模拟集成电路

定义：模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试，模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA软件的控制下自动的综合产生。

（一）IC就是半导体元件产品的统称，包括：

1.集成电路(integratedcircuit，缩写：IC)

2.二，三极管。

3.特殊电子元件。

再广义些讲还涉及所有的电子元件，象电阻，电容，电路版/PCB版，等许多相关产品。

一、世界集成电路产业结构的变化及其发展历程

自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃，创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业集成电路产业。

回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来，"从电路集成到系统集成"这句话是对IC产品从小规模集成电路（SSI）到今天特大规模集成电路（ULSI）发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。在这历史过程中，世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历了三次变革。

第一次变革：以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。

70年代，集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路。这一时期IC制造商（IDM）在IC市场中充当主要角色，IC设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。IC设计主要以人工为主，CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用。IC产业仅处在以生产为导向的初级阶段。

第二次变革：Foundry公司与IC设计公司的崛起。

80年代，集成电路的主流产品为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）及专用IC（ASIC）。这时，无生产线的IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。
随着微处理器和PC机的广泛应用和普及（特别是在通信、工业控制、消费电子等领域），IC产业已开始进入以客户为导向的阶段。一方面标准化功能的IC已难以满足整机客户对系统成本、可靠性等要求，同时整机客户则要求不断增加IC的集成度，提高保密性，减小芯片面积使系统的体积缩小，降低成本，提高产品的性能价格比，从而增强产品的竞争力，得到更多的市场份额和更丰厚的利润；另一方面，由于IC微细加工技术的进步，软件的硬件化已成为可能，为了改善系统的速度和简化程序，故各种硬件结构的ASIC如门阵列、可编程逻辑器件（包括FPGA）、标准单元、全定制电路等应运而生，其比例在整个IC销售额中1982年已占12％；其三是随着EDA工具（电子设计自动化工具）的发展，PCB设计方法引入IC设计之中，如库的概念、工艺模拟参数及其仿真概念等，设计开始进入抽象化阶段，使设计过程可以独立于生产工艺而存在。有远见的整机厂商和创业者包括风险投资基金（VC）看到ASIC的市场和发展前景，纷纷开始成立专业设计公司和IC设计部门，一种无生产线的集成电路设计公司（Fabless）或设计部门纷纷建立起来并得到迅速的发展。同时也带动了标准工艺加工线（Foundry）的崛起。全球第一个Foundry工厂是1987年成立的台湾积体电路公司，它的创始人张忠谋也被誉为“晶芯片加工之父”。

第三次变革：“四业分离”的IC产业

90年代，随着INTERNET的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。以DRAM为中心来扩大设备投资的竞争方式已成为过去。如1990年，美国以Intel为代表，为抗争日本跃居世界半导体榜首之威胁，主动放弃DRAM市场，大搞CPU，对半导体工业作了重大结构调整，又重新夺回了世界半导体霸主地位。这使人们认识到，越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，"分"才能精，"整合"才成优势。于是，IC产业结构向高度专业化转化成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面（如下图所示），近年来，全球IC产业的发展越来越显示出这种结构的优势。如台湾IC业正是由于以中小企业为主，比较好地形成了高度分工的产业结构，故自1996年，受亚洲经济危机的波及，全球半导体产业出现生产过剩、效益下滑，而IC设计业却获得持续的增长。

特别是96、97、98年持续三年的DRAM的跌价、MPU的下滑，世界半导体工业的增长速度已远达不到从前17％的增长值，若再依靠高投入提升技术，追求大尺寸硅片、追求微细加工，从大生产中来降低成本，推动其增长，将难以为继。而IC设计企业更接近市场和了解市场，通过创新开发出高附加值的产品，直接推动着电子系统的更新换代；同时，在创新中获取利润，在快速、协调发展的基础上积累资本，带动半导体设备的更新和新的投入；IC设计业作为集成电路产业的"龙头"，为整个集成电路产业的增长注入了新的动力和活力。

二、IC的分类

IC按功能可分为：数字IC、模拟IC、微波IC及其他IC，其中，数字IC是近年来应用最广、发展最快的IC品种。数字IC就是传递、加工、处理数字信号的IC，可分为通用数字IC和专用数字IC。

通用IC：是指那些用户多、使用领域广泛、标准型的电路，如存储器（DRAM）、微处理器（MPU）及微控制器（MCU）等，反映了数字IC的现状和水平。

专用IC（ASIC）：是指为特定的用户、某种专门或特别的用途而设计的电路。

目前，集成电路产品有以下几种设计、生产、销售模式。

1．IC制造商（IDM）自行设计，由自己的生产线加工、封装，测试后的成品芯片自行销售。

2．IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式。设计公司将所设计芯片最终的物理版图交给Foundry加工制造，同样，封装测试也委托专业厂家完成，最后的成品芯片作为IC设计公司的产品而自行销售。打个比方，Fabless相当于作者和出版商，而Foundry相当于印刷厂，起到产业"龙头"作用的应该是前者。

