[讨论] 信息时代的模拟集成电路

随着信息技术及其产业的迅速发展，当今社会进入到了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、Ａ?Ｄ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。

据市场调查公司ＩＣＥ的对世界ＩＣ市场发展走势统计表明，模拟ＩＣ的市场占ＩＣ产品总市场的份额为：１９９３年占１６％（ＩＣ总市场为６８１．８亿美元），１９９８ 年增加到１７．５％（模拟ＩＣ市场达１９１亿美元），到２００２年仍将接近１５％左右。可见，市场发展平稳，大大降低了生产厂家生产的不稳定性和风险性。

我国改革开放以来，信息产品制造业已经形成了一个比较完整的工业生产体系。面对新世纪的挑战，我国将继续采取大力支持信息产业发展的国策并营造更加良好的技术开发环境，给ＩＣ的发展带来了极好机遇。我们一定要抓住机遇，不断把我国的模拟ＩＣ技术推向新水平，为信息化社会的发展创建新功。
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