автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Аналоговые биполярные интегральные схемы для кусочно-апроксимационного синтеза характеристик преобразования сенсорных устройств

ОСОБЛИВЕ КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО “РУТА”

Р Г б ол

9 П '" ' “ Нэ правах рукопису

ЗАБАРИЛО АНАТОЛІЙ ЮРІЙОВИЧ

АНАЛОГОВІ БІПОЛЯРНІ ІНТЕГРАЛЬНІ СХЕМИ ДЛЯ КУСКОВО-АПРОКСИМАЦІІЙНОГО СИНТЕЗУ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕТВОРЕННЯ СЕНСОРНИХ ПРИСТРОЇВ

05.27.01 Твердотільна електроніка (включаючи функціональну)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеїш кандидата технічних наук

ЧЕРНІВЦІ 1997

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Державному університеті "Львівська політехніка" на електрофізичному факультеті та Львівському науково-дослідному радіотехнічному інституті.

Наукові керівники - доктор технічних наук,

професор Готра З.Ю.

кандидат технічних наук, доцент Голяка Р.Л.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук,

старший науковий співробітник Ащеулов A.A.

кандидат технічних наук Новосядлий С.П.

Провідна організація - НВП “Карат” (м.Львів, Україна)

Захист відбудеться “15” травня 1997р. о 11 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 07.02.01 при ОКБ “РУТА” за адресою: 274031, м.Чернівці, вул.Руська 248

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці ВО “Гравітон”.

Автореферат розісланий “ /fr’’ С У/__________1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

Ю.В.Гудима

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідженості тематики дисертації. Розвиток сучасних вимірювальних і сенсорних іристроїв, зокрема для автоматизації виробничих процесів, •іедичної електроніки, засобів екологічного моніторингу, безпосередньо пов’язаний з розробкою нової елементної бази. Поряд з елементною базою загального призначення, в тому числі нтегральними схемами (ІС) - операційними підсилювачами, :табілізаторами, елементами цифрової техніки, має місце нтенсивний розвиток спеціалізованих ІС. Входячи в склад функціонально завершених мікроелекгронних сенсорів пеціалізовані ІС забезпечують підсилення сигналу, стабілізацію лектричних режимів первинних перетворювачів, термо-юмпенсацію.

Однією з найбільш проблематичних задач сенсорної техніки лінеаризація характеристик первинних перетворювачів, а в іільш широкому значенні - формування необхідної функції іеретворення, включаючи компресію та декомпресію сигналу, изначення аргументу функції, тощо. В залежності від :ризначення, класу точності та собівартості пристроїв мають астосування різноманітні структурні засоби - лінеаризація арактеристик первинних перетворювачів зворотніми зв’язками, юрмування прохідної характеристики функціональними еретворювачами з неперервними чи кусково-апроксимаційними алежностями.

Найвищу універсальність та прецизійність серед інших абезпечують функціональні перетворювачі з кусковою проксимацією, реалізація яких на основі мікропроцесорної гхніки набуває широкого розповсюдження. Проте значні грукгурні затрати та трудоємність процедури кусково-

апроксимаційного синтезу обумовлюють їх високу собівартість. Крім того, тенденція до створення однокристальних сенсорних пристроїв накладає вимоги до повної технологічної сумісності первинних перетворювасів та засобів обробки сигналу. Поскільки технологією більшості однокристальних сенсорних пристроїв є технологія біполярних ІС, що забезпечує їх високу функціональну гнучкість та мінімальну собівартість, використання мікропроцесорних засобів в таких однокристальних сенсорах має суттєве обмеження.

Вирішення проблеми формування характеристик перетворення, що відповідає вимогам сьогодення, лежить в площині розробки нового покоління твердотільних ІС, які, як спеціалізована елементна база мікроелектронних сенсорних пристроїв чи частина універсальних функціонально завершених сенсорів, забезпечують можливість ефективного кусково-апроксимаційного синтезу прохідних характеристик.

