模拟CMOS集成电路设计美理查德·拉扎维着西安交通大学-Read.PPT

模拟CMOS集成电路设计 [美] 理查德·拉扎维 著西安交通大学出版社?2005 第一章模拟集成电路设计绪论 自然界信号的处理 数字通信 数字通信 磁盘驱动电子学 无线接收机 光接收机 传感器 为什么是模拟CMOS集成电路设计 首先，MOSFET的特征尺寸越来越小，本征速度越来越快（已可与双极器件相比较），现在几GHz～几十GHz的CMOS模拟集成电路已经可批量生产。 SOC芯片中同时包含有大量的模拟、数字电路，由于CMOS以其低成本、低功耗已成为现代大规模数字集成电路设计及制造的首选，与数字集成电路技术兼容的CMOS模拟集成电路技术可降低SOC芯片的制造及封装成本。因此CMOS电路已成为当今SOC设计的主流制造技术。 模拟设计困难的原因 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。 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。 高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。 模拟设计困难的原因 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。 无源元件－电感 电感值小 Q值低 未能很好地建立模型 电路模拟－功能验证 模拟输入应当包含足够的初始化时间 模拟输入应当使电路的每个节点都有变化（翻转）的机会 模拟输入的数量应当能够覆盖电路的所有功能 模拟结果不应该有错误 尽量采用结构化模拟验证 功能验证时不考虑模型参数变化 电路模拟－指标验证 评估电路性能指标时应当以最坏情况为主（包括VDD、 温度和模型参数）并留有余地。 电路模拟时应加上预先估计的负载 在定时方面应当找出最长的延时路径和输入模式 在功耗方面应当找出最大功耗的输入模式 在电路模拟时由于未考虑分布参数影响，应当在时间指标上留有余量或加上负载。 不同的指标验证需要不同的模拟结构和输入 Power：VDDmax，Tmin，FF Corner 版图设计与验证 布局:安排模块位置(面积/速度/指标) 电源分布 信号耦合 天线效应 电磁兼容性 可控硅效应 静电保护 焊盘位置、封装 测试探针 版图设计过程中的注意事项： 保证元件参数的变化量在合适的范围 保持元件之间的匹配（使相关元件有相似的变化趋势，如：温度、几何形状、隔离、接触孔…） 减小分布参数（缩短信号线长度、减小耦合电容…） 提供足够的电流密度裕量 注意噪声的消除（信号屏蔽、器件隔离…） 减小芯片面积 设计规则检查（DRC） 对版图进行几何规则检查，使得设计的电路可以被制造出来。 电气规则检查（ERC） 检查电源地的短路，开路，浮空的器件、浮空的网络… 一致性校验（LVS） 检查版图和电路图的一致性 RC分布参数提取 版图最终设计结果 一些应该掌握的基本概念、方法 基本理论： KCL,KVL 戴维南定理、诺顿定理 电阻、电容基本特征 信号、时域、频域分析 小信号分析、模型及参数 放大器的四种模型 （1） 放大器的四种模型 （2） Rm= Gm= Ais= Avo= Rm Gm Ais Avo 各种放大器模型间的变换 放大器 信号源 信号源内阻 负载 放大器及外围电路 放大器固有参数： 放大器参数： Rout计算等效电路 Ro计算等效电路 频率响应初步 1 系统传递函数F(s) 2 极点和零点 Z1,Z2,…,Zm称为传递函数的零点 P1,P2,…Pn称为传递函数的极点 am乘积系数（直流增益） 3 幅频特性、相频特性、波特图和F3db 4 波特图 对于1＋s/a形式的零点而言可以用两条直线渐近：一条是纵坐标为0db的水平线，另一条为斜率为＋6db／每倍频程的直线，其交点为ω＝｜a｜。 对于1＋s/a形式的极点而言可以用两条直线渐近：一条是纵坐标为0db的水平线，另一条为斜率为－6db／每倍频程的直线，其交点为ω＝｜a｜。 对于形式为s的零点／极点而言可用斜率为±6db／每倍频程，与0db相交于ω＝1的直线表示。 与1＋s/a对应的相频曲线可以用3条渐近线逼近。 对于a0，这三条线是： 从ω＝0到ω＝0 .1|a|，φ＝0°的水平线； 从ω＝ 0.1|a|到ω＝10|a|，斜率为－45°／每10频程的直线； 从ω＝ 10|a|到ω＝∞，φ＝90°的水平线； 对于a=0的极点对应于φ＝－90°的水平线； 对于a=0的零点对应于φ＝90°的水平线； 6 f3db及其估算 对于CMO