Энергонезависимая память для телевизоров седьмого поколения

Министерство образования Республики БеларусьБелорусский ГосударственныйУниверситет
Информатики и РадиоэлектроникиКафедра: Систем телекоммуникацийФакультет: ТелекоммуникацийПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломному проекту
НА ТЕМУ:
“ЭНЕГОНЕЗАВИСИМАЯ ПАМЯТЬ ДЛЯТЕЛЕВИЗОРОВ СЕДЬМОГО ПОКОЛЕНИЯ”Дипломник: Бутрим В.В.
Руководитель:  Ковалевский В.В.МИНСК 2002г.
АННОТАЦИЯ
В данном дипломном проекте будетрассмотрено Электрически Стираемое Программируемое Постоянное Запоминающее Устройство(ЭСППЗУ), которое применяется в телевизорах седьмого поколения. Также здесьприведен краткий анализ построения телевизоров тех поколений, где используетсяЭСППЗУ. Дана классификация запоминающих устройств и показано место, занимаемоеЭСППЗУ, в структуре классификации. Рассказывается, на каких элементах строитсяпростейшая запоминающая ячейка. Здесь также рассмотрена структура построенияЭСППЗУ и способы взаимодействия внутренних блоков. Показан электрический расчетнекоторых блоков. Рассмотрено, какие условия должны соблюдаться в помещении припроектировании интегральных микросхем. Показан какой экономический эффект можнополучить при производстве ЭСППЗУ.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Сравнительныйанализ вариантов построения цветных телевизионных приемников
2. Сравнительный анализ вариантов построения запоминающих устройств
2.1Сравнительная характкристика запоминающих  устройств
2.2Сравнительный анализ вариантов построения запоминающих устройств
2.3 Цифроваяшина управления I2C
3. Обоснованиеэксплуатационно-технических требований к запоминающему устройству телевизионногоприемника
4. Обоснованиеструктурной схемы электрически стираемого программируемого постоянногозапоминающего устройства
4.1 Описаниеназначения основных блоков
4.2 Описаниевзаимодействия основных блоков
5.Электрический расчет основных функциональных блоков
5.1Электрический расчет генератора высокого напряжения
5.2Обоснование выбора площади запоминающей ячейки. Расчет соотношения емкостей
6. Охранатруда и экологическая безопасность
6.1 Краткое описаниетехнологии изготовления полупроводниковых интегральных схем. Основные опасности,вредные вещества и их источники возникновения
6.2 Оценкаопасных и вредных факторов, допустимые уровни
6.3Обоснование выбора способов и средств обеспечения требований охраны труда
7.Технико-экономическое обоснование
7.1Характеристика объекта
7.2 Расчетсебестоимость и отпускной цены единицы продукции
7.2.1 Расчетзатрат по статье “Сырье и материал за вычетом возвратных отходов”
7.2.2 Расчетзатрат по статье “Основная заработная плата производственных рабочих”
7.3 Расчетединовременных затрат
7.4 Расчетэкономического эффекта
Заключение
Приложение А
Списокпринятых сокращений
Библиография

ВВЕДЕНИЕ
 
Развитие вещательноготелевидения идет по пути постоянного повышения качества телевизионногоизображения и звукового сопровождения, расширения функциональных возможностейтелевизора и предоставляемых зрителю сервисных услуг. Очевидно, что достигаетсяэто существенным усложнением схемотехники телевизора, которое стало возможнымтолько с появлением интегральных микросхем с высокой степенью интеграции (водном корпусе собрано более десятков тысяч активных приборов) При этом вес,размеры, и энергопотребление телевизора даже уменьшились. Конструктивно он сталболее простым, снизилось число регулировок и повысилась его надежность. Надискретных полупроводниковых приборах только один блок памяти на поле(полукадр) имел бы размеры в несколько раз превышающие телевизор.
Применение современныхинтегральных микросхем открыло для многостандартных и многосистемныхтелевизоров, позволяющих принимать программы не только наземных метрового идециметрового диапазонов, но и расширенного диапазона кабельного и спутниковоготелевидения[1].
Дистанционное управлениетелевизором и подключенным к нему видеомагнитофоном, в том числе формата S-VHS, с отображением на экране всех регулируемыхпараметров, предоставляемых пользователю широкий набор сервисных возможностей.Звуковое сопровождение может быть моно- и стереофоническим, двуязычным.Появилась возможность приема телетекста — буквенно-графической информации,передаваемой в составе телевизионного сигнала; дополнительной телевизионнойпрограммы в режиме “кадр в кадре” (PIP -“picture in picture”). Наконец, самым большим достижением принято считатьразработку модуля улучшения качества (IRQ), обеспечивающего преобразование вида развертки непосредственно втелевизоре. Осуществить эту операцию на телецентре нельзя, так кактелевизионный сигнал займет более широкую полосу частот.
Согласно техническомузаданию на дипломное проектирование необходимо разработать электрическистираемое программируемое постоянное запоминающие устройство (ЭСППЗУ) втелевизорах седьмого поколения. ЭСППЗУ — это определенный вид цифровыхзапоминающих устройств, который нашел применение во многих областях народногохозяйства.
В первую очередь ЭСППЗУбыли разработаны для использования в электронно-вычислительных машинах(ЭВМ).Так как ЭВМ является энергопотребляющим устройством, то существуют нескольковидов запоминающих устройств (ЗУ), используемых в компьютерной технике. Похарактеру хранения они могут быть энергозависимыми и энергонезависимыми. Этозначит, что при отключении источника питания от ЭВМ некоторая информация,хранящаяся в ЗУ, не должна изменять содержание. Такие ЗУ называютсяэнергонезависимыми. В случае, когда при отключении источника питания,информация в ЗУ изменяется (“сбрасывается”), то такие запоминающие устройстваназываются энергозависимыми. Только здесь следует говорить на о самих ЗУ, а онекоторых структурных областях — о памяти — запоминающих устройств.
Дальнейшее свое развитиеЭСППЗУ получило в связи с расширением использования ЭВМ. Так, например,электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство нашлоприменение в автомобилестроении, телевидении т.д.
Говоря о телевидении надоподразумевать цифровое телевидение, в котором используется I2C шина управления .
Предметом даннойразработки является электрически стираемое программируемое постоянноезапоминающее устройство с объемом накопителя 16К, где К=1024 бит,предназначенное для записи считывания и длительного энергонезависимогонеразрушаемого хранения информации[2].
Отличительнымиособенностями данного ЭСППЗУ являются:
— неразрушаемое хранение16Кбит 20 лет при Т=55 °С;
— один источник питания Ucc=(2,7-5,5) В;
— встроенный в кристаллумножитель напряжения;
— последовательная шинаввода/вывода;
— автоматическоеприращение адреса слова;
— внутренний таймер длязаписи;
— 1000000 цикловстирание/запись на байт cнизкой степенью отказов;
— два режима записи(режим записи по байту и страничный(32байта) режим записи для минимизацииобщего времени записи);
— установка внутреннейлогики по включению питания;
— неограниченное числоциклов чтения;
— низкое потреблениемощности;
— температурный диапазон отминус 40° С до плюс 85° С.

