ნაბეჭდი მიკროსქემის ფორუმში რთული პრობლემები და გადაწყვეტილებები

კითხვა: როგორც უკვე აღვნიშნეთ მარტივი რეზისტორების შესახებ, უნდა არსებობდეს ისეთი რეზისტორები, რომელთა შესრულება ზუსტად ისაა, რასაც ჩვენ ველოდებით. რა ხდება მავთულის მონაკვეთის წინააღმდეგობასთან?
_ სიტუაცია სხვაგვარადაა. სავარაუდოდ თქვენ გულისხმობთ მავთულს ან გამტარ ზოლს დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფაზე, რომელიც მოქმედებს როგორც მავთული. მას შემდეგ, რაც ოთახის ტემპერატურის ზეგამტარები ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი, ლითონის მავთულის ნებისმიერი სიგრძე მოქმედებს როგორც დაბალი წინააღმდეგობის რეზისტორი (რომელიც ასევე მოქმედებს როგორც კონდენსატორი და ინდუქტორი) და მისი ეფექტი წრეზე უნდა იყოს გათვალისწინებული.
2. კითხვა: სპილენძის მავთულის წინააღმდეგობა მცირე სიგნალის წრეში არ უნდა იყოს მნიშვნელოვანი?
პასუხი: განვიხილოთ 16 ბიტიანი ADC შესასვლელი წინაღობით 5k ω. დავუშვათ, რომ ADC შეყვანის სიგნალის ხაზი შედგება ტიპიური ნაბეჭდი მიკროსქემის დაფისგან (სისქე 0.038 მმ, სიგანე 0.25 მმ) და გამტარუნარიანობა 10 სმ სიგრძით. მას აქვს დაახლოებით 0.18 ω წინააღმდეგობა ოთახის ტემპერატურაზე, რაც ოდნავ ნაკლებია 5K ω × 2 × 2-16 და აწარმოებს მოგების შეცდომას 2LSB სრული ხარისხით.
შეიძლება ითქვას, რომ ეს პრობლემა შეიძლება შემსუბუქდეს, თუ, როგორც უკვე არის, დაბეჭდილი მიკროსქემის გამტარი ზოლი უფრო ფართო გახდება. ანალოგურ სქემებში, ზოგადად სასურველია გამოიყენოთ უფრო ფართო ზოლები, მაგრამ ბევრი PCB დიზაინერი (და PCB დიზაინერი) ამჯობინებენ გამოიყენონ მინიმალური ზოლის სიგანე სიგნალის ხაზის განთავსების გასაადვილებლად. დასასრულს, მნიშვნელოვანია გამოვთვალოთ გამტარუნარიანობის წინააღმდეგობა და გავაანალიზოთ მისი როლი ყველა შესაძლო პრობლემაში.
3. კითხვა: არის თუ არა პრობლემა გამტარუნარიანობის ძალიან დიდი სიგანის და ლითონის ფენის დაბეჭდილი მიკროსქემის უკანა მხარეს?
_ პატარა კითხვაა. მიუხედავად იმისა, რომ დაბეჭდილი მიკროსქემის გამტარუნარიანობის სიმძლავრე მნიშვნელოვანია (თუნდაც დაბალი სიხშირის სქემებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ წარმოქმნან მაღალი სიხშირის პარაზიტული რხევები), ის ყოველთვის პირველ რიგში უნდა შეფასდეს. თუ ეს ასე არ არის, ფართო გამტარუნარიანობაც კი, რომელიც ქმნის დიდ ტევადობას, არ არის პრობლემა. თუ პრობლემები წარმოიქმნება, მიწის ზედაპირის მცირე ფართობის ამოღება შესაძლებელია დედამიწაზე ტევადობის შესამცირებლად.
კითხვა: დატოვეთ ეს კითხვა ერთი წუთით! რა არის დამიწების თვითმფრინავი?
პასუხი: თუ დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფის მთელ მხარეს სპილენძის კილიტა (ან მრავალფენიანი დაბეჭდილი მიკროსქემის მთლიანი ფენა) გამოიყენება დასაბუთების მიზნით, მაშინ ამას ჩვენ ვუწოდებთ დასაბუთებულ სიბრტყეს. ნებისმიერი მიწის მავთული უნდა იყოს მოწყობილი უმცირესი შესაძლო წინააღმდეგობით და ინდუქციურობით. თუ სისტემა იყენებს დამიწების სიბრტყეს, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ დაზარალდეს დამიწების ხმაური. გარდა ამისა, დამიწების სიბრტყეს ასევე აქვს დამცავი და გაგრილების ფუნქცია
კითხვა: აქ ნახსენები დამიწების თვითმფრინავი რთულია მწარმოებლებისთვის, არა?
