मिक्स्ड सिग्नल समन्वित परिपथ: Difference between revisions
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[[File:Mixed signal IC.jpg|thumb|मिश्रित सिग्नल एकीकृत सर्किट: दाहिनी ओर धातु क्षेत्र कैपेसिटर हैं, जिनके शीर्ष पर बड़े आउटपुट ट्रांजिस्टर हैं; बायीं ओर डिजिटल तर्क का कब्जा है]]मिश्रित- | [[File:Mixed signal IC.jpg|thumb|मिश्रित सिग्नल एकीकृत सर्किट: दाहिनी ओर धातु क्षेत्र कैपेसिटर हैं, जिनके शीर्ष पर बड़े आउटपुट ट्रांजिस्टर हैं; बायीं ओर डिजिटल तर्क का कब्जा है]]एक मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Integrated Circuit) वह एकीकृत परिप्रेक्ष्य है जिसमें एक सेमीकंडक्टर डाई पर [[एनालॉग सर्किट]] और [[डिजिटल सर्किट]] दोनों होते हैं।<ref> | ||
[[Saraju Mohanty]], Nanoelectronic Mixed-Signal System Design, McGraw-Hill, 2015, {{ISBN|978-0071825719}} and 0071825711. | [[Saraju Mohanty]], Nanoelectronic Mixed-Signal System Design, McGraw-Hill, 2015, {{ISBN|978-0071825719}} and 0071825711. | ||
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[http://www.cmoset.com/uploads/6A.4-08.pdf "ESS Mixed Signal Circuits"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101011225325/http://www.cmoset.com/uploads/6A.4-08.pdf |date=2010-10-11 }} | [http://www.cmoset.com/uploads/6A.4-08.pdf "ESS Mixed Signal Circuits"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101011225325/http://www.cmoset.com/uploads/6A.4-08.pdf |date=2010-10-11 }} | ||
</ref> [[सेल फोन]], [[दूरसंचार]], पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स और [[डिजिटल सेंसर]] | </ref> इनका उपयोग [[सेल फोन]], [[दूरसंचार]], पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, और कारों में इलेक्ट्रॉनिक्स और [[डिजिटल सेंसर]] के इस्तेमाल के साथ-साथ विशेष रूप से बढ़ गया है। | ||
==अवलोकन | ==अवलोकन == | ||
एकीकृत परिप्रेक्ष्य (Integrated Circuits) (आईसी) आम तौर पर डिजिटल (जैसे कि [[माइक्रोप्रोसेसर]]) या एनालॉग (जैसे कि [[ ऑपरेशनल एंप्लीफायर |ऑपरेशनल एंप्लीफायर]]) के रूप में वर्गीकृत किए जाते हैं। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) में एक ही चिप पर डिजिटल और एनालॉग सर्किट्री, और कभी-कभी [[उपकरणों के नियंत्रण के लिए सॉफ्टवेयर|एम्बेडेड सॉफ़्टवेयर]] होता है। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य सर्किट्स एनालॉग और डिजिटल सिग्नल्स को एक साथ प्रोसेस करते हैं। उदाहरण के लिए, एक [[एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण|एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर]] (ADC) एक प्रमुख मिश्रित-संकेतित सर्किट है। | |||
मिश्रित- | मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) आम तौर पर एनालॉग सिग्नल्स को डिजिटल सिग्नल्स में परिवर्तित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं ताकि डिजिटल उपकरण उन्हें प्रोसेस कर सकें। उदाहरण के लिए, मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) डिजिटल प्रोडक्ट्स में एफएम ट्यूनर्स के लिए आवश्यक घटक होते हैं, जैसे कि मीडिया प्लेयर, जिनमें डिजिटल एम्प्लिफायर होते हैं। किसी भी [[ एनालॉग संकेत |एनालॉग सिग्नल]] को एक बहुत ही साधारण एडीसी (ADC) का उपयोग करके डिजिटलाइज किया जा सकता है, और इनमें से सबसे छोटे और ऊर्जा के सबसे अधिक दक्ष प्रकार मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) होते हैं। | ||
मिश्रित- | एकीकृत मिश्रित-संकेतित परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) एनालॉग-केवल या डिजिटल-केवल एकीकृत परिप्रेक्ष्य सर्किट्स की तुलना में डिजाइन और विनिर्माण में अधिक कठिनाईपूर्वक होते हैं। उदाहरण के लिए, एक दक्ष मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य सर्किट अपने डिजिटल और एनालॉग घटकों को एक साझा पावर सप्लाई का साझा कर सकता है। हालांकि, एनालॉग और डिजिटल घटकों के पावर की आवश्यकता और खपत विभिन्न होती है, जिससे चिप डिजाइन में इसे एक नॉन-ट्रिवियल लक्ष्य बनाना मुश्किल हो जाता है। | ||
मिश्रित- | मिश्रित-संकेतित क्षमता में पारंपरिक गतिविधियों (जैसे कि [[ट्रांजिस्टर]]) और उत्कृष्ट गैर-सक्रिय घटक (जैसे कि [[ प्रारंभ करनेवाला |कॉइल]], [[ संधारित्र |कैपैसिटर]], और [[अवरोध|रेजिस्टर]]) दोनों एक ही चिप पर होते हैं। इसके लिए विनिर्माण प्रौद्योगिकियों से अतिरिक्त मॉडलिंग बोध और विकल्पों की आवश्यकता होती है। डिजिटल क्षमता वाले चिप पर शक्ति प्रबंधन के कार्यों में उच्च वोल्टेज ट्रांजिस्टर की आवश्यकता हो सकती है, संभवतः एक कम शक्ति के [[सीएमओएस]] प्रोसेसर सिस्टम के साथ। कुछ उन्नत मिश्रित-संकेतित प्रौद्योगिकियाँ एकीकृत परिप्रेक्ष्य चिप पर एनालॉग सेंसर घटकों (जैसे कि दबाव सेंसर या इमेजिंग डायोड्स) को एकीकृत करने की अनुमति देती हैं, जो एक एडीसी (ADC) के साथ हो सकता है। | ||
आमतौर पर, मिश्रित-सिग्नल | आमतौर पर, मिश्रित-सिग्नल IC को सबसे तेज़ डिजिटल प्रदर्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, उन्हें अधिक सटीक सिमुलेशन और सत्यापन के लिए सक्रिय और निष्क्रिय तत्वों के अधिक परिपक्व मॉडल की आवश्यकता होती है, जैसे परीक्षण योग्यता योजना और विश्वसनीयता आकलन के लिए। इसलिए, मिश्रित-सिग्नल सर्किट आमतौर पर उच्चतम गति और सघन डिजिटल तर्क की तुलना में बड़ी लाइन चौड़ाई के साथ महसूस किए जाते हैं, और कार्यान्वयन प्रौद्योगिकियां नवीनतम डिजिटल-केवल कार्यान्वयन प्रौद्योगिकियों से दो से चार पीढ़ी पीछे हो सकती हैं। इसके अतिरिक्त, मिश्रित सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए प्रतिरोधकों, कैपेसिटर और कॉइल्स जैसे निष्क्रिय तत्वों की आवश्यकता हो सकती है, जिसके लिए विशेष धातु, ढांकता हुआ परतों या मानक निर्माण प्रक्रियाओं के समान अनुकूलन की आवश्यकता हो सकती है। इन विशिष्ट आवश्यकताओं के कारण, मिश्रित-सिग्नल आईसी और डिजिटल आईसी के अलग-अलग निर्माता हो सकते हैं (जिन्हें [[अर्धचालक निर्माण संयंत्रों की सूची|फाउंड्रीज़]] कहा जाता है)। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
