Riepilogo del vecchio pilota: 11 dettagli della progettazione del circuito di simulazione

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2022-03-17 1213

La progettazione di circuiti analogici richiede una solida base di elettricità analogica e un ricco accumulo di esperienza. Qui condividiamo il riassunto di un vecchio ingegnere elettrico analogico per aiutarti a entrare nei box e fare meno deviazioni. Se ti senti bene, facci un complimento!

definizione del sistema

??La definizione del sistema è la premessa di base della progettazione di circuiti analogici. In base ai requisiti di progettazione, gli ingegneri progettisti di circuiti analogici devono definire le corrispondenti definizioni funzionali dei sistemi circuitali e dei sottosistemi e determinare gli intervalli di parametri relativi all'area, al consumo energetico e ad altre prestazioni correlate.

progettazione di circuitiLa scelta della struttura del circuito è un anello importante nella progettazione del circuito. Gli ingegneri progettisti di circuiti analogici devono selezionare la struttura del circuito appropriata in base ai requisiti funzionali, alle specifiche di progettazione e ai parametri corrispondenti dei circuiti analogici e, su questa base, determinare la combinazione dei componenti. Per la progettazione di circuiti elettronici analogici non è attualmente disponibile un software di progettazione maturo, quindi gli ingegneri possono farlo solo manualmente in base alla propria esperienza. In una certa misura, ciò aumenta la difficoltà di progettazione dei circuiti analogici e limita la velocità di sviluppo dei circuiti analogici.
3.

Simulazione del circuito

??La simulazione dei circuiti è un collegamento indispensabile nel processo di progettazione dei circuiti analogici ed è una base importante per gli ingegneri analogici per giudicare se i circuiti analogici possono soddisfare i requisiti di progettazione.
In base ai risultati della simulazione, gli ingegneri modificano e regolano costantemente il circuito finché i risultati della simulazione del circuito analogico non soddisfano gli indicatori impostati e i corrispondenti requisiti funzionali. I metodi comunemente utilizzati includono la scansione dei parametri, l'analisi DC e AC, l'analisi Monte Carlo, ecc.

Realizzazione del layout

??Un ponte importante per trasformare la progettazione dei circuiti in produzione. Dopo che la struttura e i relativi parametri del circuito analogico sono stati determinati dai risultati della progettazione e della simulazione precedenti, l'ingegnere progettista descrive la geometria fisica del circuito analogico progettato e la converte in un formato grafico, in modo da facilitare la successiva elaborazione e produzione di il circuito analogico.

Verifica fisica

??Nella fase di verifica fisica è necessario verificare le regole di progettazione (DRC) del circuito analogico progettato. Il controllo delle regole di progettazione consiste nel verificare la larghezza minima della linea, la dimensione del foro, la spaziatura minima del modello e altri processi limitati in base alle regole di progettazione specificate, in modo da misurare la fattibilità dell'implementazione del processo di layout. Inoltre è necessario verificare la coerenza del layout e dello schema elettrico (LVS). I parametri del layout possono essere estratti dallo strumento LVS e lo schema circuitale ottenuto può essere confrontato con il progetto del circuito originale per garantire la coerenza tra il layout e il progetto del circuito originale.

Simulazione dopo l'estrazione dei parametri parassiti

?La simulazione della progettazione del circuito prima del layout è chiamata "pre-simulazione", che è una simulazione ideale senza considerare parametri parassiti come resistenza e capacità del cablaggio. Dopo che i parametri parassiti sono stati aggiunti al layout, la simulazione del circuito viene chiamata "post-simulazione". Solo quando i risultati della simulazione post-simulazione soddisfano l'indice di progettazione e i requisiti di funzionalità del sistema, la progettazione del circuito è completata.

I parametri parassiti hanno una grande influenza sui circuiti analogici. Quando i risultati della prima simulazione soddisfano i requisiti, i risultati della seconda simulazione non possono soddisfare i requisiti. Pertanto, gli ingegneri progettisti devono modificare costantemente i parametri dei transistor in base ai risultati post-simulazione e talvolta anche regolare la struttura del circuito finché i risultati post-simulazione non soddisfano i requisiti di progettazione del sistema.

