模拟电路设计绪论ppt课件

1、第第1章章 模拟电路设计绪论模拟电路设计绪论什么是模拟集成电路？什么是模拟集成电路？n19671967年国际电工委员会年国际电工委员会IECIEC正式提出模拟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集成电路的概念，它包括了除逻辑集成电路以外的一切半导体集成电路。外的一切半导体集成电路。n模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管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同用来处置模拟信等组成的模拟电路集成在一同用来处置模拟信号的集成电路。号的集成电路。n逻辑电路：处置逻辑电路：处置0 0，1 1信号。信号。n模拟电路：处置模拟电路：处置 延续变化的信号。延续变化

2、的信号。有许多的模拟集成电路，如有许多的模拟集成电路，如运算放大器运算放大器模拟乘法器模拟乘法器锁相环锁相环电源管理芯片等。电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反响电路、基准源电路、开关电容滤波器、反响电路、基准源电路、开关电容电路等。电路等。 模拟集成电路的种类模拟集成电路的种类n 线性模拟集成电路：线性模拟集成电路：n 输出信号随输入信号的变化成线性关系即成比例的关系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、集的集成电路，如各种运算放大器，直流、高频、低频放大器、集成

3、稳压电源因其主要晶体管任务于线性任务态等。成稳压电源因其主要晶体管任务于线性任务态等。n非线性模拟集成电路：非线性模拟集成电路：n 限幅放大器、对数放大器、乘法器、信号变换电路、电压限幅放大器、对数放大器、乘法器、信号变换电路、电压比较器等。比较器等。n功率线性模拟集成电路：功率线性模拟集成电路：n 输出功率大于输出功率大于1W的线性模拟集成电路。的线性模拟集成电路。n微涉及毫米波线性模拟集成电路：微涉及毫米波线性模拟集成电路：n 任务频率在任务频率在300MHz30GHz及及30GHz300GHz范围范围内。内。nA/D及及D/A转换电路。转换电路。模拟集成电路的重要性模拟集成电路的重要性

4、虽然许多类型的信号处置曾经转移到数字领域虽然许多类型的信号处置曾经转移到数字领域,但在现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的自然界的信号处置自然界的信号处置 (放大器放大器, ADC)数字通讯数字通讯 (放大器放大器, ADC,DAC)磁盘驱动磁盘驱动 (有源滤波器有源滤波器)无线接纳器无线接纳器 (RF接受接受/发射段发射段)光接纳器光接纳器 (低噪声宽带发射器低噪声宽带发射器)传感器传感器 (放大放大,滤波滤波,ADC)微处置器和存储器微处置器和存储器 (读出放大器读出放大器)自然界信号的处置自然界信号的处置a自然界信号

5、的数字化自然界信号的数字化 b添加放大器和滤波器以提高灵敏度添加放大器和滤波器以提高灵敏度高速、高精度、低功耗高速、高精度、低功耗ADCADC的设计的设计是模拟电路设计中的难题之一是模拟电路设计中的难题之一高性能放大器和滤波器高性能放大器和滤波器设计也是热点研讨课题设计也是热点研讨课题数字通讯数字通讯数字信号经过有损电缆的衰减和失真数字信号经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置失真信号需放大、滤波和数字化后才再处置数字通讯数字通讯运用多电平信号以减小所需的带宽运用多电平信号以减小所需的带宽10组合二进制数据组合二进制数据多电平信号多电平信号确定所传送电平确定所传送电平D

6、ACADC传送端传送端接纳端接纳端磁盘驱动电子学磁盘驱动电子学存储数据存储数据恢复数据恢复数据硬盘存储和读出后的数据硬盘存储和读出后的数据无线接纳机无线接纳机无线接纳天线接纳到的信号无线接纳天线接纳到的信号(幅度只需几微伏幅度只需几微伏)和噪声频谱和噪声频谱接纳机放大低电平信号时必需具有极小噪接纳机放大低电平信号时必需具有极小噪声、任务在高频并能抑制大的有害成分。声、任务在高频并能抑制大的有害成分。光接纳机光接纳机光纤系统光纤系统转换为一个小电流转换为一个小电流高速电流处置器高速电流处置器激光二极管激光二极管光敏二极管光敏二极管传感器传感器(a) 简单的加速度表简单的加速度表(b) 差动加速度

