集成電路設(shè)計與仿真項目教程機械工業(yè)出版社李亮Agenda項目1集成電路設(shè)計認知項目2MOS晶體管認知項目3CMOS反相器設(shè)計與仿真項目4靜態(tài)組合邏輯門設(shè)計與仿真項目5時序邏輯門設(shè)計與仿真項目6動態(tài)邏輯門設(shè)計與仿真項目7電流鏡設(shè)計與仿真項目8單管放大器設(shè)計與仿真項目9運算放大器設(shè)計與仿真項目10電壓基準源設(shè)計與仿真2026/1/28項目1集成電路設(shè)計認知研究內(nèi)容背景011.1集成電路綜述1.2集成電路分類1.3集成電路封裝1.4集成電路的發(fā)展趨勢 1.5集成電路設(shè)計平臺初識集成電路設(shè)計3.1模擬集成電路的兩大主要用途3.2模擬集成電路現(xiàn)狀3.3模擬集成電路發(fā)展3.4模擬集成電路設(shè)計流程3.5模擬集成電路特點 3.6模擬集成電路分類 3.7模擬集成電路應用03模擬集成電路設(shè)計022.1數(shù)字集成電路分類2.2專用集成電路設(shè)計2.3摩爾定律 2.4比例縮小法則數(shù)字集成電路設(shè)計2026/1/283.1模擬集成電路的主要用途03模擬集成電路設(shè)計外界信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為模擬電信號后，進一步的放大、濾波等處理；處理后的模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）輸出到數(shù)字系統(tǒng)進行處理，之后，再重新經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）為模擬信號輸出。模擬信號處理過程項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/28（1）信號鏈：連接真實世界與數(shù)字世界的橋梁現(xiàn)實世界的信號以連續(xù)的線性信號方式出現(xiàn)，比如光、運動（位移、速度和加速度）、聲音、壓力等，而在數(shù)字世界中信號是瞬時變化的，比如數(shù)字芯片僅能識別地電壓“0”和供電電壓“1”兩種狀態(tài)，而不識別介于兩者之間的信號，因此需要由傳感器收集信號，然后模擬芯片將這類可量化的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號“0”和“1”，再交由數(shù)字芯片處理。主要包括三大類：線性產(chǎn)品放大器、轉(zhuǎn)換器(ADC、DAC)、接口。（2）電源鏈：管理和分配電源電源管理類產(chǎn)品可以提供電路保護，并為內(nèi)部的各種電路模塊提供穩(wěn)定、適當?shù)碾妷汉碗娏?，其包括四大類：一是以市電AC為電源的AC/DC芯片、二是以電池DC為電源的管理芯片、三是通用負載解決方案（DC/DC轉(zhuǎn)換）、四是特殊負載解決方案（LED驅(qū)動）。3.2模擬集成電路現(xiàn)狀03模擬集成電路設(shè)計模擬集成電路現(xiàn)狀表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）通用放大器方面通用應用對模擬IC要求千差萬別，因此在通用放大器方面，產(chǎn)品種類和性能水平應有盡有，可滿足不同需要。（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器方面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是模擬和數(shù)字混合信號處理電路。在1986年美國的Gray教授就提出用所謂“雞蛋模型”，形象地表示了數(shù)字IC、模擬IC以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D)電路、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換(D/A)電路間的關(guān)系。他把數(shù)字IC比作蛋黃，模擬IC比作蛋殼，而A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路自然就成了連接二者的蛋清?？梢?，三者是一個有機整體。（3）射頻放大器方面射頻采用SiGe雙極技術(shù)，以滿足應用的高性能要求。射頻放大器應用于各種手持式通信設(shè)備中，要求功耗低。可有效地應用于通信收發(fā)射機、通用增益放大系統(tǒng)、A/D緩沖器、高速數(shù)據(jù)接口驅(qū)動器等。（3）電壓調(diào)節(jié)器方面已經(jīng)推出可適用于1.8～5V的電源供電。開關(guān)電流低，噪聲低，靜態(tài)電流極小，可在電池電源的額定電壓下降到0.2V以內(nèi)都能調(diào)整，很適合電池供電系統(tǒng)如蜂窩電話、無繩電話及長壽命電池供電的射頻控制系統(tǒng)應用。。