集成電路基板 - 類比集成電路和信號處理

類比集成電路主要是指由電容器、電阻器、電晶體等組成的集成電路，對類比信號進行集成處理。 有許多類比集成電路，如運算放大器、模擬乘法器、鎖相環、電源管理晶片等。類比集成電路的主要部件包括放大器、濾波器、迴響電路、參攷源電路、開關電容器電路等。

類比集成電路

類比集成電路的特性

與數位積體電路相比，類比集成電路中的特殊元件在元件使用和電路結構方面都有其特點。

1：單個部件的精度不是很高，而且受溫度的影響很大。 然而，在同一矽片上使用相同工藝製造的組件具有相對一致的效能或更好的組件對稱性。

2：因為電路中的元件都集中在同一個矽片上，而且彼此非常接近，所以溫差不大，而且同一類型元件的溫度特性相同，所以溫度對稱性好。

3：電阻器的電阻範圍有一定的局限性，通常在幾十歐姆到幾萬歐姆之間，過高或過低都不容易製造。

4：電容一般不超過100pF，大的電容器不容易製造。 至於電感，它被限制在非常小的值，應該盡可能避免。

5:縱向npn管的p值相對較大，而橫向pnp管的p值很小，但其pn結耐壓較高。 在各種集成元件中，縱向NPN電晶體占地面積小且性能良好，而電阻器和電容器占地面積大且範圍窄。

類比集成電路原理

在資訊技術中，數位積體電路在處理數位信號所攜帶的資訊方面發揮著主導作用，數位信號在時間和數量上都具有離散值。 然而，自然界中訊號在時間和數量上的變化是連續的，例如風的聲音、水流等。這些訊號被稱為類比信號。 相應地，用於處理類比信號的電路被稱為類比電路，而用於處理類比資訊的集成電路被稱之為類比集成電路。 數位電路不能僅僅為了處理或傳輸的方便而與自然直接互動。 為了充分利用數位系統的優勢，首先將類比信號轉換為數位信號，輸入到容量大、速度快、抗干擾能力强、保密性好的現代數位系統，然後再轉換為類比信號輸出。

集成電路的主角是電晶體，類比集成電路也不例外。 然而，它們利用電晶體的放大效應，而數位積體電路利用晶體的開關效應。 大多數早期的類比集成電路使用雙極結晶體管。 由於CMOS科技的成熟，它克服了早期CMOS電路速度慢的缺點，具有功耗低、工藝陞級方便（减少了CMOS的等比例）的優點。 現在，類比集成電路和數模混合集成電路（數位電路和類比電路集成在一起）也通常使用CMOS設計和實現。

類比集成電路的分類

類比集成電路產品分為三類：第一類是通用電路，如運算放大器、乘法器、鎖相環、有源濾波器以及模數和模數轉換； 第二類是專門的集成電路系列，如音訊系統、電視接收機、錄影機和通信系統； 第三類是單片機集成系統，如單片機發射機、單片機接收機等。

類比集成電路的應用

類比集成電路的基本電路包括電流源、單級放大器、濾波器、迴響電路、電流鏡電路等。由它們組成的上級基本電路是運算放大器和比較器，上級電路包括開關電容電路、鎖相環、ADC/DAC等。 根據輸出和輸入信號之間的響應關係，類比集成電路可以進一步分為兩類：線性集成電路和非線性集成電路。

前者的輸出和輸入信號之間的響應通常是線性的，輸出信號的形狀與輸入信號相似，只是它被固定係數放大和放大。 非線性集成電路的輸出信號對輸入信號的響應表現出非線性關係，如平方關係、對數關係等，囙此被稱為非線性電路。 常見的非線性電路包括振盪器、計时器、鎖相環電路等。類比集成電路的典型應用如下圖所示。由各種感測器或天線收集的外部自然訊號，如溫度、濕度、光學、壓電和聲學， 由類比電路預處理並轉換成適當的數位信號以輸入到數位系統； 數位系統處理後的訊號通過類比電路進行處理，並轉換為類比信號，如聲音、影像和無線電波進行輸出。

PCB設計中如何處理類比信號？

由於類比信號的連續性，電壓變化對類比信號具有顯著影響，並且類比信號最終是電壓訊號。 囙此，在傳統的PCB設計中，通常需要將佈線加厚到10-15mil。

其次，類比信號的抗干擾能力相對較差，囙此應考慮隔離和參攷地。 隔離首先包括將數位區域與類比區域分離，並將數位區域和類比區域分離以避免它們之間的串擾。

類比集成電路是一種非常重要的電子器件，可以完成各種信號處理任務，在各個領域有著廣泛的應用。