Параллельный цифровой выход

Диффер.компаратор

А налог вход U_A Двоичный счетчик

С _такты

сброс

I K C

Схема управл.

Схема отличается простотой и низким быстродействием: преобразование N разрядов осуществляется за (2^N-1) тактовых импульсов.

4. АЦП непосредственного сравнения – наиболее быстродействующий вариант преобразователей. Для каждого уровня квантования используется отдельный источник эталонного (опорного) напряжения и отдельный компаратор. Выходы компараторов соединены с кодирующим устройством, формирующим выходной сигнал в параллельном коде. Аппаратные затраты в таких схемах растут с ростом разрядности сигналов. Разрядные коэффициенты определяются одновременно, все преобразование выполняется за один такт, отсюда высокое быстродействие.

U_A компараторы

С1 двоичный разряд 1

U_оп1

Кодир.

U_оп2 С2 у-во двоичный разряд 2

U_опN C(2^N-1) двоичный разряд N

Лекция 15. Тепловые эффекты в ис

Температурная зависимость параметров в АИС.

Температурная зависимость ширины запрещенной зоны полупроводников ведет к изменению собственной концентрации носителей и, следовательно, концентрации неосновных носителей. Используя классическую аппроксимацию ВАХ интегрального диода, можно получить следующие количественные оценки влияния температуры на поведение биполярных приборов.

Увеличение температуры и изменение концентраций, подвижностей, диффузионных длин и др. параметров активных приборов обуславливает изменения следующих параметров:

_N, I_0Э и, как следствие, U_Днас.

Тепловой ток насыщения диода I_0ЭД изменяется в 2 раза при изменении температуры на 8⁰:

что соответствует изменению падения напряжения на диоде с ростом температуры (ТКН):

Возможны следующие диапазоны изменения коэффициентов инжекции соответствующих параметров усиления:

при изменении температуры от +125⁰ до -60⁰С. Поскольку в процессе изготовления _N может измениться еще в 2-4 раза по технологическим причинам, общее изменение данного параметра может быть до 8-10 раз (технология плохая!).

Наиболее иллюстративные изменения характеристик элементов АИС, связанные с температурой, следующие:

- смещение передаточной характеристики ДК. Из-за изменения падения напряжения на диодах формируется основная составляющая напряжения смещения нуля.

U_вых

U_см0 1,5 мВ U _вх

- на ВАХ МДП-транзисторов может появиться «гистерезис», температурный сдвиг рабочей точки из-за температурной зависимости подвижности носителей в канале (сначала рост, затем снижение из-за фононного рассеяния). Как следствие, с ростом температуры падает усиление в схемах, причем раньшее по частотному диапазону по сравнению с расчетами при одинаковых локальных перегревах.

I_C

U_C

A/A₀

T

Ω

• в ИС на арсениде галлия тепловое сопротивление полупроводника в 3 раза ниже, чем в кремнии:

R_TGaAs /R_Si = 1/3,

поэтому напряжение локального перегрева может увеличиться в 15 раз по сравнению с кремниевыми приборами. Транзисторы на арсениде галлия просто выгорают.

Тепловое сопротивление.

Если Р – мощность, рассеиваемая в схеме, то тепловое сопротивление определяется следующим образом:

температуру корпуса измеряют термопарой, температуру кристалла (место локального перегрева) – при помощи термозависимого элемента, чаще всего – это р-п-переход, чья ВАХ легко градуируется для каждого технологического процесса. Современный диапазон изменения рабочих температур: -60⁰ … +150⁰С.

Температура корпуса и атмосферы обязательно должны быть ниже температуры кристалла!

Рекомендуемая процедура учета тепловых процессов в ИС.

1. необходимо определить Т⁰ в местах локального перегрева с учетом полной мощности компонентов и отдельно каждого компонента, желательно, чтобы Т_max 150⁰C,

2. определить общий температурный фон. Всегда существует значительный температурный фон в ИС, примерно одинаковый по всему кристаллу. Если пренебречь локальным перегревом, все компоненты в кристалле работают в более-менее одинаковых условиях,

3. определить температурный градиент. Хотя фон постоянный, по кристаллу всегда есть температурный градиент. Всегда стараются усреднить температурное влияние, особенно влияние выхода на вход в мощных схемах,

4. необходимо учесть, что имеет место инерционность на высоких частотах, тепловые связи уменьшаются.

Распределение тепла по кристаллу.

Тепловые явления описываются следующим уравнением:

, (1)

где

 - коэффициент теплопроводности, [Вт/град.м];

,

Т – температура, [град];

W – удельная мощность источников энергии, [Вт/м³];

C – удельная теплоемкость, [Втсек/град.кг];

 - плотность вещества, [кг/м³];

t - время, сек.

Реальная структура ИС в корпусе выглядит примерно так: