دقت والی الیکٹرانکس کے لیے آئی سی چپ ٹالرینسنگ خصوصیات کو سمجھنے کی رہنمائی

تصنیع میں تبدیلیاں آئی سی چپ ٹالرنسنگ کی تفصیل کو کیسے متاثر کرتی ہیں

تصنعت کے عمل کے دوران تبدیلیاں واقعی اس بات کو متاثر کرتی ہیں کہ آیا آئی سی چپس ان کی برداشت کی وضاحتوں پر پورا اترتی ہیں۔ ±5 نینومیٹر کے اردگرد لیتھوگرافی کی غلط جگہ ترتیب، تقریباً ±3 فیصد ڈوپنگ کی اکائی میں تبدیلیاں، اور تقریباً ±0.2 Å پر آکسائیڈ کی موٹائی میں فرق یہاں تمام کردار ادا کرتے ہیں۔ اگرچہ اعداد و شمار کے عمل کے کنٹرول سے ان پیرامیٹرز کی تبدیلی کو کم کرنے میں مدد ملتی ہے، تاہم چھوٹی تبدیلیاں ٹرانزسٹر بیٹا ویلیوز کو اب بھی نمایاں طور پر متاثر کر سکتی ہیں، جس سے معیاری CMOS تیاری میں انہیں 10 سے 20 فیصد تک تبدیل کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ انٹیل کی 2022 کی تحقیق سے ظاہر ہوتا ہے۔ نئی 5 نینومیٹر FinFET ٹیکنالوجی پر نظر ڈالیں تو، ملٹی-پیٹرننگ ٹیکنیک نے یقیناً درستگی کی سطح میں بہتری کی ہے۔ تاہم، گیٹ لمبائی میں تبدیلی کی وجہ سے اینالاگ سرکٹس میں رساؤ کرنٹ کے پھیلاؤ تک کا مسئلہ اب بھی باقی ہے، جو ان ترقی یافتہ نوڈس پر کام کرنے والے ڈیزائنرز کے لیے اب بھی چیلنج بنی ہوئی ہے۔

ایکٹیو اجزاء (ٹرانزسٹرز، JFETs) میں برداشت کے ذریعے متاثر ہونے والے اہم پیرامیٹرز

• قدِم وولٹیج (V _ث )mOSFET میں ±30 mV کا پھیلاؤ دوہرے جوڑوں میں 8-12 فیصد گین کی غلطی کی وجہ بنتا ہے
• گزرائو موصلیت (g _م )jFET میں 5 فیصد رواداری ایمپلی فائر لکیریت کو 3 تا 6 dB تک خراب کردیتی ہے
• ان پٹ بائیس کرنت غیر نشان زدہ BJT میں 200 nA سے 2 µA تک پھیلاؤ ہوتا ہے، جس کی وجہ سے آف سیٹ کی غلطیاں 10 mV تک ہوسکتی ہیں
• حرارتی شور کی کثافت ±0.5 nV/√Hz 1/f شور کی رواداری صرفت وضاحت والے ADCs میں سگنل سے شور کے تناسب کو متاثر کرتی ہے

حقیقی دنیا کا کیس اسٹڈی: درست اوب ایمپس میں ٹالرنس کی وجہ سے کارکردگی میں انحراف

سیمی کنڈکٹر انجینئرنگ کے ایک 2023 کے مطالعہ نے 10,000 اوپ ایمپس کا تجزیہ کیا، جس میں ڈیٹا شیٹ کی تفصیلات سے نمایاں انحراف کا انکشاف ہوا:

پیرامیٹر	متعینہ رواداری	ماپا گیا پھیلاؤ	سسٹم کا اثر
آف سیٹ وولٹیج	±50 µV	±82 µV	24-bit ADC میں 0.4% گین ایرر
CMRR	120 dB (معیاری)	114–127 dB	pSRR میں 11% کمی
GBW	10 MHz (±5%)	8.7–11.3 MHz	فیز مارجن میں 16% کمی

ان تفاوت کی وجہ سے ان انسٹرومینٹیشن ایمپلی فائر سرکٹس کے 18 فیصد حصے میں دوبارہ ڈیزائن کی ضرورت پڑی تاکہ وہ آئی ایس او 7628 سگنل انٹیگریٹی معیارات کے مطابق ہو سکیں۔

