模擬電路設(shè)計(jì)在我看來(lái)是微電子領(lǐng)域一個(gè)集基礎(chǔ)理論知識(shí)和創(chuàng)造性于一身的絕學(xué)。就像一盤棋，別人給你準(zhǔn)備好了棋子，如何擺出如何擺出千變?nèi)f化的陣勢(shì)完全在于你的功力和才能如今的模電設(shè)計(jì)已經(jīng)處在這樣的層面，完備的仿真計(jì)算工具將設(shè)計(jì)者從繁瑣的數(shù)據(jù)運(yùn)算中解放出來(lái)。只要你有足夠的理論基底和創(chuàng)造性，配以對(duì)信號(hào)處理的理解和公式推算的駕馭能力，一個(gè)個(gè)完美的設(shè)計(jì)方案就會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。

眾所周知，模擬電路難學(xué)，以最普遍的晶體管來(lái)說(shuō)，我們分析它的時(shí)候必須首先分析直流偏置，其次在分析交流輸出電壓?？梢哉f(shuō)，確定工作點(diǎn)就是一項(xiàng)相當(dāng)麻煩的工作（實(shí)際中來(lái)說(shuō)），晶體管的參數(shù)多、參數(shù)的離散性也較大。但值得我們注意的是，模擬電路構(gòu)建了電子行業(yè)的基礎(chǔ)，至今為止，電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如此高的水平。但如果我們觀察各種電子電路的發(fā)展，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：幾乎所有的電子技術(shù)都離不開(kāi)放大技術(shù)。即使是數(shù)字芯片內(nèi)部，其基本單元都是互補(bǔ)型源極接地放大電路。模擬電子技術(shù)的重要性時(shí)不我待。

一、模擬電路設(shè)計(jì)必須掌握的四項(xiàng)技能

模擬電路再怎么說(shuō)，關(guān)鍵的是多學(xué)多做，做出片子就自然懂得哪些知識(shí)點(diǎn)需要掌握了。這里就主要談?wù)剬W(xué)習(xí)模擬電路要求的四個(gè)知識(shí)部分，要成為模擬電路的設(shè)計(jì)者，我們必須掌握其最基本的以下四個(gè)組成部分：

（1）晶體管元件的設(shè)計(jì)

它是指半導(dǎo)體工程學(xué)方面的知識(shí)，任何設(shè)計(jì)的IC芯片都將最終回歸于它，一般都是從薛定諤波動(dòng)方程式開(kāi)始引出的（比較復(fù)雜），但與實(shí)際具體設(shè)計(jì)電路直接聯(lián)系不大，而我們又不能缺少這部分，是理論基礎(chǔ)。

（2）晶體管電路的設(shè)計(jì)

要從事模擬電路設(shè)計(jì)事實(shí)上必須掌握晶體管電路的基本知識(shí)，推薦一邊學(xué)習(xí)一邊實(shí)驗(yàn)、仿真，PSPICE之類的都可以，通一個(gè)就行，同時(shí)要注意多想多動(dòng)手。時(shí)間長(zhǎng)了自然能掌握晶體管電路的設(shè)計(jì)技術(shù)，這里面的學(xué)習(xí)，我們就開(kāi)始掌握經(jīng)驗(yàn)。晶體管、FET是構(gòu)建整個(gè)電路的基礎(chǔ)，這里學(xué)通了，諸多IC的原理圖就很直觀了。

（3）功能模塊的設(shè)計(jì)

功能模塊主要以各種各樣的運(yùn)放為基礎(chǔ)，包括AD、 DA、PLL、穩(wěn)壓源等等，它們都主要是由晶體管構(gòu)成的，功能模塊設(shè)計(jì)工程中都會(huì)將元器件適當(dāng)?shù)睦硐牖?。這部分的學(xué)習(xí)是十分重要的。一般都是從這里開(kāi)始學(xué)習(xí)模擬電路，這部分相對(duì)來(lái)說(shuō)比較易懂，也是模擬電路學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)。

（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這部分就需要相當(dāng)?shù)母叨?，需要慮方方面面。

