PODSTAWY MIKROELEKTRONIKI:  wykład 9 cz. 1


Streszczenie
Wroc


Do czego są nam potrzebne układy analogowe

Niezwykle szybki rozwój techniki cyfrowej i układów cyfrowych wywołał tendencję do zastępowania wszędzie gdzie to możliwe analogowej obróbki sygnałów obróbką cyfrową. Jest faktem, że funkcje wypełniane dotąd przez układy analogowe można równie dobrze, a wielu przypadkach lepiej zrealizować cyfrowo, po przekształceniu sygnału analogowego na jego reprezentację cyfrową. Przewaga cyfrowej sygnałów obróbki nad analogową jest w wielu zastosowaniach niewątpliwa. Główne zalety to:
Mimo to układy analogowe nie znikły i nie znikną. Istnieje wiele zastosowań, w których układy analogowe nie mogą być zastąpione przez cyfrowe. Przykłady takich zastosowań to:
Układami stojącymi na pograniczu technik analogowej i cyfrowej są przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe. Ponadto w układach o czysto cyfrowych zastosowaniach mogą występować problemy projektowania analogowego. Dobrym przykładem są pamięci dynamiczne RAM, w których wzmacniacze odczytu i niektóre inne bloki funkcjonalne są typowymi układami analogowymi.

Jedną ze specyficznych cech układów analogowych jest to, że chociaż są to zwykle układy małe, wręcz mikroskopijne w porównaniu z mikroprocesorami liczącymi miliony elementów, to ich projektowanie jest dość trudne i pracochłonne, choćby z tego powodu, że topografię układu analogowego w większości przypadków projektuje się w stylu full custom. Projektanci dużych układów scalonych typu "System on chip" zawierających zarówno bloki  cyfrowe, jak i analogowe twierdzą, że część analogowa takiego systemu zajmuje około 10% - 20% powierzchni układu, ale nakład pracy na zaprojektowanie tej części sięga 80% - 90%.

Skutek uboczny przekonania o tym, że układy analogowe tracą znaczenie i zastosowania, jest taki, że bardzo mało uczelni technicznych kształci projektantów układów analogowych. Jest to dziś na świecie bardzo poszukiwana umiejętność.

Układy analogowe a układy cyfrowe

Najważniejsze różnice między układami cyfrowymi, a analogowymi z punktu widzenia projektanta ujmuje tablica poniżej:

Układy cyfrowe

Układy analogowe

Sygnał w postaci dyskretnej, przybierający w każdej chwili jedną z dwóch wartości (pomijając stany przejściowe)
Sygnał ciągły, może mieć dowolną wartość z pewnego przedziału
Mała wrażliwość na parametry i charakterystyki elementów
Duża wrażliwość na parametry i charakterystyki elementów
Mała wrażliwość na rozrzuty produkcyjne
Duża wrażliwość na rozrzuty produkcyjne
Zależności temperaturowe parametrów i charakterystyk elementów są mało istotne
Zależności temperaturowe parametrów i charakterystyk elementów są na ogół bardzo istotne
Mała wrażliwość na topografię układu
Duża wrażliwość na topografię układu
Elementami układu są tranzystory MOS (dotyczy układów cyfrowych CMOS)
Stosuje się znacznie więcej różnych rodzajów elementów: rezystancje, diody, tranzystory bipolarne
Dość niewielka liczba typowych komórek i bloków funkcjonalnych, z których można poskładać dowolny układ.
Wielka rozmaitość układów do różnych zastosowań, i tak najczęściej niewystarczających przy projektowaniu układu do nowego zastosowania
Wysoki stopień automatyzacji projektowania, możliwość zaprojektowania układu od poziomu opisu funkcjonalnego do jego topografii
Brak skutecznych narzędzi automatyzacji wielu etapów projektowania, schemat trzeba wymyślić (lub adaptować znane rozwiązania), topografię zaprojektować w stylu full custom
Dobrze rozwinięte i powszechnie stosowane sformalizowane języki opisu sprzętu (VHDL, Verilog)
Języki opisu układów analogowych są w dość wczesnym stadium rozwoju
Testowanie, choć czasochłonne, jest koncepcyjne proste i wymaga jedynie odróżniania poziomu napięcia dla "0" i "1"
Testowanie trudne, wymagające precyzyjnych analogowych pomiarów


Wroc
Dalej

sem. 08L