Circuitos Integrados Analógicos: Componentes Essenciais para Eletrônica Moderna

O circuito integrado analógico é uma das categorias do CI. Além disso, é um componente fundamental da maioria dos dispositivos eletrônicos.

Por exemplo, você pode encontrar este tipo de CI na maioria dos eletrônicos de consumo. Por quê? Porque o CI ajuda dispositivos digitais, computadores, telefones celulares, etc., a funcionar.

Também, este CI é útil para sinais de banda larga e outras aplicações de maior potência. Então, excelentes exemplos deste CI são o timer 555, amplificadores operacionais, sensores, etc.

Mas o dispositivo não se aplica a todos os dispositivos eletrônicos. Portanto, criamos este artigo para discutir o circuito integrado analógico. Então, você aprenderá sobre o que é, por que precisa dele, e mais.

Vamos prosseguir!

O Que É um Circuito Integrado Analógico?

Esquema de Circuito Integrado Analógico

Fonte: Wikimedia Commons

Este dispositivo é um componente primário da maioria dos dispositivos eletrônicos. Além disso, ajuda a lidar com sinais que podem variar de zero até a tensão total da fonte de alimentação.

Também, o circuito geralmente tem duas entradas; uma entrada é positiva, enquanto a outra é negativa. Além disso, cada uma das entradas é não-inversora e inversora, respectivamente.

Além disso, os componentes que compõem um circuito integrado analógico são:

• Capacitores
• Resistores
• Semicondutores
• Indutores

Então, você pode usar o dispositivo para projetar:

• Amplificadores operacionais
• Osciladores
• Filtros ativos
• Reguladores lineares
• Loops de fase bloqueada por software

Mas, é crucial considerar parâmetros de semicondutores como resistência, dissipação de potência e ganho de potência.

Em outras palavras, o circuito integrado analógico funciona mudando diferentes entradas analógicas como calor, som e luz. Também, os converte em sinais digitais e zeros para processamento. Além disso, circuitos integrados analógicos vêm com uma vida útil mais longa que dispositivos eletrônicos.

Por Que Você Precisa de Eletrônica Analógica?

Chave Integrada Analógica

Fonte: Wikimedia Commons

Embora as coisas tenham evoluído na indústria eletrônica, o analógico ainda está forte. Sem dúvida, a maioria das coisas é digital, mas é mais conveniente representar números numericamente em um sistema binário. Por exemplo, é mais fácil relacionar "1" e "0" como "LIGADO" e "DESLIGADO".

Então, diferente do design de CI digital, o design de CI analógico requer mais foco para:

• Cada circuito
• As características exatas do transistor
• O tamanho

A razão é simples. Hoje em dia, a maioria dos dispositivos é digital, então designers de CI analógico são forçados a trabalhar com características e restrições de processo. Por quê? Porque as características e restrições de processo são mais adequadas para CIs digitais.

Especificação de Design para CI Analógico

Como CI digital, designers analógicos devem começar com uma gama de características e especificações. Depois, usam modelos de trabalho e ativos para as várias funções para reduzir restrições de CI analógico.

Então, eles chegam a:

• Características de processo
• Tipo
• Tamanho do dispositivo

Então, na maioria dos casos, inclui:

• Adição de tecnologias de capacitor e indutor
• Figura padrão para circuitos integrados e subcircuitos
• Escolha do transistor

Também, você pode criar simulações de alto nível e até mesmo descobrir restrições dos sub-blocos com um HDL como VHDL-AMS.

Fluxo de Design para CI Analógico

Aqui estão os passos necessários para um design de CI analógico:

1. Especificação do Design

• Desenvolvimento de test bench
• Topologias
• Restrições
• Especificações

2. Fluxo de Design Esquemático

• Simulação e otimização de circuito
• Entrada esquemática de nível de circuito
• Especificação HDL de bloco
• Simulação HDL de arquitetura
• Entrada esquemática de nível de sistema

3. Fluxo Somático

• Tape-out
• Simulação pós-layout
• Extração parasitária
• Layout versus esquemático (LVS)
• Verificação de regra de design (DRC)
• Entrada de layout baseada em PCell

Design de Circuito Integrado Analógico

Um design simples de CI analógico

Fonte: ExplainthatStuff

De fato, existe um processo que você precisa seguir para criar um design de CI analógico. Além disso, o procedimento envolve o seguinte em nenhuma ordem particular:

• Simulações de circuito
• Design de sistema
• Design de circuito
• Depuração de circuito
• Depuração de sistema
• Verificação
• Simulações de sistema
• Design de layout de circuito integrado
• Fabricação
• Interconexão
• Design de componente
• Depuração de dispositivo

Mas, o aspecto prático do design de CI analógico envolve:

1. O Sistema de Nível de Bloco

Também conhecido como sistema de nível de célula. Além disso, este sistema inclui as táticas necessárias para criar um design de nível de bloco para um circuito integrado particular. Então, quando seus designs estão definidos, vincule cada um deles para formar um sistema completo de nível de bloco.

