模擬集成電路設(shè)計(jì)方案精粹

1、模擬集成電路設(shè)計(jì)精粹模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集 成在一起用來(lái)處理模擬信號(hào)的集成電路。 有許多的模擬集成電路，如 運(yùn)算放大器、模擬乘法器、鎖相環(huán)、電源管理芯片等。模擬集成電路 的主要構(gòu)成電路有：放大器、濾波器、反饋電路、基準(zhǔn)源電路、開(kāi)關(guān) 電容電路等。模擬集成電路設(shè)計(jì)主要是通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師進(jìn)行手動(dòng) 的電路調(diào)試，模擬而得到，與此相對(duì)應(yīng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大部分是 通過(guò)使用硬件描述語(yǔ)言在 EDA軟件的控制下自動(dòng)的綜合產(chǎn)生。模擬集成電路被廣泛地應(yīng)用在各種視聽(tīng)設(shè)備中。收錄機(jī)、電視 機(jī)、音響設(shè)備等，即使冠上了”數(shù)碼設(shè)備”的好名聲，卻也離不開(kāi)模 擬集成電路。實(shí)際上，模擬集成電路

2、在應(yīng)用上比數(shù)字集成電路復(fù)雜些。 每個(gè) 數(shù)字集成電路只要元器件良好，一般都能按預(yù)定的功能工作，即使電 路工作不正常，檢修起來(lái)也比較方便，1是1, 0是0,不含糊。模擬 集成電路就不一樣了， 一般需要一定數(shù)量的外圍元件配合它工作。 那 么，既然是”集成電路”，為什么不把外圍元件都做進(jìn)去呢？這是因?yàn)榧呻娐分谱鞴に嚿系南拗?，也是為了讓集成電路更多地適應(yīng)于不 同的應(yīng)用電路。對(duì)于模擬集成電路的參數(shù)、在線(xiàn)各管腳電壓，家電維修人員是 很關(guān)注的，它們就是憑借這些判斷故障的。對(duì)業(yè)余電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)， 只要掌握常用的集成電路是做什么用的就行了， 要用時(shí)去查找相關(guān)的 資料。我從研究生開(kāi)始接觸模擬集成電路到現(xiàn)在有四年了

3、，有讀過(guò)“模擬芯片設(shè)計(jì)的四重境界”這篇文章， 我現(xiàn)在應(yīng)該處于菜鳥(niǎo)的境界。模 擬電路設(shè)計(jì)和數(shù)字電路設(shè)計(jì)是有很大區(qū)別的， 最基本的是模擬電路處 理的是模擬信號(hào)，數(shù)字電路處理的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)在時(shí)間和值上 是連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和值上是離散的，基于這個(gè)特點(diǎn)，模擬電 路設(shè)計(jì)在某些程度上比數(shù)字電路設(shè)計(jì)困難。 模擬電路設(shè)計(jì)困難的具體 原因如下：1模擬設(shè)計(jì)需要在速度、功耗、增益、精度、電源電壓、噪聲、面積等多種因素間進(jìn)行折中，而數(shù)字設(shè)計(jì)只需在功耗、速度和面積三 個(gè)因素間進(jìn)行平衡。2模擬電路對(duì)噪聲、串?dāng)_和其他干擾比數(shù)字電路敏感得多。3. 隨著工藝尺寸的不斷減小，電源電壓的降低和器件的二級(jí) 效應(yīng)對(duì)模擬電路比

4、數(shù)字電路的影響嚴(yán)重得多， 給模擬設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的 挑戰(zhàn)。4. 版圖對(duì)于模擬電路的影響遠(yuǎn)大于數(shù)字電路，同樣的線(xiàn)路差的版圖會(huì)導(dǎo)致芯片無(wú)法工作。我的模擬集成電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)之路是從拉扎維的模擬 CMO集成 電路設(shè)計(jì)這本書(shū)開(kāi)始，這本書(shū)在現(xiàn)在工作中還是會(huì)去查看， 是模擬集 成電路設(shè)計(jì)的經(jīng)典教材之一。我首先想談的就是關(guān)于模擬電路設(shè)計(jì)的相關(guān)課程和教材建議。模擬電路設(shè)計(jì)跟做其他事情一樣，首先要學(xué)會(huì) 一些基本的準(zhǔn)則、方法和知識(shí)點(diǎn)，而經(jīng)典的模擬電路設(shè)計(jì)教材就是這 些東西的融合體，razavi 的 design of analog CMOS integrated circuits ， sansen 的 analog de