პასუხი: 20 წლის წინ იყო გარკვეული პრობლემები. დღეს, დაბეჭდვის მიკროსქემის დაფებში შემკვრელის, შედუღების წინააღმდეგობის და ტალღის შედუღების ტექნოლოგიის გაუმჯობესების გამო, დასაბუთებული თვითმფრინავის წარმოება გახდა დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფების რუტინული ოპერაცია.
კითხვა: თქვენ თქვით, რომ მიწის ზედაპირზე ხმაურის ზემოქმედების სისტემის გამოვლენის შესაძლებლობა ძალიან მცირეა. რა რჩება მიწის ხმაურის პრობლემისგან, რომლის გადაწყვეტა შეუძლებელია?
პასუხი: დამიწებული ხმაურის სისტემის ძირითად წრეს აქვს გრუნტის სიბრტყე, მაგრამ მისი წინააღმდეგობა და ინდუქტიურობა არ არის ნული – თუ გარე დენის წყარო საკმარისად ძლიერია, ის გავლენას მოახდენს ზუსტ სიგნალებზე. ეს პრობლემა შეიძლება შემცირდეს დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფების სწორად მოწყობით ისე, რომ მაღალი დენი არ შემოვიდეს იმ ადგილებში, რომლებიც გავლენას ახდენენ ზუსტი სიგნალების დამიწების ძაბვაზე. ხანდახან მიწის სიბრტყეში შესვენებამ ან ნაპრალმა შეიძლება გადააგდოს დიდი დამიწების დენი მგრძნობიარე უბნიდან, მაგრამ მიწის სიბრტყის იძულებით შეცვლას შეუძლია სიგნალის გადატანა მგრძნობიარე არეალში, ამიტომ ასეთი ტექნიკა სიფრთხილით უნდა იქნას გამოყენებული.
კითხვა: როგორ ვიცი ძაბვის ვარდნა, რომელიც წარმოიქმნება დასაბუთებულ სიბრტყეზე?
პასუხი: ჩვეულებრივ ძაბვის ვარდნის გაზომვა შესაძლებელია, მაგრამ ზოგჯერ გამოთვლები შეიძლება გაკეთდეს დაფუძნებული მასალის წინააღმდეგობის საფუძველზე (სპილენძის ნომინალური 1 უნცია აქვს წინააღმდეგობა 045 მ ω /□) და სიგრძის გამტარ ჯგუფს, რომლის მეშვეობითაც დენი გადის, თუმცა გათვლები შეიძლება გართულდეს. დაბალი ძაბვის სიხშირის დიაპაზონში (50 კჰც) დიაპაზონი შეიძლება შეფასდეს ინსტრუმენტული გამაძლიერებლებით, როგორიცაა AMP02 ან AD620.
გამაძლიერებლის მომატება დაყენებულია 1000 -ზე და უკავშირდება ოსცილოსკოპს 5mV/div მგრძნობელობით. გამაძლიერებელი შეიძლება მიეწოდოს იმავე ენერგიის წყაროსგან, როგორც შემოწმებული წრე, ან საკუთარი ენერგიის წყაროდან. თუმცა, თუ გამაძლიერებელი მიწა გამოყოფილია მისი დენის ბაზისგან, ოსცილოსკოპი უნდა იყოს დაკავშირებული გამოყენებული დენის წრის დენის ბაზასთან.
მიწის სიბრტყის ნებისმიერ ორ წერტილს შორის წინააღმდეგობის გაზომვა შესაძლებელია ორ წერტილზე ზონდის დამატებით. გამაძლიერებლის მომატებისა და ოსცილოსკოპის მგრძნობელობის კომბინაცია საშუალებას აძლევს გაზომვის მგრძნობელობას მიაღწიოს 5μV/div. გამაძლიერებლის ხმაური გაზრდის oscilloscope waveform მრუდის სიგანეს დაახლოებით 3μV, მაგრამ მაინც შესაძლებელია მიაღწიოს გარჩევადობას დაახლოებით 1μV – საკმარისი იმისათვის, რომ განასხვავოს მიწის ხმაურის უმეტესობა 80% -მდე ნდობით.
