通讯通信企业管理与执法全书 - 家用电器 - 第二册.docx

1、通讯通信企业管理与执法全书通讯通信企业管理与执法全书家 用 电 器 (二) 郭雅 主编 吉林摄影出版社图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据 通 讯 通 信 企 业 管 理 与 执 法 全 书 /郭 雅 主 编 . 长春 吉林摄影 出版社 2004ISBN 7-80606-737-X. 通 .郭 . 电信 邮电企业 市场竞争 中国. F632.3中国版本图书馆 CIP 数据核字(2004)第 112282 号出版发行 吉林摄影出版社 (长 春 市 人 民 大 街 124 号 130021) 责任编辑 李乡壮经销 全国各地新华书店印刷 北京施园印刷厂 版次 2004 年 8 月第 1 版书号

2、ISBN 7-80606-737-X / F 297定价 912.00 元 本卷定价 16.00 元I目 录BGA 封装技术及其返修工艺 1互补双极工艺技术的重大突破 .8DSL 模拟与功率管理技术 .12信息时代的模拟集成电路 .19纳米技术展新程 .27用于集成无源器件的工艺技术 .36电 磁 兼 容 性 (EMC)保 护 措 施 .45免缓冲器双向可控硅 .52LSI 技术的新思考 54 低功耗设计 77新世纪 LCD 技术发展路更宽 87芯片凸点技术发展动态 .97从基本原理着手降低元件温度 .104印制板的温度分布 .1122003ITRS 新版评介 114以 MEMS 技术实现射频

3、单芯片 120几种新型非易失性存储器 .126用于元件保护的保形涂覆技术 .132LED 应用 .140I保护便携式电子产品免受过流损坏的 PPTC 元件 .148袖珍通信/PDA 设备电源管理系统的 PPTC 电 路 保 护 . 153使用自举积分电路的精密电流源设计 .157开展电源工艺的研究 .159离线开关电源设计浅析 .166纳米碳管新应用 场致发射平板显示器件 .172DC/DC 变换器用 热插拔 冲击电流限制电路 178高速数据传输卡用 PCI9054 总线控制器 .181便携式仪器需要高性能充电器 .185从新品看电源走势 .190向高性能高效率进发的电源半导体 .197ALT

4、ERA 推出 APEX2 系列器件 200新一代二次电池展望 .201单电池 DSP 的电源供给系统 206走近硅谷 .217飞利浦半导体率先推出完整 USB2.0 系列产品 .229ST 推 出 世 界 上 第 一 个 DSP 系统存储器 .231安捷伦公司推出微型表面贴封装 GAAS 射频芯片肖特基和 PIN 二极管 .234DSP 技术和应用融合的关键 236内置电阻-频率转换器的 MCU 应用 239家用电器 1BGA 封装技术及其返修工艺随着电子产品向小型化 便携化 网络化和高性 能方向发展 对电路组装技术和 I/O 引线数提出了更 高的要求 芯片体积越来越小 芯片引脚越来越多 给

5、生 产 和 返 修 带 来 困 难 原 来 SMT 中 广 泛 使 用 的 QFP(四 边 扁 平 封 装 ) 封 装 间 距 的 极 限 尺 寸 停 留 在 0.3mm这种间距引线容易弯曲 变 形 或 折 断 相应 地对 SMT 组装工艺设备精度 焊接材料提出严格的 要求即使如此 组装小间距细引线的 QFP 缺陷率 仍相当高 最高可达 6000ppm 使大范围应用受到制 约 近年出现的 BGA(BallGridArray 球栅阵列封装器 件) 由 于 芯 片 引 脚 不 是 分 布 在 芯 片 的 周 围 而 是 在 封 装的底面 实际是将封装外壳基板原四面引出的引脚 变成以面阵布局的 pb

6、/sn 凸点引脚 这就可以容纳更 多的 I/O 数 且可以较大的引脚间距如 1.5 1.27mm 代替 QFP 的 0.4 0.3mm 很容易使用 SMT 与 PCB 上的 布线引脚焊接互连 因此不仅可以使芯片在与 QFP 相 同的封装尺寸下保持更多的封装容量 又使 I/O 引脚 间距较大 从而大大提高了 SMT 组装的成品率 缺陷 率仅为 0.3 5ppm 方便了生产和返修 因而 BGA 封 装技术在电子产品生产领域获得了广泛使用 随着引脚数增加 对于精细引脚在装配过程中出家用电器 2现的桥连 漏焊 缺焊等缺陷 利用手工工具很难进 行修理 需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺 来完成 按封

