處理連續性的光、聲音、速度、溫度等自然模擬信號的IC被稱(chēng)為模擬IC。模擬IC處理的這些信號都具有連續性,可以轉換為正弦波研究。而數字IC處理的是非連續性信號,都是脈沖方波。
模擬IC按技術(shù)類(lèi)型來(lái)分有只處理模擬信號的線(xiàn)性IC和同時(shí)處理模擬與數字信號的混合IC。模擬IC按應用來(lái)分可分為標準型模擬IC和特殊應用型模擬 IC。標準型模擬IC包括放大器(Amplifier)、電壓調節與參考對比(VoltageRegulator/Reference)、信號界面(Interface)、數據轉換(DataConversion)、比較器(Comparator)等產(chǎn)品。特殊應用型模擬IC主要應用在4個(gè)領(lǐng)域,分別是通信、汽車(chē)、電腦周邊和消費類(lèi)電子。
模擬IC具有四大特點(diǎn):
a、生命周期可長(cháng)達10年。數字IC強調的是運算速度與成本比,數字IC設計的目標是在盡量低的成本下達到目標運算速度。設計者必須不斷采用更高效率的算法來(lái)處理數字信號,或者利用新工藝提高集成度降低成本。因此數字IC的生命周期很短,大約為1年-2年。
模擬IC強調的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩定性。產(chǎn)品一旦達到設計目標就具備長(cháng)久的生命力,生命周期長(cháng)達10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數。如音頻運算放大器NE5532,自上世紀70年代末推出直到現在還是最常用的音頻放大IC之一,幾乎50%的多媒體音箱都采用了NE5532,其生命周期超過(guò)25年。因為生命周期長(cháng),所以模擬IC的價(jià)格通常偏低。
b、工藝特殊少用CMOS工藝
數字IC多采用CMOS工藝,而模擬IC很少采用CMOS工藝。因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來(lái)驅動(dòng)其他元件,而CMOS工藝的驅動(dòng)能力很差。此外,模擬IC最關(guān)鍵的是低失真和高信噪比,這兩者都是在高電壓下比較容易做到的。而CMOS工藝主要用在5V以下的低電壓環(huán)境,并且持續朝低電壓方向發(fā)展。
因此,模擬IC早期使用Bipolar工藝,但是Bipolar工藝功耗大,因此又出現BiCMOS工藝,結合了Bipolar工藝和CMOS工藝兩者的優(yōu)點(diǎn)。另外還有CD工藝,將CMOS工藝和DMOS工藝結合在一起。而B(niǎo)CD工藝則是結合了Bipolar、CMOS、DMOS三種工藝的優(yōu)點(diǎn)。在高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAS工藝。這些特殊工藝需要晶圓代工廠(chǎng)的配合,同時(shí)也需要設計者加以熟悉,而數字IC設計者基本上不用考慮工藝問(wèn)題。
c、與元器件關(guān)系緊密
模擬IC在整個(gè)線(xiàn)性工作區內需要具備良好的電流放大特性、小電流特性、頻率特性等;在設計中因技術(shù)特性的需要,常常需要考慮元器件布局的對稱(chēng)結構和元器件參數的彼此匹配形式;模擬IC還必須具備低噪音和低失真性能。電阻、電容、電感都會(huì )產(chǎn)生噪音或失真,設計者必須考慮到這些元器件的影響。
對于數字電路來(lái)說(shuō)是沒(méi)有噪音和失真的,數字電路設計者完全不用考慮這些因素。此外由于工藝技術(shù)的限制,模擬電路設計時(shí)應盡量少用或不用電阻和電容,特別是高阻值電阻和大容量電容,只有這樣才能提高集成度和降低成本。
某些射頻IC在電路板的布局也必須考慮在內,而這些是數字IC設計所不用考慮的。因此模擬IC的設計者必須熟悉幾乎所有的電子元器件。
d、輔助工具少測試周期長(cháng)
模擬IC設計者既需要全面的知識,也需要長(cháng)時(shí)間經(jīng)驗的積累。模擬IC設計者需要熟悉IC和晶圓制造工藝與流程,需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。通常很少有設計師熟悉IC和晶圓的制造工藝與流程。而在經(jīng)驗方面,模擬IC設計師需要至少3年-5年的經(jīng)驗,優(yōu)秀的模擬IC設計師需要10年甚至更長(cháng)時(shí)間的經(jīng)驗。
模擬IC設計的輔助工具少,其可以借助的EDA工具遠不如數字IC設計多。由于模擬IC功耗大,牽涉的因素多,而模擬IC又必須保持高度穩定性,因此認證周期長(cháng)。此外,模擬IC測試周期長(cháng)且復雜。
某些模擬IC產(chǎn)品需要采用特殊工藝和封裝,必須與晶圓廠(chǎng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)工藝,如BCD工藝和30V高壓工藝。此外,有些產(chǎn)品需要采用WCPS晶圓級封裝,擁有此技術(shù)的封裝廠(chǎng)目前還不多。 |