模擬電路的技術演變

文/徐開元

進入新時代后，模擬電路在各個領域都得到了廣泛運用，這也使得其技術演變獲得了人們的關注。因此，必須明確模擬電路的特點與功能，并加強對數字IC與模擬IC的研究，掌握其變化趨勢，從而為模擬電路性能的改進提供有力保障。

1 模擬電路概述

模擬電路就是做好模擬信號各種工作的一種電路，如顯示、測量、放大、處理、變換以及傳輸等，其中，模擬信號就是不斷變化的一種電信號。在電子電路中，模擬電路占據著基礎地位，主要涉及到電路放大、電路解調、電路振蕩以及信號運算等內容。模擬電路的特點主要表現在以下幾方面：函數取值有無限個；在聲音信息與圖像信息發生變化時，信號波形也會隨之改變，這也就意味著模擬信號的待傳播信息處在其波形中；初級模擬電路需要解決兩方面問題，即信號源與放大；模擬信號還呈現出連續性特點。模擬電路的還具有以下功能：放大電路，即對信號功率、電流以及電壓等進行放大；濾波電路，即做好信號的抗干擾、變換以及提取等工作；信號發生電路，可以促進鋸齒波、三角波、矩形波以及正弦波的產生；直流電源，可以把50赫茲、220伏的交流電通過轉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；信號轉換電路，主要作用就是實現各種信號的轉換，如把電流信號轉換成電壓信號、把交流信號轉化成直流信號以及把直流電壓轉換成正比例關系的頻率等；運算電路，可以做好信號各方面的運算工作，如指數運算、微分運算、加減乘除運算以及比例運算等。

2 模擬電路的技術演變分析

通過調查可知，在過去40多年中，在集成電路市場中，模擬電路一直占據著20%的份額。而隨著數字IC功能與復雜性的提升，模擬IC也在不斷發展。但需要注意的是，不同于數字IC的功能添加形式，模擬IC主要是通過指標來顯示出自身進步。總而言之，數字IC是由特征尺寸與晶體管尺寸減少來決定自身性能改進，并且更多晶體管的集成，有利于數字IC運作能力的提升。而模擬IC則是以具體參數為基礎，這也就使得其電路改進主要是通過速度、分辨率以及功耗等參數反映出來。

2.1 數字IC

數字屬于信息—電壓與電流數值，在數字電路中并不重要，只要保證輸入與輸出的正確性即可。這也就意味著對數字電路而言，信號怎樣輸入輸出并不是重點。數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作狀態即可。

2.2 模擬IC

相較于數字IC，模擬IC更加關注實際參數。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，對模擬IC而言，信號輸入和輸出之間的變化占據著重要地位。同時，數字IC工藝創新在一定程度上也給模擬IC帶來了影響。在40年之前，模擬IC主要是通過8掩模工藝來完成生產，并且大部分制造商都運用十分相似的工藝，這導致其器件類型也較為類似。但在今天，各公司都具備獨特工藝與變種，并不存在能夠直接對產品進行替代的第二供貨源。對于模擬IC改進工藝而言，其不但與晶體管尺寸存在較大聯系，還涉及到了工藝的復雜程度。通常情況下，模擬IC是由超過50個的掩模層制造出來的，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也和數字IC存在較大不同。模擬IC中電流與電壓等參數只有占據一定芯片面積，才能將自身作用充分發揮出來，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法對芯片尺寸進行縮減。同時，功率耗散對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還采納了原本為數字IC準備的專門密度改進方案。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用。目前，通過低功率來對千兆赫茲頻段高速電路進行運行已經得到了普及。在實際生產工藝中，加強對小型晶體管運用的直接結果就是工作頻率可以超過千兆赫茲或者是具備大于20位之分辨率轉換器。因為該細線工藝成本會受巨量數字電路影響而減少，所以，加強對這一模擬電路的運用可以將生產成本降到最低，并且有利于其運用范圍的擴大。開關穩壓器就是通過對細線晶體管的運用，才獲得了工作效率大于95%、工作頻率在數兆赫茲之上的效果。總而言之，晶體管尺寸較小可以將更多數字支持電路提供給模擬IC，并進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精度與運放速度有所提升。線性穩壓器呈現出電源電流較低、壓差不高以及對監視輸出進行模擬的特點，而新興架構的運用，則使得其能夠在不具備專門外部電路的條件下，促進器件并聯與零輸出調節能力的實現。而導致這些開發成果出現的主要原因就是具備新穎電路創新、更好掩模處理以及改良密度缺陷等，這也就使得不但促進了單芯片系統性能的實現，還在較大程度上提高了模擬集成電路的性能。

3 結論

綜上所述，了解模擬電路的技術演變具有重要意義。因此，必須正確認識模擬電路，掌握其函數值多、模擬信號連續性特點與功能，并從數字IC與模擬IC兩方面入手，詳細探究模擬電路的技術演變，從而為進一步創新模擬電路奠定良好基礎。