Разработка интегральной микросхемы истокового повторителя для слухового аппарата (стр. 4 из 9)
Они определяются соответственно следующими соотношениями
,(21) 
,(22)где pb – контактная разность потенциалов.
1.4 Физическая структура и топология ИМС
Широкое применение ИП находит в производстве слуховых аппаратов, в которых источником сигнала для последующего усиления является электретный микрофон с высоким внутренним сопротивлением и малой емкостью мембраны. Для его согласования с входным каскадом последующего усилителя низкой частоты необходимо согласующее устройство – ИМС истокового повторителя.
Рассмотрим физическую структуру и топологию ИМС истокового повторителя производства ОАО «Орбита» г. Саранск. Данная ИМС выполнена по биполярной технологии. Основным активным элементом ИМС является ПТУП. Принципиальная электрическая схема ИМС показана на рисунке 11. Она содержит 4 элемента: полевой транзистор VT1, диод VD1, резисторы R1 и R2 [5].
 |
1 – плюс напряжение питания; 2 – выход; 3 – общий; 4 – вход
Рисунок 11 – Принципиальная схема ИМС истокового повторителя
Основные электрические параметры ИМС, а также режимы их измерений должны соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Электрические параметры ИМС и режимы их измерений
| Наименование параметра, единица измерения | Буквенное обозначение | Норма | ||
| не менее | не более | |||
| 1. Коэффициент передачи по напряжению | VSS = 1,2 В±10 %; Vi = 30 мВ; RL ≥ 1 МОм; f = 1 кГц; CS = 10 пФ±5 % | AV | 0,4 | |
| 2. Ток потребления, мкА | VSS = 1,2 В±10 %; RL ≥ 1 МОм; CS = 10 пФ±5 % | ISS | 5 | 70 |
| 3. Полное входное сопротивление, МОм | VSS = 1,2 В±10 %; Vi = 30 мВ; f = 1 кГц | Ri | 30 | |
| 4. Выходное сопротивление, кОм | VSS = 1,2 В±10 %; Vi = 30 мВ; f = 1 кГц | RO | 3,5 | |
| 5. Напряжение шума на выходе в полосе «А», мкВ | VSS = 1,2 В±10 %; CS = 10 пФ | Uno | 2,5 | |
| 6. Коэффициент неравномерности АЧХ: в диапазоне 100÷ 1 кГц, дБ в диапазоне 50÷100 Гц и 1000÷20 кГц, дБ | VSS = 1,2 В±10 %; Vi = 30 мВ; RL ≥ 1 МОм; CS = 10 пФ±5 % | AFM | 0,5 1 | |
 |
Физическая структура ИМС показана на рисунке 12. Основные топологические размеры приведены в мкм.
S – исток; D – сток; G – затвор.
Рисунок 12 – Физическая структура ИМС [6]
Технологические параметры физической структуры ИМС и их нормы в соответствии с рисунком 12 приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Технологические параметры физической структуры ИМС
| Обозначение слоя | Наименование слоя | Технологические параметры слоя | Примечание |
| 1 | p-подложка | 480 КДБ10 Ø100 мл. | |
| 2 | n-эпитаксиальный | r = 3 ± 0,5 Ом×см; hэс = 3 ± 0,4 мкм | |
| 3 | p+-разделение | RS = 15 ± 3 Ом/ð; xJ ≥ hэс | изоляция |
| 4 | p-базовый | RS = 100 ± 10 Ом/ð; xJБ = 2,3 ± 0,2 мкм | область затвора |
| 5 | n+-эмиттерный | RS = 5 ± 1 Ом/ð; xJЭ = 1 – 2 мкм | область стока, истока |
| 6 | окись кремния, SiO2 | h = 0,5 ± 0,03 мкм | изоляция |
| 7 | металлизация, Al | h = 1,2 ± 0,2 мкм | проводники и контактные площадки |
1.5 Измерение электрических параметров и характеристик ИМС
Измерение электрических параметров проводилось по методу 500-1 ОСТ 11.073.013-83 на ИМС истокового повторителя производства ОАО «НИИМЭ и «Микрон» г. Зеленоград. При этом измерение коэффициента передачи по напряжению, тока потребления, а также входного и выходного сопротивлений проводились при двух значениях напряжения питания VSS1 = 1,5 В, VSS2 = 2,0 В по установившемуся значению выходного напряжения [5].