7、装材料的不同 BGA 元件主要有以下几种 PBGA(plastic BGA 塑料封装的 BGA) CBGA(ceramic BGA 陶瓷封装的 BGA) CCBGA(ceramiccolumn BGA 陶 瓷 柱 状 封 装 的 BGA) TBGA(tape BGA 载带状封装的 BGA) CSP(ChipScale Package 或 mBGA) PBGA 是目前使用较多的 BGA 它使用 63Sn/37Pb 成分的焊锡球焊锡的熔化温度约为 183 焊锡球 在焊接前直径为 0.75mm 回流焊以后 焊锡球高度减 为 0.46 0.41mm PBGA 的优点是成本较低 容易加 工 不过应该注意

8、 由于塑料封装 容易吸潮 所以 对于普通的元件 在开封后一般应该在 8 小时内使用否则由于焊接时的迅速升温 会使芯片内的潮气马上 汽化导致芯片损坏 有人称此为 苞米花 效应 按 照 JEDEC 的建议 PBGA 芯片在拆封后必须使用的期限 由芯片的敏感性等级决定(见表 1) CBGA 焊球的成分为 90Pb/10Sn(它与 PCB 连接处 的焊锡成分仍为 63Sn/37Pb) CBGA 的焊锡球高度较家用电器 3PBGA 高 因此它的焊锡熔化温度较 PBGA 高 较 PBGA 不容易吸潮 且封装更牢靠 CBGA 芯片底部焊点直径 要比 PCB 上的焊盘大 拆除 CBGA 芯片后 焊锡不会 粘在

9、 PCB 的焊盘上 见表 2 CCBGA 焊锡柱直径为 0.51mm 柱高度为 2.2mm 焊 锡 柱 间 距 一 般 为 1.27mm焊 锡 柱 的 成 分 是90Pb/10Sn TBGA 焊锡球直径为 0.76mm 球间距为 1.27mm 与 CBGA 相比 TBGA 对环境温度要求控制严格 因芯片受热时 热张力集中在 4 个角 焊接时容易有缺陷 CSP 芯 片 的 封 装 尺 寸 仅 略 大 于 裸 芯 片 尺 寸 (不 超过 20%) 这是 CSP 与 BGA 的主要区别 CSP 较 BGA 除了体积小外 还有更短的导电通路 更低的电抗性 更容易达到频率为 500 600MHz 的范围

10、 我们可以从以下同为 304 引脚的 QFP 与 BGA 芯片 的比较看出 BGA 的优点 概括起来 和 QFP 相比 BGA 的特性主要有 1 I/O 引线间距大(如 1.0 1.27 1.5mm) 可容纳的 I/O 数目大(如 1.27mm 间距的 BGA 在 25mm 边 长的面积上可容纳 350 个 I/O 而 0.5mm 间距的 QFP 在 40mm 边长的面积上只容纳 304 个 I/O) 家用电器 42 封 装 可 靠 性 高 (不 会 损 坏 引 脚 ) 焊点缺陷率家用电器 5低(1ppm/焊点) 焊点牢固 3 QFP 芯 片 的 对 中 通 常 由 操 作 人 员 用 肉 眼

11、 来 观 察 当引脚间距小于 0.4mm 时 对中与焊接十分困难 而 BGA 芯片的脚间距较大 借助对中放大系统 对中 与焊接都不困难 4 容易对大尺寸电路板加工丝网板 5 引脚水平面同一性较 QFP 容易保证 因为焊 锡球在熔化以后可以自动补偿芯片与 PCB 之间的平面 误差 6 回流焊时 焊 点 之 间 的 张 力 产 生 良 好 的 自 对 中效果 允许有 50%的贴片精度误差 7 有 较 好 的 电 特 性 由 于 引 线 短 导线的自感 和导线间的互感很低 频率特性好 8 能与原有的 SMT 贴装工艺和设备兼容 原有 的丝印机 贴片机和回流焊设备都可使用 当然 BGA 也有缺点 主要

12、是芯片焊接后需 X 射 线检验 另外由于引脚呈球状栏栅状排列 需多层电 路板布线 使电路板制造成本增加 大多数半导体器件的耐热温度为 240 2600 对于 BGA 返修系统来说 加热温度和均匀性的控制非 常 重 要 美 国 OK 集 团 的 热 风 回 流 焊 接 及 返 修 系 统BGA-3592-G/CSP-3502-G 和 日 本 M.S.Engineering 家用电器 6Co. Ltd.的 MS 系列返修工作站很好的解决了这个问 题 本文以美国 OK 集团的热风回流焊接及返修系统 BGA-3592-G 为例 简要说明 BGA 的返修工艺 电路板 芯片预热的主要目的是将潮气去除 如

