模拟IC设计简介

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模拟IC设计简介

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CSDN

https://blog.csdn.net/iNostory/article/details/136979333

集成电路（IC）自1950年代后期推出以来一直统治着电子行业。所有迹象都表明，这些小黑匣子将继续主导市场，尤其是模拟IC设计，多年来变得越来越重要。

当大多数人想到IC时，他们会想到计算机处理器或微控制器等数字电路。本文会纠正这一点。我们将回顾模拟IC的性质，介绍这些电路的一些应用领域，最后研究设计它们的特殊要求和设计挑战。

什么是模拟IC？

在讨论模拟IC设计之前，我们需要定义“模拟 analog”。模拟信号在时间上是连续的，并且具有无限范围的值。自然界中发现的所有信号，从声波到脑电波，都是模拟的。另一方面，数字信号随时间推移是离散的，在任何给定时间只能是一定数量的状态之一。图1提供了两种信号类型的比较。

图 1.模拟（上）与数字（下）信号。

模拟IC是一种集成电路，用于产生或放大模拟信号，而不是数字信号。

模拟IC的应用

现在我们知道了什么是模拟IC，图2显示了它们的使用领域。

图2.模拟电子学的应用。

让我们按类别看一下它们的具体应用：

控制 Control：为了控制电路运行，模拟电路根据传感器值创建信号。模拟电路广泛使用一种称为反馈的技术，其中电路输出值在电路内反馈，以根据其自身的值调整输出。
数据转换 Data Conversion：某些应用（例如播放或录制音频）需要将数字信号转换为模拟信号或从模拟信号转换。用于实现此目的的电路必须包含模拟电路，以便测量模拟信号。
电源 Power：所有电路都需要电源调节，以确保它们接收到正确的电压和电流量，以便正常运行。电源可能嘈杂或有故障，这可能会阻碍甚至破坏电子系统。这就是为什么有必要通过提供电源自动关闭或隔离等安全功能，防止电路受到损害。
通信 Communication：虽然通过电缆传输的数据通常被认为是数字的，但它实际上是模拟的。模拟电路提供驱动能力，通过电缆发送数据，并具有足够的电量，可以在另一侧读取。
仪器和物理世界接口 Instrumentation and Physical World Interfaces：要感知真实世界的信号或生成必须与现实世界交互的信号，必须产生连续时间信号。顾名思义，这意味着使用模拟电路。
计算 Computation：数字电路仍然统治着这个领域，但模拟电路也可以执行高效的计算。计算性能最高的模拟电路是你的大脑，而执行模拟计算的电子电路通常试图复制人脑的操作。这是目前研究的一大课题。

模拟IC设计要求

当工程师设计数字电路时，他们主要关心两个设计特征：功耗和处理速度。这两个变量通常相互对抗，设计人员必须在两者之间找到最佳平衡点，以适应其特定应用。对于模拟电路设计人员来说，还有更多的考虑因素需要考虑。

图3中的图表通常称为模拟设计八边形，说明了模拟设计人员在创建规格或评估已设计电路的性能时必须考虑的指标。

图3.模拟设计八边形。

由于功耗和速度是模拟电路和数字电路之间的共享指标，因此我们不会在这里讨论它们。但是，我们将关注模拟设计八边形上的其他点。

噪声 Noise：噪声（无论是由电路产生的，还是以来自自然界且无法缓解的不需要的信号的形式产生的）都是模拟电路的一个大问题。模拟电路元件会产生不可忽略的噪声值，从而增加目标信号的真实值，从而影响信号完整性。
线性度和增益 Linearity and Gain：模拟电路主要由放大器组成，包括我们都知道和喜爱的运算放大器。假设理想的运算放大器具有无限增益，为了使运算放大器的工作尽可能接近理想值，必须最大化放大器增益（输出与输入的关系）。
电源电压和电压摆幅 Supply Voltage and Voltage Swing：模拟电路设计人员还必须确保电源电压具有足够的输出电压摆幅值。电路还必须能够检测和产生定义的输入和输出电压水平。
输入/输出阻抗 Input/Output Impedance：输入和输出阻抗在数据传输应用中尤为重要。通信线路必须具有匹配的阻抗，以尽量减少反射信号，否则可能会破坏传输的数据信号。