項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/283.3模擬集成電路發(fā)展03模擬集成電路設(shè)計模擬電路當前呈現(xiàn)出三個突出趨勢：高性能分立器件、模數(shù)混合和SOC(SystemonChip系統(tǒng)芯片)。模擬集成電路種類繁多，其性能要求也各不相同。追求更高的性能是模擬器件未來主要發(fā)展方向?？蓺w納為“三升三降”，即速度、精度、效率上升，而功耗、尺寸與外圍元件數(shù)下降。項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/28模擬芯片發(fā)展趨勢：對放大器而言，將向更高速度、更低噪聲、更大動態(tài)范圍等方向發(fā)展；對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而言，將向更高速度、更高精度等方向發(fā)展；在信號處理、射頻電路、電源管理等領(lǐng)域，將向更高精度、速度與效率方向發(fā)展。同時功耗、尺寸及外圍元件數(shù)量則將不斷下降。以手機為例，消費者要求更清晰的語音、更加絢麗的屏幕，同時還要有更長的待機時間，這些都給模擬器件制造商提出了更高的要求，也為設(shè)計人員帶來了更大的挑戰(zhàn)。3.4模擬集成電路設(shè)計流程03模擬集成電路設(shè)計模擬集成電路設(shè)計流程中的關(guān)鍵階段：（1）設(shè)計描述（2）電路設(shè)計（3）電路仿真（4）版圖設(shè)計（5）物理驗證（6）參數(shù)提取后仿真（7）流片模擬信號處理過程項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/283.5模擬集成電路特點03模擬集成電路設(shè)計模擬IC設(shè)計過程，是一個反復設(shè)計、驗證、迭代的過程，設(shè)計工程師在不斷經(jīng)驗積累過程中形成的設(shè)計。需要工程師實打?qū)嵶鲞^多個項目，經(jīng)歷流片、封測和量產(chǎn)等多次積累，因此模擬集成電路設(shè)計具有特殊性。模擬集成電路特點如下：項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/28（1）應用領(lǐng)域繁雜模擬IC按功能細分可進一步分為線性器件、信號接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、電源管理器件等諸多品類，每一品類根據(jù)終端產(chǎn)品性能需求的差異又有不同的系列，在現(xiàn)今電子產(chǎn)品中幾乎無處不在。（2）生命周期長數(shù)字集成電路強調(diào)運算速度與成本比，必須不斷采用新設(shè)計或新工藝，而模擬集成電路強調(diào)可靠性和穩(wěn)定性。一經(jīng)量產(chǎn)，往往具備長久生命力。（3）人才培養(yǎng)時間長模擬IC的設(shè)計需要額外考慮噪聲、匹配、干擾等諸多因素，要求其設(shè)計工程師既要熟悉集成電路設(shè)計和晶圓制造的工藝流程，又需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。（4）低價但穩(wěn)定模擬IC的設(shè)計更依賴于設(shè)計師的經(jīng)驗。與數(shù)字集成電路相比，單款模擬集成電路的平均價格往往低于同世代的數(shù)字集成電路，但由于功能細分多，模擬IC市場不易受單一產(chǎn)業(yè)變動影響，因此價格波動幅度相對較小。3.6模擬集成電路分類03模擬集成電路設(shè)計模擬集成電路是虛擬世界與現(xiàn)實世界的物理橋梁，主要分為信號鏈和電源管理兩類。從功能上又可劃分為放大器、電源管理電路、模擬開關(guān)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、射頻電路等。模擬集成電路分類項目1集成電路設(shè)計認知2026/1/28分類功能電路信號鏈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）放大器運算放大器、儀表放大器、差分放大器、專用放大器接口電路保護電路、隔離電路、傳感檢測電路、模擬開關(guān)與多路復用電路射頻電路振蕩器、時鐘發(fā)生器、鎖相環(huán)（PLL）、射頻收發(fā)器、混頻電路電源管理AC-DC半波整流電路、全波整流電路DC-DC非隔離DC-DC、隔離DC-DC驅(qū)動電路LED驅(qū)動、IGBT驅(qū)動、功率晶體管驅(qū)動、GaN驅(qū)動LDO正線性穩(wěn)壓電路、負線性穩(wěn)壓電路電池管理充電電路、電量監(jiān)測、保護電路3.7模擬集成電路應用03模擬集成電路設(shè)計輸入溫度、濕度、光學、壓電、聲電等各種傳感器或天線采集的外界自