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21世紀信息時代的模擬集成電路(IC)
   隨著信息技術及其產業的迅速發展,當今社會進入到了一個嶄新的信息化時代。微電子技術是信息技術的核心技術,模擬集成電路(IC)又是微電子技術的核心技術之一,因而模擬IC成為信息時代的重要技術發展目標。
   模擬IC包含了純模擬信號處理功能的電路和AD混合信號處理功能的電路。其技術范圍涉及數據轉換器(如AD、DA轉換器等)、線性和非線性放大器(如運算放大器、射頻放大器、對數放大器、電壓比較器、模擬乘法器等)、電子開關和多路轉換器、穩壓電源調節器(如線性電壓調節器、開關電源控制器等)及其它模擬IC(如驅動器、延遲線、傳感器等)。
模擬IC主要被用來對模擬信號完成采集、放大、比較、變換等功能,它和數字電路及AD、DA轉換電路三者之間的關系,早在1986年就被美國加州大學的Paul.R.Gray教授提出的所謂“雞蛋模型”作了形象描述,該模型把它們三者整體上視為一個雞蛋,而把數字電路視為蛋黃,模擬電路視為蛋殼,AD、DA電路視為蛋清,三者既不相同,又是統一的有機整體。現實世界中的各種模擬信息經模擬IC采集、放大、變換等處理后,即可得到計算機或數字電路處理所需的信號,從而實現人們需要的信息產品。顯然,模擬IC是模擬世界和數字化電子信息系統之間的橋梁。
   模擬IC在處理模擬信號時,除功率輸出級外多數工作在小信號狀態,信號頻率往往從直流延伸到高頻,其工作與數字電路處理信號時工作在開關狀態明顯不同。加上模擬IC品種繁多,功能復雜,性能差異巨大,因此,模擬IC在制作工藝、器件結構、電路架構等方面都有區別于數字電路的鮮明個性,主要表現在:模擬IC在整個線性工作區內需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,常常考慮元器件布局的對稱結構和元器件參數的彼此匹配形式;由于工藝技術的限制,設計時應盡量少用或不用電阻電容,特別是高阻值電阻和大容量電容;許多模擬電路要求功率輸出,因而電源電壓較高;設計自動化程度低,CAD工具和設計參數庫精度高,工藝專用性強,工藝線品種變換頻繁,工藝控制難等等。所以,模擬IC的核心技術主要涉及到高速技術、高頻技術、低噪聲技術、高耐壓技術、低功耗技術、大功率技術等。為滿足種種技術要求,電路設計和工藝加工必須良好配合。
模擬IC的單片工藝技術主要發展有雙極、BiCMOS、CMOS、SiGe,其中雙極和BiCMOS工藝使用較普遍。隨著CMOS技術水平的提高,在模擬與數字混合電路的加工工藝方面有向CMOS方向發展的趨勢。模擬IC中,多數高速模擬IC的工藝水平為0.5微米左右,一般模擬IC的工藝水平為1-3微米,在先進工藝方面,已開發出0.1微米技術。
   在器件方面,由于應用對模擬IC的要求千差萬別,因此,不僅開發出十余大類的模擬IC產品,而且對各類模擬IC又都開發出數百、數千種產品,產品種類和性能水平應有盡有,可滿足應用的不同需要。
   其中,數據轉換器是模擬和數字混合信號處理電路,它的模擬電路部分占芯片面積的50%以上。在數據轉換器方面,8-14位1-80MHz高速AD技術已很成熟,產品充足,也可見到16位以上30MHz以上的AD轉換器產品。同時在AD轉換器中不僅出現集成了多種功能的模擬IC如多路轉換器、儀器放大器、采保放大器等AD轉換器子系統,而且還將不斷把其它模擬IC和各種數字電路如DSP、存儲器、CPU、IO等集成在一起。數據轉換器應用廣泛,如美國國家半導體公司推出的高性能低功耗AD轉換器(如ADC10321具有10位分辨率、20MHz采樣速度、單電源工作),可廣泛應用于數字機頂盒、電纜調制解調器及CCD輸入系統。放大器目前主要采用雙極工藝制作,CMOS放大器盡管在功耗、尺寸方面具有優點,但價格太貴,應用受到限制。
   在射頻放大器方面,正采用SiGe雙極技術,以滿足應用的高性能要求。目前放大器正應用于各種手持式通信設備中,要求功耗低。ADI的高性能放大器系列(如:AD8350工作頻率達到1200MHz,在250MHz時噪聲系數為6.1dB,具有很高的動態范圍、極好的線性度和共模抑制),可有效地應用于通信收發射機、通用增益放大系統、AD緩沖器、高速數據接口驅動器等。ADI還研制出在帶寬、功耗、失真和驅動能力等綜合水平很高的放大器如AD8014,它是一種超高速放大器,具有400MHz-3dB帶寬,4000Vms壓擺率,24ns的建立時間,具有極低的電壓和電流噪聲,失真也低,可理想地應用于寬帶信號處理。
   據市場調查公司ICE的對世界ic市場發展走勢統計表明,模擬IC的市場占IC產品總市場的份額為:1993年占16%(IC總市場為681.8億美元),1998 年增加到17.5%(模擬IC市場達191億美元),到2002年仍將接近15%左右。可見,市場發展平穩,大大降低了生產廠家生產的不穩定性和風險性。
我國改革開放以來,信息產品制造業已經形成了一個比較完整的工業生產體系。面對新世紀的挑戰,我國將繼續采取大力支持信息產業發展的國策并營造更加良好的技術開發環境,給IC的發展帶來了極好機遇。我們一定要抓住機遇,不斷把我國的模擬IC技術推向新水平,為信息化社會的發展創建新功。

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