其實(shí)，說(shuō)實(shí)在的，真正做過(guò)一兩塊片子就差不多能通大半部分。 關(guān)鍵是試驗(yàn)、動(dòng)手。

二、傳說(shuō)中的模電四大名著

傳說(shuō)，模擬電路設(shè)計(jì)有四大名著，分別出自

Berkeley的P.R.GRAY

GIT的Phillip E. Allen

UCLA的Behzad Razavi

以及toronto的David Johns

而其中，P.R.GRAY的著作堪稱該領(lǐng)域的Bible。

要說(shuō)模電的書，那可真是遍地都是，經(jīng)典的也不在少數(shù)。但個(gè)人以為，最好的有2本。

第一當(dāng)然是Razavi的Design of Analog CMOS Integrated Circuits,完美的cmos入門教材。Berkeley的Analysis and design of analog integrated circuits很多人都評(píng)價(jià)要超過(guò)Razavi。但是里面bipolar和cmos并行，看得太累，至今也沒(méi)完整讀過(guò)。

第二本是最近才發(fā)現(xiàn)的，就是Willy Sansen的analog design essentials。覺(jué)得這本書的思想很多獨(dú)辟蹊徑，公式推理少，偏重理解，很有啟發(fā)性，涵蓋范圍又廣。

模擬四大名著，指如下四本：

1.《Analysis and design of analog integrated circuits》, P.R. Gray, P.J. Hurst, Lewis and R.G.Meyer..
2.《Design of Analog CMOS integrated Circuits》，Behzad Razavi
3.《Analog Integrated Circuit Design》，D.A.Johns, K.Martin
4.《CMOS analog circuit design》 P.E.Allen,D.R.Holberg.

1. P.R.Gray的書

《Analysis and design of analog integrated circuits》這本書被業(yè)界譽(yù)為模擬IC的Bible，盛名之下，必?zé)o虛士?，F(xiàn)在已經(jīng)出到第四版，作者無(wú)一例外是業(yè)界大牛，該書論述嚴(yán)謹(jǐn)，思路清晰，對(duì)電路分析透徹，定義嚴(yán)格明確，無(wú)愧Bible之名。作為一個(gè)初學(xué)者，這是必讀的一本書，雖然有中譯本，但是建議看英文原版，因?yàn)榉g實(shí)在不是太好。該書對(duì)基本電路的分析細(xì)致深刻，但是個(gè)人覺(jué)得它寫的最為引人入勝的是反饋和補(bǔ)償兩章，講的很透，還有噪聲一章也是幾本書中講得最詳細(xì)的，對(duì)英文比較好的初學(xué)者，建議讀這本書。當(dāng)然作者出于某些考慮，在題材的選取上BJT和CMOS并重，對(duì)很多只作CMOS的人來(lái)說(shuō)，可能感覺(jué)有點(diǎn)煩。

2.Razavi的書

《Design of Analog CMOS integrated Circuits》。 作為模擬IC界著名的后起之秀，他的每一本書都是值得關(guān)注的。他關(guān)于模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)的書，是一本很不錯(cuò)的入門教材。如果說(shuō)Gray的書敘述風(fēng)格 有如金庸的小說(shuō)，正大磅礴，那么這本書就有如古龍的小說(shuō)，劍走偏鋒，作者關(guān)注對(duì)電路的直覺(jué)洞察，所以有些電路的處理不是那么傳統(tǒng)，卻暴露出足夠的本質(zhì)，該書內(nèi)容較簡(jiǎn)單，加上西交的翻譯版譯得還不錯(cuò)，自然成為很多初學(xué)者得首選，但是書中偶有小錯(cuò)，閱讀時(shí)要注意。

3.Martin的書

《Analog Integrated Circuit Design》是另外一本很不錯(cuò)的書，比較工程化，書中的電路很多稍做修改就適合于工程應(yīng)用，我的一個(gè)朋友說(shuō)他們公司設(shè)計(jì)的很多電路就是用的是該書上的結(jié)構(gòu)。該書的前面部分的通篇論述其實(shí)是為ADC/DAC做準(zhǔn)備，后面主要講數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。該書有翻譯版，不過(guò)翻譯版水平實(shí)在是不敢恭維的。

4.Allen的書

《CMOS analog circuit design》作為第一個(gè)提出用CMOS做模擬電路的大牛，他的書是另外的經(jīng)典。該書很多公式橫空出世，叫人初看之下摸不著頭腦，所以不太適合初學(xué)者，適合對(duì)電路有一定了解的人閱讀，該書最大的特點(diǎn)是從正向介紹和講述電路的設(shè)計(jì)，關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計(jì)是該書最精彩的部分，可以使很多人的思維從分析電路轉(zhuǎn)換到設(shè)計(jì)電路，考慮設(shè)計(jì)時(shí)怎么進(jìn)行指標(biāo)的tradeoff，完成思維的轉(zhuǎn)化對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)師是至關(guān)重要的，筆者就是在這本書的影響下開(kāi)始轉(zhuǎn)化思維，跳出分析電路的框架的。該書第九章關(guān)于開(kāi)關(guān)電容電路的講述，對(duì)進(jìn)行ADC/DAC設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯(cuò)的開(kāi)始。書中錯(cuò)誤較多，閱讀時(shí)要小心。

