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1.1 半导体技术与模拟集成电路 (1)
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1.2 模拟集成电路的分类及制造工艺 (1)
1.2.1 模拟集成电路的分类 (1)
1. 通用模拟集成电路 (2)
2. 专用模拟集成电路 (2)
1.2.2 模拟集成电路的制造工艺技术 (5)
1.3.1 系统定义与设计 (7)
1.3.2 电路定义与设计 (7)
1.3.3 版图设计与验证 (7)
1.3.4 掩模板制备、流片、封装与测试 (7)
第1章模拟集成电路概论
1.1半导体技术与模拟集成电路
自从1958年美国的得克萨斯仪器公司（TI）发明了世界上第一块集成电路后，集成电路技术以惊人的速度发展。目前的集成电路已经可以在一块硅芯片上集成几千万个晶体管，甚至上亿个晶体管。半导体集成电路技术一般可以分为[1-8]：
z半导体集成电路工艺技术；
z集成电路设计技术；
z集成电路设计自动化（EDA）技术。
目前集成电路工艺技术已经发展到超深亚微米阶段，特征线宽可达到0.065μm，甚至更小，而硅晶圆的直径已经达到了12英寸。集成电路设计技术近年来有了长足的发展，系统芯片（System On a Chip, SOC）设计技术已经成为超大规模集成电路设计的主流技术。由于集成电路代工企业（Foundry）的崛起，集成电路设计业已经成为一个增长十分迅速的独立的新兴产业。这里需要指出的是集成电路设计业的成长与集成电路设计自动化产业技术的发展密不可分。
在对电路进行分类时常常会提到“数字电路”和“模拟电路”。在集成电路设计领域，数字集成电路和模拟集成电路意味着在集成在一个电子系统的这两种电路以不同的使命，两者具有协调、互补的关系。另外，由于设计数字集成电路和模拟集成电路的流程、方法以及对设计者知识面的要求各不相同，因此，事实上已经形成了“数字集成电路设计工程师”和“模拟集成电路设计工程师”两个不同的体。一个包含有数字电路和模拟电路的SOC芯片是数字工程师和模拟工程师通力合作的结果。这种数模混合的SOC芯片设计技术的发展是与近年来的系统设计和数模混合电路设计电子设计自动化（EDA）工具的进步，特别是各种可重用和重构的集成电路智权芯核（Intellectual Property，IP）的开发与积累分不开的。当然，数字和模拟集成电路本身也是集成电路的产品。
本章主要讲述与模拟集成电路有关的内容，不涉及数字集成电路。需要注意的是模拟电路设计是与数字电路设计同步发展起来的，与集成电路的制造工艺和EDA工具的变迁密不可分。本书中不仅分析模拟集成电路的基本理论知识，而且结合目前国际上主流的模拟集成电路设计EDA工具，给出了具体设计电路的方法，以达到读者通过练习能够快速掌握实际的模拟集成电路设计技术。
这里需要强调的是对从事开发与设计模拟集成电路技术的工作人员来讲，除了模拟集成电路设计外，还应该具备对电路系统，芯片应用环境的分析能力，以及逻辑分析的能力[5]。
1.2模拟集成电路的分类及制造工艺
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1.2.1模拟集成电路的分类
模拟电路的历史悠久，而且其设计对象的范围也很宽。模拟集成电路是随着半导体集
成电路工艺的发展，以及各种模拟电路应用的普及得到迅速的发展。目前的模拟集成电路种类繁杂，按大类分，可以分为以下两类
z通用模拟集成电路；
z专用模拟集成电路。
另一方面，如果按照被处理的信号的频率来分类，可以大致分为低频模拟集成电路和高频模拟集成电路两大类。高频集成电路，在设计时有时虽然频率的位数只增加1位数，但电路的设计方法与低频电路的设计方法会完全不同。如果电路处理的信号频率属于射频（Radio Frequency，RF）频率，那么这类集成电路属于RF模拟集成电路。
通用模拟集成电路正如其名所表示的那样，没有限定产品的种类，具有多种产品的共同的功能，也就是用途广泛的模拟集成电路。而像无线电专用和音频专用模拟集成电路等，原则上只能在某一类产品范围内使用的模拟集成电路则是专用模拟集成电路。通用模拟集成电路的种类较少，这是模拟集成电路的特点。以下以美国国家半导体公司（NSC）的产品目录为例，说明通用模拟集成电路与专用模拟
