模拟集成电路的历史地位

1．1　模拟集成电路的历史地位

片上集成系统SoC（System on a Chip）是21世纪微电子技术发展的必然产物，SoC以软、硬件的协同配合与集成为最显著特点，硬件中则包含了数字与模拟信号处理部分，配合先进的集成工艺、硬件集成电路IC（Integrated Circuit）与软件设计技术，以最低的成本代价实现系统的多功能与高性能要求，满足信息技术IT（Information Technique）时代对信息处理日益增长的需求。

以集成电路设计制造为核心的硬件技术，构成了信息技术的重要基础，仅就IC硬件领域而言，数字化浪潮则是大势所趋。采用数字化技术可充分利用半导体集成电路工艺的最新技术成果，使得SoC的技术实现成为可能。同时，数字化的信息处理，可以带来更快的数据处理、数据传输率和更高的数据存储容量，推动系统向低压、低噪声、低成本和轻便灵活的方向发展。这些都是模拟系统所无法比拟的，使得原先传统的模拟信号处理领域正在不断地被数字技术所部分甚至完全取代。目前，以CPU（Centre Process Unit）/DSP（Digital Signal Process）为核心的系统级数字技术已成为数字化信息领域的关键与核心技术。

在数字化的大潮流下，虽然模拟技术所占的份额较小，但模拟技术并不会消亡，反而显得更加重要。通常，外部现实世界是模拟的，而内部虚拟世界则为数字的，因此数字信号最终要借助模拟信息还原到现实的世界中，而数字信号来源于实际的模拟信号，即数字化时代的模拟技术必然起到越来越重要的作用。只有模拟与数字技术的紧密结合，才能实现最优性能的信号处理。

由于面临复杂性、成本和时效性的多重压力，SoC设计与常规全定制集成电路设计存在明显差异，其中一个最显著的标志是SoC设计中知识产权IP（Intellectual Property）模块的广泛应用，即IP模块中固化了已有的各种知识与成功的设计经验。SoC取得成功的关键因素之一，就在于有成熟并经过验证的IP技术的支持，将已有成果快速而高效地传承到新的系统设计中，不仅确保了设计的可靠性，还大幅度提高了设计的效率和产品成功的几率。因此，可重用性（Re－use）成为IP设计的基本要求。IP重用通常分为两种层次，一种是在同一工艺条件下，应用到类似产品中，这要求IP具有稳定的工艺特性；另一种是改变工艺，或应用到不同产品中，要求IP参数适当调整或改变。因此，只有兼顾健壮性与灵活性的IP设计，才能满足可重用的要求。

在数字技术层面，IP技术的发展已相对成熟，包括CPU、DSP、Memory、I/O、Driver等在内的各种IP模块的设计内容丰富，技术成熟，可供选择的范围广泛。目前，在模拟电路中一种相对成熟的集成IP是带隙电压基准BGR（Bandgap Reference）电路。从性能要求上看，BGR必须具备与工艺（Process）、电源电压（Voltage）、温度（Temperature）无关或近似无关的特性，即通常所说的PVT无关。BGR电路的模拟IP设计要求指出了一般模拟IP设计的最核心问题，即适应不同工艺条件的高性能、高稳定模拟集成电路功能模块的设计与应用。虽然PVT弱相关性的要求在技术上实现难度很大，而正是这种健壮性设计奠定了模拟IP可重用性与可配置性的基础。

显然，由于模拟集成电路的固有特点，模拟IP相对于数字IP在设计、开发和应用等方面均存在明显的滞后和局限。与数字技术相适应的模拟IP技术，对模拟集成电路的设计提出了新的挑战。