老司機總結：類比電路設計的11個細節

2022-03-17 1224

類比電路設計需要紮實的類比電基礎和豐富的經驗累積。在這裡，我們分享一位老模擬電工程師的總結，幫助大家少踩坑、少走彎路。如果您覺得不錯，請給我們按個讚吧！

系統定義

??系統定義是類比電路設計的基本前提。根據設計要求，類比電路設計工程師需要對電路系統和子系統進行相應的功能定義，並確定面積、功耗等相關性能的參數範圍。

電路設計電路結構的選擇是電路設計中一個重要的環節。類比電路設計工程師需要根據類比電路的功能要求、設計規格和相應參數，選擇合適的電路結構，並在此基礎上確定元件的組合。對於類比電子電路的設計，目前還沒有成熟的設計軟體可用，工程師只能根據自己的經驗手動完成。這在一定程度上增加了類比電路設計的難度，限制了類比電路的發展速度。
3.

電路仿真

??電路模擬是類比電路設計過程中不可或缺的環節，也是類比工程師判斷類比電路能否滿足設計要求的重要依據。
工程師根據模擬結果不斷對電路進行修改和調整，直到模擬電路的模擬結果滿足設定的指標和相應的功能要求。常用的方法有參數掃描、直流和交流分析、蒙特卡羅分析等。

佈局實現

??將電路設計轉化為生產的重要橋樑。設計工程師透過前期的設計和模擬結果確定了類比電路的結構和相關參數後，描述所設計的類比電路的物理幾何形狀，並將其轉換為圖形格式，以便於後續的加工和製造。

實物驗證

??在物理驗證階段，需要檢查所設計的類比電路的設計規則（DRC）。設計規則檢查是根據給定的設計規則檢查最小線寬、孔尺寸、最小圖案間距等限制工藝，以衡量版圖工藝實施的可行性。此外，還應檢查佈局和電路圖的一致性（LVS）。透過LVS工具可以提取版圖的參數，得到的電路圖可以與原電路設計進行比較，確保版圖與原電路設計的一致性。

寄生參數擷取後的仿真

?佈局前對電路設計進行的模擬稱為“預仿真”，是不考慮佈線的電阻、電容等寄生參數的理想模擬。將寄生參數加入佈局後，電路模擬稱為「後仿真」。只有當後模擬的模擬結果符合設計指標和系統功能要求時，電路設計才算完成。

寄生參數對類比電路影響很大。當當前一個模擬的模擬結果滿足要求時，後一個模擬的結果就無法滿足要求。因此，設計工程師需要根據後模擬結果不斷修改電晶體參數，有時甚至調整電路結構，直到後模擬結果符合系統設計要求。

??目前類比電路的設計難度高且複雜，所使用的EDA工具的功能和系統匹配都比較落後，設計過程中需要頻繁的人工幹預和對寄生參數的敏感，這在一定程度上限制了模擬電路的發展。

??同時，類比電路設計應注意以下十一個細節：

(1)為了獲得穩定性好的回授電路，通常需要在回授迴路外使用小電阻或扼流圈，為容性負載提供緩衝。
(2)積分回授電路通常需要與每個大於560pF的積分電容串聯一個小電阻(約10歐姆)。
(3)反饋迴路之外不要使用主動電路來濾波或控制EMC的RF頻寬，而僅使用被動元件(最好是RC電路)。只有當運算放大器的開環增益大於閉迴路增益時，積分回授方法才有效。在較高頻率下，積分電路無法控制頻率響應。
(4)為了獲得穩定的線性電路，所有連接必須採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，所有IC相關濾波器應連接到本地0V參考平面。
(6) 輸入和輸出濾波器應放置在外部電纜的連接處，非屏蔽系統中的任何電線連接都需要進行濾波，因為天線效應。另外，採用數位訊號處理或開關方式的轉換器的屏蔽系統內部的接線處也需要進行濾波。
(7) 類比IC的電源和接地參考接腳處需要高品質的射頻去耦，這點與數位IC相同。然而，類比IC通常需要低頻電源去耦，因為類比元件的PSRR在高於1KHz時增加很少。每個運算放大器、比較器和資料轉換器的類比電源走線應使用 RC 或 LC 濾波。電源的轉角頻率應補償裝置的PSRR轉角頻率和斜率，以便在整個工作頻率範圍內獲得所需的PSRR。
(8)對於高速類比訊號，根據其連接長度和通訊的最高頻率，需要採用傳輸線技術。即使是低頻訊號，利用傳輸線技術也可以提高抗干擾性能，但如果沒有正確匹配的傳輸線，就會產生天線效應。
(9) 避免使用對電場非常敏感的高阻抗輸入或輸出。
（10）由於大部分輻射是由共模電壓和電流產生的，並且由於環境中的電磁幹擾大部分是由共模問題引起的，因此在模擬電路中採用平衡發射和接收（差模）技術將具有良好的EMC效果並可減少串擾。平衡電路（差分通道）驅動不會使用0V參考系統作為返回電流迴路，因此可以避免大電流迴路並減少射頻輻射。
(11)比較器必須具有遲滯(正回授)，以防止因雜訊和乾擾而導致錯誤的輸出轉換，並防止在斷開點出現振盪。不要使用比要求更快的比較器（使dV/dt保持在滿足要求的範圍內並儘可能低）。

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