什麼是類比積體電路 (IC)？其設計方式為何？
什麼是類比訊號？
類比訊號是連續波形，其中電壓或壓力等的波動屬性會對應於其他與時間相關的變數。換句話說，其中一個變數是另一個變數的類比。訊號從一個值傳送到另一個值，並通過從零到全振幅的所有中間數值。
什麼是類比 IC？
類比積體電路 (IC) 是處理類比訊號的電路。它們是大部分電子裝置的基本零件，並且可處理音訊、溫度、光線和電壓等訊號。與處理開/關訊號的數位 IC 不同，類比 IC 能搭配訊號的完整範圍值。
類比 IC 負責擴大、過濾、混合、調變與解調等功能。它們廣泛用於需要精準高效訊號處理的應用中。
類比 IC 的範例與應用
電壓與電流調節器：這通常用於輸出應保持恆定的電源電路，不受不同的輸入電壓影響。調節器 IC 可確保恆定輸出。電壓調節器通常用於所有電源供應系統。
運算放大器 (op-amp)：運算放大器可視負載需求，將輸入訊號放大至更高的位準。運算放大器也可以過濾不需要的訊號。最常見的運算放大器 IC 應用是音訊放大器。
資料轉換器 IC：這些 IC 用於將類比訊號轉換為數位訊號，稱為類比數位轉換器 (ADC)。當輸入訊號為連續 (聲音、熱能等)，必須轉換為數位串流才能進行處理時，就會使用這類 IC。常見的應用是無線電。
音訊放大器：音訊放大器 IC 用於接收到的類比訊號非常微弱的射頻應用。它們接受低輸入頻率，並將其提高至電路所需的較高位準。這些晶片通常用於通訊系統。
比較類比 IC 與數位 IC
- 訊號表示法：類比 IC 能搭配數值隨時間變化的連續性訊號。另一方面，數位 IC 使用以二進位形式 (0 或 1) 表示的離散訊號。
- 電路元件：類比電路使用電阻器、電感器、電容器等，而數位電路的主要元件則是邏輯閘。
- 精準度和準確度：類比 IC 容易受到雜訊和訊號衰減的影響，進而影響其精準度。類比系統也容易受到溫度變化等環境因素影響。數位 IC 則因數位訊號的離散性質而提供高精準度和準確度。數位系統更能抵抗雜訊和外部干擾。
- 複雜度與功能：由於輸入訊號的持續變化，設計複雜的類比電路是一大挑戰。這些 IC 通常用於音訊放大器、感應器和類比濾波器。數位 IC 能處理複雜的邏輯操作，因此非常適合微控制器、記憶體儲存裝置和數位訊號處理工作。
- 電源效率：類比電路消耗較多電力，但也比數位電路更省電。數位電路在低活動期間 (當電晶體大多處於待命模式時) 可以省電，在切換和主動運算期間則會消耗更多電力。
如何設計類比 IC？
類比 IC 的設計程序涉及多個階段，以及對電子和半導體的深入瞭解。類比晶片的設計程序必須在設計週期的早期考量實作挑戰，並使用模擬軟體來預測行為。設計步驟如下：
概念化與規格：此程序從定義 IC 的目的與功能開始。工程師與客戶和領域專家密切合作，概述電路的效能需求、功率限制、操作條件和目標應用。
配置圖設計：使用電晶體、電阻器和電容器等，建立電路的高階電路圖。此藍圖列出不同元件及其功能之間的互連。
驗證：在移動到實體製造之前，工程師必須使用 SPICE 模擬軟體來模擬電路的行為。此步驟有助於識別潛在問題、改善設計，以及最佳化效能。
佈局設計：在配置圖之後，工程師會使用電腦輔助設計 (CAD) 工具將其轉換為實體佈局。佈局包含置放元件、設計互連，以及最重要的設計完整性。為了打造堅固可靠的設計，工程師會考慮寄生效應、電磁干擾 (EMI)、散熱、靜電放電 (ESD)、電子遷移 (EM)、IR 壓降等因素。這是最耗時的步驟，設計師必須徹底調查設計，才能進行下一個步驟。
製造：其中包括建構多層材料，以建立半導體裝置並進行互連。最終產品在上市前均經過 QA。
類比與混合訊號 IC 模擬
簽核分析是一種主動措施，可降低潛在專案風險，有效避免矽晶製程期間發生代價高昂的錯誤。利用精準的多物理量模擬，排除不必要的安全限度，改善與矽晶結果之間的關聯性，進而提升設計效能。在 IP 設計週期提早確保電源與訊號完整性，可有效縮短周轉時間，讓設計工程師能夠更有信心地簽核。
請參閱本白皮書，進一步瞭解電源雜訊與可靠性簽核：SerDes IP 與 PMIC 適用的電源與可靠性簽核之類比與混合訊號工作流程
相關資源
查看 Ansys 的服務與產品
查看 Ansys 的服務與產品
Contact Us
立即聯絡我們
