Разработка интегральной микросхемы АМ-ЧМ приёмника по типу TA2003 (стр. 4 из 10)
Рисунок 3.14 – Тестовая схема 2.
Таблица 3.1 – Напряжения на выводах ИМС.
| Номер вывода | Обозначение | Содержание | Напряжение на выводе (В). | |
| AM | ЧM | |||
| 1 | FMRFIN | Вход усилителя радиочастоты ЧМ-сигнала | 0 | 0.7 |
| 2 | GND 1 | Общий 1 для каскадов УРЧ, генераторов, смесителей | 0 | 0 |
| 3 | FMMIX | Выход смесителя ЧМ-сигнала | 0.4 | 1.7 |
| 4 | AMMIX | Выход смесителя АМ-сигнала | 0.6 | 0 |
| 5 | AGC | Фильтр АРУ АМ-сигнала | 0 | 0 |
| 6 | VCC | — | 3.0 | 3.0 |
| 7 | AM IF IN | Вход усилителя промежуточной частоты АМ-сигнала | 3.0 | 3.0 |
| 8 | FM IF IN | Вход усилителя промежуточной частоты ЧМ-сигнала | 3.0 | 3.0 |
| 9 | GND 2 | Общий 2 для каскада ПЧ | 0 | 0 |
| 10 | QUAD | ЧМ-детектор (4-х квадрантный аналоговый перемножитель) | 2.5 | 2.2 |
| 11 | DETOUT | Выход для ЧМ/AM детектора | 1.4 | 1.1 |
| 12 | AMOSC | Генератор АМ-сигнала с выводами для подключения внешнего контура | 3.0 | 3.0 |
| 13 | FMOSC | Генератор АМ-сигнала с выводами для подключения внешнего контура | 0.9 | 3.0 |
| 14 | AM/FM SW | Переключатель АМ/ЧМ-режимов | 0.9 | 3.0 |
| 15 | FM RF OUT | Вывод для подключения внешнего резонансного контура ЧМ-сигнала | 3.0 | 3.0 |
| 16 | AM RF IN | Вход УРЧ АМ-сигнала | 3.0 | 3.0 |
Таблица 3.2 - Основные электрические характеристики ИМС
| Характеристика | Обозначение | Тестовая схема | Условие проверки | Мин | Тип. | Макс | Ед.изм. | |
| Источник тока | ICC(FM) | 1 | FM режим, VIN = 0 | — | 10.5 | 16.5 | mA | |
| ICC (AM) | 1 | AM режим , Vin = 0 | — | 5.0 | 8.0 | |||
| F/E | Напряжение ограничения входного сигнала | VIN(LIM) | 1 | - 3dB предельная точка | — | 12 | — | dBuV |
| Номинальная чувствительность | Qs | 1 | S/N = 30dB | — | 12 | — | dBuV | |
| Уровень сигнала генератора (АМ и ЧМ трактов) | VOSC | 2 | FOSC=108MHz | 160 | 240 | 320 | mVrms | |
| Напряжение выключения генератора (уровень UПИТ) | Vstop (FM) | 2 | VIN=0 | — | 1.2 | — | V | |
| FM IF | Напряжение ограничения входного сигнала | VIN(LIM) IF | 1 | - 3dB предельная точка | 42 | 47 | 52 | dBuV |
| Номинальный уровень выходного сигнала | VOD | 1 | VIN=80dBuV | 50 | 70 | 90 | mVRMS | |
| Отношение сигнал/шум | S/N | 1 | VIN=80dBuV | — | 62 | — | dB | |
| Общий коэффициент нелинейных искажений | THD | 1 | VIN=80dBuV | — | 0.4 | — | % | |
| Коэффициент подавления АМ-сигнала | AMR | 1 | VIN=80dBuV | — | 33 | — | dB | |
| AM | Коэффициент усиления по напряжению | GV | 1 | VIN=27dBuV | 15 | 32 | 50 | mVrms |
| Номинальный уровень выходного сигнала | VOD | 1 | VIN=60dBuV | 35 | 60 | 85 | mVrms | |
| Отношение сигнал/шум | S/N | 1 | VIN=60dBuV | — | 43 | — | dB | |
| Общий коэффициент нелинейных искажений | THD | 1 | VIN=60dBuV | — | 1.0 | — | % | |
| Напряжение выключения генератора (уровень UПИТ) | VSTOP(AM) | 1 | VIN=0 | — | 1.6 | — | V | |
Промоделируем работу некоторых каскадов с помощью пакета программ проектирования электронных схем Orcad 9.2.