Дисертаційні дослідження є складовими частинами

комплексної науково-технічної програми з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки ДКНТ України (проект 05.44.02/053 -92 - 95)

Мета роботи - розвиток принципів кусково-апроксимаційного синтезу характеристик перетворення аналогових сенсорних пристроїв в базисі біполярних ІС.

Основні завдання наукових досліджень:

• розробка універсальних вузлів біполярних ІС, що забезпечують можливість ефективного синтезу заданих прохідних характеристик;

• виявлення виду математичної функції, що забезпечує мінімізацію кількості кусково-нелінійних відрізків та може бути

реалізованою з заданою прецизійністю на основі структур біполярних ІС;

• розробка алгоритмів побудови високопрецизійних аналогових кусково-апроксимаційних синтезаторів з регульованою прохідною характеристикою;

• дослідження причин обмеження ширини смуги робочих частот, розробка та виготовлення ряду широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів на основі спеціалізованого аналогового базового матричного кристалу.

Характеристика методології. методг/ дослідження предмети і об'єкту. Об’єктом наукових досліджень були вузли та елементи напівпровідникових інтегральних схем. Дослідження, спрямовані на вирішення поставлених задач, базувались на використанні методів математичного та комп'ютерного моделювання електронних кіл з відповідними моделями елементів га вузлів твердотільних інтегральних схем. Достовірність та обгрунтованість наукових результатів забезпечувалась коректністю проведених розрахунків, результатами моделювань і експериментальних досліджень кристалів ІС, перевіркою функціонування створених пристроїв.

Пайкова новизна роботи:

• визначена система параметрів та алгоритми дослідження характеристик кусково-апроксимаційних синтезаторів;

» розроблено універсальні вузли біполярних ІС, що забезпечують можливість ефективного синтезу заданих прохідних характеристик, відтворюваність та стабільність яких не залежить від абсолютного розкиду параметрів елементної бази;

» виявлено, що в базисі біполярних ІС максимальна ефективність кусково-апроксимаційного синтезу забезпечується на основі функції гіперболічного тангенсу;

досліджено причини обмеження ширини смуги робочих частот, розроблено принципи побудови широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів. -

Основні положення, що виносяться на захист:

На основі багатоколекгорних горизонтальних р-п-р

транзисторів та багатоемітерних п-р-п транзисторів в інверсному включенні створені нові функціонально-інтегровані кусково-апроксимаційні синтезатори, що дозволяють мінімізувати затрати площі кристалу ІС.

Квантування функції матрицею джерел струму та формування порогової характеристики на стумових диференційних каскадах забезпечує побудову універсальних та прецизійніх кусково-лінійних синтезаторів.

Висока ефективність процесу регулювання прохідної характеристики при мінімальній кількості апроксимуючих відрізків забезпечується синтезатором на основі функції гіперболічного тангенсу.

Комплекс схемотехнічних, конструктивних та технологічних рішень широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів на основі спеціалізованих базових матричних кристалів.

Практична цінність дисертаційної роботи: розроблена серія функціонально-інтегрованих кусково-апроксимаційних синтезаторів, що характеризуючись мінімальними затратами площі (порядку 0.1мм2) кристалу, обумовлюють низьку собівартість інтегральних нелінійних перетворювачів;

розроблена структура прецизійних (похибка не більше 0.5%) та високо-стабільних кусково-апроксимаційних синтезаторів, що

забезпечують ефективне формування заданих прохідних характеристик; .

■ розроблено ІС кусково-апроксимаційного синтезатора з регульованою керуючими сигналами (напругою) прохідною характеристикою при мінімальній кількості (до 5) каналів та простій процедурі синтезу;

» розроблено ряд широкосмугових (100...250МГц) функціонально синтезуючих перетворювачів на основі спеціалізованого аналогового базового матричного кристалу.