13、果电路板和芯片内的潮气很小(如芯片刚拆封) 这一 步可以免除 拆除的芯片如果不打算重新使用 而且 PCB 可承 受高温 拆 除 芯 片 可 采 用 较 高 的 温 度 (较 短 的 加 热 周 期) 清洁焊盘主要是将拆除芯片后留在 PCB 表面的助焊剂 焊锡膏清理掉 必须使用符合要求的清洗剂 为了保证 BGA 的焊接可靠性 一般不能使用焊盘上旧 的残留焊锡膏 必须除掉 除非芯片上重新形成 BGA 焊锡球 由于 BGA 芯片体积小 特别是 CSP 或 mBGA 芯片体积更小 清洁焊盘比较困难 所以在返修 CSP 芯片时 如果 CSP 周围空间很小 就需使用免清洗焊 剂 在 PCB 上涂焊锡膏对于

14、 BGA 的返修结果有重要影 响 通过选用与芯片相符的模板 可以很方便地将焊 锡膏涂在电路板上 用 OK 集团的 BGA-3592-G 设备微 型光学对中系统可以方便地检验焊锡膏是否涂匀 处家用电器 7理 CSP 芯片 有 3 种焊锡膏可以选择 RMA 焊锡膏 非清洗焊锡膏 水剂焊锡膏 使用 RMA 焊锡膏 回流 时间可略长些 使用非清洗焊锡膏 回流温度应选的 低些 贴片的主要目的是使 BGA 芯片上的每一个焊锡球与 PCB 上每一个对应的焊点对正 由于 BGA 芯片的焊 点位于肉眼不能观测到的部位 所以必须使用专门设 备来对中 BGA-3592-G 可进行精确的对中 热风回流焊是整个返修工艺

15、的关键 其中有几个 问题比较重要 1 芯 片 返 修 回 流 焊 的 曲 线 应 当 与 芯 片 的 原 始 焊 接曲线接近 热风回流焊曲线可分成四个区间 预热 区 加热区 回流区 冷却区 四个区间的温度 时 间参数可以分别设定 通过与计算机连接 可以将这 些程序存储和随时调用 2 在 回 流 焊 过 程 中 要 正 确 选 择 各 区 的 加 热 温 度 和时间 同时应注意升温速度 一般在 100 以前 最大升温速度不超过 6 /s 100 以后最大升温速度不超过 3 /s 在冷却区最大冷却速度不超过 6/s 因为过高的升温速度和降温速度都可能损坏 PCB 和芯片 这种损坏有时是肉眼不能观察

16、到的 不同的 家用电器 8芯片 不同的焊锡膏 应选择不同的加热温度和时间家用电器 9如 CBGA 芯片的回流温度应高于 PBGA 的回流温度 90Pb/10Sn 应较 63Sn/37Pb 焊锡膏选用更高的回流温 度 对免洗焊膏 其活性低于非免洗焊膏 因此 焊 接温度不宜过高 焊接时间不宜过长 以防止焊锡颗 粒的氧化 3 热风回流焊中 PCB 板的底部必须能够加热 加热有两个目的 避免由于 PCB 板单面受热而产生翘 曲和变形 使焊锡膏溶化时间缩短 对大尺寸板返修 BGA 底部加热尤其重要 BGA-3592-G 返修设备的底 部加热方式有两种 一种是热风加热 一种是红外加 热 热风加热的优点是加

17、热均匀 一般返修工艺建议 采用这种加热 红外加热的缺点是 PCB 受热不均匀 4 要 选 择 好 的 热 风 回 流 喷 嘴 热 风 回 流 喷 嘴 属 于非接触式加热 加热时依靠高温空气流使 BGA 芯片 上各焊点的焊锡同时溶化 美国 OK 集团首先发明这 种喷嘴 它将 BGA 元件密封 保证在整个回流过程中 有稳定的温度环境 同时可保护相邻元件不被对流热 空气加热损坏(如图 1 所示) 在 电 子 产 品 尤 其 是 电 脑 与 通 信 类 电 子 产 品 的 生 产领域 半导体器件向微小型化 多功能化 绿色化 发展 各种封装技术不断涌现 BGA/CSP 是当今封装 技术的主流 其优势在于

18、进一步缩小半导体器件的封家用电器 10装尺寸 因而提高了高密度贴装技术水平 十分适合 电子产品轻 薄 短 小及功能多样化的发展方向 为满足迅速增长的对 BGA 封装技术电路板组装需求和生产者对丝网印刷 对中贴片和焊接过程控制精 度的要求 提高 BGA 的组装焊接及返修质量 需选择 更安全 更快 更便捷的组装与返修设备及工艺 互补双极工艺技术的重大突破VIP10 是美国国家半导体公司(NS)互补双极工艺 技术的一项重大突破 互补双极晶体管无论采用 NPN 还是 PNP 设计 均较其他晶体管更能为新一代的高性 能 高速度放大器提供所需的功能 例如高带宽 低 功耗 低电压 较大的输出振幅 高输出电流

