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老司机总结:模拟电路设计的11个细节

发布时间:2022-03-18作者来源:萨科微浏览:555

模拟电路设计需要扎实的模电基础以及丰富的经验积累,这里,我们分享一位模电老工程师的总结,帮助大家在设计中少踩坑,少走弯路 ,觉得好的点个赞啊!

1.

系统定义

  系统定义是模拟电路设计的基本前提。根据设计要求,模拟电路设计工程师需要对电路系统及子系统做出相应的功能定义,并确定面积、功耗等相关性能的参数范围。

2.

电路设计

电路结构的选择是电路设计的重要环节。模拟电路设计工程师需要根据模拟电路需要实现的功能要求、设计规范及相应的参数指标选择合适的电路结构,并在此基础上确定元器件的组合方式等。     针对模拟电子电路的设计,目前暂时没有可以利用的比较成熟的设计软件,因此,只能是有工程师根据自己的经验手工完成。这在一定程度上增加了模拟电路设计的难度,限制了模拟电路的发展速度。

3.

电路仿真

  电路仿真是模拟电路的设计过程中必不可少的一个环节,是模拟工程师判断模拟电路是否可以达到设计要求的一个重要依据。

  工程师根据仿真结果,不断对电路进行修改和调整,直到模拟电路的仿真结果可以达到设定的指标及相应的功能要求。常用方法主要有参数扫描法,直流和交流分析法、蒙特卡罗分析等。

4.

版图实现

  版图将电路设计转化生产的重要桥梁。在由前面的设计及仿真结果确定了模拟电路的结构及相关参数后,设计工程师对设计的模拟电路进行物理几何性的描述,将其转换成图形格式,以便于模拟电路后续的加工与制作。

5.

物理验证

  在物理验证阶段,需要对设计的模拟电路进行设计规则检查(DRC)。设计规则检查是在给定的设计规则的基础上对其最小线宽、孔尺寸、最小图形间距等限制工艺进行检查,衡量版图工艺实现上的可行性。此外,还要对版图与电路图的一致性进行检查(LVS)。可以利用LVS工具提取版图的参数,将得到的电路图与原电路设计图进行比较,保证版图与原电路设计的一致性。

6.

寄生参数提取后仿真

  在版图之前进行的电路设计的仿真称之为“前仿真”,“前仿真”都是比较理想的仿真,没有考虑到连线的电阻、电容等寄生参数。将寄生参数加入版图后进行的电路仿真称之为“后仿真”,只有当后仿真的仿真结果达到设计指标及系统功能要求,电路的设计工作才算完成。

  寄生参数对模拟电路的影响较大,前仿真的仿真结果满足的情况下,后仿真结果却无法满足要求。因此,设计工程师需要根据后仿真结果不断进行晶体管参数的修改,有时甚至要进行电路结构的调整,直至后仿真结果达到系统设计要求。

  目前,模拟电路设计难度高且比较复杂,使用的EDA工具的功能和系统配套性又相对落后,且在设计过程中需要进行频繁的人工干预,对寄生参数等比较敏感等,这些都在一定程度上限制了模拟电路的发展,导致模拟电路发展速度相对缓慢。      

  同时模拟电路设计中应该注意以下十一个细节:

图片         (1) 为了获得具有良好稳定性的反馈电路,通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。
    (2) 积分反馈电路通常需要一个小电阻(约560欧)与每个大于10pF的积分电容串联。
    (3) 在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制EMC 的RF带宽,而只能使用被动元件(最好为RC电路)。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下,积分反馈方法才有效。在更高的频率下,积分电路不能控制频率响应。
    (4) 为了获得一个稳定的线性电路,所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法(如光电隔离)进行保护。
    (5) 使用EMC滤波器,并且与IC相关的滤波器都应该和本地的0V参考平面连接。
    (6) 在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器,任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波,因为存在天线效应。另外,在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。
    (7) 在模拟IC的电源和地参考引脚需要高质量的RF去耦,这一点与数字IC一样。但是模拟IC通常需要低频的电源去耦,因为模拟元件的电源噪声抑制比(PSRR)在高于1KHz后增加很少。在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用RC 或LC滤波。电源滤波器的拐角频率应该对器件的PSRR拐角频率和斜率进行补偿,从而在整个工作频率范围内获得所期望的PSRR 。
    (8) 对于高速模拟信号,根据其连接长度和通信的最高频率,传输线技术是必需的。即使是低频信号,使用传输线技术也可以改善其抗干扰性,但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应。
    (9) 避免使用高阻抗的输入或输出,它们对于电场是非常敏感的。
    (10) 由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的,并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的,因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收(差分模式)技术将具有很好的EMC效果,而且可以减少串扰。平衡电路(差分电路)驱动不会使用0V参考系统作为返回电流回路,因此可以避免大的电流环路,从而减少RF 辐射。
    (11) 比较器必须具有滞后(正反馈),以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变换,也可以防止在断路点产生振荡。不要使用比需要速度更快的比较器(将dV/dt保持在满足要求的范围内,尽可能低)。
     





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