1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВПОСТРОЕНИЯ ЦВЕТНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ
Телевизионный (ТВ)приемник предназначен для воспроизведения изображения и звукового сопровождениянескольких вещательных программ. Эта задача решается путем приема, усиления ипреобразования одновременно двух независимых радиосигналов вещательноготелевидения, их взаимного разделения, а также селекции сигналовсинхронизации[3].
В настоящее время всетелевизионные приемники строятся по супергетеродинной схеме с однократнымпреобразованием несущей изображения и двукратным преобразованием звуковогосопровождения.
При анализе вариантовпостроения цветных телевизионных приемников будем исходить из того, что ЭСППЗУнашло свое применение в телевизорах пятого, шестого и седьмого поколений.Анализ начнем с перечисления общих по характеру свойств[4].
Итак, телевизионныеприемники пятого, шестого и седьмого поколений – это универсальныетелевизионные приемники, имеющие малые габариты и массу.
Они могут приниматьтелевизионные передачи через эфир, использоваться в качестве видеотерминалабытового компьютера, а также применяться в качестве монитора видеомагнитофонаили дисплея видеоигр. Телевизоры имеют мониторное использование конструкции срасположением ручных оперативных органов управления в нижней или верхней частипередней панели.
Стационарные ТВ приемникицветного изображения ведут прием и воспроизведение ТВ передач в стандартах CCIR (B/G), OIRT (D/K) и являютсясовместимыми при приеме программ с различными системами цветности.
В телевизорахиспользуется масочный компланарный взрывобезопасный кинескоп с самосведениемлучей и углом отклонения 90° импортного производства. Импульсный источникпитания обеспечивает работу ТВ приемника без применения стабилизаторанапряжения сети и электронную защиту при превышении энергопотреблениителевизора.
Для обеспечения высокогокачества изображения и звука схемы телевизоров имеют: автоматическоепереключение стандартов телевизионного вещания и систем цветного телевидения,автоматическую регулировку усиления, автоматическую подстройку частотыгетеродина, автоматическую стабилизацию размеров изображения, автоматическоеотключение звука при отсутствии телевизионного сигнала, автоматическуюрегулировку баланса белого, автоматическое размагничивание кинескопа.
Схема и конструкция телевизоровобеспечивают подключение видеомагнитофона для воспроизведения и записи повидеочастоте, подключение магнитофона для записи звукового сопровождения,подключение головных телефонов, регулировку с передней панели громкости,яркости, контрастности, насыщенности, переключение программ по кольцу, как всторону увеличения, так и уменьшения номера программы, автоматическую настройкуна программы; беспроводное дистанционное управление основными регулировками,прямым выбором программ, установкой предварительно выбранного значенияпараметров основных регулировок, включением и отключением звуковогосопровождения, выбором режима работы телевизора с видеомагнитофоном повидеочастоте и по радиочастоте, отключением телевизора от сети (перевод его врежим ожидания), включением телевизора (из режима ожидания), выводом на экрансостояния телевизора (номер программы, диапазон, в пределах которогоосуществляется прием выбранной программы, состояние таймера).
Далее рассмотримфункциональную схему телевизионного приемника пятого поколения, котораяпредставлена на рисунке 1.1.
/> />
В соответствии с ней телевизорсостоит из кассеты обработки сигналов КОС-501. Она содержит модули СКВ-41Е2Квсеволнового селектора каналов, двухстандартные усилители промежуточной частотыизображения (УПЧИ) и усилители промежуточной частоты звука (УПЧЗ) радиотрактана 6,5 и 5,5 МГц, собранные на микросхеме (МС) TDA 8305. Декодирование сигналацветности (СЦ) PAL/SECAM производится в МС TDA 4555. В ней выполняетсякоррекция высокочастотных (ВЧ) предыскажений, задержка и запоминание черезстроку (СЦ), их разделение, усиление прямого и задержанного сигналов, а такжечастотное детектирование. Сигнал яркости (СЯ) через эмиттерный повторительподается на декодер цветности. Полученные цветоразностные сигналы (ЦРС)красного и синего поступают на схему коррекции СЦ на МС TDA 4565, гдеповышается четкость границ между деталями изображения за счет уменьшениядлительности цветовых переходов, а также происходит необходимая задержка СЦ спомощью УЛЗ-64-8. Задержка СЯ производится специальной гираторной линией,которая входит в состав МС TDA 4565. Кроме этих узлов в этой же кассетеразмещаются кадровая развертка на МС К1021ХА5 и модуль устройства согласованияМУС-501 для коммутации сигналов внешних устройств. Кассета разверток и питанияКРП-501 также входит в состав телевизора и содержит модуль строчной развертки скорректором вертикальных линий и сплиттрансформатором типа ТДКС-4 или ТДКС-19для питания накала и электродов кинескопа, и модуль импульсного питаниятелевизора с устройством размагничивания кинескопа (УРК). Также в состав ТВприемника входят кроме указанных унифицированных узлов также модуль звуковойчастоты МЗЧ-501 и синтезатор напряжений МСН-501 [5].
В состав МСН-501 входитЭСППЗУ, в качестве которой используется МС PSF8582А. Эта микросхема работает совместно с I2C шиной, которая обеспечивает пересылку цифровой информации иуправление микросхемами. Выводы МС 5, 6 относятся I2Cинтерфейсу: 5 – это информационная двунаправленная линия, обозначаемая SDA, и 6 – это линия тактового сигнала,обозначаемая SCL. Так как эта МС программируетсяпроцессором, то вывод 7 используется для подачи синхросигнала программирования.На восьмой вывод подается положительное напряжение от источника питания 4,5 –5,5 В[6]. Теперь обратимся к функциональной схеме телевизионного приемникашестого поколения, которая представлена на рисунке 1.2. Очевидно, чтотелевизоры не претерпели особых изменений, за исключением того, что добавилосьнесколько новых блоков и произошло усовершенствование некоторых микросхем[7].
Отличительнымиособенностями телевизоров шестого поколения являются: воспроизведение на экранекинескопа дополнительного (встроенного) изображения сигналов, поступающих ввидеотракт, как из собственного радиоканала, так и от внешнего источника(приемный тракт видеомагнитофона, видеозапись); приема и воспроизведениясигналов телетекста (ТХТ), передаваемых в системе WST. Воспроизведение телетекста в нескольких режимах,позволяющих производить обзор передаваемой информации, выбор, запоминание и“перелистывание” записанных в память страниц текстовой и графическойинформации, воспроизведение титров, сопровождающих телепередачу на различныхязыках; изменение размеров и мест расположения встроенного изображения.
Все эти функцииобеспечиваются и формируются с помощью таких устройств как система управленияТВ приемником и телетекстом и модуля “кадр в кадре”. Последний обеспечиваетвыполнение следующих сервисных функций: вывод на экран движущегосядополнительного изображения сигнала вещательного телевидения либо сигнала,поданного на видеовход телевизора независимо от того какой сигнал в данныймомент проходит обработку в основном тракте телевизора. Вывод на экранкинескопа неподвижного изображения любого из сигналов, выбор одного из четырехфиксированных мест вывода дополнительного изображения (знакоместо); выборразмера дополнительного изображения 1:9 либо 1:16.
В ТВ приемниках шестогопоколения в системе управления телевизором и телетекстом находится ЭСППЗУ, вкачестве которой используется микросхема PCF8582Е. Все ее свойства и функции полностью повторяютсяв МС PCF8582А, за исключением того, что приприеме телетекста ЭСППЗУ “отдает” половину объема своего накопителя памяти длязапоминания информации, которая передается в режиме телетекста.
Далее рассмотримструктурную схему телевизионного приемника седьмого поколения, котораяпредставлена на рисунке 1.3.
От антенны сигнал поступаетна высокочувствительный тюнер, отличительной особенностью которого является то,что полностью устраняется возможность нестабильной настройки (например, прислабом сигнале) и позволяет вводить необходимую частоту принимаемого канала спульта дистанционного управления. Сигнал от тюнера проходит через фильтр наПАВ, адаптизированные под отечественные передающие станции, что исключаетпроникновение в звуковой тракт «рокота», возникающего чаще всего припередаче титров[8]. После выделения видеосигнала в процессоре он поступает надополнительный фильтр, АЧХ которого подстраивается под сигнал для более полногоустранения шумов и помех. Эта система подавляет некоррелированную помеху,вызывающую «снег», одновременно уменьшая паразитный сигнал, которыйобразуется при переотражении радиоволн от различных объектов и приводящих кпоявлению «повторов» на изображении. Однако, зачастую и сомаизображение, передаваемое с телецентра, не очень качественно. И в этом случаевидеопроцессор может его улучшить благодаря системе «КОНТРАСТ+».Последним звеном в цепи от антены до кинескопа является широкополосныйусилитель с большим динамическим диапазоном.
Необходимо отметить, чтов телевизорах седьмого поколения применена система настройки автоматическогобаланса белого по «двум точкам». При двухточечной стабилизациистарение кинескопа не приводит к ухудшению баланса белого, и превосходнаяцветопередача обеспечивается в течении всего срока службы. Человеческий глазустроен таким образом, что его чувствительность к различным цветам неодинакова,а это значит, что при разной яркости изображения будет иметь различные оттенки.для этого применена система автоматической подстройки цветовой гаммы, котораяотслеживает изменение яркости и полностью сохраняет цветовую гамму изображения.Видеопроцессор обрабатывает не только принимаемый сигнал, но и контролируетстабильность геометрических параметров растра.
В качестве источникапитания используется импульсный ИП со схемой автоматического выключения иперевода в дежурный режим. В ТВ приемниках также применен синтезатор напряженийна100 программируемых каналов и процессор управления телевизором с отображениеминформации на его экране. Телевизор может осуществлять автоматический поисксразу всех передающих станций, их предварительное запоминание, сортировку,окончательное запоминание, а также присвоение индивидуальных имен 40программам. ТВ приемники могут осуществить прием спутниковых программ. Для этойцели в конструкции телевизора предусмотрена возможность монтированияспутникового тюнера. Вместе с этим в ТВ приемниках может осуществляться приемстереофонических передач звукового сопровождения или звукового сопровождения надвух языках[9]. Управление приемником происходит через так называемое меню.Меню – это совокупность таблиц команд, которые отображаются на экранетелевизора по командам, подаваемым с пульта дистанционного управления иликлавиатуры передней панели. Передача информации от ПДУ к телевизоруосуществляется посредством инфракрасного излучения.
Для того, чтобыосуществлять все вышеперечисленные сервисные функции телевизор должен обладатьбольшим объемом памяти накопителя. Напомним что, в ТВ приемниках шестогопоколения объем накопителя составляет 8К, где К=1024 бит. В телевизорахседьмого поколения объем памяти должен быть увеличен хотя бы в два раза. Вкачестве ЭСППЗУ в телевизорах используется ЗУ с объемом памяти 16 кбит. Этодает возможность запоминать большее количество параметров, регулировок и т.п.
Отличительнымиособенностями данного ЭСППЗУ являются:
— неразрушаемое хранение16Кбит 20 лет при Т=55 °С;
— один источник питания Ucc=(2,7-5,5) В;
— встроенный в кристаллумножитель напряжения;
— последовательная шинаввода/вывода;
— автоматическоеприращение адреса слова;
— внутренний таймер длязаписи;
— 1000000 цикловстирание/запись на байт cнизкой степенью отказов;
— два режима записи(режим записи по байту и страничный(32байта) режим записи для минимизацииобщего времени записи);
— установка внутреннейлогики по включению питания;
— неограниченное числоциклов чтения;
— низкое потреблениемощности;
— температурный диапазонот минус 40° С до плюс 85° С.
/>


