用集成电路设计数字模拟电路芯片
模拟集成电路数字集成电路
模拟集成电路数字集成电路
模拟集成电路和数字集成电路是现代电子技术中非常重要的两个分支。
模拟集成电路主要处理连续信号，如声音、图像等，而数字集成电路则处理离散信号，如数字音频、数字图像等。
两者都广泛应用于电子、通信、计算机等领域。
在模拟集成电路中，常见的电路包括放大器、滤波器、振荡器等。
这些电路可以放大、过滤、产生电压或电流等各种信号。
模拟集成电路设计的关键在于理解基本电路理论，并能够将理论应用到具体的电路设计中。
数字集成电路则主要包括逻辑门电路、计数器、寄存器等。
这些电路可以实现各种逻辑运算、计数、存储等功能。
数字集成电路设计的关键在于理解二进制运算、布尔代数、编码等基本概念，并能够将其应用到电路设计中。
随着科技的发展，模拟集成电路和数字集成电路的应用越来越广泛。
例如，模拟集成电路应用于音频放大器、电视机、汽车电子等领域；数字集成电路应用于计算机、通信、数字娱乐等领域。
因此，学习和掌握模拟集成电路和数字集成电路的基本理论和技术，对于从事相关领域的人员来说是非常重要的。
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电路中的集成电路与模拟电路设计
电路中的集成电路与模拟电路设计在现代电子技术领域中，集成电路和模拟电路设计是无法分开的两大重要部分。
集成电路是电子元件的组合，而模拟电路设计则侧重于信号的处理和传输。
本文将重点探讨电路中的集成电路与模拟电路设计的相关内容，包括其定义、应用以及设计方法等。
一、集成电路的概念与应用集成电路是应用微电子技术的产物，它将电子元件（如二极管、晶体管等）以微小尺度集成到芯片上，通过集成技术的手段实现多电子元件的功能。
相比于传统的离散电路设计，集成电路在体积、功耗、可靠性等方面有明显的优势，被广泛应用于通信、计算机、消费电子等领域。
集成电路的设计过程包括电路拓扑设计、电路功能设计和电路布局设计等步骤。
其中，电路拓扑设计是指确定电路元件之间的连接方式和拓扑结构，电路功能设计则是明确电路的功能和性能要求，并选取适合的元件进行组合。
电路布局设计则是将电路元件在芯片上的位置进行优化，以实现最佳的电路性能。
二、模拟电路设计的基本原理与方法模拟电路是处理和传输连续信号的电路，与数字电路不同，它能够处理连续的信号，如声音、温度等。
模拟电路设计常用于放大、滤波和调制解调等信号处理领域，如音频放大器、射频前端等。
在模拟电路设计中，首先需要进行电路规划，确定电路的整体结构和功能模块。
其次，需要根据信号特性选择合适的电路拓扑结构，如共射、共集和共基等。
接着，进行元件选取，选取合适的电阻、电容、电感等元件，并进行参数计算。
最后，进行电路调试和性能优化，通过仿真和实验验证电路的性能。
模拟电路设计中还需要注意一些设计技巧和方法。
如去耦（Decoupling）电容的设计，用于消除噪声和电源抖动；温度补偿电路的设计，用于稳定电路在不同温度下的工作性能；信号调理电路的设计，用于提高信号质量和减小信号失真等。
三、集成电路与模拟电路的结合与创新集成电路与模拟电路既有相互独立的存在，也有一定程度上的结合。
集成电路中常常包含模拟电路模块，如模拟信号处理、模拟-数字转换等。
数字ic设计流程
数字ic设计流程数字 IC 设计流程是指通过使用数字集成电路技术进行芯片设计的一系列步骤。
这个过程包括需求分析、架构设计、电路设计、逻辑综合、布局布线、验证测试等环节。
下面将详细介绍数字 IC 设计流程。
首先是需求分析阶段。
在这个阶段，设计团队需要与客户充分沟通，了解客户的需求，并制定设计方案。
通过该阶段的分析，设计团队将明确设计的目标，包括芯片的功能、性能、功耗、面积、成本等要求。
接下来是架构设计阶段。
在这个阶段，设计团队将根据需求分析的结果，制定芯片的整体框架。
这包括选择适当的硬件和软件系统，在芯片内部实现各个功能模块，并确定各个模块之间的接口。
然后是电路设计阶段。
在这个阶段，设计团队将根据架构设计的要求，设计各个模块的电路。
这包括设计和优化模块内部的逻辑电路、时钟电路、控制电路、存储电路等。
在这个阶段，设计团队还需要进行电路仿真和验证，确保电路的功能和性能符合设计要求。
接下来是逻辑综合阶段。
在这个阶段，设计团队将设计完成的电路转化为门级电路。
通过逻辑综合工具，将电路中的逻辑元件映射为与门、或门、非门等门电路。
这个阶段还会对电路进行时序优化，以确保电路在时序上满足设计要求。
然后是布局布线阶段。
在这个阶段，设计团队将根据逻辑综合后的电路，进行布局和布线的设计。