Измерение коэффициента передачи по напряжению AV и тока потребления ISS проводились согласно ГОСТ 19799-74, метод 2570 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Схема включения ИМС приведена на рисунке 13.
G1 – стабилизированный источник питания; PA – прибор комбинированный Щ68000;
 |
G2 – генератор сигналов Г3-107; PV1, PV2 – милливольтметр В3-59; D1 – измеряемая ИМС.
Рисунок 13 – Схема включения ИМС при измерении коэффициента
передачи AV и тока потребления ISS
2. Измерение полного входного сопротивления Ri проводились согласно ГОСТ 19799-74, метод 7500 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Схема включения ИМС приведена на рисунке 14.
 |
G1 – стабилизированный источник питания; G2 – генератор сигналов Г3-107; PV – милливольтметр В3-59; D1 – измеряемая ИМС.
Рисунок 14 – Схема включения ИМС при измерении полного входного
сопротивления Ri
Значения напряжений на выходе ИМС представлены в таблице 1.3, где VO’ и VO” – напряжения на выходе ИМС соответственно при разомкнутом и при замкнутом переключателе В1.
Таблица 1.3 – Значения VO’ и VO”, измеренные при VSS1 и VSS2
| Напряжение питания | Напряжение на выходе | |
| VO’, мВ | VO”, мВ | |
| VSS1 = 1,5 В | 7,300 | 4,124 |
| VSS2 = 2,0 В | 7,364 | 4,230 |
Полное входное сопротивление ИП определяется по формуле [5]
.(23)Подставив в (23) значения VO’ и VO”, измеренные при VSS1 = 1,5 В
(таблица 1.3), получим
.(24)3. Измерение выходного сопротивления RО проводят согласно ГОСТ 19799-74, метод 7510 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Цепочка C3R3 через переключатель В2 шунтирует переменный сигнал на общую шину. Схема включения ИМС приведена на рисунке 15.
 |
G1 – стабилизированный источник питания; G2 – генератор сигналов Г3-107; PV – милливольтметр В3-59; D1 – измеряемая ИМС.
Рисунок 15 – Схема включения микросхем при измерении выходного
сопротивления RО
Значения напряжений на выходе ИМС представлены в таблице 1.4, где VO1 и VO2 – напряжения на выходе ИМС соответственно при разомкнутом и при замкнутом переключателе В2.
Таблица 1.4 – Значения VO1 и VO2, измеренные при VSS1 и VSS2
| Напряжение питания | Напряжение на выходе | |
| VO1, мВ | VO2, мВ | |
| VSS1 = 1,5 В | 7,304 | 4,672 |
| VSS2 = 2,0 В | 7,364 | 4,732 |
Выходное сопротивление ИП определяется по формуле [5]
.(25)Подставив в (25) значения VO1 и VO2, измеренные при VSS2 = 1,5 В
(таблица 1.4), получим
.(26)Результаты измерений электрических параметров ИП представлены в таблице 1.5.
Таблица 1.5 – Результаты измерений электрических параметров ИМС
| Параметр | AV | ISS, мкА | Ri, МОм | RО, кОм | ||||
| Напряжение питания | VSS1 = 1,5 В | VSS2 = 2,0 В | VSS1 = 1,5 В | VSS2 = 2,0 В | VSS1 = 1,5 В | VSS2 = 2,0 В | VSS1 = 1,5 В | VSS2 = 2,0 В |
| Значение | 0,730 | 0,736 | 30,76 | 31,28 | 20,87 | 21,70 | 1,97 | 1,95 |
| Процентное изменение | +0,8 % | +1,7 % | +4,0 % | –1,0 % | ||||
Из таблицы 1.5 видно, что с увеличением напряжения питания от 1,5 до 2 В коэффициент передачи по напряжению, ток потребления возрастают соответственно на 0,8 и 1,7 %, полное входное сопротивление возрастает на 4 %, а выходное сопротивление уменьшается на 1 %.