[導(dǎo)讀]模擬集成電路種類(lèi)繁多，其性能要求也各不相同。追求更高的性能將是模擬器件未來(lái)主要的發(fā)展方向。凌特公司中國(guó)區(qū)域業(yè)務(wù)經(jīng)理李錦華簡(jiǎn)單地將其歸納為“三升三降”，即速度、精度、效率上升，而功耗、尺寸與外圍元件數(shù)下降。
模擬電路當(dāng)前呈現(xiàn)出三個(gè)突出趨勢(shì):高性能分立器件、模數(shù)混合和SOC (System on Chip系統(tǒng)芯片)。
模擬集成電路種類(lèi)繁多，其性能要求也各不相同。追求更高的性能將是模擬器件未來(lái)主要的發(fā)展方向[7]。凌特公司中國(guó)區(qū)域業(yè)務(wù)經(jīng)理李錦華簡(jiǎn)單地將其歸納為“三升三降”，即速度、精度、效率上升，而功耗、尺寸與外圍元件數(shù)下降。對(duì)放大器而言，將向更高速度、更低噪聲、更大動(dòng)態(tài)范圍等方向發(fā)展;對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而言，將向更高速度、更高精度等方向發(fā)展;在信號(hào)處理、射頻電路、電源管理等領(lǐng)域，將向更高精度、速度與效率方向發(fā)展，同時(shí)功耗、尺寸及外圍元件數(shù)量則將不斷下降。以手機(jī)為例，消費(fèi)者要求更清晰的語(yǔ)音、更加絢麗的屏幕，同時(shí)還要有更長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間，這些都給模擬器件制造商提出了更高的要求，也為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。分立模擬電路可以把這些性能做得很高。例如，Maxim轉(zhuǎn)換速率已經(jīng)做到了2GSPS，而采用SOC (系統(tǒng)芯片)是做不到這種性能的。一個(gè)單片上組成的開(kāi)關(guān)電容濾波器( SCF)完成對(duì)模擬信號(hào)的處理隨著超大規(guī)模IC的不斷發(fā)展，模擬與數(shù)字之間的概念也在不斷模糊。例如如今迅速發(fā)展起來(lái)的集成濾波技術(shù)，就是模數(shù)結(jié)合的集成電路的一個(gè)實(shí)例:它利用MOS開(kāi)關(guān)，MOS電容和MOS運(yùn)算放大器同時(shí)集成在[8]。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體最新推出的ADC081000芯片就是模擬與數(shù)字融合的一個(gè)最好例子。這款8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)有低電壓差分信號(hào)(LVDS)接口，最高取樣率可達(dá)1. 6GHz，這是業(yè)界最快的速度。由于這款模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高速的數(shù)據(jù)采集能力，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以直接將模擬信號(hào)向下轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)行更快及更有效的后期處理。隨著工藝水平的提高，EDA工具、Foundry工藝PDK的完善以及設(shè)計(jì)水平的提高，模擬IC正在步入新的發(fā)展時(shí)代。為了保證最佳的系統(tǒng)性能、最高的可靠性、最小的體積和最低的成本，數(shù)字和模擬IC的設(shè)計(jì)及制造正在趨向于統(tǒng)一的加工平臺(tái)，由單一的功能電路向系統(tǒng)級(jí)電路發(fā)展，這也是最具潛力的IC發(fā)展方向——SOC。SOC是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把智能核、信息處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，即我們可以把越來(lái)越多的電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片中，這里面可能包含有中央處理器(CPU )、嵌入式內(nèi)存( Embedded memory)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字功能模塊(Digital function)、模擬功能模塊 (Analog function)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D， D/A )以及各種外圍配置(USB， MPEG)等等。這就為設(shè)計(jì)者進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了可利用的最新手段。采用片內(nèi)可再編程技術(shù)，使得片上系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)配置，從而可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行靈活而方便的更改和開(kāi)發(fā)，甚至可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不停機(jī)地進(jìn)行再配置，使相同的硬件可以按不同時(shí)段實(shí)現(xiàn)不同的功能，提高了系統(tǒng)的效率。這種全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使新一代的SOC具有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡(jiǎn)易和方便，而且使電子系統(tǒng)具有更好的性能、更低的功耗、更小的體積和更低的成本，帶來(lái)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的革命性新變革，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、個(gè)人數(shù)字助理和手持電子產(chǎn)品、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等。SOC是21世紀(jì)電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新平臺(tái)。TI公司推出型號(hào)為MSC120產(chǎn)品，它是一款具有8通道24位△-Σ模數(shù)/轉(zhuǎn)換器及單通道8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的增強(qiáng)型8051 MCU。具有片上溫度傳感器、I2C、SP I接口以及低電壓監(jiān)測(cè)功能，非常適合于工業(yè)應(yīng)用，如秤重、過(guò)程控制、智能傳感器等。
模擬電路可以作為我國(guó)未來(lái)集成電路發(fā)展的切入點(diǎn)
