模擬電路的技術(shù)演變

文/徐開(kāi)元

進(jìn)入新時(shí)代后，模擬電路在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛運(yùn)用，這也使得其技術(shù)演變獲得了人們的關(guān)注。因此，必須明確模擬電路的特點(diǎn)與功能，并加強(qiáng)對(duì)數(shù)字IC與模擬IC的研究，掌握其變化趨勢(shì)，從而為模擬電路性能的改進(jìn)提供有力保障。

1 模擬電路概述

模擬電路就是做好模擬信號(hào)各種工作的一種電路，如顯示、測(cè)量、放大、處理、變換以及傳輸?shù)?，其中，模擬信號(hào)就是不斷變化的一種電信號(hào)。在電子電路中，模擬電路占據(jù)著基礎(chǔ)地位，主要涉及到電路放大、電路解調(diào)、電路振蕩以及信號(hào)運(yùn)算等內(nèi)容。模擬電路的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：函數(shù)取值有無(wú)限個(gè)；在聲音信息與圖像信息發(fā)生變化時(shí)，信號(hào)波形也會(huì)隨之改變，這也就意味著模擬信號(hào)的待傳播信息處在其波形中；初級(jí)模擬電路需要解決兩方面問(wèn)題，即信號(hào)源與放大；模擬信號(hào)還呈現(xiàn)出連續(xù)性特點(diǎn)。模擬電路的還具有以下功能：放大電路，即對(duì)信號(hào)功率、電流以及電壓等進(jìn)行放大；濾波電路，即做好信號(hào)的抗干擾、變換以及提取等工作；信號(hào)發(fā)生電路，可以促進(jìn)鋸齒波、三角波、矩形波以及正弦波的產(chǎn)生；直流電源，可以把50赫茲、220伏的交流電通過(guò)轉(zhuǎn)換變成不同電流與電壓的直流電，并為各種電子線路提供電源；信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，主要作用就是實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的轉(zhuǎn)換，如把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)、把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流信號(hào)以及把直流電壓轉(zhuǎn)換成正比例關(guān)系的頻率等；運(yùn)算電路，可以做好信號(hào)各方面的運(yùn)算工作，如指數(shù)運(yùn)算、微分運(yùn)算、加減乘除運(yùn)算以及比例運(yùn)算等。

2 模擬電路的技術(shù)演變分析

通過(guò)調(diào)查可知，在過(guò)去40多年中，在集成電路市場(chǎng)中，模擬電路一直占據(jù)著20%的份額。而隨著數(shù)字IC功能與復(fù)雜性的提升，模擬IC也在不斷發(fā)展。但需要注意的是，不同于數(shù)字IC的功能添加形式，模擬IC主要是通過(guò)指標(biāo)來(lái)顯示出自身進(jìn)步?？偠灾?，數(shù)字IC是由特征尺寸與晶體管尺寸減少來(lái)決定自身性能改進(jìn)，并且更多晶體管的集成，有利于數(shù)字IC運(yùn)作能力的提升。而模擬IC則是以具體參數(shù)為基礎(chǔ)，這也就使得其電路改進(jìn)主要是通過(guò)速度、分辨率以及功耗等參數(shù)反映出來(lái)。

2.1 數(shù)字IC

數(shù)字屬于信息—電壓與電流數(shù)值，在數(shù)字電路中并不重要，只要保證輸入與輸出的正確性即可。這也就意味著對(duì)數(shù)字電路而言，信號(hào)怎樣輸入輸出并不是重點(diǎn)。數(shù)字電路不但能夠是微處理器、門陣列，還可以是分立式邏輯器件，只要保證其處在正常運(yùn)作狀態(tài)即可。