三、IC产品等级行业标准
产品等级的界定主要依据产品的外包装，将等级按字母顺序由A到E排列：
A1级：原厂生产，原包装,防静电包装完整　（说明：来源于正规渠道或独立分销商，在规定质保期内，产品可靠性最高。即“全新原装货品”）
A2级：原厂生产，原包装,防静电包装不完整，已经被打开　（说明：来源于正规渠道或独立分销商，在规定质保期内。即“全新货品”）
A3级：原厂生产　（说明：工厂积压或剩余货料，批号统一。有可能生产日期较早。即“工厂剩货”）
注：A1、A2、A3级在市场统称为“新货”
B1级：非原厂包装或无包装，未使用，可能被销售商重新包装　（说明：由原厂生产，但因某些原因并没有包装，产品批号统一，为原厂统一打标。通过特殊渠道流入市场的，产品质量可靠性不确定）
B2级：非原厂包装或无包装，未使用，可能被销售商重新包装查询中文电子产品资料以及下载　（说明：由原厂生产，但因某些原因未在产品表面打印字样，产品质量可靠性不确定。一般这种类型产品会被经销商统一重新打标）
B3级：非原厂包装或无包装，未使用，可能被销售商重新包装　（说明：由原厂生产，但因某些原因并没有包装，产品批号不统一，为原厂统一打标。通过特殊渠道流入市场的，产品质量可靠性不确定。一般这种类型产品会被经销商统一重新打标）
B4级：未使用，有包装　（说明：由原厂生产，但是产品存放环境不适宜，或者产品存放时间过久。产品管脚氧化。产品质量不确定）
注：B1、B2、B3、B4级在市场统称为“散新货”
C1级：由非原厂生产，全新未使用，完整包装　（说明：一些由大陆、台湾或其他海外国家或地区生产的产品，完全按照原品牌工厂的规格要求进行包装和封装，功能完全相同，并印有原品牌厂商字样。产品质量不确定。不如原厂正品质量可靠性高。即“仿制品”）
C2级：全新未使用　（说明：由功能相同或者相近的产品，去掉原有的标识改换为另外一种产品标识的。即“替代品改字”，市场统称“替代品”）
D1级：无包装，使用过，产品管脚没有损伤，属于旧货。可能被销售商重新包装　（说明：从旧电路板上直接拔下，如一些DIP,PLCC，BGA封装的可以直接拔下的。即“旧货”）
D2级：无包装，属于旧货。可能被销售商重新包装　（说明：从旧电路板上直接拆卸，管脚被剪短的。此类产品有可能会被后期处理过，将已经被剪短的管脚拉长或者接长。即“旧片剪切片”）
D3级：无包装，属于旧货。可能被销售商重新包装　（说明：从旧电路板上拆卸，管脚沾有焊锡。并重新处理管脚。即“旧片”）
D4级：无包装，属于旧货。可能被销售商重新包装　（说明：从旧电路板上拆卸，管脚沾有焊锡。重新处理管脚。并且重新打标的。即“旧货翻新片”）
D5级：无包装，属于旧货。可能被销售商重新包装　（说明：旧货，但是属于可编程器件，内置程序不可擦写）
注：D1、D2、D3、D5级在市场统称为“旧货”
E1级：无包装货。可能被销售商重新包装　（说明：由原厂生产，产品质量未通过质检。本应该被销毁的，但是通过特殊渠道流通到市场的。质量不可靠。即“等外品”，市场统称为“次品”）
E2级：无包装货。可能被销售商重新包装　（说明：将部分产品工业级别的改为军品级别的。质量很不稳定，安全隐患极大。即“改级别”，市场统称“假货”）
E3级：无包装货。可能被销售商重新包装　（说明：用完全不相关的产品打字为客户需求的产品。有的是外观相同，有的外观都不相同。即“假冒伪劣”，市场统称“假货”）
T1级：完整包装　（说明：由原厂为特定用户订制的某产品。有可能只有该用户产品才能使用）

T2级：完整包装　（说明：由第三方采用原厂芯片晶圆进行封装的。产品质量一般可靠。一般为停产芯片）
注：T1级、T2级在市场统称为“特殊产品”
二极管的特性与应用
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。


二极管的工作原理


晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。


二极管的类型


二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。


二极管的导电特性


二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。

1. 正向特性。

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2. 反向特性。

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。


二极管的主要参数


用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：

1、最大整流电流

是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2、最高反向工作电压

加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

3、反向电流

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。