ایچادار سرکٹ ڈیزائن میں م passive اور active اجزاء کی رواداری

ایچادار انا لاگ سرکٹس کو سخت اجزاء کی رواداری کی ضرورت ہوتی ہے، کیونکہ passive اور active عناصر میں چھوٹی سے چھوٹی تبدیلی نظام سطحی غلطیوں میں بدل سکتی ہے۔

رسسٹر کی رواداری اور اس کا سگنل درستگی اور استحکام پر اثر

ریزسٹرز کی رواداری کی سطح اس بات کو متاثر کرتی ہے کہ وہ سرکٹس میں ولٹیجز کو کتنی درستگی سے تقسیم کرتے ہیں، مستحکم گینز برقرار رکھتے ہیں، اور حرارتی شور کا انتظام کرتے ہیں۔ جب فیڈ بیک ریزسٹرز کے درمیان تقریباً 1% کا فرق ہوتا ہے، تو IEEE کی 2022 کی تحقیق کے مطابق یہ فرق ڈفرنشل ایمپلی فائرز کی درستگی کو تقریباً 1.8% تک کم کر سکتا ہے۔ یہ چھوٹی چھوٹی عدم مطابقتیں سینسر کنکشنز اور ADCs دونوں کے لیے مسائل پیدا کرتی ہیں۔ حقیقی تحقیقی اعداد و شمار کو دیکھتے ہوئے، ہمیں معلوم ہوتا ہے کہ معیاری 5% کاربن فلم ریزسٹرز سے اعلیٰ درستگی والے 0.1% میٹل فلم ورژن تک منتقل ہونے سے سگنل چینز کافی حد تک مستحکم ہو جاتے ہیں۔ شدید درجہ حرارت کے دوران کیے گئے ٹیسٹس میں −40 ڈگری سیلسیس سے لے کر 125 ڈگری سیلسیس تک جانے پر کارکردگی میں تقریباً 42% کا بہتری دیکھی گئی، جو صنعتی اطلاقات میں بہت اہم ہے جہاں حالات مسلسل بدلتے رہتے ہیں۔

سخت آئی سی چپ ٹالرنسنگ خصوصی تقاضوں کو پورا کرنے کے لیے ریزسٹر نیٹ ورکس کا ملاپ

لیزر ٹرِمڈ منولیتھک مزاحمت نیٹ ورکس مشترکہ سب اسٹریٹس کے ذریعے 0.05 فیصد کی نسبتاً مطابقت حاصل کرتے ہیں جو حرارتی گرادینٹس کو کم سے کم کرتے ہیں۔ اس سے 24-بٹ ADCs کے لیے حوالہ نیٹ ورکس ±2 ppm/°C ٹریکنگ برقرار رکھ سکتے ہیں، جو طبی تصویر کشی کے نظام کی سخت ضروریات کو پورا کرتے ہیں۔

ٹرانزسٹرز اور JFETs میں تھریشولڈ وولٹیج کا پھیلاؤ اور پیرامیٹر کی منتقلی

درست آپ ایمپس میں JFET ان پٹ اسٹیجز میں پروڈکشن لوٹس کے دوران ±300 mV تک تھریشولڈ وولٹیج کا پھیلاؤ ہوتا ہے، جس کی وجہ سے کم آف سیٹ درخواستوں کے لیے بائننگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ پیرامیٹر تجزیہ (2023) نے پایا کہ 150°C پر 1,000 گھنٹے تک عمر رسیدہ GaAs JFETs سلیکون بنیاد پر ڈیوائسز کے مقابلے میں 12–18 فیصد زیادہ پیرامیٹر ڈرِف دکھاتے ہیں، جو خلائی ماحول میں قابل اعتمادگی کے بارے میں تشویش کو اجاگر کرتا ہے۔

آپریشنل ایمپلیفائرز میں داخلی رواداری کی تلافی کی تکنیکیں

جدید آپریشنل ایمپلیفائرز آئی سی چپ کی رواداری کی تفصیل کی ضروریات کو پورا کرنے اور قیمت کی موثریت برقرار رکھنے کے لیے جدید آن چپ طریقہ کار کا استعمال کرتے ہیں۔

تنگ آئی سی چپ کی رواداری کی تفصیل حاصل کرنے میں لیزر ٹرمنگ اور اس کا کردار

لیزر ٹرمنگ تیاری کے دوران تھن فلم رزسٹرز کو ایڈجسٹ کرتی ہے، جس سے ±0.01 فیصد تک درستگی حاصل ہوتی ہے۔ 2023 کی ایک سیمی کنڈکٹر تیاری کی جائزہ رپورٹ کے مطابق، اس طریقہ کار سے رزسٹر ملنے کی درستگی میں 75 فیصد بہتری آتی ہے، جو گین ایرر اور CMRR جیسے اہم پیرامیٹرز میں نمایاں بہتری لاتی ہے۔