2.2 模擬IC

相較于數(shù)字IC，模擬IC更加關(guān)注實(shí)際參數(shù)。在模擬集成電路中，電源電流、速度、噪聲以及電壓電流等都可以獲得定義，并成為模擬屬性。這也就意味著，對(duì)模擬IC而言，信號(hào)輸入和輸出之間的變化占據(jù)著重要地位。同時(shí)，數(shù)字IC工藝創(chuàng)新在一定程度上也給模擬IC帶來(lái)了影響。在40年之前，模擬IC主要是通過(guò)8掩模工藝來(lái)完成生產(chǎn)，并且大部分制造商都運(yùn)用十分相似的工藝，這導(dǎo)致其器件類型也較為類似。但在今天，各公司都具備獨(dú)特工藝與變種，并不存在能夠直接對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行替代的第二供貨源。對(duì)于模擬IC改進(jìn)工藝而言，其不但與晶體管尺寸存在較大聯(lián)系，還涉及到了工藝的復(fù)雜程度。通常情況下，模擬IC是由超過(guò)50個(gè)的掩模層制造出來(lái)的，并且涵蓋眾多專用IC組件，如薄膜晶體管、CMOS以及雙極等。

在尺寸縮減方式方面，模擬IC也和數(shù)字IC存在較大不同。模擬IC中電流與電壓等參數(shù)只有占據(jù)一定芯片面積，才能將自身作用充分發(fā)揮出來(lái)，若電壓較高，則晶體管必須較大，并且存在更大間距，這也就使得新型光刻工藝無(wú)法對(duì)芯片尺寸進(jìn)行縮減。同時(shí)，功率耗散對(duì)芯片面積與熱連接也有著較高要求，只有滿足其具體需求，才能為器件正常運(yùn)作提供有力保障。因此，在大部分情況下，模擬電路和其功能之間主要采取的是物理連接方式。

模擬IC還采納了原本為數(shù)字IC準(zhǔn)備的專門密度改進(jìn)方案。小型晶體管有著較快的工作速度，這就使得新型晶體管得到了廣泛運(yùn)用。目前，通過(guò)低功率來(lái)對(duì)千兆赫茲頻段高速電路進(jìn)行運(yùn)行已經(jīng)得到了普及。在實(shí)際生產(chǎn)工藝中，加強(qiáng)對(duì)小型晶體管運(yùn)用的直接結(jié)果就是工作頻率可以超過(guò)千兆赫茲或者是具備大于20位之分辨率轉(zhuǎn)換器。因?yàn)樵摷?xì)線工藝成本會(huì)受巨量數(shù)字電路影響而減少，所以，加強(qiáng)對(duì)這一模擬電路的運(yùn)用可以將生產(chǎn)成本降到最低，并且有利于其運(yùn)用范圍的擴(kuò)大。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器就是通過(guò)對(duì)細(xì)線晶體管的運(yùn)用，才獲得了工作效率大于95%、工作頻率在數(shù)兆赫茲之上的效果?？偠灾?，晶體管尺寸較小可以將更多數(shù)字支持電路提供給模擬IC，并進(jìn)一步提高模擬電路的速度。

模擬組件在一定程度上也獲得了改善，DC精度與運(yùn)放速度有所提升。線性穩(wěn)壓器呈現(xiàn)出電源電流較低、壓差不高以及對(duì)監(jiān)視輸出進(jìn)行模擬的特點(diǎn)，而新興架構(gòu)的運(yùn)用，則使得其能夠在不具備專門外部電路的條件下，促進(jìn)器件并聯(lián)與零輸出調(diào)節(jié)能力的實(shí)現(xiàn)。而導(dǎo)致這些開(kāi)發(fā)成果出現(xiàn)的主要原因就是具備新穎電路創(chuàng)新、更好掩模處理以及改良密度缺陷等，這也就使得不但促進(jìn)了單芯片系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)，還在較大程度上提高了模擬集成電路的性能。

3 結(jié)論

綜上所述，了解模擬電路的技術(shù)演變具有重要意義。因此，必須正確認(rèn)識(shí)模擬電路，掌握其函數(shù)值多、模擬信號(hào)連續(xù)性特點(diǎn)與功能，并從數(shù)字IC與模擬IC兩方面入手，詳細(xì)探究模擬電路的技術(shù)演變，從而為進(jìn)一步創(chuàng)新模擬電路奠定良好基礎(chǔ)。