Реалізація і впровадження результатів досліджень. Результати роботи впроваджені у Львівському науково-дослідному радіотехнічному інституті в процесі розробки та виготовлення серії )днокристальних сенсорних ІС.

Апробація результатів роботи. Основні результати іредставлялись та обговорювались на: 5-й міжнародній науково-ірактичній конференції “Українськомовне програмне убезпечення - УкрСофт-95” (Львів, 1995), міжнародній науково-ехнічній конференції “Сучасні проблеми розробки і виробництва >адіоелектронних засобів” (Львів, 1996), XIX, XX Conference of he International Society for Hybrid Microelectronics - Poland Chapter (Porabka-Kozubnik, 1995; Jurata, 1996), 1-st International Modelling School - Krym Autumn’96 (Alushta, 1996).

Пиблікаиїі. По результатам проведених досліджень публіковано 12 наукових робіт.

Конкретна особиста участь автора в одержанні наукових езультатів, викладених у дисертації, полягає у самостійній озробці принципів побудови, схемотехніки вузлів ІС, оделюванні, макетуванні електричних схем, проектуванні апології кристалів ІС. Створення, аналіз та дослідження ристалів ІС виконані в співавторстві згідно наведеного списку

літератури. Усі висновки і положення, що складають суть дисертації, сформульовані автором особисто.

Стуиктира та обсяг дисертаиіг. Дисертаційна робота складається з вступу, п’ятьох глав, висновків, списку літератури та додатку. Об'єм роботи 186 с., в тому числі 143 с. тексту, 63 рис. на 43 с., списку літератури з 141 назв на 12 с., 2 с. додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформована мета досліджень, приведено основні наукові та практичні результати, а також положення, що виносяться на захист.

В першій главі систематизовано алгоритми та структурні засоби лінеаризації характеристик первинних перетворювачів та формування нелінійних прохідних характеристик функціональними перетворювачами.

Показано, що домінуючими вимогами до мікроелектронних сенсорів широкого вжитку, стають технологічність та низька собівартість. Очевидно, що при цьому забезпечення високих характеристик первинних перетворювачів є проблематичним. Особливо це характерно при однокристальному виконанні сенсорного пристрою. Так метрологічні характеристики первинних перетворювачів твердотільних ІС, наприклад термосенсорів STP 35 (Texas Instruments), LM3911 (National Semiconductor), магнітокерованих схем - 612 SS2 (Honeywell), SA S241S4 (Siemens), акселерометрів - ST 3000 (Honeywell), ADXL 50 (Analog Devices), тощо, по відношенню до відповідних дискретних перетворювачів, мають значно гірші показники. Однак, в цілому такі твердотільні сенсори характеризуються достатньо задовільною системою параметрів, що з врахуванням їх

низької вартості, робить сенсорні ІС високоефективною елементною базою більшості сучасних вимірювальних пристроїв. Позитивний ефект досягається стабілізацією електричного режиму інтегрального сенсора, необхідним коефіцієнтом підсилення вторинного перетворювача, корекцією характеристики перетворення схемними засобами, функціональним перетворенням вихідного сигналу.

З метою підвищення прецизійності мікроелектронних сенсорів з аналоговою обробкою інформації в дисертаційній роботі поставлена задача розвитку принципів та розробка відповідного структурного забезпечення кусково-апроксимаційного синтезу характреристик перетворення в базисі аналогових біполярних схем. Необхідно відзначити, що дана проблема в зстанній період набула нового змісту та актуальності. Так, як :відчать дані публікації в 90-х роках ринок елементної бази аналогової техніки замітно розширюється. На відміну від цифрової техніки, де прогрес відбувається дуже динамічно, :ерійні аналогові ІС по багатьох параметрах не задовільняють зимог сьогодення. Тут і точностні параметри, і енергоспоживання, вимоги до напруги джерел живлення. Має місце процес :тановлення аналогових ІС нового покоління - мікропотужних ірецезійних операційних підсилювачів, аналогових ІС з ірограмним керуванням коефіцієнту підсилення, спеціалізованих 'С вторинних перетворювачів вимірювальної та сенсорної техніки.

