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日志

模拟集成电路入门30问之3

已有 1346 次阅读2020-9-18 09:48 |系统分类:芯片设计| 集成电路, 特点

3.模拟集成电路的特点有哪些?

大家好,今天我们谈谈模拟集成电路的特点。一般来说特点是区别于其他同类事物的特性。所以要谈特点,首先得有个同类事物,那我们的同类事物是什么呢?我考虑了好久,可能将集成电路作为同类事物比较好,这里包含了模拟集成电路,数字集成电路,数模混合集成电路,这样模拟集成电路作为其中的一部分,其特别之处就比较好说了。

首先,我觉得模拟集成电路的最大特点是功能性能化。这句话是什么意思呢?要讲清楚,我们先要看一下数字集成电路,评判数字集成电路的功能,主要是其功能的有无,而不是功能的好坏;而评判模拟集成电路的功能,不是其功能的有无,而是在这个功能下所表现的性能的好坏;所以说模拟集成电路的特点是功能性能化;

接着,我想说的是模拟集成电路的另一个特点:暂态信号影响稳态性能。这个特点也是相对于数字集成电路来谈的。因为在数字集成电路中,一般数字暂态通过一定的周期都会进入到稳态,不会对集成电路的功能的实现有影响;但是在模拟集成电路中,暂态信号有时候会对电路的稳态产生影响,从而影响电路某些功能的性能,例如:电路中放大器环路的稳定时间,如果在电路中没有对暂态的处理,当某些暂态出现时会使得放大器环路的相位裕度低于稳定标准,从而使得环路不稳定,环路稳定时间变长,从而导致功能消失、性能裂化等问题。这样现象在数字集成电路中很少出现。

第三个特点是其低功耗设计方法不同。在模拟集成电路中,一般低功耗的设计主要是通过改变模拟有源器件的工作区域来实现的,特别是CMOS工艺中,一般会让MOS器件工作在亚阈值区,这样会使得工作的电路功耗较低;当然通过控制信号来关闭一些不必要的工作模块也是其降低功耗的方法;相对于数字集成电路来说,它的降低功耗的方法主要有两种,一种是提供不同的工作电压,这样低电压下电路的功耗就降低了;另一种是提供不同的工作时钟,这样低频率时钟下电路的功耗也降低了。

下面这个这个特点也是模拟集成电路所特有的,就是模拟集成电路的版图没有最优只有更优。打个比方,模拟版图更像是一个艺术品,而不是一个工业品;原因有两点,一是版图的个性化非常明显,有时候同一个集成电路版图中,不同模块如果设计风格不一样,就可以明显看出是不同的版图设计师设计的;二是版图中的对称性无处不在,不仅表现在器件,模块上,有时候金属线,甚至过孔的对称也是需要的,这就对设计师的美感要求很高。所以版图可以说就是一个个性化的产品,不同级别的工程师设计的版图的精美程度不同,如果是大师级的作品,那也不是说完美无瑕,只是说现在这个世界上比较完美而已!

第五个特点是模拟集成电路一般对温度比较敏感,这个敏感主要是指的性能,例如电路的功耗、带宽、频率、增益等,当然有些电路是需要避免温度敏感性的,但那也是通过正温度特性电路和负温度特性电路的相关抵消而达到一个系统无温度的表现,但这并不能说明模拟集成电路对温度不敏感;而数字电路由于信号相差巨大,即使温度影响了数字器件的特性,但对其数字信号的判决并没有太多影响,所以数字集成电路的功能对温度的敏感性要低的多。

下一个特点是模拟集成电路对工艺比较敏感。有时候工艺的好坏直接决定了模拟集成电路的性能的好坏,特别是有些专用模拟集成电路甚至采用特殊的工艺或者定制工艺来进行集成电路设计,以便达到更高的性能来和其它电路进行竞争;而相对来说,数字集成电路对工艺不是那么敏感,或者说数字电路在更换工艺后后端设计的工作没有那么大,而且更换更高制程后性能会提高,但是有些模拟集成电路不一定在更高级制程下有更好的性能,反而是合适的制程有最优的性能组合。

第七个特点也是敏感性,不过这个敏感性和设计有关,就是模拟集成电路的直流工作点。一般来说,模拟集成电路工作时都必须有一个合适的直流工作点,请注意,这里说的合适是一个比较模糊的概念,具体说这个合适应该是一个范围,而不是某一个确定的值,之所以如此,是因为模拟集成电路的工作点决定了电路的交流特性,这一点大家如果学习过电子技术基础应该有体会。有时候我们希望直流工作点比较稳定,这时就需要直流负反馈来稳定工作点,这就是为了减小电路对工作点的敏感性。

最后一个特性是模拟集成电路对干扰敏感,这一点也是较数字集成电路而言。由于模拟集成电路中主要通道的信号是模拟信号,所以其大小、频率、相位等参数容易受到外界、内界的影响,如幅度有变化,增加了纹波;频率有变化,增加的载波;相位有变化,增加了相移;这些都会对模拟集成电路的性能产生影响,从而使得一个表现优良的模拟集成电路出现性能裂化,有时候甚至无法使用。

简单总结一下,模拟集成电路有八个特点:功能性能化,暂态影响稳态,不同的低功耗设计,艺术品的版图,对温度、工艺、直流工作点、干扰敏感。希望这些能帮助大家更好的对模拟集成电路的理解。

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