我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)已形成良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。2004年，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)和芯片制造業(yè)已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，集成電路市場(chǎng)需求達(dá)243億塊，然而在這243億塊集成電路中，中國(guó)本地產(chǎn)的產(chǎn)品不到8% ，這其中既蘊(yùn)藏著巨大商機(jī)，同時(shí)也反映了中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)與國(guó)際IC設(shè)計(jì)業(yè)的差距。中國(guó)的集成電路業(yè)正面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。2005年中國(guó)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)保持快速增長(zhǎng)，對(duì)集成電路產(chǎn)品需求大幅增加。中國(guó)廣闊的模擬 IC應(yīng)用市場(chǎng)，給模擬IC技術(shù)帶來(lái)足夠的發(fā)展空間。模擬電路可以作為我國(guó)未來(lái)集成電路發(fā)展的切入點(diǎn)。做CPU的許多知識(shí)不是從書(shū)本上可以學(xué)到的，而是經(jīng)驗(yàn)和竅門(mén)。中國(guó)缺少這類(lèi)人才，還需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。并且，經(jīng)費(fèi)也是一個(gè)問(wèn)題，芯片每一次投片需要投入幾十萬(wàn)美元，而高性能的CPU投片七、八次是很正常的。中國(guó)集成電路水平在通用CPU產(chǎn)品領(lǐng)域甚至相差20至30年的水平。因而，我們可以避開(kāi)高檔的CPU，瞄準(zhǔn)國(guó)際IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，即SOC，通過(guò)嵌入式芯片的設(shè)計(jì)實(shí)施跟蹤和突破。因?yàn)樵跀?shù)字設(shè)計(jì)中，幾乎每件事都可以自動(dòng)完成;但模擬電路仍然要依靠工程師的智慧來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。采用模擬和數(shù)字結(jié)合的嵌入式芯片IC制造業(yè)無(wú)論從質(zhì)還是從量來(lái)說(shuō)都不算發(fā)達(dá)，但是只要找準(zhǔn)了發(fā)展方向，伴隨著全球產(chǎn)，能充分發(fā)揮我們已有的生產(chǎn)能力;而且，它種類(lèi)眾多，在諸如手機(jī)、數(shù)字電視、DVD、電視機(jī)頂盒、PDA等不同領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與高度標(biāo)準(zhǔn)化的PC只有英特爾一家獨(dú)大現(xiàn)象不同，國(guó)外大公司很難形成壟斷。雖然中國(guó)業(yè)東移的大潮、中國(guó)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，再加上巨大的內(nèi)需市場(chǎng)，以及充實(shí)的人力資源，豐富的自然資源，可以說(shuō)，中國(guó)模擬集成電路的發(fā)展盡得天時(shí)、地利、人和之優(yōu)勢(shì)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)將會(huì)繼美國(guó)、日本、臺(tái)灣、韓國(guó)、新加坡之后，崛起為新的世界集成電路制造中心。
模擬集成電路種類(lèi)繁多，其性能要求也各不相同。追求更高的性能將是模擬器件未來(lái)主要的發(fā)展方向[7]。凌特公司中國(guó)區(qū)域業(yè)務(wù)經(jīng)理李錦華簡(jiǎn)單地將其歸納為“三升三降”，即速度、精度、效率上升，而功耗、尺寸與外圍元件數(shù)下降。對(duì)放大器而言，將向更高速度、更低噪聲、更大動(dòng)態(tài)范圍等方向發(fā)展;對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而言，將向更高速度、更高精度等方向發(fā)展;在信號(hào)處理、射頻電路、電源管理等領(lǐng)域，將向更高精度、速度與效率方向發(fā)展，同時(shí)功耗、尺寸及外圍元件數(shù)量則將不斷下降。以手機(jī)為例，消費(fèi)者要求更清晰的語(yǔ)音、更加絢麗的屏幕，同時(shí)還要有更長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間，這些都給模擬器件制造商提出了更高的要求，也為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。分立模擬電路可以把這些性能做得很高。例如，Maxim轉(zhuǎn)換速率已經(jīng)做到了2GSPS，而采用SOC (系統(tǒng)芯片)是做不到這種性能的。一個(gè)單片上組成的開(kāi)關(guān)電容濾波器( SCF)完成對(duì)模擬信號(hào)的處理隨著超大規(guī)模IC的不斷發(fā)展，模擬與數(shù)字之間的概念也在不斷模糊。例如如今迅速發(fā)展起來(lái)的集成濾波技術(shù)，就是模數(shù)結(jié)合的集成電路的一個(gè)實(shí)例:它利用MOS開(kāi)關(guān)，MOS電容和MOS運(yùn)算放大器同時(shí)集成在[8]。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體最新推出的ADC081000芯片就是模擬與數(shù)字融合的一個(gè)最好例子。這款8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)有低電壓差分信號(hào)(LVDS)接口，最高取樣率可達(dá)1. 6GHz，這是業(yè)界最快的速度。由于這款模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高速的數(shù)據(jù)采集能力，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以直接將模擬信號(hào)向下轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)行更快及更有效的后期處理。隨著工藝水平的提高，EDA工具、Foundry工藝PDK的完善以及設(shè)計(jì)水平的提高，模擬IC正在步入新的發(fā)展時(shí)代。為了保證最佳的系統(tǒng)性能、最高的可靠性、最小的體積和最低的成本，數(shù)字和模擬IC的設(shè)計(jì)及制造正在趨向于統(tǒng)一的加工平臺(tái)，由單一的功能電路向系統(tǒng)級(jí)電路發(fā)展，這也是最具潛力的IC發(fā)展方向——SOC。