模拟集成电路的设计精选(九篇)

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第1篇：模拟集成电路的设计范文

2001年我国新增“集成电路设计与集成系统”本科专业，2003年至2009年，我国在清华大学、北京大学、复旦大学等高校分三批设立了20个大学集成电路人才培养基地，加上原有的“微电子科学与工程”专业，目前，国内已有近百所高校开设了微电子相关专业和实训基地，由此可见，国家对集成电路行业人才培养的高度重视。在新形势下，集成电路相关专业的“重理论轻实践”、“重教授轻自学轻互动”的传统人才培养模式已不再适用。因此，探索新的人才培养方式，改革集成电路设计类课程体系显得尤为重要。传统人才培养模式的“重理论、轻实践”方面，可从课程教学学时安排上略见一斑。例如：某高校“模拟集成电路设计”课程，总学时为80，其中理论为64学时，实验为16学时，理论与实验学时比高达4∶1。由于受学时限制，实验内容很难全面覆盖模拟集成电路的典型结构，且实验所涉及的电路结构、器件尺寸和参数只能由授课教师直接给出，学生在有限的实验学时内仅完成电路的仿真验证工作。由于缺失了根据所学理论动手设计电路结构，计算器件尺寸，以及通过仿真迭代优化设计等环节，使得众多应届毕业生走出校园后普遍不具备直接参与集成电路设计的能力。“重教授、轻自学、轻互动”的传统教学方式也备受诟病。课堂上，授课教师过多地关注知识的传授，忽略了发挥学生主动学习的主观能动性，导致教师教得很累，学生学得无趣。

2集成电路设计类课程体系改革探索和教学模式的改进

2014年“数字集成电路设计”课程被列入我校卓越课程的建设项目，以此为契机，卓越课程建设小组对集成电路设计类课程进行了探索性的“多维一体”的教学改革，运用多元化的教学组织形式，通过合作学习、小组讨论、项目学习、课外实训等方式，营造开放、协作、自主的学习氛围和批判性的学习环境。

2．1新型集成电路设计课程体系探索

由于统一的人才培养方案，造成了学生“学而不精”局面，培养出来的学生很难快速适应企业的需求，往往企业还需追加6～12个月的实训，学生才能逐渐掌握专业技能，适应工作岗位。因此，本卓越课程建设小组试图根据差异化的人才培养目标，探索新型集成电路设计类课程体系，重新规划课程体系，突出课程的差异化设置。集成电路设计类课程的差异化，即根据不同的人才培养目标，开设不同的专业课程。比如，一些班级侧重培养集成电路前端设计的高端人才，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、集成电路系统与芯片设计、模拟集成电路设计、射频电路基础、硬件描述语言与FPGA设计、集成电路EDA技术、集成电路工艺原理等；另外的几个班级，则侧重于集成电路后端设计的高端人才培养，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、CMOS模拟集成电路设计、版图设计技术、集成电路工艺原理、集成电路CAD、集成电路封装与集成电路测试等。在多元化的培养模式中，加入实训环节，为期一年，设置在第七、八学期。学生可自由选择，或留在学校参与教师团队的项目进行实训，或进入企业实习，以此来提高学生的专业技能与综合素质。

2．2理论课课堂教学方式的改进

传统的课堂理论教学方式主要“以教为主”，缺少了“以学为主”的互动环节和自主学习环节。通过增加以学生为主导的学习环节，提高学生学习的兴趣和学习效果。改进措施如下：

（1）适当降低精讲学时。精讲学时从以往的占课程总学时的75％～80％，降低为30％～40％，课程的重点和难点由主讲教师精讲，精讲环节重在使学生掌握扎实的理论基础。

（2）增加课堂互动和自学学时。其学时由原来的占理论学时不到5％增至40％～50％。

（3）采用多样化课堂教学手段，包括团队合作学习、课堂小组讨论和自主学习等，激发学生自主学习的兴趣。比如，教师结合当前本专业国内外发展趋势、研究热点和实践应用等，将课程内容凝练成几个专题供学生进行小组讨论，每小组人数控制在3～4人，课堂讨论时间安排不低于课程总学时的30％［3］。专题内容由学生通过自主学习的方式完成，小组成员在查阅大量的文献资料后，撰写报告，在课堂上与师生进行交流。课堂理论教学方式的改进，充分调动了学生的学习热情和积极性，使学生从被动接受变为主动学习，既活跃了课堂气氛，也营造了自主、平等、开放的学习氛围。

2．3课程实验环节的改进

为使学生尽快掌握集成电路设计经验，提高动手实践能力，探索一种内容合适、难度适中的集成电路设计实验教学方法势在必行。本课程建设小组将从以下几个方面对课程实验环节进行改进：

（1）适当提高教学实验课时占课程总学时的比例，使理论和实验学时的比例不高于2∶1。

（2）增加课外实验任务。除实验学时内必须完成的实验外，教师可增设多个备选实验供学生选择。学生可在开放实验室完成相关实验内容，为学生提供更多的自主思考和探索空间。

（3）提升集成电路设计实验室的软、硬件环境。本专业通过申请实验室改造经费，已完成多个相关实验室的软、硬件升级换代。目前，实验室配套完善的EDA辅助电路设计软件，该系列软件均为业界认可且使用率较高的软件。

（4）统筹安排集成电路设计类课程群的教学实验环节，力争使课程群的实验内容覆盖设计全流程。由于集成电路设计类课程多、覆盖面大，且由不同教师进行授课，因此课程实验分散，难以统一。本课程建设小组为了提高学生的动手能力和就业竞争力，全面规划、统筹安排课程群内的所有实验，使学生对集成电路设计的全流程都有所了解。

3工程案例教学法的应用

为提升学生的工程实践经验，我们将工程案例教学法贯穿于整个课程群的理论、实验和作业环节。下面以模拟集成电路中的典型模块多级放大器的设计为例，对该教学方法在课程中的应用进行详细介绍。

3．1精讲环节

运算放大器是模拟系统和混合信号系统中一个完整而又重要的部分，从直流偏置的产生到高速放大或滤波，都离不开不同复杂程度的运算放大器。因此，掌握运算放大器知识是学生毕业后从事模拟集成电路设计的基础。虽然多级运算放大器的电路规模不是很大，但是在设计过程中，需根据性能指标，谨慎挑选运放结构，合理设计器件尺寸。运算放大器的性能指标指导着设计的各个环节和几个比较重要的设计参数，如开环增益、小信号带宽、最大功率、输出电压（流）摆幅、相位裕度、共模抑制比、电源抑制比、转换速率等。由于运算放大器的设计指标多，设计过程相对复杂，因此其工作原理、电路结构和器件尺寸的计算方法等，这部分内容需要由主讲教师精讲，其教学内容可以放在“模拟集成电路设计”课程的理论学时里。

