Конструкция на избраната принципна схема на любителския интерфон в три



Дата17.08.2018
Размер139.98 Kb.
Тема: Конструкция на избраната принципна схема на любителския интерфон в три варианта:
I. Печатна платка с отвори:

Списък с елементите, постояннотоков анализ за опеделяне мощностите на резисторите, констриктивен чертеж на разположение и трасировка.



II. Мултичипен модул

III. Част от полупроводников кристал:

Проектиране на транзисторите, избор на базова технологична схема, проектиране на резистори, избор на конструктивно решение за мостчета, конструктивен чертеж на разположение и трасировка.



Кратко описание на схемата:

Интерфонът е уред за установяване на връзка между съседни помещения, стаи или сгради. Изпълнен е по схема на тристъпален усилвател. Има възможност за работа в два режима – “предаване” и “приемане”. Предвидените за целта два високоговорителя ВГ1 и ВГ2 се използват като микрофон и като високоговорител. Превключването на режимите на работа се осъществява чрез двойния превключвател К3. Захранването на схемата е 9V. Високоговорителите са разположени в двата отдалечени пункта съответно чрез ключовете К1 и К2.

В изходно състояние ключът К3 е в положение 1-3, т. е. В режим на “приемане”. Ако вторият абонат чрез ключът К2 подаде захранване на схемата, той може да повика първия абонат във високоговорителя ВГ2. Сигналът се предава по линията на базата на транзистора Т1, усилва се от транзисторите Т2 и Т3 и се чува във високоговорителя ВГ1, включен в изхода на усилвателя. След приемане на информацията първият абонат поставя ключа К3 в положение2-4, т. е. Преминава в режим на “предаване” и отговаря на повикването. Сега високоговорителят ВГ1 изпълнява ролята на микрофон на базата на транзистора Т1, а високоговорителя ВГ2 е включен през линията в изхода на усилвателя.

Тъй като приоритетният абонат в конкретния случай е първият (с ВГ1), ключът К3 трябва да е без “самозадържане”, за да не се блокира вторият абонат, ако се забрави в положение “предаване”. Както се вижда от схемата, за втория абонат трябва да се прекара линия, съдържаща три проводника.






Означение

Наименование на елемента

Ел. параметри

Брой

1

T1

Транзистор

2T3109C

1

2

T2

Транзистор

2T3169C

1

3

T3

Транзистор

2T6821

1

4

C1

Керамичен кондензатор

0,1u

1

5

C2,C5

Керамичен кондензатор

100u

2

6

C3

Керамичен кондензатор

10u

1

7

C4

Керамичен кондензатор

200u

1

8

R1

Въглероден резистор

82k

1

9

R2

Въглероден резистор

1,6k

1

10

R3

Въглероден резистор

1,5k

1

11

R4

Въглероден резистор

4,7M

1

12

R5

Въглероден резистор

8,8k

1

13

R6

Въглероден резистор

82

1

Печатната платка разработена спрограмата Orcad Layout v9.2, като предварително е направен постояннотоков анализ на схемата с Orcad Pspice. Платката е двуслойна с размери 5х5 сантиметра, пригодена за монтиране в уреда посредством 4 винта в крайщата и. Има възможност платката да се свърже към корпуса на апарата чрез закрепващите винтове, както и да се направи отделно екраниране.

II. Мултичипен модул

Изчисляване резисторите по слойна технология:

Резисторите се проектират с 70% от номиналната си стойност, за да се позволи донастройката им. Алгоритъм за изчисление:



  1. R=0,7.R

2.Разпределяне резисторите по групи в зависимост от листовото съпротивление на пастата Rs, спазва се условието: 0,3Ri3.Изчислява се коефициента на формата: Кф=Ri/Rs

4. Изчислява се широчината b/Po е допустимата разсейвана мощност:

5. Изчисляване дължината S=Кф.b

6. Изчисляване на площта на резистора S=I.b

7. Определяне на формата на резисторите, тъй като Кф<10 всички резистори са с форма правоъгълник.



Изчисляване резисторите по слойна технология. Резултати:


Резист.

