Блок-схема ИМС КР1095ПП1 изображена на рис. 21, а назначение ее выводов указано в табл. 1.
БИС ПМУ сводит к минимуму количество дорогих прецизионных компонентов электрического счетчика и повышает его технологичность за счет снижения количества операций настройки электронного счетчика до одной операции на фазу. При этом в качестве образцовых компонентов используются только кварцевый резонатор и стабилитрон. Диапазон изменения входных сигналов БИС ПМУ составляет (1….4000) мВ при точности перемножения, характеризующейся отношением сигнал/шум не хуже 96 дБ. Диапазон линейного изменения частоты выходных импульсов составляет (2….8000) Гц. БИС ПМУ питается от двуполярного источника напряжения ± 6 В ± 5% и потребляет ток не более 10 мА во всем диапазоне рабочих температур от – 60 0С до + 60 0С.
Табл.1 Назначение выводов ИМС КР1095ПП1
| Обозначение вывода | Назначение вывода |
| 12345678910111213141516171819202122232425262728 | Напряжение питания 1Вход 1 с датчика напряженияВход 2 с датчика напряженияСвободныйСвободныйВход задания режимного токаВыход тока смещенияВыход знака напряженияВыход знака произведенияВход 1 с датчика токаВход 2 с датчика токаОбщийВход опорного напряжения «–»Вход опорного напряжения «+»Напряжение питания 2Частотный выход 1Частотный выход 2Выход суммы частотыВход переключения чувствительностиПоверочный частотный выходЧастотный выход положительной мощностиЧастотный выход отрицательной мощностиУправление тактовой частотыВыход тактовой частотыСвободныйПодключение кварцевого резонатораПодключение кварцевого резонатораВыход частоты |
БИС ПМУ содержит следующие основные блоки:
- преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ) датчика напряжения
- ПНЧ датчика тока
- Цифровой фильтр на основе 9-ти разрядного двоичного реверсивного счетчика
- Делитель частоты на основе 5-ти разрядного двоичного счетчика
- Делитель частоты на основе 16-ти разрядного двоичного счетчика
- Делитель частоты на основе 2-х разрядного двоичного счетчика
- Кварцевый генератор
- Компаратор сигналов датчика тока
- Блок определения знака мощности
- Блок задания тактовых импульсов для обеспечения работы ПНЧ и компараторов
- Источник тока и напряжения смещения для всех аналоговых узлов БИС
В БИС ПМЧ используется принцип импульсного перемножения двух сигналов на основе широтно-импульсной амплитудно-импульсной модуляции входных сигналов.
В качестве широтно-импульсного модулятора работает ПНЧ датчика напряжения, а в качестве амплитудно-импульсного модулятора с одновременным преобразованием усредненного значения произведения двух сигналов работает ПНЧ датчика тока.
Оба ПНЧ реализованы на основе дельта-сигма модуляторов с использованием схемотехники коммутируемых конденсаторов.
Цифровой фильтр на основе 9-ти разрядного двоичного реверсивного счетчика служит для усреднения количества импульсов на положительной и отрицательной мощности, наступающих с выхода датчика тока.
Счетчик двоичный 5-ти разрядный служит для деления выходной частоты цифрового фильтра. В зависимости от знака мощности выходная последовательность импульсов формируется либо на выходе БИС FOP (положительная мощность), либо на выходе FON (отрицательная мощность).
На выходе БИС FUS формируется логическая единица («1»), когда мощность положительная, и логический нуль («0»), когда мощность отрицательная.
Выход БИС FOH является поверочным выходом, на котором формируется частота, пропорциональная произведению двух входных сигналов, наступающих на входы X1, X2 и У1, У2 соответственно.
На опорные входы U1 и U2 поступает внешнее стабилизированное опорное напряжение (например, со стабилитрона).
Вход БИС FCC служит для программирования деления шахтовой частоты, формируемой на выходе OCF путем подключения кварцевого резонатора к выходам BQ1 и BQ2. Положительное напряжение питания наступает на вывод 2 Исс, отрицательное – на вывод 1 Исс, а средняя точка (земля) – на вывод GND.
Вход БИС FO служит для стабилизации характеристик ПМЧ по отношению к внешним дестабилизирующим факторам. На нем формируется меандр с частотой Ft/217, если вход FCC подключен к 2 Исс и меандр с частотой Ft/218, если вход FCC подключен к 1 Исс. Здесь Ft – тактовая частота кварцевого генератора на выходе OCF. При этом способ подключения FCC не влияет на коэффициент преобразования мощности ПМЧ в частоту следования импульсов.
