模擬IC設(shè)計學(xué)習(xí)方法及經(jīng)典名著

模擬IC設(shè)計學(xué)習(xí)方法及經(jīng)典名著推薦模擬電路設(shè)計在我看來是微電子領(lǐng)域一個集基礎(chǔ)理論知識和創(chuàng)造性于一身的絕學(xué)。就像一盤棋，別人給你準(zhǔn)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(shè)計已經(jīng)處在這樣的層面，完備的仿真計算工具將設(shè)計者從繁瑣的數(shù)據(jù)運(yùn)算中解放出來。只要你有足夠的理論基底和創(chuàng)造性，配以對信號處理的理解和公式推算的駕馭能力，一個個完美的設(shè)計方案就會應(yīng)運(yùn)而生。眾所周知，模擬電路難學(xué)，以最普遍的晶體管來說，我們分析它的時候必須首先分析直流偏置，其次在分析交流輸出電壓?？梢哉f，確定工作點就是一項相當(dāng)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。但值得我們注意的是，模擬電路構(gòu)建了電子行業(yè)的基礎(chǔ)，至今為止，電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如此高的水平。但如果我們觀察各種電子電路的發(fā)展，我們會發(fā)現(xiàn)：幾乎所有的電子技術(shù)都離不開放大技術(shù)。即使是數(shù)字芯片內(nèi)部，其基本單元都是互補(bǔ)型源極接地放大電路。模擬電子技術(shù)的重要性時不我待。一、模擬電路設(shè)計必須掌握的四項技能模擬電路再怎么說，關(guān)鍵的是多學(xué)多做，做出片子就自然懂得哪些知識點需要掌握了。這里就主要談?wù)剬W(xué)習(xí)模擬電路要求的四個知識部分，要成為模擬電路的設(shè)計者，我們必須掌握其最基本的以下四個組成部分：（1）晶體管元件的設(shè)計它是指半導(dǎo)體工程學(xué)方面的知識，任何設(shè)計的IC芯片都將最終回歸于它，一般都是從薛定用波動方程式開始引出的（比較復(fù)雜），但與實際具體設(shè)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(chǔ)。（2）晶體管電路的設(shè)計要從事模擬電路設(shè)計事實上必須掌握晶體管電路的基本知識，推薦一邊學(xué)習(xí)一邊實驗、仿真，PSPICE之類的都可以，通一個就行，同時要注意多想多動手。時間長了自然能掌握晶體管電路的設(shè)計技術(shù)，這里面的學(xué)習(xí)，我們就開始掌握經(jīng)驗。晶體管、FET是構(gòu)建整個電路的基礎(chǔ)，這里學(xué)通了，諸多IC的原理圖就很直觀了。（3）功能模塊的設(shè)計功能模塊主要以各種各樣的運(yùn)放為基礎(chǔ)，包括AD、DA、PLL、穩(wěn)壓源等等，它們都主要是由晶體管構(gòu)成的，功能模塊設(shè)計工程中都會將元器件適當(dāng)?shù)睦硐牖?。這部分的學(xué)習(xí)是十分重要的。一般都是從這里開始學(xué)習(xí)模擬電路，這部分相對來說比較易懂，也是模擬電路學(xué)習(xí)的切入點。（4）系統(tǒng)設(shè)計這部分就需要相當(dāng)?shù)母叨龋枰獞]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(guān)鍵是試驗、動手。二、傳說中的模電四大名著傳說，模擬電路設(shè)計有四大名著，分別出自Berkeley的GIT的PhillipE.AllenUCLA的BehzadRazavi以及toronto的DavidJohns而其中，的著作堪稱該領(lǐng)域的Bibleo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(dāng)然是Razavi的DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuits,完美的emos入門教材。Berkeley的Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits很多人都評價要超過Razavio但是里面bipolar和emos并行，看得太累，至今也沒完整讀過。第二本是最近才發(fā)現(xiàn)的，就是WillySansen的analogdesignessentials0覺得這本書的思想很多獨辟蹊徑，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:.《Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits》,P.R.Gray,PJ. Hurst, Lewis and R.G.Meyer...《DesignofAnalogCMOSintegratedCircuits》,BehzadRazavi3.《AnalogIntegratedCircuitDesign》,D.AJohns,K.Martin4.《CMOSanalogcircuitdesign》P.E.AIIen,D.R.Holberg..P.R.Gray的書《Analysisanddesignofanalogintegratedcircuits》這本書被業(yè)界譽(yù)為模擬IC的Bible,盛名之下，必?zé)o虛士?，F(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(yán)謹(jǐn)，思路清晰，對電路分析透徹，定義嚴(yán)格明確，無愧Bible之名。作為一個初學(xué)者，這是必讀的一本書，雖然有中譯本，但是建議看英文原版，因為翻譯實在不是太好。該書對基本電路的分析細(xì)致深刻，但是個人覺得它寫的最為引人入勝的是反饋和補(bǔ)償兩章，講的很透，還有噪聲一章也是幾本書中講得最詳細(xì)的，對英文比較好的初學(xué)者，建議讀這本書。當(dāng)然出于某些考慮,在題材的選取上BJT和CMOS并重，對很多只作CMOS的人來說，可能感覺有點煩。.Razavi的書《DesignofAnalogCMOSintegratedCircuits》0作為模擬IC界著名的后起之秀，他的每一本書都是值得關(guān)注的。