मिश्रित- | मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य के कई अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि [[ चल दूरभाष |मोबाइल फोन]], आधुनिक [[रेडियो]] और दूरसंचार प्रणालियाँ, [[सेंसर]] प्रणालियाँ जिनमें ऑन-चिप मानकीकृत डिजिटल इंटरफेस (जैसे [[I2C]], [[UART]], SPI, या CAN शामिल हैं), आवाज संबंधी सिग्नल प्रोसेसिंग, एयरोस्पेस और अंतरिक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स, [[चीजों की इंटरनेट|इंटरनेट ऑफ थिंग्स]] (IoT), [[मानव रहित हवाई वाहन|मानव रहित विमान]] (यूएवी), और ऑटोमोटिव और अन्य विद्युत वाहन। मिश्रित-संकेतित सर्किट या प्रणालियाँ आमतौर पर लागत-प्रभावी समाधान होती हैं, जैसे कि आधुनिक [[उपभोक्ता]] इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक, चिकित्सा, मापन, और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के निर्माण के लिए। | ||
मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट के उदाहरणों में [[डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेशन]] का उपयोग करने वाले डेटा | मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट के उदाहरणों में [[डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेशन]] का उपयोग करने वाले डेटा कनवर्टर, त्रुटि का पता लगाने और सुधार का उपयोग करके [[डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर|एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर]] और डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर और [[डिजिटल रेडियो]] चिप्स शामिल हैं। डिजिटल रूप से नियंत्रित [[ध्वनि चिप|ध्वनि चिप्स]] भी मिश्रित-सिग्नल सर्किट हैं। सेल्युलर और नेटवर्क प्रौद्योगिकी के आगमन के साथ, इस श्रेणी में अब [[सेलुलर टेलीफोन]], [[सॉफ्टवेयर रेडियो]], और [[वृहत् क्षेत्र जालक्रम|LAN]] और [[राउटर (कंप्यूटिंग)|WAN]] राउटर एकीकृत सर्किट शामिल हैं। | ||
== डिजाइन और विकास == | == डिजाइन और विकास == | ||
आमतौर पर, मिश्रित- | आमतौर पर, मिश्रित-संकेतित चिप्स एक बड़े संयोजन में कुछ पूरे फंक्शन या उप-फंक्शन का प्रदर्शन करते हैं, जैसे कि [[ सेलफोन |सेलफोन]] के रेडियो उपसम्यंत्र, या [[डीवीडी]] प्लेयर के पठन डेटा पथ और लेजर [[सुपरल्यूमिनसेंट डायोड|SLED]] [[नियंत्रण तर्क]]। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) अक्सर पूरा [[सिस्टम- on- एक चिप|सिस्टम-ऑन-ए-चिप]] (System-on-a-Chip) शामिल करते हैं। वे ऑन-चिप मेमोरी ब्लॉक (जैसे कि [[ प्रोग्रामयोग्य रीड-ओनली मेमोरी |ओटीपी]] मेमोरी) भी शामिल कर सकते हैं, जो एनालॉग ICs के मुक़ाबले उन्हें निर्माण को जटिल बनाता है। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) सिस्टम में डिजिटल और एनालॉग क्षमता के बीच ऑफ-चिप इंटरकनेक्ट्स को कम करते हैं - आमतौर पर पैकेजिंग को कम करके और छोटे [[मुद्रित सर्किट बोर्ड|मॉड्यूल सबस्ट्रेट]] के कारण आकार और वजन को कम करते हुए - और इसलिए सिस्टम की विश्वसनीयता को बढ़ाते हैं। | ||
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग और एनालॉग | डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग और एनालॉग सर्किट्री के उपयोग के कारण, मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) आम तौर पर एक बहुत विशिष्ट उद्देश्य के लिए डिजाइन किए जाते हैं। उनके डिजाइन में उच्च स्तर का विशेषज्ञता और [[कंप्यूटर एडेड डिजाइन]] (CAD) उपकरणों का सावधान उपयोग किया जाना चाहिए। उन्हें विशिष्ट डिजाइन उपकरण (जैसे मिश्रित-संकेतित सिम्युलेटर्स) या विवरण भाषाएँ (जैसे [[ VHDL-एम्स |VHDL-एएमएस]]) का भी उपयोग किया जा सकता है। समाप्त चिप्स के स्वचालित परीक्षण भी चुनौतीपूर्ण हो सकता है। मिश्रित-संकेतित चिप्स के लिए परीक्षण उपकरण के प्रमुख आपूर्तिकर्ता हैं [[टेराडाइन]], [[ कुंजीदृष्टि |कीसाइट]], और [[एडवांटेस्ट]]। | ||
मिश्रित-सिग्नल सर्किट निर्माण की कई विशेष चुनौतियाँ हैं: | मिश्रित-सिग्नल सर्किट निर्माण की कई विशेष चुनौतियाँ हैं: | ||
* सीएमओएस तकनीक आमतौर पर डिजिटल प्रदर्शन के लिए इष्टतम | |||
* मिश्रित-सिग्नल आईसी के कार्यात्मक संचालन का परीक्षण जटिल, महंगा रहता है, और अक्सर एक | * सीएमओएस तकनीक आमतौर पर डिजिटल प्रदर्शन के लिए इष्टतम है, जबकि [[द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर]] आमतौर पर एनालॉग प्रदर्शन के लिए इष्टतम हैं। हालाँकि, पिछले दशक तक, इन दोनों को लागत-प्रभावी ढंग से संयोजित करना या गंभीर प्रदर्शन समझौता किए बिना एक ही तकनीक में दोनों को डिजाइन करना मुश्किल था। उच्च प्रदर्शन CMOS, [[BiCMOS]], CMOS SOI और [[SiGe]] जैसी तकनीकों के आगमन ने इनमें से कई पूर्व समझौतों को हटा दिया है। | ||
* एनालॉग और मिश्रित-सिग्नल सर्किट की व्यवस्थित | * मिश्रित-सिग्नल आईसी के कार्यात्मक संचालन का परीक्षण करना जटिल, महंगा रहता है, और अक्सर एक "एकबारगी" कार्यान्वयन कार्य होता है (जिसका अर्थ है कि एकल, विशिष्ट उपयोग वाले उत्पाद के लिए बहुत सारे काम आवश्यक हैं)। | ||
* तेजी से | * एनालॉग और मिश्रित-सिग्नल सर्किट की व्यवस्थित डिज़ाइन विधियाँ डिजिटल सर्किट की तुलना में कहीं अधिक प्राचीन हैं। सामान्य तौर पर, एनालॉग सर्किट डिज़ाइन को लगभग उस हद तक स्वचालित नहीं किया जा सकता जितना डिजिटल सर्किट डिज़ाइन को किया जा सकता है। दोनों तकनीकों के संयोजन से यह जटिलता कई गुना बढ़ जाती है। | ||
