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1、模拟集成电路设计绪论Chap1 # 1,第一章 模拟集成电路设计绪论,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 2,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 3,Why Analog ? (1),（电子）信号 任何可以检测的电压、电流或电荷。信号用来传送信息（状态或行为） 模拟信号 连续可变的信号，如人的语音、音乐和电视图像等信号。 数字信号 离散的信号（量化到分散的值）。,时间上和幅度上,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 4,W
2、hy Analog ? (2),数字信号处理的优点（vs. Analog） 稳健性（Robustness）。对工艺、电源电压、温度变化和干扰、老化等不敏感。 可编程性（ Programmability ）。DSP算法 灵活性（Flexibility）。如数字域滤波：FIR滤波器、IIR滤波器,为什么我们需要进行模拟信号处理（模拟IC设计）呢？,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 5,Why Analog ? (3),The real world is analog! 鸡蛋模型 （Eggshell Analogy） 加州大学伯克利分校 Paul. R. Gray教授1986年 提出（ UC Be
3、rkeley）,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 6,自然界信号的处理,（a）自然界信号的数字化 （ b）增加放大器和滤波器以提高灵敏度,高速、高精度、低功耗ADC的设计是模拟电路设计中的难题之一,高性能放大器和滤波器设计也是热点研究课题,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 7,数字通信,数字信号通过有损电缆的衰减和失真,失真信号需放大、滤波和数字化后才再处理,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 8,数字通信,使用多电平信号以减小所需的带宽,10,11,01,00,1,0,组合二进制数据,多电平信号,确定所传送电平,DAC,ADC,传送端,接收端,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 9,磁盘
4、驱动电子学,存储数据,恢复数据,硬盘存储和读出后的数据,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 10,无线接受机,无线接收天线接收到的信号(幅度只有几微伏)和噪声频谱,接收机放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害成分。,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 11,3G手持终端接收信号图,中心频率处接收信号功率为-115.8 dBm(约为2.63e-15 W)， 对于50欧姆系统，其信号电平约为0.36 uV。 信号非常之小！,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 12,光接收机,光纤系统,转换为一个小电流,高速电流处理器,激光二极管,光敏二极管,模拟集成电路设计绪论Chap1 #
5、 13,传感器,(a) 简单的加速度表,(b) 差动加速度表,汽车触发气囊的加速度检测原理图,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 14,微处理器和存储器,3GHz的CPU DDR2 333MHz：5.4GB/s DDR2 400MHz：6.4GB/s 高速信号电路设计实际就是模拟电路的设计,数字/时钟分布和时序问题 互联线效应（如延迟） 各种寄生等,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 15,Why Analog ? (4),我们需要 模/数转换（ADC, Aanlog-to-Digital Converters） 数/模转换（DAC, Digital-to-Aanlog Converters）
6、 模拟预处理（ADC之前） 模拟后处理（DAC之后） 如放大、滤波等,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 16,Why Analog ? (5),放大、滤波 及其他处理,放大、滤波 及其他处理,物理世界,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 17,模拟信号处理vs.数字信号处理,现在：,将来：,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 18,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 19,模拟设计困难的原因是什么？(1),模拟设计涉及
7、到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种因素间进行折衷，而数字电路只需在速度和功耗之间折衷。,八边形法则,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 20,模拟设计困难的原因是什么？(3),模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要敏感得多。 器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重得多。 如Mosfet的体效应、沟道长度调制效应等等 高性能模拟电路的设计很少能自动完成（手工设计），而许多数字电路都是自动综合和布局的。,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 21,模拟设计困难的原因是什么？(3),模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在问题，模拟设计需要设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。 现代集成
8、电路制造的主流技术是为数字电路开发的，它不易被模拟电路设计所利用（如特征尺寸减小导致器件迁移率下降、沟道调制效应增大；电源电压的下降使以前的一些电路设计技术受到限制等），为了设计高性能的模拟电路，需不停开发新的电路和结构。,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 22,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 23,Why Integrated ?,低成本 小体积,集成电路原理,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 24,目录,Wh