2. O Circuito de Nível de Componente

Os componentes que você usará aqui são baseados nos resultados do sistema de nível de bloco.

Então, quando você tiver os componentes apropriados, conecte-os para criar o circuito de nível de componente. Então, você pode usá-lo como circuito primário do seu design analógico. Além disso, também funciona para simulação.

3. Confirmando Circuito de Nível de Componente

Você também pode usar o circuito de nível de componente para confirmação. Mas isso acontece depois que você simulou o design do circuito. Então, com o resultado da simulação, você pode verificar o circuito de nível de componente do CI analógico.

4. Criação do CI

De fato, existem vários passos a seguir para criar circuitos integrados analógicos. Primeiro, você pode começar usando materiais semicondutores para fazer a wafer semicondutora. Ou você pode obter uma wafer semicondutora pronta.

Depois, você pode adicionar diferentes componentes eletrônicos como transistores, capacitores, resistores, etc., à wafer. Então, você pode encapsular o chip — que forma o CI encapsulado.

5. Testando e Depurando CI

Nesta etapa, você pode testar o circuito integrado analógico. Também, pode depurá-lo para comparar os resultados de verificação e estimados. Então, se tudo parecer bom, prossiga para projetar o protótipo do CI. Então, use o protótipo para caracterizar a placa de avaliação e o circuito integrado.

Qual a Diferença Entre CI Analógico e Digital?

A tabela abaixo resume a diferença entre CI analógico e digital:

CIs Analógicos	CIs Digitais
O CI analógico ou linear trabalha em um sinal variando constantemente — no tempo.	O CI digital ou não-linear trabalha em sinais binários.
Os requisitos de design de CI analógico são abrangentes comparados aos CIs digitais.	O requisito de design de CI digital é menos radical comparado ao CI analógico.
Algumas aplicações do CI analógico incluem osciloscópios, radares, aeronaves, PLL, espaço, etc.	Algumas aplicações do CI digital incluem calculadoras, relógios, microprocessadores, relógios digitais, computadores, etc.
Você pode obter a versão comercial do CI analógico como amplificadores de micro-ondas, comparadores de tensão, reguladores, multiplicadores de tensão, etc.	Você pode encontrar o CI digital comercialmente como registradores, chips analógico-para-digital, contadores, chips digital-para-analógico, flip-flops, chips de microprocessador, portas lógicas, etc.
Tem menos transistores comparado ao CI digital.	Os CIs digitais têm mais transistores comparados aos CIs analógicos.
O CI analógico tem saídas e entradas que podem lidar com uma faixa contínua de valores. Além disso, o resultado é proporcional à informação.	O CI digital tem duas tensões (entrada e saída) com dois valores possíveis — sem níveis intermediários.

Aplicações do Circuito Integrado Analógico

Você pode aplicar o circuito integrado analógico nas seguintes aplicações:

1. Circuito de Gerenciamento de Potência

Quando você olha de perto o design do CI analógico, notará que todos os seus componentes precisam de potência. Também, você pode usar a rede de condutores (circuito de gerenciamento de potência) nos componentes on-chip para fornecer a potência elétrica necessária projetada on-chip.

Circuito de Gerenciamento de Potência

Fonte: Wikimedia Commons

Também, o circuito de gerenciamento de potência (rede de condutores) projeta e analisa a potência entregue dentro do circuito.

2. Mistura de Frequência

De fato, a mistura de frequência usa dois sinais diferentes aplicados a um circuito para obter uma nova frequência. Então, você pode obter um misturador de frequência do circuito integrado analógico. Você também pode usar o misturador de frequência para mudar formas de sinal em uma faixa diferente de frequências.

3. Filtragem Ativa

Claro, o CI analógico é adequado para filtragem ativa. Também, faz isso usando componentes eletrônicos ativos — para melhorar desempenho. Então, o filtro deve impedir um indutor caro e volumoso. Além disso, existem variedades de configurações de filtro ativo como filtros de realimentação múltipla, filtros Sallen-Key, etc.

Considerações Finais

O circuito integrado analógico é um dispositivo que consiste em uma wafer semicondutora com a interconexão de componentes. Curiosamente, este tipo de CI é confiável e custo-efetivo, e o dispositivo é ideal para designers de circuitos profissionais, hobistas e estudantes.

Você já usou o circuito integrado analógico? Ou precisa de ajuda para obter o melhor para seu projeto? Sinta-se à vontade para nos contatar.