Однак на фоні значних успіхів у вирішені задач лінійного іеретворення аналогових сигналів, питання, що пов’язані з іінеаризацією характеристик первинних перетворювачів, чи в іільш широкому плані - формування заданих функціональних іалежностей між вхідним та вихідним сигналом, фактично не іирішені.

В другій главі приводяться результати розробки функціонально-інтегрованих структур кусково-апроксимаційних синтезаторів (КАС).

В процесі розробки схем та конструкцій функціонально-інтегрованих КАС, дослідження та оптимізації їх характеристик, виявлено можливість класифікації всіх схем такого виду на ряд основних типів. Відмінність між окремими типами полягають в різних принципах функціонування чи схемно-конструктивних рішеннях окремих вузлів синтезатора. Так, наприклад, на рис.1 наведено схеми електричні одного з варіантів КАС, а на рис.2 -його конструкцію.

Ру Рис. 1 Приклад схеми

агектричпої функціональпо-- інтегрованих КАС

Рис.2 Конструкція функціопально-інтегрованого КАС

ь

Схема описується рівністю

вп '

15і--5^2 І- <0

де і =;Іхо-Кх,-12о-Кч =1, при І > О •і 0, п ри І < О

^хО “

а8-В2-(В5 + і)-(их+ие7-ие8)

в2.(в5 + і) + і + ікхі Я,

(3)

В,-(В4 + 1)

г0 г , . п ’ (4)

В,-(В4 +1) + 1+ІК^

а, В - відповідно, коефіцієнти передачі та коефіцієнти підсилення струму транзисторних структур КАС.

Принциповими особливостями розробленої серії функціонально-інтегрованих КАС є: мінімальна кількість

резисторів, використання багатоколекторних латеральних р-п-р транзисторів та багатоемітерних п-р-п транзисторів в інверсному включенні, діодів з бар’єром Шоткі, тощо.

В третій главі вводиться система параметрів та алгоритми' дослідження характеристик кусково-апроксимаційних

синтезаторів. Такими характеристиками є: функціональні,

диференційні, інтегральні, динамічні, інтерфейсні та структурні.

Розглянуто наведену систему основних характеристик КАС та відповідність окремих параметрів схем наведеній системі. Показано, що процес розробки схем інтегральних КАС є багатоетапною задачею, що включає в себе: табличне визначення функціональної залежності, що належить синтезувати; визначення структури КАС; вибір елементної бази кристалу КАС; дослідження параметрів елементної бази; розробка та верифікація

моделей елементної бази; моделювання та дослідження

характеристик схеми КАС; оптимізація схемних рішень та режимів роботи елементів.

Враховуючи складний характер прохідних характеристик КАС, аналіз наявних похибок та пошук шляхів підвищення прецизійності таких схем необхідно проводити на модельному рівні. При цьому процес дослідження характеристик повинен бути уніфікованим а моделювання забезпечувати високу точність та продуктивність. В якості робочого середовища процесу

моделювання вибрано програмний пакет ’’РЗрісе". Вибір даного пакету програм обумовлено значною його розповсюдженістю, довготривалою апробацією в лабораторіях мікроелектроніки, високою точністю результатів.

На рис.З вибірково наведені залежності крутизни

диференційних характеристик окремих каналів, а на рис.4 -абсолютні похибки інтегральних прохідних характеристик кусково-апроксимаційних КАС.

Результати досліджень свідчать про значні величини розкиду та температурної нестабільності прохідних характеристик КАС. Невідтворювальшсть характеристик складає величину до 10% (до 20% у всій партії ІС), температурна нестабільність характеристик знаходиться в мелсах 20%, що в середньому відповідає температурному коефіцієнту напруга 0.2% на градус. Очевидно, що отримані характеристики КАС ке відповідають вимогам до відтворювальності та стабільності прецизійних пристроїв, а галузь застосування таких схем в значиш мірі обмежена.

