alias: 模拟 IC

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模拟 IC，处理模拟信号的半导体产品，属于电子产品中的 “边缘” 器件，负责主处理器和存储器以外的功能延伸或者补充。它具有以下几个市场特点：

1、模拟 IC 整体市场规模较小

在全球前十大半导体厂商排名中（至 2021 年），排名前列的半导体厂商通常都是逻辑 IC 和存储器件，在最近两年的排名中，榜单更是仅剩余德州仪器一家主要做模拟器件的厂家。原来上过榜单的模拟 IC 厂家中，除了 Infineon，其余像 ST、NXP、Reneasas 等公司的营收结构中微处理器（逻辑 IC 类）占比很大，模拟 IC 属性较弱。

以下为 2020 年营收结构中，微处理器应归属于逻辑芯片，两者合并占比高达 42%，存储器 28%，而模拟 IC 占比为 13%。

2、模拟 IC 的市场应用广阔

模拟 IC 可以划分为运放 / 比较器、电源 IC、ADC/DAC、马达驱动、显示驱动等大类，而每个大类有细分很多子类别，每个子类别中同系列的产品，又再按照不同参数（如电压值 \ SNR \ 封装等）划分出很多型号。一个型号还可以进一步按照产品用途（如车规 \ 工规 \ 消费级等）划分出多个型号。比如模拟 IC 的头部企业 - 德州仪器，常出的型号三千多个，在售的型号多达上万颗，细分不同包装和用途的型号更是超过三万颗。

模拟 IC 这个特征，主要原因在于，单个电子产品中 CPU 和存储器件的数量，远小于模拟 IC 的数量，外部功能越复杂所需的模拟 IC 就越多。而且，模拟 IC 的应用面极为广泛，例如 PC 和服务器用英特尔 CPU 和三星 SSD，手机用高通和镁光 EMMC，空调用瑞萨 MCU 和华邦 Flash，投影仪用德州 DLP 和海力士 DRAM，摄像头用海思 CPU 和索尼传感器。但是德州仪器的模拟 IC 可以适用且不仅限于以上电子产品。一家模拟 IC 厂商的目标产品和客户往往极为广泛而且杂。

3、模拟 IC 的市场份额分散且稳定

以下为 2020 年模拟 IC 厂商的 Top10 名单，模拟前十大厂商总占比仅为 63%。模拟 IC 的行业集中度远低于其他品类，比如：CPU INTEL 和 AMD 两家垄断；存储器件中，三星 \ 海力士 \ 镁光 \ 东芝 \ 西数等五大厂商就占据了整体营收 95% 以上；图像传感器中，索尼 \ 三星 \ OV \ 海力士 \ ON 等前五名占整体 90% 以上；MCU 前八名占整体 88%……

模拟 IC 市场应用和种类繁杂，大厂完全无法兼顾所有应用。加上模拟 IC 对于先进制程要求不高，目前模拟 IC 的制程主要采用 0.18um/0.13um，产品技已然很成熟稳定，入行成本较低。这给了很多小厂商生存的机会，特别是国产厂商，最近几年包括圣邦威 \ 士兰微 \ S-Peak \ 富满等国产 IC 逐年稳步增长，而众多低端电子应用如玩具 \ 灯具 \ 小家电等模拟 IC 厂商更是百花齐放。

但相对的，由于种类繁杂，大厂的技术和经验长期积累之下，小厂商需要逐个应用和产品去替代的难度也非常大，即使拥有更好的性价比，也需要很长的时间去替换。而且像高端模拟 IC，所需要的技术不仅仅只是理论上的，产测端的把控同样极其重要，否则就会导致批次不同参数差异过大而无法满足像是医疗 \ 车载 \ 工业的应用稳定性需求。所以，模拟 IC 大厂的营收不会像存储器件那样大起大落，哪怕是行情较差的时候，模拟 IC 的营收也能保持相对的稳定性和抗风险属性。

模拟 IC、模拟数字混载 IC

可以将模拟信号处理和数字信号处理混载在一块芯片上的 IC、LSI 的开发在不断发展。

电子设备的信号处理，从以往的模拟电路迅速向数字化发展。但是，这是在除了高频或大功率、高精度信号处理系统以外的信号处理系统中。也就是说，通信设备的天线外围电路、高频部分、微笑信号输入部分、传感器输入部分或电源电路、大功率马达、螺线管的驱动输出部分、各种显示部分、扩音器等驱动，还留下很多模拟电路。