* तेजी से बदलने वाले डिजिटल सिग्नल संवेदनशील एनालॉग इनपुट को शोर भेजते हैं। इस शोर का एक रास्ता [[सब्सट्रेट युग्मन]] है। इस शोर युग्मन को अवरुद्ध करने या रद्द करने के प्रयास के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि पूरी तरह से विभेदक एम्पलीफायर,<ref>{{cite book | chapter-url=https://ieeexplore.ieee.org/document/777869 | doi=10.1109/ISCAS.1999.777869 | chapter=Fully differential current-input CMOS amplifier front-end suppressing mixed signal substrate noise for optoelectronic applications | title=ISCAS'99. Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems VLSI (Cat. No.99CH36349) | year=1999 | last1=Chang | first1=J.J. | last2=Myunghee Lee | last3=Sungyong Jung | last4=Brooke | first4=M.A. | last5=Jokerst | first5=N.M. | last6=Wills | first6=D.S. | volume=1 | pages=327–330 | isbn=0-7803-5471-0 | s2cid=206955680 }}</ref> पी + गार्ड-रिंग,<ref>{{cite book | chapter-url=https://ieeexplore.ieee.org/document/674725 | doi=10.1049/cp:19971128 | chapter=Substrate noise issues in mixed-signal chip designs using Spice | title=विद्युत चुम्बकीय संगतता पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन| year=1997 | last1=Singh | first1=R. | volume=1997 | pages=108–112 | isbn=0-85296-695-4 }}</ref> विभेदक टोपोलॉजी, ऑन-चिप डिकॉउलिंग, और ट्रिपल-वेल आइसोलेशन।<ref> | |||
[http://electronicdesign.com/Articles/ArticleID/2499/2499.html "Mixed-Signal IC Merges 14-Bit ADC With DSP In 0.18-μm CMOS"] | [http://electronicdesign.com/Articles/ArticleID/2499/2499.html "Mixed-Signal IC Merges 14-Bit ADC With DSP In 0.18-μm CMOS"] | ||
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=== विविधताएँ === | === विविधताएँ === | ||
मिश्रित- | मिश्रित-संकेतित उपकरण मानक पार्ट के रूप में उपलब्ध होते हैं, लेकिन कभी-कभी विशेष अनुप्रयोग-विशिष्ट एप्लिकेशन इंटीग्रेटेड सर्किट्स (ASICs) की आवश्यकता होती है। एप्लिकेशन विशिष्ट नई एप्लिकेशन, नई मानक उभरने पर, या सिस्टम में नई ऊर्जा स्रोत(संज्ञान){{Clarify|reason=What does "new energy source(s)" mean?|date=August 2022}} के लागू होने पर ASICs डिज़ाइन किए जाते हैं। इनकी विशेषज्ञता के कारण, ASICs आमतौर पर केवल उच्च उत्पादन मात्रा की अनुमानित होने पर ही विकसित किए जाते हैं। फाउंड्रीज़ या विशेषज्ञ डिज़ाइन हाउसेज से तैयार और परीक्षित एनालॉग और मिश्रित-संकेतित [[सेमीकंडक्टर बौद्धिक संपदा कोर|आईपी]] ब्लॉक्स की उपलब्धता ने मिश्रित-संकेतित ASICs को बनाने की कमी को कम कर दिया है। | ||
मिश्रित-संकेतित [[FPGA|फ़ील्ड-प्रोग्रामेबल गेट अरे]] (FPGAs) और [[ microcontroller |माइक्रोकंट्रोलर्स]] भी मौजूद होते हैं।{{NoteTag|Mixed-signal FPGAs are an extension of [[field-programmable analog arrays]].|name=extension_of_FPAA}} इनमें, डिजिटल लॉजिक को हैंडल करने वाला एकीक भी मिश्रित-संकेतित संरचनाएँ शामिल हो सकती हैं, जैसे एनालॉग-डिजिटल और डिजिटल-एनालॉग रूपांतरक (ADCs और DACs), संचालन प्रतिरोधक, या वायरलेस संपर्क ब्लॉक।<ref>[https://www.microsemi.com/product-directory/fpgas/1691-fusion "Microsemi Fusion mixed-signal FPGA"]</ref> ये मिश्रित-संकेतित FPGAs और माइक्रोकंट्रोलर्स स्टैंडर्ड मिश्रित-संकेतित उपकरणों, पूर्ण-कस्टम ASICs, और एम्बेडेड सॉफ़्टवेयर के बीच एक समाधान प्रदान कर रहे हैं; वे उत्पादन विकास के दौरान या जब उत्पाद मात्रा इतनी कम होती है कि ASIC को लायक साबित नहीं करती हैं। हालांकि, इनमें कुछ प्रदर्शन सीमाएँ भी हो सकती हैं, जैसे कि एनालॉग-डिजिटल रूपांतरक के रिज़ॉल्यूशन, डिजिटल-एनालॉग रूपांतरक की गति, या इनपुट और आउटपुट की सीमित संख्या। फिर भी, वे सिस्टम की संरचना डिज़ाइन, प्रोटोटाइपिंग, और छोटे और मध्यम स्केल पर उत्पादन (प्रोडक्शन) की गति को तेज़ कर सकते हैं। इनके उपयोग को विकास बोर्ड, विकास समुदाय, और संभवतः सॉफ़्टवेयर समर्थन से समर्थित किया जा सकता है। | |||
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{{See|Switched capacitor|Digital telephony}} | {{See|Switched capacitor|Digital telephony}} | ||
मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET, या MOS ट्रांजिस्टर) का आविष्कार 1959 में बेल टेलीफोन लैबोरेटरी में मोहम्मद एम. अटला और [[दावों कहंग|दावन कांग]] द्वारा किया गया था, और इसके बाद जल्द ही [[एमओएस एकीकृत सर्किट]] (MOS IC) चिप का प्रस्ताव किया गया था। हालांकि, बेल ने पहले में MOS तकनीक को उन्होंने एनालॉग [[ टेलीफ़ोन |टेलीफ़ोन]] अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी नहीं माना, इसलिए इसे विकसित करने से इंकार कर दिया था, परंतु बाद में [[फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर|फेयरचाइल्ड]] और [[आरसीए]] ने [[कंप्यूटर]] जैसे [[डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स]] के लिए इसे वाणिज्यिक बना दिया।