一文读懂模拟IC与数字IC的差异

IC就是半导体元件产品的统称，IC按功能可分为：数字IC、模拟IC、微波IC及其他IC。

 

数字IC就是传递、加工、处理数字信号的IC，是近年来应用最广、发展最快的IC品种，可分为通用数字IC和专用数字IC。

 

模拟IC则是处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号的IC，模拟IC按应用来分可分为标准型模拟IC和特殊应用型模拟IC。如果按技术来分的话，模拟IC可分为只处理模拟信号的线性IC和同时处理模拟与数字信号的混合IC。

 

标准型模拟IC包括放大器，电压调节与参考对比，信号界面，数据转换，比较器等产品；特殊应用型模拟IC主要应用在通信、汽车、电脑周边和消费类电子等四个领域。

 

简单总结一下二者的区别：数字电路IC就是处理数字信号的器件，比如CPU、逻辑电路等；而模拟电路IC是处理和提供模拟信号的器件，比如运算放大器、线性稳压器、基准电压源等，它们都属于模拟IC。模拟IC处理的信号都具有连续性，可以转换为正弦波研究，而数字IC处理的是非连续性信号，都是脉冲方波。

 

不同数字器件有不同的制程, 所以需要不同的供电电压, 因此更需要电源管理这一模拟技术，随着数字技术的发展, 模拟技术分布于数字技术周边, 与数字技术密不可分，数字技术与模拟技术比较如下：

 

 

下面我们从模拟IC的四大特点来说明模拟IC与数字IC的差异性：

 

01

 生命周期可长达10年。

 

 

 

数字IC强调的是运算速度与成本比，数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号，或者利用新工艺提高集成度降低成本。因此数字IC的生命周期很短，大约为1年-2年。

 

模拟IC强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性。产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力，生命周期长达10年以上的模拟IC产品也不在少数。如音频运算放大器NE5532，自上世纪70年代末推出直到现在还是最常用的音频放大IC之一，几乎50%的多媒体音箱都采用了NE5532，其生命周期超过25年。因为生命周期长，所以模拟IC的价格通常偏低。

 

02

 工艺特殊少用CMOS工艺

 

 

 

数字IC多采用CMOS工艺，而模拟IC很少采用CMOS工艺。因为模拟IC通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件，而CMOS工艺的驱动能力很差。此外，模拟IC最关键的是低失真和高信噪比，这两者都是在高电压下比较容易做到的。而CMOS工艺主要用在5V以下的低电压环境，并且持续朝低电压方向发展。

 

因此，模拟IC早期使用Bipolar工艺，但是Bipolar工艺功耗大，因此又出现BiCMOS工艺，结合了Bipolar工艺和CMOS工艺两者的优点。另外还有CD工艺，将CMOS工艺和DMOS工艺结合在一起。而BCD工艺则是结合了Bipolar、CMOS、DMOS三种工艺的优点。在高频领域还有SiGe和GaAS工艺。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合，同时也需要设计者加以熟悉，而数字IC设计者基本上不用考虑工艺问题。

 

03

与元器件关系紧密

 

 

 

模拟IC在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等;在设计中因技术特性的需要，常常需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式;模拟IC还必须具备低噪音和低失真性能。电阻、电容、电感都会产生噪音或失真，设计者必须考虑到这些元器件的影响。

 

对于数字电路来说是没有噪音和失真的，数字电路设计者完全不用考虑这些因素。此外由于工艺技术的限制，模拟电路设计时应尽量少用或不用电阻和电容，特别是高阻值电阻和大容量电容，只有这样才能提高集成度和降低成本。

 

某些射频IC在电路板的布局也必须考虑在内，而这些是数字IC设计所不用考虑的。因此模拟IC的设计者必须熟悉几乎所有的电子元器件。

 

04

 辅助工具少测试周期长

 

 

 

模拟IC设计者既需要全面的知识，也需要长时间经验的积累。模拟IC设计者需要熟悉IC和晶圆制造工艺与流程，需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。通常很少有设计师熟悉IC和晶圆的制造工艺与流程。而在经验方面，模拟IC设计师需要至少3年-5年的经验，优秀的模拟IC设计师需要10年甚至更长时间的经验。

 

模拟IC设计的辅助工具少，其可以借助的EDA工具远不如数字IC设计多。由于模拟IC功耗大，牵涉的因素多，而模拟IC又必须保持高度稳定性，因此认证周期长。此外，模拟IC测试周期长且复杂。

 

某些模拟IC产品需要采用特殊工艺和封装，必须与晶圆厂联合开发工艺，如BCD工艺和30V高压工艺。此外，有些产品需要采用WCPS晶圆级封装。