19、以及低 失真率等 由于 VIP10 采用先进的工艺技术结构 具有很多 优点 活性区是采用 BondedWater 技术制成的绝缘硅 片(SOI) 四 周 有 蚀 刻 沟 道 并以填料填满沟道 成 为绝缘边 VIP10 晶体管的集电极均已完全加以电介 质隔离(DI) 而且集电极和基底或井之间并无反向偏 压接面 上一代的工艺技术均采用接面绝缘(JI)的方 法 集 电 极 与 基 底 之 间 的 电 容 (Cjs)基 本 上 是 接 面 电 容 对于采用接面绝缘方法的工艺技术来说 其电容家用电器 11量将更大一些 尤其是某一类晶体管 因为采用接面 电容 会跟随不同电压而改变 NS 的 VIP1 VI

20、P2 及 VIP3 等工艺技术与大部分双极工艺技术一样均采用 p 型基底 为了将 PNP 晶体管的集电极与基底隔离 便 需采用 n 型埋层隔离扩散接面 这种 n 型扩散接面必 须比 p 型基底更高度掺杂 高掺杂度的接面令 PNP 晶 体管的 Cjs 电容远较 NPN 晶体管为高 若采用 VIP10 工艺技术 不管电压高低 最少晶体管的 Cjs 电容量 低至只有 5fF 而且 NPN 和 PNP 晶体管的 Cjs 电容均 相同 另 一 要 解 决 的 寄 生 电 容 问 题 是 集 电 极 基 极 接 面 的电容(Cjc) 根 据 密 勒 效 应 集 电 极 基 极 接 面 的 电 容会因应电压

21、增益级的输入而增加 因此在高速的芯 片设计之中 Cjc 具有关键作用 以高速的晶体管来说 其 轻 微 掺 杂 的 内 部 基 极 接 面 与 高 度 掺 杂 的 外 部 基 极 扩散接面连接 这个外部的基极区在基极周边形成一 个较大的接面电容 VIP10 的四周边界均以电介质加 以隔离 一举解决这个问题 方法是利用浅沟蚀刻并 以填料填充 而并非采用传统的 LOCOS 氧化法 因为 采用氧化法可能会产生缺陷 令电流大量漏失 而且 大大降低模拟电路的成品率 发射极及基极的接面各有自己的多晶硅层 重要家用电器 12的发射极及基极区会自动对位 Poly1 是外部基极区 Poly1 区设有一个洞孔 作为

22、发射极的窗口及内部基 极 发射极区与外部基极区之间有一层氮化物将两者 分隔 而发射极则与 Poly2 连接 使基极拾波区非常 接近发射极 有 助 减 低 外 部 基 极 电 阻 (Rbb) 这两层 多晶硅层均含水杨酸 可进一步减低与发射极 基极 及集电极串列一起的寄生电阻 最少晶体管的芯片面积小至只有 300mm2 大小只 有旧型号的 1/8 这是上述功能特色的另一优点 双 层 多 晶 硅 层 结 构 可 将 发 射 极 至 基 极 之 间 的 拾 波 空 间 减少 较传统的单一多晶硅层方式优胜 基极的周边 采用浅沟加以隔离 使集电极拾波区可以非常接近基 极 而不会减低崩溃或增加电容 最后 围

23、在晶体管 四周的隔离浅沟可大幅缩小绝缘所需的空间 图 1 所 示为 VIP10 晶体管的横切面 对于双极性晶体管来说 最常见而又最有价值的 交 流 电 数 值 是 过 渡 频 率 (Ft) 若 Vce=5V VIP10NPN 及 PNP 的过渡频率分别为 9GHz 及 8GHz 对于互补硅 片工艺来说 这是极为先进的技术 Ft 越低 发射极 基极接面扩散电容也越低 NS 利用这种特性 所以设 计带宽高达 1GHz 的线性集成电路或带宽为 100MHz 左 右 的 极 低 功 耗 线 性 集 成 电 路 因 为 即 使 供 电 电 流 极家用电器 13低 所用的内置式放大器也因其扩散及寄生电容较

24、 低 而令相移也较低 若以较低电压操作 VIP10 晶体管的 Ft 只有轻微 的下降 由于 VIP10 芯片具有这些低电压交流特性 因此即使供电电压低至 2.7V 仍可发挥卓越的性能 输出振幅接近供电电压 一直以来 高频晶体管的直流电特性较弱 这是 我们不得不接受的现实 采用 VIP10 制造的晶体管由 于速度较高 因此可以发挥直流电性能 NPN 的 b 及 前级电压分别为 100V 及 120V 而 PNP 的 b 及前级电 压则分别为 55V 及 40V 常见而有价值的直流电数值 是 b前级电压 而 这 个 乘 积 更 可 用 以 计 算 每 级 的 增 益 由于 PNP 的电洞迁移率较低

