IC-Substrat - Analoge integrierte Schaltungen und Signalverarbeitung

Analoge integrierte Schaltungen beziehen sich hauptsächlich auf integrierte Schaltungen, die aus Kondensatoren, Widerständen, Transistoren usw. bestehen, die zur Verarbeitung analoger Signale integriert sind. Es gibt viele analoge integrierte Schaltungen, wie Operationsverstärker, analoge Multiplikatoren, phasenverriegelte Schleifen, Energiemanagement-Chips usw. Die Hauptkomponenten analoger integrierter Schaltungen umfassen Verstärker, Filter, Rückkopplungsschaltungen, Referenzquellenschaltungen, geschaltete Kondensatorschaltungen usw.

Analoge integrierte Schaltungen

Eigenschaften analoger integrierter Schaltungen

Im Vergleich zu digitalen integrierten Schaltungen weisen spezielle Komponenten in analogen integrierten Schaltungen ihre Eigenschaften hinsichtlich Bauteilnutzung und Schaltungsstruktur auf.

1: Die Genauigkeit der einzelnen Komponenten ist nicht sehr hoch und wird auch stark von der Temperatur beeinflusst. Komponenten, die im gleichen Verfahren auf demselben Siliziumwafer hergestellt werden, weisen jedoch eine relativ konstante Leistung oder eine bessere Symmetrie der Komponenten auf.

2: Weil die Komponenten in der Schaltung alle auf demselben Siliziumchip konzentriert sind und sehr nah beieinander sind, ist der Temperaturunterschied nicht signifikant, und die Temperatureigenschaften der gleichen Art von Komponenten sind die gleichen, so dass die Temperatursymmetrie gut ist.

3: Der Widerstandsbereich eines Widerstands hat bestimmte Einschränkungen, normalerweise zwischen Zehntausenden Ohms bis Zehntausenden Ohms, und es ist nicht einfach herzustellen, wenn er zu hoch oder zu niedrig ist.

4: Die Kapazität überschreitet im Allgemeinen 100pF nicht, und große Kondensatoren sind nicht einfach herzustellen. Was die Induktivität betrifft, ist sie auf sehr kleine Werte beschränkt und sollte so weit wie möglich vermieden werden.

5: Der p-Wert des longitudinalen npn-Rohres ist relativ groß, während der p-Wert des transversalen pnp-Rohres sehr klein ist, aber seine pn-Anschlusswiderstandsspannung hoch ist. Unter verschiedenen integrierten Komponenten nehmen längsseitige NPN-Transistoren eine kleine Fläche ein und funktionieren gut, während Widerstände und Kondensatoren eine große Fläche einnehmen und einen engen Bereich haben.

Prinzipien analoger integrierter Schaltungen

In der Informationstechnologie spielen digitale integrierte Schaltungen eine führende Rolle bei der Verarbeitung von Informationen, die von digitalen Signalen übertragen werden, die diskrete Zeit- und Mengenwerte annehmen. Allerdings sind die Veränderungen in Zeit und Menge der Signale in der Natur kontinuierlich, wie Windschall, Wasserfluss, etc. Diese Signale werden Analogsignale genannt. Entsprechend werden die Schaltungen zur Verarbeitung analoger Signale als analoge Schaltungen bezeichnet, während die integrierten Schaltungen zur Verarbeitung analoger Signale als analoge integrierte Schaltungen bezeichnet werden. Digitale Schaltungen können nicht direkt mit der Natur interagieren, nur aus Gründen der Bequemlichkeit der Verarbeitung oder Übertragung. Um die Vorteile digitaler Systeme voll auszuschöpfen, werden analoge Signale zuerst in digitale Signale umgewandelt, in moderne digitale Systeme mit hoher Kapazität, hoher Geschwindigkeit, starker Störfestigkeit und guter Vertraulichkeit eingegeben und dann in analoge Signalausgänge umgewandelt.

