随着信息技术及其产业的迅速发展,带动着当今社会进入到一个崭新的信息化时代。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A/D混合信号处理功能的电路。其技术范围涉及数据转换器(如A/D、D/A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A/D、D/A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,A/D、D/A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有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A/D技术已很成熟,产品充足,也可见到16位以上30MHz以上的A/D转换器产品。同时在A/D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A/D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、I/O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A/D转换器(如ADC10321,具有10位分辨率、20MHz采样速度、单电源工作),可广泛应用于数码复印机、数码相机、摄录一体化机、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。