На рисунке 3.15 приведена схема электрическая принципиальная усилителя промежуточной частоты ЧМ–сигналов. На рисунке 3.16 – диаграммы его работы.
Рисунок 3.15 – Усилитель промежуточной частоты ЧМ–сигналов (FMIF).
Рисунок 3.16 – Диаграммы работы усилителя промежуточной частоты ЧМ–сигналов.
На рисунке 3.17 приведена схема электрическая принципиальная гетеродина АМ–сигналов. На рисунке 3.18 – диаграммы его работы.
Рисунок 3.17 – Гетеродин для смесителя АМ–сигналов (AMOSC).
Рисунок 3.18 – Диаграмма работы АМ–гетеродина.
На рисунке 3.19 приведена схема электрическая принципиальная гетеродина ЧМ–сигналов. На рисунке 3.20 – диаграммы его работы.
Рисунок 3.19 – Гетеродин для смесителя ЧМ–сигналов (FMOSC).
Рисунок 3.20 – Диаграмма работы ЧМ–гетеродина.
На рисунке 3.21 приведена схема электрическая принципиальная усилителя промежуточной частоты АМ–сигналов. На рисунке 3.22 – диаграммы его работы.
Рисунок 3.21 – Усилитель промежуточной частоты АМ–сигналов (AMIF).
Рисунок 3.22 – Диаграммы работы усилителя промежуточной частоты АМ–сигналов.
На рисунке 3.23 приведена схема электрическая принципиальная смесителя ЧМ–сигналов. На рисунке 3.24 – диаграммы его работы.
Рисунок 3.23 – Смеситель ЧМ–сигналов (FMMIX).
Рисунок 3.24 – Диаграммы работы смесителя ЧМ–сигналов.
4. Разработка физической структуры кристалла и технологического маршлута изготовления ИМС
Схема электрическая принципиальная разработана на основе биполярных транзисторов, поэтому примем структуру кристалла изготовляемую по стандартной эпитаксиально - плонарной биполярной техпологии.
Для уменьшения площади кристалла ИМС в структуре предусмотреим двустороннюю разделительную диффузию. Для создания конденсаторов на основе МДП структуры необходимо предусмотреть наличие слоя Si3N4 под металической обкладкой.
Учитывая тот факт что разрабатаваемая ИМС – АМ-ЧМ приемник, следовательно транзисторы используемые в схеме должны работать на высоких частотах. Для работы транзистора на высоких частотах он должен иметь тонкую активную базу, для чего необходимо уменьшить глубину ее залегания. Уменьшение же глубины залегания базовой области достигается только снижением уровня лигирования.
В связи с тем, что базовая область будет иметь низкий уровень лигирования, необходимо предусмотреть область p-типа проводимости, которая обеспечит хороший контакт к базовой области. Для создания этой дополнительной области не будем вводить новых технологических операций, а используем разделительную диффузию.
При разработке физической структуры также необходимо учитывать что изготавливаться данная ИМС будет на предприятии ОАО “Микрон”. Поэтому будем придерживаться тех параметров структуры которые наиболее отработана на предприятии и хорошо конролируются.
Изобразим структуру кристалла разработанную с учетом вышеперечисленных особенностей. Так как самым сложным элементом структуры является n-p-n – транзистор, то приведем именно его структуру. (рисунок 4.1).
HЭ – толщина эпитаксиального слоя;
XjБ – глубина залегания базовой области;
XjБ1 – глубина залегания глубокой базы;
XjЭ – глубина залегания базовой области;
XjСС – глубина залегания скрытого слоя;
XjРСС – глубина залегания скрытого р-слоя.
Рисунок 4.1 – Физическая структура ИМС.
В состав ИМС входят следующие элементы:
а) NPN - транзисторы;
б) PNP - транзисторы горизонтальные;
в) резисторы на активной базе;
г) МДП емкость.
Используя данные обо всех элементах используемых в схеме ИМС и слоях необходимых для создания данных элементов, разработаем технологический маршрут изготовления ИМС.
Технологический маршрут
0. Исходный материал КДБ 10 (111)
1. Окисление
2. ОПФЛ “Метки”
3. 1ПФЛ “N+скр. слой”
4. ЖХТ +снятие Ф/Р.
