[工学]EDA考试 第五章 模拟电路.pdf

第五章 模拟集成电路 第一节 模拟电路基本单元 基本模块 5.1.1 概述 1. 研究模拟集成电路的重要性 由于存储器和微处理器市场的带 动，集成电路也广泛地采用了模拟设 计，用以满足使用分离电路不可能实 现的复杂性、速度和精度的要求。现 在，使用数以万计元件的模拟和数、 模混合集成电路设计的消费产品已是 司空见惯。20世纪60年代中期发明的 互补MOS（CMOS）器件引起了半导体工 业的一场革命。 2.CMOS模拟集成电路的发展与特点 20世纪80年代初期，许多专家预言 模拟电路即将消失。然而，在现代许多复 杂高性能系统中模拟电路从根本上已被证 明是必需的。在一些应用中不管数字技术 如何先进，模拟电路的作用都很难甚至不 可能被相应的数字电路所取代。 • 1.自然界信号的处理，自然界产 生的信号，至少在宏观上，是模 拟量。 • 2.数字通信，有不同系统产生的 二进制数据往往要传输很长的距 离。信号会衰减和失真，从而不 再象数字波形。 • 3.磁盘驱动电子学 • 4.无线电接收器，射频（RF）接 收器（例如传呼机）的天线接收 到的信号。 • 5.光接收器 • 6.传感器 • 7.微处理器和存储器 模拟电路设计过程中，存在很多 困难，如要对速度、功耗、增益、电 源电压等性能取折衷，高性能的模拟 电路很少能自动完成，通常每个元件 都需要“手工完成”，许多效应的仿真 和建模存在难题，迫使设计者利用经 验和直觉来分析仿真结果，半导体工 业技术的数字产品制造目标不容易被 模拟电路设计所利用。 实际中，这些参数中的大 多数都会互相牵制，这将导致 设计变成一个多维优化的问 题。折衷选择、互相制约对高 性能放大器的设计提出了许多 难题，要靠直觉和经验才能得 到一个较佳的折衷方案。 5.1.2 基本模块和基本单元 一.放大器 1.单级放大器 • 1）共源级 • 输入阻抗在 低频时非常 高 • 输出阻抗低 • 放大倍数大 2）源跟随器（共漏） 对共源级的分析中，在一定范 围的电源电压下，要获得更高的电 压增益，负载阻抗必须尽可能大。 如果这种电路驱动一个低阻抗负 载，为了使信号电平的损失小到可 以忽略不计，就必须在放大器后面 放置一个“缓冲器”。源跟随器（也 叫做共漏级放大器）就可以起到一 个电压缓冲器的作用。 源跟随器的电压增益略小 于1。高的输入阻抗和中等的 输出阻抗，以非线性和电压 余度的减小的两个缺点为代 价。会引入明显的噪声。 3）共栅级 • 输入阻抗小 • 增益略高 •4）共源共栅 •5）折叠式共源共栅 2.差分放大器 3.运算放大器 （高增益的差动放大 器） •理想运放 1 5 • 通常增益范围在10 -10 • 非常高的电压增益 • 非常高的输入阻抗 • 非常低的输出阻抗 • 必须以牺牲其它性能为代价，如 速度、输出摆幅和功耗 • 所以涉及重要各个参数折衷考虑 参数: • 增益、小信号带宽、大信 号带 宽、输出摆幅、线性、噪声和失 调、电源抑制 二、电流镜 三.振荡器 产生周期性的，通常是 电压形式的输出，同时电路 持续不断的输出时并不存在 输入。 –环形振荡器 –LC振荡器 –压控振荡器 四.锁相环 • 输出相位和输入相位相比较的 反馈系统 • 组成：