Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

мощью цифровой вычислительной машины является достаточно слож ной проблемой. Характеристики схемы представляют собой сложную функцию большого числа переменных, таких, как напряжение источников питания, топология элементов, их размеры и форма, номиналы величин пассивных элементов схемы, паразитные элементы и параметры и др. Поэтому первым шагом при любой оптимизации является определение критерия, по которому схема должна оптимизироваться. В качестве критерия может быть выбран некоторый показатель качества работы схемы, который должен представлять собой действительную величину, поддающуюся оптимизации в пределах практически реализуемых условий. При этом процесс оптимизации будет заключаться в процедуре численного исследования с целью поиска соответствующих значений переменных, которые обращают показатель качества в минимум или максимум в зависимости от конкретного выбранного показателя качества.

В,практике наиболее часто для широкополосных усилителей показателем качества служит критерий минимума среднеквадратического

отклонения от заданного усиления: на низкой частоте и полосы пропускания при малом сигнале. Этот показатель качества для широкополосного усилителя можно записать-в виде аналитической функции

2 W{a,t)[\KuM-Ko\]M8-35).

где т - определенные точки на оси. частот при 1=1, 2, т; W{idi) - скалярный неотрицательный весовой коэффициент.

Применение весового коэффициента позволяет разработчику уделить особое внимание некоторым областям в полосе частот усилителя. Например, чтобы обеспечить требуемое усиление по постоянному току,, точке 0)1=0 можно задать значительно больший вес, чем другим, точкам на краю полосы пропускания.

После определения показателя качества работы схемы необходимо-составить вычислительную программу для его численной оптимизации. Для этой цели требуется разработать некоторые вычислительные и-оптимизационные алгоритмы. Эти-вопросы подробно изложены в известной литературе.

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Наиболее существенным ограничением в процессе проектирования частотно-избирательных интегральных схем является отсутствие интегральных катушек индуктивности. Однако во многих случаях этот недостаток можно преодолеть путем применения методов активной фильтрации. При разработке активных фильтров используют комбинацию резисторов, конденсаторов и усилительных блоков с обратной связью и в результате получают нужную избирательность по частоте без использования индуктивностей. Так

как основными элементами активных фильтров являются резисторы конденсаторы и усилители, которые можно изготовить в интегральной-форме, методы активной фильтрации в принципе очень легко реализовать в виде интегральных схем. Однако в большинстве случаев характеристики активных фильтров в очень сильной степени зависят от абсолютных величин элементов схемы и параметров усилителей. Поэтому для изготовления частотно-избирательных интегральных схем нередко требуется вводить дополни-



-тельные технологические этапы, связанные с применением тонкопленочной или гибридной технологии, для того чтобы обеспечить изготовление элементов с малыми допусками их абсолютных величин. Первые разработки активных фильтров были сделаны задолго до появления интегральной технологии. Однако большинство схем активных фильтров стали приемлемыми с экономической точки зрения лишь после разработки монолитной технологии, которая позволяет разработчику использовать недорогие усилительные блоки, такие, как дифференциальные и операционные усилители. -Существуют два основных класса активных фильтров, которые наиболее легко совмещаются с интегральными схемами: реализующие метод линейной обратной связи и метод фазовой автоподстройки. Поскольку основные принципы проектирования этих классов активных фильтров имеют существенные отличия, настоящая глава состоит из двух частей, в которых отдельно рассмотрены методы проектирования каждого из классов, фильтров. В первой части главы рассматриваются методы синтеза обычных активных RC-фильтров с линейной обратной связью. В связи с тем, что существует большое количество методов синтеза различных активных RC-фильтров, первая часть представляет собой обзор известных методов. Входящий в нее материал позволяет сравнить качество различных методов по таким характеристикам, как чувствительность к неточности изготовления элементов, простота изго-"овления в интегральной форме, рабочий диапазон частот и характеристики избирательности интегральной схемы.

Вторая часть главы охватывает вопросы применения фазовой автоподстройки или частотной обратной связи при проектировании частотно-избирательных интегральных схем, причем особое внимание уделяется схемам в монолитной форме.