25、 因此即使 Ft 及击 穿电压相差不远 PNP 的 b Va 乘积会比 NPN 低 VIP10PNP 的 bVa 达 2 200VBvceo 则达 12V 而 Ft 为 8GHz 以互补双极线性集成电路工艺来说 这 是符合世界水平的先进组合 NS 现正推出采用 VIP10 工 艺 技 术 制 造 的 LMH 高速 放大器 其中 LMH6642(单组装)及 LMH6643(双组装) 等 两 款 可 提 供 满 摆 幅 (railtorail)输 出 的 单 电 源 供 应 放 大 器 芯 片 均 具 有 高 速 (130MHz) 低 失 真(-62dBc) 低电流(2.7mA)及极高的输出电流(

26、100mA)家用电器 14等优点 供电电压 3 12V 之间 LMH6645( 单 组 装 )及 LMH6646(双 组 装 ) 满 摆 幅 (I/O)速度为 80MHz 失真为 -68dBc 而 LMH6647(单 组 装 )放 大 器 芯 片 更 另 有 微 功 率 停 机 功 能 供电电压 2.7 12V 之间 若系统需要加设停机功能 LMH6647 芯片可以在 50ns 内迅速启动系统 而且停机时只耗用不超过 50mA 电流 单组装 LMH6654 及双组装 LMH6655 的输入噪音电 压只有 4.5nV/rtHz 带宽高达 250MHz(若 G=1 则达-3dB) 而且失真也极低(

27、以 5MHz 操作时只有-72dBc) 稳定时间介于 14ns 与 0.1%之间 两款芯片均可利用 10V 供电驱动 100 负载 并输出 6.6Vpp 而每一放 大器只耗用 4.5mA 电流 另一相关芯片是 LMH6672 双组装运算放大器 在 作为 CPE 方面的 ADSL 线路驱动器功能来说是最佳的 DSL 模拟与功率管理技术随 着 数 字 技 术 带 来 的 进 步 异 步 数 字 用 户 线 路 (ADSL)为越来越多的最终用户实现了高速宽带连接 ADSL 比起传统拨号服务具有诸多优势 如数据速率成 倍提高 在线连接保持不断且不需要增加电话线路 因此成为深受广大消费者和企业青睐的技术

28、 家用电器 15尽管数字技术为 ADSL 打下基础 但是服务运营 商要有效部署 ADSL 使其 90%的用户得到升级 需依 赖 于 模 拟 和 混 合 信 号 技 术 从 多 种 意 义 上 讲 ADSL 设 计 中 的 模 拟 和 混 合 信 号 部 分 是 实 现 总 体 系 统 目 标 的跳板 设计精良的模拟和混合信号可使系统功率大 幅下降 减少元器件并提高集成度 因此降低系统每 端口的总体成本 而每端口成本正是服务运营商能否 降低用户价格并获得更多利润的最关键因素 最初 ADSL 的系统设计人员主要关心从中心交换 局 (CO)到 远 程 终 端 或 客 户 端 调 制 解 调 器 的

29、较 长 环 路 上(18000 英尺)系统是否可以保持高性能 随着 ADSL 的普及 人们很快认识到 中心交换局由于空间 功 率和制冷能力的限制需要更高集成化和功效的设计 最早的 ADSL 电路板只能支持 4 条线路 而今天的电 路板可提供 72 条线路 可见功率和空间是非常关键 的因素 为使 ADSL 实现 90%以上的覆盖 OEM(代工)厂商 正致力于生产用于中长和较短环路连接的设备 节点 的增加使更多的用户 特别是因环路过长的 CO 无法 连接的用户享受到全速率 8Mbps 服务 对于距离在 12000 英尺内的用户 服务运营商使用数字环路载频 (DLC)这一中长系统进行连接 而 对 于

30、 那 些 在 多 居 住家用电器 16单元(MDU)环境中 环路长度在 6000 英尺内的用户 它 们 则 通 过 光 网 络 单 元 (ONU)进 行 连 接 由于环境特 点 这些系统功能尤其受到空间限制 因此需要功效 高而密度大的设计 具有智能化 高效和高度集成的模拟和功率管理 设计的 ADSL 系统可解决空间和功耗问题 保证 ADSL 进一步普及 OEM 厂商使用这样的设计可推出经济高 效 高密度产品 使服务运营商向更多的客户提供高 效而廉价的服务 同样重要的是 制造商甚至服务运营商要选择适 当的 ADSL 方案供应商 它们应了解系统 掌握工艺 技术并具有集成能力 以便帮助实施最有效的

