Аналоговые интегральные схемы

Общие сведения. Термины и определения

Все существующие электронные схемы условно можно разделить на 2 класса: цифровые и аналоговые.

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывно изменяющуюся во времени электрическую величину (обычно ток или напряжение), которая лежит в допустимом информативном интервале значений в любой момент времени, т. е. выходная величина и входная связаны друг с другом функциональной зависимостью 1/_вых = Л (/_ох) [6,34].

Цифровой сигнал обычно характеризуется двумя устойчивыми значениями (максимальным и минимальным), при этом пере;

ход от одного значения к другому происходит в течение короткого временного интервала [6,34].

В основе аналоговых схем лежат простейшие усилительные ступени и каскады, а основу цифровых схем составляют простейшие транзисторные ключи.

На базе усилительных каскадов строятся сложные многокаскадные усилители, стабилизаторы напряжения и тока, модуляторы и детекторы, генераторы непрерывных во времени сигналов и другие схемы.

При работе любой аналоговой схемы наблюдается отклонение (разброс) выходных сигналов С/_вых(О в некотором диапазоне, т. е. С7_ВЫХ(0 = ?/(?) ± Д?/(Ц. Источником отклонения Д?/(*) может быть температурный и временной дрейф параметров элементов схемы, шумы, технологический разброс параметров и т. д. Сложность получения высокой точности воспроизведения характеристик элементов при хорошей их стабильности и минимальных шумах явилась причиной отставания развития аналоговых схем по сравнению с цифровыми ИС на первых этапах становления микроэлектроники. Однако в настоящее время это отставание ликвидировано и аналоговые микросхемы используют в качестве основной элементной базы большинства аналоговых устройств. Это позволило существенно уменьшить габаритные размеры и массу этих устройств, а также потребляемую мощность и повысить точность обработки аналоговой информации. Последнее достоинство обусловлено тем, что в ИС на одной подложке сформирована совокупность элементов с взаимосогласованными характеристиками (принцип взаимного согласования цепей) и однотипные элементы имеют одинаковые параметры и взаимную компенсацию нестабильности параметров во всех диапазонах внешних допустимых воздействий.

Аналоговые ИС можно разделить на универсальные и специализированные. К универсальным аналоговым ИС относятся матрицы согласованных резисторов, диоды и транзисторы, а также интегральные операционные усилители (ОУ).

Специализированные аналоговые микросхемы выполняют некоторую определенную функцию, как-то: перемножение аналоговых сигналов, фильтрацию, компрессию и т. д.

Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) трансформируют аналоговую информацию в цифровую и наоборот. АЦП в основном преобразуют напряжение в цифровой код. Из ЦАП наибольшее распространение получили преобразователи кода в напряжение и кода в ток.

Интегральные СВЧ-микросхемы имеют функциональную, схемотехническую и конструктивно-технологическую специфику. Их развитие стимулируется потребностями радиолокации, телевидения, авиакосмической техники и т. д., требующими массового выпуска малошумящих усилителей для приемных тректов, преобразователей частоты, переключателей СВЧ-сигналов, генераторов, усилителей мощности и т. д.

Интегральным схемам по сравнению с дискретными свойственны отличительные особенности, обусловленные спецификой их технологии. К особенностям аналоговых ИС можно отнести отмеченный ранее принцип взаимного согласования цепей и принцип схемотехнической избыточности, заключающийся в преднамеренном усложнении схемы с целью улучшения ее качества, минимизации площади кристалла и повышения технологичности. В качестве примера можно привести тот факт, что в аналоговых ИС вместо конденсатора, занимающего большую площадь, используют сложные структуры с непосредственными связями.