模拟集成电路原理与设计,刘海涛,重庆大学,htliu@,模拟集成电路设计,课程目的： 使学生掌握CMOS技术实现模拟集成电路设计,方法途经： 1. 拓展技术背景和建摸知识2. 介绍模拟集成电路分层次设计方式3. 强调概念的理解和分析方法4. 说明设计中模拟器的正确使用5. 应用工具设计模拟集成电路,模拟集成电路设计,2009.5,使用教材：,参考书： 《模拟CMOS集成电路设计》 拉扎维 编著 《模拟集成电路分析与设计》 P.R.GRAY编著,模拟集成电路设计,组织结构：,模拟集成电路设计,内容安排：,总学时 28+8 第1章： 绪论 2学时 第2章： CMOS技术 4学时 第3章： CMOS器件模型 4学时 第4章： 模拟CMOS子电路 6学时 第5章： CMOS放大器 6学时 第6章： CMOS运算放大器 4学时 第7章： 高性能CMOS运算放大器* 2学时 第8章： 比较器* 2学时总复习 2学时实验 8学时,模拟集成电路设计,成绩评定：,100分制 期末： 70 % 平时: 30% (课堂、作业、实验）,1,模拟集成电路设计,第1章,提纲： 1.1 模拟集成电路设计1.2 模拟信号处理1.3 字符、符号和术语1.4 小结,第1章：绪论,2,模拟集成电路设计,第1章-第1节,§1-1: 模拟集成电路设计,,3,模拟集成电路设计,一、什么是模拟集成电路设计？,二、模拟集成电路设计的特点● 几何尺寸是设计的重要部分；● 通常涉及一个模-数混合电路；● 模拟占20%数字占80%的芯片面积；● 模拟需要80 %的设计时间；● 模拟设计主要在电路级；● 成功的设计: 2/3取决于模拟,1/3取决于数字。
§1-1:模拟集成电路设计,模拟集成电路设计是成功的执行模拟电路和系统采用集成电路技术模拟集成电路设计是IC技术与功能或应用的结合的成功解决方案,4,模拟集成电路设计,三、 模 拟 集 成 电 路 设 计 流 程,§1-1:模拟集成电路设计,,,电路设计,,,,,,,物理设计,,,,制作,,,测试和生产,5,模拟集成电路设计,§1-1:模拟集成电路设计,● 电气部分,● 物理部分实施物理设计包括:晶体管和无源元件上述两者的连接总线的电源和时钟分配外部连接,● 测试部分设计和执行制作后的电路实验验证,6,模拟集成电路设计,§1-1:模拟集成电路设计,四、 模 拟 与 数 字 电 路 的 比 较,,,模拟电路,数字电路,信号在振幅上连续，时间上连续或离散,信号在振幅和时间上不连续， 二进制信号有两个状态设计在电路级水平,设计在系统级水平,元件必须有连续的值,元件有固定的值,定制,标准,CAD工具难以适用,CAD工具极其成功,需要精确建模,时序模型即可,性能优化,利用软件可编程,不规则块,规则块,很难自动布线,易于自动布线,电源、噪音和线性度使动态范围受限,动态范围不受限,7,模拟集成电路设计,§1-1:模拟集成电路设计,8,模拟集成电路设计,五、模拟集成电路设计所需技能,§1-1:模拟集成电路设计,一般情况下，模拟电路比数字电路复杂得多；需要同时掌握多个概念的能力；必须能够作出适当的简化和假设；需要同时掌握好建模和技术；拥有广泛的技能——面宽；能够正确使用模拟仿真。
9,模拟集成电路设计,第1章-第2节,§1-2: 模拟信号处理,,10,模拟集成电路设计,一、信号带宽与应用,§1-2:模拟信号处理,11,模拟集成电路设计,二、信号带宽与技术,§1-2:模拟信号处理,12,模拟集成电路设计,三、成熟的模拟集成电路设计,§1-2:模拟信号处理,1.已经建立的应用领域数-模拟、模-数转换；磁盘驱动控制；调制解调器-滤波器；模拟锁相环；DC-DC 转换编码器 . . . 2.关于模拟电路的观点“如果通过数字化能做到节约，不要使用模拟” 因此：模拟只是在速度、面积或电源比数字化更具有优势的地方采用,13,模拟集成电路设计,四、鸡蛋模型,§1-2:模拟信号处理,数字电路 _蛋黄 模拟电路 _蛋壳 A/D、D/A _蛋清,14,模拟集成电路设计,五、VLSI中模拟信号处理与数字信号处理,§1-2:模拟信号处理,关键问题:数摸混合是实际应用的需要不受微缩驱动受系统要求的驱动：可编程/适应性/可测性/可设计性,15,模拟集成电路设计,六、模拟集成电路应用领域,§1-2:模拟信号处理,1.两个主要领域 补偿-性能导向(速度、精度、能源、面积）传统模拟集成电路和系统设计认知-功能导向(适应性强、大规模并行）生物系统带来新的增长领域,2.模拟VLSI结合模拟电路与VLSI的原则模拟电路与生物系统之间有许多相似可量测性、非线性、适应性神经系统的模拟VLSI利用生物系统激励电路设计，如智能传感器和成像仪智能自治系统自引导载体（火星着陆器）在危险环境的工业清理感觉反馈传感器输入，马达输出的自载系统,16,模拟集成电路设计,七、什么是未来的模拟集成电路设计？,§1-2:模拟信号处理,,技术需要更多的创造性电路解决方案，以实现理想性能 模拟电路将继续是VLSI数字系统的一个大的组成部分 干扰和噪音将变得更加严重，芯片的复杂性增加 封装将是一个重要的问题，并提供一些有趣的解决方案 模拟电路将永远是在技术性能的最尖端 模拟设计师还必须同是电路和系统设计师，必须熟悉：技术和建模模拟电路设计VLSI数字化设计系统概念的应用 将不会有显著不同的新技术-创新将是新的应用程序与现有的或改进的技术结合 半定制方法将随着CAD工具演变，它将允许： 设计捕获和重新使用 快速提取模型参数新技术 测试设计 简单模拟电路的自动化设计和布局,17,模拟集成电路设计,第1章-第3节,§1-3: 字符、符号和术语,,18,模拟集成电路设计,一、各种信号的符号定义,§1-3:字符、符号和术语,,19,模拟集成电路设计,二、 MOS晶体管符号,§1-3:字符、符号和术语,,20,模拟集成电路设计,三、 其它图符,§1-3:字符、符号和术语,,21,模拟集成电路设计,§1-4:小结,模拟集成电路设计是IC技术与功能或应用的结合的成功解决方案 模拟集成电路设计包括三个主要步骤：电气设计_电路拓扑、沟道宽长比、直流电流源物理设计_ 布局测试设计_ 测试 模拟设计者必须是灵活且有技能的人才，能了解复杂问题并使问题简化 模拟集成电路设计是靠改进技术推进，而不是新技术 模拟集成电路设计已经成熟并相对稳定 一般的观点是：“如果通过数字化能做到经济节约，不要使用模拟” 因此，模拟只是在速度、面积或电源比数字化更具有优势的地方采用 深亚微米技术向模拟设计师的创造力提出了严峻挑战,小 结,。