آن چپ کمپنسیشن کے ذرائع کے ذریعے آف سیٹ وولٹیج کنٹرول

آٹو-زیرو اور چاپر اسٹیبلائزیشن سختی سے درست آپ ایمپس میں 1 مائیکرو وولٹ سے کم آف سیٹ وولٹیج کی خودکار تصحیح کرتے ہیں۔ آٹو-زیرو آرکیٹیکچر غیر معاوضہ ڈیزائن کے مقابلے میں درجہ حرارت سے متاثرہ ڈرائیف میں 90 فیصد کمی کرتے ہیں، جو میٹرولوجی اور میڈیکل آلات میں طویل مدتی استحکام کو یقینی بناتا ہے۔

درستگی کی کارکردگی کا موازنہ: درستگی والے اور جنرل پوز مقصد آپ ایمپس

پریسیژن آپ-ایمپس عام ماڈلز کے مقابلے میں آف سیٹ وولٹیج اور بائیس کرنٹ پر پانچ گنا زیادہ مضبوط کنٹرول فراہم کرتے ہیں، جیسا کہ 2024 آڈیو ایمپلی فائر مارکیٹ رپورٹ میں نوٹ کیا گیا ہے۔ حرارتی دباؤ کے تحت، پریسیژن ورژن پیرامیٹر کی استحکام کو آٹھ گنا تک بہتر طریقے سے برقرار رکھتے ہیں، جو انہیں ایئرو اسپیس اور صنعتی کنٹرول سسٹمز میں استعمال کی مناسب توجیہ دیتا ہے۔

آئی سی چپ ٹالرینسنگ خصوصیات کے اثرات کو کم کرنے کے لیے ڈیزائن کی حکمت عملیاں

کمپونینٹ ٹالرنس وولٹیج، درجہ حرارت اور عمل کے کناروں پر غیر یقینی نتائج کی شکل میں ±25% سے زیادہ سسٹم لیول کی غلطیوں میں شامل ہو سکتے ہیں (کنٹرول سسٹمز ٹیکنالوجی، 2023)۔ انجینئرز ان چیلنجز کا مقابلہ کرنے کے لیے تین متبادل حکمت عملیوں کا استعمال کرتے ہیں۔

کمپونینٹ ٹالرنس کو قبول کرنے کے لیے سرکٹ ڈیزائن کے نقطہ نظر

مضبوط ڈیزائن وولٹیج، درجہ حرارت اور عمل کے کناروں پر بدترین حالت کے تناسب کے تجزیہ سے شروع ہوتا ہے۔ مؤثر تکنیکوں میں شامل ہیں:

• ڈفرنشل جوڑے جن میں ±0.5% مماثل مزاحمتیں حرارتی ڈرائیف کو دبانے کے لیے
• پیرامیٹرک پیداوار کی پیش گوئی کے لیے مونٹی کارلو سیمیولیشنز
• نظری حدود سے 20 تا 30 فیصد تک گارڈ بینڈنگ کی خصوصیات

2023 کے ایک صنعتی سروے میں ظاہر ہوا کہ روایتی طریقوں کے مقابلے میں ان طریقوں سے کارکردگی کی متغیرتا میں 15 تا 25 فیصد کمی آتی ہے۔

برداشت کی مضبوطی بہتر بنانے کے لیے فیڈ بیک لوپس کا استعمال

فیڈ بیک کے ذرائع سے درست اجزاء کی غلطیوں کی حق وقت اصلاح ممکن ہوتی ہے۔ خودکار صفر کرنے والے ایمپلی فائرز اور سوئچڈ-کیپسیٹر فلٹرز جیسی موافقت پذیر ٹوپولوجیز حاصل کرتی ہیں <0.01% گین غلطی 5 فیصد مزاحمتی برداشت کے باوجود۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ بالخصوص وولٹیج ریفرنسز میں بند لوپ سسٹمز کھلے لوپ ترتیبات کے مقابلے میں 40 فیصد زیادہ برداشت کی مضبوطی فراہم کرتے ہیں۔

