Reka Bentuk dan Aplikasi Litar Bersepadu Analog

Litar bersepadu juga disebut sebagai litar bersepadu monolitik, cip, mikrocip, dan IC dapat didefinisikan sebagai satu set litar elektronik dengan berjuta-juta perintang, kapasitor, transistor, dan komponen lain disatukan pada wafer semikonduktor atau plat kecil bahan semikonduktor, umumnya silikon. Biasanya, setiap alat elektrik dan elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan seharian kita adalah aplikasi litar bersepadu. Walaupun IC terdiri daripada beberapa bilion transistor dan komponen lain tetapi saiznya lebih kecil, sangat padat. Dengan kemajuan di Teknologi IC lebar garis pengalir dalam litar bersepadu dikurangkan menjadi puluhan nanometer.

Jenis IC

Disana ada pelbagai jenis IC terutamanya IC dikelaskan kepada dua jenis seperti litar bersepadu analog dan litar bersepadu digital. Dalam artikel ini sebagai kes khas kita membincangkan mengenai reka bentuk dan aplikasi litar bersepadu analog.

Litar Bersepadu Analog

IC Analog

Litar bersepadu analog terutamanya dirancang menggunakan pengiraan tangan dan bahagian kit proses sebelum penemuan mikropemproses dan alat reka bentuk yang bergantung kepada perisian lain. Reka bentuk litar bersepadu analog digunakan untuk merancang penguat operasi , pengatur linier, pengayun, penapis aktif, dan gelung terkunci fasa. Parameter semikonduktor seperti pelesapan daya, keuntungan, dan rintangan lebih mementingkan reka bentuk litar bersepadu analog.

Reka Bentuk Litar Bersepadu Analog

Proses reka bentuk IC analog merangkumi reka bentuk sistem, reka bentuk litar, reka bentuk komponen, simulasi litar, simulasi sistem, reka bentuk susun atur litar bersepadu, interkoneksi, verifikasi, fabrikasi, debug peranti, debug litar, debug sistem. Reka bentuk IC digital boleh automatik tetapi reka bentuk litar bersepadu analog sangat sukar, mencabar, dan tidak dapat automatik.

Reka bentuk litar bersepadu analog praktikal melibatkan langkah-langkah berikut:

Proses Reka Bentuk Litar Bersepadu Analog

Sistem Tahap Blok

Terutama idea dilaksanakan untuk merancang reka bentuk tahap blok untuk litar bersepadu analog yang diinginkan. Blok yang berbeza dirancang dan dihubungkan untuk mendapatkan sistem tahap blok yang lengkap.

Litar Aras Komponen

Berdasarkan sistem aras blok, pelbagai komponen yang sesuai digunakan dan disambungkan sehingga membentuk litar tahap komponen. Menggunakan litar ini sebagai litar asas untuk reka bentuk IC analog, ia digunakan untuk simulasi.

Mengesahkan Litar Aras Komponen

Litar tahap komponen digunakan untuk pengesahan. Reka bentuk litar ini disimulasikan dan berdasarkan hasil simulasi, litar tahap komponen litar bersepadu analog disahkan.

Susun atur Litar Bersepadu

Selepas pengesahan litar tahap komponen litar bersepadu analog menggunakan simulasi. Susun atur litar bersepadu analog dirancang menggunakan terjemahan fizikal. Oleh itu, reka bentuk litar bersepadu analog dirancang.

Pembuatan IC

Pembuatan litar bersepadu analog melibatkan beberapa langkah seperti membuat wafer semikonduktor menggunakan bahan semikonduktor (atau secara langsung wafer semikonduktor boleh digunakan). Mengintegrasikan berbeza komponen elektrik dan elektronik seperti perintang, transistor, dll di wafer dan membungkus cip untuk membentuk IC pakej.

IC Pengujian dan Penyahpepijatan

Litar bersepadu analog kemudian diuji dan debug untuk memeriksa hasil dengan anggaran hasil. Kemudian prototaip IC dirancang dan digunakan untuk mencirikan litar bersepadu dan papan penilaian digunakan untuk menilai litar bersepadu analog.

Reka Bentuk Litar Bersepadu Analog Penguat Operasi

Gambarajah litar tahap komponen reka bentuk litar bersepadu analog penguat operasi IC 741 ditunjukkan dalam gambar di bawah. Ia terdiri daripada perintang dan transistor yang disepadukan pada cip.

Rajah Tahap Komponen Litar Dalaman Op-Amp Analog IC 741

Kotak berwarna mewakili: penguat pembezaan biru yang digariskan, penguat voltan magenta yang digariskan, (tahap output sian yang digariskan, dan pergeseran tahap voltan hijau yang digariskan) penguat keluaran sian dan keluaran hijau, cermin arus semasa yang digariskan.

