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电路可以说是当今实现信号处理广泛的载体,没有之一。集成电路出现以前,信号的感知处理传输接收等大部分过程都是直接在模拟域完成,缺点是即使是简单的功能,也需要很大的体积。
在一个基本单元上,用一个简单的控制就实现了两种状态,可谓从无到有的跨越。因为一生二,得到了两种状态,再利用二进制,就可以实现无数种状态。这里的二有点像正交基或者正余弦函数,有了它们,再经过组合,就可以实现复杂的空间或信号,反之则是将复杂的空间或信号分解为它们的组合,简化处理的过程。集成电路飞速发展了六十多年,自从实现了从无到有的跨越后,后续更多的时间里都在做两件事。
一者是设法将基本单元小型化,从而具有更大的集成度,消耗更低的能量。即每提升一代工艺,特征尺寸就减小为原来的一半。
再者是扩大集成电路的应用范围。一开始它只应用在微型计算机中,而当它的低能耗和完成高复杂度功能的能力得到认可后,开始渗透到世界的每一个角落。
有了它,同样功能的设备,体积可以缩减为原来的几十分之一甚至几万分之一,关键是成本还很低,这性价比确实没谁了。不过呢,集成电路也有它的局限性,譬如晶体管的特征频率较高可能为THz,对于要求更高更快更强的人类,速度可能还是不够快,不过在当前科技阶段,对付大多数的应用是绰绰有余了。
模拟和数字作为集成电路的两大分支,近年来都得到长足的发展。但是数字在工艺提升的过程中受益更大,所以越来越占据更大的面积,并且有向模拟渗透的趋势。
不过外界信号是连续的,模拟中诸多的模块,是无法用数字代替的,要实现整体的功能,它们的作用仍举足轻重。
言归正传,接下来就盘点下这些模块。单位增益缓冲器。单位增益缓冲器也叫单位增益放大器,它有两个显著的特点,一是放大倍数为一,一是驱动能力大。
1、 采样保持器
采样保持器完成信号的采样功能,是离散型电路必不可少的模块。
2、 比较器
比较器通过比较电压大小,输出数字高低两种状态。它是完成模拟世界到数字世界转换的基本单元。
3、 模数转换器
模数转换器完成模拟信号到数字信号的转换。常用的有快闪型,逐次逼近型,流水线型,增量叠加型和双斜率积分型等。
4、 滤波器
滤波器是一种频率信号筛选器件,按所通过信号的频段分为低通,高通,带通,带阻和全通滤波器。
按采用的器件分为无源和有源两种。常用的结构有巴特沃斯,切比雪夫,贝赛尔和椭圆滤波器等。与模拟滤波器对应的是数字滤波器。
1、 积分器
积分器是输出信号对输入信号时间的积分,它是计数器的连续版本。
2、 带隙基准
带隙基准产生稳定的电压或电流。
3、 线性稳压器
线性稳压器提供稳定电压的同时,保证足够的驱动能力。
4、 升压降压器
它实现电压电平的转换,同时提供足够的驱动能力。
交流直流变换器则完成不同类型电的转换。
1、 振荡器
振荡器产生控制的时钟信号,而时钟信号是系统的指挥官。
2、 锁相环
锁相环实现两信号频率和相位的锁定,在保证整个系统的有序运转中起到重要的作用。
3、 鉴相器
比较输入信号相位的差异,产生电压脉冲信号。
这些涵盖了模拟电路大部分模块,再加上无源器件电阻电容和电感,就能够完成各种复杂的功能。
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来源:半导体行业观察