IC：模擬與數(shù)字有四大不同

北京水清木華科技有限公司 周彥武

　　處理連續(xù)性的光、聲音、速度、溫度等自然模擬信號的IC被稱為模擬IC。模擬IC處理的這些信號都具有連續(xù)性，可以轉(zhuǎn)換為正弦波研究。而數(shù)字IC處理的是非連續(xù)性信號，都是脈沖方波。模擬IC按技術(shù)類型來分有只處理模擬信號的線性IC和同時(shí)處理模擬與數(shù)字信號的混合IC。模擬IC按應(yīng)用來分可分為標(biāo)準(zhǔn)型模擬IC和特殊應(yīng)用型模擬IC。標(biāo)準(zhǔn)型模擬IC包括放大器(Amplifier)、電壓調(diào)節(jié)與參考對比(Voltage Regulator/Reference)、信號界面(Interface)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(Data Conversion)、比較器(Comparator)等產(chǎn)品。特殊應(yīng)用型模擬IC主要應(yīng)用在4個(gè)領(lǐng)域，分別是通信、汽車、電腦周邊和消費(fèi)類電子。模擬IC具有四大特點(diǎn)。

　　生命周期可長達(dá)10年

　　數(shù)字IC強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)算速度與成本比，數(shù)字IC設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在盡量低的成本下達(dá)到目標(biāo)運(yùn)算速度。設(shè)計(jì)者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。因此數(shù)字IC的生命周期很短，大約為1年-2年。

　　模擬IC強(qiáng)調(diào)的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。產(chǎn)品一旦達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)就具備長久的生命力，生命周期長達(dá)10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數(shù)。如音頻運(yùn)算放大器NE5532，自上世紀(jì)70年代末推出直到現(xiàn)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25年。因?yàn)樯芷陂L，所以模擬IC的價(jià)格通常偏低。

　　工藝特殊少用CMOS工藝

　　數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC很少采用CMOS工藝。因?yàn)槟MIC通常要輸出高電壓或者大電流來驅(qū)動(dòng)其他元件，而CMOS工藝的驅(qū)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(xù)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(xiàn)BiCMOS工藝，結(jié)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(jié)合在一起。而BCD工藝則是結(jié)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的配合，同時(shí)也需要設(shè)計(jì)者加以熟悉，而數(shù)字IC設(shè)計(jì)者基本上不用考慮工藝問題。

　　與元器件關(guān)系緊密

　　模擬IC在整個(gè)線性工作區(qū)內(nèi)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(shè)計(jì)中因技術(shù)特性的需要，常常需要考慮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；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(shè)計(jì)者必須考慮到這些元器件的影響。

　　對于數(shù)字電路來說是沒有噪音和失真的，數(shù)字電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(nèi)，而這些是數(shù)字IC設(shè)計(jì)所不用考慮的。因此模擬IC的設(shè)計(jì)者必須熟悉幾乎所有的電子元器件。

　　輔助工具少測試周期長

　　模擬IC設(shè)計(jì)者既需要全面的知識(shí)，也需要長時(shí)間經(jīng)驗(yàn)的積累。模擬IC設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師熟悉IC和晶圓的制造工藝與流程。而在經(jīng)驗(yàn)方面，模擬IC設(shè)計(jì)師需要至少3年-5年的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)秀的模擬IC設(shè)計(jì)師需要10年甚至更長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)。

　　模擬IC設(shè)計(jì)的輔助工具少，其可以借助的EDA工具遠(yuǎn)不如數(shù)字IC設(shè)計(jì)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(wěn)定性，因此認(rèn)證周期長。此外，模擬IC測試周期長且復(fù)雜。

　　某些模擬IC產(chǎn)品需要采用特殊工藝和封裝，必須與晶圓廠聯(lián)合開發(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)的封裝廠目前還不多。