3．2作业环节

课后作业不仅仅是课堂教学的巩固，还应是课程实验的准备环节。为了弥补缺失的学生自主设计环节，我们将电路结构的设计和器件尺寸、相关参数的手工计算过程放在作业环节中完成。这样做既不占用宝贵的实验学时，又提高了学生的分析问题和解决问题的能力。比如两级运算放大器的设计和仿真实验，运放的设计指标为：直流增益＞80dB；单位增益带宽＞50MHz；负载电容为2pF；相位裕度＞60°；共模电平为0．9V（VDD＝1．8V）；差分输出摆幅＞±0．9V；差分压摆率＞100V／μs。在上机实验之前，主讲教师先将该运放的设计指标布置在作业中，学生根据教师指定的设计参数完成两级运放结构选型及器件尺寸、参数的手工计算工作，仿真验证和电路优化工作在实验学时或课外实训环节中完成。

3．3实验环节

在课程实验中，学生使用EDA软件平台将作业中设计好的电路输入并搭建相关仿真环境，进行仿真验证工作。学生根据仿真结果不断优化电路结构和器件尺寸，直至所设计的运算放大器满足所有预设指标。其教学内容可放在“模拟集成电路设计”或“集成电路EDA技术”课程里［4］。

3．4版图设计环节

版图是电路系统和集成电路工艺之间的桥梁，是集成电路设计不可或缺的重要环节。通过集成电路的版图设计，可将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原为基于硅材料的立体结构。两级运算放大器属于模拟集成电路，其版图设计不仅要满足工艺厂商提供的设计规则，还应考虑到模拟集成电路版图设计的准则，如匹配性、抗干扰性以及冗余设计等。其教学内容可放在课程群中“版图设计技术”的实验环节完成。通过理论环节、作业环节以及实验的迭代仿真和版图设计环节，使学生掌握模拟集成电路的前端设计到后端设计流程，以及相关EDA软件的使用，具备了直接参与模拟集成电路设计的能力。

4结语

第2篇：模拟集成电路的设计范文

摘要：基于学习产出的教育（OBE）模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。近年来由我国教育部发起的卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证和新一轮的高等院校审核评估，都是基于OBE的工程教育模式。本文以《模拟集成电路设计》课程为例，提出并详细讨论了一种基于OBE培养模式的课程评价方法。在确定课程对专业培养标准的支撑矩阵后，给出了课程目标达成度的具体计算方法和对应的详细的教学设计。

关键词：基于学习产出的教育（OBE）；工程专业认证；课程目标达成度；培养标准

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0108-02

近年来，我国高等院校的工程教育蓬勃发展。国家教育部2006年牵头正式启动全国工程教育专业认证试点工作，2010年，决定在高校中展开实施“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓工计划”）试点工作，并把通过国家工程教育认证作为卓工计划试点项目结题的必要条件。2013年，我国正式被《华盛顿协议》认可为预备会员，2016年，成为正式会员。

事实上，工程认证的内涵是“基于学习产出的教育”（OBE，Outcomes-Based Education）。目前，包括成都信息工程大学（以下简称“我校”）在内的首批61所试点高校的卓工计划试点已近收尾阶段。因此，在OBE的实现主线，即定义预期学习产出―实现预期学习产出―评估学习产出中，“评估学习产出”是目前工作的重中之重。微电子科学与工程专业是我校卓工计划试点专业，在该专业的培养方案中，《模拟集成电路设计》课程为核心必修课，在培养学生模拟集成电路设计理论知识和工程能力方面具有举足轻重的作用。本文以《模拟集成电路设计》课程为例，着重探讨如何实现课程达成度评价。本文研究对进一步深化包括卓工计划在内的工科专业的工程教育改革具有重要意义。

一、课程对培养标准的支撑矩阵

在专业人才培养方案中，每个专业都具有自己的培养标准，一般包括技术基础知识和人文素养、职业能力和态度、人际交往能力、团队工作和交流能力、复杂工程能力等多个方面。这些培养标准完全是由培养方案中的课程体系所支撑，并由此形成课程对培养标准的支撑矩阵。我校微电子科学与工程专业的《模拟集成电路设计》课程所承担的培养标准包括如“培养标准1：具有电路设计与分析、工艺分析、器件性能分析和版图设计等的基本能力”在内的共计8条，涵盖了从技术到沟通（团队合作）、到复杂工程能力等多个方面。为了便于评价每一条培养标准的达成情况，需要在课程内部所涉及的知识点、评价方式等对培养标准的支撑进行进一步分解。表1列出了《模拟集成电路设计》这门课所支撑的培养标准1对应的部分课程内容和考核方式。

由表1可见，评价培养标准1的达成方法采用了成绩分析法（考试、作业）和评分表分析法（讨论、演讲、课程设计等）相结合的方式。这是因为，我们认为，学生的电路设计与分析的基本能力不仅可以通过量化评分的方式进行考核，同时，在课程设计、讨论、演讲等具有一定主观性的考核方式中也能够较好体现。

二、课程目标达成度的评价方法

为了计算某条培养标准在该门课程的达成度，首先需要对该培养标准的达成度的计算方法进行定义。在《模拟集成电路设计》课程中，我们采用如下定义方法：

培养标准i的评价值= （1）

其中，样本班级为了保证具有统计意义，应该抽取好中差比例较为均衡的学生样本。为了保证样本抽取的客观性，我们抽取一个自然班。

依然以课程所支撑的培养标准1为例，2015-2016（2）学期能够支撑该标准的分值以及权重如表2所示：

分别对4个考核环节的该班级的所有学生计算平均分，并代入公式（1）计算，可获得培养标准1的评价值。

值得注意的是，表2中所列的各个考核环节的分值并不一定是该课程中该考核环节的总分，而应该是能够支撑该培养标准的该考核环节的分值。同时，各个考核环节的分值和权重应该总体稳定且动态优化的过程。为了保证达成度评价尽可能客观和合理，相邻两个学年的考核环节权重不应有过于剧烈的变化。

