類比晶片和數位晶片差在哪？

數位晶片和類比晶片，差在它們處理的訊號：數位晶片只認 0 和 1 兩種狀態；類比晶片處理的是連續變化的訊號，像聲音有多大、光有多亮、溫度多高、電池還剩多少電壓。類比晶片也叫類比 IC，英文是 analog chip 或 analog IC；數位晶片也叫數位 IC。兩種沒有誰比較先進：數位的負責算和記，類比的負責跟真實世界打交道。很多晶片裡兩種都有，叫混合訊號。

晶片本身是什麼，可以先讀「晶片是什麼？」。

數位訊號和類比訊號，差在哪？

用家裡的燈來想：

• 數位像一般的電燈開關：只有開和關兩種。開是 1，關是 0。
• 類比像可以轉的調光旋鈕：從全暗到全亮，中間每一種亮度都可以。

晶片裡最基本的零件是電晶體，一個用電控制的小開關（電晶體是什麼？）；數位電路用很多開關的通和斷，表示一串 0 和 1。

其實數位訊號也是電壓，只是電路只看它夠高還是夠低：高的算 1，低的算 0，中間留一段不用的空間。所以訊號抖一點點，也不會被看錯。

這是數位最大的好處：不怕一點點雜訊，抄一百次還是一模一樣。類比訊號就不行：混進一點雜訊，就分不出哪些是原本的。像影印本再拿去影印，一次比一次糊。

真實世界是類比的，那要怎麼辦？

聲音，是空氣一下擠、一下鬆的壓力變化；光的亮暗、溫度的高低、電池的電壓，也都是連續變化的，不會自己變成 0 和 1。

要讓晶片知道這些事，第一步是把它們變成電。麥克風把聲音變成跟著起伏的電壓；相機的感光元件把光變成電；溫度感測器把冷熱變成電壓的高低。這些電訊號一開始都是類比的，而且常常很弱。

這時候就輪到類比電路：

• 接住、放大：把很小的訊號放大到夠用，這種電路叫放大器。
• 過濾：把不要的雜訊濾掉。
• 轉換：把類比變成數字，或把數字變回類比。

ADC 和 DAC 在做什麼？

ADC 是「類比轉數位」的轉換器，英文 analog-to-digital converter 的縮寫。它做兩件事：

1. 每隔一小段時間量一次：像沿著一條起起伏伏的路走，每走一步就量一次高度。這叫取樣。
2. 把量到的值記成最接近的一格：尺上的刻度有限，量到的值只能記到最近的那一格，再寫成一串 0 和 1。

量得越密、刻度越細，記下來的就越像原本的樣子。以音樂 CD 的規格為例：每秒量 44,100 次，每一次用 16 個 0 或 1 來記，等於把高低分成 65,536 格。為什麼要量這麼多次？人耳大約聽得到每秒振動 20 次到 2 萬次的聲音；要記下一種振動，每秒至少要量它的兩倍次數。

DAC 是反過來的「數位轉類比」（digital-to-analog converter）：把一串數字變回連續變化的電壓，才推得動喇叭和耳機。

一段聲音在機器裡，常常這樣走：麥克風 → 放大 → ADC → 數位電路處理 → DAC → 喇叭。

變成數字之後，很多事做起來就方便多了：把某些高低的聲音放大多一點、把雜音壓低、存起來、傳出去。

管電源的晶片，為什麼也算類比？

一支手機裡，處理器、記憶體、螢幕、收發無線訊號的電路，要的電壓都不一樣；電池的電壓，也會隨著用掉慢慢往下掉。電源管理晶片負責把電池或插座的電，變成每一部分要用、又穩穩不跳的電壓。

它要一直盯著輸出的電壓，低了就補、高了就收，處理的是連續變化的電壓和電流，所以一般歸在類比晶片。常見的做法有兩種：

• 像水龍頭：把多出來的電壓擋掉。簡單、雜訊小，可是擋掉的那一份會變成熱。
• 像很快地開開關關：讓電一下通、一下斷，再用電感、電容把它撫平。比較省電，常用在電流大的地方。

為什麼類比晶片常用成熟製程，一做很多年？

數位電路做小，好處很直接；類比電路做小，好處不大，有時反而更難做（新聞說的「成熟製程」那一篇講過）：

• 最新一代用的電壓很低，訊號能上下擺動的空間變小，一點點雜訊就顯得很大。
• 電阻、電容、電感要多大，看要的數值；開關縮小了，它們不會跟著縮。
• 類比電路很在乎每個零件準不準，溫度一變、製造時差一點點，結果就跟著偏。

所以很多類比晶片用好幾代以前的作法做，不少還在用 8 吋的晶圓（12 吋、8 吋晶圓是什麼意思？）。

它們也常常一做很多年：車子、工廠的機器一用就是很多年，裡面的晶片得一直買得到；有些很早以前設計的類比晶片，到現在還在做。

數位晶片為什麼一直追著縮小？

數位晶片的能力，大部分看兩件事：塞得下多少開關，開關切換得多快、多省電。所以每做小一代，它就直接變強：線寬更小，同一塊地方放得下更多開關。處理器、記憶體、AI 晶片最需要這個（摩爾定律是什麼？、新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？）。

	數位晶片	類比晶片
處理的訊號	只有 0 和 1	連續變化
常見的例子	處理器、記憶體	放大器、電源管理、收發無線訊號的電路
做小的好處	很大：更多、更快、更省電	不大，有時更難做
常用的製程	最新的幾代	成熟製程

一顆晶片裡，可以兩種都有嗎？

可以，這叫混合訊號（mixed-signal）。ADC 和 DAC 本身就是：一邊接類比，一邊是數字。

很多晶片都是這樣。家電、遙控器裡常見的微控制器，常常內建 ADC，直接讀溫度感測器的電壓；手機的 SoC 裡，除了負責算的幾塊，也有跟外面溝通、處理類比訊號的幾塊（SoC 是什麼？）。

放在一起有個麻煩：數位電路一直在開開關關，會產生雜訊，從晶片底下共用的矽傳過去。類比電路很敏感，得跟它隔開、加上保護，像在工地旁邊錄音，得先關好窗。

在 fab24hr 裡

fab24hr 的主線「晶片的一生」，跟著一顆虛構的助聽器晶片「螢火」走。助聽器是幫忙把聲音聽清楚的小機器。這一類的機器，一般要用麥克風收音、放大，轉成數字處理，再變回聲音送進耳朵；還要讓一顆小小的電池撐得久（助聽器常用鋅空氣電池）。遊戲沒有說螢火裡面分成哪幾塊，也沒有畫出這些轉換。

遊戲裡看得到的是這些：第 11 章「球掀起來了」，封裝線的線長淑惠姐告訴你，螢火裝的是 SiP 模組，一塊小底板上有晶片，還有幾顆電阻、電容（SiP 是什麼？）。終章第 13 章「交到他手上」，你是沈爸爸。女兒在門口講話，你看得到她的嘴在動，聲音很遠、很糊。放好電池，助聽器裡傳來一聲短短的提示音，女兒問：「爸，聽得到嗎？」後來太太在廚房說「吃飯了」，你隔著一道牆，聽見了。

按「進廠」、選「晶片的一生」，就能跟著螢火從研發線走到沈爸爸手上。遊戲裡的公司、晶片、人物都是虛構的；類比和數位晶片的部分，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。