北大集成电路原理与设计之二：模拟集成电路原理与设计课件00引言

1模拟集成电路原理与设计PrincipleandDesignofAnalogIntegratedCircuits引言陈中建[e-mail]62759051，理科2号楼2619微电子学系2北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计授课教师陈中建研究领域模拟和混合IC设计低功耗CMOSIC设计研究的课题探测器配套ASIC设计–红外/紫外成像、MEMS加速度计、MEMS悬臂梁、高能粒子等探测器–以模拟为主的混合电路–含前端低噪声接口电路、ADC、DSP、DAC和RF接收/发送器等主讲课程模拟集成电路原理与设计（本科生主干基础课）低功耗CMOSIC设计（研究生限选）SOC所ASIC教研室3北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计SOC所ASIC教研室其他教师吉利久－教授、博导退休返聘研究方向：器件物理、模拟和混合IC设计、LPIC设计鲁文高－副教授研究方向：模拟和混合IC设计课题：探测器配套ASIC设计、电源芯片等主讲的课程–集成电路设计实习（本科生必修）–高阶模拟集成电路分析与设计（本科生选修）张雅聪－博士后研究方向：模拟和混合IC设计课题：探测器配套ASIC设计每年本科实习、毕设4－5人，研究生4－5人4北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计题目模拟集成电路原理与设计PrincipleandDesignofAnalogIntegratedCircuitsCMOS模拟集成电路分析与设计CMOS主流工艺，一直在进步；低成本、低功耗、高集成模拟集成电路AnalogIC（AIC）类比积体电路分析分析已有电路工作原理设计自己进行AIC设计实践5北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计授课内容绪论，2学时重要性、一般概念单级放大器，5学时无源/有源电流镜，2学时差动放大器，3学时放大器的频率特性，4学时噪声，4学时运算放大器，6学时反馈，6学时稳定性和频率补偿，6学时版图，3学时共源、共漏、共栅、共源共栅定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元弥勒效应、极点与节点关系、单级放大器频率特性分析统计特性、类型、电路表示、单级放大器噪声分析、噪声带宽特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析叉指、对称、ESD等多极点系统、相位裕度、频率补偿器件物理基础，2学时MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型基本/共源共栅/有源电流镜EDA系统使用常识和设计实习实例演示，2学时做设计实习所需软硬件系统的使用期中考试2学时，评卷1学时。习题课若干学时6北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计授课方法本课特点要讲授的内容比较多《教学大纲》中有规定与国外本科AIC课讲授内容相同课时比较紧如何解决“内容多、课时有限”矛盾？难点内容和通用分析方法会重点、详细讲其他内容“串”一下，给大家讲清思路，大家自己回去看书例题课上讲一些，大家做习题，建立感性认识节奏开始会进度稍慢，讲授细致，让大家轻松跟上，逐渐适应AIC分析方法等大家掌握了基本分析方法后，就会加快进度教学方式启发加灌输7北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计先修课电子线路分析基础微电子电路基础频率特性、S域分析《电子线路》中也讲单级放大器，但本课程针对AIC设计，讲得更深入例如体效应、沟道长度调制效应等的影响CMOS器件物理与器件物理相关的内容会多讲CMOS集成电路工艺EDA工具的使用Hspice、Spectre8北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计教材教材模拟CMOS集成电路设计，陈贵灿等译，西安交通大学出版社，2003年DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuits，BehzadRazavi著，清华大学出版社（影印版），2005为什么选它做教材？