三、教学设计

为了更方便对课程所支撑的培养标准评价值进行计算，在行课前，需要精心设计教学大纲和教学活动。

1.根据所建立的培养标准与课程考核环节的支撑矩阵，合理进行教学活动。支撑矩阵应该包括课程所支撑的所有培养标准，以及每个培养标准所对应的考核方法及考核内容。在支撑关系中，难免会出现一个考核环节同时支撑多个培养标准的情况。例如，“（3）讨论”环节能够同时支撑培养标准1、3、4，其中1为相关的知识要求，3为团队合作要求，4为沟通能力要求。在具体实施过程中，需要考虑是选择利用该评价环节总的评价值同时对3个培养标准进行评价，还是进一步对该考核环节进一步分解。在我校《模拟集成电路设计》课程中，我们将“（2）讨论”环节分解为准备、汇报讨论2个步骤。其中“时浮敝秆生为了讨论所做的笔记，反映学生的知识能力。而“汇报讨论”指学生的临场发言，反映学生的团队合作和沟通能力。

2.确定每一个知识点对所对应培养标准的支撑权重，并由此指导教学过程中各知识点的学时分配。这样，在教学过程中更具有针对性，更能够把握重点。以表1中“单级放大器”课程内容为例，表3给出了一种详细的支撑权重、学时分配和教学设计。

3.合理设计每个知识点的考核方式。面向课程达成度的教学评价本身就是工程专业认证的重要一环，宗旨是通过科学、合理的课程达成度评价方式反映学生毕业要求能否达成，进一步反馈教学中的问题，指导教学内容、教学方法的持续改进，最终达到实现提高学生工程能力的最终目的。因此，课程中富有可实践性的知识点应以讨论、演讲、作业、课程设计等考核方式为牵引，采用综合运用探究式、启发式和互动式的教学方法等进行授课。

四、结束语

在工程教育背景下，以OBE培养模式作为目标导向，能够有效提高工程教育质量。培养体系中课程达成度的评价结果，作为质量反馈环节的重要数据，对教学设计、教学管理和持续改进都具有重要的指导意义。本文提出的课程达成度评价设计具有一定的普适性，对工科专业的课程达成度计算都具有重要参考意义。

参考文献：

[1]孙娜.中国高等工程教育专业认证发展现状分析及其展望[J].创新与创业教育，2016，17（1）：29-34.

[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

第3篇：模拟集成电路的设计范文

6月6日，圣邦微电子（北京）股份有限公司（股票简称：圣邦股份，股票代码：300661）在深圳交易所挂牌上市，募集资金总额达4.47亿元。发行价格为29.82元/股，上市当日即上涨44.00%，收盘价42.94元/股。

近年来，掌握世界先进技术的本土模拟集成电路企业的崛起使中国高性能模拟集成电路水平与世界领先水平的差距逐步缩小，不少国内高端模拟芯片空白得以填补，在某些产品领域甚至达到和超越了世界先进水平，展现了良好发展势头。

那么，圣邦股份成功上市，有着怎样的过人之处？

专注于信号链+电源管理

圣邦股份自成立以来一直专注于模拟芯片的研发与销售，坚持“以市场为导向、以创新为驱动”的经营理念，经过多年发展，掌握了先进的模拟芯片设计与开发技术，研制出一系列具有高可靠性与一致性的模拟芯片产品，同时与国内外知名终端整机厂商、电子元器件经销商、晶圆制造商以及封装测试厂商建立了高效联动机制，并以关键技术和重点产品为突破口，不断提升核心竞争力，现已成为国内领先的高性能、高品质模拟芯片设计企业。

其主要产品为高性能模拟芯片，覆盖信号链和电源管理两大领域，拥有800多款可供销售产品型号，可广泛应用于通讯、消费类电子、工业控制、医疗仪器、汽车电子等众多领域，涵盖了包括智能手机、PAD、HDTV、笔记本电脑、可穿戴式设备、VR、无人机、智能机器人、共享单车、新能源、物联网等在内的各类新兴智能终端产品。公司的核心技术以及自主研发的多款产品处于先进水平，如静态电流300nA的微功耗运算放大器、工作电流300nA的超低功耗比较器、输入失调电压典型值3μV的高精度运算放大器、六阶视频驱动器、1：2000大动态背光LED驱动器等产品。

同时，圣邦股份一直以“多样性、齐套性、细分化”为产品发展战略目标，自设立以来，不断增加新的产品系列，细化产品功能，拓展应用领域，以满足客户不断增加的多样化需求。对每一款产品的质量与性能进行严格把关，一方面选择具有高可靠性、一致性与产品良率的晶圆生产厂和封测厂作为供应商；另一方面对每一款新产品进行全套高标准的测试，通过测试后方可投入批量生产，丰富产品线的同时保证了产品的一致性与可靠性。

其中，圣邦股份的信号链类模拟芯片产品目前主要为各类放大器芯片（包括运算放大器、音频放大器和视频驱动器等）、模拟开关及接口电路等，电源管理类模拟芯片则涵盖LED驱动电路以及线性稳压器、DC/DC转换器、CPU电源监测电路、锂电池充电管理芯片、过压保护电路及负载开关等非驱动类电源管理产品。

政府支持+竞争优势突出

集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是培育发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础，其战略地位日益凸显。

国家高度重视推动集成电路产业发展，自2000年以来，制定了一系列配套扶持政策。其中尤其值得关注的是，2011年1月，国务院《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，相对2000年颁布的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，该政策被业界称为新18号文。新18号文首次提出鼓励、支持软件企业和集成电路企业加强产业资源整合，将对集成电路产业的支持提升到和件产业同等重要的地位上。

除了政府支持，圣邦股份自身也具备多项优势。

首先是技术优势，圣邦股份已形成了多项核心技术，共拥有六十余项集成电路布图设计登记证书、二十余项已授权专利。公司拥有北京市科学技术委员会等四部门颁发的“高新技术企业证书”和工信部颁发的“集成电路设计企业认定证书”，曾多次荣获“北京市科学技术奖”。2008年以来，便连续多年获得《电子工程专辑》颁发的“十大中国IC设计公司品牌”奖。

其次是产品与性能优势，圣邦股份产品普遍具有功耗低、抗干扰能力强、抗静电能力强、可靠性高、采用小型绿色环保封装等优点，工作温度范围一般达到工业级（-40℃～ 85℃），部分达到汽车级（-40℃～125℃）。公司多款产品的性能指标与国际知名厂商的产品相同或接近，微功耗运算放大器、高精度运算放大器、超低功耗比较器、高阶视频滤波器等产品系列在个别参数指标上甚至超过国外同类产品的指标，打破了国外厂商在这些产品领域的垄断。

第4篇：模拟集成电路的设计范文

【关键词】驱动电压 转换电路 损耗 驱动不足

1 引言

功率MOSFET的驱动电路是影响整个电路系统可靠性和稳定性的重要因数，在半导体技术高速发展的今天，MOSFET的规格越来越多，不同规格MOSFET的G极动要求也有差异。

