模擬電路

模擬電路是指用來對模擬信號進行傳輸、變換、處理、放大、測量和顯示等工作的電路。模擬信號是指連續(xù)變化的電信號。模擬電路是電子電路的基礎(chǔ)，它主要包括放大電路、信號運算和處理電路、振蕩電路、調(diào)制和解調(diào)電路及電源等。

模擬電路設(shè)計的基本流程

1、系統(tǒng)定義

系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計的基本前提。根據(jù)設(shè)計要求，模擬電路設(shè)計工程師需要對電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義，并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。

2、電路設(shè)計

電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計工程師需要根據(jù)模擬電路需要實現(xiàn)的功能要求、設(shè)計規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。

針對模擬電子電路的設(shè)計，目前暫時沒有可以利用的比較成熟的設(shè)計軟件，因此，只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計的難度，限制了模擬電路的發(fā)展速度。

3、電路仿真

電路仿真是模擬電路的設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達到設(shè)計要求的一個重要依據(jù)。

工程師根據(jù)仿真結(jié)果，不斷對電路進行修改和調(diào)整，直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達到設(shè)定的指標及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法，直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等。

4、版圖實現(xiàn)

版圖將電路設(shè)計轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計工程師對設(shè)計的模擬電路進行物理幾何性的描述，將其轉(zhuǎn)換成圖形格式，以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。

5、物理驗證

在物理驗證階段，需要對設(shè)計的模擬電路進行設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）。設(shè)計規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計規(guī)則的基礎(chǔ)上對其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進行檢查，衡量版圖工藝實現(xiàn)上的可行性。此外，還要對版圖與電路圖的一致性進行檢查（LVS）?？梢岳?LVS 工具提取版圖的參數(shù)，將得到的電路圖與原電路設(shè)計圖進行比較，保證版圖與原電路設(shè)計的一致性。

6、寄生參數(shù)提取后仿真

在版圖之前進行的電路設(shè)計的仿真稱之為“前仿真”，“前仿真”都是比較理想的仿真，沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進行的電路仿真稱之為“后仿真”，只有當后仿真的仿真結(jié)果達到設(shè)計指標及系統(tǒng)功能要求，電路的設(shè)計工作才算完成。

寄生參數(shù)對模擬電路的影響較大，前仿真的仿真結(jié)果滿足的情況下，后仿真結(jié)果卻無法滿足要求。因此，設(shè)計工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進行晶體管參數(shù)的修改，有時甚至要進行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直至后仿真結(jié)果達到系統(tǒng)設(shè)計要求。

目前，模擬電路設(shè)計難度高且比較復(fù)雜，使用的 EDA 工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對落后，且在設(shè)計過程中需要進行頻繁的人工干預(yù)，對寄生參數(shù)等比較敏感等，這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展，導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對緩慢。

模擬電路設(shè)計注意事項

（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）進行保護。

（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 拐角頻率和斜率進行補償，從而在整個工作頻率范圍內(nèi)獲得所期望的 PSRR 。

（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，而且可以減少串擾。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，因此可以避免大的電流環(huán)路，從而減少 RF 輻射。

（11）比較器必須具有滯后（正反饋），以防止因為噪聲和干擾而產(chǎn)生的錯誤的輸出變換，也可以防止在斷路點產(chǎn)生振蕩。不要使用比需要速度更快的比較器（將 dV/dt 保持在滿足要求的范圍內(nèi)，盡可能低）。

（12）有些模擬 IC 本身對射頻場特別敏感，因此常常需要使用一個安裝在 PCB 上，并且與 PCB 的地平面相連接的小金屬屏蔽盒，對這樣的模擬元件進行屏蔽。注意，要保證其散熱條。