9、y Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 25,Why CMOS ? (1),硅工艺,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 26,Why CMOS ? (2),低功耗 高集成 高密度（按比例缩小） 高兼容性（数字和模拟） 低制造成本 Si材料 按比例缩小 速度,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 27,Why CMOS ? (3),摩尔定律（Moore law）,芯片复杂度每 18个月翻一番！,32nm CPU, Intel,模拟集成电路
10、设计绪论Chap1 # 28,CPU的晶体管数,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 29,Why CMOS ? (4),CMOS已成为混合信号集成电路设计的主流工艺！,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 30,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 31,分析 vs. 设计,分析：从已知电路特性，解唯一 设计：从指标电路，解不唯一(创新性),模拟集成电路设计绪论Chap1 # 32,模拟IC设计,模拟集成电路设计绪论Chap
11、1 # 33,模拟IC与数字IC的比较(1),数字电路 成本/功能以每年29%的速度下降 摩尔定律 模拟电路 成本/功能基本保持不变 电压下降严重影响其性能,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 34,模拟IC与数字IC的比较(2),模拟集成电路设计绪论Chap1 # 35,AIC设计的独特特征,版图是设计的一个重要部分 电学设计版图设计测试 经常是混合信号的模数电路 模拟占20%的面积，而数字占80%的芯片面积 模拟占80%的设计时间 模拟是在电路级进行设计 模拟电路的成本/功能基本是常数 成功的流片：模拟23次，数字1次,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 36,目录,Why Analog
12、? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 37,模拟IC的设计流程：,电学设计,物理设计,测试和产品开发,制 造,(前端设计),(后端设计),模拟集成电路设计绪论Chap1 # 38,后端设计流程,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 39,版图设计书籍,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 40,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一
13、般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 41,一般概念 (1),抽象级别,我们的方法： 从器件物理 更复杂电路拓扑,结构级,器件级,晶体管级,系统级,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 42,一般概念 (2),鲁棒性电路设计（Robust） 器件和电路参数随PVT变化 工艺（Process） 电源电压（Voltage） 温度（Temperature） e.g. V from 2.7V to 3V T from 0 to 70,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 43,一般概念 (3),符号 ：总瞬态电流； ：偏置电流； ：小信号波动电流（小信号分析）； ：复数电流（小信号频率分析）；
14、,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 44,一般概念(4),戴维南定理和诺顿定理 任何一个线性有源二端网络，对外电路说，总可以用一个电压源与电阻相串联的支路代替。电压源电压等于有源二端网络的开路电压Vs，其电阻等于该网络中所有独立电压源短路、独立电流源开路时的入端等效电阻Rs。 任何一个线性有源二端网络，对外电路说，总可以用一个电流源与电阻相并联的支路代替。电流源电流等于有源二端网络的短路电流Is, 其电阻等于该网络中所有独立电压源短路、独立电流源开路时的入端等效电阻Rs。,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 45,一般概念(5),小信号输入阻抗计算 在输入端加Vtst，作小信号电路等效 计算
15、itst Zin=Vtst/itst,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 46,一般概念(6),小信号输出阻抗计算 令vin=0 或 iin=0 在输出端加Vtst，作小信号电路等效 计算itst Zout=Vtst/itst,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 47,目录,Why Analog ? 模拟设计的挑战 Why Integrated ? Why CMOS ? 模拟IC设计（vs. 数字IC设计） 模拟IC设计流程 一般概念 实例,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 48,电压基准源电路图,增加了RC网络改善基准电压的性能,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 49,电压基准源的版图（Layout）,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 50,好的模拟IC设计，需要:,工程师的直觉（Intuition） 数学家的严密（Rigor） 艺术家的创新（Creativity）,让我们一起努力！,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 51,下次课,预习： MOS器件物理基础,模拟集成电路设计绪论Chap1 # 52,Reference,本课件基于Razavi UCLA模拟CMOS集成电路设计一书，并参考了重邮光电工程学院和华中科技大学邹志革教授课件中的内容，在此表示感谢！ 其它有涉及的内容未一一注明。 本课件仅供教学学习之用！,