7、表差动加速度表汽车触发气囊的加速度检测原理图汽车触发气囊的加速度检测原理图逻辑电路逻辑电路A/D电路电路011010011101010011inD/A电路电路out集成电路系统的构成集成电路系统的构成模拟集成电路的特点是什么？模拟集成电路的特点是什么？有以下有以下5 5个特点：个特点： 1) 1) 处置模拟信号处置模拟信号 2) 2) 多任务于小信号形状多任务于小信号形状 3) 3) 信号频率范围宽信号频率范围宽 4) 4) 多样化功能要求多样化功能要求 5) 5) 输出高功率输出高功率, ,任务电压高任务电压高模拟集成电路的特点是什么？模拟集成电路的特点是什么？从模拟集成电路的任务机理和功能

8、要求来思索，与数从模拟集成电路的任务机理和功能要求来思索，与数字集成电路相比，概括起来，有以下字集成电路相比，概括起来，有以下5 5个特点：个特点： 1) 1) 电路所要处置的是延续变化的模拟信号模拟电路所要处置的是延续变化的模拟信号模拟量；量； 2) 2) 除了需求功率输出的输出级外，电路中信号的除了需求功率输出的输出级外，电路中信号的电平值是比较小的，即模拟集成电路普通多任务于小电平值是比较小的，即模拟集成电路普通多任务于小信号形状，不象逻辑集成电路那样只任务于大信号开信号形状，不象逻辑集成电路那样只任务于大信号开关形状；关形状； 3) 3) 信号频率往往从直流延伸到高频段；信号频率往往从

9、直流延伸到高频段；n上述前三个特点要求模拟集成电路在整个线性任务区上述前三个特点要求模拟集成电路在整个线性任务区域内，有良好的特性包括电流放大特性、小电流特域内，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。但由于集成电路消性、失真度要求和频响特性等。但由于集成电路消费中参数的离散性较大，故在电路设计中应设法减小费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目的的影响，例如合理地采用元件参数的精度对电路目的的影响，例如合理地采用一些负反响技术等。模拟集成电路对元件参数的精度一些负反响技术等。模拟集成电路对元件参数的精度及温漂要求较高，因此在幅员和工艺设计

10、中需求注重及温漂要求较高，因此在幅员和工艺设计中需求注重对元件的匹配性及热平衡设计。对元件的匹配性及热平衡设计。4) 4) 多样化功能要求：运用的多样性要求各类模拟集成电路多样化功能要求：运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。某些电路能够本身具有多种多样、千差万别的电路功能。某些电路能够本身就具有多种功能，而如今更多的小规模模拟集成电路普通就具有多种功能，而如今更多的小规模模拟集成电路普通包括单项或两、三项功能。以最简单的收音机用模拟集成包括单项或两、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、前置放电路来讲，就包括高频放大、混频

11、、中放、检波、前置放大和功率放大等功能；大和功率放大等功能；5) 5) 对于某些模拟集成电路来说，要求其输出级输出高功率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任务，普通在较高的电源电压下任务，普通在20-30V20-30V左右。因此对隔离左右。因此对隔离耐压及晶体管的击穿电压要求较高。耐压及晶体管的击穿电压要求较高。n后两个特点那么要求模拟集成电路不得后两个特点那么要求模拟集成电路不得不采用比较复杂多样的电路构造方式，不采用比较复杂多样的电路构造方式，同时采用多种半导体

12、器件，如普通同时采用多种半导体器件，如普通npn管、小电流超管、小电流超的的npn管、横向管、横向pnp管、管、纵向纵向pnp管、各种场效应管、稳压管和管、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、肖特基管。还要求采用多种阻值的电阻、电容等。因此在工艺上必需思索多种器电容等。因此在工艺上必需思索多种器件的兼容性，亦对工艺和资料均提出了件的兼容性，亦对工艺和资料均提出了颇为严厉的要求。颇为严厉的要求。模拟集成电路设计的难点模拟集成电路设计的难点n模拟设计涉及到速度、功耗、增益、精度、电源电压模拟设计涉及到速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种等多种n对噪声、串扰和其他干扰比数字电路要敏感得多。对噪声、串扰和其他干扰比数字电路要敏感得多。n要思索器件的二级效应要思索器件的二级效应n规划、布线、设计有难度规划、布线、设计有难度n建模和仿真仍存在难度，比较注重阅历和直觉。建模和仿真仍存在难度，比较注重阅历和直觉。n电路构造需改良。电路构造需改良。模拟集成电路的设计模拟集成电路的设计Specifica