Quando se trata de aprender design de sistema digital, entusiastas e os alunos têm muitas opções, seja mexendo com matrizes de portão programáveis para campo ou trabalhando com o envio de chips para um Tiny Tapeout correr. Mas ferramentas semelhantes para design analógico têm sido mais difíceis de encontrar. Certamente você pode criar circuitos analógicos em um simulador como ltspice e testá -los contra a teoria. Mas nada supera a construção de circuitos analógicos reais e medindo seu comportamento actual, não teórico. A medição é complicada para projetos analógicos porque o equipamento de teste pode afetar a medida que está sendo feita.
Para abordar esta lacuna educacional, Uma equipe liderada por mim no Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Columbia criado Mosbiusum chip amigável para a placa de ensaio que você pode considerar como um campo programável transistor Array para projetos analógicos.
Como o seu nome sugere, Mosbius é construído em torno de oxidado de metal-semicondutor transistoresdividido entre n-Kind e p-Tor de transistores do tipo. Como estes são os blocos de construção da maioria dos analógicos circuitos integrados Hoje, o design do Mosbius fornece experiência diretamente relevante para a criação de chips reais.
O mosbio tem 68 pinos, dos quais 63 se conectam a transistores individuais ou subcircuitos analógicos comuns, como espelhos atuais e amplificador op estágios. Dois outros pinos são usados para tensões de fornecimento positivas e negativas.
O chip Mosbius (canto superior esquerdo) contém todos os transistores necessários para muitos sistemas analógicos. Montado em uma placa de pão por meio de uma placa de circuito impressa (meio), discreto resistores e capacitores (Inferior) são conectados para fornecer outros componentes necessários. UM Raspberry Pi O pico (canto inferior direito) é usado para programar o mosbio.James Provost
Os três pinos restantes são usados para programação uma matriz de comutação embutida. Você pode Crie circuitos com o mosbio, conectando os pinos com fios externos. Mas é mais fácil usar a matriz do comutador. Isso pode conectar qualquer um dos 65 pinos de transistor, subcircuito e tensão a um ou mais de 10 internos ônibus. A matriz é programado com um fluxo simples em um fluxo simples de 650 bits – um bit para cada conexão possível entre um barramento e um pino.
Programamos a matriz de Mosbius usando um Raspberry Pi Pico executando um Python script que transforma um json simples arquivo de texto no bittream desejado. Se você quiser, porém, você pode usar praticamente qualquer microcontrolador de 3,3 volt que suporta o Python.
O Mósbio é executado a 2,5 V. A placa de circuito impresso usada para conectar os pinos a um SOLDERLESS 830-LOVACT Pão de pão muda os 3,3 V do Pico ao programar a matriz. O PCB também inclui viés e circuitos de proteção excessiva.
Como os componentes de circuito integrados são diferentes dos componentes discretos?
Como o Mósbio contém apenas transistores, elementos de circuito como resistores e capacitores são conectados externamente à medida que os componentes do orifício inseridos na placa de ensaio. Você pode pensar que o uso desses componentes externos criaria uma aproximação imprecisa do comportamento de um IC analógico actual, que possui resistores e capacitores no chip construídos em silício, em vez de, digamos, um filme de metallic ou materials de cerâmica.
Mas em velocidades de sinal abaixo de um megahertz, a questão actual é que esses componentes externos são excessivamente preciso. (Acima de 1 MHz, coisas como a capacitância perdida da placa de ensaio começam a se tornar um problema.) Mesmo um resistor barato do orifício terá uma resistência actual que está dentro de 5 a ten % do valor que afirma ser, e os resistores de orifícios com 1 % de precisão são comuns. Por outro lado, os componentes integrados podem variar facilmente 30 % do seu valor nominal.
Consequentemente, os circuitos analógicos reais devem ser construídos com uma quantidade considerável de margem interna. Desenvolver a habilidade para fazer isso depende da compreensão do que está acontecendo em diferentes pontos dentro do circuito, pois os sinais de entrada e os valores dos componentes variam. E isso requer fazer medições do mundo actual.
O momento “aha” de ver seu circuito ganhar vida permanecerá muito tempo depois que as equações forem esquecidas.
Em um circuito simulado, você pode clicar em qualquer nó e ler qualquer parâmetro sem afetar o comportamento do circuito de forma alguma. Com o Mosbio, você pode acessar da mesma forma que quase todos os nó em um circuito, mas agora você enfrenta a realidade de que a fiação de sondas de teste para fazer uma medição pode alterar o comportamento do circuito. Descobrir a maneira mais elegante de fazer medições é essencial para quem espera ver suas idéias comprometidas com o silício. O “Aha” Momento de ver seu circuito vem para a vida ficará muito tempo depois das equações E a análise é esquecida
A capacidade de Mosbius de deixar as pessoas cutucam dentro das entranhas de um integrado Projeto de circuito inspira -se do Três cinco equipment de temporizador discretoque usa componentes discretos para recriar o funcionamento de um dos circuitos integrados mais populares de todos os tempos, o 555. Você pode claro Use o Mósbio para recriar um 555assim como muitos outros circuitos de demonstração, começando com o “Howdy World!” de {hardware}, um LED piscante.
Transistores de óxido de metallic e subcircuitos comumente usados são conectados à maioria dos pinos do chip mosbio. Eles também podem ser conectados internamente usando um conjunto de ônibus programados usando um fluxo de 650 bits de um microcontrolador. James Provost
A origem do Mósbio period acidental: enquanto preparava um conjunto de projetos de IC dos alunos a serem fabricados, percebemos que tínhamos espaço para espremer mais um chip no lote se pudéssemos cumprir o prazo de remessa. Seis semanas depois, o Mósbio estava em produção!
A partir desta corrida limitada – 150 chips no whole – estamos disponibilizando os kits Mosbius a um preço nominal de US $ 150 (sujeito a alterações e apenas para recuperar nossos custos) a outros educadores interessados em trazê -lo para seus laboratórios. Também estamos trabalhando em uma versão revisada. O Mósbio pode ser usado para fazer circuitos que variam em complexidade daqueles adequados para estudantes de graduação a projetos de nível de pós-graduação. O Web site da internet tem um conjunto completo de tutoriais e um Guide de experimentos de laboratório pronto para ir. Se você estiver interessado em obter um equipment, você pode entre em contato comigo através do website.
Sei que temos apenas um pequeno número de kits disponíveis – afinal, somos um departamento universitário, não um fabricante de semicondutores – mas queremos tornar o Mósbio mais amplamente disponível para educadores e entusiastas no futuro. A melhor maneira de fazer isso acontecer é entrar em contato comigo, porque a forte demanda é algo que podemos apresentar a um parceiro comercial!
Dos artigos do seu website
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