／ 睡 ， 最 - 3b 外洋效仿集成电路发展动态 电子部第24研究所(永川 632167) 武俊齐 1992 年 11 月收到 半 导 体 技 术 199 3．6 ，N O 3 l 大纲 综述 j 近 年来外洋仿照 集成电途 的展开趋势 ．介 绍 j 国外仿照集 成电路 的市 场 状态以及模 拟 Ic 器件 和I 艺技 术的发展动 态 ，在 产品动态 方面，着 重介 绍 j 遣放 A ／ D 、D ／A 蜕变器的情形 。 1 引言 近 年来 由于数字 电途技 术迅猛 发展 ，其价 格机能比一连沮丧．在暗号惩处、数据通讯等领 域 中获得 了寻常控制 。在这 些数字和师法混合 格式 中 因袭 电途 的价格机能 比、体积 、功耗 等 方面的题目反对了...

　　／ 睡 ， 最 - 3b 海外仿制集成电途展开动态 电子部第24商讨所(永川 632167) 武俊齐 1992 年 11 月收到 半 导 体 技 术 199 3．6 ，N O 3 l 摘要 综述 j 近 年来外洋仿照 集成电道 的发展趋势 ．介 绍 j 外洋效法集 成电道 的市 场 情状以及模 拟 Ic 器件 和I 艺技 术的展开动 态 ，在 产品消息 方面，着 重介 绍 j 遣放 A ／ D 、D ／A 改动器的景遇 。 1 序文 近 年来 由于数字 电路技 术迅猛 发展 博鱼体育，其价 格机能比不停下降．在灯号惩处、数据通讯等领 域 中博得 了平庸把持 。在这 些数字和模仿搀杂 方式 中 模拟 电途 的价钱性能 比、体积 、功耗 等 方面的标题阻截了混台体制的进一步展开，混 合系统也对效仿电路的接 口效果提出更多更高 的哀求 。 在 现时 的同化 体系 中，模 拟 电途越 来越 多 地担当接 口劳绩 ，凡是 都于是某种方 式 把 数字 式样与 现实寰宇 ，如仿照传输引子、电子保管 媒介、模仿传感 、模仿传动 、效仿 映现等连起来 ， 如 图 1 所示 ，大 无数工夫人 员涉及 的模 拟放置 做事实际上是收场与这些模拟接 口电路有闭的 生效。 这些接 口电途不时遇 到的有仪表和数据 采 集部件与物理传感器的接 口，视频编码器与成 象传感器的接口以及用于声消歇号处治如电话 编、解码器和其 它种类 的话音编码器等的 A ／D 改进器 另一方面从数字到仿效的接 口有策动 机限定器接口．用于视频展示的 D／A 更改器和 驱动 电路 ，音频 D／A 改革 器 ，博鱼体育用于高 密 磁碟放 象机的 D／A 变更功劳块等 。 在数据通 讯领 域 ．一 种应 用是馈 线对 数据 通 讯接 口，包 括音频 带数 据调 制解 调 器 ，用 于 ISDN 的高速数据收发器 ；别的两种应甩是同 轴 电缆接 口和光纤收 发器 ，另外方面还存 在大 量的接 口电途 。射频通讯招揽器采纳 了更多的 数字信号惩办，于是高速 A ／D 接口在密码通道 方面赢得 了更 通俗的应 用 ，如 在数字 电视接 收 器 中就大批挑选 了 A ／D 改变器 。数据存在 媒介 接 口征采磁盘驱动、磁泡保存器体制、磁带驱 动、光盘等 ，这些都供应高机能的读出电路．以 便从媒介中复兴所需的数字信息。此外数字系 统 和模 拟情景之 间还生存另 一个仓皇接 口，即 电源 。 电器 l J = t馈 线 、同轴 电墁 光圩 射 辑 ： 磁 盘 图 1 模仿电路在 V LSI 式样中的功效 2 师法集成 电路 的商场情 况 侍 嚣 器 成 象器 i 示 器 维普资讯 与数字集 成 电路相 比，模仿 集成 电途 品种 浩瀚 ，其分类没有统一的圭表 ，数字集成 电路具 有标 准 的接 口电平 ，如 T T L 、CMOS 、ECL 等 ， 标 准 的 电源 电压 (5V ) 性 能参 数也 斗劲 统 一 ， 如功率一阻误乘 积、门密度、MIPS 等 对 于步武 电路来说，步武输入暗记的电压值从饱毫伏到 几百伏不等 ，带宽从几赫兹 到千兆赫兹 ，博鱼体育体制总 精 度从 百分 之几到 0．002 (相 当于 1 6 位 ) ，输 出驱 动功 率从零 点几 瓦到几百 瓦 ，格局 的电源 电压可高至 30 伏 ，也可低至 1．