布局设计是指将各个门电路按照规定的布局规则进行摆放；布线设计是指将各个门电路之间的连线进行规划和布线。
这个阶段还包括电磁兼容性的考虑，以及对电路面积和功耗的优化。
最后是验证测试阶段。
在这个阶段，设计团队将通过仿真和验证测试，验证设计的正确性和性能。
这包括模拟仿真、时序仿真、功耗仿真等。
在验证测试后，如果发现设计存在问题或不满足要求，设计团队需要对设计进行修改和优化，重新进行验证测试。
总结来说，数字 IC 设计流程包括需求分析、架构设计、电路设计、逻辑综合、布局布线和验证测试等环节。
不同的设计阶段需要使用不同的工具和方法，通过这些流程的严格执行，可以确保设计的芯片满足性能、功耗、面积、成本等要求。
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617CMOS（互补金属氧化物半导体）模拟集成电路是现代电子设备中常见的一种设计和制造技术。
在本文中，我们将介绍基于Cadence IC617的CMOS模拟集成电路设计和仿真实例，以便读者了解CMOS电路设计的基本流程和重要步骤。
步骤1：设计电路首先，我们需要确定所设计的电路的功能和性能指标。
例如，我们可以设计一个运算放大器电路来放大输入的电压信号。
然后，我们可以使用Cadence IC617中的设计工具创建原始的电路图。
在Cadence IC617中，我们可以选择所需的电路元件，如MOS管、电容器和电阻器，并将它们放置在电路图中。
然后，我们可以将它们连接起来，以实现所需的电路功能。
在设计电路时，我们需要注意元件的尺寸和位置，以及电路的布局，以确保性能和可靠性。
步骤2：参数化模型完成电路设计后，接下来我们需要为每个元件选择适当的参数化模型。
这些模型是描述元件行为和特性的数学表达式。
例如，我们可以选择MOS管的Spice模型，该模型可以描述其转导和容性特性。
在Cadence IC617中，我们可以通过浏览模型库，选择适合我们电路的元件模型。
然后，我们可以将这些模型与电路元件关联起来，以便在仿真过程中使用。
步骤3：电路布局完成参数化模型的选择后，我们需要进行电路布局。
电路布局是将电路元件实际放置在芯片上的过程。
在Cadence IC617中，我们可以使用布局工具来配置电路元件的位置和尺寸。
在电路布局过程中，我们需要考虑元件之间的互连和布线。
我们可以使用布线工具来连接元件的引脚，并确保布线符合规定的电气规范。
同时，我们还需要遵循布线规则，以确保信号传输的稳定性和可靠性。
步骤4：参数抽取和后仿真完成电路布局后，我们可以进行参数抽取和后仿真。
参数抽取是从电路布局中提取出元件的真实特性和物理参数的过程。
在Cadence IC617中，我们可以使用抽取工具来自动提取电路布局中各个元件的参数。
集成电路EDA与验证技术课件：模拟集成电路设计与仿真
模拟集成电路设计与仿真
常用命令格式： (1) DEFINE 格式：DEFINE <库名> <库路径> 例： DEFINE sample /export/cadence/IC615USER5/tools.lnx86/dfII/samples/cdslib/sa mple (2) INCLUDE 格式：INCLUDE <另外一个cds.lib 的全路径>
模拟集成电路设计与仿真
图3.2 Spectre中包含的各种仿真器
模拟集成电路设计与仿真
2．精确的晶体管模型 Spectre为所有的仿真器提供一致的器件模型，这有利于 消除不同模型间的相关性，从而得到快速收敛的仿真结果。 模型的一致性也保证了器件模型在升级时可以同时应用于所 有的仿真器。 3．高效的程序语言和网表支持 Spectre仿真平台支持多种设计提取方法，并兼容绝大多 数SPICE输入平台。Spectre可以读取Spectre、SPICE以及 Verilog-A格式的器件模型，并支持标准的Verilog-AMS、 VHDL-AMS、Verilog-A、Verilog以及VHDL格式的文本输 入。
模拟集成电路设计与仿真
5．有力衔接了版图设计平台 对于完整的版图设计平台而言，Spectre是不可或缺的重 要环节，它能方便地利用提取的寄生元件参数来快速完成后 仿真(post-layout simulation)的模拟，并与前仿真(pre-layout simulation)的模拟结果作比较，紧密的连接了电路 (Schematic)和版图(layout)的设计。 6．交互的仿真模式 设计者可以在仿真过程中快速改变参数，并在不断调整 参数和模拟之中找到最佳的电路设计结果，减少电路设计者 模拟所花费的时间。
