【正文】 電子元器件常識模擬IC與數(shù)字IC對比處理連續(xù)性的光、聲音、速度、溫度等自然模擬信號的IC被稱為模擬IC。模擬IC處理的這些信號都具有連續(xù)性，可以轉(zhuǎn)換為正弦波研究。而數(shù)字IC處理的是非連續(xù)性信號，都是脈沖方波。模擬IC按技術(shù)類型來分有只處理模擬信號的線性IC和同時處理模擬與數(shù)字信號的混合IC。模擬IC按應(yīng)用來分可分為標準型模擬IC和特殊應(yīng)用型模擬IC。標準型模擬IC包括放大器(Amplifier)、電壓調(diào)節(jié)與參考對比(Voltage Regulator/Reference)、信號界面(Interface)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(Data Conversion)、比較器(Comparator)等產(chǎn)品。特殊應(yīng)用型模擬IC主要應(yīng)用在4個領(lǐng)域，分別是通信、汽車、電腦周邊和消費類電子。模擬IC具有四大特點：a、生命周期可長達10年。數(shù)字IC強調(diào)的是運算速度與成本比，數(shù)字IC設(shè)計的目標是在盡量低的成本下達到目標運算速度。設(shè)計者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。因此數(shù)字IC的生命周期很短，大約為1年2年。 　　模擬IC強調(diào)的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。產(chǎn)品一旦達到設(shè)計目標就具備長久的生命力，生命周期長達10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數(shù)。如音頻運算放大器NE5532，自上世紀70年代末推出直到現(xiàn)在還是最常用的音頻放大IC之一，幾乎50%的多媒體音箱都采用了NE5532，其生命周期超過25年。因為生命周期長，所以模擬IC的價格通常偏低。b、工藝特殊少用CMOS工藝 　　數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC很少采用CMOS工藝。因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來驅(qū)動其他元件，而CMOS工藝的驅(qū)動能力很差。此外，模擬IC最關(guān)鍵的是低失真和高信噪比，這兩者都是在高電壓下比較容易做到的。而CMOS工藝主要用在5V以下的低電壓環(huán)境，并且持續(xù)朝低電壓方向發(fā)展。 　　因此，模擬IC早期使用Bipolar工藝，但是Bipolar工藝功耗大，因此又出現(xiàn)BiCMOS工藝，結(jié)合了Bipolar工藝和CMOS工藝兩者的優(yōu)點。另外還有CD工藝，將CMOS工藝和DMOS工藝結(jié)合在一起。而BCD工藝則是結(jié)合了Bipolar、CMOS、DMOS三種工藝的優(yōu)點。在高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAS工藝。這些特殊工藝需要晶圓代工廠的配合，同時也需要設(shè)計者加以熟悉，而數(shù)字IC設(shè)計者基本上不用考慮工藝問題。c、與元器件關(guān)系緊密　　模擬IC在整個線性工作區(qū)內(nèi)需要具備良好的電流放大特性、小電流特性、頻率特性等；在設(shè)計中因技術(shù)特性的需要，常常需要考慮元器件布局的對稱結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)的彼此匹配形式；模擬IC還必須具備低噪音和低失真性能。電阻、電容、電感都會產(chǎn)生噪音或失真，設(shè)計者必須考慮到這些元器件的影響。對于數(shù)字電路來說是沒有噪音和失真的，數(shù)字電路設(shè)計者完全不用考慮這些因素。此外由于工藝技術(shù)的限制，模擬電路設(shè)計時應(yīng)盡量少用或不用電阻和電容，特別是高阻值電阻和大容量電容，只有這樣才能提高集成度和降低成本。某些射頻IC在電路板的布局也必須考慮在內(nèi)，而這些是數(shù)字IC設(shè)計所不用考慮的。因此模擬IC的設(shè)計者必須熟悉幾乎所有的電子元器件。d、輔助工具少測試周期長 　　模擬IC設(shè)計者既需要全面的知識，也需要長時間經(jīng)驗的積累。模擬IC設(shè)計者需要熟悉IC和晶圓制造工藝與流程，需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。通常很少有設(shè)計師熟悉IC和晶圓的制造工藝與流程。而在經(jīng)驗方面，模擬IC設(shè)計師需要至少3年5年的經(jīng)驗，優(yōu)秀的模擬IC設(shè)計師需要10年甚至更長時間的經(jīng)驗。 　　模擬IC設(shè)計的輔助工具少，其可以借助的EDA工具遠不如數(shù)字IC設(shè)計多。由于模擬IC功耗大，牽涉的因素多，而模擬IC又必須保持高度穩(wěn)定性，因此認證周期長。此外，模擬IC測試周期長且復(fù)雜。 　　某些模擬IC產(chǎn)品需要采用特殊工藝和封裝，必須與晶圓廠聯(lián)合開發(fā)工藝，如BCD工藝和30V高壓工藝。此外，有些產(chǎn)品需要采用WCPS晶圓級封裝，擁有此技術(shù)的封裝廠目前還不多。