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luglio

agosto

2015

processi litografici non pos-

sono ridurre le dimensioni

del chip. Il funzionamento ad

alta corrente richiede tran-

sistor che occupino un’area

notevole, e ridurre i parametri

non migliora la capacità del

transistor di fare passare cor-

renti elevate. Inoltre, la dissi-

pazione di potenza richiede

una grande area del chip e

buone connessioni termiche

ai fini del corretto funziona-

mento. Ne consegue che dal

punto di vista fisico i circuiti

analogici sono collegati più

strettamente alle funzioni che

eseguono.

I miglioramenti nella densi-

tà originariamente progettati

per i circuiti integrati digitali

sono stati adottati anche per

quelli analogici. Quanto più

piccoli sono i transistor, tanto

più velocemente funzionano,

per cui si sono diffuse enor-

memente applicazioni che

utilizzano i nuovi transistor

resi possibili da larghezze ri-

dottissime delle tracce; sono

ormai comuni circuiti a radio

frequenza ad alta velocità,

funzionanti a bassa poten-

za e a frequenze dell’ordine

dei gigahertz. I convertitori

analogico-digitali con oltre

20 bit o i convertitori funzio-

nanti a frequenze dell’ordine

dei gigahertz derivano diret-

tamente dalla possibilità di

avere come parte del proces-

so transistor CMOS piccoli e

veloci.

Mentre il costo di questi pro-

cessi con tracce sottilissime

continua a scendere grazie

all’enorme volume di circuiti

digitali resi così possibili, i

circuiti analogici prodotti con

questi processi continuano a

diventare più economici e a

diffondersi sempre più. I re-

golatori a commutazione fun-

zionanti a frequenze multiple

dei megahertz con efficienza

pari ad almeno il 95% sono

possibili grazie ai transistor

a tracce più sottili. Le dimen-

sioni ridotte dei transistor

consentono ai circuiti inte-

grati analogici di disporre di

un’enorme quantità di circuiti

digitali di supporto nonché di

circuiti analogici più veloci.

Anche i componenti analogici

sono migliorati.

Sono aumentate sia la pre-

cisione CC che la velocità

degli amplificatori operazio-

nali. I regolatori lineari (LDO)

hanno tensione di dropout e

corrente di alimentazione in-

feriori oltre a uscite di moni-

toraggio analogiche.

Nuove architetture svilup-

pate per i regolatori lineari

consentono di collegare in

parallelo i dispositivi sen-

za bisogno di circuiti ester-

ni speciali né di regolazioni

per un’uscita nulla. Un nuovo

LDO particolarmente interes-

sante presenta un rumore di

uscita pari a 1 µV da 10 Hz

a 100 kHz – migliore rispetto

a molti amplificatori a basso

rumore.

Questi sviluppi derivano da

innovazioni circuitali, livelli di

pulizia maggiore nelle linee

di fabbricazione, maschere

migliori, densità dei difetti in-

feriore nelle maschere e nei

wafer, e wafer più grandi. I

circuiti integrati analogici of-

frono prestazioni migliori ol-

tre a implementare le presta-

zioni del sistema su un chip.

Né i circuiti integrati digita-

li né quelli analogici hanno

presentato brusche variazio-

ni delle funzioni da un anno

all’altro; lo sviluppo è stato

graduale: un miglioramento

costante dei parametri pre-

stazionali nel corso degli ul-

timi 40 anni. Possiamo quindi

aspettarci un miglioramento

continuo – innovazioni e pre-

stazioni superiori – dei cir-

cuiti analogici nel prossimo

decennio e oltre.

egli ultimi 40 anni, i circuiti

analogici hanno rappresen-

tato il 20% dell’intero settore

dei circuiti integrati. A mano

a mano che aumentava la

complessità e la gamma di

funzioni dei circuiti integrati

digitali, altrettanto accadeva

per quelli analogici; ma men-

tre per i primi si è verificato

un ampliamento della fun-

zionalità, che è basata sul

numero di transistor, il pro-

gresso dei secondi va misu-

rato secondo altri parametri.

Per i circuiti integrati digitali,

l’aumento delle prestazioni è

dipeso dalla riduzione delle

dimensioni sia delle carat-

teristiche sia dei transistor:

aumentando il nu-

mero di questi depo-

sitati in un chip si è

aumentata la produt-

tività dei circuiti stes-

si. I circuiti integrati

analogici sono basa-

ti su parametri reali,

per cui miglioramenti

apportati al consumo

di potenza, alla velo-

cità di risoluzione e

così via comportano

una migliore produt-

tività.

I dati digitali equivalgono a

informazioni; nei circuiti di-

gitali i valori delle tensioni e

delle correnti non contano,

fintantoché l’ingresso e l’u-

scita sono corretti, e non im-

porta come il segnale passa

dall’ingresso all’uscita. I cir-

cuiti digitali possono essere

array di gate, microprocesso-

ri o circuiti logici discreti pur-

ché funzionino correttamen-

te. Le funzioni analogiche

tengono conto di parametri

reali: tensione e corrente,

rumore, velocità e corrente

di alimentazione sono tutte

proprietà definite con rife-

rimento a circuiti integrati

analogici, per cui è cruciale

come si passa da un segnale

d’ingresso a uno di uscita.

Le innovazioni compiute nel

settore dei circuiti integrati

digitali hanno avuto notevoli

ripercussioni su quelli analo-

gici, che 40 anni fa venivano

fabbricati tramite un proces-

so a otto maschere. Quasi

tutti i produttori impiegavano

processi molto simili e non

c’era molta differenza tra le

varie tipologie di dispositivi

fabbricati, mentre ora cia-

scun produttore di circuiti

integrati analogici impiega

processi e variazio-

ni propri, così che

non esiste niente

che possa assimi-

larsi a una seconda

sorgente utilizzabile.

Questi miglioramenti

apportati al proces-

so di fabbricazione

dei circuiti analogici

non riguardano solo

le dimensioni dei

transistor, ma anche

la complessità del

processo stesso. I circuiti in-

tegrati analogici spesso sono

fabbricati con molti strati

e maschere – fino a 50 – e

contengono transistor bipola-

ri, CMOS, resistori a film sot-

tile e altri componenti specia-

li necessari per l’esecuzione

delle funzioni analogiche.

Le dimensioni dei circuiti

integrati analogici non dimi-

nuiscono nello stesso modo

di quelle dei circuiti integrati

digitali; alcuni dei parametri

relativi ai primi, come tensio-

ne e corrente, richiedono una

certa area del chip ai fini del

corretto funzionamento. Una

tensione più alta richiede

transistor più grandi e distan-

ze maggiori, per cui i nuovi

ecnologie

L’evoluzione dei

circuiti analogici

Le innovazioni compiute nel settore dei circuiti

integrati digitali hanno avuto notevoli ripercussioni

su quelli analogici, che 40 anni fa venivano fabbricati

tramite un processo a otto maschere

obkin

Bob Dobkin,

cofondatore,

chief technical

officer di Linear

Technology

Corp.