/>

2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
 
2.1 ОСНОВНЫЕХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
В современных электронныхсистемах около 70% объема и стоимости приходится на долю запоминающих устройств(ЗУ), которые представляют собой комплекс технических средств предназначенныхдля записи, хранения и выдачи информации. В ЗУ в двоичном коде хранятсяпрограммы вычислений, исходные данные, промежуточные результаты и команды.
Характеристики ЗУ определяюткачество и целесообразность его применения в той или иной вычислительной машинеили системе. Основными характеристиками ЗУ являются информационная емкость,быстродействие и надежность.
Информационная емкость ЗУопределяется количеством двоичных единиц информации (бит), которое можетхраниться в нем.
Быстродействие ЗУ характеризуетсяего временными характеристиками, к которым относятся: время обращения к ЗУ призаписи и считывании информации, время считывания или выборки информации. Времяобращения (время цикла) характеризует максимальную частоту обращения к данномуЗУ при считывании или записи информации. Время считывания или выборкиинформации – это интервал времени обращения к ЗУ до получения выходного отподачи сигнала считывания. Время записи информации – это интервал времени отмомента подачи сигнала обращения к ЗУ до момента готовности информации ксчитыванию.
Надежность ЗУ определяетсячисловыми значениями параметров конструктивной и информационной надежности. Подконструктивной или элементной надежностью понимают вероятность безотказнойработы всех элементов или устройства в заданном интервале времени и в заданныхусловиях эксплуатации.
Информационная надежность ЗУопределяет способность устройства сохранять, принимать и выдавать требуемуюинформацию без ее искажения. Численно информационная надежность может бытьоценена соотношением амплитуд информационных сигналов и помех в моменты записии считывания информации. Большое отношение амплитуд сигналов и помехгарантирует высокую информационную надежность.
Важными характеристиками ЗУ, каки любого и другого устройства машины, являются также габариты, масса,потребляемая мощность и стоимость. Кроме того, к специальным ЗУ предъявляютособые требования по параметрам механических и климатических воздействий[10].
Запоминающие устройства можноклассифицировать в зависимости от особенностей их построения и функционированияпо назначению, адресации информации, характеру хранения информации, пократности считывания, физическим принципам работы запоминающих элементов (ЗЭ),технологии изготовления ЗЭ. Классификация ЗУ представлена на рисунке 2.1.1.
По назначению ЗУ делятся накратковременные и долговременные. В свою очередь ЗУ с долговременным хранениеминформации делятся постоянные ЗУ (ПЗУ) и полупостоянные ЗУ (ППЗУ). Характернойчертой ПЗУ и ППЗУ является сохранение информации при отключении источникапитания (ИП). При этом в ПЗУ возможно лишь однократная запись информации,производимая либо в процессе производства, либо в результате программирования,В ППЗУ возможно многократное изменение хранимой информации при эксплуатации.
ЗУ с кратковременным хранениеминформации используется для хранения оперативной часто меняющейся информации. Вэтих ЗУ отключение ИП приводит, как правило, к потере хранимой информации.Следует отметить, что ППЗУ при сокращении длительности цикла записи могут бытьиспользованы и для хранения оперативной информации. Разумеется, ППЗУ могут бытьв большинстве случаев использованы и в качестве ПЗУ.
По адресации ЗУ могут быть спроизвольной, последовательной и ассоциативной выборкой. В ЗУ с произвольнойвыборкой (или доступом) время обращения не зависит от адреса числа вустройстве. В ЗУ с последовательной выборкой для нахождения числа поопределенному адресу необходимо последовательно просмотреть все ячейки,предшествующие заданной. Очевидно, что в этих устройствах время обращениязависит от адреса. Для поиска определенной информационной единицы в таком ЗУнеобходимо сначала отыскать соответствующий массив, а затем информационнуюединицу в этом массиве.
В ассоциативных ЗУ (АЗУ) поиск иизвлечение информации происходит не по месту нахождения (адресу), а понекоторым признакам самой информации, содержащейся в самой ячейке. Такаяпамять, в сущности, состоит из адресуемых ячеек, однако, в системе предусмотрентакже механизм проверки или сравнения ключевой информации со всеми записаннымисловами. Блок памяти АЗУ разбивается на две части: основная информация ипризнаки. Каждая ячейка в блоке признаков связана с соответствующей ячейкойпамяти в блоке основной информации с помощью индикаторов совпадений.Структурная электрическая схема АЗУ представлена на рисунке 2.1.2.
При поиске информации происходитсравнение кода признака опроса с кодами всех ячеек блока памяти признаков. Присовпадении этих кодов индикаторы совпадений разрешают выдачу информации.
При поиске информации ЗЭ блокапамяти признаков кроме функции хранения информации должны выполнять функциилогического сравнения и в связи с этим должны допускать считывание безразрушения информации.
По кратности считывания различаютЗУ со считыванием без разрушения информации и ЗУ со считыванием с разрушениеминформации. В последнем случае для сохранения информации необходимовосстанавливать (регенерировать) считанную информацию в каждом цикле обращенияк ЗУ, чтобы иметь возможность ее последующего использования.
По физическим принципам работызапоминающего элемента ЗУ делят на магнитные, полупроводниковые,сверхпроводниковые, оптические и т. д. В современных ЭВМ наиболее широкоиспользуют двоичную систему исчисления. Поэтому для кодирования и храненияинформации могут использоваться различные физические процессы, определяющие дваразличных состояния вещества, например, различные состояние намагниченностимагнитных материалов, наличие или отсутствие заряда в данной областиполупроводника или диэлектрика, конечное электрическое сопротивление участкацепи и нулевое сопротивление этого же участка, возникающее вследствие эффектасверхпроводимости некоторых веществ и т.д.
Создание блоков памяти,обладающих большой емкостью и в тоже время приемлемыми по габаритам иэкономичности, может быть реализовано только при условии максимальнойминиатюризации как всего блока памяти в целом, так и основной его части –накопителя информации. Наибольшие успехи в микроминиатюризации в настоящеевремя достигнуты при использовании полупроводниковых элементов, выполняемых поинтегральной технологии, что в значительной мере и определило широкоеприменение их в системах памяти современных ЭВМ.
2.2СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Как известно, полупроводниковыеэлементы памяти используются во многих отраслях, например, в телевидении.Почему же полупроводниковые устройства памяти, а не магнитные либо оптическиенашли свое применение в телевидении? Ответ на этот вопрос можно найти,рассмотрев основные достоинства и недостатки этих устройств памятинепосредственно касающихся телевидения.
Оценку магнитных, оптических иполупроводниковых ЗУ проведем исходя из основных признаков, сведения о которыхсведем в таблицу 2.1.1.
Таблица 2.2.1 Магнитные устройства памяти Оптические устройства памяти Полупроводниковые устройства памяти Информационная емкость (бит) 104..107 109..1011 103..107 Быстродействие, с 10-4..10-7 10-2..100 10-5..10-6
Проанализировав таблицунеобходимо отметить, что оптические устройства памяти обладают наибольшейинформационной емкостью – 109..1011 бит, но наряду с этимони являются «очень медленными». Время считывания ограничено сотымидолями секунды, что является существенным недостатком этих устройств. К плохимкачествам этих устройств можно отнести и то, что в области телевидения нетразработок, которые играли бы роль ЭСППЗУ. Также для оптических устройствзаписи обязательным условием является наличие оптических линз для записи исчитывания информации. Это условие ухудшает надежность телевизора в целом. Чтокасается огромного объема памяти, который может храниться в оптических ЗУ, тодля телевидения он просто не нужен.
Исходя из основных показателей умагнитных устройств записи основные параметры являются нисколько не хужеполупроводниковых ЗУ. Но основным недостатком магнитных ЗУ является стоимостьих изготовления, а также сопрягающее оборудование, которое увеличивает габаритыи массу самого телевизора. Таким образом, полупроводниковые устройства памятилучше всего подходят нам по своим параметрам. Наряду с этим отмечу, чтополупроводниковые ЗУ являются на сегодняшний день самыми дешевыми визготовлении, так как технология полупроводниковых устройств используют самыепоследние научные достижения.
Классифицируя ЭСППЗУ [11]необходимо отметить, что состоит оно в одном классе со стираемымпрограммируемым постоянным запоминающим устройством (СППЗУ) стираемымультрафиолетовым облучением. Вместе же они входят в состав репрограммируемыхпостоянных запоминающих устройств, которые наряду с многократнопрограммируемыми постоянными ЗУ и программируемыми постоянными ЗУ входят всостав постоянных запоминающих устройств.
Для построения репрограммируемыхПЗУ используется разновидности МОП-технологии:
— для СППЗУ – с лавиннойинжекцией заряда и плавающим затвором;
— для ЭСППЗУ – с лавиннойинжекцией заряда и с двойным затвором, и технология металл – нитрид кремния –окисел кремния – полупроводник МНОП структура. Широко применяются комбинацииэтих технологий с КМОП-технологией.
Так как ЭСППЗУ являетсяэнергонезависимым, то в основе механизма запоминания и хранения информациилежат процессы накопления заряда при записи, сохранения его при считывании ипри выключении электропитания в специальных МОП-транзисторах.
ЭСППЗУ строятся наМОП-транзисторах, у которых между затвором и полупроводником располагаетсядвухслойный диэлектрик, выполненный из нитрида кремния и тонкого слоя двуокисикремния (так называемая МНОП-структура).
Принцип записи в такой элементоснован на том, что при подаче на затвор МНОП транзистора положительногонапряжения, превышающего критическое значение (около 30 В), на границе кремния– нитрид кремния формируется заряд, снижающий пороговое напряжение включенияМНОП транзистора. При подаче отрицательного напряжения такого же значенияпроисходит обратный процесс и восстанавливается высокое пороговое напряжениетранзистора. Одно из состояний транзистора может быть принято за логическуюединицу, а другое состояние – за логический нуль. В режиме считывания на затворМНОП транзистора подается напряжение, больше порогового напряжения включениятранзистора с «низким» порогом, но меньшее порогового напряжениятранзистора с «высоким» порогом.
2.3 ЦИФРОВАЯСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ I2C
Цифровая система (шина)управления I2C разработана фирмой Philips дляприменения в бытовой радиоаппаратуре и, в частности, в телевизорах[12]. Онаобеспечивает пересылку цифровой информации (данных) и управление микросхемами,имеющими интерфейсы I2C. Включение последних в состав МС существенно уменьшаетчисло их управляющих выводов и упрощает трассировку печатной платы.
Помимо I2C, существуют идругие разновидности систем (шин) управление аппаратурой, например, S-шина,разработанная фирмой SGS-Thomson, или IM-шина, предложенная фирмой ITT. Однако,система I2C пока наиболее распространена. Ее название происходит отанглийской аббревиатуры IIC — inter integrated circuit, обозначающей связь между интегральными МС.
I2C представляетсобой последовательную двухпроводную магистраль, позволяющую передавать потокцифровой информации в обоих направлениях со скоростью до 100 кбит/с. Кмагистрали I2C подключают одновременно несколько интегральных МС, причемкаждая имеет свой индивидуальный адрес. Ограничением при этом служит суммарнаяемкость, которая не должна превышать400 пФ. Максимальная длина магистрали — 4м.
Подключаемые интегральные МСмогут быть ведущими, инициирующими обмен информацией (например,микроконтроллеры управления), и ведомыми Причем к магистрали I2C одновременноможно подключить несколько ведущих устройств, так как в ней поддерживаетсяпроцедура арбитража (состязания). Шина I2C образованадвумя двунапрвленными последовательными линиями: данных – SDA и тактовойчастоты (синхронизации) – SLC. Каждая линия должна быть подключена к плюсовомупроводнику источника питания через резистор R.Схема ихпдоключения изображена на рисунке 2.3.1 Выходные каскады МС, подключаемых кшине, имеют открытый сток или открытый коллектор. Резистор R обеспечиваетуровень 1 при закрывании всех транзисторов.
Передача информации по шине I2Cобеспечивается по битно. Каждому передаваемому биту по линии SDAсоотвеотствует генерируемый тактовый импульс на линии SLC. Передаваемаяинформация в виде постоянного уровня 1ил 0 на линии SDA в течениитактового импульса на линии SLC (уровень 1) должна быть неизменной. Смена информациипроисходит только в состоянии 0 линии SLC. Эта ситуация показана нарисунке 2.3.2.
В магистрали I2C передачаинформации начинается с режима «Старт», а заканчивается режимам«Стоп». Эти условия формируется ведущим устройством и их видпредставлен диаграммой на рисунке 2.3.3. Режим «Старт» возникает припереходе уровня на линии SDA из состояния 1 в 0 при уровне 1 на линии SLC. Притом жеуровне 1 на линии SLC во время перехода на линии SDA уровня изсостояния 0 в1 формируется режим «Стоп».После режима«Старт» магистраль считается занятой и освобождается только послережима «Стоп».
Информация передается по шине I2C в видепоследовательных байтов, состоящих из восьми битов, при этом первый передаетсястарший бит. На рисунке 2.3.3 видно, что каждому тактовому импульсу из1-8 на линииSLC соответствует передаваемый бит (1 или 0) на линии SDA. В концекаждого байта информации следует сигнал подтверждения, формируемый на линии SLC приемником.Тактовый импульс подтверждения приема генерируется ведущим устройством (импульс9 на рисунке 2.3.3). Кроме того, она переводит линию SDA в состояние 1(«отпускает»). При приеме байта информации приемник во времяпрохождения тактового импульса подтверждения приема должен перевести линию SDA в состояние0, причем оно действует в течении всего тактового импульса подтверждения. Еслиприемник, к которому происходит обращение не может принять информацию, линия SDA в моменттактового импульса подтверждения остается в состоянии 1. В этом случае ведущееустройство переходит в режим «Стоп» и прекращает передачу информации.Следовательно, приемник может прервать передачу после любого переданного байта.Кроме того, если приемник не может принять очередной байт, он на некотороевремя задерживает передачу информации, переводя линию SCL на уровень 0.Это же происходит и в случае приема каждого бита.
Формат передачи информации пошине показан на рисунке 2.3.4. После формирования режима «Старт»ведущее устройство передает восьмибитную последовательность, состоящую изсемибитного адреса приемника, к которому идет обращение, и восьмого бита,определяющего направление передачи информации. После того, как последовательнона шину I2C ведущее устройство подаст сигналы адреса приемника, МСсравнивают семь бит адреса. Если они совпадают для какой-нибудь микросхемы, тоона анализирует восьмой бит, чтобы определить направление передачи. Когда этотбит имеет значение 0, ведущее устройство будет передавать информацию приемнику.В случае если бит имеет значение 1, ведущее устройство запросит информацию отприемника.
После того как приемниксформирует сигнал подтверждения адреса (девятый бит), ведущее устройствоначинает передавать восьмибитные последовательности информации. Прием каждойпоследовательности также подтверждается приемником. Передача информациизаканчивается формированием режима «Стоп».
Шина I2C позволяетподключать МС, изготовленные по разным технологиям. При работе с напряжениямпитания 5 В уровень 0 должен быть не более 1,5 В, уровень 1 — не менее 3 В.Минимальная длительность уровня 0 тактового импульса равна 4,7 мкс, аминимальная длительность уровня 1 тактового импульса равна 4 мкс. Примериспользования шины I2C в /> />
условномтелевизоре цветного изображения показан на рисунке 2.3.5.