и(К*) = ЗВ; 4В; 5В І диферЄПЦІйніІХ і характеристик и"в і окремих каналів

2.5и З.ви

і Рис. З Залежності

крутизни

2. ІДЕ) = 5.0В 1 \ ^ • апрон

3:и(Е) = 5.5В . X і КАС.

NUy.nl

| кусково

І прохідних

апроксимаційних

характеристик

Рис. 4 Абсолютні

похибки інтегральних

-5в«и+' в. в«

в.5У 1.9* 1.5У 2.ВМ 2.54 Э.ВУ Э.5У 4.РУ

В четвертій главі приводяться результати розробки

зизначена математична функція, що забезпечує мінімізацію алькості кусково-нелінійних відрізків та може бути реалізованою і заданою прецизійністю на основі структур біполярних ІС.

Зокрема, розроблені принципи побудови та конструктивно-:хемні рішення інтегральних аналогових пристроїв, що іабезпечують квазісплайновпй спосіб інтерполяції функцій. На ¡ідміну від сплайнового способу в основу реалізації схеми юкладено синтез кусково-нелік!;г.х:и; з-ілежностей, що описуються функцією гіперболічного тангенсу.

Суть проблеми полягас в тому, що при інтерполяції іибраного відрізку лінійною, експоненціальною чи параболічною функціями, за межами даного відрізку, а особливо при великій алькості відрізків інтерполяції, значення функції може досягнути начних величин. З математичної точки зору цей чинник не уттєвий. Однак з точки зору енергоспоживання, тепловиділення,

зисокопрецизійних кусково-апроксимаційних синтезаторів,

надійності та ряду інших параметрів синтезатора, таке зростання величини сигналу є недопустимим. Введення спеціальних елементів обмеження сигналу в кожний з каналів синтезатора' пов'язано з погіршенням точності роботи та ускладненням схеми. Особливо це характерно для синтезаторів функцій складної форми при наявності багатьох екстремумів.

Єдиним рішенням даної проблеми є використання методу інтерполяції такими кусково-нелінійними відрізками, що описуються функціями з асимптотичним двохстороннім обмеженням. Цій вимозі, а також ряду інших оптимально відповідає функція гіперболічного тангенсу. Функція характеризується двома асимптотами, що обмежують її значення і наявністю відрізку з квазілінійним наростанням, екстремумом першої похідної та симетрією першої похідної відносно екстремуму. У порівняні з функцією кубічного поліному, що застосовується у сплайновій інтерполяції, синтез функції гіперболічного тангенсу засобами аналогової електроніки може бути суттєво простішим. Поскільки інтерполяція заданої функції відрізками гіперболічного тангенсу методологічно близька до сплайнової та забезпечує ту-ж величину потенційної точності, спосіб названо - квазісплайновим, а пристрій, що реалізує дану інтерполяцію - квазісплайновий синтезатор функцій (КССФ).

Блок-схема КССФ наведена на рис.5. Кристал ІС КССФ містить: матрицю квантів-генераторів струму диференціальних каскадів МЄ; лінійку з М диференціальних каскадів В,,02,...Вт; вхідний перетворювач Іх; функціональний стабілізатор Р; перемножувач струмовий диференціальний каскад БС;

операційні підсилювачі кіл керування матриці квантів генераторів струму ОА0, формування температурно залежних опорних напруг ОАс, формування вхідного сигналу диференціальних каскадів

ОЛХІ, повторювача вихідної напруги ОАу; транслятора струму ТС; матриці резисторів кола формування квантів струму МІІд, кола вхідного сигналу диференціальних каскадів МИ*,, кола формування опорних напруг диференціальних каскадів МІ^, кола формування вихідної напруги МІІу.

п ТС

ш ПИо

ТГ

0- їх их

их 0------------

и

*

їх

г

г чг т.---те:

ІОІ

. Ці

Тх*Т?