კითხვა: რა უნდა აღინიშნოს ზემოხსენებული ტესტის მეთოდის შესახებ?
პასუხი: ნებისმიერი ალტერნატიული მაგნიტური ველი გამოიწვევს ძაბვას ზონდის ტყვიზე, რომელიც შეიძლება შემოწმდეს ზონდების ერთმანეთთან მოკლე ჩართვით (და უზრუნველყოს გადახრის გზა გრუნტის წინააღმდეგობისკენ) და ოსცილოსკოპის ტალღის დაკვირვებით. დაკვირვებული AC ტალღის ფორმა გამოწვეულია ინდუქციით და მისი შემცირება შესაძლებელია ტყვიის პოზიციის შეცვლით ან მაგნიტური ველის აღმოფხვრის მცდელობით. გარდა ამისა, აუცილებელია იმის უზრუნველყოფა, რომ გამაძლიერებლის დამიწება დაკავშირებულია სისტემის დამიწებასთან. თუ გამაძლიერებელს აქვს ეს კავშირი, არ არსებობს გადახრის დაბრუნების გზა და გამაძლიერებელი არ იმუშავებს. დასაბუთებამ ასევე უნდა უზრუნველყოს, რომ დამიწების მეთოდი არ ჩაერიოს შემოწმებული წრის მიმდინარე განაწილებაში.
კითხვა: როგორ გავზომოთ მაღალი სიხშირის დამიწების ხმაური?
პასუხი: ძნელია hf- ის ხმაურის გაზომვა შესაფერისი ფართოზოლოვანი ინსტრუმენტების გამაძლიერებლით, ამიტომ hf და VHF პასიური ზონდები შესაბამისია. იგი შედგება ფერიტის მაგნიტური რგოლისგან (გარე დიამეტრი 6 ~ 8 მმ) ორი კოჭით, თითოეული 6 ~ 10 ბრუნვით. მაღალი სიხშირის იზოლაციის ტრანსფორმატორის შესაქმნელად, ერთი კოჭა უკავშირდება სპექტრის ანალიზატორის შეყვანას, ხოლო მეორე ზონდს.
ტესტირების მეთოდი მსგავსია დაბალი სიხშირის შემთხვევისა, მაგრამ სპექტრის ანალიზატორი იყენებს ამპლიტუდა-სიხშირის დამახასიათებელ მოსახვევებს ხმაურის გამოსახატავად. დროის დომენის თვისებებისგან განსხვავებით, ხმაურის წყაროები ადვილად გამოირჩევა სიხშირის მახასიათებლების მიხედვით. გარდა ამისა, სპექტრის ანალიზატორის მგრძნობელობა არის მინიმუმ 60 დბ უფრო მაღალი ვიდრე ფართოზოლოვანი ოსცილოსკოპი.
კითხვა: რაც შეეხება მავთულის ინდუქციურობას?
A: გამტარებისა და PCB გამტარების ინდუქტიურობის იგნორირება არ შეიძლება უფრო მაღალ სიხშირეებზე. სწორი მავთულის და გამტარუნარიანობის ინდუქციურობის გამოსათვლელად, აქ შემოღებულია ორი მიახლოება.
მაგალითად, გამტარი ზოლი 1 სმ სიგრძისა და 0.25 მმ სიგანე შექმნის ინდუქციურობას 10nH.
გამტარის ინდუქცია = 0.0002LLN2LR-0.75 μH
მაგალითად, 1 სმ სიგრძის 0.5 მმ გარე დიამეტრის მავთულის ინდუქცია არის 7.26nh (2R = 0.5 მმ, L = 1 სმ)
გამტარუნარიანობის ინდუქტიურობა = 0.0002LLN2LW+H+0.2235W+HL+0.5μH
მაგალითად, 1 სმ სიგანის 0.25 მმ დაბეჭდილი მიკროსქემის გამტარუნარიანობის ინდუქტიურობა არის 9.59nh (H = 0.038 მმ, W = 0.25 მმ, L = 1 სმ).