/>


/>

3. ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ
 
3.1 Описание назначения основныхблоков
Согласно техническому заданию на дипломное проектированиенеобходимо разработать электрически стираемое программируемое постоянноезапоминающее устройство для телевизоров седьмого поколения. Объемом памяти ЗУсоставляет 16К, где К=1024 бит. Структурная схема этого объекта представлена нарисунке 3.1.
На данной схеме показаны,какие блоки входят в ЭСППЗУ. Это входной фильтр, блок логики управления I2C шиной, регистр режимов, компаратор адреса, сдвиговыйрегистр, указатель адреса, блок задания временной последовательности, генераторвысокого напряжения. А также декодер столбцов и декодер строк, страничныйрегистр и накопитель (8х256х8), генератор и делитель частоты, блок установки попитанию и внутренняя шина.
Рассмотрим назначениевсех этих блоков. Входной фильтр предназначен для коррекции амплитуды идлительности импульсов, поступающих от формирователя команд управления.Коррекция амплитуды и длительности импульсов необходимо для того, чтобысогласовать входные уровни I2C интерфейса с параметрамиКМОП-структуры микросхемы.
Регистр режимовпредназначен исключительно для тестирования, то есть он необходим только настадии разработки. Он позволяет проверять внутрикристальное программированиемикросхемы, исключая воздействие на накопитель генератора высокого напряжения.Воздействие высокого напряжения на накопитель “расшатывает” пороговыенапряжения, которые позволяют стирать записывать информацию.
Блок установки по питаниюпредназначен для того, чтобы он устанавливал все остальные блоки – сдвиговыйрегистр, указатель адреса, блок задания временной последовательности игенератора в исходное состояние. Блок установки по питанию сам получает сигнал,когда телевизор переходит из дежурного режима в рабочий.
Блок указателя адресапредназначен для выборки последовательности цифровых импульсов, которая следуетна декодер столбцов и строк. Также в блоке указателя адреса существуетмеханизм, который вырабатывает импульс предназначенный для автоматическогоприращения номера адреса. Этот механизм работает в течение 32 байтов иобнуляется в конце его.
Так как программированиемикросхемы может осуществляться только под внутрикристальным управлением, то вмикросхеме в блоке компаратора адреса “зашит” адрес МС. Другими словами, когдапо I2C шине начиная с процедуры “Старт” передается цифроваяпоследовательность, в которой указывается адрес микросхемы, к которойобращается микроконтроллер или другое головное устройство. Этот адресназывается служебным. Из этого следует, что в блоке компаратора адреса сравниваютсяслужебный адрес МС и адрес, находящийся в цифровой последовательности. Еслирезультат сравнения оказывается положительным, то осуществляется передачаданных (считывание, запись, стирание) из МС или в МС.
Сдвиговый регистр предназначен для преобразованияпоследовательной цифровой последовательности в параллельную. Это необходимопреже всего потому, что внутри самой микросхемы существует внутренняя шина. Онапредставляет собой совокупность параллельных проводников, которые подходят ккаждому из блоков. Таким образом можно сказать, что в каждом блоке находятсяпреобразователи такого рода.
Как отмечалось выше программирование ЭСППЗУ осуществляетсятолько под внутрикристальным программированием. Это подоазумевает наличиевнутреннего задающего генератора. Генератор вырабатывает высокостабильнуюцифровую последовательность импульсов. Период повторения импульсов состовляетпорядка 1..2 мкс. Для внутрикристального программирования период повторенияимпульсов должен составлять 7..8 мкс. Для целей увеличения периода повторенияиспользуется делитель частоты, который уменьшает значение частоты.Использование генератора и делителя частоты обусловлено оптимальным сочетаниемплощади, занимаемое генераторам и делителем. Это технологическре решениеупрощает размещение блоков в самой микросхеме.
Генератор высокогонапряжения предназначен для выработки высокого напряжения (около 30 В), котороенеобходимо для подачи в накопитель для реализации режима стирание/запись.
Декодер строк и столбцовпредназначен для выработки номера необходимого строки и столбца, к которымпроисходит обращение.
Накопитель предназначендля долговременного неразрушаемого хранения информации. Накопитель представляетсобой совокупность двух блоков. Каждый их этих блоков делится на 4 и т.д. Такоеделение обусловлено тем, что происходит уменьшение времени обращения к ячейкепамяти, что в результате приводит к увеличению быстродействия.
Как известно, объем накопителя составляет 16К, где К=1024бит, что является достаточно большим объемом, то соответственно и занимаетбольшую площадь в микросхеме. Из этого следует, что с точки зрения технологииплощадь элементарного запоминающего элемента должна быть как можно меньшей. Приэтом надо учитывать, что к элементарной ячейке необходимо подвести адреснуюшину, что в свою очередь увеличивает площадь накопителя. В таком случае идут наобъединение нескольких элементарных ячеек в одну группу ( например. четыреячейки – в одну, восемь – в одну). Так как в МС организована побайтоваяпередача информации, то объединяют восемь ячеек в одну. И к этой группеподводят одну адресную шину. Такое решение уменьшает площадь накопителя, но всеже она остается самой большой.
Страничный регистрпредназначен для предварительной информации, которая может быть записана внакопитель либо может служить для считывания данных из него. Как видно изпредставленной структурной схемы страничный регистр находится внепосредственной близости от накопителя.Это опять таки увеличиваетбыстродействие микросхемы. Также этот блок предназначен для постраничногодоступа к накопителю, что уменьшает время обращения к нему. Постраничный режимиспользуется как на этапе тестирования, так и во время эксплуатации.
Блок задания временнойпоследовательности предназначен для выработки цифровой последовательности,которая поступает в различные блоки, на основании внутрикристальной программы.
3.2 Описание взаимодействия основныхблоков структурной схемы
Электрически стираемоепрограммируемое постоянное запоминающее устройство работает во взаимодействии сI2C шиной. Рассмотрим режимы и протоколы, при которых ЭСППЗУфункционирует.
ЭСППЗУ, как отмечалосьвыше, предназначено для хранения, записи и считывания информации. Для храненияинформации в ЗУ существует специальный вид транзисторов, основанных на такназываемых МНОП-стрктурах. Для записи и считывания информации существуют режимыили протоколы, которые задаются процессором управления или микроконтролером.Эти протоколы задают в каком из режимов будет функционировать ЭСППЗУ. Протоколыпредставляют собой цифровую последовательность, которая передается по шинеуправления I2C. Приведем протокол в режиме «Чтения» с вводомадреса слова (таблица 3.2), сокращенный протокол в режиме «Чтения»(таблица3.3), протокол в режиме «Стирание/Запись» двух байтов(таблица 3.4) и протокол в режиме «Стирание/Запись» страницы (таблица3.5). Также приведем таблицу 3.1, в которой раскрываются обозначения словприведенных в протоколах.
/> />
Таблица 3.2ST CR/WR As WA As ST CS/RD As DA Am DA Am SP
Таблица3.3ST CR/RD As DA Am DA Am SP
Таблица3.4ST CR/WR As WA As DE As DE As SP
Таблица3.5ST CR/WR As WA As DE As DE As DE As SP
Из протоколов очевидно, что каждая передача данных начинаетсяс условия «Старт» и завершается условием «Стоп». Информацияпередается в байтоорганизованной форме. Число байтов информации, передаваемыхмежду условиями «Старт» и «Стоп» ограничено в режиме«Стирание/Запись» и неограниченно в режиме «Чтение». Каждоеслово из восьми бит (каждый байт) сопровождается проверочным девятым битом,битом подтверждения. Семь из восьми бит информации является адресом ЭСППЗУ,восьмой бит определяет направление передачи информации.
Особенностью протоколов врежиме «Чтения» является изменение направления передачи информации полинии SDA: до окончания управляющего слова CS/RD микросхема принимает информацию, а после него происходитпередача (считывание) данных. Один раз задав протокол можно последовательносчитать неограниченное число байтов данных. После каждого байтавнутрикристальный счетчик адреса автоматически приращивается на«единицу» пополучению подтверждения от «главного приемника»(Am=0). Сразу после отрицательногофронта тактового импульса подтверждения ( в случае As или Am=0)выход МС является низкоомным и на линии SDA устанавливается первый бит считываемого байтаинформации. В случае передачи информации микросхемой последнего байта ведущееустройство должно выдать не сигнал, подтверждающий прием, а передать ведомомуустройству информацию об окончании приема (Am=0). В этом случае после отрицательного фронта тактовогоимпульса подтверждения выход МС переводится в состояние с высоким выходнымсопротивлением (закрывается), на линии SDA устанавливается высокий уровень, разрешающий ведущемуустройству выработать условие «Стоп».
Как видно изфункциональной схемы ЭСППЗУ перед тем, как цифровая последовательностьпоступит в блок логики управления I2C шиной, она проходит коррекциюамплитуды и длительности составляющих ее импульсов. После того, как ведущееустройство сформировала условие «Стоп» начинается внутренний циклпрограммирования, посредством которого информация записывается, считываетсялибо стирается. Рассмотрим, что же происходит.
Блок логики управления I2C шиной отслеживает поступаемый адрес в цифровойпоследовательности, а компаратор адреса сравнивает приходящий адрес с адресом«зашитым» в ЭСППЗУ. Далее, так как внутри ЭСППЗУ существуетвнутренняя параллельная шина, то необходимо последовательную цифровую последовательностьперевести в параллельную. Для этих целей служит сдвиговый регистр. Указательадреса показывает через декодер строк к какой строке накопителя и напрямую кстроке страничного регистра идет обращения при стирании, записи или считывании.Также указатель адреса показывает декодеру столбцов к какой ячейке идетобращение. Блок задания временной последовательности координирует работу приобращении к накопителю, то есть при стирании или записи новой информации ондает «разрешение» на включение генератора высокого напряжения. Присчитывании информации из накопителя генератор высокого напряжения должен бытьвыключен.
Необходимо различать дваосновных режима записи: побайтовая запись и страничная запись. В первом случае,после принятия адреса слова микросхема выдает подтверждение, принимаетпоследующие восемь бит данных и снова выдает подтверждение. При этом адресслова автоматически приращивается. После этого ведущее устройство может тотчасже прервать передачу посредством формирования условия «Стоп». Послеформирования условия «Стоп» стартует активный процессперепрограммирования и последовательная шина свободна для другой передачи. ЕслиЭСППЗУ адресуется через I2C шину во время программирования, тоона не выдает бит подтверждения.
Страничный режим записиинициируется таким же образом, как и операция записи байта. Только во времяодной передачи ведущее устройство передает 32 байта данных. После приемакаждого байта пять младших разрядов адреса слова внутренне приращивается. Пятьстарших разрядов адреса слова остаются неизменными. ЭСППЗУ подтверждает приемкаждого байта данных формированием бита подтверждения. Передача по шинепрерывается ведущим устройством посредством формирования условия«Стоп» после тридцать второго байта данных. Если ведущее устройствопередает более тридцати двух байтов прежде чем выработать условие«Стоп», то подтверждение на последующие байты данных не дается, всяпередача игнорируется и программирование не осуществляется.

4. ОБОСНОВАНИЕЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ЗАПОМИНАЮЩЕМУ УСТРОЙСТВУТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА
Согласно техническомузаданию на дипломное проектирование необходимо разрабатывать ЭСППЗУ соследующими электрическими параметрами:
1. Емкостьнакопителя – 16К (2Кх8) бит, где К=1024 бит.
2. Напряжениепитания UCC=2,7 – 5,5 В.
3. Длительностьцикла стирание/ запись не более 10 мс.
4. Число цикловстирание/запись 1000000.
5. Тактовая частота300 кГц.
6. Входноенапряжение низкого уровня на входе SCL, UIL=-0,8 0,3 В.
7. Входноенапряжение высокого уровня на входе SCL, UIH=0,7UCC 6,5 В.
8. Входное напряжениенизкого уровня на входе/выходе SDA, UIL=-0,8 0,3 В.
9. Входное напряжениевысокого на входе/выходе SDA, UIH=0,7UCC 6,5 В.
Обоснуем выбор данныхэлектрических параметров.
Согласно ГОСТу 24459-80[13], который распространяется, на интегральные МС ЗУ и элементов ЗУ: ОЗУ, АЗУ,ЗУ на ПЗС и цилиндрических магнитных доменах; постоянные ЗУ, программируемыемаской, ПЗУ с однократным электрическим программированием; ПЗУ с многократнымэлектрическим программированием, и устанавливает допускаемые сочетания значенийосновных параметров ЗУ – число информационных слов, число разрядов винформационном слове, время выборки, потребляемую мощность.
В пункте 3 данного ГОСТаговориться, что допускаемые сочетания значений числа информационных слов ичисла разрядов в информационном таблицы слове для ПЗУ, ПЗУ с однократнымэлектрическим программированием и ПЗУ с многократным электрическимпрограммированием должны соответствовать таблице 2 ГОСТа 24459-80. Мы не будемприводить всей таблицы, а лишь воспользуемся некоторыми цифрами: 8 – числоразрядов в информационном слове и 16К – число информационных слов, где К=1024бит. Эти данные свидетельствуют, что емкость накопителя может быть реализованас помощью 8 разрядов в информационном слове в объеме 16К, где К=1024 бит.
Согласно пункту 6 ГОСТа24459-80 допускаемые сочетания значений времени выборки ПЗУ с многократнымэлектрическим программированием на основе МНОП структур выбирается из диапазонаиз 40 до 4000 нс. Длительность цикла стирание/запись зависит от времени выборкии может быть менее 10 нс. Это значение является верхним пределом и выборменьшего значения будет уже зависит не только от времени выборки, но и отдругих причин.
Согласно ГОСТу 17230-71[14] распространяющегося на интегральные микросхемы, номинальное напряжениепитания для последних может быть выбрано из ряда значений. Приведем несколькономиналов из этого ряда: 2,7; 3,0; 3,5; 4,5; 4,8; 5,2; 5,5 В. Одно из значенийэтого ряда будет выбрано в соответствии с необходимым напряжением питания.
Следующий параметр –число циклов стирание/запись. Этот параметр зависит от двух факторов. В первуюочередь он зависит от изменения пороговых напряжений в ячейке памяти,вследствие чего происходит утечка заряда из области формирования заряда. Врезультате этого область формирования заряда разрушается, и информацияисчезает. Второй фактор – это разброс температур, то есть вышеперечисленныеоперации происходят быстрее.
Известно, чторазрабатываемое ЭСППЗУ работает с I2C интерфейсом, то есть существуютдвунаправленная шина данных SDA и,так называемая, тактовая шина SCL.Для I2C интерфейса напряжения низкого и высокого уровнястандартизированы международным стандартом ISO.
Тактовая частотаопределяет быстродействие ЭСППЗУ. Значение тактовой частоты ограниченотехнологией изготовления внутреннего генератора.

