디지털 시스템 디자인을 배우는 데있어서 애호가와 학생들은 많은 옵션이 있습니다. 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이로 땜질합니다 또는 칩 제출 작업 작은 테이프 아웃 달리다. 그러나 아날로그 디자인을위한 유사한 도구는 이루어지기가 더 어려웠습니다. 확실히 당신은 아날로그 회로를 만들 수 있습니다 ltspice와 같은 시뮬레이터 이론에 대해 테스트하십시오. 그러나 실제 아날로그 회로를 구축하고 이론적 인 행동이 아니라 실제 아날로그 회로를 구축하는 것보다 아무것도 능가합니다. 테스트 장비가 측정에 영향을 줄 수 있기 때문에 아날로그 설계의 경우 측정이 복잡합니다.
이 교육 격차를 해결하기 위해 나에 의해 이끄는 팀 ~에 컬럼비아 대학교 전기 공학과 생성 모스 비우스필드 프로그램으로 생각할 수있는 빵 보드 친화적 인 칩 트랜지스터 아날로그 디자인을위한 배열.
이름에서 알 수 있듯이 Mosbius N-유형 및 피-유형 트랜지스터. 오늘날 대부분의 아날로그 통합 회로의 빌딩 블록이므로 Mosbius로 디자인하면 실제 칩 생성과 직접 관련된 경험을 제공합니다.
Mosbius에는 68 개의 핀이 있으며 그 중 63 개는 개별 트랜지스터 또는 일반적인 아날로그 하위 회로에 연결됩니다. 현재 거울 그리고 op-amp 단계. 양수 및 음의 공급 전압에 두 개의 다른 핀이 사용됩니다.
Mosbius 칩 [top left] 많은 아날로그 시스템에 필요한 모든 트랜지스터가 포함되어 있습니다. 인쇄 회로 보드를 통해 빵 보드에 장착되었습니다 [middle]이산 저항 및 커패시터 [bottom] 다른 필요한 구성 요소를 제공하기 위해 연결되어 있습니다. 라즈베리 파이 피코 [bottom right] Mosbius를 프로그래밍하는 데 사용됩니다.제임스 프로스트
나머지 3 개의 핀은 내장 스위치 매트릭스를 프로그래밍하는 데 사용됩니다. 너 ~할 수 있다 핀을 외부 와이어와 연결하여 Mosbius로 회로를 만듭니다. 그러나 스위치 매트릭스를 사용하는 것이 더 쉽습니다. 이로 인해 65 개의 트랜지스터, 하위 회로 및 전압 핀을 하나 이상 10 개의 내부 버스에 연결할 수 있습니다. 매트릭스는 버스와 핀 사이의 가능한 각 연결에 대해 650 비트의 간단한 스트림으로 클럭킹하여 프로그래밍됩니다.
우리는 a를 사용하여 Mosbius의 매트릭스를 프로그래밍합니다 라즈베리 파이 피코 간단한 JSON을 돌리는 파이썬 스크립트를 실행합니다 원하는 비트 스트림에 텍스트 파일을 텍스트합니다. 그러나 원한다면 Python을 지원하는 거의 3.3 볼트 마이크로 컨트롤러를 사용할 수 있습니다.
Mosbius는 2.5V에서 실행됩니다. 인쇄 회로 보드는 핀을 솔더리스 830- 접촉 브레드 보드 매트릭스를 프로그래밍 할 때 Pico의 3.3V를 아래로 이동시킵니다. PCB도 포함됩니다 편견 및 과도한 전압 회로.
통합 회로 구성 요소는 이산 구성 요소와 어떻게 다릅니 까?
Mosbius에는 트랜지스터 만 포함되어 있으므로 저항기 및 커패시터와 같은 회로 요소는 빵 보드에 삽입 된 홀 구성 요소가 외부로 연결됩니다. 이러한 외부 구성 요소를 사용하면 금속 필름이나 세라믹 재료가 아닌 실리콘으로 구축 된 온칩 저항 및 커패시터가있는 실제 아날로그 IC의 동작에 대한 부정확 한 근사가 될 것이라고 생각할 수도 있습니다.
