CMOS模拟集成电路设计教材

CMOS模拟集成电路设计

课程介绍

第 1节   模拟集成电路设计一般流程，设计工具，设计思路介绍和复习； 集成电路模型( SPICE) 的演进，PDK的构成和要素，设计规则 (Design Rule) 介绍

1. 模拟集成电路设计流程
2. 模拟电路模型
3. 工艺设计工具包 PDK
4. 设计规则介绍

第 2节   虚拟机安装和使用介绍， 用 Cadence Virtuoso 平台检验和熟悉给定代工厂商工艺库里的元器件，扫描晶体管的 Vdg,Vds, Id, Gm 等曲线，对工艺库的参数和特性有一个基本的了解。

1. 虚拟机安装和工具使用
2. PDK 文档和工具介绍
3. 半导体器件模型
4. 版图设计流程
5. 版图设计技巧
6. 实操1 – 模拟集成电路设计工具的使用(上)
7. 实操1- 模拟集成电路设计工具的使用(中)
8. 实操1- 模拟集成电路设计工具的使用(下)

 

运算放大器 ( 运放 Operational Amplifier, OpAmp) 设计实例；

运算放大器是模拟集成电路中最重要的电路结构，也是理论研究最早和最完善的，它是模拟电路设计的地基，也是很多模拟电路主要构成单元，它广泛应用于信号放大及有源滤波器设计，以及各种比较器, 如过零比较器, 窗口比较器, 迟滞比较器（The hysteresis comparator), 电压跟随器等； 掌握了运算放大器的基础理论和设计技能，对学习和掌握其它复杂模拟电路的学习和设计，有事半功倍的作用。

 

第 3节  模拟电路基本构建模块介绍,  单管结构：放大电路，源随器和级联；双管结构：电流镜和差分对，米勒效应和补偿

1. 基础知识点回顾-双极晶体管和场效应管要点回顾
2. 单晶体管放大电路 （一）
3. 单晶体管放大电路 （二）
4. 源极跟随器
5. 共栅放大电路
6. 实操2- 单晶体管组成的电路
7. 实操3 – 提高增益的方法
8. 电流镜
9. 差分对
10. 差分电压和电流放大器
11. 实操4 – 双晶体管电路

 

第 4节   放大器电路的噪声和稳定性

1. 放大器噪声的概念（一）
2. 放大器噪声的概念（二）
3. 基本模拟模块的噪声（一）
4. 基本模拟模块的噪声（二）
5. 放大器稳定性的概念（一）
6. 放大器稳定性的概念（二）
7. 二级放大器的稳定性
8. 三级放大器的稳定性

 

第 5节   基本运算放大器的结构

1. 单级运算跨导放大器的设计
2. 米勒 CMOS 运算跨导放大器的设计
3. 运放其它参数的设计，SR, 输出阻抗，噪声
4. CMOS 简单跨导运放和米勒跨导运放
5. CMOS 对称 跨导运算放大器
6. 折叠级联 跨导运算放大器
7. 其它运算放大器
8. 模拟电路实操5- 简单放大电路
9. 模拟电路实操6- 米勒 CMOS 运算跨导放大器

 

第 6节  全差分放大器和多级放大器

1. 全差分放大器的设计要求
2. 线性场效应管构成的全差分放大器
3. 带误差放大和源随器的全差分放大器
4. 其它的全差分放大器
5. 多级运算放大器的设计
6. 嵌套米勒设计
7. 多级运算放大器的低功耗设计
8. 多级运算放大器设计的比较

 

第 7节  电流运算放大器和其它的放大器

1. 运算电流放大器
2. 电流放大器配置
3. AB类驱动放大器 （一）
4. AB类驱动放大器 （二）
5. AB类驱动放大器 （三）

 

第 8节  运算放大器的反馈

1. 反馈的概念
2. 电压放大器的串联-并联反馈
3. 跨导放大器的串联-串联反馈
4. 跨阻放大器的并联-并联反馈
5. 电流放大器的串联-串联反馈
6. 高频低噪声跨阻放大器

 

第 9节  运算放大器电路版图DRC, LVS, ERC 等物理验证和后仿真，设计规则的检查 ( DRC), 电路规则的检查 (ERC), 版图和电原理图的对照检查 (LVS)，所用工具，步骤，要点

1. 随机失调和CMRR
2. 系统失调和CMRR
3. 低失调的版图设计规则
4. MOST和双极晶体管的比较

第 10节  低噪声放大器

1. 放大器噪声系数和线性度
2. 放大器非准静态MOST模型
3. 低噪声放大器设计案例
4. 放大器的静电保护

第 11节  运算放大器设计案例；参数的确定，参数的解析，理论计算，仿真验证，画版图，物理验证，后仿真。

1. 运算放大器设计参数的确定，理论计算
2. 运算放大器设计仿真验证
3. 运算放大器版图设计
4. 运算放大器和后仿真

 

 