Aplikasi Litar Bersepadu Analog

Terdapat contoh yang berbeza untuk reka bentuk litar bersepadu analog seperti litar pengurusan kuasa, penguat operasi, dan sensor yang digunakan dengan isyarat berterusan untuk melaksanakan fungsi seperti penapisan aktif, pengagihan daya untuk komponen dengan cip, pencampuran, dan sebagainya.

Aplikasi IC Analog untuk Penapisan Aktif

Reka bentuk litar bersepadu analog digunakan untuk penapisan aktif. Penapis aktif atau penapis elektronik analog menggunakan komponen elektronik aktif seperti penguat yang digunakan untuk meningkatkan prestasi dan ramalan penapis dengan mengelakkan induktor yang besar dan mahal.

Terdapat pelbagai konfigurasi penapis aktif (topologi penapis elektronik) yang merangkumi penapis kunci sallen , nyatakan penapis pemboleh ubah, pelbagai penapis maklum balas dan sebagainya.

Aplikasi IC Analog untuk Litar Pengurusan Kuasa

Dalam reka bentuk litar bersepadu analog (atau litar bersepadu), semua komponen elektrik dan elektronik yang digunakan dan disatukan untuk merancang litar bersepadu memerlukan kuasa. Kuasa elektrik yang diperlukan ini diedarkan ke komponen cip menggunakan rangkaian konduktor yang direka pada cip. Litar pengurusan kuasa merangkumi analisis dan reka bentuk rangkaian jenis ini (rangkaian konduktor) yang digunakan untuk mengagihkan kuasa di dalam litar.

Aplikasi IC Analog untuk Pencampuran Kekerapan

Pengadun frekuensi juga disebut sebagai pengadun (litar elektrik bukan linier) adalah reka bentuk litar bersepadu analog yang digunakan untuk pencampuran frekuensi. Pencampuran frekuensi dapat didefinisikan sebagai membuat frekuensi baru dari dua isyarat berbeza yang diterapkan pada litar. Ini juga digunakan untuk menukar isyarat dari satu julat frekuensi ke yang lain.

Penerapan Analog IC sebagai Penguat Operasi

IC 741 Op-Amp

Penguat operasi yang ditunjukkan dalam gambar di atas adalah modul asas terbaik dalam reka bentuk litar bersepadu analog. Terdapat pelbagai jenis penguat operasi tetapi IC 741 Op-Amp adalah penguat operasi yang paling kerap digunakan dalam banyak aplikasi. Hubungan input / output sederhana (I / O) op-amp adalah sebab di sebalik penggunaan op-amp dalam reka bentuk litar bersepadu analog.

Litar Penjimat Kuasa oleh Edgefxkits.com

Penjimatan tenaga untuk projek industri dan perniagaan adalah aplikasi salah satu reka bentuk litar bersepadu analog, iaitu IC 741 op-amp. Untuk mengurangkan kehilangan kuasa di industri, kapasitor shunt digunakan untuk memberikan pampasan faktor kuasa. Faktor kuasa boleh didefinisikan sebagai nisbah kuasa nyata atau aktif kepada kuasa nyata atau jumlah aktif dan kuasa reaktif .

Apabila faktor daya menurun, lebih banyak tenaga diperlukan untuk memenuhi permintaan beban. Oleh itu kecekapan akan menurun dan kos (power bill) akan meningkat. Dalam sistem ini, nadi voltan sifar dan nadi arus sifar mempunyai jeda waktu di antara mereka yang dihasilkan dengan tepat oleh litar penguat operasi dalam mod pembanding. Ini disalurkan ke dua pin gangguan dari 8051 mikrokontroler yang memaparkan kehilangan daya kerana beban induktif pada LCD.

Diagram Blok Litar Power Saver oleh Edgefxkits.com

Voltan pada pengubah berpotensi diumpankan ke penguat operasi yang bertindak sebagai pengesan penyeberangan sifar V, dan arus pada pengubah arus disalurkan ke penguat operasi yang bertindak sebagai pengesan penyeberangan sifar I. Keluaran penguat operasi ini diberikan kepada 8051 mikrokontroler yang mengawal pengaktifan geganti melalui IC pemacu geganti untuk menyambungkan kapasitor shunt di litar untuk membuat kehilangan kuasa sifar.

Adakah anda tahu aplikasi litar bersepadu analog? Jangan ragu untuk berkongsi pengetahuan teknikal dan keraguan anda mengenai elektrikal dan projek elektronik dengan menghantar komen anda di bahagian komen di bawah.