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ
 
5.1 Электрический расчет генераторавысокого напряжения
Улучшенная схема умножителянапряжения была разработана для создания напряжения плюс 40 В, чтобы обеспечитьвозможность работы от стандартных источников питания напряжением плюс 5 В.Высокое напряжение генерируется внутри интегральной микросхемы. МС сделана поМНОП-технологии. При подобном решении эффективность умножения и возможностьуправления током не зависят от числа ступеней умножения. Для умножителя былиразработаны математическая модель и эквивалентная схема, предсказывающиехорошее согласование характеристик с результатами измерений.
Умножительнепосредственно входит в состав энергонезависимой памяти, где занимает площадь600х240 мкм. Тактовая частота составляет 1 МГц, а максимальный ток нагрузки 10мкА. Выходное сопротивление равно 3,2 кОм.
Хотя МНОП-технология созданияэнергонезависимых схем памяти уже хорошо отработана, ее недостатком являетсятребование относительно высоких потенциалов (30-40 В) для записи или стиранияинформации. Часто, именно необходимость генерировать такие напряженияпрепятствует использованию МНОП устройств, поскольку они являютсянеэкономичными, особенно, если используется несколько бит энергонезависимойпамяти. Обойти это препятствие позволяет разработанный метод встроеннойгенерации, использующий новую схему умножителя напряжения и позволяющий МНОПсхемам работать со стандартными источниками питания и интерфейсами. В принципе,напряжения, превышающие значения напряжения питания, может быть получено на ИМСс помощью диодного умножителя (рисунок 5.1).
/> />
Принцип его работы хорошоизвестен и не будут здесь подробно рассматриваться. Однако, необходимо отметитьследующее, что поскольку межкаскадные конденсаторы /> соединеныпоследовательно, то
 - эффективное умножениебудет иметь место лишь в случае, если величина межкаскадных емкостейзначительно превышает значение паразитной емкости />;
 -выходное сопротивление уменьшается при увеличении числа каскадов умножения.
Первоначально диодныйумножитель использовался для генерации напряжений, превышающих те, которыемогут быть получены с помощью электромагнитных трансформаторов. Этопредставляется возможным, поскольку независимо от числа каскадов умножениямаксимальное напряжение на любом межкаскадном конденсаторе может быть лишьравным входному управляющему напряжению. Однако, в таких случаях схемасоставляется из дискретных элементов, и для получения эффективного умножения идостаточной способности управления, межкаскадные емкости могут быть выбраннымидостаточно большими. Но поскольку величина встроенных конденсаторов ограничиваетсянесколькими пикофарадами при значительных паразитных емкостях подложки, топодобный тип умножителей не пригоден.
Полный анализ диодногоумножителя, дающий количественные значения паразитной емкости, достаточносложен и не будет здесь приведен. Но из него следует, что на практике труднополучить напряжение, намного превышающие удвоенное напряжение питаниянезависимо от числа каскадов умножения. Фактически, если числа каскадовумножения превышает критическое значение (обычно 3 ил 4), определенное какотношение /> и />, выходное напряжениесоответственно уменьшается из-за перепадов напряжения в диодной цепочке.
Чтобы обойти этиограничения была разработана схема умножителя напряжения, показанная на рисунке5.2. Она работает аналогично классическому умножителю. Тем не менее, узлыцепочки диодов соединены с выходами через конденсаторы параллельно, так чтоконденсаторы нагружаются (противостоят) полному напряжению, вырабатываемомуцепочкой. Это не является проблемой при условии, что ограничения на такиепроцессы не очень суровые. Можно показать, что достоинствами этой схемыявляется то, что эффективное умножение может быть достигнуто при относительновысоких значениях емкости и что способность управления током не зависит отчисла каскадов умножения.
Работа этой схемыиллюстрирует рисунок 5.3, на котором показаны типичные диаграммы напряжений N-каскадного умножителя. Как видно,два сигнала /> и /> с амплитудой/> находятся в противофазе исвязаны попеременно через емкость с узлом цепочки диодов. Умножитель работаетаналогично линии задержки, перекачивая заряд вдоль цепочки диодов, в то времякак связывающие конденсаторы (межкаскадные) последовательно заряжаются иразряжаются во время каждой половины тактового цикла.
 Как показано на рисунке5.3 разность напряжений между N – и(N+1)-узлами в конце каждого циклаперекачивания дается:
/> (5.1)
где /> - амплитуда в каждом узлеиз-за емкостной связи от такта;
/> - напряжение прямого смещения диода;
/> - напряжение заряда и разрядаконденсатора, когда умножитель питается выходным током.
Для емкости />, связанной с тактом, ипаразитной емкости />, в каждом узлеимеем:
/> (5.2)
Хотя общий заряд,переносимый каждым диодом за время одного такта есть (/>/>)/>, ток, даваемый множителемна тактовой f будет
/> (5.3)
где />-ток на выходе умножителя.
Заменяя /> и /> в (5.1), получим

/> (5.4)
и для N каскадов
/>. (5.5)
Преобразовывая (5.5)получим выражение для выходного напряжения />:
/>
 (5.6)


Существует так жепульсирующее напряжение /> навыходе умножителя из-за нагрузочного сопротивления/>,разряжающего выходную емкость />.Обычновыходная емкость достаточно велика, чтобы /> быломало по сравнению с выходным напряжением, так что
/> (5.7)
В практически используемомумножителе должна также быть гармоника из-за емкостей связи между тактами черездиод.
При перекрывающихсятактах, тем не менее, тоже должен быть всплеск от другой фазы такта, когдаизолирующий диод находится в проводящем состоянии. Величина всплеска от обеихфаз дается выражением

/> при /> (5.8)
где />-емкость каждого диода, такчто для не перекрывающихся тактовых сигналов (фаз)
/> (5.9)
и для перекрывающихся фаз
 /> (5.10)
Из (5.6) следует, чтоумножение напряжения имеет место, если
/> (5.11)
Важно отметить, что этовыражение не зависит от N, такчто здесь в принципе нет ограничений на число каскадов в множителе такого типа.Более того, если последнее выражение удовлетворяется, способность управлениятоком также не зависит от числа каскадов умножителя. Из (5.6) следует:
/> (5.12)
где />и />-соответственноэквивалентные напряжения и сопротивления умножителя напряжения,

/> (5.13)
/> (5.14)
Формула (5.12) приводит кпростой эквивалентной схеме выхода умножителя, показанной на рисунке 5.4.
При развитии данноймодели для умножителя напряжения далее необходимо предложить, что конденсаторыполностью разряжаются и заряжаются до напряжения отсечки />. На практике это неявляется препятствием благодаря нелинейности ВАХ и внутреннегопоследовательного сопротивления диодов />.Это приводит к остаточному напряжению в дополнение к />, остающемуся на другомконце цепочки диодов.
В конце каждого цикла,вызывающему нелинейный рост последовательного сопротивления умножителя /> при увеличении токанагрузки. Однако делая /> достаточномалым, чтобы
/>, (5.15)
увеличение /> из-за этого эффекта будетменьше 5%.
На рисунке (5.5) показанасхема умножителя, используемая в ЭСППЗУ на МНОП триггере-защелке. Хотя здесьиспользуется технология р-канальных МОП транзисторов с алюминиевым затвором, вкоторой нельзя получить изолированный диод, цепочка умножителя может бытьсделана, используя, как показано, МОП транзисторов в диодном включении. В этомслучае прямое напряжение диода /> заменяетсяпороговым напряжением транзистора /> в (5.6).Получаем:
/> (5.16)
Поскольку в схемепоказанной на рисунке (5.5) /> и />, а также учитывая, чтопороговое напряжение транзистор равно 0,6 В, мы получаем:
/> (5.17)
В схеме, показанной нарисунке 5.5, тактовые сигналы генерируются двухкаскадными МОП инверторами,управляемыми от генератора. Кроме того, выход ограничивается последовательносоединенными цепочкой МОП транзисторов и диодами с защитой. Это необходимо дляобеспечения превышения выходного напряжения над номиналом, если напряжениепитания случайно уменьшится ниже своего значения.
Межкаскадная и паразитнаяемкости отличаются на порядок и значение межкаскадной емкости ограничиваетсяединицами пикофарад. При моделировании получили/>=3,03пФ, а />=0,28 пФ. Подставляя этизначения в (5.17) и учитывая, что />=5,1 мАи напряжение питания 5 В, получили в первом каскаде напряжение 4,654 В. Приувеличении числа каскадов до семи получили требуемое значение умножаемогонапряжения (около 30 В).
На рисунках 5.6 и 5.7показаны результаты моделирования умножителя с нагрузкой и без нее.

/>

Рисунок 5.6-Результатмоделирования напряжения с нагрузкой

Рисунок 5.7- Результатмоделирования напряжения без нагрузки
/>

В качестве нагрузкииспользуется RC-цепь общим сопротивлением 10 МОм.
5.2Обоснование выбора площади запоминающей ячейки. Расчет соотношения емкостей
Как известно, длязапоминания информации в запоминающих устройствах используются специальныетранзисторы. Массив, состоящий из таких транзисторов, называется накопителем.Накопители бывают различных объемов от нескольких бит до сотен килобит. ЭСППЗУв телевизорах седьмого поколения обладает объемом накопителя в 16К, где К=1024бита. 16К является достаточно большим объемом и с точки зрения технологииизготовления накопитель по занимаемой площади будет самым большим. Чтобыуменьшить размеры накопителя необходимо иметь как можно меньшую запоминающуюячейку. На сегодняшний день существует несколько вариантов запоминающей ячейки.Один из них представлен на рисунке 5.2.1 Но малой площади ячейки еще недостаточно. Для нормальной работы ячейки надо знать соотношение емкостей. Однаемкость между двумя слоями поликремния С1, другая – сумма емкостей С2:инжектора, подзатворного окисла, N+ — стока, толстого окисла. От этогоотношения зависит работа всей ячейки, то есть будет ли происходить стирание,запись, считывание информации.
Рассчитаем соотношениеемкостей для нескольких ячеек, то есть для ячеек имеющих разную общую площадь.В нашем распоряжении имеется ячейкис площадью 64, 76 и 90 мкм2.Первым рассмотрим отношение емкостей для ячейки с площадью 64 мкм2.Значение емкости рассчитывается по формуле
/> (5.39)
где S – площадь поверхности объекта,
d – расстояние между поверхностямиобъекта,
ε – диэлектрическаяпроницаемость объекта,
ε0–относительная диэлектрическая проницаемость объекта.
Для простоты вычисленийзаменим параметр d на его обратнуювеличину – а. Далее, для вычисления отношения не будем использоватьпроизведение относительной диэлектрической проницаемости и диэлектрическойпроницаемости и поэтому формула (5.18) преобразуется в С=S а. Итак, емкость С1будетравна 18,42, если S=19?025 иа=0,968. Емкость С2 складывается из емкостей инжектора С3,емкости подзатворного окисла С4, емкости N+ стока С5 и емкости на толстом окисле С6.Суммарная емкость выражается формулой
С2=С3+С4+С5+С6(5.40)
Определим емкостьинжектора зная, что S=1 мкм2и а=4,25, получим С3 равным 4,25. Площадь подзатворного окисла равна5,325 мкм2 и а=1,36. В итоге получим, что емкость С4подзатворного окисла равна 7,74. Площадь N+ стока S=3мкм2и а=1,36. Емкость С5 равна 3,69. Емкость С6 на толстомокисле составит 0,576, если S=11,46мкм2 и а=0,05. Отношение С1 к С2 составит1,17.
Теперь приведем расчетдля ячейки площадью 76 мкм2. Площадь поверхности поликремния S=24,185 мкм2 и а=0,968.Емкость С1 равна 23,41. Далее проведем аналогичный расчет емкостей С3,С4, С5, С6, зная, что площадь инжектора равна4,25 мкм2, площадь подзатворного окисла – 5,325 мкм2,площадь N+ стока – 4,6 мкм2, а площадь на толстомокисле – 15,38 мкм2. Параметр а остался прежним, так как неизменилась толщина окмслов. Итка, С3=4,25; С4=7,24; С5=3,69;С6=0,769. Отношение С1 кС2составит 1,46.
Для ячейки площадью 90мкм2 приведем только рассчитанные значения емкостей и отношение С1к С2. С3, С4, С5, С6равны соответственно 4,25; 7,39; 3,69; 1,103. Отношение С1 кС2составило 1,8.э
Из вышепрведенныхрасчетов видно, что с увеличением площади ячеек растет соотношение емкостей.
При моделироании этихтрех видов ячеек оказалось, что при стирании информации в ячейке с площадью 90мкм2 не открывается транзистор. Значит, эта модель ячейки нам неподходит. При дальнейшем моделировании ячейка с площадью 64 мкм2показала очень хорошие результаты, тро есть при стирании информации ячейкасрабатвала, причем количество циклов стирания было в пределах десятков тысяч.

6. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯБЕЗОПАСНОСТЬ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНЫХ И БЕЗВРЕДНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА ПРИПРОЕКТИРОВАНИИ ПОУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА
 
6.1 Нормы иработы для производственных помещения
Темой дипломного проекта являетсяразработка электрически стираемое программируемое постоянное запоминающееустройство для телевизоров седьмого поколения. Для разработки такого объектанеобходимы не только знания в области микроэлектроники, но и также надо знатьтребования техники безопасности. Техника безопасности или охрана трудаобеспечивает безвредные условия труда. Для обеспечения безвредных условий труданеобходимо, чтобы в нормативно-технических и технологических документах крометребований к качественному изготовлению изделий были предусмотрены требованиябезопасности [6.1].
Для обеспечения безопасных издоровых условий труда при выполнении работ площадь помещений для работниковконструкторских бюро (КБ) следует предусматривать из расчета на одного человекане менее 6 м2, кубатуру—не менее 19,5 м3 с учетоммаксимального числа одновременно работающих в смену. В машинных залах ЭВМ, атакже в других помещениях КБ, где особенности эксплуатации оборудованияобуславливают повышенную подвижность воздуха, значительные уровни звука идругие неблагоприятные факторы производственной среды, постоянные рабочие местаоператоров ЭВМ необходимо размещать в изолированных кабинах, площадь которых израсчета на одного человека должна быть не менее 6 м2, кубатура—неменее 20 м3[6.2].
Конструкция рабочей мебели(столы, кресла или стулья) должна обеспечивать возможность индивидуальнойрегулировки соответственно росту работающего и создать условия для удобнойпозы. Часто используемые предметы труда и органы управления должны находиться воптимальной рабочей зоне.
Рабочее место для выполненияработ в положении сидя должно соответствовать требованиям ГОСТ12.2.032-78[6.3], ГОСТ 22269-76[6.4], ГОСТ 21 829 –76[6.5]. При конструированииего элементов нужно учитывать характер работы, физические и психологическиеособенности человека. Рабочий стол должен регулироваться по высоте в пределах680-760 мм. Оптимальные размеры рабочей поверхности столешницы 1600х900 мм. Подней должно быть свободное пространство для ног с размерами по высоте – не менее600 мм от пола, по ширине – 500мм, по глубине – 650 мм. На поверхности рабочегостола для документов нужно предусматривать размещение специальной подставки,удаление которой от глаз должно быть аналогичным расстоянию от глаз доклавиатуры.
Рабочий стул (кресло) должен бытьснабжен подъемно-поворотным устройством, обеспечивающим регуляцию высотысидения и спинки, угол которой должен также регулироваться. Рабочее креслодолжно иметь подлокотники. Должна быть и надежная фиксация каждого положениястула. Высоту поверхности сидения нужно регулировать в пределах 400-500 мм.Ширина сидения — не менее 400 мм, глубина – не менее 380 мм. Высота опорнойповерхности спинки должна быть не менее 300 мм, ширина – 380мм. Радиус кривизныв горизонтальной плоскости 400 мм. Угол наклона спинки должен изменяться впределах 90° — 110° к плоскости сидения.
Необходима подставка для ногдлиной 400 мм и шириной 350 мм с регулировкой угла наклона в пределах 20°. Онадолжна иметь рифленое покрытие и бортик высотой 10 мм по нижнему краю.
Микроклимат производственныхпомещений – это климат внутренней среды помещений, формируемый одновременнодействующим на организм человека сочетаниями температур, относительной влажности,скорости движения воздуха и температуры окружающих поверхностей[6.6].
Различают оптимальные идопустимые параметры микроклимата. Оптимальные — это наиболее благоприятные,обеспечивающие человеку условия теплового комфорта. Допустимые характеризуются незначительным,в пределах физиологических приспособительных возможностей человека напряжениемреакции терморегуляции, несколько снижающими работоспособность, ухудшающимисамочувствие, но не наносящими ущерба здоровью.
Параметры микроклиматаустановлены СанПиН № 11-13-94[6.7]. В зависимости от периода года и степенитяжести различают два периода года:
а) холодный, если среднесуточнаятемпература наружного воздуха
б) теплый, если среднесуточнаятемпература наружного воздуха >10° С.
Работы по степени тяжестиподразделены на следующие:
а) легкие
Iа – работы,производимые сидя и сопровождающиеся незначительным напряжением, сэнергозатратами до 120 ккал/ч (139 Вт);
Iб – работы,производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическимнапряжением, с энергозатратми 121-150 ккал/ч (140-174 Вт);
б) средней тяжести
IIа – работы,связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий илипредметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физическогонапряжения, с энергозатратами 151-200 ккал/ч (175-232 Вт);
IIб – работы,связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до10 кг исопровождающиеся умеренным физическим напряжением, с энергозатратами 201-250ккал/ч (233-290 Вт);
в) тяжелые
III – работы, связанныес постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10кг) тяжестей и требующие больших физических усилий, с энергозатратами более 250ккал/ч (290 Вт).
6.3 Оценкавредных факторов, допустимые уровни
В настоящее время припроектировании полупроводниковых интегральных микросхем (ПП ИМС) широкоприменяется компьютерное оборудование. При работе с компьютером работники КБподвергаются воздействию электромагнитных полей (радиочастот), шума,недостаточно удовлетворительных метеорологических условий, недостаточнойосвещенности, а также психоэмонациональному напряжению. Особенности характера ирежима труда, значительное умственное напряжение и другие нагрузки приводят кизменению у работников функционального состояния центральной нервной системы,нервно-мышечного аппарата рук (при работе с клавиатурой ввода информации).Нерациональные конструкции мебели и неудобное расположение элементов рабочегоместа вынуждают оператора принимать неудобную позу. Длительный дискомфортвызывает повышенное напряжение мышц и обуславливает развитие общего утомления иснижения работоспособности. При длительной работе за экраном дисплея уоператоров отмечается выраженное напряжение зрительного аппарата, головныеболи, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения вглазах, в глазах, в пояснице, в области шеи, руках и др[6.2].
При работе за компьютером наработающего оказывает воздействие электромагнитное излучение (ЭМИ). Характервоздействия на человека ЭМИ в разных диапазонах частот различен. Наиболеебиологически активен диапазон сверх высоких частот (СВЧ), менее активен ультравысоких частот (УВЧ) и затем диапазон ВЧ, т.е. с укорочением волныбиологическая активность почти всегда возрастает. Комбинированное действиеэлектромагнитного поля (ЭМП) с другими факторами производственной среды –повышенная температура (свыше 28˚ С), наличие мягкого рентгеновскогоизлучения – вызывает некоторое усиление действия ЭМП, что было учтено пригигиеническом нормировании СВЧ поля. Оценка воздействия ЭМИ радиочастоты (РЧ)на человека осуществляется по энергетической экспозиции, которая определяетсяинтенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека, и по значенияминтенсивности ЭМИ РЧ. Энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену)не должна превышать значений, указанных в таблице 6.1 [6.2].
Таблица 6.1 — Предельнодопустимые значения энергетической экспозицииДиапазоны частот, МГц Предельно допустимая энергетическая экспозиция
по электрической составляющей,
(В/м)2·ч
по магнитной составляющей,
(А/м)2·ч
по плотности потока энергии,
(мкВт/см2)·ч
0,03…3
3…30
30…50
50…300
300…3000
20000
7000
800
800
—
200,00
—
0,72
—
—
—
—
—
—
200,0 Возникновениешума при проектировании объекта наносит большой экономический и социальныйущерб. Неблагоприятно воздействуя на организм человека, он вызывает психическиеи физиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающиепредпосылки для общих и профессиональных заболеваний и производственноготравматизма у работника. По характеру спектра шумы делятся на широкополосные итональные. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные инепостоянные, последние делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые иимпульсные [6.8]. Уровни шума для территорий жилой и производственной застройкии для различных видов помещений регламентируются [6.9].
Опасным фактором припроектировании за компьютером или неаккуратным с ним обращением появляетсявозможность поражения электрическим током. Электрический ток, протекая черезтело человека, производит термическое, электролитическое, биологическое,механическое и световое воздействие. Различают два вида поражения организмаэлектрическим током: электрические травмы и электрические удары. Человекначинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гцотносительно малого значения 0,5…1,5мА. Этот ток называется пороговым ощутимымтоком. Ток силой 10…15мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц,которые человек не в состоянии преодолеть. Такой ток называется пороговым неотпускающим. При силе тока 20…25мА у человека происходит судорожное сокращениемышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание. Ток силой 100мАявляется смертельно опасным [6.2].
6.4 Обоснование выбора способов и средств обеспечениятребований охраны труда
Методы и средства борьбыс шумом принято подразделять на: методы снижения шума в источнике егообразования (конструктивное изменение источника); на пути его распространения(акустическая обработка помещений, изоляция источников шума или помещений отшума, проникающего извне, применение глушителей шума); средства индивидуальнойзащиты (СИЗ) [6.8]. В качестве СИЗ работающих от воздействия шума и воздушногоультразвука следует применять противошумы, отвечающие требованиям [6.11].
Для поддержания требуемых параметровчистоты воздуха и микроклимата производственного помещения применяют различныевиды вентиляции и отопления. В зависимости от способа перемещения воздухавентиляция может быть естественной (аэрация) и принудительной. В зависимости отспособа создания воздухообмена различают местную и общеобменную механическуювентиляцию. Для улавливания потоков вредных выделений с плотностью, котораяменьше плотности окружающего воздуха, используют вытяжные зонты.Устанавливаемые на рабочих столах операторов, имеющих дело с сильнодействующими ядовитыми веществами и/или большими тепловыделениями, вытяжныешкафы представляют собой укрытия с рабочим проемом (рисунок 6.1) [6.8].
К защитным мерам отопасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся:изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряжения, электрозащитныесредства, сигнализация и плакаты. Одними из самых распространенных методовзащиты являются защитное заземление (рисунок 6.2) и защитное зануление, которыедетально не рассматриваются [6.2].
6.5 Определение параметров микроклимата и расчетискусственного освещения в рабочем помещении
 