因此，用于这些模拟电路中的各种半导体、IC、LSI 也在开发、销售。特别是电源电路用 IC、比较器、运算放大器等等通用模拟电路、用于天线高频电路、中频电路的高频 IC、LSI 的市场也在计算机、手机等通信末端机器、网络设备市场阔的同时不断扩展。

可以同时搭载模拟信号电路和数字信号电路的复合器件技术的 IC、LSI 正在开发中。使用该技术的 IC、LSI 为电子设备的输入部分和信号处理部分、输出部分等，可以将模拟 / 数字两种信号处理所必须的电路集成到一块芯片上。

本技术的代表有可以混载双极 IC 和 CMOS 逻辑技术的 BiCMOS 技术，以及如果是小型马达等功率比较小的驱动电路，即逻辑电路和模拟电路，甚至可以混载功率电路 IPD（Intelligent Power Device）技术等。

下图就是利用混载技术实现了低耗电量、简易快速控制功能的驱动器 IC。作为带有打印机、FAX 等各类 OA 设备、FA 设备的 DC 电刷马达驱动中使用。

在高频电路中，从原来的砷化镓等化合物半导体（分立器件的范畴）发展到通过 CMOS 技术实现单芯片化。

通用模拟 IC（线性 IC）：运算放大器、比较器、电源 IC 等一般被称为常用品的线性 IC。

专用模拟 IC/LSI：指开发为设备专用的模拟、或模拟数字混载的 IC/LSI，WSTS（World Semiconductor Trade Statistics）分为右述的 4 种。

运算放大器、比较器

OPA 表示运算放大器（Operational Amplifier），一般以单芯片 IC 产品化，是具有差动输入的高增益放大器，是典型的模拟 IC。可以放大输入信号，予以输出，如名称所示外加电阻等，执行加法、减法、微分、积分等运算处理。由于具有高增益，因此如果不加负反馈的话也可作为比较器（电压比较电路）来工作。

运算放大器的动作、用途

运算放大器的输入如图所示有 IN（-）和 IN（+）2 种。将输入间电位差 Vin(+)-Vin(-)放大并输出。因为从运算放大器的等效电路图可知由差动放大电路构成。差动放大电路具有 “放大 2 种输入信号的差” 的作用。

利用该特性的运算放大器可以执行各种模拟信号的运算处理。除了电压放大器、缓冲器、反转放大器以外，还能进行微分、积分等模拟信号的运算处理。

• 运算放大器的特性

理想的运算放大器的条件如下所示：

1） 电压放大幅度：Gv 为无限大

2） 输入阻抗：Zin 为无限大

3） 输出阻抗为零

4） 频率带宽从零（直流）到无限大

5） 内部杂音为零

实际使用时，如果通过输出和负输入（IN（-））间外接的电阻、电容等加负反馈使用的话，负输入会出现和正输入电压基本相同的电压（叫做虚短路），和正输入信号同样动作。

• 运算放大器的代表性使用方法，以负反馈放大电路作为应用例。

连接成下图后，对于输入电压 Vin，可以获得 - Rf/Ri 倍的输出电压 V0。例如，如果想要做成 - 10 倍的放大器时，以 Rf=100kΩ、Ri=10kΩ，就可以获得良好的效果。

式中，Rf 叫做反馈电阻，在使运算放大器作为放大器上发挥重要的作用。

比较器

用和运算放大器相同的图形记号表示，输入端子也同样由差动放大器电路构成。比较器作为 “将 2 个输入信号进行比较后输出” 的专用产品加以产品化。

• 运算放大器、比较器的种类

从制造程序看，一般有双极结构 Bipolar 和 CMOS 结构的器件。如图所示，各有优缺点，现在 LSI 的电源电压降低了，因此输入输出可以从 0 到 VDD 的 CMOS 放大器（就是所谓的 Rail to Rail）越来越多了。

注释：输入端偏移电压为输出电压为零时的输入端子间电压。理想的运算放大器为零。

AD、DA 转换器

AD、DA 转换器是将从微控制器等处理数字信号的输入输出所必须的模拟信号转换为数字信号，或进行相反的信号转换。这些作为单芯片 IC 或与 LSI 内部所必须的功能混载。

