簡析模擬集成電路設(shè)計

模擬集成電路設(shè)計一直在集成電路設(shè)計中占據(jù)著極其重要的位置。由于我們所處的現(xiàn)實世界里存在的各種信號從本質(zhì)上來講都是模擬信號，因此從現(xiàn)實世界獲取信號，進(jìn)行放大、濾波和采樣量化并最終返回現(xiàn)實世界實現(xiàn)驅(qū)動都離不開模擬集成電路。

模擬集成電路設(shè)計被稱作是一門藝術(shù)。物理世界中的各種信號在模擬集成電路設(shè)計看來最終都以電壓，電流或者電荷的形式呈現(xiàn)出來，有時還要深入到半導(dǎo)體物理中，觀測信號在電子級別的變現(xiàn)，比如說熱噪聲。那么在外人看似枯燥的工程科學(xué)，其藝術(shù)性如何表現(xiàn)出來呢？換一個角度來看，模擬集成電路設(shè)計充滿了諸多設(shè)計因素的“trade-off”,設(shè)計者需要在速度，功耗，增益，電源電壓，噪聲，芯片成本，設(shè)計魯棒性等功能性能要求之間反復(fù)折中，最終做出最合適的設(shè)計。這個過程中充滿了妥協(xié)的藝術(shù)。（如圖1）更形象一點(diǎn)說，假設(shè)我們?nèi)ベI車，開始肯定想買輛法拉利，又漂亮又拉風(fēng)（電路速度快，增益高），但是發(fā)現(xiàn)法拉利很吃油，保養(yǎng)貴，開得起養(yǎng)不起（功耗高，芯片成本高），只適合城市道路跑，鄉(xiāng)村小路跑不了（電路抗噪聲特性差），此時再想一想，如果只是為了出門通行的便利，似乎大眾本田也可以滿足要求，居家過日子還是要以經(jīng)濟(jì)實惠為主。因此不盲目片面的追求電路的性能，應(yīng)綜合考慮我們的項目需求來制定合理的設(shè)計指標(biāo)。當(dāng)然，如果有土豪級需求也是可以考慮法拉利的哈！

圖1 一個運(yùn)算放大器誕生的矛盾歷程

從事模擬集成電路設(shè)計需要準(zhǔn)備一桿筆，一堆演算紙。因為模擬電路設(shè)計充滿了電路結(jié)構(gòu)的劃分和公式的推導(dǎo)，等推算的八九不離十了，再通過計算機(jī)EDA軟件的仿真進(jìn)行驗證，如果仿真結(jié)果與推算結(jié)合符合得較好，則可以得到滿意的設(shè)計，如果符合不好，則需要仔細(xì)檢查可能出問題的地方。從事模擬集成電路設(shè)計就像是一個為孩子成長操碎心的媽媽，不僅要關(guān)注在常規(guī)條件下的工作變現(xiàn)，還要關(guān)注所使用的CMOS工藝的極端工藝角帶來的電阻，電容值±20%變化的影響，溫度從-40變到125度，電源電壓±10%的變化，工藝離散偏差對電路性能的影響，還有各種看不見卻無處不在的可惡的寄生效應(yīng)（如圖2）….. 好吧，到此為止，說多了都是淚啊！等到流片回來，還需要懷著顫顫巍巍的心理來進(jìn)行測試，心里祈禱著千萬不要出問題。出了問題，真是吃嘛嘛不香，絞盡腦汁在想問題可能的原因是什么。找到原因并解決了問題，心里樂開了花。也有找不到原因的時候，這時候也只能抱怨一句：只有上帝才知道怎么回事！

圖2 一個CMOS 反相器的寄生參數(shù)

如何有效地做好模擬集成電路設(shè)計？SOP! SOP! SOP! 重要的事情說三遍！雖然芯片設(shè)計的流程與當(dāng)前公司的SOP并不完全一致，但是宗旨是一樣的，即有效的流程管理控制可以大大減少設(shè)計出錯的概率。其次，要多留設(shè)計裕量，IC流片成本高，時間周期長，一旦測試發(fā)現(xiàn)問題，一定要有后手來應(yīng)付，因此電路設(shè)計的裕量夠不夠至關(guān)重要。最后，引用行內(nèi)的一句話，“電路如同磚瓦，系統(tǒng)如同大廈。芯片設(shè)計工程師一定要從系統(tǒng)角度考慮問題，否則就是只見樹木，不見森林。”從系統(tǒng)的角度考慮芯片的設(shè)計，才能做出優(yōu)秀的芯片產(chǎn)品。

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