Определим нормируемыепараметры микроклимата для помещения КБ в теплый и холодный период года исходяиз [6.4]. К нормируемым параметрам относятся оптимальные и допустимые. Работу,выполняемую в конструкторском бюро, можно отнести к категории легких Iб (работа, выполняемая сидя, стоя илисвязанная с ходьбой, сопровождающая некоторым физическим напряжением, сэнергозатратами 121-150 ккал/ч). В состав параметров микроклимата входяттемпература окружающей среды – t,относительная влажность – φ и скорость движения воздуха – V. В теплый период года оптимальныепараметры составляют: t=21-23˚C, φ=40-60 %, V=0,1 м/с; а допустимые – t=20-24˚ C, φ=75 %, V
Проведем расчетискусственного освещения по методу коэффициента использования в помещении дляпроведения измерения параметров ИС, в котором работает 10 человек исоответственно есть десять рабочих столов (рисунок 8.3). Исходя из того, чтокаждому работнику полагается минимум 6м2 занимаемой площади и 18м3[6.8] занимаемого объема, выберем ширину помещения А= 16м, длину помещения В=12м, высоту подвеса светильников общего освещения над рабочей поверхностью НР=3м, в соответствии с высотой помещения. Выбор источников света определяетсярядом факторов: характером работы, условиями среды и размерами помещения.Выберем светильник ЛСП 13-2×60-01-У3, который содержит две люминесцентныелампы мощностью по 60Вт. Напряжение сети питания – 220В [6.8].
Определяем световой потоклампы F по таблице 12.10-12.11 [8.9]: F= 536Лм. Коэффициент использованияосветительной установки η– отношение светового потока, падающего на поверхность, к световому потоку,испускаемому источником. Для определения η по таблице 12.12 [6.8] вычислим показатель помещения φ, учитывающий влияние соотношенияразмеров конфигурации помещения и высоты подвеса светильника над рабочейповерхностью по формуле:
φ= (А·В)/( НР·(А+В)) (6.1)
φ= (16·12)/(3·(16+12))= 2,29
Учитывая, что φ=2,29, η= 52. Затем выбираем освещенность для помещенияданного типа: ЕНОРМ= 300лк [6.8]. Определяем необходимое количествосветильников N для создания нормативнойосвещенности ЕМИН в помещении:N= (ЕМИН·S·k·Z)/(FЛ·η·n), (6.2)
где S= А·В – площадь пола помещения, м2,
k= 0,7 – коэффициент запаса,
FЛ= 536Лм – световой потокодной лампы,
Z= ЕМИН/ ЕCP –поправочный коэффициент (отношение минимальной освещенности к среднейгоризонтальной),
ЕCP= 7,9Лк,
n= 2 – число ламп в светильнике.
 S= 16·12= 192м2
 Z= 300/ 7,9= 37,97
N= (300·192·0,7·37,97)/ (536·52·2)=27,46@ 28Определим общую электрическую мощность установки длясоздания общего минимального освещения ЕМИН в помещении:
W= WЛ·N·n (6.3)
где WЛ= 60Вт – электрическая мощность одной выбранной лампы.
W= 60·28·2= 3360Вт
План расположения полученных 28 светильников на потолкеизображен на рисунке 6.4. На рисунке 6.5 изображен разрез рабочего помещения,вид слева.
6.6 Выводы
1.  В результате проведенного анализа припроектировании ПП ИМС привели нормы для производственных помещений, былиопределены следующие опасные и вредные факторы: шум, поражение электрическимтоком и облучение ЭМП.
2.  Оценили влияние вредных фактров,привели их допустимые уровни. Это значит, что шум вызывает психические ифизиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающие предпосылкидля общих и профессиональных заболеваний и производственного травматизма уработника. Поражение человека электрическим током приводит к ожогам, параличунервной системы, а в самом худшем случае к летальному исходу. Облучение ЭМПприводит к утомляемости и нервным перегрузках работающего.
3.  Определили нормируемые параметрымикроклимата производственного помещения. В результате расчета искусственногоосвещения при проведении измерений параметров ПП ИС были выбраны светильникиЛСП 13-2×60-01-У3, которые содержат по две люминесцентные лампы мощностью60Вт и световым потоком F=536Лм [6.9]. Рассчитали, что для создания нормативной освещенности ЕМИН=300Лк необходимо 28 таких светильников, расположение которых показано нарисунке 6.4. Общая электрическая мощность установки составляет 3360Вт.

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЭФФЕКТ ОТ СЕРИЙНОГО ВЫПУСКА ЭСППЗУ В МИКРОСХЕМНОМ ИСПОЛНЕНИИС УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ
 
7.1 Характеристика объекта
 
Темой данного дипломного проектаявляется электрически стираемое программируемое постоянное запоминающееустройство в телевизорах седьмого поколения. Сразу хочется отметить, чтотелевизоры седьмого поколения являются государственной программой, котораяназывается «Белорусский телевизор».
Разрабатываемая ЭСППЗУ являетсячастью этой программы и государство заинтересованно в реализации этого проекта.
С экономической точкизрения ЭСППЗУ является законченным продуктом и его реализовать его возможно каксамостоятельное изделие.
В данном разделе рассчитаем себестоимость и цену изделия, атакже произведем расчет затрат по статье «Основная заработная платапроизводственных рабочих”.
Узнаем какой годовой эффект можно получить благодаря выпускуЭСППЗУ в микросхемном исполнении, а также какой эффект можно получить отвыпуска микросхемы с учетом фактора времени.
Одним из преимуществ данного ЭСППЗУ является то, что ономожет использоваться не только в телевидении.
Спектр применения этого изделия очень широк, например, ЭСППЗУиспользуется в автомобилестроении, в компьютерной технике, в охранных системахс локальным доступом и т.д. Наряду с этим изготовление микросхемы такого уровняявляются не дешевым удовольствием. Но с дугой стороны существуют конкурирующиекомпании, которые выпускают подобное изделие и захватывают рынки сбыта, которыележат в поле заинтересованости нашей страны.
 
7.2 Расчёт себестоимости и отпускной ценыединицы продукции
 
7.2.1 Расчёт затрат по статье “Сырьё и материалы за вычетомвозвратных отходов”
В эту статью включается стоимость основных и вспомогательныхматериалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленнымнормам.
Формула расчёта следующая:
/>, (7.1)
где Ктр – коэффициент, учитывающийтранспортно-заготовительные расходы при приобретении материалов;
Нpi – норма расходаi-го вида материала на единицупродукции (кг, м, л и пр.);
Цi– отпускная цена за единицу i-говида материала, руб.
Овi – возвратные отходы i-го вида материала, руб.;
Цoi – цена за единицу отходов материала i-го вида, руб.;
n – номенклатура применяемых материалов.
Цену приобретения материалов определяем по данным договоров,ценам бирж, информационным бюллетеням и пр. Коэффициенттранспортно-заготовительных расходов можно принимаем равным 1,2[27]. Дляупрощения расчётов возвратные отходы принимаем равными нулю, так какрассчитываться будут лишь годные изделия. Так как номенклатура применяемых визделии материалов широка, расчёты удобно производить в табличной форме.
Таблица7.1 — Расчёт затрат на материалыНаименование материала Единицы измерения Норма расхода на одно годное изделие Цена за единицу, руб. Сумма, руб. 1 2 3 4 5 Пластина КДБ 12Д 150 ЕТО.206… ТУ ужест. шт. 1 2147.0 214.0 Пластины-спутники (контр) D 100 КЭФ 4.5 ЕТО.578.ТУ шт. 1 1243.0 124.0 Пластины-спутники (атест.) D 100 КЭФ 4.5 ЕТО.578.ТУ шт. 1 1456.0 145.0 Кислоты, газы, реактивы - 1500.0 150.0 МПО (153х153), фотошабл. шт. 1 12133.2 121.2 Материалы на изготовление оснастки - 630 Итого 1384,2 Всего, учитывая Ктр 1661,04
 
7.2.2 Расчёт затрат по статье “Основная заработная платапроизводственных рабочих”
В эту калькуляционную статью включаются расходы на оплатутруда производственных рабочих, непосредственно связанных с изготовлениемпродукции, выполнением работ и услуг. Для рабочих-сдельщиков она рассчитываетсяследующим образом:
 
/>, (7.2)
 
где Кnp – коэффициент премий, установленный за выполнение определённыхпоказателей;
Тчi – часоваятарифная, соответствующая разряду работ i-й операции, руб./час;
tij – норма времени i-й операции по j-му изделию, час/шт.;
К – количество операций,выполняемых по j-му изделию.
 
Таблица 2 — Расшифровка основной заработной платыпроизводственных рабочих по видам работ
Виды работ
(операции) Разряд работ Часовая тарифная ставка руб./ч Норма времени по операции, ч Основная зарплата (расценка), руб. 1 2 3 4 5 1. Получение мелкодисперсных порошков германия и кремния VI 181 0,3 54,3 2. Получение резистивных сплавов IV 140 0,35 14,9 3. Легирование IV 140 0,035 14,9 4. Ориентация монокристаллических VI 181 0,2 36,2 5. Резка слитков на пластины V 154 0,025 3,85 6. Шлифовка пластин VII 194 0,066 12,804 7. Диффузия VII 194 0,015 2,91 8. Эпитаксия IV 140 0,04 5,6 9. Фотолитография V 154 0,025 3,85 10. Разделение пластин на кристаллы IV 140 0,025 3,5 11. Сборка и испытание V 154 0,05 7,7 Итого 304,314 Премия 40% 41,7256 Всего с премией 346,04
 
Расчет оставшихся статей затрат для определения себестоимостии цены продукции для удобства сведем в таблицу 7.3.
 
Таблица 7.3Наименование статей затрат Условное обозначение Значение, руб. Примечание 1 2 3 4 1. Материалы за вычетом НДС РМ 1661,04 Смотри таблицу 1 2. Основная заработная плата производственных рабочих З0 346,04 Смотри таблицу 2 3. Дополнительная заработная плата производственных рабочих ЗД 332,20
/>,
Нд = 20 %. 5. Отчисление органам социальной защиты
РСОЦ/> 237,38
/>,
Нсоц = 35 %. 7. Чрезвычайный чернобыльский налог и в фонд занятости РН 33,91
/>,
Нн = 5 % 8. Износ инструментов и приспособлений целевого назначения РИЗ 48,44
/>,
Низ = 14 % 9. Общепроизводственные расходы РОБП 484,45
/>,
Нобп = 140 % 10. Общехозяйственные расходы РОБХ 553,64
/>,
Нобх = 160 % 11. Прочие расходы РПР 6,92
/>, Нпр = 2 % Производственная себестоимость СПР 3704,07
/>СПР = РМ + З0 + ЗД + ЗПК + РСОЦ + РНО + РИЗ + РОБП + РОБХ + РПР. 12. Коммерческие расходы РКОМ 74,08
/>,
Нком = 2 % Полная себестоимость СП 3778,15 СП = СПР + РКОМ 13. Плановая прибыль на единицу продукции ПЕД 1133,44
/>,
Нре = 30 % Оптовая цена предприятия ЦОПТ 4911,60 ЦОПТ = СП + ПЕД 14. Отчисления в местные бюджеты (2,5 % от ЦОПТ без них) Омб 125,938
/>,
Нмб = 2,5 % 15. Отчисления в республиканский фонд на поддержание производителей сельхозпродукции, в дорожный фонд Орф 102,81
/>,
Нрф = 2 % Итого Ц* 5140,35 Ц* = Сп + Пед + Омб +Орф 16. Налог на добавленную стоимость (20% от Ц*) 1028,06
/>,
Ндс = 20 % Отпускная (сво бодная) цена ЦОТП 6168,41 ЦОТП = СП + ПЕД + Омб + +Орф +НДС
7.3 Расчетединовременных затрат
Расчет единовременных затратбудет определятся капитальными вложениями в оборотные фонды, которыеопределяются по формуле
КОС=КМОС+КПРИМОС+КДОС,(7.6)
где КМОС –капитальные вложения в образования постоянных нормативных запасов основных ивспомогательных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в расчете наготовую программу, тыс. руб.;
КПРИМОС — капитальные вложения в образования постоянного запаса малоценных приспособленийи инструментов в расчете на готовую программу, тыс. руб.;
КДОС — капитальные вложения в образования постоянных заделов деталей и узлов расчетена готовую программу, тыс. руб.;
При выполнении экономическогообоснования ДП можно пренебречь расчетом КПРИМОС и КДОСв ввиду их незначительной величины и ограничится расчетом КМОСпо следующей формуле:
/> (7.7)
где /> -цена единицы материала i – того вида, руб;
/> - годоваяпотребность в материале i – вида, дней /в год;
/> - количестводней работы в год, дн/год;
/> - нормазапасов материала, дней;
/> - количество видов используемыхматериалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий.
Капитальные вложения вобразование постоянных нормативных запасов основных и вспомогательныхматериалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в расчете на готовуюпрограмму составили КМОС=4160000,5 рублей.
7.4 Расчетэкономического эффекта
В процессе использования новогоЭСППЗУ чистая прибыль в конечном итоге возмещает капитальные затраты. Однако,полученные при этом суммы результатов (прибыли) и затрат (Капитальных вложений)по годам приводят к единому времени – расчетному году путем умножениярезультатов и затрат за каждый год на коэффициент приведения αt, которыйрассчитывается по формуле
αt=(1+ЕН)tp-t (7.8)