带隙基准电压电路 (Bandgap voltage reference, Bandgap）设计实例；

 在模拟集成电路中需要“基准”提供稳定的直流电压、直流电流，这样的基准几乎不受电源电压、温度的影响，它可以称之为模拟电路的心脏；产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。模拟集成电路对工艺波动 (批与批间，同一晶圆不同位置间 ) 和使用环境 (温度，电压 ) 高度敏感，通过该电路的学习和掌握，对别的模拟电路设计中克服环境偏差和工艺偏差的补偿具有触类旁通和借鉴的作用。

 

第 12节   带隙基准电路基本理论介绍

1. 带隙基准电压原理
2. 双极带隙基准电压
3. CMOS带隙基准电压
4. 低于1V的基准电压和其它应用
5. PSRR增强电路

 

第 13节  带隙基准电路参数的确定，参数的解析，理论计算

1. 带隙基准电路典型结构分析，理论计算
2. 带隙基准电路典型结构的仿真（一）
3. 带隙基准电路典型结构的仿真（二）
4. 带隙基准电路典型结构的仿真（三）
5. 带隙基准电路参数的解析

 

第 14节  带隙基准电路设计案例的原理图设计和直流仿真

1. 电路原理图及分析
2. 直流仿真
3. 直流工作点查看
4. 温度参数扫描及温漂计算
5. 稳定性仿真闭环参数及频率补偿

 

第 15节   带隙基准电路频率响应参数仿真，噪声仿真和优化

1. 带隙基准电路频率相应参数仿真
2. 电源抑制比仿真
3. 噪声仿真及分析

 

第 16节  带隙基准电路可靠性设计

1. 输入电压范围仿真
2. 工艺偏差 Corner 仿真
3. Tran 瞬态启动过程仿真

 

第 17节  带隙基准电路版图设计，版图的设计流程，布局规划，匹配，寄生效应，噪声抑制，ESD，环境偏差和工艺偏差补偿常用的技巧和方法

1. 带隙基准电路版图布局设计
2. 差分对、电流镜、BJT、电阻版图匹配设计
3. 版图连线、Multipart Path 及保护环 Guardring 设计

 

第 18节  带隙基准电路版图DRC, LVS,ERC 等物理验证和后仿真，设计规则的检查 ( DRC), 电路规则的检查 (ERC), 版图和电原理图的对照检查 (LVS)，所用工具，步骤，要点

1. 带隙基准电路 Calibre 版图验证
2. DRC 及天线效应验证
3. LVS 验证
4. 电路后仿真优化
5. Calibre寄生参数提取

 

锁相环电路 ( Phase Loop Lock, PLL) 设计实例；

锁相环电路是一种利用反馈（Feedback）控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步；在众多领域有广泛的应用，如无线通信、数字电视、广播等；锁相环电路的设计几乎涵盖了模拟电路设计中大部分的知识和技巧，是检验模拟电路设计所学所用的很好案例。

 

第 19节  振荡和振荡器的基本原理

1. 振荡器原理及晶体振荡器
2. 单晶体管振荡器
3. MOST 和双极振荡器
4. 其他类型的振荡器

第 20节   锁相环电路基本理论介绍

1. 锁相环电路基本概念
2. 振荡器
3. 鉴相器
4. 电荷泵
5. 环路滤波器

第 21节   锁相环结构解析和确定

1. 电荷泵
2. 鉴频鉴相器
3. 压控振荡器
4. 环路滤波器
5. 分频器

第 22节   锁相环电路原理图设计和直流仿真

1. 电路原理图及分析
2. 直流仿真
3. 直流工作点查看
4. 温度参数扫描及温漂计算
5. 稳定性仿真闭环参数及频率补偿

 

第 23节   锁相环电路运算放大器频率响应参数仿真，噪声仿真和优化

1. 锁相环频率相应参数仿真
2. 电源抑制比仿真
3. 噪声仿真及分析

 

第 24节   锁相环电路可靠性设计

1. 输入电压范围仿真
2. 工艺偏差 Corner 仿真
3. Tran 瞬态启动过程仿真

 

第 25节  锁相环电路版图设计，版图的设计流程，布局规划，匹配，寄生效应，噪声抑制，ESD，环境偏差和工艺偏差补偿常用的技巧和方法

1. 锁相环版图布局设计
2. 差分对、VCO、鉴相电路版图匹配设计
3. 版图连线、Multipart Path 及保护环 Guardring 设计

第26 节  锁相环电路版图DRC, LVS,ERC 等物理验证和后仿真；设计规则的检查 ( DRC), 电路规则的检查 (ERC), 版图和电原理图的对照检查 (LVS)，所用工具，步骤，要点

1. 锁相环 Calibre 版图验证
2. DRC 及天线效应验证
3. LVS 验证
4. 电路后仿真优化
5. Calibre寄生参数提取

 

第 27节  模拟集成电路设计总结，输入输出电路管脚选择的考量，流片需要提交的文件，封装及其对模拟电路性能的影响，模拟集成电路的测试，后续提高需要学习和掌握的知识和技能，

1. 模拟集成电路设计总结
2. 输入输出电路管脚 (I/O) 的选择
3. 流片需要提交的文件
4. 封装及其对模拟电路性能的影响
5. 模拟集成电路的测试