5. Травление микрорельефа.
6. Диффузия сурьмы 1,2 стадии.
7. Окисление 0.27 мкм.
8. ПФЛ “Р+скр. слой”
9. И.Л. бора+отжиг.
10. Эпитаксия 4мкм.
11. Окисление 0.27 мкм.
12. ПФЛ “Метки-2”.
13. ПХТ меток.
14. Травление SiO2.
15. Окисление 0.27 мкм.
16. ПФЛ “N+емкость”.
17. Диффузия глубокого коллектора.
18. Окисление 0.3 мкм.
19. ПФЛ пассивная база.
20. И.Л. пассивная база.
21. Отжиг пассивной базы.
22. П.Ф.Л. “Активная база”.
23. И.Л. Активная база.
24. Отжиг базы 1.
25. П.Ф.Л. “Жесткая маска Si3N4.
26. П.Х.Т. Ж.М. SiO2 до Si.
27. Отжиг базы 2.
28. П.Ф.Л.”Технологический эмиттер”.
29. И.Л. фосфора 50/800.
30. Отжиг эмиттера.
31. Осаждение Si3N4.
32. П.Ф.Л.”Контактные окна”.
33. П.Х.Т.”Контактные окна”.
34. Подгонка Вст., контроль Вст.
35. Напыление Al-Si; 0,45мкм.
36. П.Ф.Л. “Ме-1” + Ж.Х.Т
37. Осаждение И.Д.
38. П.Ф.Л. И.Д.+П.Х.Т. И.Д.
39. Напыление “Ме-2” - Al-Si1,4мкм.
40. П.Ф.Л. “Ме-2”+Ж.Х.Т. “Ме-2”.
41. Осаждение пассивации.
42. П.Ф.Л. пассивации + П.Х.Т.
43. Вжигание +контроль В.А.Х.2
Параметры физической структуры разрабатываемой ИМС приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Параметры физической структуры
| Слой | № литографии | Область структуры | Параметр | Единица измерения | Значение | ||
| Mин. | Тип. | Мaк. | |||||
| Н1 | p- подложка <111> | rv | Ом´см | – | 10 | – | |
| Н2 | 1 | n+ СС | Rs | Ом/кв. | 15 | 20 | 25 |
| Xj | мкм | 4.0 | 5.0 | 6.0 | |||
| Н3 | 6 | Р+ База | Rs* | Ом/кв. | 30 | – | 50 |
| Xj | мкм | 2 | – | 3 | |||
| H4 | Эпитаксия | Толщина Hэ | мкм | 3.5 | 4.0 | 4.5 | |
| rv | Ом´см | 0.85 | 1.0 | 1.15 | |||
| H5 | 2 | Глубокий коллектор | Rs | Ом/кв. | 12 | – | – |
| Xj | мкм | 4.0 | 4.5 | 5.0 | |||
| Н6 | 6 | Р+ База | Rs* | Ом/кв. | 200 | 220 | 240 |
| Xj | мкм | 2 | – | 3 | |||
| Н7 | 7 | База | Rs | Ом/кв. | 660 | 700 | 760 |
| Xj | мкм | 0.7 | – | 1.2 | |||
| H8 | 11 | Эмиттер | Rs | Ом/кв | 12 | 15 | 18 |
| Xj | мкм | 0.35 | 0.4 | 0.45 | |||
| Н9 | SiO2 : | ||||||
| N пленкой | DSiO2 | мкм | – | 0.3 | – | ||
| Базовыми обл. | D SiO2 | мкм | – | 0.3 | – | ||
| Эмиттерными обл. | DSiO2 | мкм | – | 0.3 | – | ||
| Н10 | Si3N4 | D Si3N4 | A | 240 | – | 290 | |
| H11 | 12 | Металл 1 AL+Si | D Me1 | мкм | 0,45 | – | – |
| H12 | 13 | Изолирующий диэлектрик | D SiO2 | мкм | 1 | – | – |
| H13 | 14 | Металл 2 Al+Si | D Me2 | мкм | – | 1.4 | – |
| H14 | 15 | Пассивация | DSiO2 | мкм | – | 1 | – |
Электрические параметры элементов ИМС для разработанной физической структуры, изготовленной по вышеуказанному технологическому маршруту приведены в таблице 4.2.