<ref>{{cite book |last1=Maloberti |first1=Franco |last2=Davies |first2=Anthony C. |chapter=History of Electronic Devices |title=A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing |date=2016 |publisher=[[IEEE Circuits and Systems Society]] |isbn=9788793609860 |pages=59-70 (65-7) |chapter-url=https://ieee-cas.org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf}}</ref><ref name="Allstot">{{cite book |last1=Allstot |first1=David J. |chapter=Switched Capacitor Filters |editor-last1=Maloberti |editor-first1=Franco |editor-last2=Davies |editor-first2=Anthony C. |title=A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing |date=2016 |publisher=[[IEEE Circuits and Systems Society]] |isbn=9788793609860 |pages=105–110 |chapter-url=https://ieee-cas.org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf}}</ref> MOS तकनीक अंततः MOS मिश्रित-संकेतित एकीकृत परिप्रेक्ष्य के लिए उपयुक्त हो गई, जिसमें एक चिप पर एनालॉग और [[ अंकीय संकेत प्रक्रिया |डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग]] को एक साथ जोड़ा गया है। इसे पूर्व बेल इंजीनियर डेविड ए. हॉजेस ने पॉल आर. ग्रे के साथ मिलकर 1970 के दशक की शुरुआत में यूसी बर्कली में विकसित किया था।<ref name="Allstot"/> 1974 में, हॉजेस और ग्रे ने आर.ई. सुवारेज के साथ मिलकर MOS [[ स्विचित संधारित्र |स्विच्ड कैपेसिटर]] (SC) सर्किट तकनीक का विकसित किया, जिसका उपयोग डाटा रूपांतरण के लिए [[एमओएस संधारित्र]] और MOSFET स्विचेज़ का उपयोग करके डिजिटल-टू-एनालॉग रूपांतरक (DAC) चिप विकसित करने में किया गया।<ref name="Allstot"/> 1974 तक MOS एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरक (ADC) और DAC चिप का व्यापारिक उपयोग हो गया था।<ref name="US46">{{cite book |title=इलेक्ट्रॉनिक उपकरण|date=1974 |publisher=[[U.S. Government Printing Office]] |page=46 |url=https://books.google.com/books?id=HikuAAAAMAAJ&pg=PA46}}</ref> | |||
MOS SC सर्किट्स ने 1970 के दशक के अंत में [[ पल्स कोड मॉडुलेशन |पल्स कोड मॉडुलेशन]] (PCM) कोडेक-फ़िल्टर चिप्स के विकास को प्रेरित किया।<ref name="Allstot" /><ref name="Gibson26">{{cite book |last1=Floyd |first1=Michael D. |last2=Hillman |first2=Garth D. |chapter=Pulse-Code Modulation Codec-Filters |title=संचार पुस्तिका|edition=2nd |date=8 October 2018 |orig-year=1st pub. 2000 |pages=26-1, 26-2, 26-3 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781420041163 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=Tokk5bZxB0MC&pg=SA26-PA1}}</ref> 1980 में हॉजेस और W.C. ब्लैक<ref name="Allstot" /> ने विकसित किए गए [[सिलिकॉन-गेट]] CMOS (कम्पलिमेंटरी MOS) PCM कोडेक-फ़िल्टर चिप्स ने तब से [[डिजिटल टेलीफोनी]] के उद्योग में आचार्य चिन्ह बना दिया है।<ref name="Allstot" /><ref name="Gibson26" /> 1990 के दशक तक, जनसंचार नेटवर्क जैसे कि [[लोगों द्वारा टेलीफोन नेटवर्क काटा गया|सार्वजनिक स्विच टेलीफ़ोन नेटवर्क]] (PSTN) को बड़े पैमाने पर डिजिटलाईज़ कर दिया गया था, विशेषरूप से [[बड़े पैमाने पर एकीकरण|बहुत-बड़े-स्तर के संयोजन]] (VLSI) CMOS PCM कोडेक-फ़िल्टर द्वारा, जो [[टेलीफोन एक्सचेंज]], निजी शाखा एक्सचेंज (PBX), और [[कुंजी टेलीफोन प्रणाली]] (KTS) के लिए [[ इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग प्रणाली |इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग प्रणाली]] में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यह चिप्स उपयोगकर्ता-अंत [[मोडेम]]; [[ डिजिटल लूप वाहक |डिजिटल लूप कैरियर्स]], [[जोड़ी लाभ|पेयर गेन]] [[मल्टीप्लेक्सर]], टेलीफोन [[एडीएसएल लूप एक्सटेंडर|लूप एक्सटेंडर]], [[एकीकृत सेवा डिजिटल प्रसार|एकीकृत सेवा डिजिटल नेटवर्क]] (ISDN) टर्मिनल, डिजिटल [[ताररहित टेलीफोन|कार्डलेस टेलीफ़ोन]], और डिजिटल [[डेटा ट्रांसमिशन|सेल फोन्स]]; और ऐसे अनुप्रयोगों के लिए व्यापारिक उपयोग होते थे, जैसे कि भाषा पहचान उपकरण, आवाज़ डेटा संग्रह, वॉयस मेल, और डिजिटल टेपलेस [[उत्तर देने वाली मशीनें|उत्तर मशीन्स]]।<ref name="Gibson26" /> डिजिटल दूरसंचार नेटवर्क की बैंडविड्थ तेजी से तेजी से बढ़ रही है, जैसा कि एडहोम के कानून द्वारा देखा गया है,<ref name="Cherry">{{cite journal |last1=Cherry |first1=Steven |title=एडहोम का बैंडविड्थ नियम|journal=IEEE Spectrum |date=2004 |volume=41 |issue=7 |pages=58–60 |doi=10.1109/MSPEC.2004.1309810|s2cid=27580722 }}</ref> जो मुख्य रूप से एमओएस प्रौद्योगिकी के तेजी से स्केलिंग और लघुकरण द्वारा संचालित है।<ref name="Jindal">{{cite journal |last1=Jindal |first1=Renuka P. |title=From millibits to terabits per second and beyond - Over 60 years of innovation |journal=2009 2nd International Workshop on Electron Devices and Semiconductor Technology |date=2009 |pages=1–6 |doi=10.1109/EDST.2009.5166093 |isbn=978-1-4244-3831-0 |s2cid=25112828 |url=https://events.vtools.ieee.org/m/195547}}</ref><ref name="Allstot" /> | |||
===आरएफ सीएमओएस सर्किट=== | ===आरएफ सीएमओएस सर्किट=== | ||
{{Main|RF CMOS}} | {{Main|RF CMOS}} | ||
