Substrato IC - Circuiti analogici integrati e elaborazione del segnale

I circuiti integrati analogici si riferiscono principalmente a circuiti integrati composti da condensatori, resistenze, transistor, ecc. che sono integrati per elaborare segnali analogici. Ci sono molti circuiti integrati analogici, come amplificatori operativi, moltiplicatori analogici, cicli bloccati di fase, chip di gestione dell'alimentazione, ecc I componenti principali dei circuiti integrati analogici includono amplificatori, filtri, circuiti di feedback, circuiti sorgente di riferimento, circuiti condensatori commutati, ecc.

Circuiti integrati analogici

Caratteristiche dei circuiti integrati analogici

Rispetto ai circuiti integrati digitali, i componenti speciali nei circuiti integrati analogici hanno le loro caratteristiche in termini di utilizzo dei componenti e struttura del circuito.

1: L'accuratezza dei singoli componenti non è molto alta ed è anche notevolmente influenzata dalla temperatura. Tuttavia, i componenti fabbricati con lo stesso processo sullo stesso wafer di silicio hanno prestazioni relativamente costanti o una migliore simmetria dei componenti.

2: Poiché i componenti nel circuito sono tutti concentrati sullo stesso chip di silicio e sono molto vicini l'uno all'altro, la differenza di temperatura non è significativa e le caratteristiche di temperatura dello stesso tipo di componenti sono le stesse, quindi la simmetria della temperatura è buona.

3: La gamma di resistenza di un resistore ha alcune limitazioni, di solito tra decine di ohm a decine di migliaia di ohm, e non è facile da fabbricare se è troppo alto o troppo basso.

4: La capacità generalmente non supera 100pF e i grandi condensatori non sono facili da fabbricare. Per quanto riguarda l'induttanza, essa è limitata a valori molto piccoli e dovrebbe essere evitata il più possibile.

5: Il valore p del tubo npn longitudinale è relativamente grande, mentre il valore p del tubo pnp trasversale è molto piccolo, ma la sua tensione di resistenza alla giunzione pn è alta. Tra i vari componenti integrati, i transistor NPN longitudinali occupano una piccola area e funzionano bene, mentre resistori e condensatori occupano una grande area e hanno una gamma ristretta.

Principi dei circuiti integrati analogici

Nella tecnologia dell'informazione, i circuiti integrati digitali svolgono un ruolo di primo piano nell'elaborazione delle informazioni trasmesse dai segnali digitali, che prendono valori discreti in termini di tempo e quantità. Tuttavia, i cambiamenti nel tempo e nella quantità di segnali in natura sono continui, come suono del vento, flusso d'acqua, ecc Questi segnali sono chiamati segnali analogici. Di conseguenza, i circuiti utilizzati per elaborare i segnali analogici sono chiamati circuiti analogici, mentre i circuiti integrati utilizzati per elaborare i segnali analogici sono chiamati circuiti integrati analogici. I circuiti digitali non possono interagire direttamente con la natura, solo per comodità di elaborazione o trasmissione. Per sfruttare appieno i vantaggi dei sistemi digitali, i segnali analogici vengono dapprima convertiti in segnali digitali, in ingresso a moderni sistemi digitali con alta capacità, alta velocità, forte capacità anti-interferenza e buona riservatezza, e quindi convertiti in uscite di segnale analogiche.

Protagonista dei circuiti integrati sono i transistor, e i circuiti integrati analogici non fanno eccezione. Tuttavia, utilizzano l'effetto di amplificazione dei transistor, mentre i circuiti integrati digitali utilizzano l'effetto di commutazione dei cristalli. La maggior parte dei primi circuiti integrati analogici utilizzavano transistor di giunzione bipolare. A causa della maturità della tecnologia CMOS, ha superato lo svantaggio della velocità lenta del circuito CMOS iniziale e ha i vantaggi di basso consumo energetico e conveniente aggiornamento del processo (la proporzione uguale di CMOS è ridotta). Ora i circuiti integrati analogici e i circuiti integrati misti digitali-analogici (circuiti digitali e circuiti analogici sono integrati) sono comunemente progettati e implementati utilizzando CMOS.

Classificazione dei circuiti integrati analogici

I prodotti analogici a circuito integrato sono suddivisi in tre categorie: la prima categoria è costituita dai circuiti di uso generale, come amplificatori operativi, moltiplicatori, loop a blocco di fase, filtri attivi e trasformazioni analogico-digitale e analogico-digitale; Il secondo tipo è serie di circuiti integrati specializzati, quali sistemi audio, ricevitori televisivi, videoregistratori e sistemi di comunicazione; Il terzo tipo è sistemi integrati a singolo chip, come trasmettitori a singolo chip, ricevitori a singolo chip, ecc.

Applicazione di circuiti integrati analogici

I circuiti di base dei circuiti integrati analogici includono sorgenti di corrente, amplificatori monostadio, filtri, circuiti di feedback, circuiti a specchio di corrente, ecc. I circuiti di base di livello superiore composti da essi sono amplificatori operativi e comparatori, mentre i circuiti di livello superiore includono circuiti condensatori commutati, loop phase-locked, ADC / DAC, ecc. Secondo la relazione di risposta tra i segnali di uscita e di ingresso, i circuiti integrati analogici possono essere ulteriormente suddivisi in due categorie: circuiti integrati lineari e circuiti integrati non lineari.

La risposta tra i segnali di uscita e di ingresso del primo è solitamente lineare e la forma del segnale di uscita è simile al segnale di ingresso, tranne che è amplificato e amplificato da un coefficiente fisso. La risposta del segnale di uscita del circuito integrato non lineare al segnale di ingresso mostra una relazione non lineare, come una relazione quadrata, relazione logaritmica, ecc., quindi è chiamata circuito non lineare. I circuiti non lineari comuni includono oscillatori, timer, circuiti loop bloccati di fase, ecc L'applicazione tipica dei circuiti integrati analogici è mostrata nella figura seguente. I segnali naturali esterni raccolti da vari sensori o antenne, quali temperatura, umidità, ottica, piezoelettrico e acustico, sono pre-elaborati da circuiti analogici e convertiti in opportuni segnali digitali per l'ingresso nel sistema digitale; Il segnale elaborato dal sistema digitale viene quindi elaborato attraverso un circuito analogico e convertito in segnali analogici come suono, immagine e onde radio per l'uscita.

Come gestire i segnali analogici nella progettazione PCB?

A causa della natura continua del segnale analogico, i cambiamenti di tensione hanno un impatto significativo sul segnale analogico e il segnale analogico è in definitiva un segnale di tensione. Pertanto, è solitamente necessario addensare il cablaggio a 10-15mil nella progettazione PCB convenzionale.

In secondo luogo, la capacità anti-interferenza dei segnali analogici è relativamente scarsa, quindi l'isolamento e il terreno di riferimento dovrebbero essere considerati. L'isolamento comporta innanzitutto la separazione dell'area digitale dall'area analogica e la separazione delle aree digitali e analogiche per evitare conversazioni incrociate tra loro.

I circuiti integrati analogici sono dispositivi elettronici molto importanti che possono completare varie attività di elaborazione del segnale e hanno ampie applicazioni in vari campi.