Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов
Разработана, изготовлена и испытана СБИС, позволяющая в составе микроэлектронного координатно-чувствительного детектора проводить одновременный анализ всего элементного состава материала. Схема обеспечивает срабатывание усилителя-преобразователя при поступлении на его вход отрицательного заряда вел...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51697 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов / В.П. Сидоренко, В.Г. Вербицкий, Ю.В. Прокофьев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 4. — С. 39-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860259902984814592 |
|---|---|
| author | Сидоренко, В.П. Вербицкий, В.Г. Прокофьев, Ю.В. |
| author_facet | Сидоренко, В.П. Вербицкий, В.Г. Прокофьев, Ю.В. |
| citation_txt | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов / В.П. Сидоренко, В.Г. Вербицкий, Ю.В. Прокофьев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 4. — С. 39-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Разработана, изготовлена и испытана СБИС, позволяющая в составе микроэлектронного координатно-чувствительного детектора проводить одновременный анализ всего элементного состава материала. Схема обеспечивает срабатывание усилителя-преобразователя при поступлении на его вход отрицательного заряда величиной 1,6×10⁻¹³ Кл. Быстродействие микросхемы в режиме счета составляет не менее 3 МГц, в режиме считывания информации со счетчиков — более 4 МГц, ток потребления — не более 7 мА.
Розроблено, виготовлено та випробувано НВІС, що дозволяє в складі мікроелектронного координатно-чутливого детектора проводити одночасний аналіз елементного складу речовини. Схема забезпечує спрацьовування підсилювача-перетворювача при надходженні на його вхід негативного заряду величиною 1,6×10⁻¹³ Кл. Швидкодія мікросхеми в режимі ра-хунку становить не менше 3 МГц, в режимі зчитування інформації з лічильників — більше 4 МГц,струм споживання — не більше 7 мА.
There has been designed, manufactured and tested a VLSI providing as a part of the microelectronic coordinate-sensitive detector the simultaneous elemental analysis of all the principles of the substance. VLSI ensures the amplifier-converter response on receiving of 1,6×10⁻¹³ С negative charge to its input. Response speed of the microcircuit is at least 3 MHz in the counting mode and more than 4 MHz in the counter information read-out mode. The power consumption of the microcircuit is no more than 7 mA.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:54:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 4 39
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ÓÄÊ 621.3.049.77: 681.325
Ê. ò. í. Â. Ï. ÑÈÄÎÐÅÍÊÎ, ä. ò. í. Â. Ã. ÂÅÐÁÈÖÊÈÉ, Þ. Â. ÏÐÎÊÎÔÜÅÂ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, ÍÈÈ ìèêðîïðèáîðîâ ÍÀÍÓ
E-mail: sidorenko@imd.org.ua
ÑÕÅÌÎÒÅÕÍÈÊÀ ÑÁÈÑ ÄËß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÃÎ
ÊÎÎÐÄÈÍÀÒÍÎ-×ÓÂÑÒÂÈÒÅËÜÍÎÃÎ ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ
ÄËß ÝËÅÌÅÍÒÍÎÃÎ ÀÍÀËÈÇÀ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìîòðåíû âîïðîñû ñõå-
ìîòåõíè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ÑÁÈÑ ÓÁ5709ÈÊ01-
2.11 [1]. Â ñîñòàâå ìèêðîýëåêòðîííîãî êîîðäè-
íàòíî-÷óâñòâèòåëüíîãî äåòåêòîðà (ÌÊ×Ä) [2]
ðàçðàáîòàííàÿ ÑÁÈÑ îáåñïå÷èâàåò îäíîâðåìåí-
íîå äåòåêòèðîâàíèå ðàçäåëåííîãî â ïðîñòðàíñòâå
ñïåêòðà èîíîâ, ïðèíèìàÿ è îáðàáàòûâàÿ èíôîð-
ìàöèþ îá èíòåíñèâíîñòè ïîòîêîâ ÷àñòèö ðàçëè÷-
íîé ìàññû.
 ñîñòàâå ÌÊ×Ä ÑÁÈÑ èñïîëüçóåòñÿ âìåñòå
ñ óìíîæèòåëåì ýëåêòðîíîâ, âûïîëíåííîì â âèäå
äâóõ ìèêðîêàíàëüíûõ ïëàñòèí (ÌÊÏ) â øåâ-
ðîííîé ñáîðêå è îáåñïå÷èâàþùèì êîýôôèöèåíò
óìíîæåíèÿ ýëåêòðîíîâ íå ìåíåå 106, ò. å. êàæ-
äûé èîí íà âõîäå ÌÊÏ îáåñïå÷èâàåò ïîïàäàíèå
íà ñîîòâåòñòâóþùèé âõîäíîé ýëåêòðîä ÑÁÈÑ 106
Ðàçðàáîòàíà, èçãîòîâëåíà è èñïûòàíà ÑÁÈÑ, ïîçâîëÿþùàÿ â ñîñòàâå ìèêðîýëåêòðîííîãî êîîðäè-
íàòíî-÷óâñòâèòåëüíîãî äåòåêòîðà ïðîâîäèòü îäíîâðåìåííûé àíàëèç âñåãî ýëåìåíòíîãî ñîñòàâà ìà-
òåðèàëà. Ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ñðàáàòûâàíèå óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðè ïîñòóïëåíèè íà åãî âõîä
îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà âåëè÷èíîé 1,6.10–13 Êë. Áûñòðîäåéñòâèå ìèêðîñõåìû â ðåæèìå ñ÷åòà ñîñòàâ-
ëÿåò íå ìåíåå 3 ÌÃö, â ðåæèìå ñ÷èòûâàíèÿ èíôîðìàöèè ñî ñ÷åò÷èêîâ — áîëåå 4 ÌÃö, òîê ïîòðåáëå-
íèÿ — íå áîëåå 7 ìÀ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ÑÁÈÑ, ÊÌÎÏ-òåõíîëîãèÿ, ìèêðîýëåêòðîííûé êîîðäèíàòíî-÷óâñòâèòåëüíûé äåòåê-
òîð, ýëåìåíòíûé àíàëèç, óñèëèòåëè-ïðåîáðàçîâàòåëè, 10-ðàçðÿäíûå ñ÷åò÷èêè.
ýëåêòðîíîâ, ñîîáùàÿ åìó îòðèöàòåëüíûé çàðÿä,
ðàâíûé 1,6.10–13 Êë, êîòîðûé äîëæåí îáåñïå-
÷èòü ñðàáàòûâàíèå ïîäêëþ÷åííîãî ê íåìó âõîä-
íîãî óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ «çàðÿä — èì-
ïóëüñ».
ÑÁÈÑ âûïîëíåíà ïî ÊÌÎÏ-òåõíîëîãèè è
ñîäåðæèò 143489 ýëåìåíòîâ, â òîì ÷èñëå 142322
ÌÎÏ-òðàíçèñòîðà, ðàçìåùåííûõ íà êðèñòàëëå
ðàçìåðîì 10,05×10,2 ìì.
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöè-
îíàëüíàÿ ñõåìà ÑÁÈÑ. Ìèêðîñõåìà ñîäåðæèò
384 êàíàëà ïðèåìà è îáðàáîòêè èíôîðìàöèè,
êîíñòðóêòèâíî âûïîëíåííûõ â âèäå øåñòè áëî-
êîâ STSH_1…STSH_6 ïî 64 êàíàëà â êàæäîì
(ðèñ. 2). Êàæäûé êàíàë âêëþ÷àåò âõîäíîé ýëåê-
òðîä EL1…EL64 äëÿ ïðèåìà çàðÿäà, âõîäíîé
Ðèñ. 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ
ñõåìà ÑÁÈÑ äëÿ ÌÊ×Ä
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 440
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ðèñ. 2.
Ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà áëîêà ñ÷åò÷èêîâ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 4 41
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
óñèëèòåëü-ïðåîáðàçîâàòåëü DIF_1…DIF_64 è 10-
ðàçðÿäíûé ñ÷åò÷èê èìïóëüñîâ SH_1…SH_64.
Ìèêðîñõåìà òàêæå ñîäåðæèò óñèëèòåëè-ôîðìè-
ðîâàòåëè âõîäíûõ è âûõîäíûõ ñèãíàëîâ FREAD,
FCLK, FSTOP, FBREK, FQE, FQ1…FQ10,
FEREK, FPP (ðèñ. 1) è ñõåìû óïðàâëåíèÿ ðå-
æèìàìè ðàáîòû ìèêðîñõåìû, êîòîðûå îáåñïå÷è-
âàþò ñ÷åò èìïóëüñîâ ñ÷åò÷èêàìè, ñ÷èòûâàíèå
èíôîðìàöèè ñî ñ÷åò÷èêîâ, îáíóëåíèå ñ÷åò÷èêîâ,
âêëþ÷åíèå è âûêëþ÷åíèå âûõîäíûõ óñèëèòåëåé,
ðàáîòó â òåñòîâîì ðåæèìå.
Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ðàáîòû ìèêðîñõåìû â
ðåæèìàõ «Ñ÷åò», «Ñ÷èòûâàíèå» è «Òåñòèðîâà-
íèå» ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.
Âõîäíûå óñèëèòåëè-ïðåîáðàçîâàòåëè
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðèíöè-
ïèàëüíàÿ ñõåìà âõîäíîãî óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçî-
âàòåëÿ DIF, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ïðåîáðàçîâà-
íèå «çàðÿä — èìïóëüñ». Èñïîëüçîâàíèå òàêîé
ñõåìû ÿâëÿåòñÿ îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé çàïàòåí-
òîâàííîãî ÌÊ×Ä [2].
 èñõîäíîì ñîñòîÿíèè íàïðÿæåíèÿ íà âõî-
äàõ óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ EL, ò. å. íà çà-
òâîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT6 è VT7, îäèíàêîâû çà
ñ÷åò îáðàòíîé ñâÿçè ÷åðåç òðàíçèñòîðû VT1, VT2
è ðàâíû íàïðÿæåíèþ UOP íà âõîäå OP. Ïî-
ñêîëüêó çàòâîð òðàíçèñòîðà VT8 ñîåäèíåí ñî ñòî-
êîì, îí âñåãäà íàõîäèòñÿ â íàñûùåíèè. Çàòâîð
Ðèñ. 3. Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ðàáîòû ÑÁÈÑ
Ñ×ÅÒ
Ñ×ÈÒÛÂÀÍÈÅ
ÒÅÑÒÈÐÎÂÀÍÈÅ
Ïðèíóäèòåëüíàÿ
îñòàíîâêà ñ÷åòà
READ
STOP
PP
BREK
CLK
QE
Q1
...
Q10
EREK
TEST1
TEST2
1 384
1 2 384 385
Ñîñòîÿíèå íà âõîäå
íå èìååò çíà÷åíèÿ
Ñîñòîÿíèå íà âõîäå
íå èìååò çíà÷åíèÿ
Èíôîðìàöèÿ ñ÷èòàíà
Ñ÷èòûâàíèå ñ îñòàíîâêîé ñ÷åòà
Ñ÷åò÷èê
ïåðåïîëíåí
Ñ÷èòûâàíèå ñ ïðîäîëæåíèåì ñ÷åòà
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 442
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
è èñòîê òðàíçèñòîðà VT8 ñîåäèíåíû, ñîîòâåòñòâåí-
íî, ñ çàòâîðîì è èñòîêîì òðàíçèñòîðà VT9, ïî-
ýòîìó êîãäà òðàíçèñòîð VT9 íàõîäèòñÿ â íàñû-
ùåíèè, îí ðàáîòàåò â ðåæèìå «òîêîâîãî çåðêà-
ëà» òðàíçèñòîðà VT8. Òàê êàê èñòîêè òðàíçèñ-
òîðîâ VT6 è VT7 ñîåäèíåíû, à íà èõ çàòâîðàõ â
èñõîäíîì ñîñòîÿíèè ïîòåíöèàëû îäèíàêîâû, îíè
èìåþò îäèíàêîâîå óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå,
ðàâíîå ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ çàòâîðîâ è èñòî-
êîâ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ (Uç–Uè). Äëèíà êàíà-
ëîâ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ îäèíàêîâà (ìèíèìàëüíàÿ)
L6 = L7, à ïîñêîëüêó øèðèíà êàíàëà W6 òðàí-
çèñòîðà VT6 áîëüøå øèðèíû êàíàëà W7 òðàí-
çèñòîðà VT7, òî è òîê I6, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç
òðàíçèñòîð VT6, áîëüøå òîêà I7 òðàíçèñòîðà VT7.
Òîêè â òðàíçèñòîðàõ VT9 è VT8 ðàâíû, ñîîòâåò-
ñòâåííî, òîêàì òðàíçèñòîðîâ VT6 è VT7, à ò. ê.
òðàíçèñòîðû VT8 è VT9 êîíñòðóêòèâíî îäèíà-
êîâû è òðàíçèñòîð VT8 íàõîäèòñÿ â íàñûùåíèè,
òðàíçèñòîð VT9 â ýòîì ñëó÷àå áóäåò íàõîäèòüñÿ
â òðèîäíîé îáëàñòè è èìåòü íèçêîå íàïðÿæåíèå
ñòîê — èñòîê Uñè. Ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿæåíèå
â óçëå u1 áóäåò èìåòü çíà÷åíèå, áëèçêîå ê íà-
ïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ Vcc (+5 Â), òðàíçèñòîð VT10
áóäåò çàêðûò è â óçëå u3 áóäåò íàïðÿæåíèå,
áëèçêîå ê íóëþ. Ïðè ýòîì âûõîäíîé òðàíçèñòîð
VT12 óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ áóäåò çàêðûò,
à VT13 — îòêðûò, à âûõîäíîé âûâîä óñèëèòåëÿ-
ïðåîáðàçîâàòåëÿ OUT ÷åðåç òðàíçèñòîð VT13 áó-
äåò ïîäêëþ÷åí ê øèíå ïèòàíèÿ Vcc. Ïîýòîìó â
èñõîäíîì ñîñòîÿíèè íà âûõîäå óñèëèòåëÿ-ïðåîá-
ðàçîâàòåëÿ óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêî-
ãî óðîâíÿ, áëèçêîå ê íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ Vcc.
Ñõåìà äîëæíà îáåñïå÷èòü ñðàáàòûâàíèå óñè-
ëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ è ôîðìèðîâàíèå îäèíî÷-
íîãî èìïóëüñà ïðè ïîñòóïëåíèè íà åãî âõîä EL
îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà ∆Qâõ ≥ |–1,6.10–13| Êë,
âûçûâàþùåãî íà âõîäå îòðèöàòåëüíûé ïåðåïàä
íàïðÿæåíèÿ
∆Uâõ≥∆Qâõ/Ñâõ,
ãäå Ñâõ — åìêîñòü âõîäíîãî óçëà EL.
Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîð VT9 èìååò ìàêñèìàëü-
íûé òîê â íàñûùåíèè, ðàáîòàÿ ïðè ýòîì â ðåæè-
ìå «òîêîâîãî çåðêàëà» òðàíçèñòîðà VT8, åãî ìàê-
ñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà îïðåäåëÿåòñÿ òîêîì â öåïè
òðàíçèñòîðîâ VT6 è VT8, êîòîðûé çàâèñèò îò
íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå òðàíçèñòîðà VT6. Ïðè
ïîñòóïëåíèè íà âõîäíîé ýëåêòðîä EL, ê êîòîðî-
ìó ïîäêëþ÷åí çàòâîð òðàíçèñòîðà VT6, îòðèöà-
òåëüíîãî çàðÿäà ∆Qâõ òîê â öåïè òðàíçèñòîðîâ
VT6 è VT8 óìåíüøàåòñÿ.
Äëÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ñõåìû íåîáõîäèìî, ÷òîáû
òîê íàñûùåíèÿ I7 òðàíçèñòîðà VT7 ïðåâûñèë òîê
íàñûùåíèÿ I6 òðàíçèñòîðà VT6 [3]. Ïðè ýòîì
òîê I7 òðàíçèñòîðà VT7 ñòàíåò áîëüøå òîêà I9
òðàíçèñòîðà VT9 è íà÷íåòñÿ ðàçðÿä óçëà u1, êî-
òîðûé áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà òðàí-
çèñòîð VT7 íå âûéäåò èç íàñûùåíèÿ è òîêè I7 è
I9 íå ñðàâíÿþòñÿ.
Ïðè ýòîì â óçëå u1 óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé
ïîòåíöèàë, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêîå îòïèðàþ-
ùåå íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà VT10 è ïðèâîäèò
ê ïîâûøåíèþ ïîòåíöèàëà â óçëå u3, çàïèðàíèþ
òðàíçèñòîðà VT13 è îòïèðàíèþ òðàíçèñòîðà
VT12. Âûõîäíîé âûâîä óñèëèòåëÿ OUT ÷åðåç
òðàíçèñòîð VT12 ïîäêëþ÷àåòñÿ ê øèíå êîðïóñà.
 èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ñõåìà âîçâðàùàåòñÿ çà
ñ÷åò îáðàòíîé ñâÿçè ÷åðåç òðàíçèñòîð VT2: êîã-
äà ïîòåíöèàë â óçëå u3 ïðåâûñèò UOP íà âåëè-
÷èíó, ïðåâûøàþùóþ ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå
òðàíçèñòîðà VT2, òðàíçèñòîð îòêðûâàåòñÿ, ïðî-
èñõîäèò çàðÿä âõîäíîãî óçëà óñèëèòåëÿ-ïðåîá-
ðàçîâàòåëÿ EL äî íàïðÿæåíèÿ UOP, íà âõîäå EL
óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ âîññòàíàâëèâàåòñÿ íà-
ïðÿæåíèå, ðàâíîå UOP, è ñõåìà âîçâðàùàåòñÿ â
èñõîäíîå ñîñòîÿíèå, çàâåðøèâ ôîðìèðîâàíèå îò-
ðèöàòåëüíîãî èìïóëüñà.
Äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ íà òðàíçèñòîðàõ VT11,
VT5 ôîðìèðóåò íàïðÿæåíèå íà çàòâîðàõ òðàí-
çèñòîðîâ VT3, VT4, ðàáîòàþùèõ â ðåæèìå «òî-
êîâîãî çåðêàëà», îïðåäåëÿÿ âåëè÷èíó èõ òîêà.
Êðóòèçíà ñòîêîâî-çàòâîðíîé õàðàêòåðèñòèêè
òðàíçèñòîðà VT1 íèçêàÿ è ïîýòîìó íå âëèÿåò íà
ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ èìïóëüñîâ, íî ïðåäîõ-
ðàíÿåò îò âîçìîæíîãî íàòåêàíèÿ ïîëîæèòåëüíûõ
çàðÿäîâ íà âõîä EL óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ.
Ðàçìåðû òðàíçèñòîðîâ VT12, VT13 âûáðàíû
èç óñëîâèÿ îáåñïå÷åíèÿ ïåðåçàðÿäà íàãðóçî÷íîé
åìêîñòè äî 1,5 ïÔ íà ÷àñòîòå 5 ÌÃö è îïðåäåëÿ-
þò âåëè÷èíó åìêîñòè óçëà u3. Ñêîðîñòü ïåðåçà-
ðÿäà óçëà u3 îïðåäåëÿåò áûñòðîäåéñòâèå óñèëè-
òåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Âåëè÷èíà òîêîâ I3 è I4
òðàíçèñòîðîâ VT3 è VT4 âûáèðàåòñÿ èç êîìïðî-
ìèññà ìåæäó áûñòðîäåéñòâèåì è ìîùíîñòüþ ïî-
òðåáëåíèÿ è äîëæíà îáåñïå÷èòü ðàáîòó óñèëèòå-
ëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà ÷àñòîòå íå ìåíåå 5 ÌÃö.
Ïîñêîëüêó äëèíà êàíàëîâ òðàíçèñòîðîâ VT6,
VT7 è øèðèíà êàíàëà òðàíçèñòîðà VT7 âûïîë-
íåíû ìèíèìàëüíî äîïóñòèìûìè äëÿ èñïîëüçóå-
ìîé òåõíîëîãèè, øèðèíà òðàíçèñòîðà VT6 âû-
áèðàåòñÿ â k ðàç áîëüøå ìèíèìàëüíîé äëÿ îáåñ-
ïå÷åíèÿ òðåáóåìîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè, òî åñòü
L6=L7=Lmin; W7=Wmin; W6=kWmin.
Òîêè òðàíçèñòîðîâ VT6 è VT7 ðàâíû ñîîò-
âåòñòâåííî
I6=0,5β6(UOP–U2–Vò–∆Uâõ)
2;
Ðèñ. 4. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà âõîä-
íîãî óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ «çàðÿä — èìïóëüñ»
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 4 43
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ðèñ. 5. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà 10-ðàçðÿäíîãî ñ÷åò÷èêà
I7=0,5β7(UOP–U2–Vò)
2,
Ïîñêîëüêó I6+I7=Iç, â òî÷êå ïåðåêëþ÷åíèÿ
I6=I7=0,5 Iç.
Îáîçíà÷èì UOP–U2–Vò=Ve7 (ýôôåêòèâíîå
óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà VT7) è
òîãäà ñìîæåì çàïèñàòü
Îòñþäà øèðèíà êàíàëà òðàíçèñòîðà VT6,
ñîîòâåòñòâóþùàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè óñèëèòåëÿ-
ïðåîáðàçîâàòåëÿ ∆Qâõ, ðàâíà
3 min
6 min 2
0 7 âõ âõ( / )n e
I L
W kW
C V Q C
= =
µ − ∆ .
Ðàáîòà ñ÷åò÷èêîâ â ðåæèìàõ «Ñ÷åò»
è «Ñ÷èòûâàíèå»
Äëÿ ïîäñ÷åòà èìïóëüñîâ, ïîñòóïàþùèõ ñ âû-
õîäîâ óñèëèòåëåé-ïðåîáðàçîâàòåëåé, â ìèêðîñõå-
ìå èñïîëüçóþòñÿ 384 10-ðàçðÿäíûõ ñ÷åò÷èêà, êî-
òîðûå â ðåæèìå «Ñ÷åò» ðàáîòàþò ïàðàëëåëüíî,
à â ðåæèìå «Ñ÷èòûâàíèå» — ïîñëåäîâàòåëüíî.
Ñ öåëüþ îïòèìèçàöèè íàãðóçêè äëÿ óçëîâ,
ôîðìèðóþùèõ ñèãíàëû óïðàâëåíèÿ ñ÷åò÷èêàìè,
ïîñëåäíèå äåëÿòñÿ íà øåñòü áëîêîâ (STSH_1…
STSH_6 íà ðèñ. 1) ïî 64 ñ÷åò÷èêà â êàæäîì
(SH_1…SH_64 íà ðèñ. 2).