اعلیٰ درستگی والے سسٹمز میں ٹرمنگ، کیلیبریشن اور قابلِ ضبطی

پیداوار کے بعد کی ٹیوننگ اصل کارکردگی کو ڈیزائن کے مقاصد سے ہم آہنگ کرتی ہے:

ٹینکنک	برداشت میں بہتری	عام استعمال
لیزر ٹرمنگ	±0.1% – ±0.01%	وولٹیج ریفرنسز
ای ای پی روم کیلیبریشن	±5% – ±0.5%	سینسر سگنل چینز
آرڈر کے مطابق ٹیوننگ	±3% – ±0.3%	پروگرام ایبل گین ایمپلی فائرز

معروف تیار کنندگان اب ڈیجیٹل ٹرِم نیٹ ورکس کو آئی سی پیکجز میں ضم کر رہے ہیں، جو عمر بڑھنے اور ماحولیاتی تبدیلیوں کے لیے فیلڈ ایڈجسٹ ایبل کمپین سیشن کی اجازت دیتے ہیں۔

اجزاء کے انتخاب میں درستگی، لاگت اور قابل اعتمادی کا توازن

رواداری کی سختی اور جزو کی لاگت کے درمیان تعلق کا جائزہ لینا

0.1 فیصد کے قریب یا اس سے کم رواداری والے اجزا عام طور پر انعامی اجزاء کے مقابلے میں 15 سے 40 فیصد تک زیادہ قیمت پر ہوتے ہیں جن کی رواداری 2 سے 5 فیصد کے درمیان ہوتی ہے۔ کسی منصوبے کے لیے اجزاء کا انتخاب کرتے وقت، رواداری کی ضروریات کو سرکٹ کی اصل ضروریات کے مطابق ملانا مناسب رہتا ہے۔ آپ ایمپ آف سیٹ وولٹیج جیسی چیزوں کو دیکھیں، جنہیں کارکردگی کے لحاظ سے نہایت اہم ہونے کی وجہ سے سخت ترین معیارات کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ڈیزائن کے دیگر حصوں کے لیے سستے اختیارات بھی بالکل ٹھیک کام کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، درست اناлог سرکٹس کو سگنل کی معیار برقرار رکھنے کے لیے سخت رواداری کی انتہائی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسری طرف ڈیجیٹل سسٹمز؟ وہ اجزاء کی مختلف اقسام کے حوالے سے کہیں زیادہ روادار ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے بہت سے انجینئرز وہاں فعالیت کو متاثر کیے بغیر سستے اختیارات کا انتخاب کرتے ہیں۔

ماحولیاتی دباؤ اور عمر بڑھنے کے تحت طویل مدتی قابل اعتمادگی کو یقینی بنانا

وقت کے ساتھ ایک جزو کا مطلوبہ کارکردگی برقرار رکھنے کی صلاحیت نہایت اہم ہے۔ جب بار بار درجہ حرارت میں تبدیلی کے معرض میں آتے ہیں، تو غیر ختم شدہ پیکجوں میں پیرامیٹر ڈرائیف عام طور پر ہونے والی مقدار کے مقابلے میں تین گنا تک بڑھ سکتا ہے۔ نمی کے مسائل بھی اسی قدر شدید ہوتے ہیں، جو گزشتہ سال کی سیمی کنڈکٹر ریلایبلٹی رپورٹ کے مطابق، رساؤ والے کرنٹس میں ان کی معمول کی سطح سے آدھے سے لے کر دو گنا تک اضافہ کر دیتے ہیں۔ فوجی معیارات کے مطابق تیار کردہ اور مناسب انکیپسولیشن اور مکمل بَرن-ان ٹیسٹنگ کے حامل جزوؤں میں عمر بڑھنے سے ہونے والی ناکامیوں میں تقریباً 70 فیصد کمی ہوتی ہے، عام تجارتی اجزاء کے مقابلے میں۔ اس وجہ سے ہوائی جہاز کے نظام یا طبی آلات جیسی چیزوں کے لیے یہ اعلیٰ معیار کے جزو نہایت ضروری ہوتے ہیں، جہاں ناکامی کا تصور نہیں کیا جا سکتا۔ مشکل ماحول کے لیے سرکٹس ڈیزائن کرنے والے ہر شخص کو اجزاء کا انتخاب حتمی شکل دینے سے پہلے ایم ٹی بی ایف اعداد و شمار کا بغور جائزہ لینا چاہیے اور تیز رفتار زندگی کے ٹیسٹ کرنا چاہیے۔