1.1 MOSFET的G极驱动电压

MOSFET的G极驱动要求中，有一项技术参数Vgs(th)，阈值电压通常低压MOSFET的Vgs(th)在4V以内，高压MOSFET的Vgs(th)则通常在3-5V之间，驱动电路必需满足Vgs(th)的要求，电路才能可靠稳定的工作。

1.2 MOSFET驱动电压不足的影响

随着集成电路的高速发展，由早期的分立器件演变到模拟集成电路，模拟集成电路的驱动电压通常可以做到10V以上，能满足MOSFET的驱动要求的。随着电路芯片集成度越来越高，各种保护检测都集成到芯片内部，芯片厂商普遍采用MCU单片机的方案来实现，电源电路芯片也都趋向于使用此方案，然而MCU通常的VCC供电电压为5V以内，加上内部的导通压降及驱动电路的损耗，到Vgs的电压可能只有4V左右，如果使用简单的驱动电路，一些MOSFET就会出现驱动不足的现象,由于驱动电压低，MOSFET没有饱和导通，处于放大态，DS电压高，电流大，此时MOSFET的损耗很大，会过热损坏，最终导致电路失效。

2 研究内容

基于以上分析，需要寻求一种外置式的转换电路，将MCU输出的驱动电压由4-5V提高到满足MOSFET Vgs要求。

2.1 驱动电压提高转换电路

利用我们下面介绍的驱动电压提高转换电路（图1），驱动电压由芯片驱动输出电压转换成外置电压，其中外置电压可根据MOSFET的Vgs要求来设定，根据MOSFET的其他参数设定R7、，C2、R9、C1的参数，调整MOSFET驱动上升和下降的斜率，满足MOSFET的驱动要求，增强了电路的可靠性。

2.2 工作原理

图1中V1为MCU驱动输出，一般为高低电平方波，高电平大于2.5V，低电平小于1V；V2为外置电压源，可肯定使用的MOSFET的规格来设定外置电压源电压；Q5为小电流NMOSFET，驱动电压要求小于2.5V；Q3为PNP三极管；Q1为NPN三极管，Q2为要确定的大电流高压功率MOSFET。当V1为高电平时（大于2.5V），Q5导通，通过R7、C2，Q3饱和导通，通过D1，R9、C1，Q1截止，V2电压加到Q2的Vgs端，Q2的驱动电压由V1转换为V2，Q2饱和导通；当V1输出低电平时（小于1V），Q5的Vg没有达到Q5的开通电压，Q5截止，Q3B极为高电平（V2电压）Q3截止，Q1通过R3、R9、C1，Q1饱和导通，Q2的Vgs被拉到零电位，Q2截止。从原理上分析图5电路可以满足低电压转换为较高电压（电压V2大于电压V1）。

2.3 仿真验证

可以用仿真软件来验证下上面所介绍的转换电路，仿真驱动电压由5V转换到12V的电路（图2），V1输出驱动电压5V，V2输出电压12V，仿真器件参数如图2所示。

再看下仿真的驱动波形（图3），此电路很好的实现了驱动电压提高的转换，驱动电压由5V提高到12V, 驱动上升与下降的斜率在可接受的范围。

再来看下MOSFET的DS电压和电流的仿真波形（图4），从图中可知在驱动电压为高时，MOSFET饱和导通，DS电压为零，没有出现驱动不足的现象。

3 结论

通过简单而且成本低廉的方式实现电平的转换，增加电路的可靠性和稳定性，对目前主流的MCU控制方案的广泛应用起到一定的促进作用。

参考文献

[1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社,1998.

[2]梁竹关，赵东风. MOS管集成电路设计[M].北京：科学出版社,2011.

[3]包伟,蔡宣三.用PSPICE仿真研究PWM开关电源,电工电能新技术[J].电工电能新技术,1995(2):25-29.

第5篇：模拟集成电路的设计范文

关键词：集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0049-03

一、引言

集成电路产业是信息产业的基础和核心，是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（18号）》，大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下，我国集成电路设计业发展迅猛，伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业，2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求，截止2014年，全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（新18号）》，要求高校要进一步深化改革，加强集成电路设计相关专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用型人才。

“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现，是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养，着力发展芯片设计业，2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出，要着力发展集成电路设计业，加大人才培养力度。因此，研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系，培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。

二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点

集成电路是推动当前经济发展的重要技术，由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷，多学科交叉融合，毕业生就业具有国际性，要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求，才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。

1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业，国内还没有形成该专业的人才培养规范，目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差，还没有形成完整的知识体系。

2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务，从注重单一知识和能力的培养，要转变到注重综合知识和能力的培养。

3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业，根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业，需要针对企业对该类人才的需求，将企业需求融入课程体系，与企业联合制定培养方案，建立核心课程体系，实时调整专业课程教学内容。

4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性，不仅要具有较强理论知识基础，而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力，需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系，保障四年工程实践训练不断线，逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。

三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建

根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点，按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律，结合我校学科专业优势特色，确立了本专业人才培养的课程体系。

（一）人才培养目标

2006年全国科技大会上提出，到2020年，我国将建成创新型国家，使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一，只有培养具创新精神和创新能力的人才，才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。

因此，本专业旨在培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识，具备工程实践能力和创新能力，具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力，能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才，为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。

（二）人才培养规格

集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，如图1所示。其中，图1中①就是通信算法（应用）的直接IC（实现）化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法（应用）的指令集合（体系结构）化的目标程序;③就是指令集合（体系结构）的IC（实现）化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。

根据多学科融合发展和人才培养目标定位，确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。

1.知识结构要求。（1）具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。（2）具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。（3）掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。（4）掌握集成电路与集成系统电子设计自动化（EDA）技术。

2.能力结构要求。（1）具有使用电子设计自动化（EDA）工具进行集成电路与集成系统设计的能力。（2）具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。（3）具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。（4）具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。

3.素质结构要求。（1）具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。（2）具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。（3）具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。（4）具有一定的国际化视野、求实创新意识。

（三）课程体系

集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次，课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点，各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性，通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业，课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点，各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域，知识和技术更新速度非常快，课程体系应该体现先进性，使得学生能够接近先进的技术前沿，同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程，进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。

因此，根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性，结合我校自身优势特色，构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向，集中实践环节为支撑，核心课程为基础，一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时，设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块，提升学生的工程素质和创新能力。

课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力，第二学年主要培养学生的电子技术应用能力，第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力，第四学年主要培养学生的工程创新能力，通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块，实现人才的个性化培养。