9-1. АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ИЗМЕНЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ

Схемы линейных активных фильтров и методы их синтеза принципиально совместимы с интегральной технологией. Однако с практической , точки зрения требования к точности изготовления элементов и стабильности усиления часто накладывают существенные ограничения на их применение в интегральных схемах. Жесткие требования к абсолютным величинам элементов схем линейных активных фильтров вытекают из фурщаментального положения, что характеристики в значительной степени зависят от собственных частот системы или полюсов, которые определяются произведениями сопротивлений и емкостей (RC) и полным коэффициентом усиления в контуре с обратной связью. Чувствительность к абсолютной величине усиления в контуре можно уменьшить на низких частотах путем применения местных обратных связей, охватывающих отдельные усилительные каскады. Однако точность абсолютной величины произведения двух разнородных элементов, таких, как резистор и конденсатор, требует при изготовлении жесткого контроля за абсолютной величиной каждого элемента и не обеспечивается так же хорошо, как согласование номиналов и их изменений однородных монолитных элементов. Во многих случаях этот недостаток вынуждает для линейных активных фильтров применять не монолитные, а гибридные интегральные схемы, в которых можно осуществить дополнительную подстройку величин элементов после изготовления схемы. К сожалению, при этом приходится жертвовать некоторыми из преимуществ интегральных схем, связанных с групповым процессом их изготовления.

Допустимое отклонение от номиналов элементов или требуемого усиления для заданной схемы активного фильтра можно непосредственно связать с «параметрами чувствительности» схемы. Чувствитель-



ность определяется как выраженное в процентах изменение характеристики схемы при частичном изменении одной из независимых переменных в схеме. Чувствительность S данного характеристического параметра, например избирательности Q, активного фильтра относительно частичного изменения схемного параметра определяется в следующем виде:

дх/х Q дх

где X может быть любым из параметров пассивных элементов или усиления.

Характеристики активного фильтра описываются двумя основными параметрами: избирательностью Q и центральной частотой соо. Поэтому чувствительность избирательности и чувствительность центральной частоты S"° наиболее широко применяются в качестве характеристик активных линейных фильтров. В некоторых случаях чувствительность корней, которая описывает изменение полюсов характеристики при-замкнутой цепи обратной связи в зависимости от изменения полюсов при разомкнутой обратной связи, используется в качестве критерия оптимизации и проектирования.

Для данной схемы активного фильтра характеристики чувствительности позволяют разработчику выразить допустимые отклонения номиналов элементов и усиления через требуемые характеристики фильтра. По этой причине параметры чувствительности являются эффективным средством для сравнения различных методов синтеза фильтров как с практической, так и с экономической точек зрения.

9-2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

При разработке фильтров, в которых не содержатся индуктивные элементы, применение методов линейной обратной связи позволяет синтезировать заданные характери-

стики фильтра, описываемые обобщенной передаточной функцией второго порядка:

где К - постоянный множитель; s - комплексная переменная частоты.

На практике для фильтров наиболее важными являются два параметра: избирательность Q и центральная частота шо. Эти два параметра можно непосредственно связать с коэффициентами знаменателя D{s) передаточной функции:

(9-3)

«.»=-У&е. (9-4)

Для синтезирования квадратичной передаточной функции (9-2) при заданных значениях коэффициентов используются многие методы. В зависимости от типа обратной связи, применяемой для образования пар комплексных полюсов,. существующие методы можно отнести к одному из следующих четырех классов:

1) одноконтурной обратной связи;

2) многоконтурной обратной связи;

3) моделирования индуктивности;

4) положительного нуля.

Схемы с одноконтурной обратной связью в общем случае менее сложны по сравнению с другими классами активных RC-схем. Они также хорошо поддаются анализу с помощью методов корневого годографа. В зависимости от полярности обратной связи одноконтурные схемы можно подразделить на схемы с положительной или отрицательной обратной связью. Однако имеется и третий вид схем с одноконтурной обратной связью, в которых используются пассивные цепи с полосой непрозрачности, такие, как мостико-вые и двойные параллельные ветви в цепи обратной связи, охватывающей инвертирующий усилительный блок.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009