芯片设计中数模混合集成电路设计流程
芯片设计中数模混合集成电路设计流程芯片设计包含很多流程，每个流程的顺利实现才能保证芯片设计的正确性。
因此，对芯片设计流程应当具备一定了解。
本文将讲解芯片设计流程中的数字集成电路设计、模拟集成电路设计和数模混合集成电路设计三种设计流程。
数字集成电路设计多采用自顶向下设计方式，首先是系统的行为级设计，确定芯片的功能、性能，允许的芯片面积和成本等。
然后是进行结构设计，根据芯片的特点，将其划分成接口清晰、相互关系明确的、功能相对独立的子模块。
接着进行逻辑设计，这一步尽量采用规则结构来实现，或者利用已经验证过的逻辑单元。
接下来是电路级设计，得到可靠的电路图。
最后就是将电路图转换成版图。
系统功能描述主要确定集成电路规格并做好总体设计方案。
其中，系统规范主要是针对整个电子系统性能的描述，是系统最高层次的抽象描述，包括系统功能、性能、物理尺寸、设计模式、制造工艺等。
功能设计主要确定系统功能的实现方案，通常是给出系统的时序图及各子模块之间的数据流图，附上简单的文字，这样能更清晰的描述设计功能和内部结构。
为了使整个设计更易理解，一般在描述设计可见功能之后，对系统内部各个模块及其相互连接关系也进行描述。
描述从系统应用角度看，需要说明该设计适用场合、功能特性、在输入和输出之间的数据变换。
逻辑设计是将系统功能结构化。
通常以文本、原理图、逻辑图表示设计结果，有时也采用布尔表达式来表示设计结果。
依据设计规范完成模块寄存器传输级代码编写，并保证代码的可综合、清晰简洁、可读性，有时还要考虑模块的复用性。
随后进行功能仿真和FPGA 验证，反复调试得到可靠的源代码。
其中，还要对逻辑设计的RTL 级电路设计进行性能及功能分析，主要包括代码风格、代码覆盖率、性能、可测性和功耗评估等。
电路设计大体分为逻辑实现、版图前验证和版图前数据交付三个阶段。
逻辑实现将逻辑设计表达式转换成电路实现，即用芯片制造商提供的标准电路单元加上时间约束等条件，使用尽可能少的元件和连线完成从RTL描述到综合库单元之间的映射，得到一个在面积和时序上满足需求的门级网表。
【科普】集成电路IC设计系列10之模拟芯片之RF IC
【科普】集成电路IC 设计系列10 之模拟芯片之RF IC今天来聊聊射频芯片。
传统来说，一部可支持打电话、发短信、网络服务、APP 应用的手机，一般包含五个部分部分：射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件。
射频：一般是信息发送和接收的部分；基带：一般是信息处理的部分；电源：一般是节电的部分，由于手机是能源有限的设备，所以电源管理十分重要；外设：一般包括LCD，键盘，机壳等；软件：一般包括系统、驱动、中间件、应用。
在手机终端中，最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。
射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大；基带芯片负责信号处理和协议处理。
RF 是Radio Frequency 的缩写，指无线电频率。
频率范围在300KHz～300GHz 之间。
RF 最早的应用是Radio—无线电广播（FM /AM）。
而射频芯片是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，通过天线谐振发送出去的电子元件。
在整个射频芯片赛道中，射频前端行业规模巨大，市场增速较快。
射频前端（Radio Frequency Front-End）在通讯系统中天线和基带电路之间的部分，包括发射通路和接收通路，一般由射频功率放大器、射频滤波器、双工器、射频开关、射频低噪声放大器等共同组成。
射频前端行业是我国集成电路行业中对外依存度较高的细分领域之一，特别是在5G、高集成度射频前端模组等前沿市场，据Yole 的数据，2022 年全球射频前端市场由Broadcom（19%）、Qualcomm（17%）、Qorvo（15%）、Skyworks （15%）和村田（14%）等美系和日系厂商占据主导地位，这些射频巨头通过不断地收购整合，不断补强射频前端技术能力。
这五大射频前端厂商合计占据市场约80%的份额，也占据我国大部分的市场份额。
射频前端结构射频前端是无线通信系统构架四大部分（天线、射频前端、射频收发模块以及基带信号）之一，主要功能是将数字信号向无线射频信号转化。
模拟与数字混合信号集成电路设计方法与技巧
