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第 1 章　绪论

第 1 章　绪论. 主讲教师：邹志革. 本课程的重要信息. 使用教材 — 拉扎维 《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》 参考书目 — 课件（下载地址 http ： //icc.hust.edu.cn ） — Hspice 使用手册（下载地址 http ： //icc.hust.edu.cn ）. 电路仿真. 主要仿真工具： HSpice/AWaves 课程工艺 – 0.35μm CMOS 工艺 温馨提示

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第 1 章　绪论

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  1. 第1章　绪论 主讲教师：邹志革

  2. 本课程的重要信息 使用教材 — 拉扎维《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》 参考书目 —课件（下载地址http：//icc.hust.edu.cn） — Hspice 使用手册（下载地址http：//icc.hust.edu.cn） 华中科技大学远程教学

  3. 电路仿真 主要仿真工具：HSpice/AWaves 课程工艺 – 0.35μm CMOS工艺 温馨提示 — Spice 仅仅是一个用来评估你预测的计算器，它是用来验证你的想法的； — 只有当你知道大致的结果时，仿真才有意义。 华中科技大学远程教学

  4. 这门课的目标——运算放大器 华中科技大学远程教学

  5. 这门课的目标——运算放大器 华中科技大学远程教学

  6. 涉及电路内容 华中科技大学远程教学 单管共源级放大器 差分放大器 电流源 电流镜 频率响应和频率补偿

  7. 涉及相关内容 华中科技大学远程教学 MOS器件特性 集成电路设计流程 集成电路版图 集成电路制造流程 仿真技术

  8. 课程章节安排 第1章　绪论 第2章　放大器基础 第3章　MOS器件特性 第4章　单管放大器 第5章　差分放大器 第6章　电流源和电流镜 第7章　放大器的频率响应 第8章　模拟集成电路仿真 第9章　基本运算放大器设计 华中科技大学远程教学

  9. 主要内容 华中科技大学远程教学 1.1　研究模拟电路的重要性 1.2　研究模拟集成电路的重要性 1.3研究CMOS模拟集成电路的重要性 1.4集成电路设计的抽象级别 1.5电路设计中的符号

  10. 1.1　研究模拟电路的重要性 1.1.1自然界的信号及分类 模拟信号和数字信号： 信号：所有可被探测的电压，电流和电荷都可以被视为信号。信号应该可以向我们转达一个物理系统的状态或行为信息。 模拟信号 是一个定义在连续时域内的具有连续幅度的信号。 数字信号 仅在离散幅度上有定义，或者说数字信号是被量化为离散值。 华中科技大学远程教学

  11. 模拟信号和数字信号 华中科技大学远程教学

  12. 1.1.2数字信号处理的优势 数字的信息 … 为什么? 容易制造和复制 鲁棒性 便于传输和存储 方便程序化设计和修改 数字集成电路的设计和制造容易 数字信息和数字多媒体随处可见 … 但是，数字的信息也不总是很好！ 量化的误差 采样的频率 依赖于ADC和DAC电路 一些错误将直接导致严重后果 华中科技大学远程教学

  13. 1.1.3为什么用模拟信号处理电路 – 鲁棒性：数字信号处理对工艺变化，电源电压改变，温度变化，干扰和老化都不敏感； – 可编程：数字信号处理算法可以通过改变系数和软件代码而相当容易的改变； – 适应性：一些信号处理算法在用数字实现时，会有更多的自由度，比如说线性相位滤波器。 华中科技大学远程教学

  14. 为什么用模拟？ 今天我们使用的数字系统： – 移动电话； – 数字电影； – 数字电视； – 数字功率放大器； – 数字滤波器； – 数字 …… 几乎所有的东西都是数字的。 那么是否模拟已经过时了呢？ 华中科技大学远程教学

  15. 为什么用模拟？(4) 为什么用模拟？ 由于很多应用都进入了数字领域，模拟电路看起来已经过时了。但事实上，模拟电路设计人员仍然有着很大的需求。这是为什么呢？ 这是因为，现实世界是模拟的。在微观水平，比如： 许多信号源的输出信号是模拟形式； 在空间和天线中的射频信号也是模拟的。 华中科技大学远程教学

  16. 数字世界 现在存在着两个并行的世界：我们居住在日常的模拟世界以及一个由人类创造的由数字机器组成的数字世界。我们通过电脑屏幕访问数字世界，通过键盘和鼠标来控制它，就像核物理工作者使用真空箱和机械臂操作放射性材料。我们的机器直接操纵数字世界，但他们很少意识到围绕在自己四周的模拟世界。 现在，我们正在移交感觉器官和操纵者，并邀请他们进入模拟现实。在未来几十年内，由于传感器、激光和微处理器共同发展而带来的可能规模是惊人的、不确定的。 华中科技大学远程教学

  17. 为什么用模拟？（4） 然而，数字的世界中，我们依然需要： 模数转换器（ADC）来数字化输入信号； 数模转换器（DAC）再生经过数字处理的模拟信号； 模拟预处理（在ADC之前）后端处理（在DAC之后），比如放大、滤波、补偿。 华中科技大学远程教学