5、sign essentials， allen 的 CMOSAnalog Circuit Design ， paul gray 的 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits 以及 baker 的 CMOS Circuit Design ， Layout， and Simulation都是模擬電路設(shè)計(jì)經(jīng)典的教材，是即使已經(jīng)工作了都需要經(jīng)常閱讀的書(shū)籍。razavi的design of analog CMOS in tegrated circuits非常適合入門(mén)學(xué)習(xí)，至于其他幾本教材的學(xué)習(xí)順序則根據(jù)自己的情況自行決定。我覺(jué)得閱讀教材是在作者的幫

6、助下 分析電路，而做課后習(xí)題則是在鍛煉自己獨(dú)立分析電路和設(shè)計(jì)電路的 能力，將書(shū)里的每個(gè)電路每個(gè)公式每個(gè)習(xí)題都自己分析推導(dǎo)一遍是非 常有必要的，對(duì)掌握單級(jí)放大器、電流鏡，帶隙基準(zhǔn)。軌到軌輸入， class AB運(yùn)放。比較器等基本電路具有很大的幫助，可以為以后的 發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。信號(hào)與系統(tǒng)和matlab是本科時(shí)期必須學(xué)好的技能，在研究生的學(xué)習(xí)以及以后的工作時(shí)經(jīng)常用到。模擬電路設(shè)計(jì)重在學(xué)習(xí)和累積經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)模擬電路設(shè)計(jì)首先要從分析模擬電路開(kāi)始，模擬電路分析應(yīng)遵循以下步驟：首先確定分析的目的，明確電路 的問(wèn)題；其次，將復(fù)雜電路分解成你熟識(shí)的基本電路模塊；第三，禾U 用基本電路模塊的模型給系統(tǒng)建模；第四

7、，對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行手工計(jì)算； 第五，用仿真驗(yàn)證手工計(jì)算結(jié)果，如若不一致，則必須仔細(xì)查找其原 因，而不能盲目的相信仿真結(jié)果。另外，在做電路設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意電路中的信號(hào)流，包括電源。 地。時(shí)鐘。輸入信號(hào)到輸出信號(hào)的通路等關(guān)鍵通路，清楚了解整個(gè)系 統(tǒng)的關(guān)鍵信號(hào)流，能更快找出電路中的問(wèn)題，有效減少電路時(shí)的bug和縮短debug所用的時(shí)間。例如，在圖1所示的密勒電容補(bǔ)償電路中， A點(diǎn)的信號(hào)到達(dá)B點(diǎn)有兩種方式，一種是信號(hào)流1通過(guò)電容饋通到B 點(diǎn)，一種是信號(hào)流2通過(guò)MOS管到達(dá)B點(diǎn)。信號(hào)流1中的A點(diǎn)和B點(diǎn) 極性相同，信號(hào)流2中的A點(diǎn)和B點(diǎn)極性相反，所以由A到B的傳輸 函數(shù)有一個(gè)右半平面的零點(diǎn)。右半平面的零點(diǎn)

8、減少了系統(tǒng)環(huán)路的相位 裕度，會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后可以及時(shí)將其彌 補(bǔ)，以免芯片無(wú)法正常工作，降低產(chǎn)品研發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。前文中提到模擬電路的版圖設(shè)計(jì)不光關(guān)系到芯片的性能和面積，還會(huì)影響芯片的功能，使芯片完全失效，因此我還想談下模擬電路設(shè)計(jì) 中的版圖設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在SOC已成為芯片設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)，將模擬電路與 數(shù)字電路集成在一塊芯片上，這將模擬電路的版圖設(shè)計(jì)提高到一個(gè)新 的難度。模擬電路版圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是匹配；二是電源、地 和關(guān)鍵信號(hào)的走線(xiàn)。有些前輩說(shuō)模擬集成電路做的就是匹配，在高性 能模擬集成電路中更是如此，匹配是降低 ofset、降低非線(xiàn)性失真、 提高共模抑制比和電源抑制比。減小工藝溫度和電源電壓對(duì)芯片性能影響的重要措施，比如bandgap電路的兩個(gè)bipolar管子之比通常 是1:8，這就是為了版圖設(shè)計(jì)時(shí)更好地匹配。電源。地以及關(guān)鍵信號(hào) 的走線(xiàn)設(shè)計(jì)主要是為了降低數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾以及模擬電 路中的敏感模塊受模擬電路其他模塊干擾。 具體的學(xué)習(xí)方法是首先學(xué) 習(xí)模擬版圖的藝術(shù)這本書(shū)，掌握基本的模擬版圖設(shè)計(jì)規(guī)則，更深層次 的學(xué)習(xí)只能依靠在學(xué)習(xí)和工作中累積經(jīng)