31、DSL 功 率管理和模拟方案 德州仪器(TI)为 ADSL 系统设计提供的高性能模 拟 方 案 包 括 各 种 线 路 驱 动 器 /接 收 器 集 成 线 路 驱 动 器/接收器 高性能 低功率编解码器(CODEC)和功率 管理产品 这些产品作为 ADSL 模拟解决方案的一部 分 紧密配合 TI 的基于 DSP 的 DSL 收发信机 以提 供最大的集成和低功率性能 另外 设计人员由于选 择 TI 不同的 ADSL 模拟和功率管理产品也会对系统产 生重大影响 图 1 展示了 T IADSL 解 决 方 案 的 系 统 结 构 图家用电器 17TNET5800 是数字部分 在软件上实现了自动的线

32、路功 率调整(CUTBACK) 低 功 率 模 式 (Q-MODE)的 支 持 低 功率编解码器(CODEC)TNET5080 完成模拟数字信号的 转换 单电压 Line Driver(线驱动器)实现低功耗的 线路驱动 可编程的 TPS54900 可实现对 Line Driver 的动态电压调节 降低平均功耗 线路驱动器和接收器为 ADSL 离线或连线信号提 供真正的连接 这是降低系统功耗进而提高线路板密 度要解决的最大难题 在最早的 CO 设计中 线路驱 动器在驱动全速率离散多音频(DMT)ADSL 信号时耗电 约 2.5W 今天 集成式线路驱动器/接收器依然是整 个系统预算中的主要耗电源

33、但是 通过设计改良和 设计拓扑的进步 象 TI 的 THS7102 和 THS7103 这样 的高度集成式线路驱动器/接收器每线只消耗 1W 就可 实现同样的功能 设 计 拓 扑 的 改 善 加 之 设 计 的 集 成 使 系 统 性 能 显 著提高 随着放大器技术的提高 TI 逐步推出各款线 路驱动器产品 从 A/B 级到 B 级乃至现在的 THS7102 和 THS7103 等全有源终接驱动器 有源终接(Active Termination)或 综 合 阻 抗 线 路 驱 动 器 (Synthesiaed Impedance)技 术 消 除 了 过 去 终 接 线 路 需 要 的 大 耗

34、电 量的匹配电阻器 除此之外 取消匹配电阻器还能降家用电器 18低线路驱动器需要的输出电压 THS7102 和 THS7103 只需+15V 供电就可以支持全速率下行的 ADSLDMT 集 成 对 优 化 模 拟 系 统 性 能 还 发 挥 着 另 一 个 关 键 作用 除低功率差分接收器和低功率有源终接差分线 路驱动器外 THS7102 和 THS7103 将过去分离实施的 发射滤波器 接 收 滤 波 器 和 集 成 式 发 射 /接 收 增 益 电阻器集成起来 尽 管 线 路 驱 动 器 /接 收 器 技 术 对 于 优 化 设 计 仍 很重要 但是有了拓扑 集成和系统方面的进步才能降 低

35、系统的功耗和体积 所有这些进步都为 OEM 厂商及 服务运营商带来巨大优势 使它们得以实现降低每端 口功率并增加电路板 机架和系统信道数目的目标 解决了这些问题将为大规模部署 ADSL 铺平道路 优化功率管理功能是发挥 ADSL 设计潜力的关键散热 板子大小和系统保护是 ADSL 系统主要尚待解 决的问题 使用先进的功率管理技术 设计人员可使 系统性能得到显著提高 TI 的 有 源 功 率 管 理 技 术 是 智 能 功 率 管 理 解 决 方 案的代表 通过降低每端口驱动功率 减少散热并提 高密度 实际 ADSL 线路上 由于距离 线路速率的 不同 所需功耗与理论最大值比较可以大大缩小 TI

36、 的 LineRangerTPS54900 可以按 ADSL 系统线路信号的家用电器 19需要对驱动电压进行智能化调节 在线路连接中 TI 的 ADSL 收发信机先计算环路长度及速率 再申请驱 动线路需要的优化电压 例如 在全功率模式下 线 路驱动电压保持在 15V 而 TI 的 TPS54900 有源功率 管 理 技 术 可 根 据 环 路 长 度 速 率 将 驱 动 电 压 降 低 至 8.5V 这样每线线路驱动减少 6.5V 的电压 由于线 路 驱 动 部 分 在 整 个 系 统 功 耗 中 占 有 极 大 比 重 1000 线的系统可大约节省功率 15% 并由产生密度提高 15% 的解

37、决方案 图 2 描述的是通过使用 Line Ranger TPS54900 在不同线路距离下节省的功耗 横坐标是线路距离 单 位 是 (千 英 尺 ) 纵坐标是每线功耗 单位(W) 蓝 色线段显示的是 AC5 芯片组不使用 TPS54900 仅仅依 靠 AC5 内部自动实现的软件优化时的功耗 红色线段 显示的是 AC5+TPS54900 的功率消耗 黑色线段实际 就是上述两者的差 也就是使用 TPS54900 后节省下 来的功耗 TI 的 ADSL 功率管理方案包括隔离转换控制器 监 测 电 路 低 压 降 调 节 器 (LDOs) 热 插 拔 控 制 器 DC/DC 转换控制器以及带有集成