R,k

Ri,k

Pi,mW

L,mm

B,mm

Кф

S,mm

Rs,k

R1

82k

57,4k

287

1

1,5

0,57

1,5

Правоъгълник

R2

1,6k

1,26k

350

0,5

0,5

0,16

0,5

Правоъгълник

R3

1,5k

1,05k

0,10

0,5

0,5

0,15

0,25

Правоъгълник

R4

4700k

3290k

0,15

0,75

0,25

0,047

1,5

Правоъгълник

R5

8,8k

6,16k

460

0,5

0,25

0,0616

1,5

Правоъгълник

R6

0,082k

0,574k

0,820

0,25

0,25

0,0082

0,0625

Правоъгълник

Любителския интерфон като част от полупроводников кристал

Първоначален преглед на технологията
Избира се стандартна планарно-епитаксилна технология с двойна дифузия. За подложка се използва обикновенна Р-тип силициева пластина. Използват се технологии, материали и параметри на технологичните процеси ( условия, времетраене на дифузия и т.н.), които обуславят следните резултати:

  • дълбочина на прехода база-колектор /базова дифузия/

  • разминаване на N+ скрития слой в N- епитаксиалния слой:

  • минимален размер на отвора в диелектричния слой:

  • минимален размер на шина

  • запас за размерите

  • максимална възможва разсейвана мощност избира се

  • коефициент коригиращ страничното проникване:

  • листово съпротивление на базовата дифузия:

  • листово съпротивление на емитерната дифузия:

  • листово съпротивление на епитаксиалиня слой:

За формирането на полевите транзистори /получаване на по-специфично вертикално разпределение от примеси за формиране на канала/ се използва и йонна имплантация.


R2,1,6k





R2,1,5k

Проектиране на активните елементи
За получаването на дадената интегрална схема с известни ограничения в заданието и включване на допълнителни операции може да бъде използаван стандартанта планарно-епитаксиална технология. Разнообразните активни полупроводникови елементи в схемата трябва да имат дефинирана структура преди да започне определянето на тяхната вертикална и хоризонтална геометрия.

За транзистора от р-n-p тип T3 е използавна структура получена с участие на подложката / използва се като колекторна област/. Това е възможно тъй като T3 е включен в схема общ колектор. Така той може да бъде изработен едновременно с n-p-n транзистора без допълнителни шаблони и дифузии. Неголемият ток който тече през него /измервателната система в емитерната верига е с обхват 200/ му позволява да бъде с минимална конфигурация на емитерната област.

T2 е n-p-n транзистора в схемата, избора на структура с два базови контакта олеснява опроводяването на схемата. Така не се внася допълнително усложнение при разположението на контактните шини, както и не се прави компромис с параметрите на прибора.

След изключването на компонентите, които не могат да бъдат реализилани в интегрално изпълнение се получава следната схема която трябва да стане част от полупроводников кристал:


За формиране на N+ скрития слой се избира дифузия с Sb. Като по-малко разтворим в Si той няма да се размива много при следващите високотемпературни процеси. Дифузията е едноетапна /Т=1100˚С, дебелина на слоя в плодложката и от времето за дифузия зависи максималното напрежение между колектора и базата – Vcbmax=12V при t=40min. Изолацията се осъществява чрез обратно включен p-n преход. Избира се дифузия на бор на дълбочина не по-малко от тази на епитаксиалния слой. Дифузията е двуетапна, като предварително се извършва окисление и фотолитография за формиране на областите където ще се прави изолация. За базовата област се избира листово съпротивление 150Ω при дълбочина 4,5μm. Параметрите, които се получават са средно специфично съпротивление , начална повърхностна концентрация Nob=10, процеса е двуетапен. При емитерната област се избира листво съпротивление 3Ω при дълбочина 1,8μm. Параметрите, които се получават са средно специфично съпротивление , начална повърхностна концентрация Nob=10, процеса е също двуетапен с дифузант фосфор.