ОЙхї |ИРу

От

ТГ

01

Ухі

и-

ос

Рис. 5 Блок-схема КССФ

В основу розробки універсального синтезатора з регульованою функціональною характеристикою покладено блок-схему, що реалізує квазісплайновий алгоритм інтерполяції. На відміну від квазісплайнового синтезатора базовою функцією у відрізках визначено:

^ = 1 + ^ ■ «іі^ 0=2,...М), а вихідна функція синтезатора описується як

(5)

(6)

де иХі =

гп • <р,

^ хО ‘ ^ ^ х /: ^\ V

ІГ

и0 - опорна напруга;

Кр п - коефіцієнти масштабування; ZJ = 2 (2 • к2і - 1) • Ку/К70;

К, Іпп; (7)

<рь = кТ/^ - температурний коефіцієнт, q - заряд електрона, к - постійна Больцмана, Т - абсолютна темепература.

Поскільки их<-4) и 0, вплив сигналу ]-того відрізку на

рівень постійного зміщення в попередніх [1.......(.¡-1)] відрізках є

мінімальним, що дозволяє проводити незалежний, послідовно починаючи з першого, синтез заданої прохідної характеристики.

Таким чином, поскільки нормовані значення напруг та коефіцієнти не залежать від абсолютних номіналів резисторів і температури кристалу, вихідна напруга характеризується високою стабільністю, відтворюваністю і визначається лише відповідними для кожного відрізку подільниками Ищ. Температурний коефіцієнт опорної напруги и0 інтегральних джерел на принципі “ширини забороненої зони” знаходиться в межах 0.005%/°С, а відхилення її абсолютного значення може бути компенсованим відповідним подільником.

Всі вузли та елементи схеми синтезатора виконуються в єдиному кристалі, а для формування величини та знаку коефіцієнтів Zj є необхідним лише один вивід ІС для кожного каналу. Поскільки функція гіперболічного тангенсу забезпечує високу гнучкість в процесі синтезу та мінімальні спотворення на границях відрізків, кількість каналів може бути мінімальною. Як показали дослідження для практичної більшості задач, кількість останніх може не перевищувати 4...6.

В процесі досліджень параметрів синтезатора виявлено принципову вимогу що-до початкового взаємозміщення напруг Дих між каналами, що формується зміщеним температурно залежним струмом І4. Безпосереднє визначення монотонності зміни функції та спотворень на межі двох відрізків є неможливим. Для кількісної оцінки немонотонності аналіз функції необхідно

проводити по її похідній. Залежність першої похідної сШу/сШх функції для даного випадку, що наведена на рис.6, надає можливість визначення немонотонності та, відповідно, оптимізувати початкове зміщення Дих між каналами.

Рис.6 Перші похідні прохідної характеристики двох суміжних каналів синтезатора

В п’ятій главі аналізуються причини обмеження смуги робочих частот, приводяться результати розробки ряду широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів на основі спеціалізованого аналогового базового матричного кристалу.

З метою виготовлення серії спеціалізованих аналогових перетворювачів, зокрема кусково-апроксимаційних широкосмугових функціональних синтезаторів, була проведена розробка універсального аналогового базового матричного кристалу (АБМК). Принциповою відмінністю розробленого АБМК є орієнтація на високочастотні багатоелементні системи.

В склад АБМК входять: ВЧ п-р-п транзистори - 128шт; багатоемітерні ВЧ п-р-п транзистори - 16шт; НЧ багатоколекторні р-п-р транзистори - 16шт; лінійка резисторів від ЗООм до 5кОм -288шт.

На основі АБМК розроблено та виготовлено ряд широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів. Смуга робочих частот для більшочті схем знаходилася в межах

250МГц при нерівномірності АЧХ 30% та 100-150МГц при

нерівномірності АЧХ до 3%.

