0,0043

0,59

4,13

Прямой, неподстр.

R17

0,62

0,083

0,62

3,10

Прямой, неподстр.

R18

0,77

0,10

0,77

1,54

Прямой, неподстр.

R19

0,77

0,10

0,77

1,54

Прямой, неподстр.

Наэтом расчет резисторов первой группы завершен. Все резисторы получились прямымии неподстраиваемыми. Благодаря этому размеры резисторов минимальны, что позволитрасполагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.

Расчет резисторов второй группы.

1. Определяем диапазон <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1059">

0,02Rmax < <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> < Rmin Þ

900 < <img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> < 10000

Видим,что неравенство выполняется, следовательно эти резисторы выполняются из одногоматериала. Для того чтобы резисторы были как можно меньше выберем материал скак можно большим удельным поверхностным сопротивлением (<img src="/cache/referats/2147/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1062">КЕРМЕТ”. Этот материал обладает следующими характеристиками:

Таблица8. Материал для второй группы резисторов

№

Наименование

a

R , 1/°C

P0 , мВт/мм2

S, %/103 час

Кермет К-50С

ЕТО,021,013, ТУ

5000

0,0004

0,5

Этотматериал обладает хорошими характеристиками, свойственными резистивнымматериалам, а именно: низким ТКС (a

R), низкимкоэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью.

2. Вычислим относительную температурную погрешность:

3. Вычислим относительную погрешность старения:

tисп — время испытания за которое определенкоэффициент старения S;

tисп = 1000 часов.

4. Вычислим относительную погрешность контактирования:

<img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> Þ

зададимся <img src="/cache/referats/2147/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1067"><img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1068">

5. Вычислим относительную погрешность формы:

g

кф = gR — <img src="/cache/referats/2147/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1069"><img src="/cache/referats/2147/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> <img src="/cache/referats/2147/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> — <img src="/cache/referats/2147/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> = 0,22 — 0,1 — 0,052 — 0,025 -0,01=0,033;

6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):

g

Предпочтениеотдается неподстраиваемому резистору.

7.Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:

<img src="/cache/referats/2147/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> = 14000/5000 =2,8;

8. Определение вида резистора (прямой или меандр):

Если коэффициент формы меньше 10, торезистор прямой, а если больше десяти, то резистор изготовляется в формемеандра. Предпочтение отдается прямому резистору. В данном случае резисторизготовляется прямым.

9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:

10. Определение основного размера по заданной точности:

<img src="/cache/referats/2147/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1075">D

11. Выбор основного размера:

<img src="/cache/referats/2147/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> Þ

b = 0,82 мм

12. Определение длины резистора:

13. Проверка проведенных расчетов:

<img src="/cache/referats/2147/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> <span Times New Roman";mso-hansi-font-family

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике