模擬電路設(shè)計緒論ppt課件

1、第第1章章 模擬電路設(shè)計緒論模擬電路設(shè)計緒論什么是模擬集成電路？什么是模擬集成電路？n19671967年國際電工委員會年國際電工委員會IECIEC正式提出模擬正式提出模擬集成電路的概念，它包括了除邏輯集成電路以集成電路的概念，它包括了除邏輯集成電路以外的一切半導體集成電路。外的一切半導體集成電路。n模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集成在一同用來處置模擬信等組成的模擬電路集成在一同用來處置模擬信號的集成電路。號的集成電路。n邏輯電路：處置邏輯電路：處置0 0，1 1信號。信號。n模擬電路：處置模擬電路：處置 延續(xù)變化的信號。延續(xù)變化

2、的信號。有許多的模擬集成電路，如有許多的模擬集成電路，如運算放大器運算放大器模擬乘法器模擬乘法器鎖相環(huán)鎖相環(huán)電源管理芯片等。電源管理芯片等。模擬集成電路的主要構(gòu)成電路有：放大器、模擬集成電路的主要構(gòu)成電路有：放大器、濾波器、反響電路、基準源電路、開關(guān)電容濾波器、反響電路、基準源電路、開關(guān)電容電路等。電路等。 模擬集成電路的種類模擬集成電路的種類n 線性模擬集成電路：線性模擬集成電路：n 輸出信號隨輸入信號的變化成線性關(guān)系即成比例的關(guān)系輸出信號隨輸入信號的變化成線性關(guān)系即成比例的關(guān)系的集成電路，如各種運算放大器，直流、高頻、低頻放大器、集的集成電路，如各種運算放大器，直流、高頻、低頻放大器、集成

3、穩(wěn)壓電源因其主要晶體管任務(wù)于線性任務(wù)態(tài)等。成穩(wěn)壓電源因其主要晶體管任務(wù)于線性任務(wù)態(tài)等。n非線性模擬集成電路：非線性模擬集成電路：n 限幅放大器、對數(shù)放大器、乘法器、信號變換電路、電壓限幅放大器、對數(shù)放大器、乘法器、信號變換電路、電壓比較器等。比較器等。n功率線性模擬集成電路：功率線性模擬集成電路：n 輸出功率大于輸出功率大于1W的線性模擬集成電路。的線性模擬集成電路。n微涉及毫米波線性模擬集成電路：微涉及毫米波線性模擬集成電路：n 任務(wù)頻率在任務(wù)頻率在300MHz30GHz及及30GHz300GHz范圍范圍內(nèi)。內(nèi)。nA/D及及D/A轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。模擬集成電路的重要性模擬集成電路的重要性

4、雖然許多類型的信號處置曾經(jīng)轉(zhuǎn)移到數(shù)字領(lǐng)域雖然許多類型的信號處置曾經(jīng)轉(zhuǎn)移到數(shù)字領(lǐng)域,但在現(xiàn)但在現(xiàn)代許多復雜高性能系統(tǒng)中模擬電路從根本上證明是必需代許多復雜高性能系統(tǒng)中模擬電路從根本上證明是必需的的自然界的信號處置自然界的信號處置 (放大器放大器, ADC)數(shù)字通訊數(shù)字通訊 (放大器放大器, ADC,DAC)磁盤驅(qū)動磁盤驅(qū)動 (有源濾波器有源濾波器)無線接納器無線接納器 (RF接受接受/發(fā)射段發(fā)射段)光接納器光接納器 (低噪聲寬帶發(fā)射器低噪聲寬帶發(fā)射器)傳感器傳感器 (放大放大,濾波濾波,ADC)微處置器和存儲器微處置器和存儲器 (讀出放大器讀出放大器)自然界信號的處置自然界信號的處置a自然界信號

5、的數(shù)字化自然界信號的數(shù)字化 b添加放大器和濾波器以提高靈敏度添加放大器和濾波器以提高靈敏度高速、高精度、低功耗高速、高精度、低功耗ADCADC的設(shè)計的設(shè)計是模擬電路設(shè)計中的難題之一是模擬電路設(shè)計中的難題之一高性能放大器和濾波器高性能放大器和濾波器設(shè)計也是熱點研討課題設(shè)計也是熱點研討課題數(shù)字通訊數(shù)字通訊數(shù)字信號經(jīng)過有損電纜的衰減和失真數(shù)字信號經(jīng)過有損電纜的衰減和失真失真信號需放大、濾波和數(shù)字化后才再處置失真信號需放大、濾波和數(shù)字化后才再處置數(shù)字通訊數(shù)字通訊運用多電平信號以減小所需的帶寬運用多電平信號以減小所需的帶寬10組合二進制數(shù)據(jù)組合二進制數(shù)據(jù)多電平信號多電平信號確定所傳送電平確定所傳送電平D

6、ACADC傳送端傳送端接納端接納端磁盤驅(qū)動電子學磁盤驅(qū)動電子學存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)恢復數(shù)據(jù)恢復數(shù)據(jù)硬盤存儲和讀出后的數(shù)據(jù)硬盤存儲和讀出后的數(shù)據(jù)無線接納機無線接納機無線接納天線接納到的信號無線接納天線接納到的信號(幅度只需幾微伏幅度只需幾微伏)和噪聲頻譜和噪聲頻譜接納機放大低電平信號時必需具有極小噪接納機放大低電平信號時必需具有極小噪聲、任務(wù)在高頻并能抑制大的有害成分。聲、任務(wù)在高頻并能抑制大的有害成分。光接納機光接納機光纖系統(tǒng)光纖系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個小電流轉(zhuǎn)換為一個小電流高速電流處置器高速電流處置器激光二極管激光二極管光敏二極管光敏二極管傳感器傳感器(a) 簡單的加速度表簡單的加速度表(b) 差動加速度

7、表差動加速度表汽車觸發(fā)氣囊的加速度檢測原理圖汽車觸發(fā)氣囊的加速度檢測原理圖邏輯電路邏輯電路A/D電路電路011010011101010011inD/A電路電路out集成電路系統(tǒng)的構(gòu)成集成電路系統(tǒng)的構(gòu)成模擬集成電路的特點是什么？模擬集成電路的特點是什么？有以下有以下5 5個特點：個特點： 1) 1) 處置模擬信號處置模擬信號 2) 2) 多任務(wù)于小信號形狀多任務(wù)于小信號形狀 3) 3) 信號頻率范圍寬信號頻率范圍寬 4) 4) 多樣化功能要求多樣化功能要求 5) 5) 輸出高功率輸出高功率, ,任務(wù)電壓高任務(wù)電壓高模擬集成電路的特點是什么？模擬集成電路的特點是什么？從模擬集成電路的任務(wù)機理和功能

8、要求來思索，與數(shù)從模擬集成電路的任務(wù)機理和功能要求來思索，與數(shù)字集成電路相比，概括起來，有以下字集成電路相比，概括起來，有以下5 5個特點：個特點： 1) 1) 電路所要處置的是延續(xù)變化的模擬信號模擬電路所要處置的是延續(xù)變化的模擬信號模擬量；量； 2) 2) 除了需求功率輸出的輸出級外，電路中信號的除了需求功率輸出的輸出級外，電路中信號的電平值是比較小的，即模擬集成電路普通多任務(wù)于小電平值是比較小的，即模擬集成電路普通多任務(wù)于小信號形狀，不象邏輯集成電路那樣只任務(wù)于大信號開信號形狀，不象邏輯集成電路那樣只任務(wù)于大信號開關(guān)形狀；關(guān)形狀； 3) 3) 信號頻率往往從直流延伸到高頻段；信號頻率往往從