和我们生活相关的自然界的温度、温度、磁场、变位量等是模拟量，用微控制器等对这些模拟量进行数字信号处理时，必须将这些模拟量转换为数字量。反过来，我们还必须将微控制器等处理好的数字信号输出转换为我们容易使用的模拟量。

AD 转换器

将模拟量转换为数字量的 AD 转换器有几种方法。

逐次比较型：将模拟量用电压取出，将该电压和 AD 转换器内部数字性产生的基准电压进行逐次比较的方法
V/F 转换型：通过 V/F 转换电路（电压 / 频率转换电路）从频率读取输入电压
倾斜型（积分型）：用产生和该电压值输入的时钟数成一定比例的倾斜状电压、将其与输入电压进行比较，根据一致时的时钟数来读取的方法

DA 转换器

DA 转换器基本上根据数字信号输入，在连接到基准电压的每个位设置重叠的电阻器和开关，根据数字信号切换开关，从而流通在连接着的重叠电阻内的电流变为响应输入数字信号量的电流值。将该电流用电流放大器（通常为运算放大器）作加法，然后转换为电压。本方法因位数的增大，使得电阻值范围扩大，电阻值精度成为课题，因此经常采用接触该缺点的 R-2R 方式。

如上所述，AD、DA 转换器被 IC 化时，有单芯片型单体器件（例如 ADI AD7705），以及作为系统 LSI 或微控制器的一部分硬件集成在内部的情况（如下图马达驱动器）。不要求高精度或高速度时，ADC 集成在 LSI 内部的情况越来越来见。

上图是 AD 转换器内置在马达控制用微控制器内部的例子。本电路中，将马达内流通的电流值（模拟值）转换为微控制器运算所必须的数字值。

单芯片 DA 转换器

AD、DA 转换器都有开发在 dan 单芯片单体的 IC。并开发单通道（AD 或 DA 转换器为 1 个）、内置多个型、以及加上音频或视频，或增加其他系统所必须的通道道数、必要的功能，为用户定制的产品等。

下图为单芯片 DA 转换器，内部拥有 12 个相同性能的 DA 转换器。

电源用 IC

电源用 IC 是针对输入电压的变动，输出负荷电流的变动，始终供给一定电压输出的单芯片 IC。有线性电源（串联稳压器、并联稳压器）和开关电源、充电泵型电源 3 种。

线性电源（Linear Source）

1、串联稳压器（Series Regulator）

由基准电压源、负反馈电压放大器、输出段、反馈电阻等构成。在输入电源和负荷之间插入的功率晶体管作为可变电阻器使用，通过负反馈动作，控制输出电压保持在一定值。

也有降低动作所必须的输入输出之间电位差（输入电压和输出电压的差）的降低型 LDO（低饱和型蝐联稳压器）。在这种情况下，使用功率晶体管中的 PNP 功率晶体管或 P 通道功率 MOS FET。

2、并联稳压器（Shunt Regulator）

和串联稳压器不同，1 次电源和负荷之间使用外部的固定电阻，将并列插入负荷的功率器件作为可变电阻器使用，通过负反馈动作将输出电压控制在一定值。适用于电流在 100mA 以下的用途。

3、开关电源

调整功率晶体管的开关周期，从输入电压源将电能积蓄在电感器中，提供给输出电容器。通过负反馈动作将输出电压控制在一定值。

通过开关、电容器和二极管的组合，基本上可以分为 3 种开关稳压器（降压型、升压型、升降压型）。

开关稳压器和线性稳压器不同，特点是电力损失少，使用变压器取代电感器，可以获得多个输出等有点。但缺点是输出处容易有开关噪声易，输出电容器也必须为大电容，外部电路比较复杂等。

另一方面，串联稳压器的电力损失较大，效率比较低，但输出比较平滑。

充电泵型 DC-DC 转换器

MOSFET 和多个电容器构成的充电泵型 DC-DC 转换器不使用电感线圏，因此外部电路比较简单，可以实现小型化。此外还能减少移动无线设备中容易出现的 EMI（电磁辐射干扰）。