Широко приложение в N-каналната технология намира йонната имплантация. Предимствата на тази технологична операция в сравнение с дифузията са най-вече по-точното задаване на концентрацията в необходимата област от подложката. При това точността не зависи от стойността и вида на концентрацията. Това не винаги е възможно при дифузията, особенно за случая когато трябва да се получат по-малки повърхностни концентрации при полевите транзистори с P)N преход. Може да бъде извършена и йонна имплантация на алуминиеви окиси под гейта с което се гарантира стабилното прагово напрежение при N-каналните полеви транзистори. За формиране на сорса и дрейна се използва базома дифузия.

Основните зависимости при полевите транзистори с PN преход са следните:

;

;

;

~

Където е напрежението на насищане, а, L, b са дъблочината, дължината и широчината на канала, е тока на насищане по теорията на Шокли, S е стръмността, - вътре5шното съпротивление в пентодната област. Изчислените стойности трябва да бъдат коригирани с параметъра е максималната скорост за токовите носители / за N-Si е 8,5,10cm/s/. Използва се система от уравнения с две неизвестни като се определя а и концентрацията на канала N:





Поради сходство в параметрите са използвани данните на транзистора 2N4416, резултатите от изчисленията са:



В топологията на интегралния транзистор са спазени геометричните параметри на канала, така полеви транзистор е с по опростена топология, но заема най-голяма площ върху кристала.

Параметрите на p-n-p транзистора определят бързодействието на схемата, чрез емитерния ток се определя дължината на емитера от следните изходни данни:

Ie=5mA; Ucbo=30V; Xbc=2,5μm; Xeb=1,5μm; Je=1000A/cm2 – плътност на тока;

a=b=4μm

/ширина на емитера/

/дължина на емитера/

По подобен начин се извършва и изчислението за n-p-n транзистора, но при него изчисление на D:





обединена област n-p-n

Изходни данни:



получава се

Т
огава топологията на транзисторите е:



Проектиране на пасивните елементи
В монолитните интегрални схеми се използват два вида резистори – полупроводникови и тънкослойни. В проектираната интегрална схема са използвани полупроводникови, които се изработват с останалите компоненти без допълнителни операции. Стойностите на петте резистора позволяват те да бъдат изпълнени като дифузионни по време на базовата дифузия. Основата на дифузионния резистор е един от дифузионните слоеве /базовия или емитерния/, разположен в изолирано „островче”, снабден с два омови контакта. Съпротивлението му без да се отчита това на контактните площадки и завоите на меандрите / за дадената конструкция те не са необходими/, може да се напише във вида:

където Lе дължина, b широчина на резистора.

За нашия случай □ е съпротивлението на базовата дифузия.

L=n.b т.е. R се определя от броя на квадратчетата, като отношение към мощността на резистора /Po=4W/mm2/ избира се удобна стойност например 20μm. Тогава за резистори R1, R4→n=R/Rs=5 или дължината на резистора става 100μm; за R2→n=R/Rs=2,35→ дължина 47μm.

За изолация резисторите са формирани върху остров свързан към захранващата шина.


Тъй като схемата представлява генератор за кондензатора С/2 не може да бъде използван капацитета на обратно включен p-n преход – това може да доведе до влошаване на стъбилността на генерацията, за това е използван MOS кондензатор чиито капацитет не зависи от приложеното напрежение. Като диелектрик се използва силициев двуокис, получен от пиролитичен път. За изготвяне на кондензатора е необходима специална маска, която се изготвя отделно от останалите шаблони. Дебелината на окисния слой е 0,2μm; специфичното съпротивление е 1016Ωcm; диелектричната константа е 3,8. При тези условия по формулата се получава специфичен капацитет 180pF/mm2 за C2=5pF се изчислява:

B е страната на квадратната контактна повърхност за да бъде направен кондензатор с необходимия капацитет. За да може да бъде по удобно кондензатора да се впише в топологията на схемата той е офорвен като правоъгълник като е спазена същата площ размерите са 84 х 331 μm.


Топологичната схема на любителския интерфон е представена в мащаб 1:200, като контактните площадки са с разери 80 х 100 μm







Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница