Введение к работе
Широкое внедрение в микроэлектронные системы цифровых методов передачи и обработки сигналов требует оптимального соотношения объемов цифровой и аналоговой частей аппаратуры, а также существенно усложняет требования, предъявляемые к аналоговым интегральным схемам ( ИС ).
Сложность достижения высокой точности воспроизведения параметров элементов, обеспечения временной и температурной стабильности параметров, минимизации шумов послужила причиной того, что технология аналоговых ИС как самостоятельное направление микроэлектроники развивалось с определенной задержкой по сравнению с цифровыми. Однако к настоящему времени отмеченные проблемы в основном решены, крупные успехи в области схемотех-. ники и технологии привели к Широкому использованию аналоговых ИС БИС во всех типах микроэлектронной аппаратуры.
На всех этапах развития аналоговой микроэлектроники очень большое внимание уделялось созданию микромощных ИС. Однако снижение потребляемой мощности в основном достигалось снижением тока потребления от источника питания, а напряжение источника для типовых микромощных .аналоговых ИС до самого последнего времени оставалось достаточно большим(Еп=±3...12В).
Существует целый ряд областей применения микроэлектронных устройств, в которых минимизация напряжения источника питания одновременно со снижением потребляемой мощности является принципиальной проблемой. В первую очередь это относится к миниатюрной бытовой радиоэлектронной аппаратуре,в частности к ауди-
оплейерам, радиоприемникам, пейджерам для систем персонального радиовызова и др. Другой важной областью применения являются сверхминиатюрные биомедицинские устройства, начиная от слуховых аппаратов и кончая специальными "электронными пилюлями", вводимыми в организм человека с целью диагностики заболеваний. Во всех этих устройствах напряжение источника питания, как правило,не может превышать 1.5...2 В. Вместе с тем, во всех перечисленных устройствах основная часть узлов является аналоговыми и технологии, эффективно используемые в цифровой микроэлектронике для снижения напряжения источника питания, оказываются неприемлемыми. Поэтому поиск путей уменьшения напряжения источника питания аналоговых микроэлектронных устройств до настоящего времени является актуальной задачей.
Основой аналоговых ИС является дифференциальный усилительный J каскад, поэтому решения проблемы снижения напряжения источника питания до предельно-реализуемой величины для такого каскада практически решает поставляемую задачу для аналоговых ИС в целом.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИИ является поиск путей уменьшения напряжения источника питания в биполярных аналоговых интегральных схемах.
Цель диссертации достигается решением следующих задач :
анализ особенностей параметров,характеристик и моделей биполярного транзистора в режиме микротоков и малых напряжений источника питания ;
теоретический анализ основных параметров типового и модернизированного дифференциального усилительного каскада при малых напряжениях источника питания ;
- компьютерное моделирование дифференциальных усилитель
ных каскадов при малых напряжениях источника питания.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных задач используются ^методы теории активных электрических цепей ( в частности, методы матричного анализа ) и компьютерное моделирование аналоговых электронных цепей.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ДИССЕРТАЦИИ заключается в следующем :
на основе анализа особенностей работы биполярного транзистора в режиме микротоков и малых напряжений источника питания выбраны модели транзистора, адекватно отражающие эти особенности ;
на основе результатов,теоретического анализа типового дифференциального усилительного каскада показано, что при малых напряжениях источника питания ( 0.8...1.5 В ) коэффициент усиления к* не превышает 200...300, причем резко уменьшается при увеличении коллекторных токов ;
предложена модернизированная схема дифференциального усилительного каскада, теоретический анализ которой показал, что при малых напряжениях источника питания коэффициент уси- ' ления к" имеет максимум К*= 400...500 при коллекторных токах 50...100 мкА ;
на основе результатов компьютерного моделирования типового и модернизированного дифференциальных усилительных каскадов показано, что только модернизированный каскад обеспечивает приемлемые статические и динамические параметры при снижений напряжения питания до предельной величины, равной напряжению прямого смещения р-п перехода ;
разработан метод улучшения динамических характеристик
- б -
модернизированного дифференциального усилительного каскада путем автоматической регулировки статического режима, позволяющий обеспечить требуемые параметры при низких напряжениях источнике питания.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что она содержит необходимые данные, принципиальные схемы и рекомендации по разработке одного из возможных вариантов аналоговых КС с низким напряжением источника питания. Так как при компьютерном моделировании использовались параметры модели транзисторов, соответствующие стандартному базовому технологическому процессу, никаких специальных изменений технологического процесса не требуется.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЫТУСИ в 1392...1994 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из веєдбния, трех глав,заключения,списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 78 страниц текста, 37 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 96 наименований. Прллогсеше содержит распечатку результатов компьютерного моделирования аналоговых схем.
