【無線射頻技術】-模擬IC設計學習方法及經(jīng)典名著

1/1模擬IC設計學習方法及經(jīng)典名著模擬電路設計在我看來是微電子領域一個集基礎理論學問和制造性于一身的絕學。就像一盤棋，別人給你預備好了棋子，如何擺出如何擺出千變?nèi)f化的陣勢完全在于你的功力和才能如今的模電設計已經(jīng)處在這樣的層面，完備的仿真計算工具將設計者從繁瑣的數(shù)據(jù)運算中解放出來。只要你有足夠的理論基底和制造性，配以對信號處理的理解和公式推算的駕馭力量，一個個完善的設計方案就會應運而生。

眾所周知，模擬電路難學，以最普遍的晶體管來說，我們分析它的時候必需首先分析直流偏置，其次在分析溝通輸出電壓?？梢哉f，確定工作點就是一項相當麻煩的工作（實際中來說），晶體管的參數(shù)多、參數(shù)的離散性也較大。但值得我們留意的是，模擬電路構建了電子行業(yè)的基礎，至今為止，電子技術已經(jīng)進展到如此高的水平。但假如我們觀看各種電子電路的進展，我們會發(fā)覺：幾乎全部的電子技術都離不開放大技術。即使是數(shù)字芯片內(nèi)部，其基本單元都是互補型源極接地放大電路。模擬電子技術的重要性時不我待。

一、模擬電路設計必需把握的四項技能

模擬電路再怎么說，關鍵的是多學多做，做出片子就自然懂得哪些學問點需要把握了。這里就主要談談學習模擬電路要求的四個學問部分，要成為模擬電路的設計者，我們必需把握其最基本的以下四個組成部分：

（1）晶體管元件的設計

它是指半導體工程學方面的學問，任何設計的IC芯片都將最終回歸于它，一般都是從薛定諤波動方程式開頭引出的（比較簡單），但與實際詳細設計電路直接聯(lián)系不大，而我們又不能缺少這部分，是理論基礎。

（2）晶體管電路的設計

要從事模擬電路設計事實上必需把握晶體管電路的基本學問，推舉一邊學習一邊試驗、仿真，PSPICE之類的都可以，通一個就行，同時要留意多想多動手。時間長了自然能把握晶體管電路的設計技術，這里面的學習，我們就開頭把握閱歷。晶體管、FET是構建整個電路的基礎，這里學通了，諸多IC的原理圖就很直觀了。

（3）功能模塊的設計

功能模塊主要以各種各樣的運放為基礎，包括AD、DA、PLL、穩(wěn)壓源等等，它們都主要是由晶體管構成的，功能模塊設計工程中都會將元器件適當?shù)谋ж摶＿@部分的學習是非常重要的。一般都是從這里開頭學習模擬電路，這部分相對來說比較易懂，也是模擬電路學習的切入點。

（4）系統(tǒng)設計

這部分就需要相當?shù)母叨?，需要慮方方面面。

其實，說實在的，真正做過一兩塊片子就差不多能通大半部分。關鍵是試驗、動手。

二、傳奇中的模電四大名著

傳奇，模擬電路設計有四大名著，分別出自

Berkeley的P.R.GRAY

GIT的PhillipE.Allen

UCLA的BehzadRazavi

以及toronto的DavidJohns

而其中，P.R.GRAY的著作堪稱該領域的Bible。

要說模電的書，那可真是遍地都是，經(jīng)典的也不在少數(shù)。但個人以為，最好的有2本。

第一當然是Razavi的DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuits,完善的cmos入門教材。Berkeley的Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits許多人都評價要超過Razavi。但是里面bipolar和cmos并行，看得太累，至今也沒完整讀過。

其次本是最近才發(fā)覺的，就是WillySansen的analogdesignessentials。覺得這本書的思想許多獨辟蹊徑，公式推理少，偏重理解，很有啟發(fā)性，涵蓋范圍又廣。

模擬四大名著，指如下四本：

1.《Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits》,P.R.Gray,P.J.Hurst,LewisandR.G.Meyer..

2.《DesignofAnalogCMOSintegratedCircuits》，BehzadRazavi

3.《AnalogIntegratedCircuitDesign》，D.A.Johns,K.Martin

4.《CMOSanalogcircuitdesign》P.E.Allen,D.R.Holberg.

1.P.R.Gray的書

《Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits》這本書被業(yè)界譽為模擬IC的Bible，盛名之下，必無虛士。現(xiàn)在已經(jīng)出到第四版，無一例外是業(yè)界大牛，該書論述嚴謹，思路清楚，對電路分析透徹，定義嚴格明確，無愧Bible之名。作為一個初學者，這是必讀的一本書，雖然有中譯本，但是建議看英文原版，由于翻譯實在不是太好。該書對基本電路的分析細致深刻，但是個人覺得它寫的最為引人入勝的是反饋和補償兩章，講的很透，還有噪聲一章也是幾本書中講得最具體的，對英文比較好的初學者，建議讀這本書。當然出于某些考慮，在題材的選取上BJT和CMOS并重，對許多只作CMOS的人來說，可能感覺有點煩。

2.Razavi的書

《DesignofAnalogCMOSintegratedCircuits》。作為模擬IC界聞名的后起之秀，他的每一本書都是值得關注的。他關于模擬CMOS集成電路設計的書，是一本很不錯的入門教材。假如說Gray的書敘述風格有如金庸的小說，正大磅礴，那么這本書就有如古龍的小說，劍走偏鋒，關注對電路的直覺洞察，所以有些電路的處理不是那么傳統(tǒng)，卻暴露出足夠的本質(zhì)，該書內(nèi)容較簡潔，加上西交的翻譯版譯得還不錯，自然成為許多初學者得首選，但是書中偶有小錯，閱讀時要留意。