1980 के | 1980 के प्रारंभ में [[बेल लैब्स]] में काम करते हुए, पाकिस्तानी इंजीनियर [[ सफेद शेर |असद अबीदी]] ने एडवांस्ड एलएसआई डेवलपमेंट लैब में वैशिष्ट्य सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) [[वीएलएसआई]] ([[बड़े पैमाने पर एकीकरण|वेरी लार्ज-स्केल इंटीग्रेशन]]) तकनीक के नवनिर्माण पर काम किया, साथ ही मार्टी लेप्सेल्टर, जॉर्ज ई. स्मिथ, और हैरी बोल के साथ। लैब में कुछ ही [[ सर्किट डिज़ाइन |सर्किट डिज़ाइनर्स]] में शामिल थे, अबीदी ने सब-माइक्रोन [[एनएमओएस तर्क|एनएमओएस]] एकीकृत परिप्रेक्ष्य तकनीक की संचार उच्च-गति सर्किट्स में संभावना को दिखाया, और [[ प्रकाशित तंतु |ऑप्टिकल फ़ाइबर]] रिसीवर में जीबी/सेकंड डेटा दरों के लिए पहले MOS [[एम्पलीफायरों]] का विकसित किया। अबीदी के काम को शुरुआत में वहीं समर्थकों ने [[गैलियम आर्सेनाइड]] और बायोपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर के पक्षधरों के तड़प के साथ मिला। 1985 में, उन्होंने [[यूसीएलए]] में शामिल हो गए, जहां उन्होंने 1980 के दशक के आखिरी दशक में [[आरएफ सीएमओएस]] तकनीक को अग्रणी किया। उनके काम ने [[आरएफ सर्किट|रेडियो तांत्रिक (आरएफ) सर्किट्स]] के डिज़ाइन को बदल दिया, जो उस समय उच्च-गति सर्किट्स के लिए विभाजित [[द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर|बायोपोलर ट्रांजिस्टर्स]] से दूर एसीएमओएस एकीकृत परिप्रेक्ष्यों की ओर रुखाई।<ref name="O'Neill">{{cite journal |last1=O'Neill |first1=A. |title=असद आबिदी को आरएफ-सीएमओएस में काम के लिए मान्यता मिली|journal=IEEE Solid-State Circuits Society Newsletter |date=2008 |volume=13 |issue=1 |pages=57–58 |doi=10.1109/N-SSC.2008.4785694 |issn=1098-4232}}</ref> | ||
आबिदी 1980 के दशक के अंत से 1990 के दशक की शुरुआत के दौरान सिग्नल प्रोसेसिंग और [[दूरसंचार|संचार]] के लिए एनालॉग [[ संकेत आगे बढ़ाना |सीएमओएस]] सर्किट पर शोध कर रहे थे। 1990 के दशक के मध्य में, आरएफ सीएमओएस तकनीक जिसकी उन्होंने शुरुआत की थी, [[वायरलेस नेटवर्किंग]] में व्यापक रूप से अपनाई गई, क्योंकि [[मोबाइल फोन]] का व्यापक उपयोग शुरू हो गया। 2008 तक, सभी वायरलेस नेटवर्किंग उपकरणों और आधुनिक मोबाइल फोन में [[रेडियो ट्रांसीवर]] आरएफ सीएमओएस उपकरणों के रूप में बड़े पैमाने पर उत्पादित किए गए हैं।<ref name="O'Neill" /> | |||
सभी मॉडर्न वायरलेस नेटवर्किंग उपकरणों और मोबाइल फोन में [[बेसबैंड प्रोसेसर]]<ref>{{cite book |last1=Chen |first1=Wai-Kai |title=वीएलएसआई हैंडबुक|date=2018 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781420005967 |pages=60–2 |url=https://books.google.com/books?id=rMsqBgAAQBAJ&pg=SA60-PA2}}</ref><ref>{{cite book |last1=Morgado |first1=Alonso |last2=Río |first2=Rocío del |last3=Rosa |first3=José M. de la |title=सॉफ्टवेयर परिभाषित रेडियो के लिए नैनोमीटर सीएमओएस सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर|date=2011 |publisher=[[Springer Science & Business Media]] |isbn=9781461400370 |page=1 |url=https://books.google.com/books?id=Alv6nWVCkDIC&pg=PA1}}</ref> और रेडियो ट्रांसीवर आरएफ सीएमओएस उपकरण का उपयोग करके थोक में उत्पादित होते हैं।<ref name="O'Neill" /> आरएफ सीएमओएस सर्किट विभिन्न उपयोगों में वायरलेस सिग्नल ट्रांसमिट और प्राप्त करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि [[उपग्रह]] तकनीक (जैसे [[ZG|जीपीएस]]), [[ब्लूटूथ]], वाई-फाई, नियर-फील्ड कम्यूनिकेशन (एनएफसी), [[मोबाइल नेटवर्क]] (जैसे कि 3जी, 4जी, और [[5जी]]), [[स्थलीय टेलीविजन|भू-धारावाहिक]] [[प्रसारण]], और [[ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स|ऑटोमोटिव]] [[राडार]] अनुप्रयोग, जैसे कि अन्य उपयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।<ref>{{cite book |last1=Veendrick |first1=Harry J. M. |title=Nanometer CMOS ICs: From Basics to ASICs |date=2017 |publisher=Springer |isbn=9783319475974 |page=243 |url=https://books.google.com/books?id=Lv_EDgAAQBAJ&pg=PA243}}</ref> आरएफ सीएमओएस तकनीक मॉडर्न वायरलेस संचार में अहम भूमिका निभाती है, जिसमें वायरलेस नेटवर्क और [[मोबाइल संचार]] उपकरण शामिल होते हैं।<ref>{{cite news |title=इन्फिनियन ने बल्क-सीएमओएस आरएफ स्विच माइलस्टोन को हिट किया|url=https://www.eetasia.com/news/article/18112004-infineon-hits-bulk-cmos-rf-switch-milestone |access-date=26 October 2019 |work=[[EE Times]] |date=20 November 2018 |language=en-PH}}</ref> | |||
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एक मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Integrated Circuit) वह एकीकृत परिप्रेक्ष्य है जिसमें एक सेमीकंडक्टर डाई पर एनालॉग सर्किट और डिजिटल सर्किट दोनों होते हैं।[1][2][3][4] इनका उपयोग सेल फोन, दूरसंचार, पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, और कारों में इलेक्ट्रॉनिक्स और डिजिटल सेंसर के इस्तेमाल के साथ-साथ विशेष रूप से बढ़ गया है।
अवलोकन
एकीकृत परिप्रेक्ष्य (Integrated Circuits) (आईसी) आम तौर पर डिजिटल (जैसे कि माइक्रोप्रोसेसर) या एनालॉग (जैसे कि ऑपरेशनल एंप्लीफायर) के रूप में वर्गीकृत किए जाते हैं। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) में एक ही चिप पर डिजिटल और एनालॉग सर्किट्री, और कभी-कभी एम्बेडेड सॉफ़्टवेयर होता है। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य सर्किट्स एनालॉग और डिजिटल सिग्नल्स को एक साथ प्रोसेस करते हैं। उदाहरण के लिए, एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (ADC) एक प्रमुख मिश्रित-संकेतित सर्किट है।
मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) आम तौर पर एनालॉग सिग्नल्स को डिजिटल सिग्नल्स में परिवर्तित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं ताकि डिजिटल उपकरण उन्हें प्रोसेस कर सकें। उदाहरण के लिए, मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) डिजिटल प्रोडक्ट्स में एफएम ट्यूनर्स के लिए आवश्यक घटक होते हैं, जैसे कि मीडिया प्लेयर, जिनमें डिजिटल एम्प्लिफायर होते हैं। किसी भी एनालॉग सिग्नल को एक बहुत ही साधारण एडीसी (ADC) का उपयोग करके डिजिटलाइज किया जा सकता है, और इनमें से सबसे छोटे और ऊर्जा के सबसे अधिक दक्ष प्रकार मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) होते हैं।