ãäå β6, β7 —
β6 =
β7 =
VT —
U2 —
µn —
Ñ0 —
êðóòèçíà òðàíçèñòîðîâ VT6 è VT7,
µnC0kWmin /Lmin,
µnC0Wmin /Lmin;
ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå ýòèõ òðàíçèñòîðîâ;
ïîòåíöèàë óçëà u2;
ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé â n-êàíàëüíûõ ÌÎÏ-
òðàíçèñòîðàõ;
óäåëüíàÿ åìêîñòü çàòâîðà ÌÎÏ-òðàíçèñòî-
ðîâ.
2min
6 0 7 âõ 3
min
0,5 ( ) 0,5n e
kW
I C V U I
L
= µ − ∆ =
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 444
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöè-
îíàëüíàÿ ñõåìà òàêîãî áëîêà, à íà ðèñ. 5 —
ýëåêòðè÷åñêàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà 10-ðàçðÿä-
íîãî ñ÷åò÷èêà, ðåàëèçîâàííîãî íà D-òðèããåðàõ.
Ðàçðÿäû ñ÷åò÷èêà (SHB_1…SHB_10 íà ðèñ. 5)
èìåþò ñ÷åòíûé âõîä IN, âõîä íà÷àëüíîé óñòà-
íîâêè S12 è äâà êîìïëåìåíòàðíûõ âûõîäà —
ïðÿìîé B è èíâåðñíûé — NÂ. Ïðÿìîé âûõîä Â
â ðåæèìå «Ñ÷åò» íàõîäèòñÿ â òðåòüåì ñîñòîÿíèè.
Íà âõîäû IN ñ÷åò÷èêîâ SH_1…SH_64 (ðèñ. 2)
ïîñòóïàþò èìïóëüñû ñ âûõîäîâ OUT óñèëèòå-
ëåé-ïðåîáðàçîâàòåëåé DIF_1…DIF_64 è ïîäàþò-
ñÿ íà âõîä IN 1-ãî ðàçðÿäà SHB_1 ñ÷åò÷èêà ÷åðåç
ñõåìó íà òðàíçèñòîðàõ VT1…VT10 (ðèñ. 5), ðàç-
ðåøàþùóþ ñ÷åò è áëîêèðóþùóþ ïîäà÷ó èìïóëü-
ñîâ ïðè ïåðåïîëíåíèè ñ÷åò÷èêà, ïðè ñ÷èòûâà-
íèè èíôîðìàöèè ñ äàííîãî ñ÷åò÷èêà èëè ïî ñèã-
íàëó STOP (ðèñ. 2, 3).
×òîáû èçáåæàòü ïåðåïîëíåíèÿ ñ÷åò÷èêà 1024-ì
èìïóëüñîì, ÷òî ïðèâåëî áû ê îáíóëåíèþ 10-
ðàçðÿäíîãî ñ÷åò÷èêà è óòåðå èíôîðìàöèè, îñòà-
íîâêà ñ÷åòà ïðîèçâîäèòñÿ ïîñëå 1020-ãî èìïóëü-
ñà. Ýòó îïåðàöèþ âûïîëíÿåò ñõåìà ñîâïàäåíèÿ
íà òðàíçèñòîðàõ VT11…VT27 (ðèñ. 5), íà êîòî-
ðóþ ïîäàþòñÿ ñèãíàëû ñ èíâåðñíûõ âûõîäîâ NÂ
âîñüìè ñòàðøèõ ðàçðÿäîâ ñ÷åò÷èêà. Íàïðÿæå-
íèå âûñîêîãî óðîâíÿ ñ âûõîäà ýòîé ñõåìû áëî-
êèðóåò âõîä ïåðâîãî ðàçðÿäà ñ÷åò÷èêà, à ñèãíàë
ñ âûõîäà SU1 ÷åðåç èíâåðòîð íà òðàíçèñòîðàõ
VT38 è VT39 (ðèñ. 2) ïîñòóïàåò íà áëîê âûõîä-
íîãî ôîðìèðîâàòåëÿ VÐÐ (ðèñ. 1), è íà âíåøíåé
êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ÐÐ ôîðìèðóåòñÿ íàïðÿ-
æåíèå íèçêîãî óðîâíÿ (ïðèçíàê ïåðåïîëíåíèÿ).
Äðóãèå (íå ïåðåïîëíåííûå) ñ÷åò÷èêè ïðè ýòîì
ìîãóò ïðîäîëæàòü ñ÷åò. Òàêèì îáðàçîì ðåàëè-
çóåòñÿ âàðèàíò ñ÷èòûâàíèÿ áåç îñòàíîâêè ñ÷åòà.
Âî âòîðîì âàðèàíòå ñ÷èòûâàíèÿ ïî êîìàíäå
STOP áëîêèðóåòñÿ ñ÷åò âî âñåõ ñ÷åò÷èêàõ è âû-
ïîëíÿåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîå ñ÷èòûâàíèå èíôîð-
ìàöèè ñî âñåõ ñ÷åò÷èêîâ ñ ïîñëåäóþùèì èõ îá-
íóëåíèåì. Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ñ÷èòûâàíèÿ ñíèìà-
åòñÿ áëîêèðîâêà è âîçîáíîâëÿåòñÿ ñ÷åò.
Ñèãíàëîì STOP îäíîâðåìåííî áëîêèðóåòñÿ
ñ÷åò âî âñåõ ñ÷åò÷èêàõ ìèêðîñõåìû, ïðè ýòîì
íà âõîäû SU2 âñåõ ñ÷åò÷èêîâ SH_1…SH_64
(ðèñ. 2, 5) ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ.
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñ÷èòûâà-
íèÿ èíôîðìàöèè èç ñ÷åò÷èêîâ èñïîëüçóåòñÿ 384-
ðàçðÿäíûé ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåãèñòð ñäâèãà (íà
ðèñ. 2, ñõåìû RS_1…RS_64), êîòîðûé âûïîëíÿ-
åò ðîëü äåøèôðàòîðà ñ÷åò÷èêîâ. Ðåãèñòð ðåàëèçî-
âàí íà D-òðèããåðàõ. Ðàçðÿäû ðåãèñòðîâ èìåþò èí-
ôîðìàöèîííûé âõîä SU5, òàêòîâûé âõîä SU4,
âõîä íà÷àëüíîé óñòàíîâêè SU3 è äâà êîìïëåìåí-
òàðíûõ âûõîäà — ïðÿìîé S11 è èíâåðñíûé S2
(ðèñ. 2). Ïî òàêòîâîìó èìïóëüñó CLK (ðèñ. 1, 3)
äàííûå ñ èíôîðìàöèîííîãî âõîäà SU5 ðàçðÿäà
ðåãèñòðà ïåðåíîñÿòñÿ íà åãî âûõîä S11.
Âõîä SU3, íà êîòîðûé ïîñòóïàåò ñèãíàë ñ
âõîäíîãî ôîðìèðîâàòåëÿ FREAD (ðèñ. 1), ñëó-
æèò äëÿ îáíóëåíèÿ ñîäåðæèìîãî ðåãèñòðîâ (ïðè
âûñîêîì óðîâíå íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå) è îáåñ-
ïå÷èâàåò âêëþ÷åíèå ðåãèñòðîâ â ðåæèìå ñ÷èòû-
âàíèÿ (ïðè íèçêîì óðîâíå).