通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置，将集成电路设计与通信/计算机相结合，体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养，“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中，通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养，实现了课程体系的系统性和完备性，通过教学内容的组织实现知识的连贯性。

课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验（集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践）以及课内实验，在教学内容的组织上将软件无线电（SDR）系统（包括算法、体系结构、集成电路）设计与实现的科研成果融入教学过程，实现四年工程实践训练不断线，体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引，设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程，采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计，实现课程体系的先进性和实用性。

（四）教学内容组织思路

以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成（CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元）计算机部件设计计算机部件（FPGA和专用集成电路）实现整机（FPGA或专用集成电路）实现面向通信、信号处理领域系统（嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路）设计与应用”为主线组织教学内容，体现知识的连贯性，培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践（包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等），将软件无线电（SDR）系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学，贯彻我校“教研统一”办学理念，突显我校信息通信行业优势特色，培养学生的工程创新能力。

四、结论

课程体系设置是专业建设中的关键核心问题，对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点，结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色，形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向，以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容，培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计（计算机应用、电子技术应用、微系统设计）能力，通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践，提高学生的工程创新能力。

参考文献：

[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程，2011，（2）.

第6篇：模拟集成电路的设计范文

关键字：集成运放；差分放大；电压放大；功率放大

1.集成电路运算放大器的内部组成单元

集成运算放大器是一种电子元器件，它是采用一定的制作工艺将大量半导体三极、电阻、电容等元器件及他们之间的连线制作在同一小块单晶体的芯片上，并具有一定功能的电子电路。

输入级由差分式放大电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，它由一级或多级放大电路组成；输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率，电路还需要电源供电才可以工作。

2. 集成运放的典型应用

加法器、减法器：由集成运放可以组成加法器、减法器。这二种电路在各种书刊上介绍得比较多，这里不再分析。

仪用放大器：由于各种传感器输出的信号一般比较微弱，所以要用高精度的仪用放大器对微小电平的直流信号进行放大，仪用放大器由减法器拓扑而来的，利用了同相输入端高阻抗的优势。基本的仪用放大器如图2所示，其中：R1＝R3，R2＝R4，Gain＝R2/R1。

滤波器：由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器，其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特性，而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端串入了输入电容Cin，为了不影响电路的幅频特性，要求这个电容是C1的100倍以上，如果滤波器还具有放大作用，则这个电容应是C1的1000倍以上，同时，滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容。图3.是典型的低通滤波器，图4是典型的高通滤波器。

方波、矩形波信号发生器：由集成运放构成的方波信号发生器电路如图5 所示, 这里的集成运放器作电压比较器。双向稳压管VDz 的稳定电压为士Uz 。电路的正反馈系数F为。

电路中, 电压比较器的输出电压有高电平和低电平两种情况,即Uo=+Uz(Vp>Vn)或Uo=―Uz(Vp

在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属于偶然。输出电压偏于正向饱和，即Vo=+Vz时，加到电压比较器同相端电压为+FVz，而加于反相端得电压，由于电容C上的电压Vc不能突变，正能由输出电压Vo通过电阻R按指数规律向C充电来建立。显然，当加到反相端的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便立即从正向饱和翻转到负饱和，-Vz又通过R对C进行反向充电，知道Vc略负于-FVz值时，输出状态在翻转过来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。

锯齿波发生器：它是由同相输入迟滞比较器和充电时间常数不等的积分器共同组成的。

同相迟滞比较器的上下门限和门限宽度为

当电源接通时，有Vo1=――Vz，则-Vz结果R6向C充电，使输出电压按线性规律增长。当Vo上升到门限电压时，使Vp1=Vn1=0时，比较器输出Vo1由-Vz上跳到+Vz，同时门限电压下跳到值。以后Vo1=+Vz经R6和二极管、R5两条支路向C反向充电，由于时间常数减小，Vo迅速下降到负值。当Vo下降到门限电压使Vp1=Vn1=0时，比较器输出Vo1又由+Vz下跳到-Vz。如此周而复始，产生振荡。由于电容的正向和反向充电常数不相等，输出波形Vo为锯齿波形，Vo1为矩形波形，其振荡周期为

当R5、二极管支路开路，电路C的正、负向充电时间常数相等，此时锯齿波变成三角波，其振荡周期为

参考文献：

[ 1] 童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础( 第三版)[M ]. 北京: 高等教育出版社, 2001.

[2] 李雅轩. 模拟电子技术(第二版)[M].西安电子科技大学出版社.2003.

[3] 毕查德・拉扎维.模拟CMOS 集成电路设计.陈贵灿，程军，张瑞智，等译.西安：西安交通大学出版社，2009.

第7篇：模拟集成电路的设计范文

关键词：带隙基准；PSRR；温度系数；反馈

中图分类号：TN710 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-061-04

Design of a High Precision CMOS Bandgap Voltage Reference Circuit with Current Feedback

LI Jingwen,LIU Jun,JIANG Guoping

(Dalian University of Technology,Dalian,116023,China)オ

Abstract：This paper describes the design of a high precision bandgap reference,implemented in 0.5 μm n-well CMOS technology.The circuit generates a reference voltage of 1.245 V and has a temperature coefficient of 12.5 ppm/℃ between 0 and 70 ℃.It can operate with supply voltages between 2.8 V and 8 V.It has a PSRR of 107 dB under low frequency.This circuit works in a current feedback mode,and it generates its own reference current,resulting in a stable operation.The architecture designed in this circuit can efficiently reduce the offset voltage of operation amplifier.

Keywords：bandgap reference;PSRR;temperature coefficient;feedbackオ

1 引 言

无论在数字电路或模拟电路中，基准电压源对电路整体性能的影响都是十分重要的。基准源的设计应该使其不受电源电压和温度影响，产生一个恒定的电压值。例如，在许多模拟电路中都需要一个精确的偏置电压；在ADC中需要一个精确的基准源量化输入，而在DAC中，输出精度主要由电压基准源控制。

通过对传统的带隙基准电压源的优化改进，设计一种电流反馈型带隙基准源，具有低温度系数(TC)，较高电源抑制比(PSRR)，并能有效减小运放失调电压对电路性能的影响。以下将介绍带隙基准电路的基本原理和电路的各个模块，最后给出整体电路的仿真结果。

2 基准电路的原理

基准电压的产生是由具有负温度系数的电压加上1个正温度系数的电压，调整2者的比例系数，得到一个具有零温度系数的基准电压。室温下，二极管PN结产生的电压VBE具有-2.2 mV/℃的温度系数［1］，可以利用与绝对温度成正比(PTAT)的电压Vt=kT/q，乘上比例系数K，与VBE相加得到:

