Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988)

ВВК 32.844.1 С59 УДК 621.3 В кинге про4 ссора Калифорнийского университета 1США) рассмотрены фнаические, технологические н схемотехнические принципы проектнроваияя н производства аналоговых ИС. Уровень изложевия материала соотве~ствуе~ современвым достижениям микроэлектроники, Последовательно описаны методы изготовления и структура ИС, интегральные схемы источников тока, дифференциальных и операционных усилителей, ком. параторов, микросхемы специального назначения.

Для студентов, зспнранчов и преподавателей вузов по специальностяч электроника, радиотехника и связь, а также специалистов соответ. ствуюшнх ограслей. 24ОЗОООООΠ— 431 С 841 1811 88 17$-88, ч. 1 ББК 32,844.1 Редакции лиатераггйгры по алеющюнпха Р 1883 Ьу Ргеп11се.На!1, 1пс. Гну перевод на русский язык, «Мнрээ 1988 15ВХ 5-03-001!49-8 (русск.) 15ВМ 0-13-032772-7 (англ.) Сонлоф С. С59 Аналоговые интегральные сяемы: Пер. а англ. — М,! Мир, 1988. — 583 с., ил, 15ВХ 5-03-001149-8 От редактора перевода Широкое внедрение вычислительной техники во все отрасли народного хозяйства в значительной степени определяет прогресс общественного производства. В свою очередь интенсивное расширение сферы применения ЭВМ заставляет специалистов в различных областях техники обратиться к изучению теоретических положений микроэлектроники.

В основе дальнейшего совершенствования вычислительной техники лежит развитие микроэлектроники в целом, а также разработка и внедрение микросхем различной степени интеграции. Появление микропроцессорных больших интегральных схем (БИС) позволило решить задачу цифровой обработки сигналов прн высоких технико-экономяческих показателях, т. е. при малых габаритах, небольшой массе, малой мощности потребления энергии и низкой стоимости. Повышение технического уровня автоматических систем управления, средств связи, робототехнических систем требует, чтобы аналоговая обработка сигналов также осуществлялась при условии технической целесообразности применения.

Опыт проектирования систем сбора и обработки информации, в основу которых положены различные формы сопряжения датчиков и приемников информации, показывает, что затраты аппаратных средств, необходимых для реализации системы сопряжения объекта с микроЭВМ, значительно превыша>от объем аппаратуры самой микроЭВМ. Существующее в настоящее время противоречие между характеристиками средств цифровои и аналоговой обработки сигналов разрешается оптимальным соотношением объемов цифровой и аналоговой частей в пределах конкретной системы сбора и об.

Работки информации. В то же время разрешению этого противоречия посвящено целое направление микроэлектроники — создание элементов систем, которые предназначены для аналоговой обработки сигналов при управлении реальным объектом. С развитием интегральной технологии методы расчета и применении аналоговых ИС становятся действенным орудием в руках разработчиков систем автоматического управления. Проектирование элементов систем требует от инженера глубоких знаний в области как создания, так и применения аппаратных средств аналоговой обработки сигналов. От рвдаквавра аврввада Из вышесказанного следует, что необычайно важное зна гение имеет своевременное издание книг, в которых подробно, четко и в доступной форме объясняются основные теоретические положения и практические выводы, касающиеся применения аналоговых ИС.

К таким изданиям относится предлагаемая вниманию советского читателя книга профессора Калифорнийского университета (США) Сидни Соклофа. Книга посвящена современным способам анализа, проектирования и применения аналоговых интегральных схем. Каждая из рассмотренных в ней тем является в настоящее время предметоч специального исследования, но соединение в одной книге результатов исследований в различных направлениях аналоговой микросхемотехники в значительной степени способствует пониманию изучаемой проблемы, Именно всесторонний подход к изложению поставленной задачи и способов ее решения для каждой конкретной рассмотренной здесь проблемы выгодно отличает данную книгу от других изданий, как отечественных, так и зарубежных.

В настоящее время в технической литературе многостороннему подходу к методам проектирования аналоговых средств вычислительной техники уделяется явно недостаточное внимание. Материал книги построен такнч образом, что всюду, где это возможно, просматривается связь между технологией изготовления и методами проектирования аппаратных средств. Наряду с общими вопросами аналоговой обработки сигналов, необходимыми для изучения проблемы в целом, приводятся конкретные примеры, иллюстрирующие возможные варианты технической реализации.