Íà÷àëî ñ÷èòûâàíèÿ çàäàåòñÿ ïîäà÷åé íà âõîä
ìèêðîñõåìû ñèãíàëà BREK (ðèñ. 1, 3), êîòî-
ðûé ïîñëå âõîäíîãî ôîðìèðîâàòåëÿ FBREK ïî-
ñòóïàåò íà âõîä BRE ïåðâîãî áëîêà ñ÷åò÷èêîâ
STSH_1 (ðèñ. 1) è ÷åðåç èíâåðòîðû íà òðàíçèñ-
òîðàõ VT27…VT30 (ðèñ. 2) íà âõîä SU5 ïåðâî-
ãî ðàçðÿäà RS_1 ðåãèñòðà ñäâèãà.
Îäíîâðåìåííî ñèãíàë BRE ÷åðåç èíâåðòîð íà
òðàíçèñòîðàõ VT27 è VT28 è ñõåìó íà òðàíçèñ-
òîðàõ VT31…VT36 ïîäàåòñÿ íà âõîä SU5 ðåãèñ-
òðà RS_66, è íà âûõîäå S11 ýòîãî ðåãèñòðà óñòà-
íàâëèâàåòñÿ âûñîêèé ïîòåíöèàë, êîòîðûé âêëþ-
÷àåò âûõîäíûå óñèëèòåëè áëîêà ñ÷åò÷èêîâ (òðàí-
çèñòîðû VT1…VT24 íà ðèñ. 2) íà âðåìÿ ñ÷èòû-
âàíèÿ èíôîðìàöèè ñ ýòîãî áëîêà.
Èìïóëüñ BRE, ïîñëåäîâàòåëüíî ñäâèãàÿñü
âäîëü ñäâèãîâîãî ðåãèñòðà òàêòîâûìè èìïóëü-
ñàìè CLK, ïîî÷åðåäíî ïîäêëþ÷àåò ê ñ÷èòûâà-
íèþ 384 ñ÷åò÷èêà. Ïî ïåðåäíåìó ôðîíòó òàêòî-
âîãî èìïóëüñà CLK ñèãíàë BRE ïðèíèìàåòñÿ
ðåãèñòðîì, à ïî çàäíåìó ôðîíòó íà âûõîäàõ S11
è S2 ðàçðÿäà ðåãèñòðà óñòàíàâëèâàþòñÿ, ñîîò-
âåòñòâåííî, âûñîêèé è íèçêèé óðîâíè íàïðÿæå-
íèÿ, êîòîðûå ïîäàþòñÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèå âõî-
äû ñ÷åò÷èêà è ïîäêëþ÷àþò âûõîäû Â1…Â10
(ðèñ. 2) ñ÷èòûâàåìîãî ñ÷åò÷èêà ê ñîîòâåòñòâóþ-
ùèì øèíàì äàííûõ, è èíôîðìàöèÿ ñî ñ÷èòûâà-
åìîãî ñ÷åò÷èêà ÷åðåç âûõîäíûå óñèëèòåëè áëîêà
è âûõîäíûå ôîðìèðîâàòåëè FQ1…FQ10 ïîñòó-
ïàåò íà âûõîäû ìèêðîñõåìû Q1…Q10 (ðèñ. 1).
Ïðè ýòîì âûõîäû Â1… Â10 (ðèñ. 2) íåâûáðàí-
íûõ ñ÷åò÷èêîâ íàõîäÿòñÿ â òðåòüåì ñîñòîÿíèè.
Ñèãíàë ñ âûõîäà S11 ñ÷èòûâàåìîãî ðàçðÿäà
ðåãèñòðà ïîäàåòñÿ òàêæå íà âõîä S12 (ðèñ. 2)
ïðåäûäóùåãî (óæå ñ÷èòàííîãî) ñ÷åò÷èêà, ÷òî
âîçâðàùàåò ïîñëåäíèé â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå.
Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ñ÷èòûâàíèÿ ñ÷åò÷èêà âûõîä
S11 (ðèñ. 2, 5) ýòîãî ðàçðÿäà ðåãèñòðà âîçâðà-
ùàåòñÿ â ñîñòîÿíèå íèçêîãî óðîâíÿ íàïðÿæåíèÿ,
êîòîðîå, ïîñòóïàÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèé âõîä S11
(ðèñ. 5) ñ÷åò÷èêà, ñíèìàåò â íåì áëîêèðîâêó
ñ÷åòà è îòêðûâàåò âõîä ñ÷èòàííîãî ñ÷åò÷èêà äëÿ
ïðèåìà íîâîé èíôîðìàöèè ñ âûõîäà óñèëèòåëÿ-
ïðåîáðàçîâàòåëÿ.
Äëÿ îáíóëåíèÿ 64-ãî ñ÷åò÷èêà áëîêà ñ÷åò÷è-
êîâ ñëóæèò äîïîëíèòåëüíûé, 65-é ðàçðÿä ðåãè-
ñòðà (RS_65 íà ðèñ. 2) â êàæäîì áëîêå, êîòî-
ðûé ðàáîòàåò ïàðàëëåëüíî ñ ïåðâûì ðàçðÿäîì
ðåãèñòðà ñëåäóþùåãî áëîêà ñ÷åò÷èêîâ, íî ïðè
ýòîì âûïîëíÿåò òîëüêî îäíó ôóíêöèþ — îáíó-
ëåíèå 64-ãî ñ÷åò÷èêà áëîêà. Ýòî ñäåëàíî äëÿ
óïðîùåíèÿ êîíñòðóêöèè òîïîëîãèè êðèñòàëëà.
Ïîñëå ñ÷èòûâàíèÿ èíôîðìàöèè ñ ïîñëåäíåãî,
64-ãî ñ÷åò÷èêà áëîêà ñèãíàë ñ âûõîäà S11 ðàç-
ðÿäà RS_64 (ðèñ. 2) ñäâèãîâîãî ðåãèñòðà ïîäà-
åòñÿ íà âûõîä ERE áëîêà ñ÷åò÷èêîâ è ÿâëÿåòñÿ
èìïóëüñîì îêîí÷àíèÿ ñ÷èòûâàíèÿ áëîêà, êîòî-
ðûé èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå èìïóëüñà BRE íà-
÷àëà ñ÷èòûâàíèÿ äëÿ ñëåäóþùåãî áëîêà. Êîãäà
èíôîðìàöèÿ ñ÷èòàíà èç âñåõ 384 ñ÷åò÷èêîâ, ðàñ-
ïîëîæåííûõ íà êðèñòàëëå, íà âíåøíåì âûâîäå
EREK (êîíåö ñ÷èòûâàíèÿ ñ êðèñòàëëà) ïîÿâëÿ-
åòñÿ èìïóëüñ âûñîêîãî óðîâíÿ, êîòîðûé ïðè ïðè-
ìåíåíèè â ïðèáîðå íåñêîëüêèõ êðèñòàëëîâ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 4 45
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ÑÁÈÑ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí â êà÷åñòâå èì-
ïóëüñà BREK (ðèñ. 1) äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ èíôîð-
ìàöèè ñî ñëåäóþùåãî êðèñòàëëà.
