模拟集成电路是什么？由哪些器件构成？

好的，模拟集成电路是一种专门用来处理连续变化的电信号（即模拟信号）的集成电路。它的输入和输出信号通常可以在一个特定的范围内取任何电压值（或电流值），并且需要处理和放大这些信号的精确幅度、相位和波形。

与处理离散的0和1信号的数字集成电路不同，模拟电路更关注信号的保真度、线性度、带宽、增益、噪声、功耗等性能指标。

构成模拟集成电路的主要器件包括：

晶体管（Bipolar Junction Transistors - BJTs）：
- 主要包括NPN和PNP型。
- 是构成放大器、电流源、差分对等核心模拟电路模块的基本有源器件，特别是高性能模拟电路中使用广泛。虽然功耗通常比MOSFET高，但提供更高的跨导（gm）和更低的噪声。
场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors - MOSFETs）：
- 主要包括NMOS和PMOS型（组成CMOS工艺的基础）。
- MOSFET是现代模拟IC（尤其是大规模混合信号IC和低功耗应用）中最最主流的器件。 它们功耗低，输入阻抗极高，易于集成，构成运算放大器、电压比较器、开关电容滤波器、数据转换器（ADC/DAC）等等的核心。工艺上，有常规的CMOS MOSFET以及为模拟优化的器件（如厚氧化层晶体管、高阻器件等）。
- 特别提一下： 互补金属氧化物半导体即 CMOS，是将NMOS和PMOS配对使用的一种极重要的技术和结构，是实现高性能、低功耗模拟与数字电路集成的基石。单独的NMOS或PMOS在模拟电路中也有应用（如特定放大器设计）。
电阻：
- 用于提供偏置电压/电流、设置增益、构成分压器等。
- 集成电阻通常由高掺杂的多晶硅（Poly）、阱区、金属层或特殊的高阻材料制成。精度和温度系数是重要参数。
电容：
- 用于实现滤波、耦合、去耦、设置时间常数、构成开关电容电路等。
- 集成电容主要有：
  - MOS电容（MiM电容 - Metal-Insulator-Metal）： 由两层金属和中间的绝缘介质构成，较线性。
  - 多晶硅-多晶硅电容（Poly-Poly Capacitor）： 两层多晶硅导体。
  - MOSFET栅电容： 利用晶体管的栅电容，但非线性和电压依赖性较强。
  - 寄生电容：如PN结电容、导线电容等，通常不期望但有重要影响。
二极管：
- 通常由BJT的基极和发射极短路（连接成二极管）或MOSFET的源漏和体连接构成。
- 用于整流、限幅、电平位移、电压基准（如带隙基准电压源中）、ESD保护等。
其它特殊器件/结构：
- 结型场效应晶体管： 在某些特定应用中仍有使用。
- 电感： 在片上集成非常困难（面积大，Q值低），只在特定高频应用中（如射频IC）才会集成小型电感。更多时候，高频应用采用非集成的外部电感或避免使用。
- 隧道二极管/齐纳二极管： 用于特定高速开关或基准电压源。
- 可变电容（变容二极管）： 用于压控振荡器。
- 精密电流源/电流镜： 由匹配良好的晶体管构成，是模拟IC偏置和信号处理的关键模块。
- 精密电压基准源： 如带隙基准，由BJT和电阻构成，提供稳定温度系数小的电压。

需要强调的是：

工艺技术： 大部分现代模拟IC都采用CMOS工艺或BiCMOS工艺制造。BiCMOS结合了BJT的高性能（高速、低噪声）和CMOS的高密度、低功耗优势。纯粹的Bipolar工艺仍然存在，但在主流中份额较小。
无源器件的特性： 由于是集成电路制造出来的，电阻的阻值和精度、电容的容量和精度、电感的效果都会受到工艺限制和寄生效应（如寄生的电阻、电容、电感）的显著影响，这些在设计时都需要仔细考虑。
匹配性： 器件之间的匹配性（尤其是晶体管、电阻的匹配）是高性能模拟电路（如差分放大器、数据转换器）的关键要求。设计规则和版图技巧被用来优化匹配性。

总而言之，模拟集成电路通过精心设计和布局上述基本器件（特别是晶体管、电阻、电容），实现了对真实世界中连续物理量（如声音、光线、温度、压力等转换成的电压/电流信号）的高精度处理、放大和转换。它是实现现代电子产品信号链前端的核心部件，广泛应用于通信、传感器接口、电源管理、音频/视频处理、医疗仪器等领域。