3 高性能带隙基准源的设计

带隙基准源的组成模块如图4所示，其中包括：带隙基准的核心电路(PTAT与VREF模块)，高性能折叠式共源共栅运算放大器(Opamp)，电流补偿电路(current compensation)和启动电路(start up)。整体电路如图5所示。

3.2 运算放大器的设计

运算放大器的作用是通过电流负反馈结构使与2个输入端连接的节点的电压强制相等，并且与电源电压无关。运算放大器的输出对电流源进行适当的偏置［3］，使其流过的电流与输入电压无关，从而使R1上的电流为PTAT电流。

运放的增益越高，与运放的输入端连接的2个节点的电压就会越精确相等。运放的共模输入范围由PNP管的基极-发射极的电压决定。基准源正常工作时，共模电压等于2VBE，其值约为1.4 V。

为了满足高增益和共模输入范围的要求，选择了一种PMOS管差分输入的折叠式共源共栅结构的运放，如图7所示。该运放采用自偏置共源共栅电流镜作为负载，具有极高的增益和小信号输出电阻。其另一个优点是PSRR高于标准的两极运放。运算放大器的设计还应该充分考虑稳定性，相位裕度至少要大于45°，一般设定在60°左右［2,3］。

3.3 电流补偿模块的设计

电流补偿模块的作用是补偿PTAT模块中的Q1和Q2的基极电流Ib，使流过Q1a和Q2a的电流与Q1，Q2的电流精确相等。电路如图8所示。И

3.4 启动模块的设计

带隙基准源电路可以工作在2种状态下，即运放的差分输入端电压都为0，也是一种稳定的工作状态。所以需要一种启动电路来引导运算放大器工作在所希望的工作点上，并为电流源提供适当的偏置。

启动模块如图9所示。其工作原理简述如下：芯片开始上电时，VREF的电压为0，经过推挽式放大器后输出1个高电位足以使连接在其输出端的NMOS管M37导通。M37的源级接一个二极管连接的NMOS管M38，M38始终处于导通状态，从而使共源共栅电流镜开始工作，这时有电流通过PATA模块，节点X和Y的电压上升，运算放大器开始比较X和Y点的电压差值，输出一个反馈信号来控制共源共栅电流镜的输出电流，使节点X和Y的电压相等。VREF输出1.245 V，从而使推挽式放大器输出低电位，M37关断，电路启动结束，进入正常工作状态。

4 仿真结果

对上述高性能CMOS带隙基准源采用CSMC 0.5 μm BSIM3V3工艺模型，使用Cadence Spectre仿真器进行电路仿真。在tt-model下，得到电路的工作电压范围为2.8~8 V，输出基准电压为1.245 V。在0~70 ℃范围内，基准电压的温度系数为12.5 ppm/℃，低频下电源抑制高达107 dB，仿真结果如图10~15所示。当电源电压高于2.8 V后，电路即可正常工作，如图10所示。

在温度为27 ℃的条件下，带隙基准源基本不受电源电压变化的影响。电源电压在3~8 V之间，VREF变化小于0.12 mV。如图11所示。

基准电压受温度的影响很小，在0~70 ℃内，温度系数为12.5 ppm/℃，如图12所示。图13给出了不同工艺条件下基准电压的温度特性。

图15给出了电路启动的瞬时仿真。在室温条件下(27 ℃)电源电压在10 μs的时候上升到5 V，输出基准电压VREF启动时间小于10 μs，稳定在1.245 V。

5 结 语

设计了一种高精度的电流反馈型带隙基准电压源，该基准源已经成功用于LED驱动芯片内部。电路正常工作时，能够建立稳定的偏置工作点，不需要其他的电流源提供偏置。基准源的输出电压为1.245 V，工作电压范围为2.8~8 V。在0~70 ℃内，温度系数为12.5 ppm/℃，低频下电源抑制比(PSRR)高达107 dB，并且能够有效减小运放失调电压的影响。此电路可以广泛的应用于各种模拟集成电路和数字集成电路内部，具有很好的应用前景。

参 考 文 献

［1］Behzad Razavi,Design of Analog CMOS Integrated Circuits ［M］.西安:西安交通大学出版社,2003.

［2］Phillip E Allen,Douglas R Holberg.CMOS模拟集成电路设计［M］.2版.北京:电子工业出版社,2005.

第8篇：模拟集成电路的设计范文

关键词:带隙电压基准;二阶曲率补偿;温度系数;温度特性

中图分类号:TN43

0 引 言

随着便携式电子产品的高速发展,使得对低压低功耗的带隙基准源的需求大大增加。为了缩小电池尺寸和延长电池寿命,需要基准电压源电路工作在2 V以下的电压和μA量级的静态电流下,同时还要保证较高的电路性能,如低温漂、高电源抑制比等。

一般设计的一阶带隙基准源完全满足不了对高精度基准源的要求。要提高带隙基准电压源的精度,就必须对基准进行高阶补偿,国内外很多学者对带隙基准的高阶补偿进行了研究[5[CD*2]7]。基于一阶补偿带隙电压基准,针对温度系数性能进行了改进,设计一种结构非常简单的二阶带隙电压基准,使其温度系数得到了很大的提高。

1 传统带隙电压基准

1.1 Vbe的温度特性

双极性晶体管的Vbe随温度的变化而变化,它的温度特性可表示为:

式中:K1表示温度为0 K时PN结二极管电压;V┆be(T0)是温度为T0时的发射结电压;T是绝对温度;k为波尔兹曼常数;T0是参考温度;η是与工艺有关与温度无关的系数;α的值与集电极电流的温度特性有关,当集电极电流与温度成正比(PTAT)时,α=1;当集电极电流与温度无关的时候,│=0。

由式(1)可知,V┆be中与温度相关的非线性项为Tln T,Ы式(1)展开为泰勒级数可表示为:

由此可见,Vbe中的非线性项Tln T在很大程度上影响了基准的精度,带隙电压基准补偿进行高阶补偿,就能提高带隙基准的精度。

1.2 传统带隙电压基准原理的分析

图1所示为一种典型的传统带隙电压基准的发射极面积之比为1∶8,放大器的存在使得A,B两点电压近似相等,那么流过R1的电流即PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流为:

由PMOS管组成的电流镜结构使得各支路电流近似相等,输出的基准电压就为:

由于V┆be3具有负温度特性,VT具有正的温度特性,因此,只要选择合适的R1,R2就能得到近似零温度系数的基准,通过计算可以得出R2/R1约为8.27。

2 带隙电压基准的二阶曲率补偿

[BT3]2.1 晶体二极管的伏安特性

由文献[9]可知,晶体二极管的伏安特性可表示为:

