- •1. Разработка структурной и принципиальной схем устройства
- •2. Расчет элементов принципиальной схемы
- •3. Разработка интегральной микросхемы
- •3.1. Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов
- •3.2. Расчет амплитудно-частотной характеристики
- •3.3. Разработка топологии
- •3.4. Этапы изготовления устройства в виде гибридной интегральной микросхемы
3. Разработка интегральной микросхемы
3.1. Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов
Размеры и конфигурация сопротивления (резистора) RC:
Определим длину тонкой пленки минимальной ширины, изготавливаемой фотолитографическим методом из материала с высоким удельным сопротивлением.
В качестве материала используем кермет с удельным сопротивлением Ом/, (типовое значение – 9000, что соответствует ρ = 30 мкОм ∙ м).
Используя законы Ома, определим длину резистивного элемента при Bmin = 100 мкм и типовой толщине пленки d = 0,5 мкм:
Находим коэффициент формы резистора:
При > 10 принимаем форму резистора – “меандр” с полосками длиной 1000 мкм (1 мм) и поперечинами длиной 500 мкм (не менее 200 мкм) общей длиной 4500 мкм.
Размеры и конфигурация резистора RЭ:
Аналогично предыдущему определяем длину резистивного элемента:
Коэффициент формы резистора:
При > 10 принимаем форму резистора в виде двух последовательно соединенных полосок длиной 0,835 мм и ширинойB = 100 мкм = 0,1 мм.
Расчет теплоотдачи:
Теплоотдача резистивного элемента RC:
Так как =79,780 мВт, то требуется увеличить площадь резистивной плёнки. Это возможно путём увеличения длины и ширины пленки, с тем, чтобы увеличить её площадь в 9 раз.
Если не уменьшать толщину плёнки до типового значения dmin = 0,2 мкм, то длину и ширину пленки толщиной dC = 0,5 мкм следует увеличить в 3 раза каждую.
Принимаем размеры и форму элемента RС:
“Меандр” – 9 полосок (1 мм 0,3 мм) + 9 поперечин (0,5 мм0,3 мм) толщиной 0,5 мкм. ТогдаPC = 20 ∙ 0,3 ∙ 13,5 = 81 мВт > Qдоп.
Теплоотдача резистивного элемента RЭ:
Как и в предыдущем случае, требуется увеличить площадь ~ в 3 раза. Принимаем форму и размеры элемента RЭ: 3 полоски длиной (3 1 мм) и шириной (0,18 мм). Тогда= 20∙ 0,18 ∙ 3 = 108 мВт > 9 мВт.
Выбор резистора RЗ не производиться, так как его функцию выполняет конденсатор Cp1, ток утечки которого составляет ~ 1 мкА = 10-6 А, чему соответствует RЗ = 15 Мом.
3.2. Расчет амплитудно-частотной характеристики
Расчет сводиться к определению ёмкостей конденсаторов.
Ёмкость разделительного конденсатора Cp1:
Ёмкость корректирующего конденсатора СК:
Выбор ёмкости конденсатора Сp2:
Типовое значение Сp2 для усилителя рассматриваемого типа обычно принимается на уровне Свых = 1 5 мкФ.
Расчет АЧХ в области нижних частот:
,
где – относительный коэффициент передачи (усиления) на нижних частотах.
Данные расчёта сводим в таблицу № 1:
Таблица № 1.
f, Гц |
10 |
20 |
50 |
70 |
100 |
150 |
200 |
Yн |
0,065 |
0,182 |
0,477 |
0,599 |
0,744 |
0,86 |
0,913 |
Расчет АЧХ в области верхних частот:
,
где – относительный коэффициент передачи (усиления) на верхних частотах.
Данные расчёта сводим в таблицу №2:
Таблица № 2.
f, кГц |
0,63 |
3,15 |
6,3 |
12,6 |
31,5 |
63 |
Yв |
0,997 |
0,93 |
0,793 |
0,545 |
0,252 |
0,129 |
Результаты расчетов отражены на графиках рис.4 и рис.5.
Рис.4 АЧХ в области нижних частот.
Рис.5 АЧХ в области верхних частот.