где ЕН – нормативприведения разновременных затрат и результатов;
tp – расчетныйгод, tp=14
t – номер года,результаты и затраты которого приводятся к расчетному.
Норматив приведенияразновременных затрат и результатов для ЭСППЗУ принимаем равным 0,4.Следовательно, для решения этой задачи коэффициент приведения αt по годамбудут соответствовать следующие значения: α1=1, α2=0,714,α3=0,51.
Расчет экономического эффектасведем в таблицу 7.5
Таблица 7.5-Расчетэкономического эффектаПоказатели Единица измерения Расчетный период 2001 2002 2003 1 2 3 4 5 Прогнозный объем производства шт. 10000 10000 10000
Результаты
Чистая прибыль от внедрения на единицу руб. 793,41 Прибыль годовая руб. 11334400 То же с учетом фактора времени руб. 11334400 8092761,6 5780544
Затраты
Капитальные единовременные вложения руб. 4160000,5 Превышение результата над затратами руб. 7174399,5 8092761,6 5780544 То же с нарастающим итогом руб. 7174399,5 15267161,1 21047705,1 Коэффициент приведения 1,0 0,714 0,51
В ходе проведенного расчета,очевидно, что цена изделия составляет 5140,35 рублей. Также можно сказать, чтоэкономический эффект был получен в первый год изготовления ЭСППЗУ, так какпроизводство микросхемы производилось на действующем оборудовании. Микросхема стакой ценой является конкурентоноспособной и обладает экономическимпотенциалом, вследствие которого предприятие может выйти на более высокийэкономический уровень.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Темой дипломного проектаявляется ЭСППЗУ для телевизоров седьмого поколения. В дипломном проектепроведен анализ вариантов построения ТВ приемников, в которых используетсяэнергонезависимая память. В анализе приведены функциональные схемы телевизоровпятого, шестого и седьмого поколений. Также анализируются варианты построениязапоминающих устройств в целом и ЭСППЗУ в частности. Приведена классификациязапоминающих устройств. Изложено обоснование выбора структурной схемы ЭСППЗУ ик нему предлагается чертеж структурной схемы ЭСППЗУ. Рассмотрен электрическийрасчет генератора высокого напряжения, а также расчет соотношения емкостейзапоминающей ячейки. Освещены вопросы охраны труда и экологическойбезопасности. При этом определены параметры микроклимата и приведен расчет искусственнойосвещенности для производственного помещения. Также сделанотехнико-экономическое обоснование при выпуске микросхемы и получен при этомэкономический эффект, который позволит предприятию выйти на более высокийэкономический уровень.

БИБЛИОГРАФИЯ
1. Аникеенко В.Ф., Игнатенко П.И., Интегральные микросхемытелевизоров. Справочное пособие. – Мн.: – 1994. – 16 с.
2. Спецификация. Технические данные INF85166N. – Мн.: НПО»Интеграл",2000. – 14 с.
3. Телевидение. Учебник для ВУЗа. /Под ред. Джакония В.Е. / — М.: Радио и связь. 2000. – 640 с.
4. Инструкция по ремонту. Телевизор цветного изображения«Витязь 51/54 – ТЦ6000. – Витебск: ПО“ВИТЯЗЬ”,1996. – 42 с.
5. Ельяшкевич С.А. Пескин Е.А. Телевизоры пятого и шестогопоколения „Рубин“, „Горизонт“ и „Электрон“.Устройство, регулировка, ремонт. – М. „Солон-Р“,1996. – 320 с.
6. Спецификация. Технические данные INF8582A. – Мн.: НПО»Интеграл",1998. – 14 с.
7. Бродский А.М. Стационарные цветные телевизоры. 2-еиздание: стереотип, – Мн: Выш. шк.,1996. – 397 с.
8. Новинки российской телевизионнойпромышленности./Радио.2001. — №1. – С. 39.
9. Урбанович А.А. Телевизоры HORIZONT. – М.«Родон»,2000. – 452 с.
10. Мнеян М.Г. Физика машинной памяти. – М. Высш. шк.,1991. –142 с.
11. Полупроводниковые запоминающие устройства. /Под ред.Анифриев А.Б. и др./ — М. Высш. Шк.,1989. – 189 с.
12. Пескин А. Коннов А. Цифровая система управления I2C.//Радио.1996г. №10. – С. 14-17.
13. ГОСТ 24459-80. Микросхемы интегральные запоминающихустройств и элементы запоминающих устройств. – М.: Изд. “Гостстандарт”,1980.
14. ГОСТ 17230-71. Микросхемы интегральные цифровые.Номинальные напряжения питания. – М.: Изд. “Гостстандарт”,1971.
15. J.F.Dickson. On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using animproved voltage multiplier technique./ IEEE JOURNAL OF SOLID-STADE CIRCUITS.1988.№3.– С. 377 – 382.
16. Охранатруда в радио- и электронной промышленности: Учебник для техникумов. – 2-еизд., перераб. и доп./ Под ред. С.П.Павлова. – М.: Радио и связь, 1985. – 200с.
17. СкуратовичИ.С., Булаш Л.В. Требования к помещениям вычислительных центров и установкикомпьютерной техники. Оргаеизация рабочих мест, режим работы, учебы и отдыха.Профилактические и защитные мероприятия. – Мн. ООО “Экоинформ”, 1997. – 28 с.
18. ГОСТ 12.2.032-96. Рабочее место. Основные параметры. РБ.– 1996.
19. ГОСТ 222.69-76. Регулировка рабочей мебели. РБ. – 1996.
20. ГОСТ 21829-76. Конструкция рабочей мебели. РБ. – 1996.
21. Безопасностьтехнологических процессов и производств (Охрана труда): Учеб. пособие длявузов/Под ред. П.П.Кукин– М: Высш. шк., 1999. – 318 с.
22. СанПиН№11-13-94 Санитарные нормы и правила микроклимата производственных помещений.Мн. РБ. 1994.
23. ЕреминВ.Г., Сафронов В.В., Схиртладзе А.Г., Харламов Г.А. Обеспечение безопасностижизнедеятельности в машиностроении: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.:Машиностроение, 2000. – 392 с.
24. СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданийжилой застройки на территории жилой застройки.
25. ГОСТ 12.4.051 – 87. Средства индивидуальной защиты органаслуха. – М.: Изд. “Госстандарт”,1987.
26. Инженерныерасчеты систем безопасности труда и промышленной экологии/ Под ред. А.Ф.Борисова. – Нижний Новгород: ВЕНТА – 2, 2000. – 256 с.
27. Максимов Г. В. Методическоеуказание по технико-экономическому обоснованию к дипломному проекту. – Мн.:БГУИР, 1995. – 132 с.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
 АЗУ – ассоциативное запоминающее устройство
ЗУ – запоминающее устройство
ЗЭ – запоминающий элемент
ИМС – интегральная микросхема
ИП – источник питания
КБ – конструкторское бюро
КМОП – комплиментарный – металл –окисел – полупроводник
КРП – кассета разверток и питания
МНОП – металл – нитрид –окисел –полупроводник
МОП – металл – окисел – полупроводник
МС – микросхема
МУС – модуль устройства сопряжения
ОЗУ – оперативное запоминающееустройство
ПЗС – прибор с зарядовой связью
ПЗУ – постоянное запоминающееустройство
ПП – полупроводниковый
ППЗУ – программируемое постоянноезапоминающее устройство
РЧ – радиочастоты
СВЧ – сверхвысокие частоты
СИЗ – средства индивидуальной защиты
СППЗУ – стираемое программируемоепостоянное запоминающее устройство
СЦ – сигнал цветности
СЯ – сигнал яркости
ТВ – телевизионный
ТХТ – телетекст
УВЧ – умеренно высокие частотыУПЧЗ – усилитель промежуточнойчастоты звука
УПЧИ – усилитель промежуточнойчастоты изображения
ЭВМ – электронно-вычислительнаямашина
ЭМП – электромагнитное поле
ЭСППЗУ – электрически стираемоепрограммируемое запоминающее устройство

ПРИЛОЖЕНИЕ АСправка о патентнойлитературеНаименование
объекта поиска:Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство(ЭСППЗУ)
Что и за какой  периодпросмотрено: Тематическая подборка " Изобретение стран мира " 1999год -№1-№30, патентный фонд РНТБНаименование аналогов Сущность аналогов 1 2
А.1. №5972735 США МПК 5
 G 11 C 13/00
 ЭСППЗУ с возможностью записи N битов в одну ячейку памяти ЭСППЗУ имеет более двух блоков памяти, которые могут быть запрограммированы избирательно посредством множества программируемых сигналов. Эти сигналы имеют такие характеристики, позволяющие программировать отдельные блоки памяти. Перед началом программирования ячейки в избирательном блоке памяти контролируется его программный статус независимо от опорного уровня, ограничивающего блок памяти Для этой цели сигнал, свидетельствующий о программном статусе сравнивается с опорным сигналом соответствующий избираемому блоку, но имеющему уровень отличный от опорного уровня или уровней, которые находятся на границе в избираемом блоке. Таким образом, программные операции могут быть контролированы без фактического обращения к ячейке памяти.
А.2. №5910925 МПК 5
 G 11 C 13/00
 ЭСППЗУ с инжекцией носителей в расщепленный затвор со стороны истока Новые структуры памяти, в которых массивы ячеек памяти организованы в сектора. Каждый сектор начинает формироваться со столбцов или группы столбцов, имеющих свои контрольные ворота связанные воедино. Высокая скорость данных реализуется за счет использования сдвигового регистра, который сохраняет данные. Также увеличение скорости происходит благодаря параллельному буферному регистр, который принимает данные от высокоскоростного регистра сдвига и сохраняет эти данные во время операции записи. Буферный параллельный регистр позволяет регистру сдвига принимать серию сохраняющихся данных во время операции записи для использования в последующей А.3. №5923674 МПК 5 13/00 ЭСППЗУ ЭСППЗУ состоит из массива ячеек памяти. Вся область памяти делится на блоки. Один блок предназначен для записи теста. Второй блок предназначен для реализации теста. К ЭСППЗУ подключена внешняя буферная схема, которая позволяет реализовать программу теста с помощью специальных сигналов WTEST, WREN.
А.4. №5963478 МПК 5
 G 11 C 16/02
 ЭСППЗУ и способ управления ЭСППЗУ предназначено для долговременного хранения, считывания, записи и стирания информации. ЭСППЗУ включает в себя разнообразие массивов ячеек памяти. Адресация к массиву ячеек либо ячейке осуществляется посредством адресного слова, которое подается по адресной шине.Питание ячеек производится с помощью шины питания
А.5. №5959887 МПК 5
G 11 C 16/04
 ЭСППЗУ с функцией двух операций Массив ячеек памяти делится на множество блоков ячеек памяти, имеющих необходимые размеры. Линия ячеек памяти расположена оптимально. Эта память обеспечивает функцию двух операций без усложнения схемы. Битовая структура каждого блока ячеек памяти изменяема в зависимости от деления на массивы.