信息时代的模拟集成电路

　　微电子技术是信息技术的核心技术，模拟集成电路（ＩＣ）又是微电子技术的核心技术之一，因而模拟ＩＣ成为信息时代的重要技术发展目标。
 
　　模拟ＩＣ包含了纯模拟信号处理功能的电路和ＡＤ混合信号处理功能的电路。其技术范围涉及数据转换器（如ＡＤ、ＤＡ转换器等）、线性和非线性放大器（如运算放大器、射频放大器、对数放大器、电压比较器、模拟乘法器等）、电子开关和多路转换器、稳压电源调节器（如线性电压调节器、开关电源控制器等）及其它模拟ＩＣ（如驱动器、延迟线、传感器等）。模拟ＩＣ主要被用来对模拟信号完成采集、放大、比较、变换等功能，它和数字电路及ＡＤ、ＤＡ转换电路三者之间的关系，早在１９８６年就被美国加州大学的Ｐａｕｌ．Ｒ．Ｇｒａｙ教授提出的所谓“鸡蛋模型”作了形象描述，该模型把它们三者整体上视为一个鸡蛋，而把数字电路视为蛋黄，模拟电路视为蛋壳，ＡＤ、ＤＡ电路视为蛋清，三者既不相同，又是统一的有机整体。现实世界中的各种模拟信息经模拟ＩＣ采集、放大、变换等处理后，即可得到计算机或数字电路处理所需的信号，从而实现人们需要的信息产品。显然，模拟ＩＣ是模拟世界和数字化电子信息系统之间的桥梁。

　　模拟ＩＣ在处理模拟信号时，除功率输出级外多数工作在小信号状态，信号频率往往从直流延伸到高频，其工作与数字电路处理信号时工作在开关状态明显不同。加上模拟ＩＣ品种繁多，功能复杂，性能差异巨大，因此，模拟ＩＣ在制作工艺、器件结构、电路架构等方面都有区别于数字电路的鲜明个性，主要表现在：模拟ＩＣ在整个线性工作区内需具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等；在设计中因技术特性的需要，常常考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式；由于工艺技术的限制，设计时应尽量少用或不用电阻电容，特别是高阻值电阻和大容量电容；许多模拟电路要求功率输出，因而电源电压较高；设计自动化程度低，ＣＡＤ工具和设计参数库精度高，工艺专用性强，工艺线品种变换频繁，工艺控制难等等。所以，模拟ＩＣ的核心技术主要涉及到高速技术、高频技术、低噪声技术、高耐压技术、低功耗技术、大功率技术等。为满足种种技术要求，电路设计和工艺加工必须良好配合。

　　模拟ＩＣ的单片工艺技术主要发展有双极、ＢｉＣＭＯＳ、ＣＭＯＳ、ＳｉＧｅ，其中双极和ＢｉＣＭＯＳ工艺使用较普遍。随着ＣＭＯＳ技术水平的提高，在模拟与数字混合电路的加工工艺方面有向ＣＭＯＳ方向发展的趋势。模拟ＩＣ中，多数高速模拟ＩＣ的工艺水平为０．５微米左右，一般模拟ＩＣ的工艺水平为１－３微米，在先进工艺方面，已开发出０．１微米技术。

　　在器件方面，由于应用对模拟ＩＣ的要求千差万别，因此，不仅开发出十余大类的模拟ＩＣ产品，而且对各类模拟ＩＣ又都开发出数百、数千种产品，产品种类和性能水平应有尽有，可满足应用的不同需要。

　　其中，数据转换器是模拟和数字混合信号处理电路，它的模拟电路部分占芯片面积的５０％以上。在数据转换器方面，８－１４位１－８０ＭＨｚ高速ＡＤ技术已很成熟，产品充足，也可见到１６位以上３０ＭＨｚ以上的ＡＤ转换器产品。同时在ＡＤ转换器中不仅出现集成了多种功能的模拟ＩＣ如多路转换器、仪器放大器、采保放大器等ＡＤ转换器子系统，而且还将不断把其它模拟ＩＣ和各种数字电路如ＤＳＰ、存储器、ＣＰＵ、ＩＯ等集成在一起。数据转换器应用广泛，如美国国家半导体公司推出的高性能低功耗ＡＤ转换器（如ＡＤＣ１０３２１具有１０位分辨率、２０ＭＨｚ采样速度、单电源工作），可广泛应用于数字机顶盒、电缆调制解调器及ＣＣＤ输入系统。放大器目前主要采用双极工艺制作，ＣＭＯＳ放大器尽管在功耗、尺寸方面具有优点，但价格太贵，应用受到限制。

　　在射频放大器方面，正采用ＳｉＧｅ双极技术，以满足应用的高性能要求。目前放大器正应用于各种手持式通信设备中，要求功耗低。ＡＤＩ（模拟器件公司）的高性能放大器系列（如：ＡＤ８３５０工作频率达到１２００ＭＨｚ，在２５０ＭＨｚ时噪声系数为６．１ｄＢ，具有很高的动态范围、极好的线性度和共模抑制），可有效地应用于通信收发射机、通用增益放大系统、ＡＤ缓冲器、高速数据接口驱动器等。ＡＤＩ还研制出在带宽、功耗、失真和驱动能力等综合水平很高的放大器如ＡＤ８０１４，它是一种超高速放大器，具有４００ＭＨｚ－３ｄＢ带宽，４０００Ｖｍｓ压摆率，２４ｎｓ的建立时间，具有极低的电压和电流噪声，失真也低，可理想地应用于宽带信号处理。