折叠麻将桌集成电路[9]。
1.通用模拟集成电路
1）运算放大器（Operational Amplifier, OP-AMP）、比较器和缓冲器
运算放大器包括高速、高精度、低噪声、低功耗、轨对轨（Rail-to-Rail）等各种通用运算放大器。比较器包括高速、高精度比较器。缓冲器主要是单位增益的输入和输出电压的电平转换。 2）参考基准
电压与电流源基准，包括低噪声系数、低噪声电压与电流基准。
3）电源管理
主要包括低压差线性稳压器（Low-Drop Output, LDO）、升压与降压式直流电压转换器（Direct-Current V oltage Converter, DC-DC）、电池充放电保护电路等。
4）模数与数模转换电路（Analog-to-Digital Converter/Digital-to-Analog Converter, ADC/DAC）
简易淋浴器主要有高精度sigma-delta型ADC与DAC电路、高速ADC/DAC电路、低功耗ADC/DAC电路
2.专用模拟集成电路
1）音频放大专用运算放大器
包括各种输出类型的放大器、耳机放大器、立体声放大器等。
2）专用显示驱动电路
包括发光二极管（LED）、液晶显示（LCD）、平板显示器（Flat Panel）、VF、CRT监视器专用显示驱动电路等
3）专用接口电路
包括全差分信号与单端信号的接口与缓冲器、差分与单端信号的接发送器、各种标准的以太网接口电路，以及其他标准的专用接口电路。
抗石击涂料4）温度传感控制电路
温度开关、数字与模拟温度传感控制电路、硬件温度监控电路。
5）其他专用模拟集成电路
如汽车专用模拟集成电路、无线专用模拟集成电路、通信专用模拟集成电路、时钟发生电路等。
以下给出几个模拟集成电路的结构图进行说明。图1- 1是一个典型的低压差线性稳压器（LDO）的结构图[10]。LDO主要使用在电池供电的便携式电子产品中。便携式电子设备在使用过程中，电池的输出电压逐渐下降，另外电子设备丰富的功能使得在使用时对电能的要求变化很大，因此需要通过稳压器对输入电压（电池电压）进行调整，使输出电压，即电子设备的供电电压在各种情况下达到稳定。如图1- 1所示，LDO有电流与电压基准电路、误差放大器、调整管和反馈电阻组成。误差放大器将输出反馈电压与参考电压进行比较，并放大其差值用来控制调整管的导通状态，从而达到稳定输出电压的目的。
图1- 1 低压差线性稳压器（LDO）的结构
图1- 2 是降压式直流电压转换器（DC-DC）的结构[11]，这是一种基于开关电源稳压原理的电压型脉宽调制型（PWM）控制的降压式直流电压转换器。图中虚线内的器件是芯片外部的器件，R out是负载电阻，R F是反馈电阻，电感与电容组成滤波。输出电压经过采样后得到反馈电压，并与参考电压比较得到误差电压，误差放大器将误差电压放大后得到比较器正端的电压信号，它与锯齿波信号在PWM比较器内比较后得到开关控制信号，以决定开关管的开通与关闭时间，达到稳定输出电压的目的。
图1- 2降压式直流电压转换器（DC-DC）的结构
图1- 3是电能计量专用集成电路结构[12]。该电路首先将交流电压与电流进行采样，得到的采样信号经过模拟与数字转换电路得到两路数字信号，数字信号经过相位矫正、滤波后进行相乘和滤波得到功率值，经过数字与频率信号的转换后将信号输出以驱动步进马达，进行电能计量。
图1- 3电能计量专用集成电路结构
通过上述例子可以看到，规模较大的专用模拟集成电路芯片往往包含有运算放大器、电压与电流基准等电路，而运算放大器的性能往往决定了整个模拟集成电路的性能，因此运算放大器是模拟集成电路的基本电路也是核心电路。另外，专用模拟集成电路内部包含有通用模拟集成电路通用模块。通用模拟集成电路应用于许多的领域中，其作为半导体产品具有寿命长，性能稳定的特点，因此用户不必像使用专用模拟集成电路那样要承担巨额的开发费用。并且因为有许多家生产厂家都在生产同一种型号的LSI产品，不必要担心购
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