??Al momento, la progettazione di circuiti analogici è difficile e complicata, le funzioni e l'adattamento del sistema degli strumenti EDA utilizzati sono relativamente arretrati e nel processo di progettazione sono richiesti frequenti interventi manuali e sensibilità ai parametri parassiti, che in una certa misura limitano lo sviluppo di circuiti analogici. circuiti analogici, con conseguente velocità di sviluppo relativamente lenta dei circuiti analogici.

??Allo stesso tempo, nella progettazione del circuito analogico è necessario prestare attenzione ai seguenti undici dettagli:

(1) Per ottenere un circuito di retroazione con buona stabilità, di solito è necessario utilizzare un piccolo resistore o un'induttanza all'esterno del circuito di retroazione per fornire un buffer per il carico capacitivo.
(2) Il circuito di retroazione integrale richiede solitamente un piccolo resistore (circa 560 ohm) in serie con ciascun condensatore integrale maggiore di 10 pF.
(3) Non utilizzare il circuito attivo per filtrare o controllare la larghezza di banda RF EMC al di fuori del circuito di feedback, ma utilizzare solo componenti passivi (preferibilmente circuiti RC). Solo quando il guadagno ad anello aperto dell'amplificatore operazionale è maggiore del guadagno ad anello chiuso, il metodo di retroazione integrale è efficace. A frequenze più elevate, il circuito integratore non può controllare la risposta in frequenza.
(4) Per ottenere un circuito lineare stabile, tutte le connessioni devono essere protette da filtri passivi o altri metodi di soppressione (come l'isolamento fotoelettrico).
(5) Utilizzare filtri EMC e tutti i filtri relativi ai circuiti integrati devono essere collegati al piano di riferimento 0 V locale.
(6) I filtri di ingresso e uscita devono essere posizionati sul collegamento dei cavi esterni e qualsiasi collegamento di filo nel sistema non schermato deve essere filtrato a causa dell'effetto antenna. Inoltre è necessario un filtraggio anche sul collegamento del cavo all'interno del sistema di schermatura del convertitore con elaborazione del segnale digitale o modalità di commutazione.
(7) È richiesto un disaccoppiamento RF di alta qualità sui pin di alimentazione e di riferimento di terra dell'IC analogico, che è lo stesso dell'IC digitale. Tuttavia, i circuiti integrati analogici di solito necessitano di disaccoppiamento dell'alimentazione a bassa frequenza, poiché il PSRR dei componenti analogici aumenta poco quando è superiore a 1 KHz. Il filtraggio RC o LC dovrebbe essere utilizzato sulle tracce di alimentazione analogica di ogni amplificatore operazionale, comparatore e convertitore di dati. La frequenza angolare dell'alimentatore dovrebbe compensare la frequenza angolare PSRR e la pendenza del dispositivo, in modo da ottenere il PSRR desiderato nell'intero intervallo di frequenze operative.
(8) Per i segnali analogici ad alta velocità, è necessaria la tecnologia delle linee di trasmissione in base alla lunghezza della connessione e alla frequenza di comunicazione più elevata. Anche se si tratta di un segnale a bassa frequenza, le prestazioni anti-interferenza possono essere migliorate utilizzando la tecnologia della linea di trasmissione, ma l'effetto antenna verrà prodotto se non esiste una linea di trasmissione corrispondente corretta.
(9) Evitare l'uso di ingressi o uscite ad alta impedenza, che sono molto sensibili ai campi elettrici.
(10) Poiché la maggior parte della radiazione è generata da tensione e corrente di modo comune e poiché la maggior parte delle interferenze elettromagnetiche nell'ambiente è causata da problemi di modo comune, l'utilizzo della tecnologia di trasmissione e ricezione bilanciata (modalità differenziale) nei circuiti analogici hanno un buon effetto EMC e possono ridurre la diafonia. L'azionamento del circuito bilanciato (canale differenziale) non utilizzerà il sistema di riferimento 0 V come circuito di corrente di ritorno, quindi può evitare un circuito di corrente di grandi dimensioni e ridurre le radiazioni RF.
(11) Il comparatore deve avere un'isteresi (feedback positivo) per evitare conversioni errate dell'uscita dovute a rumore e interferenze e anche per evitare oscillazioni nel punto di disconnessione. Non utilizzare un comparatore più veloce del necessario (mantenere il dV/dt entro l'intervallo che soddisfa i requisiti e il più basso possibile).

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