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ВИСНОВКИ

1. В процесі розробки та систематизації конструктивно-схемних

рішень визначено п’ять основних типів функціонально-

інтегрованих кусково-апроксимаційних синтезаторів, ознаками класифікації яких є спосіб формування порогових характеристик, конструкція елементної бази та режими її роботи.

2. Безрезисторні функціонально-інтегрованих КАС базуються на

багатоколекторних горизонтальних р-п-р транзисторах,

багатоемігерних п-р-п транзисторах в інверсному режимі роботи та діодах з бар’єром Шоткі.

3. Система основних параметрів КАС включає функціональні, диференціальні, інтегральні, динасічні, інтерфейсні та структурні характеристики. Розроблено методики дослідження та комп’ютерного моделювання характеристик КАС, що забезпечують ефективний аналіз факторів нестабільності та дозволяють спростити процес оптимізації їх характеристик.

4. Функціонування високопрецизійних аналогових кусково-

лінійних синтезаторів базується на дискретизації функції матрицею квантів-генераторів струму та формування порогової характреистики на струмових диференціальних каскадах. Розроблена структура біполярних ІС кусково-лінійного

синтезатора; визначені умови забезпечення високої прецизійності та відгворюваності синтезатора.

5. Виявлено, що синтез складних функціональних залежностей засобами аналогової техніки можна ефективно реалізувати квазісплайновим способом на основі функції гіперболічного тангенсу. Функція характеризується двостороннім

асимптотичним обмеженням, екстремумом першої похідної та симетрією першої похідної відносно екстремуму, що забезпечує її принципові переваги в аналогових засобах синтезу прохідної характеристики.

Розроблена структура квазісплайнового синтезатора функцій в базисі аналогових біполярних ІС. Визначені умови забезпечення стабільності, відтворювальності та термокомпенсації характеристик синтезатора.

Розроблено алгоритм побудови синтезатора з регульованою зовнішніми сигналами функціональною характеристикою. Проведені дослідження виявили можливість створення однокристальної ІС для синтезу складних функціональних залежностей, що характеризується мінімальною кількістю каналів, простотою процедури синтезц, високою стабільністю та відтворюваністю параметрів.

Визначені причини обмеження ширини смути робочих частот функціонально синтезуючих схем. Розроблені широкосмугові схеми кусково-апроксимаційних синтезаторів, які в базисі біполярних схем загального призначення забезпечують смугу частот до 50МГц та можливість ефективного узгодження з первинними перетворювачами без використання двополярних джерел живлення.

Розкриті конструктивно-технологічні особливості високочастотних аналогових біполярних ІС функціональних синтезаторів. На основі спеціалізованого аналогового базового матричного кристалу розроблено та виготовлено ряд широкосмугових функціонально синтезуючих перетворювачів зі смугою робочих частот 100-250МГц.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В

РОБОТАХ

1. Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Забарило А.Ю. Функціонально-інтегровані структури кусково-апроксимаційних синтезаторів // Тематичний збірник статей т'Схемогехніка інтегральних аналогових сенсорних пристроїв". За редакцією З.Ю.Готри, Р.Л.Голяки, В.Каліти. -Львів, видавництво ДУ "Львівська політехніка", 1996.- С.111-124.

2. Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Забарило А.Ю., Невзоров В.В. Структурні засоби аналогового кусково-лінійного синтезу функції // Тематичний збірник статей "Схемотехніка інтегральних аналогових сенсорних пристроїв". За редакцією З.Ю.Готри, Р.Л.Голяки, В.Каліти. -Львів, видавництво ДУ ’’Львівська політехніка", 1996.- С.125-138.

3. Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Забарило А.Ю., Смеркло Л.М. Квазісплайновий синтезатор функції в базисі аналогових біполярних ІС // Тематичний збірник статей "Схемотехніка інтегральних аналогових сенсорних пристроїв". За редакцією

З.Ю.Готри, Р.Л.Голяки, В.Каліти. -Львів, видавництво ДУ "Львівська політехніка", 1996.- С.138-150.

