自己动手设计ASIC

问题:

如果找不到能够执行所需功能的模拟IC,我该怎么办?

RAQ:  Issue 95

答案:

每隔几年,我收到的反馈就会让我觉得有必要提醒模拟工程师,他们必须像工程师一样工作,设计电路,而不是简单地利用现成的模块拼装系统。

应该怎么办呢?您应构建自己的专用集成电路 (ASIC)!我们往往认为,集成电路(ASIC中的IC部分)是单块芯片,但事实上,这一概念比单芯片IC要早数十年。 运算放大器应用手册显示了一款早期集成电路:Philbrick的K2-W运算放大器是一种插入式模块,包含两个真空管,于1952年进入商业市场。晶体管发明后,模块式电路功能变得非常普遍,它们通常不是称为“集成电路”,但其实就是集成电路。这种“集成电路”不一定是以现成模块的形式购买,相反,可能是设计中集成的广为人知的电路功能,常常以其发明者命名。例如Colpitts振荡器Eccles-Jordan正反器Doherty放大器等。

我所谓的“构建您自己的ASIC”,并不是建议您设计自己的单芯片IC。如果您需要的数量非常巨大,自行设计可能是值得的,但对于需求数量少于10,000片的系统,这种方法并无多大益处。现场可编程模拟阵列(FPAA)对于使用大量运算放大器的子系统可能有用,但对于包含其他功能的小型系统,其性价比并无优势。 

同样,我也不是建议您将一个子系统制作为一个整齐划一的模块,虽然只要您愿意,就能够办到。最近,我购买了一台3D打印机,利用它打印大小合适的各种盒子来存放我制作的许多小装置,显得比以前整洁得多,我再也不必用铁皮、PCB原料、木材或塑料板制作盒子。 

我的建议是:当您需要一个明确定义的子系统但找不到现成的ASIC时,您既不要绝望,也不要将它设计为整个系统密不可分的一部分。相反,应考虑将其设计为单独定义的子系统。这很有可能会简化设计,而且必定能够简化测试与评估,称得上是制作者哲学制作者权利法案工匠宣言中的金玉良言。

现代模拟IC比以往任何时候都更易用,将运算放大器、基准电压源、乘法器、转换器、模拟开关等构建模块组装在一起就能执行复杂的功能。我最近设计了一台单边带(SSB)无线电接收机。接收机的自动增益控制(AGC)系统应跟踪以最高20 dB/s的速率变化的信号。在语音暂停期间无信号,因此AGC在这些时候不应变化。但是,暂停一秒后,系统应快速恢复至最高增益。这种AGC系统曾在1967至1993年间以单芯片ASIC形式出售,但此后即不再生产。我也改用一个RMS-DC转换器和数个运算放大器来代替。

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作者

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James Bryant

James Bryant自1982年起担任ADI公司的欧洲应用经理,直至2009年退休为止。至今仍从事撰写和咨询工作。他拥有英国利兹大学的物理学和哲学学位,同时还是注册工程师(C.Eng.)、欧洲注册工程师(EurEng.)、电机工程师协会会员(MIET)以及对外广播新闻处(FBIS)会员。除了热情钻研工程学外,他还是一名无线电爱好者,他的呼叫代号是G4CLF。