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(voltageregulator/reference)、信號界面(interface)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(dataconversion)、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):
1、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。
2、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。
3、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。
4、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,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。