中文避免了英文关，把学习重心放在电路分析和设计本身上只讲CMOS目前绝大部分的AIC是针对CMOS工艺设计有利于在有限授课时间内讲清AIC的基本分析方法、设计方法若将来需要设计双极AIC，则可基于本课所学知识自学作者设计经验丰富，反映了最新10年的技术进展状况新的变化：性能要求提高，工艺进步（低电源电压等），数模混合引出的新问题新的技术：低电源电压电路，对电源电压波动和干扰不敏感电路国外名校采用率高UCLA、Berkeley等9北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计参考书CMOS电路设计、布局和仿真（中译本）陈中建主译，机械工业出版社，2005AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuits（FourthEdition）PaulR.Gray等，高教出版社（影印版），2003语言刘畅，推理清晰，层次分明；先双极，后MOS，全讲CMOSAnalogCircuitsDesign（SecondEdition）PhilipE.Allen等，电子工业出版社（影印版），2002设计经验丰富10北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计课件PPT等资料在IME的FTP上/pub/EE_Document/1_MicroelectronicsCourseware/模拟CMOS集成电路设计含PPT、器件模型等11北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计成绩评定成绩考核方式作业（习题、设计实习）和考勤30%，期中20％，期末考试50%作业、设计实习课堂布置助教在课堂上收/发作业，发作业时评点作业会安排习题课期中/末考试基于平时授课内容出题，考基本内容答疑理科2号楼2619，62759051[e-mail]12北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计课代表、助教课代表协助收、发作业师生沟通助教2名发通知，收、改作业根据批改情况评点作业，上习题课和设计实习课其他与本课程相关事宜13北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计如何学好这门课？学知识认真听课、看书、思考用知识做作业做设计实习14北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计设计实习如单级放大器，电流镜，2级运算放大器等意义理论和实际结合，增加大家设计AIC的兴趣选做每章布置与下学期《集成电路设计实习》课的区别本课的设计实习比较简单，紧扣每章所讲授核心内容《集成电路设计实习》的实习题目会比较综合、复杂助教批改后，会上设计实习评点课做仿真，写设计实习报告报告内容实习目的、实习内容、实习结果及对结果的必要分析电子版文件命名规范：学号-姓名-设计实习×报告15北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计设计实习所需EDA系统仿真工具HSPICE－推荐可以在Windows环境下使用也可以用Cadence公司Spectre要在Linux或Unix环境下用与《集成电路设计实习》课工具同EDA系统软硬件使用事宜询问助教16北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计授课目标明确CMOSAIC在当代IC产业中的重要地位掌握CMOSAIC中基础电路模块的电路结构、工作原理、性能参数和关键设计技术掌握CMOSAIC的分析和设计方法掌握CMOSAIC的常用版图设计技术17北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计优秀AIC设计师的特质工程师的眼光和直觉快速、直觉地理解一个电路的功能、性能数学家的严密仅靠直觉（感觉）不够，还需要验证直觉结论。用坚实可靠的“证据”，反映出确切的因果关系对电路中某些因素的影响能数据化、公式化（量化）；具备手算能力差分对尺寸失配对失调电压的影响艺术家的灵感用创造性思维，想出新颖的电路结构，解决电路设计中遭遇的棘手问题爱因斯坦说过：“天才等于1％的灵感加99％的勤奋，但是这1％的灵感往往比那99％的勤奋还重要。”18北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计初学者容易碰到的问题先修课有些是限选，有些同学没学过电子线路分析、信号与系统公式公式多：“以前还没上过这么多公式的课”要记下的结论性的公式多一看电路结构，就要知道相应表达式（增益、阻抗）在公式推导或分析电路时，不清楚那些效应可以忽略模电设计要考虑的指标比数电多很多，与这些指标相关的因素很多有些次要因素在分析时忽略会极大的简化推导、计算，得出的结果虽有偏差但仍能反映出变化关系具体哪个效应可忽略，一般会明确说明19北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计初学者容易碰到的问题小信号模型比较陌生，以前学得少且不大掌握，更没用它分析过电路以前学《电子线路》时没考虑体效应、沟道长度调制效应等作业和实习教材上的很多作业题是授课内容的“拓展”，有难度网上的参考答案有些有错误看书然后做作业费时多教材思路跳跃性大，“显然”并不显然很难区分信号是大信号还是小信号，符号标志一样20合作愉快！投入足够的时间，来看书、学习、思考、实践，就能够学好、掌握本课知识内容