3.Martin的書

《AnalogIntegratedCircuitDesign》是另外一本很不錯的書，比較工程化，書中的電路許多稍做修改就適合于工程應用，我的一個伴侶說他們公司設計的許多電路就是用的是該書上的結構。該書的前面部分的通篇論述其實是為ADC/DAC做預備，后面主要講數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。該書有翻譯版，不過翻譯版水平實在是不敢恭維的。

4.Allen的書

《CMOSanalogcircuitdesign》作為第一個提出用CMOS做模擬電路的大牛，他的書是另外的經(jīng)典。該書許多公式橫空出世，叫人初看之下摸不著頭腦，所以不太適合初學者，適合對電路有肯定了解的人閱讀，該書最大的特點是從正向介紹和敘述電路的設計，關于運放的設計是該書最精彩的部分，可以使許多人的思維從分析電路轉(zhuǎn)換到設計電路，考慮設計時怎么進行指標的tradeoff，完成思維的轉(zhuǎn)化對一個設計師是至關重要的，筆者就是在這本書的影響下開頭轉(zhuǎn)化思維，跳出分析電路的框架的。該書第九章關于開關電容電路的敘述，對進行ADC/DAC設計的人來說是一個不錯的開頭。書中錯誤較多，閱讀時要當心。

5.Sansen的書

作為歐洲模擬IC最出名的大牛之一，他的書是不容錯過的。從這本書我們可以看到一種完全和以上書不同的敘述風格，他對基本電路的論述是全部書中最為全面深化的，而且內(nèi)容的處理方式和其它書都不太一樣，對于一個電路，他直接講了從低頻到高頻的小信號輸入阻抗，輸出阻抗，增益，而不像其它的書是割裂開來介紹的，這樣更適合全面理解電路和把握電路的性質(zhì)，他對電路的介紹是不畏繁瑣的，叫人有時有一種感覺：講得太細致了。這本書對系統(tǒng)講得比較多，適合理解電路和系統(tǒng)之間的關系，對運放構成的反饋系統(tǒng)的介紹是最為深刻的，有助于把握反饋的本質(zhì)。最終兩章是關于開關電容濾波器的，Laker寫的，有一種感覺：懂了的人就能讀懂，不懂的人就讀不懂，呵呵。

以上是幾本基本模擬IC書，每一本都有自己的特色和側重，筆者認為很難說哪本就肯定強過其它，對于初學者而言，每本都有必要讀，這有助于觸類旁通，加深對電路的理解，大家可以精讀一本，泛讀多本，這樣可以從不同的角度理解電路，提高自己水平。

三、模擬電路設計閱歷總結

模擬電路的設計是工程師們最頭疼、但也是最致命的設計部分，盡管目前數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路的進展特別迅猛，但是模擬電路的設計仍是不行避開的，有時也是數(shù)字電路無法取代的，例如RF射頻電路的設計！這里將模擬電路設計中應當留意的問題總結如下，有些純屬閱歷之談，還望大家多多補充、多多批判指正！。。。

（1）為了獲得具有良好穩(wěn)定性的反饋電路，通常要求在反饋環(huán)外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載供應一個緩沖。

（2）積分反饋電路通常需要一個小電阻（約560歐）與每個大于10pF的積分電容串聯(lián)。

（3）在反饋環(huán)外不要使用主動電路進行濾波或掌握EMC的RF帶寬，而只能使用被動元件（最好為RC電路）。僅僅在運放的開環(huán)增益比閉環(huán)增益大的頻率下，積分反饋方法才有效。在更高的頻率下，積分電路不能掌握頻率響應。

（4）為了獲得一個穩(wěn)定的線性電路，全部連接必需使用被動濾波器或其他抑制方法（如光電隔離）進行愛護。

（5）使用EMC濾波器，并且與IC相關的濾波器都應當和本地的0V參考平面連接。（6）在外部電纜的連接處應當放置輸入輸出濾波器，任何在沒有屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導線連接處都需要濾波，由于存在天線效應。另外，在具有數(shù)字信號處理或開關模式的變換器的屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導線連接處也需要濾波。

（7）在模擬IC的電源和地參考引腳需要高質(zhì)量的RF去耦，這一點與數(shù)字IC一樣。但是模擬IC通常需要低頻的電源去耦，由于模擬元件的電源噪聲抑制比（PSRR）在高于1KHz后增加很少。在每個運放、比較器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的模擬電源走線上都應當使用RC或LC濾波。電源濾波器的拐角頻率應當對器件的PSRR拐角頻率和斜率進行補償，從而在整個工作頻率范圍內(nèi)獲得所期望的PSRR。

（8）對于高速模擬信號，依據(jù)其連接長度和通信的最高頻率，傳輸線技術是必需的。即使是低頻信號，使用傳輸線技術也可以改善其抗干擾性，但是沒有正確匹配的傳輸線將會產(chǎn)生天線效應。

（9）避開使用高阻抗的輸入或輸出，它們對于電場是特別敏感的。

（10）由于大部分的輻射是由共模電壓和電流產(chǎn)生的，并且由于大部分環(huán)境的電磁干擾都是共模問題產(chǎn)生的，因此在模擬電路中使用平衡的發(fā)送和接收（差分模式）技術將具有很好的EMC效果，而且可以削減串擾。平衡電路（差分電路）驅(qū)動不會使用0V參考系統(tǒng)作為返回電流回路，因此可以避開大的電流