5伏 。所 以模仿 电路 的安排场合较 繁杂 ，为了便于统计 步武 集 成电道的墟市状况 ，可对师法集成电途实行粗 略地分类 ，如表 1 所示 。 表 1 师法集成电路的毛糙分类 产 品分 类 产 品内窖 清费产 品 税频 、音 额 ，侵携式 电话 、蔼宇戏 电路 放 大 器 运放、读出放大器 电压调 整器 调解 器 ，基准 电压 、脉宽 调制 数据转变 D／A ．A ／D ，乘{苦器／昧法器，仿制开合 接 13 线驱动器．缓冲器．外围驱动器 汽车电路 汽车调整器、音频 、定崩电睹 通讯电途 编码有I码器 甩户城接13 电路，专用 电话电路 较量器 比较 器 仿照 电途 在总 的 Ic 市场 中所占 比例 的发 展趋 势如表 2 所示 。瞻望到 1995 年步武 集成 电 途占一切集成 电途墟市 的百分 比将下 降到 l 6 ，这是 出处伸长较速 的混 闭型序次单元 SIC 归入了 MOS 逻辑地点的类别。 表 2 宇宙 Ic 墟市开展趋势 类别 、 1982 年 1989年 199o 年 1991 年 1995 年 $ 1o．2B $ 46．OB $ 47 4B $ 91．3B $ 88 oB 28 表 3 天下 师法 Ic 墟市各式产 品的比例 丹 粪 1990 矩 1995 年 ( 面计 ) ( $ 8．1B) ( $ 14 1B ) 捎 费类 33 29 救 大器 12 12 电压 谓整器 8 8 数据 改革 9 1l 接 口 8 9 汽 车 电睹 9 10 通讯 电路 12 12 对照 器 2 2％ 其 它 7 7 因袭集成 电途市场产品分 类情况如表 3 所 示 ，占 比例最 大 的产 品是消 费类 ，在 1990 年 占 了总共因袭 Ic 市集的 33 ，到 3_995 年预测将 消浸到 29 ，但仍将是最大的产品类，效法 Ic 种种产 品所 占总商场 的 比例变 化不大 ，这是因 为这些产品大大批都 斗劲成熟 博鱼体育，没有太大发展 ， 个中数 据改革 类补充最大 ，这是 原因数字 密码 处罚 市场将大 幅度增长 ，对数据转 换类 的需 求 也随之增加 表 4 全国仿照 Ic 商场各个 国素 和地 区 所占比例的开展境况 国家 和 l 982 年 1989 年 1990 年 1991 年 1999 年 地 区 $ 2．3B $ 7．4B $ 8．1B $ 8．9B $ 14．1B 北 荚 34 23 21 20 19 欧 洲 25 20 22 22 24 日 本 33 37 36 36 31 其它地 区 8 20 21 22 26 方今 日本在 全天下 的模仿 Ic 墟市 中所 占 的份额最 大 ，这是 源由 日本 的泯灭类产 品产业 较繁荣 ；北美 的师法 Ic 墟市苛重是 在计 算机 、 汽车 、通讯驾御 中驾御 的数据 革新类 、接 口、放 大器、电压调整器等}欧洲的仿效 Ic 墟市主要 是通讯左右 宇宙其 它地 区的步武 Ic 商场沉要 是泯灭类的操纵 。这些 国家和地 区的仿效 Ic 市 维普资讯 场的发展趋势如表 4 所示 瞻望到 1995 年 ，世 界其它地域将占步武 IC 悉数市场的 26 ，原 因是第三寰宇国家和地区(如韩国和台湾)在消 费类 产品方面的竞 争力将 有所 巩固 ，另一个原 因是 日本 的很多公司将捉弄 外洋低贱的做事 力把 消费类产 品的组装推 向全国另外地 区 。 寰宇 模拟 Ic 墟市种种工 艺所 占的 比倒如 表 5 所示 此中双极工艺所占 比重最大 ，即使到 了1 995 年也仍将占 72 。CMOS 工艺博得了 较大的关切 ，因其在因袭 IC 中能实现较低 的功 耗 ，再 一个原 因是 在同一个芯 片上 集成效法 电 途和数字 电路的应 用逐渐增添 。采取 C MOS 工 艺或 BiCMOS 工艺就能使效仿 电途与数字 电 途较好地实行接 口。 