Ñèãíàë ñ âûõîäà S11 ðàçðÿäà RS_64 ñäâèãî-
âîãî ðåãèñòðà â áëîêàõ ñ÷åò÷èêîâ ïîäàåòñÿ íà
òðàíçèñòîðû VT33, VT35 (ðèñ. 2), è ïîñëå ñ÷è-
òûâàíèÿ 64-ãî ñ÷åò÷èêà áëîêà íà âûõîäå ñõåìû
íà òðàíçèñòîðàõ VT31…VT36, ê êîòîðîìó ïîä-
êëþ÷åí âõîä SU5 ðåãèñòðà RS_66, óñòàíàâëèâà-
åòñÿ íèçêèé ïîòåíöèàë, ðåãèñòð RS_66 ïåðåêëþ-
÷àåòñÿ, è íà âûõîäå S11 ýòîãî ðåãèñòðà óñòàíàâ-
ëèâàåòñÿ íèçêèé ïîòåíöèàë, êîòîðûé áëîêèðóåò
âõîäû âûõîäíûõ óñèëèòåëåé ñîîòâåòñòâóþùåãî
áëîêà ñ÷åò÷èêîâ, è íà åãî âûõîäàõ DÂ1… DÂ10
(ðèñ. 1, 2) óñòàíàâëèâàåòñÿ òðåòüå (âûñîêîèì-
ïåäàíñíîå) ñîñòîÿíèå. Êðîìå òîãî, íèçêèé ïî-
òåíöèàë ñ âûõîäà S11 ðàçðÿäà RS_66 ñäâèãîâîãî
ðåãèñòðà ïîñòóïàåò íà âûâîä RE áëîêà ñ÷åò÷è-
êîâ. Ñèãíàëû RE ñ áëîêîâ ñ÷åò÷èêîâ
STSH_1…STSH_6 (ðèñ. 1) ïîäàþòñÿ íà ñîîò-
âåòñòâóþùèå âõîäû RE1…RE6 áëîêà FQE.
Ôîðìèðîâàòåëè âõîäíûõ è âûõîäíûõ
ñèãíàëîâ
Âñå âõîäíûå ôîðìèðîâàòåëè ðàáîòàþò ïðè
òèïîâûõ äëÿ ÊÌÎÏ ÈÑ óðîâíÿõ âõîäíûõ ñèã-
íàëîâ (íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü 0,3Vññ, âû-
ñîêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü 0,7Vññ).
Âõîäíûå ôîðìèðîâàòåëè FBREK, FREAD,
FSTOP, FCLK (ðèñ. 1) óñèëèâàþò âõîäíûå ñèã-
íàëû ïî àìïëèòóäå äî Vcc è ôîðìèðóþò ñèãíà-
ëû ñ òðåáóåìûìè íàãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòüþ è
ôðîíòàìè.
Âõîäíîé ôîðìèðîâàòåëü FQE (ðèñ. 1) âûðà-
áàòûâàåò ñèãíàë QE, êîòîðûé ïðè íèçêîì óðîâ-
íå íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå QÅ âêëþ÷àåò âûõîä-
íûå ôîðìèðîâàòåëè FQ1…FQ10, à ïðè âûñî-
êîì óðîâíå íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå QÅ ïåðåâîäèò
âûõîäû Q1…Q10 â òðåòüå ñîñòîÿíèå – âûñîêî-
èìïåäàíñíîå ñîñòîÿíèå âûõîäà, ïðè êîòîðîì îáà
âûõîäíûå òðàíçèñòîðû çàêðûòû, ÷òî ïðè èñïîëü-
çîâàíèè â ïðèáîðå ÌÊ×Ä íåñêîëüêèõ ÑÁÈÑ
ïîçâîëÿåò îáúåäèíÿòü ñîîòâåòñòâóþùèå âûõîäû
ìèêðîñõåì.
Âõîäíîé ôîðìèðîâàòåëü FQE (ðèñ. 1) âêëþ-
÷àåò äîïîëíèòåëüíóþ ñõåìó, êîòîðàÿ ðàçðåøàåò
âêëþ÷åíèå âûõîäíûõ ôîðìèðîâàòåëåé
FQ1…FQ10 òîëüêî âî âðåìÿ ñ÷èòûâàíèÿ èíôîð-
ìàöèè ñî ñ÷åò÷èêîâ SH1..SH384 (ðèñ. 2). Ïîñëå
ñ÷èòûâàíèÿ ñ ïîñëåäíåãî ñ÷åò÷èêà SH384 íà âñåõ
âõîäàõ RE1...RE6 óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå
íèçêîãî óðîâíÿ, ïðè ýòîì ôîðìèðîâàòåëü FQE
áëîêèðóåò âêëþ÷åíèå âûõîäíûõ ôîðìèðîâàòå-
ëåé FQ1…FQ10, è íà âûõîäàõ Q1…Q10 óñòà-
íîâèòñÿ òðåòüå ñîñòîÿíèå. Âûõîäíûå ôîðìèðî-
âàòåëè FQ1…FQ10 (ðèñ. 1) îáåñïå÷èâàþò óñè-
ëåíèå ïî ìîùíîñòè ñèãíàëîâ, ïîñëåäîâàòåëüíî
ïîñòóïàþùèõ ñ 384 ñ÷åò÷èêîâ ÷åðåç âûõîäíûå
óñèëèòåëè áëîêà ñ÷åò÷èêîâ, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íà-
ãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòè âûõîäîâ ìèêðîñõåìû
Q1…Q10 äî 100 ïÔ.
Ôîðìèðîâàòåëü ñèãíàëà FPP (ðèñ. 1) âûïîë-
íåí ïî ñõåìå ñ îòêðûòûì ñòîêîì.  ñëó÷àå ïåðå-
ïîëíåíèÿ êàêîãî-ëèáî ñ÷åò÷èêà âûõîäíîé òðàí-
çèñòîð ýòîãî ôîðìèðîâàòåëÿ îòêðûâàåòñÿ è ïîä-
êëþ÷àåò âûâîä PP ê øèíå êîðïóñà. Ýòî ñîñòîÿ-
íèå ñîõðàíÿåòñÿ íà âûâîäå PP äî îêîí÷àíèÿ ñ÷è-
òûâàíèÿ èíôîðìàöèè ñ ïåðåïîëíåííîãî ñ÷åò÷è-
êà (ðèñ. 3).
Ôîðìèðîâàòåëü ñèãíàëà çàâåðøåíèÿ ñ÷èòûâà-
íèÿ ìèêðîñõåìû FEREK óñèëèâàåò ïî ìîùíîñòè
ñèãíàë, ïîñòóïàþùèé ñ âûõîäà S11 384-ãî ðàçðÿ-
äà ðåãèñòðà ñäâèãà íà âíåøíèé âûâîä EREK
(ðèñ. 1), îáåñïå÷èâàÿ íåîáõîäèìóþ íàãðóçî÷-
íóþ ñïîñîáíîñòü.
Ïðèìåíåíèå â ïðèáîðå ÌÊ×Ä íåñêîëüêèõ
ÑÁÈÑ ïîçâîëèò óâåëè÷èòü äëèíó ôîêàëüíîé
ïëîñêîñòè äåòåêòîðà (äî 5 ñì ïðè èñïîëüçîâà-
íèè ïÿòè ÑÁÈÑ).  ýòîì ñëó÷àå âûâîä EREK
ïðåäûäóùåé ìèêðîñõåìû ïîäêëþ÷àåòñÿ êî âõî-
äó BREK ïîñëåäóþùåé, ôîðìèðóÿ åäèíûé ïî-
ñëåäîâàòåëüíûé ñäâèãîâûé ðåãèñòð íà 1920 ðàç-
ðÿäîâ (ïðè ïÿòè ÑÁÈÑ). Ïðè ýòîì èìïóëüñ BRE
ïîäàåòñÿ íà âõîä BREK ïåðâîé ÑÁÈÑ è, ïîñëå-
äîâàòåëüíî ñäâèãàÿñü âäîëü ñäâèãîâîãî ðåãèñ-
òðà, ïîäêëþ÷àåò ê ñ÷èòûâàíèþ 1920 ñ÷åò÷èêîâ.