38、MOSFET 的 DC/DC 转换器 设计人员还可以使用方便实施 可靠 全集成的 即插即用电源方案 由此加快投放市场的时间并简化家用电器 20设计 模拟 ADSL 系统设计的编解码部分不象线路驱动 器的功能那么复杂 但是 好的设计可以提高电路板 的集成度并节省功率 这两点是智能模拟设计中的重 要组成部分 TI 新出台的 TLV320AD18 就是一个很好的范例 8 线编解码器可以使用 1.5V 电源 每线可单独调节电 源以减少功耗和散热 除节省功率外 该设备通过集 成不再需要 CO 设计要求的 36 个附加分离元件 节省 板面平均达一平方英寸 除领先的芯片技术外 充分的设计支持对于成功 的模拟

39、 ADSL 设计至关重要 TI 从系统角度看待 ADSL 设计 通过使用推出五代完整的 DSL 解决方案所获得 的多年实际经验向设计人员提供适当的支持 硬件支 持 包 括 评 估 模 块 (EVM)和 可 供 开 发 商 使 用 的 从 概 念 到 供货阶段的参考设计 除此之外 TI 还可提供与模拟 和功率管理相关的资源 如参考设计 应用记录 用 户指南及数据列表 总之 ADSL 的成功在很大程度上取决于向服务运 营商提供的每端口成本 决定系统集成密度的功率 以 及 有 助 于 增 加 给 定 系 统 端 口 数 量 的 集 成 度 是 决 定 服 务 运 营 商 是 否 可 以 经 济 地

40、向 最 终 用 户 提 供 端 口 的家用电器 21关键因素 智能模拟和功率管理系统设计能使 OEM 厂 商和服务运营商与众不同 实现各自的设计和业务发 展目标 信息时代的模拟集成电路随着信息技术及其产业的迅速发展 带动着当今 社会进入到一个崭新的信息化时代 微电子技术是信 息技术的核心技术 模拟集成电路(IC)又是微电子技 术的核心技术之一 因而模拟 IC 成为信息时代的重 要技术发展目标 模 拟 IC 包 含 了 纯 模 拟 信 号 处 理 功 能 的 电 路 和 A/D 混合信号处理功能的电路 其技术范围涉及数据 转换器(如 A/D D/A 转换器等 ) 线性和非线性放大 器 (如 运

41、算 放 大 器 射 频 放 大 器 对 数 放 大 器 电压 比较器 模 拟 乘 法 器 等 ) 电 子 开 关 和 多 路 转 换 器 稳 压 电 源 调 节 器 (如 线 性 电 压 调 节 器 开 关 电 源 控 制 器等)及其它模拟 IC(如驱动器 延迟线 传感器等) 模拟 IC 主要被用来对模拟信号完成采集 放大 比较 变换等功能 它和数字电路及 A/D D/A 转换 电路三者之间的关系 早在 1986 年就被美国加州大 学的 Paul.R.Gray 教授提出的所谓 鸡蛋模型 作了 形象描述 该模型把它们三者整体上视为一个鸡蛋 而把数字电路视为蛋黄 模 拟 电 路 视 为 蛋 壳 A

42、/D家用电器 22D/A 电路视为蛋清 三者既不相同 又是统一的有机 整体 现实世界中的各种模拟信息经模拟 IC 采集 放大 变换等处理后 即可得到计算机或数字电路处 理所需的信号 从而实现人们需要的信息产品 显然 模拟 IC 是模拟世界和数字化电子信息系统之间的桥 梁 模拟 IC 在处理模拟信号时 除功率输出级外多 数工作在小信号状态 信号频率往往从直流延伸到高 频 其工作与数字电路处理信号时工作在开关状态明 显不同 加上模拟 IC 品种繁多 功能复杂 性能差 异巨大 因此 模拟 IC 在制作工艺 器件结构 电 路架构等方面都有有别于数字电路的鲜明个性 主要 表现在 模拟 IC 在整个线性工

43、作区内需具备良好的 电流放大特性 小电流特性 频率特性等 在设计中 因技术特性的需要 常常考虑元器件布局的对称结构 和 元 器 件 参 数 的 彼 此 匹 配 形 式 由 于 工 艺 技 术 的 限 制 设计时应尽量少用或不用电阻电容 特别是高阻 值电阻和大容量电容 许多模拟电路要求功率输出 因而电源电压较高 设计自动化程度低 CAD 工具和 设计参数库精度高 工艺专用性强 工艺线品种变换 频繁 工艺控制难 等等 所以 模拟 IC 的核心技 术主要涉及到高速技术 高频技术 低噪声技术 高家用电器 23耐压技术 低功耗技术 大功率技术等 为满足种种 技术要求 电路设计和工艺加工必须良好配合 模