SOC是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把智能核、信息處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，即我們可以把越來(lái)越多的電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片中，這里面可能包含有中央處理器(CPU )、嵌入式內(nèi)存( Embedded memory)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字功能模塊(Digital function)、模擬功能模塊 (Analog function)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D， D/A )以及各種外圍配置(USB， MPEG)等等。這就為設(shè)計(jì)者進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了可利用的最新手段。采用片內(nèi)可再編程技術(shù)，使得片上系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)配置，從而可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行靈活而方便的更改和開(kāi)發(fā)，甚至可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不停機(jī)地進(jìn)行再配置，使相同的硬件可以按不同時(shí)段實(shí)現(xiàn)不同的功能，提高了系統(tǒng)的效率。這種全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使新一代的SOC具有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡(jiǎn)易和方便，而且使電子系統(tǒng)具有更好的性能、更低的功耗、更小的體積和更低的成本，帶來(lái)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的革命性新變革，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、個(gè)人數(shù)字助理和手持電子產(chǎn)品、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等。SOC是21世紀(jì)電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新平臺(tái)。TI公司推出型號(hào)為MSC120產(chǎn)品，它是一款具有8通道24位△-Σ模數(shù)/轉(zhuǎn)換器及單通道8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的增強(qiáng)型8051 MCU。具有片上溫度傳感器、I2C、SP I接口以及低電壓監(jiān)測(cè)功能，非常適合于工業(yè)應(yīng)用，如秤重、過(guò)程控制、智能傳感器等。
模擬電路可以作為我國(guó)未來(lái)集成電路發(fā)展的切入點(diǎn)
我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)已形成良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。2004年，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)和芯片制造業(yè)已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，集成電路市場(chǎng)需求達(dá)243億塊，然而在這243億塊集成電路中，中國(guó)本地產(chǎn)的產(chǎn)品不到8% ，這其中既蘊(yùn)藏著巨大商機(jī)，同時(shí)也反映了中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)與國(guó)際IC設(shè)計(jì)業(yè)的差距。中國(guó)的集成電路業(yè)正面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。2005年中國(guó)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)保持快速增長(zhǎng)，對(duì)集成電路產(chǎn)品需求大幅增加。中國(guó)廣闊的模擬 IC應(yīng)用市場(chǎng)，給模擬IC技術(shù)帶來(lái)足夠的發(fā)展空間。模擬電路可以作為我國(guó)未來(lái)集成電路發(fā)展的切入點(diǎn)。做CPU的許多知識(shí)不是從書(shū)本上可以學(xué)到的，而是經(jīng)驗(yàn)和竅門(mén)。中國(guó)缺少這類(lèi)人才，還需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。并且，經(jīng)費(fèi)也是一個(gè)問(wèn)題，芯片每一次投片需要投入幾十萬(wàn)美元，而高性能的CPU投片七、八次是很正常的。中國(guó)集成電路水平在通用CPU產(chǎn)品領(lǐng)域甚至相差20至30年的水平。因而，我們可以避開(kāi)高檔的CPU，瞄準(zhǔn)國(guó)際IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，即SOC，通過(guò)嵌入式芯片的設(shè)計(jì)實(shí)施跟蹤和突破。因?yàn)樵跀?shù)字設(shè)計(jì)中，幾乎每件事都可以自動(dòng)完成;但模擬電路仍然要依靠工程師的智慧來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。采用模擬和數(shù)字結(jié)合的嵌入式芯片IC制造業(yè)無(wú)論從質(zhì)還是從量來(lái)說(shuō)都不算發(fā)達(dá)，但是只要找準(zhǔn)了發(fā)展方向，伴隨著全球產(chǎn)，能充分發(fā)揮我們已有的生產(chǎn)能力;而且，它種類(lèi)眾多，在諸如手機(jī)、數(shù)字電視、DVD、電視機(jī)頂盒、PDA等不同領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與高度標(biāo)準(zhǔn)化的PC只有英特爾一家獨(dú)大現(xiàn)象不同，國(guó)外大公司很難形成壟斷。雖然中國(guó)業(yè)東移的大潮、中國(guó)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，再加上巨大的內(nèi)需市場(chǎng)，以及充實(shí)的人力資源，豐富的自然資源，可以說(shuō)，中國(guó)模擬集成電路的發(fā)展盡得天時(shí)、地利、人和之優(yōu)勢(shì)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)將會(huì)繼美國(guó)、日本、臺(tái)灣、韓國(guó)、新加坡之后，崛起為新的世界集成電路制造中心。
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