式中:IS为反向饱和电流,其值与PN结两边的参杂浓度有关。VT称为热电压(Thermal Voltage),与温度T有关。室温即T=300 K时VT26 mV。图2所示为晶体二极管的伏安特性,由图所示,在导通电压0.7 V附近,电流和电压可近似看成一种二阶指数关系。

[BT3]2.2 二阶曲率补偿原理

传统的带隙电压基准只是对Vbe的一阶项进行补偿。因此这种补偿的精度较低,一般的传统带隙电压基准的温度系数为20～30 ppm/℃,要使带隙电压基准的精度提高就得对Vbe的高阶项进行补偿。如图3所示为一种简单的二阶曲率补偿的核心电路。该电路的特点是器件少,占用面积小,在传统带隙电压基准的基础上,只添加了一个电阻R3和一个二极管D。在补偿电路中,晶体二极管D两端电压被偏置在导通电压0.7 V左右。

由晶体二极管的温度特性可知,二极管两端电流随着温度的升高而略有增加,电阻R3两端电压略有上升,那么二极管两端电压VD相应降低。

由图2可知,在导通电压附近,电压细小变化将导致电流迅速降低,电流电压成近似二阶指数关系。

正是利用二极管的这种特性,当补偿电流注入PTAT电流后,抵消了电流中所含的二阶非线性项,实现了二阶曲率补偿。

图4给出了该电压基准的其他电路,主要组成部分有:启动电路、偏置电路、放大器电路[10,11]。通过分析可知,该偏置电路中有两个稳定的工作点,因此,该偏置电路是必须的,否则可能导致整个电路无法工作。

3 仿真结果分析

该电路基于0.35 μm工艺,利用Cadence工具对电路进行了仿真,补偿前后的温度特性曲线如图5所示,通过计算得到补偿后的温度系数约为3.07 ppm/℃,对比传统带隙电压基准约16.6 ppm/℃的温度系数,经过二阶曲率补偿后的基准源的温度特性得到了很大的改善。[JP]

4 结 语

[JP2]这里给出了一种二阶曲率补偿的带隙电压基准电路。该电路利用晶体二极管在导通电压附近电流与电压的近似二阶指数关系,完成了对Vbe中的非线性项的二阶补偿,使得温度特性有了很大的改善,而补偿电路就使用了一个电阻和一个晶体二极管,非常简单,易于实现。[JP]オ[KH-1]

参 考 文 献

[1]幸新鹏,李冬梅,王志华.一个电压接近1 V/ppm/℃带曲率补偿的CMOS带隙基准源[J].半导体学报,2008,29(1):24[CD*2]28.

[2]周玮,吴贵能,李儒章.一种二阶补偿的CMOS带隙基准电压源[J].重庆邮电大学学报,2009,21(1):78[CD*2]82.

[3]Paul R,Patra A.A Temperature[CD*2]compensated Bandgap[LL]Voltage Reference Circuit for High Precision Applications[A].Proceedings of the IEEE India Annual Conference\[C\].2004:553[CD*2]556.

[4]Chen Jianghua,Ni Xuewen,Mo Bangxian.A Curvature Compensated CMOS Bandgap Voltage Reference for High Precision Applications[A].Proceedings of the IEEE ICASIC\[C\].2007:510[CD*2]513.

[5]Song Ying,Lu Wengao.A Precise Compensated Bandgap Reference without Resistors[J].IEEE.Journal of Solid[CD*2]State Circuits,2002,37(7):169[CD*2]172.

[6]Wu Guoping,Huang Nianya,Liu Guizhi.A Second[CD*2]order Curvature Compensation Bandgap Reference[J].IEEE Journal of Solid[CD*2]State Circuits,2000,17:59[CD*2]63.

[7]姜韬,杨华中.多点曲率补偿的带隙基准电压源设计方法[J].半导体学报,2007,28(4):490[CD*2]495.

[8]Razavi B.模拟CMOS集成电路设计[M].陈贵灿,译.西安:西安交通大学出版社,2003.

[9]谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路[CD2]线性部分[M].4版.北京:高等教育出版社,2005.

[10]Allen P E.CMOS模拟集成电路设计[M].2版.冯军,译.北京:电子工业出版社,2005.

第9篇：模拟集成电路的设计范文

关键词：变送器，热噪声，闪烁噪声，微弱信号传输系统

Abstract: In this paper, the analysis and design optimization of 1/f noise are described. The noise of a typical transmitter is analyzed and calculated, including the 1/f noise, also verification with Hspice is done. Through the optimization of output resistance and tran-impedance of the amplifier, better performances were resulted.

Key words: transmitter, hot noise, 1/f noise, low level signal processing systems.

现今的模拟电路设计者经常要考虑噪声的问题，因为噪声是集成电路设计中重要的因素之一，它决定着微弱信号传输系统的性能。由于集成系统的噪声由组成该系统的基本集成单元的噪声特性决定，所以为了优化电路的噪声，了解每个基本单元所产生的噪声是非常重要的。

本文首先对噪声的特性、种类进行了简单描述，并给出了一些有关噪声计算的公式。同时重点分析了一种变送器电路中的噪声，计算出了电路中各端口的噪声，以及总的输出噪声，并通过HSPICE仿真验证了计算结果。其次对产生较大噪声的模块进行分析，最后提出了针对该电路的噪声优化的具体方法。

1噪声的统计特性[1]

噪声是一个随机过程，也就是说噪声的瞬时值在任何时候都不能被预测。但在很多情况下，噪声的平均功率是可以被预测的。从基本电路理论可知，一个周期性电压V（t）加在一个负载电阻RL上消耗的平均功率由下式给出：

T是周期。Pav可被形象地看作是V（t）在RL上产生的平均热能。由于噪声的随机性，测量须在较长的一段时间内进行。

其中x（t）表示电压量。图1.1表示对每个信号取平方，在较长时间T内计算由此产生的波形下的面积，平均功率可通过将面积对T归一化后得到。

1.1 噪声谱

噪声谱,也称为“功率密度谱”（PSD），表示在每个频率上，信号具有的功率大小。

1.2 幅值分布

通过长时间的观察噪声波形，可以构造出噪声幅值的分布，表示出每个值出现多么频繁，x（t）的分布，也被称为“概率密度函数”（PDF），被定义为

PX（X）dx=x

的概率.式中X是在一些时间点上测量出的x（t）值。

2噪声的类型[2]

