老司機總結：模擬電路設計的11個細節

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2022-03-18 02:40:45 8

模擬電路設計需要扎實的模電基礎以及豐富的經驗積累，這里，我們分享一位模電老工程師的總結，幫助大家在設計中少踩坑，少走彎路，覺得好的點個贊啊！

系統定義

??系統定義是模擬電路設計的基本前提。根據設計要求，模擬電路設計工程師需要對電路系統及子系統做出相應的功能定義，并確定面積、功耗等相關性能的參數范圍。

電路設計

電路結構的選擇是電路設計的重要環節。模擬電路設計工程師需要根據模擬電路需要實現的功能要求、設計規范及相應的參數指標選擇合適的電路結構，并在此基礎上確定元器件的組合方式等。針對模擬電子電路的設計，目前暫時沒有可以利用的比較成熟的設計軟件，因此，只能是有工程師根據自己的經驗手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設計的難度，限制了模擬電路的發展速度。

電路仿真

??電路仿真是模擬電路的設計過程中必不可少的一個環節，是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達到設計要求的一個重要依據。

??工程師根據仿真結果，不斷對電路進行修改和調整，直到模擬電路的仿真結果可以達到設定的指標及相應的功能要求。常用方法主要有參數掃描法，直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等。

版圖實現

??版圖將電路設計轉化生產的重要橋梁。在由前面的設計及仿真結果確定了模擬電路的結構及相關參數后，設計工程師對設計的模擬電路進行物理幾何性的描述，將其轉換成圖形格式，以便于模擬電路后續的加工與制作。

物理驗證

??在物理驗證階段，需要對設計的模擬電路進行設計規則檢查(DRC)。設計規則檢查是在給定的設計規則的基礎上對其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進行檢查，衡量版圖工藝實現上的可行性。此外，還要對版圖與電路圖的一致性進行檢查(LVS)。可以利用LVS工具提取版圖的參數，將得到的電路圖與原電路設計圖進行比較，保證版圖與原電路設計的一致性。

寄生參數提取后仿真

??在版圖之前進行的電路設計的仿真稱之為“前仿真”，“前仿真”都是比較理想的仿真，沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數。將寄生參數加入版圖后進行的電路仿真稱之為“后仿真”，只有當后仿真的仿真結果達到設計指標及系統功能要求，電路的設計工作才算完成。

??寄生參數對模擬電路的影響較大，前仿真的仿真結果滿足的情況下，后仿真結果卻無法滿足要求。因此，設計工程師需要根據后仿真結果不斷進行晶體管參數的修改，有時甚至要進行電路結構的調整，直至后仿真結果達到系統設計要求。

??目前，模擬電路設計難度高且比較復雜，使用的EDA工具的功能和系統配套性又相對落后，且在設計過程中需要進行頻繁的人工干預，對寄生參數等比較敏感等，這些都在一定程度上限制了模擬電路的發展，導致模擬電路發展速度相對緩慢。 b3966be796c36e0a8b2583d7f602d87f

??同時模擬電路設計中應該注意以下十一個細節：

(1) 為了獲得具有*穩定性的反饋電路，通常要求在反饋環外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載提供一個緩沖。
(2) 積分反饋電路通常需要一個小電阻(約560歐)與每個大于10pF的積分電容串聯。
(3) 在反饋環外不要使用主動電路進行濾波或控制EMC 的RF帶寬，而只能使用被動元件(最好為RC電路)。僅僅在運放的開環增益比閉環增益大的頻率下，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。
(4) 為了獲得一個穩定的線性電路，所有連接必須使用被動濾波器或其他抑制方法(如光電隔離)進行保護。
(5) 使用EMC濾波器，并且與IC相關的濾波器都應該和本地的0V參考平面連接。
(6) 在外部電纜的連接處應該放置輸入輸出濾波器，任何在沒有屏蔽系統內部的導線連接處都需要濾波，因為存在天線效應。另外，在具有數字信號處理或開關模式的變換器的屏蔽系統內部的導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量的RF去耦，這一點與數字IC一樣。但是模擬IC通常需要低頻的電源去耦，因為模擬元件的電源噪聲抑制比(PSRR)在高于1KHz后增加很少。在每個運放、比較器和數據轉換器的模擬電源走線上都應該使用RC 或LC濾波。電源濾波器的拐角頻率應該對器件的PSRR拐角頻率和斜率進行補償，從而在整個工作頻率范圍內獲得所期望的PSRR 。
(8) 對于高速模擬信號，根據其連接長度和通信的最高頻率，傳輸線技術是必需的。即使是低頻信號，使用傳輸線技術也可以改善其抗干擾性，但是沒有正確匹配的傳輸線將會產生天線效應。
(9) 避免使用高阻抗的輸入或輸出，它們對于電場是非常敏感的。
(10) 由于大部分的輻射是由共模電壓和電流產生的，并且因為大部分環境的電磁干擾都是共模問題產生的，因此在模擬電路中使用平衡的發送和接收(差分模式)技術將具有很好的EMC效果，而且可以減少串擾。平衡電路(差分電路)驅動不會使用0V參考系統作為返回電流回路，因此可以避免大的電流環路，從而減少RF 輻射。
(11) 比較器必須具有滯后(正反饋)，以防止因為噪聲和干擾而產生的錯誤的輸出變換，也可以防止在斷路點產生振蕩。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，盡可能低)。

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