表 5 寰宇效仿 IC 墟市种种工艺 所 占比例的展开趋势 如今在 IC 财产 中，CMOs 工艺依然主流工 艺 ，所 以许 多 电子 式样厂家希望 临盆纯 CMOS 的体系，这种境况教诲到师法 IC 市场，展望将 使 CMOS 工 艺和 BiCMOS 工 艺所占全面 步武 IC 墟市的比例从 1990 年柏 l 1 增加到 1 995 年的 20 。1殪着 G aA s工艺的成熟 ，C*sA s 仿制 集成电路在超高速因袭使用中将得到较大的发 展 。 由于模拟 IC 的特点是操纵范 围广、品种 多、规格冗杂、而数量又少 ，因而受市集舶教学 较大。各样工艺都是根据 自身的特征、成本恶果 等在模拟 IC 市场 中得以生存和开展 ，大多数先 进的因袭 IC 公司便是抉择种种 IC 工艺使他 的 Ic 适当独特系统乞请的性能。表 6 是 现时发 展最快 的步武 IC 厂家之 一 ，L T C 公 司 用 以满 足好多种仿照 IC 市场需求而拣选的 12 种 IC 工艺 。 表 6 L T C 公司专揽的 12 种工艺 工 艺 特 点 产品使用 P 阱硅栅 C MOS 通用 、稳定 开 合 、滤 波 器 、数 据 改变 、斩蛙 放 大 器 1 990 年天下十大仿制 IC 厂家列于表 7。因 日本 的泯灭类 效法 方式供应 多量的步武 IC ，所 以 日本的好几家仿制 IC 分娩厂家都列于这世 界十大模拟 IC 厂家之 中。日本首要的因袭 IC 临盆厂家 大 约使 用 了我 们 自身坐蓐的模 拟 IC 的 75 ，而 很少 出 口他们 们 的模仿 IC ，所以 Na tional、T I Motorola、SGST homson 和 Philips 等 公 司得 以 占领大局限北 美和欧洲的步武 IC 市 场 ，北美和 日本的公司 攻克 了全国 上大部 分模 拟 Ic 市场 ，如表 8 所示 。 在高性 能仿照 IC 墟市方 面，北美的许 多公 司 ，奇怪是那些较小的因袭 IC 公司 ，如 A DI、 维普资讯 表 7 天下十太仿制 IC 生产厂家 1990 年 1989 年 I 989 年 1990t l 989 99O甚司名伏 ( $ M) ( $ M) 排名 百分变化卓 表 8 步武 IC 市集的分配 (1990，$ 8．1B ) 公 司 占 有百 分 比 北 美公司 日本公 司 欧洲公 司 其余地 区的公司 I 2 39 15 4 Burr Brown、LT C 等公司，都把 方向瞄向这一 商场。值得小心的是混关和模块体式的集成电 路在这一商场 中照旧紧张的，在有些场关乃至 是一定 的，晟高快 的模 拟电路可 以谈都 是混关 或模块 IC 。高性能因袭 IC 商场的详尽处境见 表 9。 表 9 世界 1990 年高机能效法 IC 市场 3 仿效集成电途工艺置器件 30 目下 国外模 拟集成电途工 艺的创造研 究主 要有三个门途。第一种途径能彰着落选工艺开 发时期 ，就 是满盈戏弄现有的主流数字工艺 ；第 二种途途 与第一种门路天差地别，即履行恒久 的工艺创造逸想 ，随着时问的推移 博鱼体育，这种工艺在 机能进展方面能赢得显着的先进 ，一旦成立出 来就 能得到 专揽并加入 商场 ；第三 种门径 即是 所 谓 的步骤 撮合式工艺 ，它 弥漫 利 用了前两种 款式的益处。在步调凑关式工艺中，每个拼凑都 成立 了一种奇特表率 的有源或无源元件 ，如 NPN 晶体管 ，CMOS 反相器 、氧 化物 电容 器等 ， Ic 陈设人员可针对我研制 的电途来选用所需 的聚集规范。若供给一种新器件 ，或对付已有的 器 件供应更 好的性能 ，那 么只需 筑设 针对 这种 新 器件或更高性能的工艺 。 有许 多表率的工艺为成立今后 的效法 IC 而互相逐鹿，但大大都工艺典型在九十岁首仍 将 一直 采用，集成 电道支配人员 可 以选 取至少 五种类 型的工艺 。 1) 双极 工艺 ，只限 于制 作 高疾 垂 直 NPN 晶体管 ，这种工艺 可因而具有 二十 五年史籍的 圭表双极工艺的蜕变型，也不妨从数字 ECL 工 艺 中演变而来 。 2)高速互补双极工艺，拣选结距离或介质 断绝 。 