44、拟 IC 的 单 片 工 艺 技 术 主 要 发 展 有 双 极 BiCMOS CMOS SiGe 其中双极和 BiCMOS 工艺使用 较普遍 随着 CMOS 技术水平的提高 在模拟与数字 混合电路的加工工艺方面有向 CMOS 方向发展的趋势模拟 IC 中 多数高速模拟 IC 的工艺水平为 0.5 微米 左右 一般模拟 IC 的工艺水平为 1 3 微米 在先进 工艺方面 已开发出 0.1 微米技术 在器件方面 由于应用对模拟 IC 的要求千差万 别 因此 不仅开发出十余大类的模拟 IC 产品 而 且对各类模拟 IC 又都开发出数百 数千种产品 产 品 种 类 和 性 能 水 平 应 有 尽 有

45、 可 满 足 应 用 的 不 同 需 要 其中 数据转换器是模拟和数字混合信号处理电 路 它的模拟电路部分占芯片面积的 50%以上 在数 据转换器方面 8 14 位 1 80MHz 高速 A/D 技术已很 成熟 产品充足 也可见到 16 位以上 30MHz 以上的 A/D 转换器产品 同时在 A/D 转换器中不仅出现集成 了多种功能的模拟 IC 如多路转换器 仪器放大器 采/保放大器等 A/D 转换器子系统 而且还将不断把 其它模拟 IC 和各种数字电路如 DSP 存储器 CPU家用电器 24I/O 等集成在一起 数据转换器应用广泛 如(美国) 国家半导体公司推出的高性能低功耗 A/D 转换器

46、(如 ADC10321 具有 10 位分辨率 20MHz 采样速度 单电 源工作) 可 广 泛 应 用 于 数 码 复 印 机 数 码 相 机 摄 录一体化机 机顶盒 电缆调制解调器及 CCD 输入系 统 放大器目前主要采用双极工艺制作 CMOS 放大器 尽管在功耗 尺寸方面具有优点 但价格太贵 应用 受到限制 在射频放大器方面 正采用 SiGe 双极技术 以 满足应用的高性能要求 目前放大器正应用于各种手 持式通信设备中 要 求 功 耗 低 ADI(模拟器件公司 ) 的 高 性 能 放 大 器 系 列 ( 如 AD8350 工 作 频 率 达 到 1200MHz 在 250MHz 时噪声系数

47、为 6.1dB 具有很高 的动态范围 极 好 的 线 性 度 和 共 模 抑 制 ) 可有效地 应用于通信收发射机 通用增益放大系统 A/D 缓冲 器 高速数据接口驱动器等 ADI 还研制出在带宽 功耗 失真和驱动能力等综合水平很高的放大器如 AD8014它是一种超高速放大器 具有 400MHz 3dB 带宽4000Vms 压摆率 24nS 的建立时间 具有极低 的电压和电流噪声 失真也低 可理想地应用于宽带 信号处理 电压调节器方面 ADI 推出的接收机 IF 子系统家用电器 25AD6121 中集成了电压调节器 它是一种动态范围很宽 的 IF 放大器 是专门为 CDMA(码分多址)系统应用

48、设 计的 可适用于 2.9 4.2V 的电池电源工作 Motorola 推出的电压调节器系列 开关电流低 噪声低 静态 电流极小 可在电池电源的额定电压下降到 0.2V 以 内都能调整 很适合电池供电系统如蜂窝电话 无绳 电话及长寿命电池供电的射频控制系统应用 在国内 也已开发出线性和非线性放大器 数据 转换器 接口电路及电压调节器等各类模拟 IC 8 12 位 A/D 转换器已实用化 但模拟 IC 在品种 数量 性能水平等方面都与国外有很大差距 赶上世界先进 水平尚需艰苦努力 据市场调查公司 ICE 的对世界 IC 市场发展走势 统计表明 模拟 IC 的市场占 IC 产品总市场的份额为 1993 年占 16%(IC 总市场为 681.8 亿美元) 1998 年 增加到 17.5%(模拟 IC 市场达 191 亿美元) 到 2002 年仍将接近 15%左右 可见 市场发展平稳 大大降 低了生产厂家生产的不稳定性和风险性 模拟 IC 的主要应用领域是消费类电子 通信 计算机 工业 汽车 军事电子系统 1991 年 它们 占模拟 IC 的市场份额分别为 45 14 18 12 8 和3% 总值 87 亿美元 1996 年 随着通信的发展 其家用电器 26市场份额有所调整 市场份额分别为 34 21 18 1511 和 1% 总市场值为 175