Thông tin PCB - Sự khác biệt giữa IC analog và IC digital là gì?

IC là một thuật ngữ chung cho các sản phẩm linh kiện bán dẫn. IC có thể được chia thành IC kỹ thuật số, IC tương tự, IC vi sóng và các IC khác theo chức năng của chúng.

IC kỹ thuật số là IC truyền tải, xử lý và xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Đây là loại IC được sử dụng rộng rãi nhất và phát triển nhanh nhất trong những năm gần đây. Nó có thể được chia thành IC kỹ thuật số chung và IC kỹ thuật số chuyên dụng.

IC analog là IC xử lý các tín hiệu analog tự nhiên liên tục như ánh sáng, âm thanh, tốc độ và nhiệt độ. IC analog có thể được chia thành IC analog tiêu chuẩn và IC analog ứng dụng đặc biệt theo ứng dụng của chúng. Nếu được chia theo công nghệ, IC analog có thể được chia thành IC tuyến tính chỉ xử lý tín hiệu analog và IC lai xử lý cả tín hiệu analog và kỹ thuật số.

IC analog tiêu chuẩn bao gồm bộ khuếch đại, điều chỉnh điện áp và so sánh tham chiếu, giao diện tín hiệu, chuyển đổi dữ liệu, bộ so sánh và các sản phẩm khác; Mạch tích hợp analog chuyên dụng chủ yếu được sử dụng trong bốn lĩnh vực truyền thông, ô tô, thiết bị ngoại vi máy tính và điện tử tiêu dùng.

Tóm tắt ngắn gọn về sự khác biệt giữa hai:

IC mạch kỹ thuật số là một thiết bị xử lý tín hiệu kỹ thuật số, chẳng hạn như CPU, mạch logic, v.v. IC mạch tương tự là một thiết bị xử lý và cung cấp tín hiệu tương tự, chẳng hạn như bộ khuếch đại hoạt động, bộ điều chỉnh tuyến tính, nguồn điện áp tham chiếu, v.v. Tất cả đều là IC tương tự. Các tín hiệu được xử lý bởi IC analog là liên tục và có thể được chuyển đổi thành sóng sin để nghiên cứu, trong khi IC kỹ thuật số xử lý các tín hiệu không liên tục, tất cả đều là sóng vuông xung.

Các thiết bị kỹ thuật số khác nhau có quy trình sản xuất khác nhau và do đó đòi hỏi điện áp nguồn khác nhau, do đó, công nghệ tương tự để quản lý năng lượng là cần thiết hơn. Với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số, công nghệ analog được phân phối xung quanh công nghệ kỹ thuật số và không thể tách rời với công nghệ kỹ thuật số. So sánh giữa công nghệ kỹ thuật số và công nghệ analog như sau:

Chúng ta hãy giải thích sự khác biệt giữa IC analog và IC kỹ thuật số từ bốn đặc điểm của IC analog.

1. Vòng đời có thể lên đến 10 năm.

Các mạch tích hợp kỹ thuật số nhấn mạnh tỷ lệ tốc độ hoạt động so với chi phí. Mục tiêu của thiết kế IC kỹ thuật số là đạt được tốc độ hoạt động mục tiêu với chi phí thấp nhất có thể. Các nhà thiết kế phải liên tục áp dụng các thuật toán hiệu quả hơn để xử lý tín hiệu kỹ thuật số hoặc sử dụng các quy trình mới để tăng cường tích hợp và giảm chi phí. Do đó, một IC kỹ thuật số có vòng đời rất ngắn, khoảng 1-2 năm.

IC analog nhấn mạnh tỷ lệ tín hiệu nhiễu cao, biến dạng thấp, tiêu thụ điện năng thấp, độ tin cậy và ổn định cao. Một khi sản phẩm đạt được mục tiêu thiết kế, sẽ có sức sống lâu dài.

Có rất nhiều sản phẩm IC tương tự có vòng đời hơn 10 năm. Ví dụ, bộ khuếch đại hoạt động âm thanh NE5532 là một trong những IC khuếch đại âm thanh được sử dụng phổ biến nhất kể từ khi được giới thiệu vào cuối những năm 1970. Gần 50% loa đa phương tiện sử dụng NE5532, có tuổi thọ hơn 25 năm. Do tuổi thọ cao, IC analog thường có giá thấp hơn.

