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劳牵虞
2 years ago
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1 Ch. 1 # 1 第一章模拟电路设计绪论授课教师 : 鲁文高 wglu@ime.pku.edu.cn 2007 年 3 月 3 日

2 Ch. 1 # 2 评分标准作业 : 40 % 希望能够认真做期末 : 60 % 与作业题相关

3 Ch. 1 # 3 教材教材模拟 CMOS 集成电路设计, 陈贵灿等译, 西安交通大学出版社, 2003 年 Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Behzad Razavi 著, 清华大学出版社 ( 影印版 ), 2005 年为什么选它做教材? 只讲 CMOS 反映了最新 10 年的技术进展状况国外名校采用率高

4 参考书 Analysis and Design of Analog Integrated C ircuits ( Fourth Edition ), Paul R.Gray 等, 高教出版社 ( 影印版 ), 2003 CMOS Analog Circuits Design ( Second Edition ), Philip E.Allen 等, 电子工业出版社 ( 影印版 ), 2002 CMOS 电路设计布局和仿真 ( 中译本 ), 陈中建主译, 机械工业出版社, Ch. 1 # 4

5 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 5

6 模拟电路的重要性现代电路系统中许多类型的信号处理转移到数字领域很多应用中模拟电路不可替代自然界信号处理 ( ADC ) 数字通讯磁盘驱动电路无线接收器 ( RF ) 光接收器传感器微处理器和存储器 Ch. 1 # 6

7 自然界信号 : 声音光震动测器输出前置放大器滤波器 Ch. 1 # 7

8 Ch. 1 # 8 数字通讯 ( 1 ) 要求 : 高速长距离传输问题 : 信号衰减失真

9 Ch. 1 # 9 数字通讯 ( 2 ) 解决方案 : 多电平传输降低了发送和接收电路的带宽要求发送端 DAC, 接收端 ADC

10 Ch. 1 # 10 磁盘驱动电路磁盘数据 : 通过磁头转成电信号进一步处理 : 放大滤波数字化挑战 : 高速 ( 500Mb/s ) 幅度仅几 mv ; 有较大噪声和失真

11 Ch. 1 # 11 无线接收器 RF 接收器天线上的信号 : 幅度 : 仅几 V, 有很大干扰信号中心频率 : 1GHz 以上干扰信号期望信号

12 Ch. 1 # 12 光接收器电缆 : 带宽有限光纤 : 发射端 : 激光二极管 ( 电流 to 光 ) 接收端 : 光电二极管 ( 光 to 电流 )

13 Ch. 1 # 13 传感器 ( 1 ) 传感对象力 ( 加速度计陀螺仪 ) 热 ( 电子温度计 ) 声 ( 麦克风超声系统 ) 光 ( 数码相机 ) 磁 ( 磁头 ) 高能粒子 ( 安检 X 光机 ) 等

14 传感器 ( 2 ) 加速度计探测器信号处理电路 ( a ) 检测该电容绝对值的变化量高精度信号检出电路很难设计 ( b ) 检测两个电容的差值降低信号检出电路的设计难度 Ch. 1 # 14

15 微处理器与存储器典型的数字电路时钟分布时序安排 : 类似模拟波形 PLL ESD 等模拟集成电路单元必不可少高速数字电路设计实际是模拟电路设计 Ch. 1 # 15

16 Ch. 1 # 16 模拟电路设计面临的挑战关注指标多脆弱, 易被干扰受器件工艺参数影响大设计自动化程度低建模和仿真难度大大部分加工工艺针对数字电路优化数模混合电路中数字信号的干扰

17 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 17

18 模拟电路走向集成电路的必然性模拟电路的实现方式 PCB 集成电路模拟集成电路的优点高集成度高速度高精度低功耗大批量时成本低 Ch. 1 # 18

19 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 19

20 模拟集成电路的实现方法基于 Si 材料双极工艺核心元件为 NPN PNP 晶体管 MOS 工艺核心元件为 NMOS PMOS 晶体管体硅工艺 SOI 工艺等基于其他材料 GaAs ( 极高迁移率, 超高速 ) 锗等 Ch. 1 # 20

21 CMOS 技术的发展 MOSFET : 金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管 1930 年发明, 早于双极型晶体管上世纪 60 年代初, 实用化 : N 型 MOSFET CMOS 技术发明于上世纪 60 年代中期特点 : 低功耗高集成度制造成本低首先用于数字集成电路紧接着 CMOS 技术应用于模拟电路设计 Ch. 1 # 21

22 Ch. 1 # 22 使用 CMOS 技术实现模拟集成电路的优点输入阻抗大加工成本低低功耗, 易实现数模混合信号电路高速 ( 器件尺寸不断缩小 ) 设计自由度大

23 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 23

24 Ch. 1 # 24 抽象级别 ( 1 ) 抽象从不同高度 ( 角度 ) 观察同一个事物为什么要抽象? 我们关心的对象或感兴趣的程度是变化的把复杂度控制在一定范围内抽象级别器件级晶体管级 ( 电路级 ) 结构级系统级模拟 IC 设计师应能在不同抽象级间自由切换

25 抽象级别 ( 2 ) Ch. 1 # 25

26 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 26

27 Ch. 1 # 27 健壮性 ( 鲁棒 ) 设计电路性能会随工艺 ( Process ) 电源电压 ( Voltage ) 温度 ( Temperature ) 变化而改变 PVT 健壮性设计对 PVT 变化敏感度低

28 本讲内容模拟电路的重要性数字电路 VS 模拟电路模拟集成电路的重要性分立电路 VS 集成电路 CMOS 模拟集成电路的重要性 CMOS VS 其它工艺电路设计的一般概念抽象级别健壮性 ( 鲁棒 ) 设计符号约定 Ch. 1 # 28

29 Ch. 1 # 29 符号信号直流偏置信号交流小信号总信号 = 直流偏置 + 交流小信号教材上一般用大写字母表示信号量根据上下文很容易判断出它属于哪一类信号

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