模拟电路设计绪论.ppt

第1章 模拟电路设计绪论,什么是模拟集成电路？,1967年国际电工委员会（IEC）正式提出模拟集成电路的概念，它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。 模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。 逻辑电路：处理（0，1）信号。 模拟电路：处理 连续变化的信号。,有许多的模拟集成电路，如 运算放大器 模拟乘法器 锁相环 电源管理芯片等。 模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。,模拟集成电路的种类,线性模拟集成电路： 输出信号随输入信号的变化成线性关系（即成比例的关系）的集成电路，如各种运算放大器，直流、高频、低频放大器、集成稳压电源（因其主要晶体管工作于线性工作态）等。 非线性模拟集成电路： 限幅放大器、对数放大器、乘法器、信号变换电路、电压比较器等。 功率线性模拟集成电路： 输出功率大于1W的线性模拟集成电路。 微波及毫米波线性模拟集成电路： 工作频率在300MHz30GHz及30GHz300GHz范围内。 A/D及D/A转换电路。,模拟集成电路的重要性,尽管许多类型的信号处理已经转移到数字领域,但在现代许多复杂高性能系统中模拟电路从根本上证明是必需的 自然界的信号处理 (放大器, ADC) 数字通讯 (放大器, ADC,DAC) 磁盘驱动 (有源滤波器) 无线接收器 (RF接受/发射段) 光接收器 (低噪声宽带发射器) 传感器 (放大,滤波,ADC) 微处理器和存储器 (读出放大器),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,数字通信,数字信号通过有损电缆的衰减和失真,失真信号需放大、滤波和数字化后才再处理,数字通信,使用多电平信号以减小所需的带宽,1,0,组合二进制数据,多电平信号,确定所传送电平,DAC,ADC,传送端,接收端,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,无线接收机,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。,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,光敏二极管,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,集成电路系统的构成,模拟集成电路的特点是什么？,有以下5个特点： 1) 处理模拟信号 2) 多工作于小信号状态 3) 信号频率范围宽 4) 多样化功能要求 5) 输出高功率,工作电压高,模拟集成电路的特点是什么？,从模拟集成电路的工作机理和功能要求来考虑，与数字集成电路相比，概括起来，有以下5个特点： 1) 电路所要处理的是连续变化的模拟信号（模拟量）； 2) 除了需要功率输出的输出级外，电路中信号的电平值是比较小的，即模拟集成电路一般多工作于小信号状态，不象逻辑集成电路那样只工作于大信号开关状态； 3) 信号频率往往从直流延伸到高频段；,上述前三个特点要求模拟集成电路在整个线性工作区域内，有良好的特性（包括电流放大特性、小电流特性、失真度要求和频响特性等）。但由于集成电路生产中参数的离散性较大，故在电路设计中应设法减小元件参数的精度对电路指标的影响，例如合理地采用一些负反馈技术等。模拟集成电路对元件参数的精度及温漂要求较高，因此在版图和工艺设计中需要重视对元件的匹配性及热平衡设计。,4) 多样化功能要求：应用的多样性要求各类模拟集成电路具有多种多样、千差万别的电路功能。某些电路可能本身就具有多种功能，而现在更多的小规模模拟集成电路一般包括单项或两、三项功能。以最简单的收音机用模拟集成电路来讲，就包括高频放大、混频、中放、检波、前置放大和功率放大等功能； 5) 对于某些模拟集成电路来说，要求其输出级输出高功率信号。另外，与逻辑集成电路相比，模拟集成电路要求在较高的电源电压下工作，一般在20-30V左右。因此对隔离耐压及晶体管的击穿电压要求较高。,后两个特点则要求模拟集成电路不得不采用比较复杂多样的电路结构形式，同时采用多种半导体器件，如普通npn管、小电流超的npn管、横向pnp管、纵向pnp管、各种场效应管、稳压管和肖特基管。还要求采用多种阻值的电阻、电容等。因此在工艺上必须考虑多种器件的兼容性，亦对工艺和材料均提出了颇为严格的要求。,模拟集成电路设计的难点,模拟设计涉及到速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种 对噪声、串扰和其他干扰比数字电路要敏感得多。 要考虑器件的二级效应 布局、布线、设计有难度 建模和仿真仍存在难度，比较重视经验和直觉。 电路结构需改进。,模拟集成电路的设计,Specification,System Design,Circuit Design,Layout Design,Verification,Fabrica