È õîòÿ ñîîòâåòñòâóþùèå âûõîäû Q1…Q10 âñåõ
ìèêðîñõåì ñîåäèíåíû, â àêòèâíîì ñîñòîÿíèè íà-
õîäÿòñÿ âûõîäû òîëüêî òîé ÑÁÈÑ, ñ êîòîðîé â
äàííûé ìîìåíò ïðîèçâîäèòñÿ ñ÷èòûâàíèå, à âû-
õîäû îñòàëüíûõ ÑÁÈÑ áóäóò íàõîäèòüñÿ â òðå-
òüåì ñîñòîÿíèè.
Ðåæèì «Òåñòèðîâàíèå»
 ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ðàáî÷èé ðåæèì ñõåìû ìîæíî
ðåàëèçîâàòü òîëüêî â ñîñòàâå êàêîãî-ëèáî óñòðîé-
ñòâà, íàïðèìåð ñïåêòðîìåòðà, äëÿ åå òåñòèðîâà-
íèÿ ïðåäóñìîòðåí ñïåöèàëüíûé òåñòîâûé ðåæèì.
Äëÿ ýòîãî â ñõåìó ââåäåíû ñïåöèàëüíûå òåñòî-
âûå âõîäû TEST1 è TEST2 (ðèñ. 1, 2), êîòîðûå
÷åðåç åìêîñòíóþ ñâÿçü ïîäêëþ÷åíû êî âõîäíûì
ýëåêòðîäàì EL: TEST1 — ê íå÷åòíûì, TEST2 —
ê ÷åòíûì.
Ïðè ïîäà÷å íà òåñòîâûå âõîäû TEST1 è TEST2
(ðèñ. 3) îòðèöàòåëüíûõ èìïóëüñîâ ïî ïåðåäíå-
á)
t
tèìï
tç
0
U1
U2
Ò tà)
0
U1
U2
Ðèñ. 6. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü òåñòîâûõ èìïóëüñîâ (à)
è èõ ôîðìà (á) ïðè ïðîâåðêå áûñòðîäåéñòâèÿ ñõåìû
â ðåæèìå ñ÷åòà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 446
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ìó ôðîíòó èìïóëüñîâ íà âõîäíûõ ýëåêòðîäàõ
íàâîäèòñÿ îòðèöàòåëüíûé çàðÿä, âåëè÷èíà êîòî-
ðîãî îïðåäåëÿåòñÿ àìïëèòóäîé îòðèöàòåëüíîãî
èìïóëüñà è âåëè÷èíîé åìêîñòè ñâÿçè Ñ ìåæäó
òåñòîâûì ýëåêòðîäîì è âõîäîì EL óñèëèòåëÿ-
ïðåîáðàçîâàòåëÿ DIF. Ýòî ïîçâîëÿåò èìèòèðî-
âàòü ðàáîòó ìèêðîñõåìû â ðåæèìå óïðàâëåíèÿ
çàðÿäîì, ïðîâîäèòü ïðîâåðêó ôóíêöèîíèðîâà-
íèÿ è îöåíêó ÷óâñòâèòåëüíîñòè ìèêðîñõåìû.
 ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ïî çàäíåìó ôðîíòó òåñòîâî-
ãî èìïóëüñà íà âõîäå óñèëèòåëÿ-ïðåîáðàçîâàòåëÿ
íàâîäèòñÿ ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä, êîòîðûé ñòåêà-
åò ÷åðåç âûñîêîîìíûé òðàíçèñòîð VT1 (ðèñ. 4) â
òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìèêðîñåêóíä, äëÿ ïðîâåðêè
áûñòðîäåéñòâèÿ ñõåìû â ðåæèìå ñ÷åòà èñïîëüçó-
þòñÿ èìïóëüñû ñïåöèàëüíîé ôîðìû (ðèñ. 6) ñ
ïåðèîäîì Ò ≥5 ìêñ.  ýòîì ñëó÷àå ðàáî÷àÿ ÷àñ-
òîòà â ðåæèìå ñ÷åòà îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
Fèìï = 1/tç,
ãäå tç — äëèòåëüíîñòü çàäåðæêè ìåæäó ôðîí-
òàìè èìïóëüñà ñïåöèàëüíîé ôîðìû (ðèñ. 6, á).
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàííàÿ ÑÁÈÑ âìåñòå ñ äâóìÿ ÌÊÏ
òèïà F2370-01 (ôèðìà Hamamatsu, ßïîíèÿ) â
øåâðîííîé ñáîðêå èñïîëüçîâàíû ïðè ðàçðàáîò-
êå ìèêðîêàíàëüíîãî êîîðäèíàòíî-÷óâñòâèòåëü-
íîãî äåòåêòîðà â ÍÈÈ ìèêðîïðèáîðîâ ÍÀÍÓ.
Ïðîâåäåííûå â Èíñòèòóòå ïðèêëàäíîé ôèçèêè
ÍÀÍÓ èññëåäîâàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ îáðàç-
öîâ ïðèáîðà â ñîñòàâå ëàçåðíîãî ìàññ-ñïåêòðî-
ìåòðà ÌÑ3103 (ïðîèçâîäñòâî ÀÎ «ÑÝËÌÈ»,
Óêðàèíà) ïîäòâåðäèëè åãî âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëü-
íîñòü — çàôèêñèðîâàíû èçîòîïû ñóðüìû Sb121
è Sb123, àòîìíàÿ êîíöåíòðàöèÿ êîòîðûõ ñî-
ñòàâëÿëà ñîîòâåòñòâåííî âñåãî 0,0008 è 0,0006%.
Èñïîëüçîâàíèå òàêîãî äåòåêòîðà â ëàçåðíîì ìàññ-
ñïåêòðîìåòðå â êà÷åñòâå ïðèåìíèêà èîíîâ èçîòî-
ïîâ ïîçâîëÿåò ðåãèñòðèðîâàòü ðåçóëüòàòû àíàëè-
çà â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè è ïðîâîäèòü þñ-
òèðîâêó ìàññ-ñïåêòðîìåòðà ïî êîíêðåòíûì èçî-
òîïàì ïðèìåñíûõ ýëåìåíòîâ. Ýòî ïîçâîëèò çíà-
÷èòåëüíî ñîêðàòèòü âðåìÿ àíàëèçà, ïîâûñèòü åãî
òî÷íîñòü è ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè ñíèæåíèè ðàñ-
õîäà ïðîá, ÷òî îñîáåííî âàæíî ïðè àíàëèçå íà-
íîìàòåðèàëîâ, à òàêæå îïåðàòèâíî óïðàâëÿòü
ïðîöåññàìè ñîçäàíèÿ ìàòåðèàëîâ.
Òàêèå äåòåêòîðû ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ
ìîäåðíèçàöèè ìàññ-ñïåêòðîìåòðîâ è äëÿ ñîçäà-
íèÿ äðóãèõ ñîâðåìåííûõ ïðèáîðîâ äëÿ ðåãèñòðà-
öèè ïðîôèëåé è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïîëîæå-
íèÿ ïó÷êîâ íåéòðàëüíûõ è çàðÿæåííûõ ÷àñòèö.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ñèäîðåíêî Â. Ï., Âåðáèöêèé Â. Ã., Ïðîêîôüåâ Þ. Â.
è äð. ÑÁÈÑ äëÿ ìèêðîýëåêòðîííîãî êîîðäèíàòíî-÷óâñòâè-
òåëüíîãî äåòåêòîðà ïðèáîðîâ ýëåìåíòíîãî àíàëèçà ìàòåðèà-
ëîâ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïà-
ðàòóðå.— 2009.— ¹2.— Ñ. 25—29. [Sidorenko V. P.,
Verbitskii V. G., Prokof’ev Yu. V. i dr. // Tekhnologiya i
Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. 2009. N 2. P. 25]
2. Ïàòåíò Óêðà¿íè ¹ 94103. ̳êðîåëåêòðîííèé êîîðäè-
íàòíî-÷óòëèâèé äåòåêòîð ìàññïåêòðîìåòðà / Áîðèñê³í Î. ².,
Âåðáèöüêèé Â. Ã., Ñòîð³æêî Â. Þ. òà ³í.— 2011.— Áþë. ¹
4. [Patent Ukrayini ¹ 94103. / Boriskin O. I., Verbits’kii V.