4. Назарук А.П., Забарило А.Ю. Устройство для перекачки агрессивных жидкостей // Обмен опытом в радиопромышленности. - 1987. - Вып.З. -С.46

5. Назарук А.П., Забарило А.Ю. Устройство для разгрузки и загрузки деталей в элетропечь // Обмен опытом в радиопромышленности. - 1988. - Вып.9. -С.45

6. Голяка Р., Максимів І., Забарило А., Павлишин О. Програмна оболонка теплового моделювання ІС на основі ППП РБрісе / / Тези доповідей 5-ї Міжнародної науково-практичної

конференції "Українськомопне програмне забезпечення УкрСофт-95". Львів,- 1995. С.59

7. Gotra Z., Golyaka R., Kalita W., Gladoun M., Zabarylo A. Magnetic Field Scanner // Proceeding XIX ISHM-Poland Annual Conference. Porabka-Kozubnik.- Sept.- 1995. - P. 189-192 і. Голяка Р.Л., Смеркло Л.М. Морозов.IO.В., Забарило А.Ю. Комплект ІС з частотним перетворенням для виківальної та сенсорної техніки // Матеріали Міжннародної науково-технічної конференції "Сучасні проблеми розробки і виробництва радіоелектронних засобів". Львів. - 1996.- С.104.

І. Голяка Р.Л., Мартинов Д.О., Морозов.Ю.В., Забарило А.Ю. Структурні методи забезпечення прецизійності твердотільних сенсорних пристроїв // Матеріали міжн. науково-технічної конференції "Сучасні проблеми розробки і виробництва радіоелектронних сасобів". Львів. - 1S96.- С.105-106.

0.Голяка P., Гладун М., Морозов ІО., Забарило А. Реалізація г.усково-апроксимаційних синтезаторів на функціонально-інтегрованих структурах біполярних ІС / / 1-st International modelling school. Alushta. - 1996. Abstracts. - P.23.

1.Голяка P., Гладун M., Морозов Ю., Забарило А. Програмне забезпечення для оптимізацї структурних засобів лінеаризації характеристик інтегральних сенсорних пристроїв // 1-st International modelling school. Alushta. - 1996. Abstracts. -

P.23..

2.Golyaka R., Kalita W., Gladoun M., Morozov Yu., Zabarylo A. Complex function dependences synthesiser on the basis of analogue integrated circuits // XX ISHM-Poland Chapter Annual Conference. Jurata.- Sept.- 1996. - P.53.

Забарило А.Ю. Аналоговые биполярные интегральные схемы для кусочно-апроксимационного синтеза характеристик преобразования сенсорных устройств. Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника (включая

функциональную). Государственный университет "Львівська політехніка", Львов, 1997.

Защищаются 12 научных работ, содержащих результаты теоретических и экспериментальных исследований аналоговых интегральных схем для кусочно-апроксимационного синтеза характеристик преобразования сенсорных устройств. Разработаны алгоритмы функционирования, схемотехника и конструкции функционально-интегрированых, прецизионных кусочно-

линейных, квазисплайновых, перестраиваемых и широкополосных синтезаторов проходных характеристик.

Zabarylo A.Yu. Analog bipolar integrated circuits partapproximation synthesis of tranformation characteristic of sensor devices. Dissertation on search of the scientific degree of candidate of technical science by speciality 05.27.01 - Solid-state electronics (including functional). State university "Lviv Polytechnic", Lviv, 1997.

12 scientifical publications which contain the results of theoretical and experimental investigations of analog integrated circuits for the part-approximation synthesis of tranformation characteristic of sensor devices are defended. The algoritm of operation, circuitry and design of precision quasi-spline, part-linear, wide-band synthesiser were elaborated.

Ключові слова: біполярна інтегральна схема, функціонально-інтегрована структура, кусково-алроксимаційні синтезатори, аналоговий базовий матричний кристал

' '..... > /