5.Sansen的書

作為歐洲模擬IC最有名的大牛之一，他的書是不容錯(cuò)過(guò)的。從這本書我們可以看到一種完全和以上書不同的敘述風(fēng)格，他對(duì)基本電路的論述是所有書中最為全面深入的，而且內(nèi)容的處理方式和其它書都不太一樣，對(duì)于一個(gè)電路，他直接講了從低頻到高頻的小信號(hào)輸入阻抗，輸出阻抗，增益，而不像其它的書是割裂開(kāi)來(lái)介紹的，這樣更適合全面理解電路和把握電路的性質(zhì)，他對(duì)電路的介紹是不畏繁瑣的，叫人有時(shí)有一種感覺(jué)：講得太細(xì)致了。這本書對(duì)系統(tǒng)講得比較多，適合理解電路和系統(tǒng)之間的關(guān)系，對(duì)運(yùn)放構(gòu)成的反饋系統(tǒng)的介紹是最為深刻的，有助于把握反饋的本質(zhì)。最后兩章是關(guān)于開(kāi)關(guān)電容濾波器的，Laker寫的，有一種感覺(jué)：懂了的 人就能讀懂，不懂的人就讀不懂，呵呵。

以上是幾本基本模擬IC書，每一本都有自己的特色和側(cè)重，筆者認(rèn)為很難說(shuō)哪本就一定強(qiáng)過(guò)其它，對(duì)于初學(xué)者而言，每本都有必要讀，這有助于觸類旁通，加深對(duì)電路的理解，大家可以精讀一本，泛讀多本，這樣可以從不同的角度理解電路，提高自己水平。

三、模擬電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

模擬電路的設(shè)計(jì)是工程師們最頭疼、但也是最致命的設(shè)計(jì)部分，盡管目前數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路的發(fā)展非常迅猛，但是模擬電路的設(shè)計(jì)仍是不可避免的，有時(shí)也是數(shù)字電路無(wú)法取代的，例如 RF射頻電路的設(shè)計(jì)！這里將模擬電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題總結(jié)如下，有些純屬經(jīng)驗(yàn)之談，還望大家多多補(bǔ)充、多多批評(píng)指正！。。。

（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(gè)小電阻或扼流圈給容性負(fù)載提供一個(gè)緩沖。

（2）積分反饋電路通常需要一個(gè)小電阻（約 560 歐）與每個(gè)大于 10pF 的積分電容串聯(lián)。

（3）在反饋環(huán)外不要使用主動(dòng)電路進(jìn)行濾波或控制 EMC 的 RF 帶寬，而只能使用被動(dòng)元件（最好為 RC 電路）。僅僅在運(yùn)放的開(kāi)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(gè)穩(wěn)定的線性電路，所有連接必須使用被動(dòng)濾波器或其他抑制方法（如光電隔離）進(jìn)行保護(hù)。

（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(méi)有屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)線連接處都需要濾波，因?yàn)榇嬖?a target="_blank">天線效應(yīng)。另外，在具有數(shù)字信號(hào)處理或開(kāi)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(diǎn)與數(shù)字 IC 一樣。但是模擬 IC 通常需要低頻的電源去耦，因?yàn)槟M元件的電源噪聲抑制比（PSRR）在高于 1KHz 后增加很少。在每個(gè)運(yùn)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(duì)器件的 PSRR拐角頻率和斜率進(jìn)行補(bǔ)償，從而在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)獲得所期望的 PSRR 。

（8）對(duì)于高速模擬信號(hào)，根據(jù)其連接長(zhǎng)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(hào)，使用傳輸線技術(shù)也可以改善其抗干擾性，但是沒(méi)有正確匹配的傳輸線將會(huì)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(duì)于電場(chǎng)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?yàn)榇蟛糠汁h(huán)境的電磁干擾都是共模問(wèn)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?dāng)_。平衡電路（差分電路）驅(qū)動(dòng)不會(huì)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?yàn)樵肼暫透蓴_而產(chǎn)生的錯(cuò)誤的輸出變換，也可以防止在斷路點(diǎn)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(duì)射頻場(chǎng)特別敏感，因此常常需要使用一個(gè)安裝在 PCB 上，并且與 PCB 的地平面相連接的小金屬屏蔽盒，對(duì)這樣的模擬元件進(jìn)行屏蔽。注意，要保證其散熱條件。