信息時代的模擬集成電路

　　微電子技術(shù)是信息技術(shù)的核心技術(shù)，模擬集成電路（ＩＣ）又是微電子技術(shù)的核心技術(shù)之一，因而模擬ＩＣ成為信息時代的重要技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。
 
　　模擬ＩＣ包含了純模擬信號處理功能的電路和ＡＤ混合信號處理功能的電路。其技術(shù)范圍涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（如ＡＤ、ＤＡ轉(zhuǎn)換器等）、線性和非線性放大器（如運算放大器、射頻放大器、對數(shù)放大器、電壓比較器、模擬乘法器等）、電子開關(guān)和多路轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器（如線性電壓調(diào)節(jié)器、開關(guān)電源控制器等）及其它模擬ＩＣ（如驅(qū)動器、延遲線、傳感器等）。模擬ＩＣ主要被用來對模擬信號完成采集、放大、比較、變換等功能，它和數(shù)字電路及ＡＤ、ＤＡ轉(zhuǎn)換電路三者之間的關(guān)系，早在１９８６年就被美國加州大學(xué)的Ｐａｕｌ．Ｒ．Ｇｒａｙ教授提出的所謂“雞蛋模型”作了形象描述，該模型把它們?nèi)哒w上視為一個雞蛋，而把數(shù)字電路視為蛋黃，模擬電路視為蛋殼，ＡＤ、ＤＡ電路視為蛋清，三者既不相同，又是統(tǒng)一的有機整體。現(xiàn)實世界中的各種模擬信息經(jīng)模擬ＩＣ采集、放大、變換等處理后，即可得到計算機或數(shù)字電路處理所需的信號，從而實現(xiàn)人們需要的信息產(chǎn)品。顯然，模擬ＩＣ是模擬世界和數(shù)字化電子信息系統(tǒng)之間的橋梁。

　　模擬ＩＣ在處理模擬信號時，除功率輸出級外多數(shù)工作在小信號狀態(tài)，信號頻率往往從直流延伸到高頻，其工作與數(shù)字電路處理信號時工作在開關(guān)狀態(tài)明顯不同。加上模擬ＩＣ品種繁多，功能復(fù)雜，性能差異巨大，因此，模擬ＩＣ在制作工藝、器件結(jié)構(gòu)、電路架構(gòu)等方面都有區(qū)別于數(shù)字電路的鮮明個性，主要表現(xiàn)在：模擬ＩＣ在整個線性工作區(qū)內(nèi)需具備良好的電流放大特性、小電流特性、頻率特性等；在設(shè)計中因技術(shù)特性的需要，常?？紤]元器件布局的對稱結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)的彼此匹配形式；由于工藝技術(shù)的限制，設(shè)計時應(yīng)盡量少用或不用電阻電容，特別是高阻值電阻和大容量電容；許多模擬電路要求功率輸出，因而電源電壓較高；設(shè)計自動化程度低，ＣＡＤ工具和設(shè)計參數(shù)庫精度高，工藝專用性強，工藝線品種變換頻繁，工藝控制難等等。所以，模擬ＩＣ的核心技術(shù)主要涉及到高速技術(shù)、高頻技術(shù)、低噪聲技術(shù)、高耐壓技術(shù)、低功耗技術(shù)、大功率技術(shù)等。為滿足種種技術(shù)要求，電路設(shè)計和工藝加工必須良好配合。

　　模擬ＩＣ的單片工藝技術(shù)主要發(fā)展有雙極、ＢｉＣＭＯＳ、ＣＭＯＳ、ＳｉＧｅ，其中雙極和ＢｉＣＭＯＳ工藝使用較普遍。隨著ＣＭＯＳ技術(shù)水平的提高，在模擬與數(shù)字混合電路的加工工藝方面有向ＣＭＯＳ方向發(fā)展的趨勢。模擬ＩＣ中，多數(shù)高速模擬ＩＣ的工藝水平為０．５微米左右，一般模擬ＩＣ的工藝水平為１－３微米，在先進(jìn)工藝方面，已開發(fā)出０．１微米技術(shù)。

　　在器件方面，由于應(yīng)用對模擬ＩＣ的要求千差萬別，因此，不僅開發(fā)出十余大類的模擬ＩＣ產(chǎn)品，而且對各類模擬ＩＣ又都開發(fā)出數(shù)百、數(shù)千種產(chǎn)品，產(chǎn)品種類和性能水平應(yīng)有盡有，可滿足應(yīng)用的不同需要。

　　其中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是模擬和數(shù)字混合信號處理電路，它的模擬電路部分占芯片面積的５０％以上。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器方面，８－１４位１－８０ＭＨｚ高速ＡＤ技術(shù)已很成熟，產(chǎn)品充足，也可見到１６位以上３０ＭＨｚ以上的ＡＤ轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。同時在ＡＤ轉(zhuǎn)換器中不僅出現(xiàn)集成了多種功能的模擬ＩＣ如多路轉(zhuǎn)換器、儀器放大器、采保放大器等ＡＤ轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)，而且還將不斷把其它模擬ＩＣ和各種數(shù)字電路如ＤＳＰ、存儲器、ＣＰＵ、ＩＯ等集成在一起。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，如美國國家半導(dǎo)體公司推出的高性能低功耗ＡＤ轉(zhuǎn)換器（如ＡＤＣ１０３２１具有１０位分辨率、２０ＭＨｚ采樣速度、單電源工作），可廣泛應(yīng)用于數(shù)字機頂盒、電纜調(diào)制解調(diào)器及ＣＣＤ輸入系統(tǒng)。放大器目前主要采用雙極工藝制作，ＣＭＯＳ放大器盡管在功耗、尺寸方面具有優(yōu)點，但價格太貴，應(yīng)用受到限制。

　　在射頻放大器方面，正采用ＳｉＧｅ雙極技術(shù)，以滿足應(yīng)用的高性能要求。目前放大器正應(yīng)用于各種手持式通信設(shè)備中，要求功耗低。ＡＤＩ（模擬器件公司）的高性能放大器系列（如：ＡＤ８３５０工作頻率達(dá)到１２００ＭＨｚ，在２５０ＭＨｚ時噪聲系數(shù)為６．１ｄＢ，具有很高的動態(tài)范圍、極好的線性度和共模抑制），可有效地應(yīng)用于通信收發(fā)射機、通用增益放大系統(tǒng)、ＡＤ緩沖器、高速數(shù)據(jù)接口驅(qū)動器等。ＡＤＩ還研制出在帶寬、功耗、失真和驅(qū)動能力等綜合水平很高的放大器如ＡＤ８０１４，它是一種超高速放大器，具有４００ＭＨｚ－３ｄＢ帶寬，４０００Ｖｍｓ壓擺率，２４ｎｓ的建立時間，具有極低的電壓和電流噪聲，失真也低，可理想地應(yīng)用于寬帶信號處理。