9、直流延伸到高頻段；n上述前三個特點要求模擬集成電路在整個線性任務(wù)區(qū)上述前三個特點要求模擬集成電路在整個線性任務(wù)區(qū)域內(nèi)，有良好的特性包括電流放大特性、小電流特域內(nèi)，有良好的特性包括電流放大特性、小電流特性、失真度要求和頻響特性等。但由于集成電路消性、失真度要求和頻響特性等。但由于集成電路消費中參數(shù)的離散性較大，故在電路設(shè)計中應(yīng)設(shè)法減小費中參數(shù)的離散性較大，故在電路設(shè)計中應(yīng)設(shè)法減小元件參數(shù)的精度對電路目的的影響，例如合理地采用元件參數(shù)的精度對電路目的的影響，例如合理地采用一些負反響技術(shù)等。模擬集成電路對元件參數(shù)的精度一些負反響技術(shù)等。模擬集成電路對元件參數(shù)的精度及溫漂要求較高，因此在幅員和工藝設(shè)計

10、中需求注重及溫漂要求較高，因此在幅員和工藝設(shè)計中需求注重對元件的匹配性及熱平衡設(shè)計。對元件的匹配性及熱平衡設(shè)計。4) 4) 多樣化功能要求：運用的多樣性要求各類模擬集成電路多樣化功能要求：運用的多樣性要求各類模擬集成電路具有多種多樣、千差萬別的電路功能。某些電路能夠本身具有多種多樣、千差萬別的電路功能。某些電路能夠本身就具有多種功能，而如今更多的小規(guī)模模擬集成電路普通就具有多種功能，而如今更多的小規(guī)模模擬集成電路普通包括單項或兩、三項功能。以最簡單的收音機用模擬集成包括單項或兩、三項功能。以最簡單的收音機用模擬集成電路來講，就包括高頻放大、混頻、中放、檢波、前置放電路來講，就包括高頻放大、混頻

11、、中放、檢波、前置放大和功率放大等功能；大和功率放大等功能；5) 5) 對于某些模擬集成電路來說，要求其輸出級輸出高功率對于某些模擬集成電路來說，要求其輸出級輸出高功率信號。另外，與邏輯集成電路相比，模擬集成電路要求在信號。另外，與邏輯集成電路相比，模擬集成電路要求在較高的電源電壓下任務(wù)，普通在較高的電源電壓下任務(wù)，普通在20-30V20-30V左右。因此對隔離左右。因此對隔離耐壓及晶體管的擊穿電壓要求較高。耐壓及晶體管的擊穿電壓要求較高。n后兩個特點那么要求模擬集成電路不得后兩個特點那么要求模擬集成電路不得不采用比較復雜多樣的電路構(gòu)造方式，不采用比較復雜多樣的電路構(gòu)造方式，同時采用多種半導體

12、器件，如普通同時采用多種半導體器件，如普通npn管、小電流超管、小電流超的的npn管、橫向管、橫向pnp管、管、縱向縱向pnp管、各種場效應(yīng)管、穩(wěn)壓管和管、各種場效應(yīng)管、穩(wěn)壓管和肖特基管。還要求采用多種阻值的電阻、肖特基管。還要求采用多種阻值的電阻、電容等。因此在工藝上必需思索多種器電容等。因此在工藝上必需思索多種器件的兼容性，亦對工藝和資料均提出了件的兼容性，亦對工藝和資料均提出了頗為嚴厲的要求。頗為嚴厲的要求。模擬集成電路設(shè)計的難點模擬集成電路設(shè)計的難點n模擬設(shè)計涉及到速度、功耗、增益、精度、電源電壓模擬設(shè)計涉及到速度、功耗、增益、精度、電源電壓等多種等多種n對噪聲、串擾和其他干擾比數(shù)字電路要敏感得多。對噪聲、串擾和其他干擾比數(shù)字電路要敏感得多。n要思索器件的二級效應(yīng)要思索器件的二級效應(yīng)n規(guī)劃、布線、設(shè)計有難度規(guī)劃、布線、設(shè)計有難度n建模和仿真仍存在難度，比較注重閱歷和直覺。建模和仿真仍存在難度，比較注重閱歷和直覺。n電路構(gòu)造需改良。電路構(gòu)造需改良。模擬集成電路的設(shè)計模擬集成電路的設(shè)計Specifica