Введение в специальность Учебная программа для высших учебных заведений по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика (стр. 4 )

В результате освоения курса «МЭиПУ» студент должен:

знать и понимать:

-  основные принципы, особенности и возможности интегральной схемотехники и технологии;

-  методы системо - и схемотехнического проектирования МЭиПУ на основе ИС;

уметь характеризовать:

-  современные тенденции проектирования различных радиоинформационных устройств на ИС;

-  специфические особенности проектирования ИС;

уметь анализировать:

-  сложные аналоговые электронно-информационные устройства на основе интегральной схемотехники с использованием методов машинного проектирования;

приобрести навыки:

-  инженерного проектирования и расчета;

-  моделирования и экспериментального исследования как самих ИС, так и различных МЭиПУ на их основе с использованием современной измерительной техники.

Программа рассчитана на объем 75 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 7 часов.

Примерный тематический план курса

№ пп.	Наименование тем	Лекции, часов	Практи-ческие занятия, часов	Лабора-торные работы, часов	Всего
1	2	3	4	5	6
	Введение	2			2
1	Раздел 1. ИС и системо-технические проектиро-вание МЭиПУ
1.1	Операционные усили-тели (ОУ) в МЭиПУ	6	2	4	12
1.2	Перемножители сигна-лов (ПС) в МЭиПУ	2		2	4
1.3	Интегральные схемы для взаимного преобразо-вания аналоговой и цифровой информации	4			4

Продолжение таблицы

1	2	3	4	5	6
1.4	Источники электропитания РЭА	2			2
1.5	Основы системотехнического проектирования МЭиПУ на ИС	4			4
2	Раздел 2. Основы схемотехники и схемотехническое проекти- рование МЭиПУ
2.1	Основы схемотехники ана- логовых ИС	6		2	8
2.2	Схемотехническое проекти- рование интегральных широко- полосных усилителей и ПС	4			4
2.3	Схемотехническое проекти-рование и расчет ОУ	2	2		4
2.4	Системо - и схемотехническое проектирование и расчет электронно-управляемых образ-цовых проводимостей (ЭОП)	2	1	2	5
2.5	Схемотехническое проектиро- вание микроэлектронных фор- мирователей и преобразова- телей испытательных сигналов	4			4
2.6	Схемотехническое проекти-рование и расчет электро-преобразовательных устройств	6		5	11
3	Раздел 3. Проблема индук-тивности в микроэлектронике и пути ее решения
3.1	Активные фильтры как средства решения проблемы индук-тивности в МЭ	2		2	4
3.2	Схемотехническое проекти-рование и расчет конверторов сопротивлений	2	1		3
3.3	Схемотехническое проекти-рование и расчет гираторов	2	1		3
	Заключение	1			1

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Основные проблемы, современное состояние и перспективы развития микроэлектроники. Цель и задачи курса. Основные определения (терминология) в микроэлектронике. Интегральные микросхемы, элементы, компоненты. Элементы конструкции. Простые и сложные ИС. Степень интеграции ИС. Классификация ИС. Система условных обозначений. Методы изготовления (виды технологий) ИС.

Раздел 1. ИС И СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЭиПУ

Тема 1.1. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ (ОУ) В МЭиПУ

Операционный усилитель как активный элемент схемотехники. Модели ОУ. Представление амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик двух - и трехкаскадной моделей ОУ. Обеспечение устойчивости ОУ с цепью отрицательной обратной связи (ООС). Идеализированные свойства и реальные параметры ОУ. Эквивалентная схема ОУ по постоянному току.

Основные операционные схемы (ОС): инвертирующая, неинвертирующая и дифференциальная. Оценка точности ОС и реализация на их основе преобразователя тока в напряжение (ПТН), трансформатора сопротивлений, сумматора сигналов, изолированных от общей шины преобразователя напряжения (ПН) (вольтметра) и ПТН (амперметра). Особенности проектирования и расчета ПН и ПТН.

Экстрематоры сигналов на основе ОУ (однополярные и двухполярные). Оценка точности формирования экстремума. Линейные преобразователи переменного напряжения в постоянное. Сущность линеаризации амплитудной характеристики. Критерий малости преобразуемого напряжения. ПН амплитудных значений.