G., Storizhko V. Yu. ta in. 2011. Bull. 4]
3. Allen P. and Holberg D. CMOS Analog Circuit Design.—
New York, Oxford: Oxford University Press, 2002.
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ ðóêîïèñè
â ðåäàêöèþ 29.05 2012 ã.
___________________________
Sidorenko V. P., Verbitskii V. G., Prokofiev Yu. V.
Circuit design of VLSI for microelectronic coordinate-
sensitive detector for material element analysis.
Keywords: VLSI, CMOS technology, microelec-
tronic coordinate-sensitive detector, elemental
analysis, convertor amplifier, 10-bit counters.
There has been designed, manufactured and tested
a VLSI providing as a part of the microelectronic
coordinate-sensitive detector the simultaneous
elemental analysis of all the principles of the
substance. VLSI ensures the amplifier-converter
response on receiving of 1,6.10–13 Ñ negative charge
to its input. Response speed of the microcircuit is
at least 3 MHz in the counting mode and more
than 4 MHz in the counter information read-out
mode. The power consumption of the microcircuit
is no more than 7 mA.
Ukraine, Kiev, RI of Microdevices of NASU.
___________________________
Ñèäîðåíêî Â.Ï., Âåðáèöüêèé Â.Ã., Ïðîêîô’ºâ Þ. Â.
Ñõåìîòåõí³êà ÍÂ²Ñ äëÿ ì³êðîåëåêòðîííîãî êîîð-
äèíàòíî-÷óòëèâîãî äåòåêòîðà äëÿ åëåìåíòíîãî àíà-
ëèçó ìàòåð³àë³â.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ͲÑ, ÊÌÎÏ-òåõíîëîã³ÿ, ì³êðî-
åëåêòðîííèé êîîðäèíàòíî-÷óòëèâèé äåòåêòîð, åëå-
ìåíòíèé àíàë³ç, ï³äñèëþâà÷³-ïåðåòâîðþâà÷³,
10-ðîçðÿäí³ ë³÷èëüíèêè.
Ðîçðîáëåíî, âèãîòîâëåíî òà âèïðîáóâàíî ͲÑ, ùî
äîçâîëÿº â ñêëàä³ ì³êðîåëåêòðîííîãî êîîðäèíàòíî-
÷óòëèâîãî äåòåêòîðà ïðîâîäèòè îäíî÷àñíèé àíàë³ç
åëåìåíòíîãî ñêëàäó ðå÷îâèíè. Ñõåìà çàáåçïå÷óº ñïðà-
öüîâóâàííÿ ï³äñèëþâà÷à-ïåðåòâîðþâà÷à ïðè íàäõîä-
æåíí³ íà éîãî âõ³ä íåãàòèâíîãî çàðÿäó âåëè÷èíîþ
1,6.10–13 Êë. Øâèäêîä³ÿ ì³êðîñõåìè â ðåæèì³ ðà-
õóíêó ñòàíîâèòü íå ìåíøå 3 ÌÃö, â ðåæèì³ ç÷èòó-
âàííÿ ³íôîðìàö³¿ ç ë³÷èëüíèê³â — á³ëüøå 4 ÌÃö,
ñòðóì ñïîæèâàííÿ — íå á³ëüøå 7 ìÀ.
Óêðà¿íà, ì. Êè¿â, ÍIJ ì³êðîïðèëàä³â ÍÀÍÓ.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-51697 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:54:16Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сидоренко, В.П. Вербицкий, В.Г. Прокофьев, Ю.В. 2013-12-06T21:32:09Z 2013-12-06T21:32:09Z 2012 Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов / В.П. Сидоренко, В.Г. Вербицкий, Ю.В. Прокофьев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 4. — С. 39-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51697 621.3.049.77: 681.325 Разработана, изготовлена и испытана СБИС, позволяющая в составе микроэлектронного координатно-чувствительного детектора проводить одновременный анализ всего элементного состава материала. Схема обеспечивает срабатывание усилителя-преобразователя при поступлении на его вход отрицательного заряда величиной 1,6×10⁻¹³ Кл. Быстродействие микросхемы в режиме счета составляет не менее 3 МГц, в режиме считывания информации со счетчиков — более 4 МГц, ток потребления — не более 7 мА. Розроблено, виготовлено та випробувано НВІС, що дозволяє в складі мікроелектронного координатно-чутливого детектора проводити одночасний аналіз елементного складу речовини. Схема забезпечує спрацьовування підсилювача-перетворювача при надходженні на його вхід негативного заряду величиною 1,6×10⁻¹³ Кл. Швидкодія мікросхеми в режимі ра-хунку становить не менше 3 МГц, в режимі зчитування інформації з лічильників — більше 4 МГц,струм споживання — не більше 7 мА. There has been designed, manufactured and tested a VLSI providing as a part of the microelectronic coordinate-sensitive detector the simultaneous elemental analysis of all the principles of the substance. VLSI ensures the amplifier-converter response on receiving of 1,6×10⁻¹³ С negative charge to its input. Response speed of the microcircuit is at least 3 MHz in the counting mode and more than 4 MHz in the counter information read-out mode. The power consumption of the microcircuit is no more than 7 mA. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Функциональная микро- и наноэлектроника Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов Схемотехніка НВІС для мікроелектронного координатно-чутливого детектора для елементного анализу матеріалів Circuit design of VLSI for microelectronic coordinate-sensitive detector for material element analysis Article published earlier |
| spellingShingle | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов Сидоренко, В.П. Вербицкий, В.Г. Прокофьев, Ю.В. Функциональная микро- и наноэлектроника |
| title | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| title_alt | Схемотехніка НВІС для мікроелектронного координатно-чутливого детектора для елементного анализу матеріалів Circuit design of VLSI for microelectronic coordinate-sensitive detector for material element analysis |
| title_full | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| title_fullStr | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| title_full_unstemmed | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| title_short | Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| title_sort | схемотехника сбис для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов |
| topic | Функциональная микро- и наноэлектроника |
| topic_facet | Функциональная микро- и наноэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51697 |
| work_keys_str_mv | AT sidorenkovp shemotehnikasbisdlâmikroélektronnogokoordinatnočuvstvitelʹnogodetektoradlâélementnogoanalizamaterialov AT verbickiivg shemotehnikasbisdlâmikroélektronnogokoordinatnočuvstvitelʹnogodetektoradlâélementnogoanalizamaterialov AT prokofʹevûv shemotehnikasbisdlâmikroélektronnogokoordinatnočuvstvitelʹnogodetektoradlâélementnogoanalizamaterialov AT sidorenkovp shemotehníkanvísdlâmíkroelektronnogokoordinatnočutlivogodetektoradlâelementnogoanalizumateríalív AT verbickiivg shemotehníkanvísdlâmíkroelektronnogokoordinatnočutlivogodetektoradlâelementnogoanalizumateríalív AT prokofʹevûv shemotehníkanvísdlâmíkroelektronnogokoordinatnočutlivogodetektoradlâelementnogoanalizumateríalív AT sidorenkovp circuitdesignofvlsiformicroelectroniccoordinatesensitivedetectorformaterialelementanalysis AT verbickiivg circuitdesignofvlsiformicroelectroniccoordinatesensitivedetectorformaterialelementanalysis AT prokofʹevûv circuitdesignofvlsiformicroelectroniccoordinatesensitivedetectorformaterialelementanalysis |