一文讀懂模擬IC與數(shù)字IC的差異

IC就是半導體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，IC按功能可分為：數(shù)字IC、模擬IC、微波IC及其他IC。

 

數(shù)字IC就是傳遞、加工、處理數(shù)字信號的IC，是近年來應用最廣、發(fā)展最快的IC品種，可分為通用數(shù)字IC和專用數(shù)字IC。

 

模擬IC則是處理連續(xù)性的光、聲音、速度、溫度等自然模擬信號的IC，模擬IC按應用來分可分為標準型模擬IC和特殊應用型模擬IC。如果按技術(shù)來分的話，模擬IC可分為只處理模擬信號的線性IC和同時處理模擬與數(shù)字信號的混合IC。

 

標準型模擬IC包括放大器，電壓調(diào)節(jié)與參考對比，信號界面，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，比較器等產(chǎn)品；特殊應用型模擬IC主要應用在通信、汽車、電腦周邊和消費類電子等四個領(lǐng)域。

 

簡單總結(jié)一下二者的區(qū)別：數(shù)字電路IC就是處理數(shù)字信號的器件，比如CPU、邏輯電路等；而模擬電路IC是處理和提供模擬信號的器件，比如運算放大器、線性穩(wěn)壓器、基準電壓源等，它們都屬于模擬IC。模擬IC處理的信號都具有連續(xù)性，可以轉(zhuǎn)換為正弦波研究，而數(shù)字IC處理的是非連續(xù)性信號，都是脈沖方波。

 

不同數(shù)字器件有不同的制程, 所以需要不同的供電電壓, 因此更需要電源管理這一模擬技術(shù)，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展, 模擬技術(shù)分布于數(shù)字技術(shù)周邊, 與數(shù)字技術(shù)密不可分，數(shù)字技術(shù)與模擬技術(shù)比較如下：

 

 

下面我們從模擬IC的四大特點來說明模擬IC與數(shù)字IC的差異性：

 

01

 生命周期可長達10年。

 

 

 

數(shù)字IC強調(diào)的是運算速度與成本比，數(shù)字IC設計的目標是在盡量低的成本下達到目標運算速度。設計者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。因此數(shù)字IC的生命周期很短，大約為1年-2年。

 

模擬IC強調(diào)的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。產(chǎn)品一旦達到設計目標就具備長久的生命力，生命周期長達10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數(shù)。如音頻運算放大器NE5532，自上世紀70年代末推出直到現(xiàn)在還是最常用的音頻放大IC之一，幾乎50%的多媒體音箱都采用了NE5532，其生命周期超過25年。因為生命周期長，所以模擬IC的價格通常偏低。

 

02

 工藝特殊少用CMOS工藝

 

 

 

數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC很少采用CMOS工藝。因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來驅(qū)動其他元件，而CMOS工藝的驅(qū)動能力很差。此外，模擬IC最關(guān)鍵的是低失真和高信噪比，這兩者都是在高電壓下比較容易做到的。而CMOS工藝主要用在5V以下的低電壓環(huán)境，并且持續(xù)朝低電壓方向發(fā)展。

 

因此，模擬IC早期使用Bipolar工藝，但是Bipolar工藝功耗大，因此又出現(xiàn)BiCMOS工藝，結(jié)合了Bipolar工藝和CMOS工藝兩者的優(yōu)點。另外還有CD工藝，將CMOS工藝和DMOS工藝結(jié)合在一起。而BCD工藝則是結(jié)合了Bipolar、CMOS、DMOS三種工藝的優(yōu)點。在高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAS工藝。這些特殊工藝需要晶圓代工廠的配合，同時也需要設計者加以熟悉，而數(shù)字IC設計者基本上不用考慮工藝問題。

 

03

與元器件關(guān)系緊密

 

 

 

模擬IC在整個線性工作區(qū)內(nèi)需要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(shù)特性的需要，常常需要考慮元器件布局的對稱結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)的彼此匹配形式;模擬IC還必須具備低噪音和低失真性能。電阻、電容、電感都會產(chǎn)生噪音或失真，設計者必須考慮到這些元器件的影響。

 

對于數(shù)字電路來說是沒有噪音和失真的，數(shù)字電路設計者完全不用考慮這些因素。此外由于工藝技術(shù)的限制，模擬電路設計時應盡量少用或不用電阻和電容，特別是高阻值電阻和大容量電容，只有這樣才能提高集成度和降低成本。

 

某些射頻IC在電路板的布局也必須考慮在內(nèi)，而這些是數(shù)字IC設計所不用考慮的。因此模擬IC的設計者必須熟悉幾乎所有的電子元器件。

 

04

 輔助工具少測試周期長

 

 

 

模擬IC設計者既需要全面的知識，也需要長時間經(jīng)驗的積累。模擬IC設計者需要熟悉IC和晶圓制造工藝與流程，需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。通常很少有設計師熟悉IC和晶圓的制造工藝與流程。而在經(jīng)驗方面，模擬IC設計師需要至少3年-5年的經(jīng)驗，優(yōu)秀的模擬IC設計師需要10年甚至更長時間的經(jīng)驗。

 

模擬IC設計的輔助工具少，其可以借助的EDA工具遠不如數(shù)字IC設計多。由于模擬IC功耗大，牽涉的因素多，而模擬IC又必須保持高度穩(wěn)定性，因此認證周期長。此外，模擬IC測試周期長且復雜。

 

某些模擬IC產(chǎn)品需要采用特殊工藝和封裝，必須與晶圓廠聯(lián)合開發(fā)工藝，如BCD工藝和30V高壓工藝。此外，有些產(chǎn)品需要采用WCPS晶圓級封裝。