თუმცა, ინდუქციური რეაქტიულობა, როგორც წესი, გაცილებით მცირეა ვიდრე პარაზიტული ნაკადი და გაჭრილი ინდუქციური წრის გამოწვეული ძაბვა. მარყუჟის ფართობი უნდა შემცირდეს, რადგან გამოწვეული ძაბვა პროპორციულია მარყუჟის არეალთან. ამის გაკეთება ადვილია, როდესაც გაყვანილობა გადაუგრიხეს.
ბეჭდურ მიკროსქემის დაფებზე, ტყვიის და დაბრუნების ბილიკები ერთმანეთთან ახლოს უნდა იყოს. მცირე ზომის გაყვანილობა ხშირად ამცირებს ზემოქმედებას, იხილეთ წყარო A დაბალ ენერგიულ მარყუჟთან B.
მარყუჟის ფართობის შემცირება ან შეერთების მარყუჟებს შორის მანძილის გაზრდა შეამცირებს ეფექტს. მარყუჟის ფართობი ჩვეულებრივ მცირდება მინიმუმამდე და დაშორება დაწყვილების მარყუჟებს შორის მაქსიმალურია. ხანდახან საჭიროა მაგნიტური დაცვა, მაგრამ ძვირია და მიდრეკილია მექანიკური დაზიანებისკენ, ასე რომ მოერიდეთ მას.
11. კითხვა: განაცხადის ინჟინრების კითხვა-პასუხში ხშირად არის ნახსენები ინტეგრირებული სქემების არაიდეალური ქცევა. უფრო მარტივი უნდა იყოს ისეთი მარტივი კომპონენტების გამოყენება, როგორიცაა რეზისტორები. განმარტეთ იდეალური კომპონენტების სიახლოვე.
მე უბრალოდ მინდა რეზისტორი იყოს იდეალური მოწყობილობა, მაგრამ მოკლე ცილინდრიანი რეზისტორის წინ ზუსტად ისე მოქმედებს როგორც სუფთა რეზისტორი. ფაქტობრივი რეზისტორი ასევე შეიცავს წარმოსახვითი წინააღმდეგობის კომპონენტს – რეაქციის კომპონენტს. რეზისტორების უმეტესობას აქვს მცირე ტევადობა (ჩვეულებრივ 1 -დან 3pF- მდე) მათი წინააღმდეგობის პარალელურად. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ფილმის რეზისტორი, მათ რეზისტენტულ ფილმებში ხვეული თხრილის ჭრა უმეტესწილად ინდუქციურია, მათი ინდუქციური რეაქტიულობა ათობით ან ასობით ნაჰენია (nH). რასაკვირველია, მავთულის ჭრილობის წინააღმდეგობა ზოგადად ინდუქციურია და არა ტევადი (ყოველ შემთხვევაში დაბალ სიხშირეზე). ყოველივე ამის შემდეგ, მავთულხლართების საწინააღმდეგო რეზისტორები დამზადებულია ხვეულებისაგან, ამიტომ იშვიათი არაა, რომ მავთულხლართულ რეზისტორებს ჰქონდეთ რამდენიმე მიკრომი (μH) ან ათობით მიკროგრამის ინდუქცია, ან თუნდაც ე.წ. (სადაც გრაგნილების ნახევარი იჭრება საათის ისრის მიმართულებით, ხოლო მეორე ნახევარი საათის ისრის საწინააღმდეგოდ). ისე, რომ კოჭის ორი ნახევრის მიერ წარმოქმნილი ინდუქტიურობა აუქმებს ერთმანეთს) ასევე აქვს 1μH ან მეტი ნარჩენი ინდუქციურობა. დაახლოებით 10k ω ზე მაღალი მავთულის ხრახნიანი რეზისტენტებისთვის, დანარჩენი რეზისტორები უმეტესად capacitiveა ვიდრე ინდუქციური, ხოლო ტევადობა 10pF– მდეა, უფრო მაღალი ვიდრე სტანდარტული თხელი ფილმის ან სინთეზური რეზისტორების. ეს რეაქტიულობა საგულდაგულოდ უნდა იქნას განხილული რეზისტორების შემცველი მაღალი სიხშირის სქემების შემუშავებისას.
კითხვა: მაგრამ თქვენ მიერ აღწერილი სქემები გამოიყენება ზუსტი გაზომვებისათვის DC ან ძალიან დაბალ სიხშირეზე. მაწანწალა ინდუქტორები და მაწანწალა კონდენსატორები ამ პროგრამებში შეუსაბამოა, არა?