新型非接觸式電流傳感器　　l 原來狀況　　原來的非接觸式電流傳感器大致有3種結(jié)構(gòu)模式,如圖1所示。在圖1中,例1所示為以霍爾元件作為磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)。例2所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置霍爾元件,而在鐵芯上設(shè)置反饋線圈：例3所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置磁一光效應(yīng)元件(應(yīng)用法拉第效應(yīng)的元件),用作磁場檢測元件?！　∩鲜?種結(jié)構(gòu)模式的缺點如下：　　例l中元件的溫度特性不佳,輸出均勻性較差,因而電流檢測精度不高。再者,此種傳感器極易受漂移的影響．稍微受點漂移影響就難以測量含直流成分的電流?！　±?雖可解決例1中出現(xiàn)的問題,但要精密測量線圈中流過的電流還必須排除外界干擾因索,如果受到感應(yīng)噪聲等因素的影響,也就難以實現(xiàn)精密測量。特別是電流傳感器的傳感部和控制電流傳感器信號的控制部之間的距離長,付出的代價就更高。　　例3由于其控制部的信號只用光傳送,噪聲雖低．但漂移的影響卻不?。蚨膊荒軠y量含直流成分的電流。 　　2 技術(shù)創(chuàng)新　　本開發(fā)立足于技術(shù)創(chuàng)新,著重致力于結(jié)構(gòu)改進．其舉措是局部鐵芯為飽和磁體,并由鐵芯形成間隙,鐵芯環(huán)繞在導(dǎo)體的外周,線圈繞在鐵芯上,將磁場檢測元件設(shè)置在間隙內(nèi)。　　由于本開發(fā)將磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯飽和磁體的間隙內(nèi)．因而在測量導(dǎo)體中所流過的電流時線圈中沒有電流。若用磁場檢測元件測量間隙內(nèi)的磁場．根據(jù)測得的磁場強度即可知道導(dǎo)體中流過的電流?！　≡诖饲闆r下．如果磁場檢測元件的檢測靈敏度始終保持穩(wěn)定不變,那么要精確測量導(dǎo)體中流過的電流是不成問題的?？墒?磁場檢測元件的材料、制件、粘接劑等因溫度引起的變化以及時效變化、光源變化等因素都會影響磁場檢測元件的檢測靈敏度．使之產(chǎn)生漂移。因此,不能精密測量導(dǎo)體中流過的電流。為此．本開發(fā)采用繞在鐵芯上的線圈,可按需要對磁場檢測元件的靈敏度加以校正,使磁場檢測元件的靈敏度始終如一,經(jīng)常保持在穩(wěn)定不變的狀態(tài)。　　校正靈敏度時經(jīng)由繞在鐵芯上的線圈內(nèi)流過的電流達到一定量值程度時,就會使鐵芯的磁體形成飽和狀態(tài)而與導(dǎo)體中流過的電流無關(guān)。間隙內(nèi)產(chǎn)生一定量的磁通密度,當其達到一定程度時,即使磁場再增強．磁通密度也不會再增大。此時。可用磁場檢測元件測量間隙內(nèi)的磁場。此測量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即為固定值(基準值)。但若存在漂移因素,其值就會變化。放大器與磁場檢測元件的光檢測器連接,對其進行調(diào)制,并將磁場檢測元件的輸出值與基準值相比較。同時對磁場檢測元件的靈敏度進行校正。此校正可在瞬間進行,并且無需切斷導(dǎo)體中流動的電流。 　　 　　3 實例　　圖2所示為本開發(fā)提供的非接觸式電流傳感器的結(jié)構(gòu)。線圈繞在鐵芯上,磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)．光檢測器測量磁場檢測元件的輸出,放大器調(diào)制磁場檢測元件的輸出。 　　 　　局部鐵芯必須形成飽和磁體,但并不局限于此,整個鐵芯均為飽和磁體也無妨。若需追求飽和磁體所具有的短暫飽和特性。選用鐵紊體或非晶體之類的磁性合金便可奏效?！　D3所示為非接觸式電流傳感器的鐵芯示例。鐵芯的兩端部采用高磁導(dǎo)率和高磁通密度的磁體,端頭以外部分采用飽和磁體。兩端頭尖細成錐形,以增大間隙的磁通密度。提高電流傳感器的靈敏度。 　　 　　磁場檢測元件可以采用磁一光效應(yīng)元件和霍爾元件。但是由于前者僅用光的方式就能進行傳感部和控制部之間的信號傳送,并且不受感應(yīng)噪聲的影響．因而相比之下前者較為理想?！　≡跍y量導(dǎo)體內(nèi)流過的電流時。飽和磁體隨其流過的電流一旦達到飽和程度,即使再增大導(dǎo)體中的電流．間隙內(nèi)的磁場也不會再變化。由于其變化量用磁場檢測元件檢測不出,因而飽和磁體的飽和程度不能由導(dǎo)體內(nèi)流過的電流來定。而其飽和點主要取決于飽和磁體的形狀和尺寸,特別是間隙的形狀和尺寸。 　　4 效果　　實驗結(jié)果表明。新開發(fā)的非接觸式電流傳感器具有如下成效：消除了磁場檢測元件的輸出漂移,能精確測量含直流成分的電流。無需精密調(diào)制線圈中流動的電流就能精密測量電流。采用磁一光效應(yīng)元件．其輸入和輸出信號為光信號,無感應(yīng)噪聲之憂。改善了溫度特性。 導(dǎo)銅線的負載能力的計算估算口訣：二點五下乘以九，往上減一順號走。三十五乘三點五，雙雙成組減點五。條件有變加折算，高溫九折銅升級。穿管根數(shù)二三四，八七六折滿載流。說明：(1)本節(jié)口訣對各種絕緣線(橡皮和塑料絕緣線)的載流量(安全電流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍數(shù)”來表示，通過心算而得。由表5 3可以看出：倍數(shù)隨截面的增大而減小?！岸c五