Выход SX переходит в состояние логической «1», когда сигнал на входе Х1 превышает сигнал на входе «2». В обратном случае вход SX находится в состоянии логического «0».
На выходе SXY формируется сигнал логической «1», когда мощность положительная и логический «0», когда мощность отрицательная.
Путем подключения внешнего резистора к выходу БИС 1В, при необходимости, можно регулировать ток потребления ПМЧ. При этом если внешний резистор подключается между 1В и 2 Исс, то ток потребления возрастает, а если внешний резистор подключен между 1В и 1 Исс, то ток потребления уменьшается.
Выход БИС ОВ является служебным, либо подключается к 2 Исс, либо остается незадействованным.
По разности количества импульсов, приходящих на выводы F2 и F1 можно определить амплитуду напряжения, поступающую на вход БИС с датчика напряжения.
1.3 Краткое описание технологического процесса изготовления изделия КР1095ПП1
Основным недостатком ИС с алюминиевым затвором является наличие больших межэлектродных емкостей Сзи и Сзс, снижающих общее быстродействие ИС. Эти емкости образуются в результате перекрытия затвором областей истока и стока. При этом указанное перекрытие характеризуется большим разбросом из-за неровности краев металлизации затвора и границ диффузионных слоев истока и стока.
Существенного уменьшения емкости перекрытия Сзи и Сзс можно добиться при использовании технологии с самосовмещенным затвором. Основная идея такой технологии заключается в изменении порядка формирования электродов МДП – транзистора: вначале образуется затвор, после чего формируются области стока и истока. При этом затвор используется в качестве маски, что приводит к совпадению границ диффузионных областей с краями затвора. В результате перекрытие затвора и порождаемые им емкости существенно уменьшаются. Наиболее совершенной технологией с самосовмещенным затвором в настоящее время является технология КМДП ИС с кремниевым затвором.
Технологический процесс изготовления КМДП ИС с кремниевым затвором его и его основные этапы представлены на рис. 3. В этом процессе формирование больших областей («карманов») p‑типа такое же, как и в технологическом процессе КМДП ИС с алюминиевым затвором, т.е. для этого в подложку через фоторезистивную маску, создаваемую фотолитографическим способом, внедряется методом ионной имплантации легирующая примесь, в данном случае бор (рис. а). После получения «кармана» p‑типа на пластину наносится тонкий слой SiO2, которыйвыполняет роль подзатворного диэлектрика МДП – транзисторов двух типов проводимости (рис. б).
Следующий этап – на слой SiO2 методом химического распыления наносится слой поликристаллического кремния. После этого осуществляется фотолитографическое травление, в процессе которого в местах, где должны формироваться области стоков и истоков, стравливается слой поликристаллического кремния, а также слой, лежащий над ним – SiO2. в результате такого травления получается структура, изображенная на рис. в.
Для уменьшения удельного сопротивления поликремниевых участков затвора осуществляется их легирование примесью бора или фосфора в зависимости от типа проводимости в канале. Такое легирование проводится одновременно с формированием областей стоков и истоков транзисторов. На рис. 3 показано поочередное нанесение слоев SiO2 из кремнийорганических соединений (n- и p – SiO2) с последующим формированием областей стоков и истоков МДП – транзисторов обоих типов проводимости. Как видно из этого рисунка, в процессе формирования этих областей в качестве маски используются участки поликремния, выполняющие роль затворов МДП – транзисторов. В результате обеспечивается самосовмещение границ затвора и областей стока и истока. Отметим, что использование алюминия в качестве затвора и маски для обеспечения самосовмещения оказывается невозможным, т. к. его температура плавления ниже температуры легирования кремния примесями на стадии разгонки.
Кроме уменьшения емкости перекрытия рассмотренная технология обеспечивает еще один положительный эффект. Поскольку здесь затвор и подложка оказываются выполненными из одного материала, контактная разность потенциалов между указанными элементами становится равной нулю, что приводит к уменьшению порогового напряжения до 1..2В вместо обычных 2,5…3В.
На заключительном этапе (аналогично КМДП ИС с алюминиевым затвором) через предварительно протравленные химическим путем (методом фотолитографии) окна, на пластины с помощью напыления наносится слой металлизации, после фотолитографической обработки которого формируются контактные площадки и межсоединения, функционально связывающие КМДП – структуры в ту или иную конкретную ИС. Пластины со сформированными на них таким образом КМДП ИС подвергаются общей защите от внешних загрязнений и механических повреждений пиролитическим окислом. После этой операции для обеспечения доступа к алюминиевым контактным площадкам в соответствующих местах вскрываются окна.