एकीकृत मिश्रित-संकेतित परिप्रेक्ष्य (Mixed-signal ICs) एनालॉग-केवल या डिजिटल-केवल एकीकृत परिप्रेक्ष्य सर्किट्स की तुलना में डिजाइन और विनिर्माण में अधिक कठिनाईपूर्वक होते हैं। उदाहरण के लिए, एक दक्ष मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य सर्किट अपने डिजिटल और एनालॉग घटकों को एक साझा पावर सप्लाई का साझा कर सकता है। हालांकि, एनालॉग और डिजिटल घटकों के पावर की आवश्यकता और खपत विभिन्न होती है, जिससे चिप डिजाइन में इसे एक नॉन-ट्रिवियल लक्ष्य बनाना मुश्किल हो जाता है।
मिश्रित-संकेतित क्षमता में पारंपरिक गतिविधियों (जैसे कि ट्रांजिस्टर) और उत्कृष्ट गैर-सक्रिय घटक (जैसे कि कॉइल, कैपैसिटर, और रेजिस्टर) दोनों एक ही चिप पर होते हैं। इसके लिए विनिर्माण प्रौद्योगिकियों से अतिरिक्त मॉडलिंग बोध और विकल्पों की आवश्यकता होती है। डिजिटल क्षमता वाले चिप पर शक्ति प्रबंधन के कार्यों में उच्च वोल्टेज ट्रांजिस्टर की आवश्यकता हो सकती है, संभवतः एक कम शक्ति के सीएमओएस प्रोसेसर सिस्टम के साथ। कुछ उन्नत मिश्रित-संकेतित प्रौद्योगिकियाँ एकीकृत परिप्रेक्ष्य चिप पर एनालॉग सेंसर घटकों (जैसे कि दबाव सेंसर या इमेजिंग डायोड्स) को एकीकृत करने की अनुमति देती हैं, जो एक एडीसी (ADC) के साथ हो सकता है।
आमतौर पर, मिश्रित-सिग्नल IC को सबसे तेज़ डिजिटल प्रदर्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, उन्हें अधिक सटीक सिमुलेशन और सत्यापन के लिए सक्रिय और निष्क्रिय तत्वों के अधिक परिपक्व मॉडल की आवश्यकता होती है, जैसे परीक्षण योग्यता योजना और विश्वसनीयता आकलन के लिए। इसलिए, मिश्रित-सिग्नल सर्किट आमतौर पर उच्चतम गति और सघन डिजिटल तर्क की तुलना में बड़ी लाइन चौड़ाई के साथ महसूस किए जाते हैं, और कार्यान्वयन प्रौद्योगिकियां नवीनतम डिजिटल-केवल कार्यान्वयन प्रौद्योगिकियों से दो से चार पीढ़ी पीछे हो सकती हैं। इसके अतिरिक्त, मिश्रित सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए प्रतिरोधकों, कैपेसिटर और कॉइल्स जैसे निष्क्रिय तत्वों की आवश्यकता हो सकती है, जिसके लिए विशेष धातु, ढांकता हुआ परतों या मानक निर्माण प्रक्रियाओं के समान अनुकूलन की आवश्यकता हो सकती है। इन विशिष्ट आवश्यकताओं के कारण, मिश्रित-सिग्नल आईसी और डिजिटल आईसी के अलग-अलग निर्माता हो सकते हैं (जिन्हें फाउंड्रीज़ कहा जाता है)।
अनुप्रयोग
मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य के कई अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि मोबाइल फोन, आधुनिक रेडियो और दूरसंचार प्रणालियाँ, सेंसर प्रणालियाँ जिनमें ऑन-चिप मानकीकृत डिजिटल इंटरफेस (जैसे I2C, UART, SPI, या CAN शामिल हैं), आवाज संबंधी सिग्नल प्रोसेसिंग, एयरोस्पेस और अंतरिक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स, इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT), मानव रहित विमान (यूएवी), और ऑटोमोटिव और अन्य विद्युत वाहन। मिश्रित-संकेतित सर्किट या प्रणालियाँ आमतौर पर लागत-प्रभावी समाधान होती हैं, जैसे कि आधुनिक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक, चिकित्सा, मापन, और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के निर्माण के लिए।
मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट के उदाहरणों में डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेशन का उपयोग करने वाले डेटा कनवर्टर, त्रुटि का पता लगाने और सुधार का उपयोग करके एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर और डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर और डिजिटल रेडियो चिप्स शामिल हैं। डिजिटल रूप से नियंत्रित ध्वनि चिप्स भी मिश्रित-सिग्नल सर्किट हैं। सेल्युलर और नेटवर्क प्रौद्योगिकी के आगमन के साथ, इस श्रेणी में अब सेलुलर टेलीफोन, सॉफ्टवेयर रेडियो, और LAN और WAN राउटर एकीकृत सर्किट शामिल हैं।
डिजाइन और विकास
आमतौर पर, मिश्रित-संकेतित चिप्स एक बड़े संयोजन में कुछ पूरे फंक्शन या उप-फंक्शन का प्रदर्शन करते हैं, जैसे कि सेलफोन के रेडियो उपसम्यंत्र, या डीवीडी प्लेयर के पठन डेटा पथ और लेजर SLED नियंत्रण तर्क। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) अक्सर पूरा सिस्टम-ऑन-ए-चिप (System-on-a-Chip) शामिल करते हैं। वे ऑन-चिप मेमोरी ब्लॉक (जैसे कि ओटीपी मेमोरी) भी शामिल कर सकते हैं, जो एनालॉग ICs के मुक़ाबले उन्हें निर्माण को जटिल बनाता है। मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) सिस्टम में डिजिटल और एनालॉग क्षमता के बीच ऑफ-चिप इंटरकनेक्ट्स को कम करते हैं - आमतौर पर पैकेजिंग को कम करके और छोटे मॉड्यूल सबस्ट्रेट के कारण आकार और वजन को कम करते हुए - और इसलिए सिस्टम की विश्वसनीयता को बढ़ाते हैं।
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग और एनालॉग सर्किट्री के उपयोग के कारण, मिश्रित-संकेतित एकीक्रत परिप्रेक्ष्य (ICs) आम तौर पर एक बहुत विशिष्ट उद्देश्य के लिए डिजाइन किए जाते हैं। उनके डिजाइन में उच्च स्तर का विशेषज्ञता और कंप्यूटर एडेड डिजाइन (CAD) उपकरणों का सावधान उपयोग किया जाना चाहिए। उन्हें विशिष्ट डिजाइन उपकरण (जैसे मिश्रित-संकेतित सिम्युलेटर्स) या विवरण भाषाएँ (जैसे VHDL-एएमएस) का भी उपयोग किया जा सकता है। समाप्त चिप्स के स्वचालित परीक्षण भी चुनौतीपूर्ण हो सकता है। मिश्रित-संकेतित चिप्स के लिए परीक्षण उपकरण के प्रमुख आपूर्तिकर्ता हैं टेराडाइन, कीसाइट, और एडवांटेस्ट।
मिश्रित-सिग्नल सर्किट निर्माण की कई विशेष चुनौतियाँ हैं:
- सीएमओएस तकनीक आमतौर पर डिजिटल प्रदर्शन के लिए इष्टतम है, जबकि द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर आमतौर पर एनालॉग प्रदर्शन के लिए इष्टतम हैं। हालाँकि, पिछले दशक तक, इन दोनों को लागत-प्रभावी ढंग से संयोजित करना या गंभीर प्रदर्शन समझौता किए बिना एक ही तकनीक में दोनों को डिजाइन करना मुश्किल था। उच्च प्रदर्शन CMOS, BiCMOS, CMOS SOI और SiGe जैसी तकनीकों के आगमन ने इनमें से कई पूर्व समझौतों को हटा दिया है।