그러나 Megahertz에 관한 신호 속도에서 실제 문제는 이러한 외부 구성 요소가 지나치게 정밀한. (1MHz 이상의 경우, 빵 보드의 길 잃은 커패시턴스와 같은 것은 문제가되기 시작합니다.) 저렴한 통로 저항기조차도 실제 저항을 가질 것이며 정확도가 1 % 인 홀 저항이 일반적입니다. 대조적으로, 통합 구성 요소는 공칭 값에서 30 % 씩 쉽게 달라질 수 있습니다.
결과적으로 실제 아날로그 회로는 상당한 양의 내부 마진으로 구축해야합니다. 이를위한 기술을 개발하면 입력 신호와 구성 요소 값이 다양하기 때문에 회로 내 다른 지점에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 달려 있습니다. 그리고 그것은 실제 측정을해야합니다.
회로가 생겨나는“아하”순간은 방정식이 잊혀진 후에도 오래 머물게됩니다.
시뮬레이션 된 회로에서는 모든 노드를 클릭하고 회로의 동작에 영향을 미치지 않고 매개 변수를 읽을 수 있습니다. Mosbius를 사용하면 회로의 거의 모든 노드에 유사하게 액세스 할 수 있지만 이제는 측정을 위해 테스트 프로브를 배선하면 회로의 동작이 변경 될 수 있다는 현실에 직면 해 있습니다. 측정을하는 가장 우아한 방법을 알아내는 것이 실리콘에 헌신하는 아이디어를보고 싶어하는 사람에게는 핵심입니다. 그만큼 회로가 오는 것을 보는“아하”순간 생명은 방정식 이후에도 오래 머물 것입니다 그리고 분석은 잊혀졌습니다
통합 회로 디자인의 내장 안에서 사람들을 찌르는 Mosbius의 능력은 세 가지 파이브 이산 타이머 키트개별 구성 요소를 사용하여 가장 인기있는 통합 회로 중 하나의 작업을 다시 만들어 555. 물론 할 수 있습니다 Mosbius를 사용하여 555를 다시 만듭니다“Hello World!”부터 시작하여 다른 많은 데모 회로뿐만 아니라. 하드웨어, 깜박임 LED.
금속 산화물 트랜지스터 및 일반적으로 사용되는 하위 회로는 Mosbius 칩의 대부분의 핀에 연결됩니다. 또한 마이크로 컨트롤러의 650 비트 스트림을 사용하여 프로그래밍 된 일련의 버스 세트를 사용하여 내부적으로 연결할 수 있습니다. 제임스 프로스트
Mosbius의 기원은 세렌디가 적었습니다. 학생들의 IC 프로젝트 세트를 제작할 준비를하는 동안 운송 마감일을 충족 할 수 있다면 한 번 더 칩을 배치 할 수있는 공간이 있다는 것을 깨달았습니다. 6 주 후, Mosbius는 생산을 시작했습니다!
이 제한된 실행 (총 150 개의 칩)에서 우리는 실험실에 가져 오는 데 관심이있는 다른 교육자들에게 미화 150 달러 (변화에 따라 비용을 회복하고)의 명목상 가격으로 모스 비우스 키트를 이용할 수있게 해줍니다. 우리는 또한 수정 된 버전에서 작업하고 있습니다. Mosbius는 학부생에게 적합한 사람들부터 대학원 수준의 프로젝트에 이르기까지 복잡한 회로를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 그만큼 웹 사이트 완전한 튜토리얼 세트와 a 실험실 실험 매뉴얼 갈 준비가되었습니다. 키트를 얻는 데 관심이 있으시면 가능합니다 사이트를 통해 저에게 연락하십시오.
나는 우리가 사용할 수있는 소수의 키트 만 있다는 것을 알고 있습니다. 우리는 반도체 제조업체가 아닌 대학 부서에 있습니다. 그러나 우리는 미래에 교육자와 애호가 모두가 Mosbius를 더 광범위하게 이용할 수 있도록하고 싶습니다. 그렇게하는 가장 좋은 방법은 강한 수요가 상업 파트너에게 제시 할 수있는 것이기 때문에 저에게 연락하는 것입니다!