模拟电路的技术演变

文/徐开元

进入新时代后，模拟电路在各个领域都得到了广泛运用，这也使得其技术演变获得了人们的关注。因此，必须明确模拟电路的特点与功能，并加强对数字IC与模拟IC的研究，掌握其变化趋势，从而为模拟电路性能的改进提供有力保障。

1 模拟电路概述

模拟电路就是做好模拟信号各种工作的一种电路，如显示、测量、放大、处理、变换以及传输等，其中，模拟信号就是不断变化的一种电信号。在电子电路中，模拟电路占据着基础地位，主要涉及到电路放大、电路解调、电路振荡以及信号运算等内容。模拟电路的特点主要表现在以下几方面：函数取值有无限个；在声音信息与图像信息发生变化时，信号波形也会随之改变，这也就意味着模拟信号的待传播信息处在其波形中；初级模拟电路需要解决两方面问题，即信号源与放大；模拟信号还呈现出连续性特点。模拟电路的还具有以下功能：放大电路，即对信号功率、电流以及电压等进行放大；滤波电路，即做好信号的抗干扰、变换以及提取等工作；信号发生电路，可以促进锯齿波、三角波、矩形波以及正弦波的产生；直流电源，可以把50赫兹、220伏的交流电通过转换变成不同电流与电压的直流电，并为各种电子线路提供电源；信号转换电路，主要作用就是实现各种信号的转换，如把电流信号转换成电压信号、把交流信号转化成直流信号以及把直流电压转换成正比例关系的频率等；运算电路，可以做好信号各方面的运算工作，如指数运算、微分运算、加减乘除运算以及比例运算等。

2 模拟电路的技术演变分析

通过调查可知，在过去40多年中，在集成电路市场中，模拟电路一直占据着20%的份额。而随着数字IC功能与复杂性的提升，模拟IC也在不断发展。但需要注意的是，不同于数字IC的功能添加形式，模拟IC主要是通过指标来显示出自身进步。总而言之，数字IC是由特征尺寸与晶体管尺寸减少来决定自身性能改进，并且更多晶体管的集成，有利于数字IC运作能力的提升。而模拟IC则是以具体参数为基础，这也就使得其电路改进主要是通过速度、分辨率以及功耗等参数反映出来。

2.1 数字IC

数字属于信息—电压与电流数值，在数字电路中并不重要，只要保证输入与输出的正确性即可。这也就意味着对数字电路而言，信号怎样输入输出并不是重点。数字电路不但能够是微处理器、门阵列，还可以是分立式逻辑器件，只要保证其处在正常运作状态即可。

2.2 模拟IC

相较于数字IC，模拟IC更加关注实际参数。在模拟集成电路中，电源电流、速度、噪声以及电压电流等都可以获得定义，并成为模拟属性。这也就意味着，对模拟IC而言，信号输入和输出之间的变化占据着重要地位。同时，数字IC工艺创新在一定程度上也给模拟IC带来了影响。在40年之前，模拟IC主要是通过8掩模工艺来完成生产，并且大部分制造商都运用十分相似的工艺，这导致其器件类型也较为类似。但在今天，各公司都具备独特工艺与变种，并不存在能够直接对产品进行替代的第二供货源。对于模拟IC改进工艺而言，其不但与晶体管尺寸存在较大联系，还涉及到了工艺的复杂程度。通常情况下，模拟IC是由超过50个的掩模层制造出来的，并且涵盖众多专用IC组件，如薄膜晶体管、CMOS以及双极等。

在尺寸缩减方式方面，模拟IC也和数字IC存在较大不同。模拟IC中电流与电压等参数只有占据一定芯片面积，才能将自身作用充分发挥出来，若电压较高，则晶体管必须较大，并且存在更大间距，这也就使得新型光刻工艺无法对芯片尺寸进行缩减。同时，功率耗散对芯片面积与热连接也有着较高要求，只有满足其具体需求，才能为器件正常运作提供有力保障。因此，在大部分情况下，模拟电路和其功能之间主要采取的是物理连接方式。

模拟IC还采纳了原本为数字IC准备的专门密度改进方案。小型晶体管有着较快的工作速度，这就使得新型晶体管得到了广泛运用。目前，通过低功率来对千兆赫兹频段高速电路进行运行已经得到了普及。在实际生产工艺中，加强对小型晶体管运用的直接结果就是工作频率可以超过千兆赫兹或者是具备大于20位之分辨率转换器。因为该细线工艺成本会受巨量数字电路影响而减少，所以，加强对这一模拟电路的运用可以将生产成本降到最低，并且有利于其运用范围的扩大。开关稳压器就是通过对细线晶体管的运用，才获得了工作效率大于95%、工作频率在数兆赫兹之上的效果。总而言之，晶体管尺寸较小可以将更多数字支持电路提供给模拟IC，并进一步提高模拟电路的速度。

模拟组件在一定程度上也获得了改善，DC精度与运放速度有所提升。线性稳压器呈现出电源电流较低、压差不高以及对监视输出进行模拟的特点，而新兴架构的运用，则使得其能够在不具备专门外部电路的条件下，促进器件并联与零输出调节能力的实现。而导致这些开发成果出现的主要原因就是具备新颖电路创新、更好掩模处理以及改良密度缺陷等，这也就使得不但促进了单芯片系统性能的实现，还在较大程度上提高了模拟集成电路的性能。

3 结论

综上所述，了解模拟电路的技术演变具有重要意义。因此，必须正确认识模拟电路，掌握其函数值多、模拟信号连续性特点与功能，并从数字IC与模拟IC两方面入手，详细探究模拟电路的技术演变，从而为进一步创新模拟电路奠定良好基础。