- मिश्रित-सिग्नल आईसी के कार्यात्मक संचालन का परीक्षण करना जटिल, महंगा रहता है, और अक्सर एक "एकबारगी" कार्यान्वयन कार्य होता है (जिसका अर्थ है कि एकल, विशिष्ट उपयोग वाले उत्पाद के लिए बहुत सारे काम आवश्यक हैं)।
- एनालॉग और मिश्रित-सिग्नल सर्किट की व्यवस्थित डिज़ाइन विधियाँ डिजिटल सर्किट की तुलना में कहीं अधिक प्राचीन हैं। सामान्य तौर पर, एनालॉग सर्किट डिज़ाइन को लगभग उस हद तक स्वचालित नहीं किया जा सकता जितना डिजिटल सर्किट डिज़ाइन को किया जा सकता है। दोनों तकनीकों के संयोजन से यह जटिलता कई गुना बढ़ जाती है।
- तेजी से बदलने वाले डिजिटल सिग्नल संवेदनशील एनालॉग इनपुट को शोर भेजते हैं। इस शोर का एक रास्ता सब्सट्रेट युग्मन है। इस शोर युग्मन को अवरुद्ध करने या रद्द करने के प्रयास के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि पूरी तरह से विभेदक एम्पलीफायर,[5] पी + गार्ड-रिंग,[6] विभेदक टोपोलॉजी, ऑन-चिप डिकॉउलिंग, और ट्रिपल-वेल आइसोलेशन।[7]
विविधताएँ
मिश्रित-संकेतित उपकरण मानक पार्ट के रूप में उपलब्ध होते हैं, लेकिन कभी-कभी विशेष अनुप्रयोग-विशिष्ट एप्लिकेशन इंटीग्रेटेड सर्किट्स (ASICs) की आवश्यकता होती है। एप्लिकेशन विशिष्ट नई एप्लिकेशन, नई मानक उभरने पर, या सिस्टम में नई ऊर्जा स्रोत(संज्ञान)[clarification needed] के लागू होने पर ASICs डिज़ाइन किए जाते हैं। इनकी विशेषज्ञता के कारण, ASICs आमतौर पर केवल उच्च उत्पादन मात्रा की अनुमानित होने पर ही विकसित किए जाते हैं। फाउंड्रीज़ या विशेषज्ञ डिज़ाइन हाउसेज से तैयार और परीक्षित एनालॉग और मिश्रित-संकेतित आईपी ब्लॉक्स की उपलब्धता ने मिश्रित-संकेतित ASICs को बनाने की कमी को कम कर दिया है।
मिश्रित-संकेतित फ़ील्ड-प्रोग्रामेबल गेट अरे (FPGAs) और माइक्रोकंट्रोलर्स भी मौजूद होते हैं।[note 1] इनमें, डिजिटल लॉजिक को हैंडल करने वाला एकीक भी मिश्रित-संकेतित संरचनाएँ शामिल हो सकती हैं, जैसे एनालॉग-डिजिटल और डिजिटल-एनालॉग रूपांतरक (ADCs और DACs), संचालन प्रतिरोधक, या वायरलेस संपर्क ब्लॉक।[8] ये मिश्रित-संकेतित FPGAs और माइक्रोकंट्रोलर्स स्टैंडर्ड मिश्रित-संकेतित उपकरणों, पूर्ण-कस्टम ASICs, और एम्बेडेड सॉफ़्टवेयर के बीच एक समाधान प्रदान कर रहे हैं; वे उत्पादन विकास के दौरान या जब उत्पाद मात्रा इतनी कम होती है कि ASIC को लायक साबित नहीं करती हैं। हालांकि, इनमें कुछ प्रदर्शन सीमाएँ भी हो सकती हैं, जैसे कि एनालॉग-डिजिटल रूपांतरक के रिज़ॉल्यूशन, डिजिटल-एनालॉग रूपांतरक की गति, या इनपुट और आउटपुट की सीमित संख्या। फिर भी, वे सिस्टम की संरचना डिज़ाइन, प्रोटोटाइपिंग, और छोटे और मध्यम स्केल पर उत्पादन (प्रोडक्शन) की गति को तेज़ कर सकते हैं। इनके उपयोग को विकास बोर्ड, विकास समुदाय, और संभवतः सॉफ़्टवेयर समर्थन से समर्थित किया जा सकता है।
इतिहास
एमओएस स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट
मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET, या MOS ट्रांजिस्टर) का आविष्कार 1959 में बेल टेलीफोन लैबोरेटरी में मोहम्मद एम. अटला और दावन कांग द्वारा किया गया था, और इसके बाद जल्द ही एमओएस एकीकृत सर्किट (MOS IC) चिप का प्रस्ताव किया गया था। हालांकि, बेल ने पहले में MOS तकनीक को उन्होंने एनालॉग टेलीफ़ोन अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी नहीं माना, इसलिए इसे विकसित करने से इंकार कर दिया था, परंतु बाद में फेयरचाइल्ड और आरसीए ने कंप्यूटर जैसे डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए इसे वाणिज्यिक बना दिया।[9][10] MOS तकनीक अंततः MOS मिश्रित-संकेतित एकीकृत परिप्रेक्ष्य के लिए उपयुक्त हो गई, जिसमें एक चिप पर एनालॉग और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग को एक साथ जोड़ा गया है। इसे पूर्व बेल इंजीनियर डेविड ए. हॉजेस ने पॉल आर. ग्रे के साथ मिलकर 1970 के दशक की शुरुआत में यूसी बर्कली में विकसित किया था।[10] 1974 में, हॉजेस और ग्रे ने आर.ई. सुवारेज के साथ मिलकर MOS स्विच्ड कैपेसिटर (SC) सर्किट तकनीक का विकसित किया, जिसका उपयोग डाटा रूपांतरण के लिए एमओएस संधारित्र और MOSFET स्विचेज़ का उपयोग करके डिजिटल-टू-एनालॉग रूपांतरक (DAC) चिप विकसित करने में किया गया।[10] 1974 तक MOS एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरक (ADC) और DAC चिप का व्यापारिक उपयोग हो गया था।[11]
MOS SC सर्किट्स ने 1970 के दशक के अंत में पल्स कोड मॉडुलेशन (PCM) कोडेक-फ़िल्टर चिप्स के विकास को प्रेरित किया।[10][12] 1980 में हॉजेस और W.C. ब्लैक[10] ने विकसित किए गए सिलिकॉन-गेट CMOS (कम्पलिमेंटरी MOS) PCM कोडेक-फ़िल्टर चिप्स ने तब से डिजिटल टेलीफोनी के उद्योग में आचार्य चिन्ह बना दिया है।[10][12] 1990 के दशक तक, जनसंचार नेटवर्क जैसे कि सार्वजनिक स्विच टेलीफ़ोन नेटवर्क (PSTN) को बड़े पैमाने पर डिजिटलाईज़ कर दिया गया था, विशेषरूप से बहुत-बड़े-स्तर के संयोजन (VLSI) CMOS PCM कोडेक-फ़िल्टर द्वारा, जो टेलीफोन एक्सचेंज, निजी शाखा एक्सचेंज (PBX), और कुंजी टेलीफोन प्रणाली (KTS) के लिए इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग प्रणाली में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यह चिप्स उपयोगकर्ता-अंत मोडेम; डिजिटल लूप कैरियर्स, पेयर गेन मल्टीप्लेक्सर, टेलीफोन लूप एक्सटेंडर, एकीकृत सेवा डिजिटल नेटवर्क (ISDN) टर्मिनल, डिजिटल कार्डलेस टेलीफ़ोन, और डिजिटल सेल फोन्स; और ऐसे अनुप्रयोगों के लिए व्यापारिक उपयोग होते थे, जैसे कि भाषा पहचान उपकरण, आवाज़ डेटा संग्रह, वॉयस मेल, और डिजिटल टेपलेस उत्तर मशीन्स।[12] डिजिटल दूरसंचार नेटवर्क की बैंडविड्थ तेजी से तेजी से बढ़ रही है, जैसा कि एडहोम के कानून द्वारा देखा गया है,[13] जो मुख्य रूप से एमओएस प्रौद्योगिकी के तेजी से स्केलिंग और लघुकरण द्वारा संचालित है।[14][10]