模拟与数字混合信号集成电路设计方法与技巧数字混合信号集成电路（Analog Mixed-Signal Integrated Circuit，简称AMS IC）是同时包含了模拟电路和数字电路的集成电路。
它可以完成模拟信号处理和数字信号处理两种功能，广泛应用于各种领域，例如通信、消费电子、汽车电子等。
在设计AMS IC时，需要考虑到模拟电路和数字电路之间的相互影响，以及相应的设计方法和技巧。
首先，AMS IC设计需要综合考虑模拟电路和数字电路。
模拟电路主要用于接收和处理模拟信号，需要考虑到噪声、幅度范围、线性度、频率响应等因素。
数字电路主要用于处理和传输数字信号，需要考虑到时钟、功耗、面积、速度等因素。
在设计AMS IC时，需要找到一个平衡点，既能满足模拟电路的性能要求，又能满足数字电路的性能要求。
其次，AMS IC设计需要注意模拟电路和数字电路之间的相互影响。
模拟电路的性能对数字电路有直接影响，例如模拟电路的噪声和非线性度会降低数字电路的性能。
数字电路的操作也会对模拟电路产生影响，例如时钟的频率和相位会影响模拟电路的采样和重建性能。
因此，在设计AMS IC时，需要仔细分析和评估这些影响，并采取相应的措施来降低不良影响。
在AMS IC设计中，还需要考虑一些特殊技巧和方法。
首先，需要设计合适的模拟-数字界面电路，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号转换为模拟信号。
这些界面电路需要满足高速传输、低功耗、低噪声等要求。
其次，需要采取合适的电源和接地策略，以降低模拟电路和数字电路之间的干扰。
例如，可以采用分层供电和模拟数字分隔，减少共模噪声的影响。
此外，还需要合理选择器件和工艺，例如选择高性能模拟电路器件、互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺等，以实现设计需求。
在实际AMS IC设计中，还需要运用一些常用的技巧和工具。
例如，可以采用模拟电路仿真工具来评估模拟电路的性能，例如SPICE。
可以采用时序分析工具来评估数字电路的性能，例如伊凡威尔科技公司的PrimeTime。
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设计目的：
1.掌握CMOS反相器和两级CMOS运算放大器的电路图基本原理。
2.熟练掌握并运用tanner作图软件。
3. 基本能根据仿真图对电路进行基本分析
一．CMOS反相器
1.工作原理
1）.基本电路结构
2）.开启电压|UTP|=UTN，且小于VDD。
当uI= UIL=0V时，VTN截止，VTP导通，
uO = UOH≈VDD当uI =UIH = VDD ，VTN导
通，VTP截止，uO =UOL≈0V
3.）工作特点
VTP和VTN总是一管导通而另一管截止，流过
VTP和VTN的静态电流极小（纳安数量级），因而
CMOS反相器的静态功耗极小。
这是CMOS电路最
突出的优点之一。
2.用Tanner仿真
1）cmos反相器电路图
2）反相器
瞬时分析
生成t-spice文件如下：
进行仿真：
仿真状态窗口：
仿真结果报告文件：
3）反
相器
瞬时
分析
在
W-Ed
it中
观看
仿真
结果
4）反相
器直流
分析在
W-Edit
中观看
仿真结
果
3.用Tanner画CMOS反相器版图
二．两级CMOS运算放大器设计
设计原理分析：
单级有源负载差动放大器的增益一般可达几十到几百倍左右。
但作为运算放大器，这个增益是不够的，因此还需要多级级联。
下面我们来分析两级CMOS运算放大器。
两级CMOS运算放大器的基本电路图如下：
V 9
V 3U r
I D3
I D1
V 1
V 4U i
I D4I D2V 2
V 5
U DD
Ïàλ²¹³¥C c
A
U o
I SS
V 8
V 7
V 6
U SS
图一 电路图
下面我们根据题设指标，tanner 下进行仿真，并进行分析： 已知: K N=μn C ox=25 μA /V2， K P=μpCox=12.5 μA /V2， Cc=5 pF ，功耗Pm ≤10 mW ，U DD=9 V ， λN=0.01 Ｖ-1,λP=0.015 V-2,U TH=1V 。
要求：Aud>5000，单位增益带宽GB=3MHz ，压摆率SR=2V/us 。
1. 根据总功率Pm=10mW ，Udd=9V ，可求出允许总电流I=Pm/Udd=1100uA
2. 根据压摆率SR=2V/us,算出第一级偏置电流Iss.
