Дано: На рис. 5 представлены схемы различных аналоговых устройств

на основе операционного усилителя. Номер схемы и значения ее

элементов, а также способ напыления тонких пленок приведены для

каждого варианта в таблице исходных данных. Обозначение выводов

и размеры бескорпусного операционного усилителя приведены на

рис. 6.

Требуется: Разработать топологию тонкопленочной гибридной

интегральной схемы, реализующей данное устройство на основе

бескорпусного операционного усилителя, и нарисовать чертеж

топологии в масштабе 10:1.

Решение:

На рисунке 5 представлена схема аналогового устройства на основе операционного усилителя.



Рис.5 Схема аналогового устройства на основе операционного усилителя

Схема аналогового устройства (Рис.5) – это схема инвертирующего сумматора на основе ОУ.
1. Расчет конфигурации пленочных элементов

Рассчитаем значения коэффициента формы К_Ф резисторов схемы по формуле

1) К_Ф = ,

где удельное сопротивление используемого материала, Ом/квадрат, сопротивление резистора, Ом.

Коэффициент формы К_Ф таких резисторов равен

2) К_Ф = ,

где длина резистора,

ширина резистора, Ом.

Определить геометрические размеры этих резисторов можно, исходя из минимального допустимого размера ширины полоски 100 мкм и минимального допустимого размера длины полоски 500 мкм.

Тогда, при выборе ширины полоски длина рассчитывается по формуле

3) ,

причем длину и ширину полоски для топологии платы можно пропорционально увеличить без изменения значения сопротивления такого резистора.

---

Сделаем расчет для резисторов и в тонкопленочном исполнении (таблица 1) для ряда материалов, и выберем подходящий по размерам. Учтем, что тонкопленочные резисторы с К_Ф<0,1 и К_Ф>50 не используются.

Таблица 1. Расчет размеров тонкопленочных резисторов

Резистор	, кОм	Способ напыления	Материал	, Ом/квадрат	КФ=	b, мм	l, мм
	10	Термическое	Нихром	300	33,3	0,1	3,3
			Сплав РС3001	1000	10	0,1	1
				2000	5	0,2	1
			Кермет	3000	3,33	0,3	1
				10000	1	0,5	0,5
	20	Термическое	Нихром	300	66,6
			Сплав РС3001	1000	20	0,1	2
				2000	10	0,1	1
			Кермет	3000	6,66	0,15	1
				10000	2	0,25	0,5
	30	Термическое	Нихром	300	100
			Сплав РС3001	1000	30
				2000	15	0,2	3
			Кермет	3000	10	0,1	1
				10000	3	0,3	0,9
	200	Термическое	Нихром	300	666
			Сплав РС3001	1000	200
				2000	100
			Кермет	3000	66,6
				10000	20	0,1	2

---

Из анализа размеров пленок различных резисторов составим таблицу окончательного выбора (таблица 2), руководствуясь соображениями начального выбора минимального размера ширины пленки , или минимального размера длины пленки , если при выбранной ширине не получается получить необходимую длину пленки.
Таблица 2. Размеры и материал тонкопленочных резисторов

Резистор	, кОм	Материал	, Ом/квадрат	b, мм	l, мм	Способ напыления
	10	Сплав РС3001	1000	0,1	1	Термическое
	20	Сплав РС3001	2000	0,1	1
	30	Кермет	3000	0,1	1
	40	Кермет	10000	0,1	2

Рассчитаем конденсатор C₁ = 100 пФ для тонкопленочного исполнения.

Определяем площадь конденсатора как

4) ,

где С₀ – удельная емкость пленочного конденсатора,

емкость рассчитываемого конденсатора,

и подбираем длину и ширину перекрытия верхней и нижней обкладок конденсатора, используя соотношение:

S = А·В.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

---

Таблица 3. Расчет размеров тонкопленочных конденсаторов

Конден-сатор	Номинал, пФ	Способ нанесения пленки	Материал	С0, пФ/см2	S = А·В, см2	А, см	В, см
C1	100	Термичес-кое напыление	Моноокись кремния	5000	0,02	0,141	0,141
				10000	0,01	0,1	0,1
			Моноокись германия	5000	0,02	0,141	0,141
				15000	0,00667	0,082	0,082

Поскольку подходящий размер будет для конденсатора с пленкой диэлектрика из моноокиси кремния с удельной емкостью С₀ = 10000 пФ/см² или из моноокиси германия с удельной емкостью С₀ = 15000 пФ/см², то на них и останавливаем свой выбор, причем для материала напыления выбираем моноокись кремния из соображений большего наличия товара на рынке, а значит, и более низкой себестоимости:

размеры перекрытия пластин конденсатора квадратной формы


2. Разработка топологии

Размер (площадь) печатной платы определяется общей площадью элементов схемы и может быть определен приблизительно по формуле

S_п.п. ≅ (2..3)·( S_ОУ + S_R + S_C),

где S_ОУ– площадь, занимаемая операционным усилителем;

S_R – площадь, занимаемая резисторами;

S_C – площадь, занимаемая конденсаторами.

Определяем площадь печатной платы, используя имеющиеся размеры компонентов (операционный усилитель имеет размеры 1,5х1,5 мм² (Рис.2)):

S_п.п. ≅ (2..3)·( S_ОУ + S_R + S_C) = (2..3)·( 1,5х1,5 + 0,1·(1 + 1 +1+2) + 1х1 )=

= (2..3)·3,75 = 7,5…5,8 мм².

Подходящий размер печатной платы (подложки) 10х8 мм², и это минимальный размер плат.

---

Рис.6 Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУ

Топология гибридной интегральной схемы, реализующей инвертирующий сумматор на основе бескорпусного ОУ на печатной плате 10х8 мм², показана на рисунке 7.



Рис.7 Топология гибридной интегральной схемы, реализующей инвертирующий сумматор на основе бескорпусного ОУ

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие. СПб: Питер, 2006.

2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н.Д. Федорова. М.: Радио и связь, 2002.

Дополнительная

3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 1980.

---

Смотрите также файлы

• Презентация на тему Учебные вопросы Понятие теории национальной безопасности.ppt

• Задание Разработайте план психодиагностического обследования клиентов в соответствие с таблицей, приведенной ниже для двух ситуаций. Дайте рекомендации по данным ситуациям.docx

• Введение Краткий исторический экскурс развития вопроса.docx

• Выполнение практических заданий по дисциплине аддиктология и методы контраддиктивной стимуляции.docx

• 4. Найти производные сложных функций.docx