集積回路はモノリシック集積回路とも呼ばれ、チップ、マイクロチップ、およびICはのセットとして定義することができます 電子回路 数百万の抵抗、コンデンサ、トランジスタ、およびその他のコンポーネントが、半導体ウェーハまたは半導体材料の小さなプレート（通常はシリコン）に統合されています。通常、私たちが日常生活で使用するすべての電気および電子ガジェットは、集積回路のアプリケーションです。 ICは数十億個のトランジスタやその他のコンポーネントで構成されていますが、それでもサイズは小さく、非常にコンパクトです。の進歩とともに IC技術 集積回路の導線の幅は数十ナノメートルに減少します。
ICの種類
がある さまざまな種類のIC 主にICはアナログ集積回路とデジタル集積回路の2種類に分類されます。この記事では、特別な場合として、アナログ集積回路の設計とアプリケーションについて説明します。
アナログ集積回路
アナログIC
アナログ集積回路は、マイクロプロセッサやその他のソフトウェア依存の設計ツールが発明される前は、主に手計算とプロセスキット部品を使用して設計されていました。設計にはアナログ集積回路設計を使用 オペアンプ 、リニアレギュレータ、オシレータ、アクティブフィルタ、およびフェーズロックループ。消費電力、ゲイン、抵抗などの半導体パラメータは、アナログ集積回路の設計に関係しています。
アナログ集積回路設計
アナログIC設計プロセスには、システム設計、回路設計、コンポーネント設計、回路シミュレーション、システムシミュレーション、集積回路レイアウト設計、相互接続、検証、製造、デバイスデバッグ、回路デバッグ、システムデバッグが含まれます。デジタルICの設計は自動化できますが、アナログ集積回路の設計は非常に難しく、やりがいがあり、自動化できません。
実際のアナログ集積回路設計には、次の手順が含まれます。
アナログ集積回路設計プロセス
ブロックレベルシステム
主に、目的のアナログ集積回路のブロックレベル設計を設計するためのアイデアが実装されています。完全なブロックレベルのシステムを実現するために、さまざまなブロックが設計および接続されています。
コンポーネントレベル回路
ブロックレベルシステムに基づいて、コンポーネントレベルの回路を形成するように、さまざまな適切なコンポーネントが使用および接続されます。この回路をアナログIC設計の基本回路として使用し、シミュレーションに使用します。
コンポーネントレベルの回路の検証
コンポーネントレベルの回路は検証に使用されます。この回路設計をシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいて、アナログ集積回路のコンポーネントレベルの回路を検証します。
集積回路のレイアウト
シミュレーションを使用してアナログ集積回路のコンポーネントレベル回路を検証した後。アナログ集積回路のレイアウトは、物理的な変換を使用して設計されています。したがって、アナログ集積回路レイアウトが設計されます。
ICの製作
アナログ集積回路の製造には、半導体材料を使用して半導体ウェーハを作成するなどのいくつかのステップが含まれます（または直接半導体ウェーハを使用できます）。異なる統合 電気および電子部品 ウェーハ上の抵抗器やトランジスタなど、チップをパッキングしてパッケージICを形成します。
ICのテストとデバッグ
次に、アナログ集積回路は、推定結果で結果をチェックするためにテストおよびデバッグされます。次に、ICプロトタイプが設計され、集積回路の特性評価に使用され、評価ボードがアナログ集積回路の評価に使用されます。
オペアンプのアナログ集積回路設計
IC741オペアンプのアナログ集積回路設計のコンポーネントレベルの回路図を次の図に示します。これは、チップ上に統合された抵抗とトランジスタで構成されています。
アナログIC741オペアンプ内部回路のコンポーネントレベル図
色付きのボックスは、輪郭が描かれた青の差動増幅器、輪郭が描かれたマゼンタの電圧増幅器、輪郭が描かれたシアンと緑の出力増幅器、輪郭が描かれた赤の電流ミラーを表します。
アナログ集積回路のアプリケーション
パワーマネジメント回路、オペアンプ、センサーなどのアナログ集積回路設計には、アクティブフィルタリング、インチップを備えたコンポーネントの配電、ミキシングなどの機能を実行するための連続信号とともに使用されるさまざまな例があります。
アクティブフィルタリングへのアナログICの応用
アナログ集積回路設計は、アクティブフィルタリングに使用されます。アクティブフィルターまたはアナログ電子フィルターは アクティブな電子部品 かさばる高価なインダクタを回避することにより、フィルタの性能と予測可能性を改善するために使用されるアンプのようなものです。
アクティブフィルター（電子フィルタートポロジー）には、次のようなさまざまな構成があります。 サレンキーフィルター 、状態変数フィルター、複数のフィードバックフィルターなど。
パワーマネジメント回路へのアナログICの応用
アナログ集積回路設計（または任意の集積回路）では、集積回路を設計するために使用および統合されるすべての電気および電子部品は電力を必要とします。この必要な電力は、オンチップで設計された導体のネットワークを使用してオンチップコンポーネントに分配されます。電力管理回路には、回路内で電力を分配するために使用されるこれらのタイプのネットワーク（導体のネットワーク）の分析と設計が含まれます。
周波数ミキシングへのアナログICの応用
ミキサー（非線形電気回路）とも呼ばれる周波数ミキサーは、周波数混合に使用されるアナログ集積回路設計です。周波数ミキシングは、回路に適用された2つの異なる信号から新しい周波数を作成することとして定義できます。これらは、ある周波数範囲から別の周波数範囲に信号をシフトするためにも使用されます。
オペアンプとしてのアナログICの応用
IC741オペアンプ
上図に示すオペアンプは、アナログ集積回路設計における最良の基本モジュールです。オペアンプにはさまざまな種類がありますが、IC 741Op-Ampは多くのアプリケーションで最も頻繁に使用されるオペアンプです。オペアンプの単純な入出力（I / O）関係が、アナログ集積回路設計でオペアンプを使用する理由です。
Edgefxkits.comによる省電力回路
産業および商業施設のプロジェクトの省電力は、アナログ集積回路設計の1つ、つまりIC741オペアンプのアプリケーションです。産業における電力損失を減らすために、シャントコンデンサは力率補償を提供するために使用されます。 力率 皮相電力または有効電力と有効電力の合計に対する実際の電力または有効電力の比率として定義できます。 無効電力 。
力率が低下すると、負荷需要を満たすためにより多くのエネルギーが必要になります。したがって、効率が低下し、コスト（電力料金）が増加します。このシステムでは、ゼロ電圧パルスとゼロ電流パルスの間にタイムラグがあり、コンパレータモードのオペアンプ回路によって適切に生成されます。これらは、の2つの割り込みピンに供給されます。 8051マイクロコントローラー LCDの誘導負荷による電力損失を表示します。
Edgefxkits.comによる省電力回路のブロック図
計器用変成器の電圧は、ゼロ交差検出器Vとして機能するオペアンプに供給され、変流器の電流は、ゼロ交差検出器Iとして機能するオペアンプに供給されます。これらのオペアンプの出力は、 8051マイクロコントローラー これは、回路内のシャントコンデンサを接続して電力損失をゼロにするためのリレードライバICを介してリレーの作動を制御します。
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