2. Quy trình đặc biệt, ít quy trình CMOS hơn

Các mạch tích hợp kỹ thuật số chủ yếu sử dụng công nghệ CMOS, trong khi các mạch tích hợp tương tự hiếm khi sử dụng công nghệ CMOS. Bởi vì một IC tương tự thường yêu cầu đầu ra điện áp cao hoặc dòng điện cao để điều khiển các thành phần khác, trong khi công nghệ CMOS có khả năng điều khiển kém. Ngoài ra, chìa khóa cho IC analog là độ méo thấp và tỷ lệ tín hiệu nhiễu cao, cả hai đều tương đối dễ dàng đạt được ở điện áp cao. Công nghệ CMOS chủ yếu được sử dụng trong môi trường điện áp thấp dưới 5V và liên tục phát triển theo hướng điện áp thấp.

Do đó, IC analog đã sử dụng quá trình lưỡng cực sớm, nhưng quá trình lưỡng cực tiêu thụ điện năng cao, do đó quá trình BiCMOS xuất hiện trở lại, kết hợp những lợi thế của quá trình lưỡng cực và quá trình CMOS. Ngoài ra còn có quy trình CD, kết hợp quy trình CMOS với quy trình DMOS. Quá trình BCD kết hợp những ưu điểm của quá trình lưỡng cực, CMOS và DMOS. Trong lĩnh vực tần số cao, cũng có các quá trình SiGe và GaAS. Những quy trình đặc biệt này đòi hỏi sự phù hợp của các nhà máy thế hệ wafer và sự quen thuộc của nhà thiết kế, trong khi các nhà thiết kế IC kỹ thuật số về cơ bản không cần phải xem xét các vấn đề về quy trình.

3. Mối quan hệ chặt chẽ với các thành phần

IC analog trong toàn bộ khu vực làm việc tuyến tính phải có đặc tính khuếch đại dòng điện tốt, đặc tính dòng điện nhỏ, đặc tính tần số, v.v. Do nhu cầu về các đặc tính kỹ thuật trong thiết kế, thường cần phải xem xét cấu trúc đối xứng của bố cục thành viên và hình thức phù hợp của các tham số thành viên; IC analog cũng phải có tiếng ồn thấp và hiệu suất biến dạng thấp. Điện trở, tụ điện và cuộn cảm tạo ra tiếng ồn hoặc biến dạng và nhà thiết kế phải xem xét tác động của các thành phần này.

Đối với các mạch kỹ thuật số, không có tiếng ồn và biến dạng, các nhà thiết kế mạch kỹ thuật số không cần phải xem xét những yếu tố này. Ngoài ra, do những hạn chế của công nghệ quá trình, mạch analog nên được thiết kế có hoặc không có điện trở và tụ điện, đặc biệt là điện trở cao và tụ điện dung lượng lớn, để tăng khả năng tích hợp và giảm chi phí.

Cũng cần phải xem xét cách bố trí của một số IC RF trên PCB, điều này không được xem xét trong thiết kế IC kỹ thuật số. Do đó, các nhà thiết kế IC tương tự phải quen thuộc với hầu hết các thành phần điện tử.

4. Ít công cụ hỗ trợ và thời gian thử nghiệm dài

Các nhà thiết kế IC analog đòi hỏi kiến thức toàn diện và kinh nghiệm lâu dài. Các nhà thiết kế IC tương tự cần phải làm quen với các quy trình và quy trình sản xuất của IC và wafer, cũng như các đặc tính điện và vật lý của hầu hết các thành phần. Thông thường, rất ít nhà thiết kế quen thuộc với quy trình và quy trình sản xuất của IC và wafer. Về mặt kinh nghiệm, các nhà thiết kế IC analog cần ít nhất 3-5 năm kinh nghiệm và các nhà thiết kế IC analog tốt cần 10 năm kinh nghiệm trở lên.

Có rất ít công cụ hỗ trợ cho thiết kế IC analog và ít công cụ EDA có thể được sử dụng hơn nhiều so với thiết kế IC kỹ thuật số. Do tiêu thụ điện năng lớn của IC analog, nhiều yếu tố liên quan và IC analog phải duy trì độ ổn định cao với thời gian chứng nhận dài. Ngoài ra, IC analog có chu kỳ thử nghiệm dài và phức tạp.

Một số sản phẩm IC tương tự yêu cầu các quy trình và gói đặc biệt và phải được phát triển cùng với nhà máy wafer, chẳng hạn như quy trình BCD và quy trình điện áp cao 30V. Ngoài ra, một số sản phẩm yêu cầu gói WCPS wafer-level.