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模擬芯片是什么?
2023-03-28 5046次

  集成電路一般可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。其中,數(shù)字集成電路約占集成電路市場的85%,模擬集成電路約占15%。兩者的主要區(qū)別在于處理信號的類型和行業(yè)特點。數(shù)字集成電路是一種集成電路,對離散模擬信號(如用0和12個邏輯電平表示的二進制碼)進行算術和邏輯操作。其基本組成單元是邏輯門電路,包括存儲器(DRAM、Flash等)、邏輯電路(PLDs、門陣列、顯示驅動器等)、微型元件(MPU、MCU、DSP)。

  模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路,用于處理連續(xù)函數(shù)模擬信號(如聲音、溫度、光線等)的集成電路,包括通用模擬電路(接口、能源管理、信號轉換等)和特殊應用模擬電路。

  

 

  模擬芯片主要包括電源管理芯片和信號鏈芯片,其中,電源管理芯片是在電子 設備系統(tǒng)中擔負起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責的芯片, 主要分為AC-DC交直流轉換、DC-DC直流和直流電壓轉換(適用于大壓差)、 電壓調節(jié)器(適用于小壓差)、交流與直流穩(wěn)壓電源。電源管理芯片在不同產 品應用中發(fā)揮不同的電壓、電流管理功能,需要針對不同下游應用采用不同的電路設計。當前,電源管理正往高速、高增益、高可靠性方向發(fā)展,發(fā)展電管理芯片是提高整機技能的重要方式。信號鏈芯片則是一個系統(tǒng)中信號從輸入到輸出的路徑中使用的芯片,包括信號的采集、放大、傳輸、處理等功能。

  

 

  圖2:信號鏈與電源管理芯片

  模擬芯片中因電子系統(tǒng)基本均需供電,因此電源管理芯片為主體,占模擬芯片 市場比例約為53%,電源管理用途廣泛成熟,技術迭代較慢,壁壘相對較低, 因此國內布局廣泛,布局企業(yè)包括圣邦股份、矽力杰、韋爾股份、富滿電子、 中穎電子、全志科技、瑞芯微等;信號鏈芯片市場占比約為47%,國內布局企 業(yè)主要包括圣邦股份、華為海思等。

  

 

  圖3:模擬芯片市場分布

  高護城河:區(qū)別數(shù)字芯片,模擬芯片依賴工藝經驗

  常見的數(shù)字IC通常包括CPU、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理單元、存 儲器等,其設計大部分是通過使用硬件描述語言以基本邏輯門電路為單位在EDA軟件的協(xié)助下自動綜合產生,布圖布線也是借助EDA軟件自動生成。模擬IC則通常包括各種放大器、模擬開關、接口電路、無線及射頻IC、數(shù)據(jù)轉換芯片、各類電源管理及驅動芯片等,其設計主要是通過有經驗的設計師進行晶體管級的電路設計和相應的版圖設計與仿真。

  1、模擬芯片具備產品種類復雜、依賴經驗等特點

  將模擬芯片與數(shù)字芯片對比,可以發(fā)現(xiàn)模擬芯片擁有產品種類復雜、產品生命 周期長、工藝制程要求低、設計工藝依賴經驗等特點。

  

 

 


  模擬芯片類型復雜,需要高知識產權制造技術的支持。模擬芯片使用的下游領域普遍,需求分散,可用于消費電子、汽車電子、工業(yè)控制醫(yī)療等。;數(shù)字芯片的下游需求主要集中在服務器和消費電子上。由于下游需求范圍廣,模擬芯片需要根據(jù)下游不同領域進行定制設計,定制芯片的作用與芯片制造技術相結合。國內大多數(shù)芯片制造商需要根據(jù)晶圓制造廠的標準技術進行芯片生產。目前,只有少數(shù)國內制造商有完善的獨立模擬集成電路制造技術。

  模擬芯片產品使用壽命長,價格相對較低。模擬芯片通常使用10年以上,尋找高可靠性、低失真、低功耗,由于使用時間長,產品價格低,數(shù)字芯片需要滿足下游不斷變化的需求,生命周期只有1-2年,平均成本高,價格高。

  模擬芯片的工藝要求較低,工具有限。與數(shù)字芯片相比,模擬芯片的工藝落后,主要采用0.18um/0.13um。在工藝方面,模擬芯片采用BCD工藝,主要用于高壓或大電流下的驅動元件,在高壓下容易達到低失真、高信噪比的效果;數(shù)字芯片采用CMOS工藝追求高端工藝。商品強調計算速度和成本優(yōu)化,用于5V以內的低壓環(huán)境,并不斷向低壓發(fā)展。在工具使用方面,數(shù)字芯片設計的核心在于邏輯設計,可以通過軟件模擬進行調整,EDA工具豐富;模擬芯片設計的核心在于電路原理,需要根據(jù)實際參數(shù)進行調整??捎玫腅DA工具有限,遠低于數(shù)字芯片。

  模擬芯片的設計過程依賴于人工經驗的積累和長的研發(fā)周期。由于模擬芯片使用時間長,客戶對產品特性要求非常嚴格,產品技術需要多年的經驗積累;與數(shù)字芯片和組件相比,模擬芯片更緊密,應考慮組件布局的結構和組件參數(shù)匹配,設計師需要充分熟悉組件特點,具有完善的拓撲結構設計和布線能力,模擬芯片的設計非常依賴于員工積累的經驗。此外,數(shù)字芯片設計一般為大型團隊作戰(zhàn),研發(fā)周期短;模擬芯片一般為小團隊作戰(zhàn),研發(fā)周期長。

  

 

4:模擬芯片產品研發(fā)過程

 

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