Der Protagonist der integrierten Schaltungen sind Transistoren, und analoge integrierte Schaltungen bilden keine Ausnahme. Sie nutzen jedoch den Verstärkungseffekt von Transistoren, während digitale integrierte Schaltungen den Schalteffekt von Kristallen nutzen. Die meisten frühen analogen integrierten Schaltungen verwendeten bipolare Übergangstransistoren. Aufgrund der Reife der CMOS-Technologie überwand es den Nachteil der langsamen Geschwindigkeit der frühen CMOS-Schaltung und hat die Vorteile des niedrigen Stromverbrauchs und der bequemen Prozessaufrüstung (der gleiche Anteil von CMOS wird reduziert). Mittlerweile werden analoge integrierte Schaltungen und digital-analoge gemischte integrierte Schaltungen (digitale Schaltungen und analoge Schaltungen sind integriert) üblicherweise unter Verwendung von CMOS entworfen und implementiert.

Klassifizierung analoger integrierter Schaltungen

Analoge integrierte Schaltungen werden in drei Kategorien unterteilt: Die erste Kategorie sind universelle Schaltungen, wie Operationsverstärker, Multiplikatoren, phasenverriegelte Schleifen, aktive Filter und analog-zu-digital und analog-zu-digital Transformationen; Der zweite Typ ist spezialisierte integrierte Schaltungsserien, wie Audiosysteme, Fernsehempfänger, Videorecorder und Kommunikationssysteme; Der dritte Typ sind Einzelchip-integrierte Systeme, wie Einzelchip-Sender, Einzelchip-Empfänger usw.

Anwendung analoger integrierter Schaltungen

Die Basisschaltungen analoger integrierter Schaltungen umfassen Stromquellen, einstufige Verstärker, Filter, Rückkopplungsschaltungen, Stromspiegelschaltungen usw. Die übergeordneten Basisschaltungen, die sich aus ihnen zusammensetzen, sind Operationsverstärker und Komparatoren, während die übergeordneten Schaltungen geschaltete Kondensatorschaltungen, phasenverriegelte Schleifen, ADC/DAC usw. umfassen. Entsprechend der Antwortbeziehung zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen können analoge integrierte Schaltungen weiter in zwei Kategorien unterteilt werden: lineare integrierte Schaltungen und nichtlineare integrierte Schaltungen.

Die Antwort zwischen den Ausgangs- und Eingangssignalen des ersteren ist normalerweise linear, und die Form des Ausgangssignals ist dem Eingangssignal ähnlich, außer dass es durch einen festen Koeffizienten verstärkt und verstärkt wird. Die Antwort des Ausgangssignals der nichtlinearen integrierten Schaltung auf das Eingangssignal zeigt eine nichtlineare Beziehung, wie eine quadratische Beziehung, logarithmische Beziehung usw., so wird es eine nichtlineare Schaltung genannt. Häufige nichtlineare Schaltungen umfassen Oszillatoren, Timer, phasengeschlossene Schleifenschaltungen, etc. Die typische Anwendung analoger integrierter Schaltungen wird in der folgenden Abbildung gezeigt. Die externen natürlichen Signale, die von verschiedenen Sensoren oder Antennen gesammelt werden, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Optik, piezoelektrische und akustische, durch analoge Schaltkreise vorverarbeitet und in geeignete digitale Signale für den Eingang in das digitale System umgewandelt werden; Das vom digitalen System verarbeitete Signal wird dann durch eine analoge Schaltung verarbeitet und in analoge Signale wie Ton, Bild und Funkwellen für die Ausgabe umgewandelt.

Wie geht man mit analogen Signalen im PCB Design um?

Aufgrund der kontinuierlichen Natur des analogen Signals haben Spannungsänderungen einen erheblichen Einfluss auf das analoge Signal, und das analoge Signal ist letztlich ein Spannungssignal. Daher ist es in der Regel notwendig, die Verdrahtung im herkömmlichen PCB-Design auf 10-15mil zu verdicken.

Zweitens ist die Störfestigkeit von analogen Signalen relativ schlecht, so dass Isolation und Referenzmasse in Betracht gezogen werden sollten. Die Isolierung beinhaltet zunächst die Trennung des digitalen Bereichs vom analogen Bereich und die Trennung des digitalen und analogen Bereichs, um Übersprechen zwischen ihnen zu vermeiden.

Analoge integrierte Schaltungen sind sehr wichtige elektronische Geräte, die verschiedene Signalverarbeitungsaufgaben erfüllen können und breite Anwendungen in verschiedenen Bereichen haben.