  18. 为什么用模拟？（5） 华中科技大学远程教学

  19. 1.1.4模拟电路的应用举例 数字通信 接收端需要进行放大、滤波等处理！ 华中科技大学远程教学

  20. 数字通信 采用多电平，从而减小带宽需求； 需要更高精度的ADC 和 DAC 华中科技大学远程教学

  21. 磁盘驱动电子学 为了进一步的处理，信号要被放大、滤波和数字化！ 华中科技大学远程教学

  22. 光接收器 华中科技大学远程教学

  23. 传感器 华中科技大学远程教学

  24. Sensors: Accelerometers 华中科技大学远程教学

  25. 手机 VLSI, HUST 华中科技大学远程教学 射频 电源管理 基带 ……

  26. 最基本的无线收发器 VLSI, HUST 华中科技大学远程教学

  27. 发射器和接收器 RF Transmitter RF Receiver 华中科技大学远程教学

  28. 诺基亚7610的主板 华中科技大学远程教学

  29. 生物传感器 Nanoscaled IDE Sensors Acoustic Wave Sensors • antibody/antigen • immunosensing • liquid identification • DNA • antibody/antigen • immunosensing CMOS Integrated Multiparameter Sensors • Bloodgas sensor • pCO2, pO2, pH Microphysiometer • HTDS • Calorimetric (D heat) VLSI, HUST 华中科技大学远程教学

  30. 无线体域网 华中科技大学远程教学

  31. 助听器 华中科技大学远程教学

  32. 智能交通和智能汽车 华中科技大学远程教学

  33. 汽车电子 VLSI, HUST 华中科技大学远程教学

  34. 需要哪些技术？ Computing Power Semicon. High current High voltage High temperatures Silicon Sensors Special processes High precision Great robustness Sensing Actuating Microcontrollers 50 m transistors Non-volatile memory SmartSensors 华中科技大学远程教学

  35. 泛在健康 VLSI, HUST 华中科技大学远程教学

  36. 1.1.5　研究模拟电路设计的挑战 数字电路设计时，一般考虑速度和功耗的折衷。 而模拟电路需要考虑：速度、功耗、增益、精度、电源等诸多方面的折衷。 模拟电路还对噪声、串扰等更加敏感 IC工艺也对电路的影响巨大 Tradeoff ! 华中科技大学远程教学

  37. 放大器的折衷考虑！ 华中科技大学远程教学

  38. 为什么模拟电路极具挑战？ 数字电路主要在速度和功耗之间折衷； 模拟电路在速度，功耗，增益，精度，电源等众多因素之间折衷； 由于速度和精度的要求，模拟电路必须对噪音和串扰等其他干扰有更强的免疫力。 华中科技大学远程教学

  39. 为什么模拟电路极具挑战？ 模拟电路对器件的二级效应更加敏感； 高性能模拟电路的设计很少能自动完成，通常都需要“手工”完成； 模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在难题，这需要经验和直觉来弥补。 华中科技大学远程教学

  40. 为什么模拟电路极具挑战？ 从经济上考虑，要求模拟电路的发展追随主流的数字工艺。 从经济上考虑，模拟和数字功能要集成在单一芯片上。 需要很多等级的抽象。 模拟电路是必须的! 华中科技大学远程教学

  41. 1.2研究模拟集成电路的重要性 华中科技大学远程教学 Intel公司的创始人Gordon Moore在1965年预言：每个芯片上晶体管的数目将每18个月翻一番。

  42. 为什么集成？ 　　　 一个包含大量集成和分立元件的系统，将要消耗很多的能量，占很大的空间，并且十分昂贵，而且稳定性差。 　　　 由于存储器和微处理器市场的推动，集成电路技术也涉及到许多模拟设计，来提供复杂，高速并且精确的能和分立元件媲美的电路。 华中科技大学远程教学

  43. 为什么集成？ 华中科技大学远程教学 • 优势: • 减小尺寸 • 提高性能，增加功能 • 更容易隐藏“商业秘密” • 降低成本 • 减小功耗 • 更小的辐射和噪声 • 劣势: • 初始的成本很高 • 高功率密度——散热 • 开发和制造耗时长 • 上市较慢

  44. 为什么集成？ （续） 华中科技大学远程教学

  45. SiP 定义 华中科技大学远程教学 Stacked die packages Multichip Packages Stacked Packages

  46. SiP的发展驱动力 华中科技大学远程教学 对消费类和移动式电子产品而言，SiP可在更小的面积内容纳更多功能 对电脑、无线通信和军事航天等应用，需要更高的性能 某些领域比如医疗领域需要多功能和高性能 某些应用，比如网络系统，需要SiP来减小主板层数和复杂性

  47. 1.3研究CMOS模拟集成电路的重要性 超大规模的集成数字（如DSP和存储器）和模拟（如放大器，滤波器，A/D & D/A 转换器）电路来换取低的价格。 理想的MOS开关应用在高精度的取样电路如开关电容滤波器，以及在A/D & D/A 转换器中。 器件尺寸减小：相对于大多数的双极型工艺而言，CMOS工艺具有更小特征尺寸的新工艺 (比如0.25mm 和 0.18mm) 使电路工作频率更高(5GHz)。 华中科技大学远程教学

  48. “More than Moore” and “More Moore” 华中科技大学远程教学

  49. 为什么使用CMOS集成电路 双极型硅工艺： 双极型晶体管可以在相对较小的功耗条件下工作在更高频率。 适于具有高速的纯模拟集成电路（比如射频电路）或相对高功耗的应用（ADSL线路激励器）。 双极型数字集成电路消耗大量功耗，不能应用于大规模集成电路中。 BiCMOS 工艺兼有双极型和CMOS的许多优点，但由于需要额外的步骤而使得制造成本很高。 　　由于其在低成本和高集成度方面的优势，CMOS工艺成为混合信号集成电路的主流工艺。 华中科技大学远程教学

  50. 从双极型到MOS晶体管 华中科技大学远程教学

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