Введение к работе
Актуальность проблемы. Практика создания радиоэлектронной ппаратуры только на ушфэдгрованшх изделиях достигла прздела сво;сс озмошэстей из-за резкого увеличения числа элементов, роста рудсемкостив возрастания сроков проектирования, структурной и ункцкопальной сложности, снижения иадеаіостн. В связи с эти.: ироков распространение получили специализированное микроэлектронике свойства (интегральные микросхемы, микросборки и т.п.), ыполняшцпе конкретные функции в конкретных условиях. Для умэнылеяия ременя проектирования специализированных, интегральных микросхем КМС) в последнее время используются базовые матричные кристаллы БЫК), представляищю собой набор нескошу'пгровштых элементов, транзисторов, резисторов и т.п) размещенных на подіюеко. в этом лучэе разработчик ИКС не тратит время на проектирование опологичєсксЯ структура ИКС, что значительно сокрзщает сроки кпуска нового устройства. Ійибол^з хорош в настоящее время азработами метода построения цифровых КМС- на основе Е.К. роектирование аналоговых ИКС на основе ЕМК имеет ряд особонкост'ей. первую очередь следует сіметить фиксированное число активных и ассивных ко?яюнонтоз, причем з одних случаях это позволяет вводить начительную избыточность в разрабатываемую ИМС, а в других -вляотся ограничением на слокность принципиальной схемы. Кроме того, в отличие от цифровых, аналоговые IWC охватывают значительно олыпую номенклатуру изделий.
Несомненным достоинством БМК .является неизменная топологическая труктура, что позволяет иметь библиотеку технических решений, Фрагментов) учитывающих конструктивные особенности кристалла. В нбльзтеку могут входить' как фрагменти схем различных устройств выходные каскады, источники опорного напряжения, схемы заідитн и .д.), так и законченные устройства.
Ряд современных аналоговых БМК, например, "Йшсєп-БШ", содерпгг овдяыз транзисторные структури, позволяющие реализовать не только остаточка мощные схемы, но использовать их для , построения рецизиошсис ИЛС со пстройгошм активным терлость Пфовапнем ристглла. Проектирование таких ВМС првдполарает наличие у
разработчика эффективных средств учета тепловых взаимодействий мэад компонентами ИМС. Традиционный подход (решение уравнешЕ теплоперэноса) не всегда возмокен, так как не учитывает связ: электрических параметров компонентов с их температурой и требуе-соединения разнородного программного обеспечения. В свя-пі с этш представляется актуальной разработка методик моделирования Ю.Ю і учетом электротепловых взаимодействий и ориентированных на привычны; разработчикам средства САПР.
Болыюе влияние на тепловой режим кристалла ИМС окалывав1 собственное тепловыделение элементов, приводящее К ПОЯВЛвиШ заметных градиентов температуры по поверхности кристалла. Устранен» указанной проблемы может сыть осуществлено путем активноп подавления градиентов, а также путем снижения токопотребдзшія узло; IUKJ.
Токопотребление мощных схем, таких как линейные виходші каскада (ВК) или стабилизаторы, обычно жестко связано с требуемым: выходными параметрами, в частности, с максимальним током нагрузки Для снижения токопотрьоления необходимо использовать новые решения Одним из таких решений является использование цепей нелинейно: коррекции (ІЩ), изменяющих регваї работы активных элементов : зависимости от параметров сигнала и нагрузки. Применение ЦНН в ВІ позволяет на порядок снизить токопотребление схемы, однако пзменегаи режима активных элементов оказывает сильное влияние н; малосигнальные параметры всего устройства, что требует разработкі методов его учета.
Принцип децентрализации питания предполагает размещена! стабилизаторов напряжения непосредственно у потребителя ив предел - на самом кристалле 1WG. Поэтому важными узлами, входящими : библиотеку фрагментов для БМК, является интегральныестабилизатор капрягеш'Я (ИСН). Точностные параметры ИСН в настоянеє время, : основном, определяются параметрами источшжа опорного напрядена (КОН). Разработка прецизионных ИОН является важной проблеі. за, та: как в технологии БМК не всегда возможно получаїше точно заданны параметров компонентов - с достаточной точностью выдерживаются лиш их отношения.
Дополнительной проблемой является ограниченное,', число элементо;
кристалла, так как разработчик реализует требуемую же, а для абплизатора чог.о? выделить только оставитеся элемента.
Цель работа и задачи исследования. Из лью диссертационной.работа ляется исследование методов функционального я схемотехнического строения 1йЮ на осново БЖ для радиотехнических устройств, а также зрзботка методик схемотехнического проектирования аналогових тройств дл пополнения библиотеки фрагмонтоз.кэ основе принципов .гчотехндческой л фущщиолалъной интеграции»
Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:
-
Анализ методов учета элекгротешювах взаимодействий з ИУ.С я .зработка рекомендаций по их притеснения с учетом специфики Е.Я;
-
Разработка критериев реализации и методики проектирования .рмостаг,фОвашпсс КСН на основа ШК;
-
Анализ и разработка методов построения выходных каскадов !К) линейных Ж;
-
Анализ работы интегральных с.абшшзаторов напряжения (КСН) с
(ЛЬЮ ОПрОДОЛеїШЯ ЯУТОЙ ШБШЄНИЯ ТОЧНОСТНЫХ. И ЗЕЄрГЄТИЧЄСКН2
фзктеристик;
5. Разработка методики схемотехнического щюектпрозаїкя
гнкцконалъкых узлов КСН! с малим током потребления.
