【導讀】IC就是半導體元件產品的統(tǒng)稱,IC按功能可分為:數(shù)字IC、模擬IC、微波IC及其他IC。數(shù)字IC就是傳遞、加工、處理數(shù)字信號的IC,是近年來應用最廣、發(fā)展最快的IC品種,可分為通用數(shù)字IC和專用數(shù)字IC。
IC就是半導體元件產品的統(tǒng)稱,IC按功能可分為:數(shù)字IC、模擬IC、微波IC及其他IC。
數(shù)字IC就是傳遞、加工、處理數(shù)字信號的IC,是近年來應用最廣、發(fā)展最快的IC品種,可分為通用數(shù)字IC和專用數(shù)字IC。
模擬IC則是處理連續(xù)性的光、聲音、速度、溫度等自然模擬信號的IC,模擬IC按應用來分可分為標準型模擬IC和特殊應用型模擬IC。
如果按技術來分的話,模擬IC可分為只處理模擬信號的線性IC和同時處理模擬與數(shù)字信號的混合IC。
標準型模擬IC包括放大器,電壓調節(jié)與參考對比,信號界面,數(shù)據(jù)轉換,比較器等產品;特殊應用型模擬IC主要應用在通信、汽車、電腦周邊和消費類電子等四個領域。
簡單總結一下二者的區(qū)別:數(shù)字電路IC就是處理數(shù)字信號的器件,比如CPU、邏輯電路等。
而模擬電路IC是處理和提供模擬信號的器件,比如運算放大器、線性穩(wěn)壓器、基準電壓源等,它們都屬于模擬IC。模擬IC處理的信號都具有連續(xù)性,可以轉換為正弦波研究,而數(shù)字IC處理的是非連續(xù)性信號,都是脈沖方波。
不同數(shù)字器件有不同的制程,所以需要不同的供電電壓,因此更需要電源管理這一模擬技術。隨著數(shù)字技術的發(fā)展,模擬技術分布于數(shù)字技術周邊,與數(shù)字技術密不可分,數(shù)字技術與模擬技術比較如下:
下面我們從模擬IC的四大特點來說明模擬IC與數(shù)字IC的差異性:
01、生命周期可長達10年
數(shù)字IC強調的是運算速度與成本比,數(shù)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強調的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。
產品一旦達到設計目標就具備長久的生命力,生命周期長達10年以上的模擬IC產品也不在少數(shù)。
如音頻運算放大器NE5532,自上世紀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。
因為生命周期長,所以模擬IC的價格通常偏低。
02、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。
因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來驅動其他元件,而CMOS工藝的驅動能力很差。
此外,模擬IC最關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,結合了Bipolar工藝和CMOS工藝兩者的優(yōu)點。
另外還有CD工藝,將CMOS工藝和DMOS工藝結合在一起。而BCD工藝則是結合了Bipolar、CMOS、DMOS三種工藝的優(yōu)點。
在高頻領域還有SiGe和GaAS工藝。這些特殊工藝需要晶圓代工廠的配合,同時也需要設計者加以熟悉,而數(shù)字IC設計者基本上不用考慮工藝問題。
03、與元器件關系緊密
模擬IC在整個線性工作區(qū)內需要具備良好的電流放大特性、小電流特性、頻率特性等;在設計中因技術特性的需要,常常需要考慮元器件布局的對稱結構和元器件參數(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、電感都會產生噪音或失真,設計者必須考慮到這些元器件的影響。
對于數(shù)字電路來說是沒有噪音和失真的,數(shù)字電路設計者完全不用考慮這些因素。
此外由于工藝技術的限制,模擬電路設計時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(shù)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。
04、輔助工具少測試周期長
模擬IC設計者既需要全面的知識,也需要長時間經驗的積累。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。而在經驗方面,模擬IC設計師需要至少3年-5年的經驗,優(yōu)秀的模擬IC設計師需要10年甚至更長時間的經驗。
模擬IC設計的輔助工具少,其可以借助的EDA工具遠不如數(shù)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(wěn)定性,因此認證周期長。此外,模擬IC測試周期長且復雜。
某些模擬IC產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,有些產品需要采用WCPS晶圓級封裝。