პასუხი: დიახ იმის გამო, რომ ტრანზისტორებს (როგორც დისკრეტულ, ისე ინტეგრირებულ სქემებს) აქვთ ძალიან ფართო ზოლების სიგანე, რხევები ზოგჯერ შეიძლება მოხდეს ასობით ან ათასობით მეგაჰერცულ ზოლში, როდესაც წრე მთავრდება ინდუქციური დატვირთვით. რხევებთან დაკავშირებული ოფსეტური და გასასწორებელი მოქმედებები უარყოფითად მოქმედებს დაბალი სიხშირის სიზუსტეზე და სტაბილურობაზე.
უფრო უარესი, რხევები შეიძლება არ იყოს ხილული ოსცილოსკოპზე, რადგანაც ოსცილოსკოპის გამტარობა ძალიან დაბალია მაღალი სიხშირის რხევების გამტარუნარიანობასთან შედარებით, ან იმის გამო, რომ ოსცილოსკოპის ზონდის დამუხტვის უნარი საკმარისია რხევების შესაჩერებლად. საუკეთესო მეთოდია ფართო დიაპაზონის (დაბალი სიხშირის 15 გჰც -მდე ზემოთ) სპექტრის ანალიზატორის გამოყენება სისტემის პარაზიტული რხევების შესამოწმებლად. ეს შემოწმება უნდა მოხდეს მაშინ, როდესაც შეყვანა იცვლება მთელ დინამიურ დიაპაზონში, რადგან პარაზიტული რხევები ზოგჯერ ხდება შეყვანის ზოლის ძალიან ვიწრო დიაპაზონში.
კითხვა: არის რაიმე შეკითხვა რეზისტორებთან დაკავშირებით?
A: The resistance of a resistor is not fixed, but varies with temperature. The temperature coefficient (TC) varies from a few PPM /°C(millionths per degree Celsius) to several thousand PPM /°C. The most stable resistors are wire wound or metal film resistors, and the worst are synthetic carbon film resistors.
დიდი ტემპერატურის კოეფიციენტები ზოგჯერ შეიძლება სასარგებლო იყოს (a +3500ppm/ ° C რეზისტორი შეიძლება გამოყენებულ იქნას kT/ Q- ის კომპენსაციისთვის დიოდური დამახასიათებელი განტოლებაში, როგორც ადრე აღვნიშნეთ განაცხადის ინჟინრების Q&AS– ში). მაგრამ ზოგადად ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობა შეიძლება იყოს ზუსტი სქემების შეცდომის წყარო.
თუ მიკროსქემის სიზუსტე დამოკიდებულია ორი რეზისტორის მატებაზე სხვადასხვა ტემპერატურის კოეფიციენტებით, მაშინ რაც არ უნდა კარგად შეესაბამებოდეს ერთ ტემპერატურას, ის არ ემთხვევა მეორეს. მაშინაც კი, თუ ორი რეზისტორის ტემპერატურის კოეფიციენტი ემთხვევა, არ არსებობს გარანტია, რომ ისინი დარჩებიან იმავე ტემპერატურაზე. შიდა ენერგიის მოხმარებით წარმოქმნილმა სისტემამ ან გარე სითბოს გადაცემამ სისტემაში შეიძლება გამოიწვიოს ტემპერატურის შეუსაბამობა, რაც იწვევს წინააღმდეგობას. მაღალი ხარისხის მავთულხლართების ან ლითონის ფილების რეზისტორებსაც კი შეიძლება ჰქონდეთ ასობით (ან თუნდაც ათასობით) PPM / temperature ტემპერატურის შეუსაბამობა. აშკარა გამოსავალია ორი რეზისტორის გამოყენება ისე, რომ ორივე ძალიან ახლოს იყოს ერთსა და იმავე მატრიცასთან, ისე რომ სისტემის სიზუსტე ყოველთვის კარგად ემთხვეოდეს. სუბსტრატი შეიძლება იყოს სილიკონის ვაფლი, რომელიც ახდენს ზუსტი ინტეგრირებული სქემების, შუშის ვაფლის ან ლითონის ფილმების სიმულაციას. სუბსტრატის მიუხედავად, ორი რეზისტორი კარგად ემთხვევა წარმოების დროს, აქვთ კარგად შერწყმული ტემპერატურის კოეფიციენტები და თითქმის ერთსა და იმავე ტემპერატურაზეა (რადგან ისინი ძალიან ახლოს არიან).