微电子与集成电路设计

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1、CMOS模拟集成电路分析与设计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线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自然界信号是模拟量声音、光、震动等速度、精度、功耗信号处理信号太小时需要先放大滤除信号频带外的干扰探测器输出数字通信电缆数据传输长距离、高速时有限带宽，大衰减，不适于高速远距离传输解决办法？信号衰减、失真数字通信

2、用下图示接收电路磁盘驱动电路磁盘数据读取磁性信号数据——磁头——电信号数据读取方法：放大——滤波——数字化幅度仅几mV；有较大噪声和失真无线接收器RF接收器天线接收的信号幅度仅几V，有很大干扰信号，中心频率1GHz以上对接收电路要求放大小信号，极低噪声抑制干扰信号高频工作功耗，成本等光接收器光纤数据传输极高带宽，很低损耗，适用于高速、远距离传输电信号数据——光信号数据——电信号数据（小电流）接收电路要低噪宽带，以高速检出小信号10~40Gb/s传感器信号的处理电路传感器系统遍布生活各角落力（加速度

3、计），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）等探测器信号的处理电路放大、滤波、ADC、DSP、数据传输等传感器信号的处理电路加速度计探测器信号处理电路检测该电容绝对值的变化量1％的改变量，高精度信号检出电路很难设计检测两个电容的差值降低信号检出电路的设计难度微处理器和存储器微处理器典型的数字电路高端CPU的设计离不开资深AIC设计师的参与寄生电容/电阻/电感、封装等对电路性能指标（速度等）的影响高速数据线、时钟线的时序正确必须把很多数字信号当作模

4、拟信号来考虑、处理存储器存储单元、灵敏放大器等都必须由AIC设计师设计。高速、大规模存储器更是如此模拟电路的重要性自然界中几乎所有的物理量在时间和强度上均具有“连续”的特性，都属于模拟量；被处理的物理量在进行数字处理之前，需要进行放大、预滤波、采样和离散化处理，将模拟信号数字化；经过数字处理后的数字信号需要还原成模拟信号，并且经过进一步放大才能成为能够被人接受的形式；模拟电路的重要性在宽带、高频信号（光信号、射频信号等)的处理中，数字化的难度极大，仍然需要采用模拟信号的处理方法（低噪声放大、模拟滤波

5、等）；工作频率很高的数字电路的设计，必须象模拟电路一样考虑电路分布参数的影响，设计方法与设计原则与模拟电路的设计一致；数模混合的片上系统（SOC）的大量出现；典型的信号处理系统的构成框图模拟电路的重要性结论模拟电路是现代电路系统中必不可少的一部分数字电路无法完全取代模拟电路电子产业需要大量优秀的模拟电路设计师集成和分立模拟电路的区别模拟电路的实现方式在PCB板上，用分离元件搭建电路系统在一个衬底上加工出各类基本元件并实现元件间的互连，构成整个电路系统——AIC集成度在逐年增加，特征尺寸逐年下降（Mo

6、ore定律），能集成的电路规模在增大集成和分立模拟电路的区别•器件制备在同一衬底上–器件具有相似的性能参数，易于匹配。–器件参数由几何尺寸决定。•器件的品种和参数的限制–无源器件的面积大、参数的范围小、精度差。–MOS工艺中的Bipolar晶体管的品种少、性能差。•采用计算机仿真验证–无法用电路试验板验证。–计算机验证的直观性差，受仿真方法和器件参数的影响大模拟电路为什么要走向IC？AIC的优点高集成度高速度高精度低功耗大批量时成本低什么是模拟集成电路设计？模拟集成电路设计是IC技术与功能或应用的结

7、合的成功解决方案特定模拟电路、或系统的功能和性能合适的集成电路工艺成功的设计结果模拟集成电路设计的特点21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。模拟集成电路设计步骤电路设计物理版图设计根据工艺版图设计规则设计器件、器件之间的互联、电源和时钟线的分布、与外部的连接电路测试电路制备后对电路功能和性能参数的测试验证。模拟集成电路设计流程电路设计物理设计制作测试

8、和生产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尺寸固定定制标准CAD工具难以适用成熟的CAD设计工具需要精确建模时序模型即可性能需要优化利用软件可编程模块非通用模块通用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模拟信号和数字信号模拟电路设计的难点在哪里？设计关注点多：包括速度、功耗、增益、精度、电源电压等；数字