第十章 模拟电路设计绪论.pptVIP

第一章 模拟电路设计绪论 模拟电路 电路中的电信号 ※ 由电路处理、产生或传输的变化的电学量 ※ 任何可检测的电压、电流或电荷值 模拟电路 ※ 处理的电信号是模拟信号 ※ 模拟信号是在一定连续时间范围内和一定连续幅度范围内具有确定意义的信号 数字电路 ※ 处理的电信号是数字信号 ※ 数字信号是在时间和幅度的某些离散点上有确定意义的信号 20世纪80年代初期，很多专家预言模拟电路即将消失。 ※ 数字信号处理算法的功能日益增强； ※ 集成IC技术的进步使这些算法可以在硅片上紧凑实现； ※ 模拟电路形式来实现的功能很容易在数字领域内完成。 事实上，现在对模拟电路设计人员需求很大。 尽管许多类型信号确实已转移到数字领域，但在现代许多复杂高性能系统中模拟电路是必不可少的。 为什么要研究模拟电路？ 现代电路系统不可或缺的一部分 ※ 数字电路的信号处理能力不断增强 ※ 再强大也无法完全取代模拟电路在电路系统中的角色 RF、ESD、ADC、DAC、PLL 应用实例 ※ 自然界信号的处理 ※ 数字通信 ※ 磁盘驱动电路 ※ 无限接收器 ※ 光接收器 ※ 传感器 ※ 微处理器和存储器 自然界信号的处理 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 （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 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 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 磁盘驱动电子学 存储数据 恢复数据 硬盘存储和读出后的数据 无线接收机 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。 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 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 为什么要学模拟CMOS集成电路设计？ 首先，MOSFET的特征尺寸越来越小，本征速度越来越快（已可与双极器件相比较），现在几GHz～几十GHz的CMOS模拟集成电路已经可批量生产。 SOC芯片中同时包含有大量的模拟、数字电路，由于CMOS以其低成本、低功耗已成为现代大规模数字集成电路设计及制造的首选，与数字集成电路技术兼容的CMOS模拟集成电路技术可降低SOC芯片的制造及封装成本。因此CMOS电路已成为当今SOC设计的主流制造技术。 CMOS技术的发展及展望 时间 1980 1983 1982 1989 1995 2001 2004 2010 L(μm ) 3.0 2.0 1.2 0.5 0.35 0.18 0.13 0.07 电源电压（V） L 模拟设计困难的原因是什么（1）？ 模拟设计涉及到在速度、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。 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。 高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。 模拟设计困难的原因是什么（2） ？ 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。