Основные методи исследования. В работа использовались методу шейного к кусочно-линейного анализа электронных схем с увлечением аппарата обобщенных сигнальных графов, а также метод тактротеяловых аналогий и метод конечного разбиения.
Численные расчета проводились на ПЭВМ с использованием прогрз?,с.{ Зрісе v-4.05. При моделировании ІйіС с учетом электротеплсвих заплодействия использованы . оригинальные цеизотермичоскиз акромодели компонентов М/С и элементов их конструкций.
Экспериментальные исследования штотет на лабораторных зкотах и опытных образцах мікросхем.
Новко научные результаты.
Т. Проведен анализ энергетическое харзктериста~с типових груктур ИСН, позволящйй провести выбор структуры, оптимальной для
задгішх условия. На основе анализа типовых реиений предложены новії' структуры ИСК с улучвеЕшаа энергетическими параметрами [5].
-
Разработав метода построения к предложены ловые схек функцкоЕа-шздх узлов ИСН, гозволякцке значительно улучшит: точностные параметры и снизить теки потерь 1,4,17].
-
Предложены функциональные схема ИСН с перестраиваемо; структурой, ориентированные на ЕЛС, позволятапэ сократит: галэнклатуру выпускаемых ИМС [3].
-
Предложены критерій реализации термостатированных IWH і ненулевым собственным тепловыделением на осеоеэ БМК, а такь предлогвны повна функциональные схеми таких ITCH.
-
Проведен анализ и разработана новые схемы выходят каскадо: с цепями нелинейной коррекций, предназначенные для пополнена, библиотеки схемотехнических рыпэний БЫК [10,15].
-
Разработана инженерная методика анализа работы ШЗ с учето: электротепловых взаимодействий, основанная на неизменное?: топологической' структуры ЕЖ. Предложены специальны неизотор ккческие макромодели компонентов КМС [2,8,9,12...16,18].
7. Предложен способ термоетабилизацки выходного параметр
источников опорного напряжения,'. реализованных на основе К.5С
позволявший значительно распирать рабочий диапазон температур [7].
Практическая ценность работы.
Разработаны электрические схеш КСН и их функциональных узлов улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристикой.
Предложена методика проектирования термостатированных ИСН
Еенулевым собственным тепловыделением и разработаны электрически
схемы таких ИСН, позволяющие более аффективно использовать плоцад
БМК. " "
Предложена методика проектирования бнходш*х каскадов аналогова ИКС о повыиенноа линейностью проходной характеристики и улучиеняым энергетическими параметрами.
Предложена обобщенная функциональная схема говторител напряжения, содержащая ряд дополнительных узлов, обеспэчивзвдн значительное улучшение параметров повторителя.
Предлохввнне нзизотермические макромодели компонентов йМС
етадака ге использования позволяет уменшить трудоемкость роектированая МЫС с учетом элэктротеиловых взаимодействий.
Предложенные схемотехнические ресения могут быть исюльг->заш 3 ачествэ библиотечных фрагментов для посгровядя аналоговых. 1С10 на снове EJIG-C.
Реализация в промышленности. Теоретические а практические езультаты работы использованы з научно-исследовательской рзботэ, шолняемой каф. "Радаотеп. пса" ДГАС (ШГИБО) в І983-І995гг і^з плану агнейаих ІЇЙР-0КР СКНЦ ВШ (ШІ-"4-82, ЕГ-І5-85 и др.)[39,41,421, и аф.САПР СПОТЗТУ" в І989-І992ГГ в рамках Целевой комплексной рограм>.ш НЭП СССР "Енисей-ЗО" (САПР-36).
Разработки внедрены в П/О "Экран" (г.Роетов-иа-Лову), ОКБ Пьезоприбор" при Ростовском Государственном Университете, а таїкз в чебном процессе ЛГАС и Товочеркасского Гос, дарственного ехничагчжого Университета [43].
Результаты диссертационной райотн использованы в разработках, вмовстрировавшихся на ВДНХ СССР [40]„
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждалась : подуЖжГод65рёнТю_на следущих конфзрещпях и семинарах:
71 Межотраслевой НТК по йсотчїгчам втортчного алектро-итания, Ленинград, 1990г.
Всесоюзной НТК "Методология измерений", Ленинград, 1991г.
- Респубж .ганской научно-технической конференции "Автоматизация
роектирования в энергетике я электротехнике", Квансзо, 1991г.
47-Й научно-технической кон^рещщи "Актуальные проблеш взвитая радиотехники, электроника й связи", Ленинград, 1992г.
Всесоюзной шхш-семинаре "Опит разработка а прямзианг..: рибарао-техяологических САПР", Львоз, 199ІГ*
.Ежегодных научно-технических конференциях профессорско-реподавательского состав? ЛГАС (ИШВО) 1984...І995ГТ.
Публикации. По материалам диссертации опуб;.лковано 43 печатных йботы, в том числе 19 авторских свидетельств СССР а патентов РФ см. перечень пуб..«шаций в конце авгорефэрат^'.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
