данном курсовом проекте требуется разработать комплект конструкторской документации интегральной микросхемы К 237 ХА2. По функциональному назначению разрабатываемая микросхема представляет собой усилитель промежуточной частоты. Микросхема должна быть изготовлена по тонкопленочной технологии методом свободных масок (МСМ) в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИМС).
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная
Таблица 1. Номиналы элементов схемы:
Элемент | Номинал | Элемент | Номинал | Элемент | Номинал | Элемент | Номинал |
R1 | 950 Ом | R7 | 4,25 кОм | R13 | 1 кОм | R19 | 1 кОм |
R2 | 14 кОм | R8 | 12,5 кОм | R14 | 3,5 кОм | C1 | 3800 пФ |
R3 | 45 кОм | R9 | 500 Ом | R15 | 10 кОм | VT1-VT8 | КТ 312 |
R4 | 35 кОм | R10 | 3 кОм | R16 | 3,5 кОм | E | 7,25 В |
R5 | 12,5 кОм | R11 | 10 кОм | R17 | 2,5 кОм | ||
R6 | 950 Ом | R12 | 500 Ом | R18 | 1 кОм |
Для подачи на схему входного сигнала и снятия выходного к микросхеме требуется подключить некоторое количество навесных элементов. Одна из возможных схем включения приведена на следующем рисунке.
Рис. 2. Возможная схема включения
Таблица 2. Номиналы элементов схемы включения
Элемент | Номинал | Элемент | Номинал |
RA | 8,2 кОм | CB | 1 мкФ |
RB | 43 Ом | CC | 0,033 мкФ |
RC | 2,2 кОм | CD | 0,015 мкФ |
RD | 1,5 кОм | CE | 4700 пФ |
CA | 3300 пФ | CF | 3300 пФ |
Технические требования:
Конструкцию микросхемы выполнить в соответствии с электрической принципиальной схемой по тонкопленочной технологии методом свободных масок в корпусе.
Микросхема должна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям:
предельная рабочая температура - 150° С;
расчетное время эксплуатации - 5000 часов;
вибрация с частотой - 5-2000 Гц;
удары многократные с ускорением 35;
удары однократные с ускорением 100;
ускорения до 50.
Вид производства - мелкосерийное, объем - 5000 в год.
Аннотация
Ц
елью данного курсового проекта является разработка интегральной микросхемы в соответствии с требованиями, приведенными в техническом задании. Микросхема выполняется методом свободных масок по тонкопленочной технологии.
В процессе 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 расчета геометрических размеров элементов;
- произвели расчет геометрических размеров элементов и получили их размеры, необходимые для выбора топологии микросхемы;
- произвели выбор подложки для микросхемы и расположили на ней элементы, а также в соответствии с электрической принципиальной схемой сделали соединения между элементами;
- выбрали корпус для микросхемы с тем расчетом, чтобы стандартная подложка с размещенными элементами помещалась в один из корпусов, рекомендуемых ГОСТом 17467-79.
Введение
П
риведем принципы работы и основные характеристики разрабатываемой микросхемы:
Микросхема К 237 ХА 2 предназначена для усиления и детектирования сигналов ПЧ (промежуточной частоты) радиоприемных устройств не имеющих УКВ диапазона, а также для усиления напряжения АРУ (автоматической регулировки усиления). Широкополосный усилитель ПЧ состоит из регулируемого усилителя на транзисторах Т4, 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 напряжения на эмиттере транзистора Т2 вызывает изменение напряжения питания транзистора Т1, а следовательно и его усиления.
На частоте 465 кГц коэффициент усиления усилителя ПЧ составляет 1200 - 2500. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 3%. Если входной сигнал меняется от 0,05 до 3 мВ, то изменение выходного напряжения не превышает 6дБ. Напряжение на выходе системы АРУ при отсутствии выходного сигнала составляет 3 - 4,5 В. Напряжение питания составляет 3,6 - 10 В. Потребляемая мощность не более 35 мВт.
Анализ задания на проект
М
икросхема усиления промежуточной частоты (ПЧ) К 237ХА2 может быть изготовлена по тонкопленочной технологии с применением навесных элементов. Конструкция микросхемы выполняется методом свободной маски, при этом каждый слой тонкопленочной структуры наносится через специальный трафарет. На поверхности подложки сформированы пленочные резисторы, конденсаторы, а также контактные площадки и межэлементные соединения. Пленочная технология не предусматривает изготовление транзисторов, поэтому транзисторы выполнены в виде навесных элементов, приклеенных на подложку микросхемы. Выводы транзисторов привариваются к соответствующим контактным площадкам.
Электрический расчет принципиальной схемы
Э
лектрический расчет производился с помощью системы “VITUS”.
Система VITUS - 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 в себе компьютерный аналог вольтметров, амперметров и ваттметров постоянного и переменного тока, генераторов сигналов произвольной формы, многоканального осциллографа, измерителя частотных характе-ристик.
Система VITUS :
позволяет описывать принципиальную схему как в графическом виде, так и на встроенном входном языке;
выводит требуемые результаты расчета в графическом виде;
снабжена справочником параметров элементов;
работает под управлением дружественного интерфейса.
Основной задачей электрического расчета является определение мощностей, рассеиваемых резисторами и рабочих напряжений на обкладках конденсаторов. В результате расчета были получены реальные значения мощностей и напряжений, которые являются исходными данными для расчета геометрических размеров элементов.
Результаты расчета приводятся в расчете геометрических размеров элементов.
Данные для расчета геометрических размеров тонкопленочных элементов
Таблица 3. Данные для расчета резисторов
Резистор | Рном , Вт | gR | Резистор | Рном , Вт | gR | ||
R1 | 1,41E-6 | 0,2 | 0,1 | R11 | 4,46E-3 | 0,22 | 0,1 |
R2 | 3,36E-8 | 0,22 | 0,1 | R12 | 2,23E-4 | 0,2 | 0,1 |
R3 | 2,47E-4 | 0,22 | 0,1 | R13 | 1,79E-5 | 0,2 | 0,1 |
R4 | 1,98E-4 | 0,22 | 0,1 | R14 | 1,05E-2 | 0,2 | 0,1 |
R5 | 8,58E-6 | 0,22 | 0,1 | R15 | 3,91E-10 | 0,22 | 0,1 |
R6 | 5,35E-13 | 0,2 | 0,1 | R16 | 1,27E-6 | 0,2 | 0,1 |
R7 | 3,21E-5 | 0,2 | 0,1 | R17 | 3,46E-4 | 0,2 | 0,1 |
R8 | 3,30E-3 | 0,22 | 0,1 | R18 | 1,95E-4 | 0,2 | 0,1 |
R9 | 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 | ||
C1 | 2,348 | 0,23 | 0,115 |
Расчет геометрических размеров тонкопленочных резисторов, выполненных методом свободной маски (МСМ)
1. Исходные данные:
а). конструкторские: , где
Rн - номинальное сопротивление резистора;
gR - относительная погрешность номинального сопротивления;
Pн - номинальная мощность;
T°max C - максимальная рабочая температура МС;
tэкспл - время эксплуатации МС.
б). технологические: , где
Db(Dl) - абсолютная погрешность изготовления;
Dlустан - абсолютная погрешность совмещения трафарета;
- относительная погрешность удельного сопротивления.
2. Определяем диапазон , в котором можно вести расчет:
0,02 Rmax < < Rmin
