
一文教你从0到1了解模拟电路设计
2020-10-16
自20世纪80年代以来,数字信号处理算法和集成电路迅猛发展,虽然许多类型的信号处理已经由模拟电路转换成数字电路来实现,但是在一块芯片中,模拟电路是必不可少的。作为一个模拟电路设计师中的菜鸟,说一下自己学习和工作中的一些心得体会。
模拟电路设计和数字电路设计是有很大区别的,***基本的是模拟电路处理的是模拟信号,数字电路处理的数字信号。模拟信号在时间和值上是连续的,数字信号在时间和值上是离散的,基于这个特点,模拟电路设计在某些程度上比数字电路设计困难。模拟电路设计困难的具体原因如下:
1. 模拟设计需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压、噪声、面积等多种因素间进行折中,而数字设计只需在功耗、速度和面积三个因素间进行平衡。
2. 模拟电路对噪声、串扰和其他干扰比数字电路敏感得多。
3. 随着工艺尺寸的不断减小,电源电压的降低和器件的二级效应对模拟电路比数字电路的影响严重得多,给模拟设计带来了新的挑战。
4. 版图对于模拟电路的影响远大于数字电路,同样的线路差的版图会导致芯片无法工作。
学习模拟电路设计首先要从分析模拟电路开始,模拟电路分析应遵循以下步骤:首先确定分析的目的,明确电路的问题;其次,将复杂电路分解成你熟识的基本电路模块;第三,利用基本电路模块的模型给系统建模;第四,对系统模型进行手工计算;第五,用仿真验证手工计算结果,如若不一致,则必须仔细查找其原因,而不能盲目的相信仿真结果。
另外,在做电路设计时,要特别注意电路中的信号流,包括电源、地、时钟、输入信号到输出信号的通路等关键通路,清楚了解整个系统的关键信号流,能更快找出电路中的问题,有效减少电路时的bug和缩短debug所用的时间。有些前辈说模拟集成电路做的就是匹配,在高性能模拟集成电路中更是如此,匹配是降低offset、降低非线性失真、提高共模抑制比和电源抑制比。 减小工艺温度和电源电压对芯片性能影响的重要措施,比如bandgap电路的两个bipolar管子之比通常是1:8,这就是为了版图设计时更好地匹配。电源,地以及关键信号的走线设计主要是为了降低数字电路对模拟电路的干扰以及模拟电路中的敏感模块受模拟电路其他模块干扰。具体的学习方法是首先学习模拟版图的艺术这本书,掌握基本的模拟版图设计规则,更深层次的学习只能依靠在学习和工作中累积经验。