[工学]chap1_cmos模拟集成电路设计概论

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1、第一章模拟集成电路设计绪论1目录WhyAnalog?模拟设计的挑战WhyIntegrated?WhyCMOS?模拟IC设计（vs.数字IC设计）模拟IC设计流程一般概念实例2WhyAnalog?(1)（电子）信号任何可以检测的电压、电流或电荷。信号用来传送信息（状态或行为）模拟信号连续可变的信号，如人的语音、音乐和电视图像等信号。数字信号离散的信号（量化到分散的值）。时间上和幅度上3WhyAnalog?(2)数字信号处理的优点（vs.Analog）稳健性（Robustness）。对工艺、电源电压、温度变化和干扰、老化等不敏感。可编程性（Programmabil

2、ity）。DSP算法灵活性（Flexibility）。如数字域滤波：FIR滤波器、IIR滤波器为什么我们需要进行模拟信号处理（模拟IC设计）呢？4WhyAnalog?(3)Therealworldisanalog!!!鸡蛋模型（EggshellAnalogy）加州大学伯克利分校Paul.R.Gray教授1986年提出（UCBerkeley）5自然界信号的处理（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6数字通信数字信号通过有损电缆的衰减和失真失真信

3、号需放大、滤波和数字化后才再处理7数字通信使用多电平信号以减小所需的带宽1011010010组合二进制数据多电平信号确定所传送电平DACADC传送端接收端8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9无线接受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。103G手持终端接收信号图中心频率处接收信号功率为-115.8dBm(约为2.63e-15W)，对于50欧姆系统，其信号电平约为0.36uV。信号非常之小！11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

4、极管12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13微处理器和存储器3GHz的CPUDDR2333MHz：5.4GB/sDDR2400MHz：6.4GB/s高速信号电路设计实际就是模拟电路的设计数字/时钟分布和时序问题互联线效应（如延迟）各种寄生等14WhyAnalog?(4)我们需要模/数转换（ADC,Aanlog-to-DigitalConverters）数/模转换（DAC,Digital-to-AanlogConverters）模拟预处理（ADC之前）模拟后处理（DAC之后）如放大、滤波等15WhyAnalog?(5)放

5、大、滤波及其他处理放大、滤波及其他处理物理世界16模拟信号处理vs.数字信号处理现在：将来：17目录WhyAnalog?模拟设计的挑战WhyIntegrated?WhyCMOS?模拟IC设计（vs.数字IC设计）模拟IC设计流程一般概念实例18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。八边形法则19模拟设计困难的原因是什么？(3)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。如Mosfet的体效应、沟道长度调

6、制效应等等高性能模拟电路的设计很少能自动完成（手工设计），而许多数字电路都是自动综合和布局的。20模拟设计困难的原因是什么？(3)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。21目录WhyAnalog?模拟设计的挑战WhyIntegrated?WhyCMOS?模拟IC设计（vs.数字IC设

7、计）模拟IC设计流程一般概念实例22WhyIntegrated?低成本小体积《集成电路原理》23目录WhyAnalog?模拟设计的挑战WhyIntegrated?WhyCMOS?模拟IC设计（vs.数字IC设计）模拟IC设计流程一般概念实例24WhyCMOS?(1)硅工艺25WhyCMOS?(2)低功耗高集成高密度（按比例缩小）高兼容性（数字和模拟）低制造成本Si材料按比例缩小速度26WhyCMOS?(3)摩尔定律（Moorelaw）时间19801983198219891995200120042010L(μm)3.02.01.20.50.350.180.130

8、.07芯片复杂度每18个月翻一番！32