主要用于电流相对较小的行业、输出电流 5-500mA 的行业。

晶体管阵列（Transistor Array）

晶体管阵列是指一般情况下 1 个封装内搭载多个相同的晶体管的情况。

使用目的

通过使用 1 个封装内搭载多个相同器件的晶体管阵列，可以将机器内的搭载空间最小化，实现小型化。驱动 7 段 LED 等情况时，又很多相同电路，必须有多个控制晶体管。像这样时，可以采用晶体管阵列，减少零部件个数。

种 类

晶体管阵列中根据搭载的器件数和连接方式不同，可以分为以下几种。

1） 搭载器件数

3 个器件、4 个器件、6 个器件

2） 连接方式

全器件分离型
集电极共通连接型
发射极共通连接型
2 个器件、3 个器件连接型

用 途

晶体管阵列作为螺线管驱动器，用于点阵式打印机或自动售货机等继电器驱动的驱动器电路、LED 驱动器电路、步进马达驱动器电路等。

马达驱动器 IC

用于民生机器、工业机器、OA 机器等的小型马达驱动使用马达驱动器 IC。用于马达的正转、反转、制动以及速度控制。

• 马达的分类 / 特征

小型马达主要分为以下几类，各自有专用的马达驱动器 IC 正在开发中：

小型马达中有 DC 马达（带有电刷的马达）、霍尔马达（无 DC 电刷马达）、步进马达等，各自专用的驱动器 IC、控制用 IC 正在开发中。

作为驱动用 IC，大多采用输入马达正转、反旋转以及制动动作的逻辑信号进行控制的方式，还有通过驱动电源电压控制旋转速度（DC 马达）、通过输入的时钟信号的频率进行控制（步进马达）等方法。

目前还在开发 PLL（Phase Locked Loop）用 IC，作为高精度旋转控制用。

高频用 BiCMOS IC

指在一块硅结晶基板上集成了高频动作、低噪音、低耗电量的晶体管结构的双极集成电路，和适合于逻辑区域的 CMOS IC。主要用于移动通信设备等高频部分。

• 特 征

BiCMOS IC 中搭载着构成模拟电路的双极晶体管、电容器、电阻和逻辑电路的 CMOS。为了在同一硅基板上做成双极电路和 CMOS 电路，制造法是比较复杂的，但可以将双极晶体管高速性的模拟电路和低耗电量的控制逻辑电路集成在一块芯片上。

显示器用驱动器 IC

在平面显示器中分为非发光型有 LCD（液晶显示器）、发光型有 LED（发光二极管显示器）、PDP（等离子显示器）等，采用各自适合的专用驱动器。

非发光型中有低温多硅型 LCD、发光型中有有机 EL 面板型

何谓 TFT（Thin Film Transister）

液晶显示器方式的一中，采用薄膜状的晶体管。在玻璃基板上通过非晶硅等构筑的晶体管驱动液晶。

TFT 驱动器 IC：由源极驱动器和栅极驱动器构成，适合大画面、高画质、动画显示的 TFT 面板驱动 IC。

何谓 STN（Super Twisted Nematic）

液晶显示器方式的一种。由于使用单纯矩阵方式，因此制造成本较便宜，但显示质量没有 TFT 好。

STN 驱动器 IC：驱动 STN 面板的 IC，由段驱动器和共通驱动器构成，特点是低价、低耗电。

LED 驱动器 IC 的分类和特征

1）8-16 位的移位寄存器结构

由闩锁、控制部分、输出部分构成，主要使用 BiCMOS 制程。

2） 恒定电流输出型的特征

现在的主流为恒定电流输出型。可以用 1 个外置电阻设定所有输出电流，因此可以削减零部件个数。因为是恒定输出电流，因此难以受到电源电压的影响，可抑制亮度的不均。

3） 恒定电压输出型的特征

恒定电压输出型用于想在每次输出时改变输出电流时，或在输出端外加高电压时。

PDP 驱动器 IC

PDP 为了向面板内像素里的气体放电，从而使荧光体发光，由用于发光显示的高压脉冲驱动驱动器及用于显示数据控制的数据驱动器、扫描驱动器等构成，有时也被模块化。

指在 2 块玻璃之间封入氦、氖等高压气体，通过外加一百几十 V 的电压使其发光的显示装置。

• 特 征

和其他方式比较，特点是对比度高，视角广。因为其容易大型化，因此一般用于挂壁式电视机等用途。