3) 精 密尺 寸 CMOS 工艺 ，可 是以 线 性 C MOS 工艺 的改变 型，也 可因而 经验修 改或投 有经过点窜 的数字 CMOS 工艺。 4) 功率和高压 IC 工艺 ，器 件类 型包括高压 NPN、PNP 、DMOS、c MOs 晶体管 ，或小灯号 NPN、PNP 、C MOS 晶体管 5)高速 BiCMOS 工艺，是仿照 BiCMOS 工 艺的鼎新 型 ，或是综合前面 四种工 艺的搀杂型 工^艺 。 这些工艺可巧符关塞面论谈 的三种工艺开 发路路 ，以包管 这些新 的工艺 筑设 出来后就能 被专揽 。前两种纯 双极 工艺需要永久 的 创建计 划 ，慎密尺寸 C MOS 工艺 则一定依 赖主流数字 IC 工艺 ，BiCMOS 工艺可归入法式召集式工艺 格式 。直到 暂时为止 ，功率和高 压 IC 工艺依然 维普资讯 一种推延进步的工艺，但这种景况将会变革，它 会 演 变 为标 准 组 合式 工 艺方 法 ，并 末了 进 入 BiCMOS 工艺 ，九十年 代末 将 显示 直接粘 片 的 序次拉拢式工艺 。 现时 受 到极大 关怀 的 直接粘 片 SOI 互补 双极工艺对仿制 Ic 的性 能产 生了伟大的影 响 ， Harris Semiconductor 公 司 率 先成 功 地研 制 出 这种互 补双极 工 艺 ，并命名 为 U HF -1工 艺 ，现 已进 入 仿效 IC 商 品领 域 ，U HF 一1 工 艺不 仅为 因袭 lc 操纵人员供给 了高速 NPN 管^ 为 8GHz ) ，也 供应 了高速 PNP 管 (f T 为 4GHz) ， 更吃紧是这种 NPN 管和 PNP 管的阿勒 电压分 别达 到 了 60V 和 40V ， 和 电流增 益 r9 的乘 积 已越来越多地 揭示于现今的模仿 Ic 文献 中 ， 它 已遍及地 被作 为衡 量效法 lc 中双极 晶体 管 的品德成分。 要评价抉择差异的工艺制得的晶体管的性 能， 值是一个较稳妥的品质要素 ，若再研讨 到晶体管的单位增益 频率 ，就 能比力全 面地 评议模拟 Ic 工艺所制得的器件，百般模仿 Ic 工艺所制得的器件的 值和 示于图2。 图中 ，直 线连 接统一互 补双极工 艺所制得 的 NPN 管 和 PNP 管 ，圆 圈暴露该 工艺正在生 产模拟 Ic 产品 ，菱形 显露该工艺还 处于研制开 发阶段 ，实心圆圈或菱形 揭发 PNP 管 ，辞让 圆 圈或菱形表示 NPN 管。纵观该图中不妨看出 为什么先前 V 和 3VA 被小看 了，图中左 上方 都是些 老工艺 ，疾度慢 ，电压也较 高 ，这些 工艺 制得的双极晶体管的 和 卢值都很高，其 值大大越过了仿照 Ic 的精度吁请 ， 正 比于 双极 晶体 管的击穿 电压 ，随着 ，r 的进步 ，击穿 电压将悲观，博鱼体育所以 v 、 和 都将消重，从图 2 中可 较着 看 出数 据 点 向右 下 倾 斜 ，特 别 是 PNP 更 加厉重 。 目前在许多互补双极 工艺中 ，PNP 管 教化 了模拟 ic 职能 的进一步进步 一方面 ，若 PNP 管 的 值太低 ，则双极互补工 艺的优势就会 失去， 值太高，就要弥补增益级 ，从而增添 了调动难度 ，弥补 了芯片尺寸和功耗 ，还要减小 带宽 ，并 使安稳性补偿变得更庞大。在低 电源 电 压 下，由于集电极一基极 电压消浸 ，以致 也下 降 ，进一步削弱了师法 IC 的职能 。 另一方面 ，若 NPN 和 PNP 的 都充满 高 ，但 NPN 和 PNP 的单位 增益频率 ^ 阔别大 的话。仿效 Ic 的速度和带宽就要受到 ，丁小的 谁人 器件 的限定 ，所以互补工 艺中的 PNP 管 的 ，r 和 都 有待提 高 这 样手艺进 一 步先进 步武 Ic 的机能 。 圉 2 各种仿制工艺箭柞前晶体管的 ，r 与 n 的示童图 圈 中字母表 示 工艺楷模 CBJI C B B W C BJT c B B W C B B W CB JI C BD l C BJ I C BJI~2M OS C BJICM O...