要點

1.原美國國家半導體公司的設(shè)計人員提供了在30年~40年前做IC設(shè)計的挑戰(zhàn)性景象，以及這些經(jīng)歷如何造就了今天的IC,。

2.設(shè)計人員開發(fā)了所謂的工裝盒(kludge box)，用于驗證設(shè)計的性能,，有時也被用作后續(xù)生產(chǎn)的測試設(shè)備,。

3.設(shè)計者用仿真工具做驗證,，但他們必須先做手工計算，而到80年代中期以前,，做面包板一直是標準的方法,。

4.凌力爾特公司共同創(chuàng)建人、工程副總裁兼首席技術(shù)官Bob Dobkin在原美國國家半導體公司度過了他的早期設(shè)計歲月,，他創(chuàng)造性地使早期運放超過了1MHz帶寬極限,。

歷史極具啟發(fā)性，從中能看到我們前輩的成功與失敗,，告訴我們在生活中要避免什么和效仿什么,。日常生活中如此，模擬IC和模擬電路的設(shè)計中也如此,。創(chuàng)新型開發(fā)人員與創(chuàng)新性開發(fā)成果造就了21世紀的今天我們在設(shè)計中使用的模擬產(chǎn)品,。本文深入探討了原美國國家半導體(NS)公司、德州儀器(TI)公司和凌力爾特(Linear)公司早期精密運放的開發(fā)工作,。下一期還將關(guān)注Burr-Brown,、ADI、Microchip和Maxim,，以及模擬技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)們,。

運放IC的起源

經(jīng)歷了IC發(fā)展過程中的痛苦后，有些設(shè)計者脫穎而出,。其中一些人曾供職于原美國國家半導體公司(現(xiàn)在已被TI收購),，他們正指引著芯片設(shè)計工程師走出一條全新的成功之路，從而讓電路設(shè)計者獲得今天高要求市場所渴望的那種下一代IC,。TI專家Dennis Monticelli表示,，計算機發(fā)展的故事也是IC發(fā)展的故事，兩者無法分隔開來,。他的合作人—首席技術(shù)官Erroll Dietz回憶起模擬IC的初期歲月,，認為那是“電子的蠻荒西部”,。這些設(shè)計者在工作中采用自己制定的設(shè)計規(guī)則，使用晶體管工具包的器件,，用帶插座的覆銅板作為設(shè)計工具,，以及使用分立的電阻與電容(圖1)。

TI公司著名技術(shù)專家Mike Maida稱：“工具包的器件都是在線性IC晶圓生產(chǎn)線上制造的晶體管,，用金屬殼做外封裝。設(shè)計規(guī)則在IC布局中用間距作為約束,，例如：基極與絕緣,、基極內(nèi)的射極，等等,。設(shè)計者有時會對特殊情況找到自己的設(shè)計規(guī)則,，如降低電壓，不過必須得到晶圓工程師的認可,。我們有小的透明‘尺子’,，可以測量IC合成圖上的間距。”

設(shè)計者采用Level 2 Spice做仿真,，它使用改進的Grove方程,，這是所有仿真器中最常用的MOS方程。HKJ Ihantola和JL Moll在1964年發(fā)現(xiàn)了這個方程(參考文獻1),?？鐚г跁r間上的不連續(xù)性讓設(shè)計者遇到很大困難。例如,，在數(shù)兆赫茲以上頻率做設(shè)計時,，很難用面包板。Maida說：“仿真是70年代末期的事情,，那時沒人仿真線性IC,。”

同為TI資深技術(shù)專家的Don Archer稱：“對于強反型和弱反型之間的區(qū)域，Level 2 MOS模型有一個大的不連續(xù)性,。當工作在準亞閾值區(qū)時,，模型的不連續(xù)性對于收斂是一個大問題，并且,，我們開始時還沒有建模小組,。我們?nèi)y量工具包的器件，從而得到我們自己的模型參數(shù),。”

設(shè)計者還缺乏制作邏輯圖的能力,，他們不得不手工輸入網(wǎng)表,，包括射極、基極和集電極值,，并手工生成一份邏輯圖,，以檢查這些值的準確性。然后,，他們再為手畫的邏輯圖加上仿真結(jié)點號,。網(wǎng)表中的各個行可能看上去是這樣：Q1 8740NPN1，它代表了NPN1型器件,，集電極結(jié)點為8,，基極結(jié)點為7，射極結(jié)點為4,，而基板結(jié)點為0,。每只晶體管、電阻和電容都必須輸入類似的一行,。

TI 公司技術(shù)總監(jiān)FarhoodMoraveji說：“如果要看波形,，我們就得用繪圖和打印指令,，設(shè)定要打印或繪制的結(jié)點,。對于分層的更復雜電路，我們必須采用子電路指令,。后端工具根本不存在或很粗糙,，DRC(設(shè)計規(guī)則檢查)與LVS(布局對邏輯圖)檢查都不是自動的，同事們用它做獨立的手動LVS檢查,，驗證電路與布局的匹配性,。”