Материал первых глав, посвященный техноло:ии производства изделий микроэлектроники, изложен весьма компактно — приведены только те сведения, которые несбходимы для понимания причин ограничения возможностей аналоговых приборов, что очень важно при проектировании систем сбора и обработки информация. Вмесзс с тем сохранена достаточная теоретическая база, которач позволяет применя|ь формализованный подход при учете особенностей аналоговых приборов, построенных с исполь. зованпем различных технологических приечов.

Большое внимание автор уделил комплексу проблем, связанных с проектированием, производством и применением операционных усилителей (ОУ). Традигшонно ОУ являются базовыми элементами для решвния целого ряда задач обработки аналоговых сигналов В настоящее время опубликовано большое количество работ, посвященных вопросам проектирования и применения ОУ, однако в данной книге автор более удачно раскрыл смысл реализашпг технических решений на осйояе ОУ. Достаточно подробно в книге изложены проблемы, связаниыв с построением узлов аналоговой обработки сигналов: компараторов напряжения, стабилизаторов напряжения и тока, аналого.

Ом редаеояара яеоееоде цифровых и цифра-аналоговых преобразователей. Рассмотрен ряд применений аналоговых ИС в радиоэлектронике. В тексте книги в формулах встречается обозначение аргумента комплексного числа в виде,г ~р, где гр = агс1д р/я, ге и р — действительная и мнимая части комплексного числа. В целом книга будет полезна как разработчикам систем сбора и обработки информации, так и широкому кругу специалистов по микроэлектронике, автоматике и вычислительной технике.

Однако наибольшая ценность данной книги в подробном, методически последовательном изложении материала: от словесного определения к математическому и графическому представлению боль. шинства теоретических проблем, которые встречаются при обрабоз ке аналоговых сигналов. Поэтому книга будет полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в области вычислительной техники. Последовательное изложение фундаментальных теоретических положений и методов построения аппаратных средств аналоговой обработки сигналов, простота и изящество изложения материала позволяют рекомендовать эту книгу в качестве учебного пособия по курсу аналоговой вычислительной техники.

Она будет полезна и специалистам других спепиальностей, так как круг лиц, занимающихся аналоговой интегральной техникой, непрерывно расширяется. Ноябрь !987 г. В. Д. Вернер Предисловие Данная книга посвящена вопросам изготовления, расчета, проектирования и применения аналоговых ИС. В книге достаточно материала для курса, рассчитанного на два семестра обу. чеиия в средних специальных и высших учебных заведениях.

Для курса, рассчитанного на один семестр, можно рекомендовать гл. 4 — 8.Если позволяет время, то желательно включить в к1 рс первую часть гл. 3, посвященную источникам тока, а также приложения Б и В. В двухсеместровом курсе электроники, рассчитанном на изучение как цифровых, так и аналоговых ИС, книга может быть использована в той части, которая посвящена анало. говым приборам. Материал первых двух глав, в которых рассматриваются вопросы изготовления ИС п характеристики полупроводниковых приборов, является общим как для аналоговых, так и для цифровых ИС п, таким образом, может быть использован при изучении обоих типов ИС. В конце каждой главы (кроме гл.

8) приводится ряд задач. Прп решеняи многих задач может ок азазься полезной ВВМ, а в некоторых задачах ее применение необходимо; такие задачи отмечены звездочкой. В конце каждой главы приводится список литературы для дополнительного изучения материала. Перед изучением книги рекомендуется прослушать вводный курс анализа электронных схем. В гл. 1 рассматриваются основные процессы изготовления различных полупроводниковых приборов, причем особое анима.

ние обращено на процессы, которые используются при изготовлении 11С. Описываются процессы выращивания кристаллов, подготовки кремниевых пластин для обработки, диффузии, ионного легированпя, окисления, фотолитографии, металлнзации, химического осаждения пз газовой фазы, включая эпитаксию. В гл. 2 показано, как в результате последователшюго выполнения процессов, описанных в гл.

1, изготавливаются полупроводниковые приборы и, в частности, ИС. Проведен анализ основных характеристик рп-переходов н выявлены преимущества использования эпитаксиальпых структур. После пало>кения методов, используемых для изоляции элементов на кристалле ИС, приведены последовательности технологических операций, которые необходимы дли изготовления диодов, биполярных транзп- Предо«лови« сторов, полевых транзисторов с рп-переходом, МОП-транзисторов.

Дано общее представление о процессе производства и характеристиках различных приборов, таких, как прп- и рпр-транзисторы, полевые транзисторы с рп-переходом, МОГ!-транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Обсуждаются также вопросы, связанные с размерами кристалла, сло«кцостью реализуемой па нем схемы, отводом тепла. В гл. 3 и 4 исследуется внутренняя структура различных электронных схем, встречающихся во многих типах аналоговых ИС.