Электронно-управляемые масштабные ПН на основе ОУ. ПН с линейным, экспоненциальным управлением и электронным переключением полярности коэффициента передачи. Мостовой усилитель как преобразователь приращений проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Циркулятор сигналов.

Линейные преобразователи полных проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Типы ОУ и их отличительные особенности. Меры предосторожности и полезные советы при использовании ОУ.

Тема 1.2. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ (ПС) В МЭиПУ

Основные свойства и параметры ПС. Реализация математических операций (умножения, деления, возведения квадрат, извлечения квадратного корня) на основе ПС. Типы аналоговых ПС и их отличительные особенности. Балансные модуляторы (БМ) и реализация на их основе амплитудного модулятора, синхронного амплитудного, фазового и частотного демодуляторов. Методы реализации ПС на основе операций логарифмирования и антилогарифмирования сигналов, на основе изменения проводимости канала полевого транзистора (ПТ), на основе использования времяамплитудного преобразования.

Тема 1.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ ВЗАИМНОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Системы сбора и распределения данных. Интегральные компараторы сигналов. Аналоговые коммутаторы (АК). Многоканальные коммутаторы: мультиплексоры, демультиплексоры.

Устройства выборки-хранения информации (УВХ). Схемотехника и способы улучшения технических характеристик УВХ. Принципы построения, оценка точности и эффективности высокоточного УВХ. Особенности проектирования и расчета УВХ.

Тема 1.4. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РЭА

Источники электропитания: первичные и вторичные. Классификация источников вторичного электропитания. Свойства сетевых трансформаторов. Получение нестабилизированного постоянного напряжения. Выпрямители одно - и двухполупериодные, мостовые (симметричные и несимметричные), основные параметры. Сглаживающие фильтры: емкостные, индуктивные, Г - и П-образные.

Стабилизаторы напряжения (СН): классификация, основные параметры и типы. Параметрические СН и способы улучшения их параметров. Ключевые СН. Получение опорных напряжений.

Генераторы стабильного тока (ГСТ): классификация, основные параметры и типы.

Тема 1.5. ОСНОВЫ СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

МЭиПУ НА ИС

Основные этапы и особенности системотехнического проектирования. Системотехническое проектирование совершенно нового изделия (на примере измерителя напряжения отсечки ПТ). Дифференциальный метод измерения напряжения отсечки ПТ. Оценка точности и эффективности метода, направления его усовершенствования в виде метода измерения параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов (НЭ). Принципы построения устройств для измерения напряжения отсечки и параметров аппроксимации характеристик НЭ с оценкой их точности и эффективности. Особенности интегрализации устройств.

Раздел 2. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЭиПУ

Тема 2.1. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ АНАЛОГОВЫХ ИС

Задачи, основные этапы и особенности схемотехнического проектирования. Основные принципы интегральной схемотехники. Структуры активных элементов ИС и их свойства. Транзисторные структуры (ТС). Диодно-транзисторные структуры (ДТС) как отражатели тока. Токовое зеркало Уилсона. Биполярно-униполярные структуры. Отражатели тока на ПТ.

Проблемы непосредственной связи в полупроводниковых ИС. Согласование импедансов и уровней постоянного тока. Стабилизация уровней напряжения и тока.

Основные типы каскадов и особенности их реализации в полупроводниковых ИС: однотактные, двухтактные, дифференциальные. Интегральные дифференциальные усилители (ДУ) на БТ и ПТ как активные элементы схемотехники. Свойства, параметры и характерные режимы работы ДУ. Нормирование характеристик коллекторных и стоковых токов. Определение ширины активной области. Режим и порог ограничения. Нормирование характеристик крутизны ДУ на БТ и ПТ и их аппроксимация. Параметры статических ошибок ДУ на ПТ. Оценка и сопоставление нелинейных искажений в ДУ на БТ и ПТ, а также их сравнение с искажениями в каскадах с общим эмиттером (ОЭ) и общим истоком (ОИ). Определение выигрыша в амплитудах входных сигналов при заданных коэффициентах гармонических искажений ДУ на БТ и ПТ по сравнению с каскадами соответственно ОЭ и ОИ. Разновидности схемотехники ДУ на БТ и ПТ. ДУ на МОП-транзисторах с активной нагрузкой.