SR=Io1(max)/Cc ，Io1=Id4-Id2=Id1-Id2,Id1最大值为Iss,Id2最小值为0，故Io1(max)=Iss 。
Iss=SR*Cc=10uA 。
区Iss=100uA,Id1q=Id2=50uA.
£«
£U o
C c
I o1
压摆率计算
3. 根据对单位增益带宽的要求，计算差动放大器MOS 的宽长比。
由图一可知，加了密勒补偿C c 后， 由于密勒等效电容对带宽的影响远大于MOS 管极间电容的影响， 所以， MOS 管极间电容的影响可以忽略不计， 那么该电路的高频小信号等效电路如图2 所示。
g m1U
1
R o1U 1
g m5U
1
C c
R o2U o
图二 高频小信号等效电路
用密勒等效原理作单向化近似如图三所示，其中密勒等效电容C m 为 C m ≈(g m5R o2)C c 显然C m 引入的是整个电路的主极点， 也就决定了整个电路的单位增益带宽。
设C m 引入主极点， 则根据图三, 输出电压U o(j ω)为
Uo(j ω) = —g m5R o2U1(j ω)
g m1R o1
U i
R o1
U 1
g m5U
1
C m R o2~
£«£
£«
£
U o
C c
图三 单向化模型
该式忽略了输出回路时常数的影响
所以
单位增益
代入C m=(g m5R o2)C c 得
式中， g m1为差分对管跨导
题目要求: ωGB=2π·GB=2π×3 MHz 代入上式， 算出V1、 V2的宽长比为
1
11111
)
()(o m i o m R C j j U R g j U ωωω+=1
2
15111)()(o m o o m m i o u R C j R R g g j U j U A ωωω+-==1
)
(12
12121=+=
o m G B o o m m u R C R R g g A ωc
m GB
C g 1
≈ωQ
D N Q D ox n m I L W K I L W C g 11
11
1
122⎪⎭⎫ ⎝⎛=
=
μ
得到两级运算放大器设计图表如下
在Tanner 中的仿真：
首先在S-Edit 中画出电路的仿真图，按照上表中MOS 管的宽长比，电压，功耗，进行设置。
()55.3105025102109)2(102526612
2242
21=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⎪
⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-πωDIQ
N GB c I K C L W L
W
在T-Spice中进行仿真的设置：
插入工艺文件m12_125.md和波形分析的设置。
W-Edit的仿真分析：+
幅频响应的仿真曲线
相频特性的仿真曲线
仿真报告文件。
注：
仿真结果和计算有差入，仿真时各管尺寸有所调整，特别是频率响应比计算值要差得多，这是因为计算时忽略了许多因素的缘故，如所有MOS电容引起的极点都未在计算之中。
此外在MOS管的设置中仅仅对宽长比进行的设置，而没有考虑到源极面积，源极周长和栅极面积，栅极周长，从而使在S-Edit中的电路和设计电路有较大不同，从而导致仿真结果偏差。
这在今后的电路图设计中是需要注意的。
设计报告总结：
本次集成电路主要是设计数字电路和模拟电路芯片，运用Tanner软件进行原理图及版图的绘制并进行仿真。
初次使用这个软件时，遇到很多问题，根据老师的讲解，再按照课本慢慢摸索，最终将问题一一解决，完成了本次设计报告，同时掌握了Tanner这一实用的软件，收益匪浅。