आरएफ सीएमओएस सर्किट
1980 के प्रारंभ में बेल लैब्स में काम करते हुए, पाकिस्तानी इंजीनियर असद अबीदी ने एडवांस्ड एलएसआई डेवलपमेंट लैब में वैशिष्ट्य सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) वीएलएसआई (वेरी लार्ज-स्केल इंटीग्रेशन) तकनीक के नवनिर्माण पर काम किया, साथ ही मार्टी लेप्सेल्टर, जॉर्ज ई. स्मिथ, और हैरी बोल के साथ। लैब में कुछ ही सर्किट डिज़ाइनर्स में शामिल थे, अबीदी ने सब-माइक्रोन एनएमओएस एकीकृत परिप्रेक्ष्य तकनीक की संचार उच्च-गति सर्किट्स में संभावना को दिखाया, और ऑप्टिकल फ़ाइबर रिसीवर में जीबी/सेकंड डेटा दरों के लिए पहले MOS एम्पलीफायरों का विकसित किया। अबीदी के काम को शुरुआत में वहीं समर्थकों ने गैलियम आर्सेनाइड और बायोपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर के पक्षधरों के तड़प के साथ मिला। 1985 में, उन्होंने यूसीएलए में शामिल हो गए, जहां उन्होंने 1980 के दशक के आखिरी दशक में आरएफ सीएमओएस तकनीक को अग्रणी किया। उनके काम ने रेडियो तांत्रिक (आरएफ) सर्किट्स के डिज़ाइन को बदल दिया, जो उस समय उच्च-गति सर्किट्स के लिए विभाजित बायोपोलर ट्रांजिस्टर्स से दूर एसीएमओएस एकीकृत परिप्रेक्ष्यों की ओर रुखाई।[15]
आबिदी 1980 के दशक के अंत से 1990 के दशक की शुरुआत के दौरान सिग्नल प्रोसेसिंग और संचार के लिए एनालॉग सीएमओएस सर्किट पर शोध कर रहे थे। 1990 के दशक के मध्य में, आरएफ सीएमओएस तकनीक जिसकी उन्होंने शुरुआत की थी, वायरलेस नेटवर्किंग में व्यापक रूप से अपनाई गई, क्योंकि मोबाइल फोन का व्यापक उपयोग शुरू हो गया। 2008 तक, सभी वायरलेस नेटवर्किंग उपकरणों और आधुनिक मोबाइल फोन में रेडियो ट्रांसीवर आरएफ सीएमओएस उपकरणों के रूप में बड़े पैमाने पर उत्पादित किए गए हैं।[15]
सभी मॉडर्न वायरलेस नेटवर्किंग उपकरणों और मोबाइल फोन में बेसबैंड प्रोसेसर[16][17] और रेडियो ट्रांसीवर आरएफ सीएमओएस उपकरण का उपयोग करके थोक में उत्पादित होते हैं।[15] आरएफ सीएमओएस सर्किट विभिन्न उपयोगों में वायरलेस सिग्नल ट्रांसमिट और प्राप्त करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि उपग्रह तकनीक (जैसे जीपीएस), ब्लूटूथ, वाई-फाई, नियर-फील्ड कम्यूनिकेशन (एनएफसी), मोबाइल नेटवर्क (जैसे कि 3जी, 4जी, और 5जी), भू-धारावाहिक प्रसारण, और ऑटोमोटिव राडार अनुप्रयोग, जैसे कि अन्य उपयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।[18] आरएफ सीएमओएस तकनीक मॉडर्न वायरलेस संचार में अहम भूमिका निभाती है, जिसमें वायरलेस नेटवर्क और मोबाइल संचार उपकरण शामिल होते हैं।[19]
व्यावसायिक उदाहरण
- मिश्रित-सिग्नल डिज़ाइन वाले घरों और संसाधनों के उदाहरण:
- मिश्रित सिग्नल एफपीजीए और माइक्रोकंट्रोलर के उदाहरण:
- एनालॉग डिवाइस CM4xx मिश्रित-सिग्नल नियंत्रण प्रोसेसर
- फ़्यूज़न FPGA (माइक्रोसेमी से, अब माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी का हिस्सा)
- सरू पीएसओसी - चिप पर प्रोग्रामयोग्य प्रणाली, इन्फिनियन टेक्नोलॉजीज (पूर्व साइप्रस सेमीकंडक्टर) का एक उत्पाद
- टेक्सस उपकरण ्स का टीआई एमएसपी430
- Xilinx मिश्रित सिग्नल FPGA
- मिश्रित सिग्नल फाउंड्री के उदाहरण:[note 2]
- ग्लोबलफाउंड्रीज़
- न्यू जापान रेडियो
- टावर सेमीकंडक्टर
- एक्स-फैब
- ध्वनि चिप्स की सूची
यह भी देखें
टिप्पणियाँ
- ↑ Mixed-signal FPGAs are an extension of field-programmable analog arrays.
- ↑ Some foundries may also have design service or list of partners capable for mixed signal design services for their technologies.
संदर्भ
- ↑ Saraju Mohanty, Nanoelectronic Mixed-Signal System Design, McGraw-Hill, 2015, ISBN 978-0071825719 and 0071825711.
- ↑ "Mixed-Signal IC Design". quote: "mixed-signal (IC's with mixed analog and digital circuits on a single chip)"
- ↑ Mark Burns and Gordon W. Roberts, "An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement", 2001.
- ↑ "ESS Mixed Signal Circuits" Archived 2010-10-11 at the Wayback Machine
- ↑ Chang, J.J.; Myunghee Lee; Sungyong Jung; Brooke, M.A.; Jokerst, N.M.; Wills, D.S. (1999). "Fully differential current-input CMOS amplifier front-end suppressing mixed signal substrate noise for optoelectronic applications". ISCAS'99. Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems VLSI (Cat. No.99CH36349). Vol. 1. pp. 327–330. doi:10.1109/ISCAS.1999.777869. ISBN 0-7803-5471-0. S2CID 206955680.
- ↑ Singh, R. (1997). "Substrate noise issues in mixed-signal chip designs using Spice". विद्युत चुम्बकीय संगतता पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन. Vol. 1997. pp. 108–112. doi:10.1049/cp:19971128. ISBN 0-85296-695-4.
- ↑ "Mixed-Signal IC Merges 14-Bit ADC With DSP In 0.18-μm CMOS"
- ↑ "Microsemi Fusion mixed-signal FPGA"
- ↑ Maloberti, Franco; Davies, Anthony C. (2016). "History of Electronic Devices" (PDF). A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing. IEEE Circuits and Systems Society. pp. 59-70 (65-7). ISBN 9788793609860.
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अग्रिम पठन
- Saraju Mohanty (2015). Nanoelectronic Mixed-Signal System Design. McGraw-Hill. ISBN 978-0071825719.
- R. Jacob Baker (2009). CMOS Mixed-Signal Circuit Design, Second Edition. http://CMOSedu.com/