他關(guān)于模擬CMOS集成電路設(shè)計的書，是一本很不錯的入門教材。如果說Gray的書敘述風(fēng)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(guān)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)容較簡單，加上西交的翻譯版譯得還不錯，自然成為很多初學(xué)者得首選，但是書中偶有小錯，閱讀時要注意。.Martin的書《AnalogIntegratedCircuitDesign》是另外一本很不錯的書，比較工程化，書中的電路很多稍做修改就適合于工程應(yīng)用，我的一個朋友說他們公司設(shè)計的很多電路就是用的是該書上的結(jié)構(gòu)。該書的前面部分的通篇論述其實是為ADC/DAC做準(zhǔn)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。.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。該書很多公式橫空出世，叫人初看之下摸不著頭腦，所以不太適合初學(xué)者，適合對電路有一定了解的人閱讀，該書最大的特點是從正向介紹和講述電路的設(shè)計，關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計是該書最精彩的部分，可以使很多人的思維從分析電路轉(zhuǎn)換到設(shè)計電路，考慮設(shè)計時怎么進(jìn)行指標(biāo)的tradeoff,完成思維的轉(zhuǎn)化對一個設(shè)計師是至關(guān)重要的，筆者就是在這本書的影響下開始轉(zhuǎn)化思維，跳出分析電路的框架的。該書第九章關(guān)于開關(guān)電容電路的講述，對進(jìn)行ADC/DAC設(shè)計的人來說是一個不錯的開始。書中錯誤較多，閱讀時要小心。5.Sansen的書作為歐洲模擬IC最有名的大牛之一，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(fēng)格，他對基本電路的論述是所有書中最為全面深入的，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(xì)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(guān)系，對運(yùn)放構(gòu)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)。最后兩章是關(guān)于開關(guān)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(cè)重，筆者認(rèn)為很難說哪本就一定強(qiáng)過其它，對于初學(xué)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(shè)計經(jīng)驗總結(jié)模擬電路的設(shè)計是工程師們最頭疼、但也是最致命的設(shè)計部分，盡管目前數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路的發(fā)展非常迅猛，但是模擬電路的設(shè)計仍是不可避免的，有時也是數(shù)字電路無法取代的，例如RF射頻電路的設(shè)計！這里將模擬電路設(shè)計中應(yīng)該注意的問題總結(jié)如下，有些純屬經(jīng)驗之談，還望大家多多補(bǔ)充、多多批評指正！。。。(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(fù)載提供一個緩沖。（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(jìn)行濾波或控制EMC的RF帶寬，而只能使用被動元件（最好為RC電路）。僅僅在運(yùn)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，積分電路不能控制頻率響應(yīng)。（4）為了獲得一個穩(wěn)定的線性電路，所有連接必須使用被動濾波器或其他抑制方法（如光電隔離）進(jìn)行保護(hù)。（5）使用EMC濾波器，并且與IC相關(guān)的濾波器都應(yīng)該和本地的0V參考平面連接。（6）在外部電纜的連接處應(yīng)該放置輸入輸出濾波器，任何在沒有屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)線連接處都需要濾波，因為存在天線效應(yīng)。另外，在具有數(shù)字信號處理或開關(guān)模式的變換器的屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)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，因為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(yùn)放、比較器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的模擬電源走線上都應(yīng)該使用RC或LC濾波。電源濾波器的拐角頻率應(yīng)該對器件的PSRR拐角頻率和斜率進(jìn)行補(bǔ)償，從而在整個工作頻率范圍內(nèi)獲得所期望的PSRRo（8）對于高速模擬信號，根據(jù)其連接長度和通信的最高頻率，傳輸線技術(shù)是必需的。即使是低頻信號，使用傳輸線技術(shù)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(yīng)。（9）避免使用高阻抗的輸入或輸出，它們對于電場是非常敏感的。（10）由于大部分的輻射是由共模電壓和電流產(chǎn)生的，并且因為大部分環(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(shù)將具有很好的EMC效果，而且可以減少串?dāng)_。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