集成电路处理的模拟信号主要会受两种不同类型的噪声影响：热噪声和闪烁噪声。

2.1 热噪声

导体中电子的随机运动尽管平均电流为零，但是它会引起导体两端电压的波动。因此，热噪声谱与绝对温度成正比。

如图1.2所示，电阻R上的热噪声可以用一个串联的电压源来模拟，其单边谱密度为：

Sv （f）=4kTRf≥0 （1.5）

式中k=1.38e-23J/K是玻尔兹曼常数。Sv（f）的单位是V2/Hz

2.2 闪烁噪声

在MOS晶体管的栅氧化层和硅衬底的界面处出现许多“悬挂”键，产生额外的能态。当电荷载流子运动到这个界面时，有一些被随机地俘获，随后又被释放，结果在漏电流中产生“闪烁”噪声。

闪烁噪声可以更容易地用一个与栅极串联的电压源来模拟，近似地由下式给出

式中K是一个与工艺有关的常量，我们的表示法假设了1Hz的带宽。与悬挂键相关的俘获―释放现象在低频下更常发生，正因如此，闪烁噪声也叫1/f噪声。式（1.6）与WL的反比关系表明要减小1/f噪声的方法，就是必须增加器件面积。

3变送器中的噪声[3]

本文以一种变送器电路为例，分析其噪声。该电路中既存在热噪声也存在闪烁噪声，热噪声主要是由电阻产生的。由于该电路是一种主要工作在低频状态下的变送器，根据式（1.6）可知，闪烁噪声与频率成反比，所以电路中的噪声以1/f噪声为主。图1.3为该变送器的功能结构图。其中A1,A2是差分输入的放大器, A3是实现19倍电流放大关系的放大器，IREF1,IREF2是两个1mA的电流源。该变送器是一个精密、低漂移的双线变送器，它可以把微弱的电压信号进行放大并变换成4mA～20mA的电流信号后进行远距离传送。输入输出的关系式为：Io=4mA+（0.016 由于噪声会影响电路的线性度，而该电路对线性度的要求很高，所以我们要尽量降低其噪声。

（1）总体噪声的分析

我们先根据公式估算一下电路的总体闪烁噪声. 噪声公式为：

作频率，该电路工作在低频状态，本文设f=100 Hz, fH为带宽，本设计将整体电路的带宽设为118 Hz, fL为低频截止点，设为100 Hz。因此由公式得：

通过HSPICE仿真可以验证该电路的总的输出噪声。仿真时本文用到的是上海贝岭工艺厂提供的PNP管, NPN管,以及电阻和电容的模型。为了接近实际情况，根据厂家测试数据本仿真将模型中的两个噪声参数设定为AF=2,KF=5e-03然后利用.AC DEC 100 1 100k的交流卡和.NOISE OUTV INSRC NUMS 的噪声卡语句对电路进行交流仿真，结果如图1.4所示。横坐标为频率，纵坐标为噪声值。它表示的是图1.3中Io处的总的电压输出噪声。由图 （2）各结点噪声的分析

IREF1,IREF2结点处的噪声为

本文计算的是闪烁噪声，而仿真结果还包含热噪声及其它噪声。可以看出输出级的噪声比前一级低很多，下面具体分析一下降噪的方法。

4本设计采用的降噪方法

本设计主要是通过降低输出电阻和采用差分输入的电路结构来降低噪声的。

1. 由式（1.5）给出的噪声表达式可知，它与电阻值成正比。在电路中噪声值也与该电路的等效输出电阻成正比。利用HSPICE元件卡中的电阻仿真语句，进行交流仿真并对很短的频率进行扫描分别得出了两个电流源的等效输出电阻和电路中总的输出电阻。如图1.6和图1.7所示。 从仿真结果中可以看出，电流源的等效输出电阻为2.6kΩ，电路总的等效输出电阻为17.7Ω。它们的比例与噪声的比例相近。因此电流源的输出噪声与其等效输出电阻是密切相关的。可见本设计是通过降低等效输出电阻降低了输出噪声。

2.如图1.8，1.9所示，为跨导放大器的示意图和电路结构图。INN3,SPAN5,INP4,SPAN6分别是跨导放大器的两个输入端。两个跨导放大器构成了一个大的差分结构。由于差分结构对称点上的增量（交流）接地，因而不会受到电流源接地回路中寄生参数的影响。差分结构的另一个重要优点是它有抑制共模干扰的能力。这一考虑在混合信号应用别重要，差分结构的放大器对抑制噪声也有显著的作用。由于MOS晶体管的沟道电阻产生热噪声，所以选择双极差分输入会得到一个相对好的噪声系数。

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如果要对该电路进行进一步的噪声优化，可以考虑采用增加器件面积的方法去减小1/f噪声。因为器件面积的增加，会使流过器件的电流密度减小，使得电荷载流子被“悬挂”键俘获的数量减少，从而降低漏电流中产生的闪烁噪声。

5总结

噪声现象及其在模拟电路中的影响越来越受到关注，因为噪声与功耗、速度和线性度之间是互相制约的。本文对一种变送器产生的噪声进行了分析，提出了利用减小输出电阻和采用差分电路结构以及加大器件面积的方式来降低噪声的方法，噪声计算和仿真的结果均符合产品的设计指标。

参考文献

[1]毕查德・拉扎维 著 《模拟CMOS集成电路设计》，西安交通大学出版社，2002。

[2]池保勇，余志平，石秉学 著《CMOS射频集成电路分析与设计》，清华大学出版社 2003。

[3]PAUL R.GRAY著《模拟集成电路的分析与设计》，高等教育出版社，2002。

[4]王勇著《放大器固有噪声分析》，2008。

[5]L. W. Couch. Digital and Analog Communication Systems. Fourth Ed. , New York:Macmillan Co. , 1993.

[6]S. M. Sze. Physics of Semiconductor Devices. Second Ed. , New York: Wiley, 1981.

[7]Y. Tsividis. Operation and Modeling of the MOS Transistor. Second Ed. , Boston:McGrawHill, 1999.

[8]A. A. Abidi. High-Frequency Noise Measurements on FETs with Small Dimensions. IEEE Tran. Electron Devices, vol.33, pp.1801-1805, Nov. 1986.

[9]H. A. Haus et al.. Representation of Noise in Linear Twoports. Proc. IRE, vol.48, pp.69-74,Jan. 1960.

作者简介

卢剑，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究;

律博，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究;

刘峻，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究;

王鸿鹏，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究;

郭宇，高级工程师，研究方向：集成电路的设计与研究;

苏建华，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究;

吴春瑜，教授，硕士生导师，主要从事集成电路及半导体器件的教学与研究;