模拟电路设计经验

模拟电路设计经验总结2007-12-07 21:05模拟电路的设计是工程师们最头疼、但也是最致命的设计部分，尽管目前数字电路、大规模集 成电路的发展非常迅猛，但是模拟电路的设计仍是不可避免的，有时也是数字电路无法取代的，例如 RF 射频电路的设计！这里将模拟电路设计中应该注意的问题总结如下，有些纯属经验之谈，还望大家多多补充、多多批评指正！...

（1）为了获得具有良好稳定性的反馈电路，通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。
（2）积分反馈电路通常需要一个小电阻（约 560 欧）与每个大于 10pF 的积分电容串联。
（3）在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制 EMC 的 RF 带宽，而只能使用被动元件（最好为 RC 电路）。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下，积分反馈方法才有效。在更高的频率下，积分电路不能控制频率响应。
（4）为了获得一个稳定的线性电路，所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法（如光电隔离）进行保护。
（5）使用 EMC 滤波器，并且与 IC 相关的滤波器都应该和本地的 0V 参考平面连接。
（6）在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器，任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波，因为存在天线效应。另外，在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。
（7）在模拟 IC 的电源和地参考引脚需要高质量的 RF 去耦，这一点与数字 IC 一样。但是模拟 IC 通常需要低频的电源去耦，因为模拟元件的电源噪声抑制比（PSRR）在高于 1KHz 后增加很少。在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用 RC 或 LC 滤波。电源滤波器的拐角频率应该对器件的 PSRR 拐角频率和斜率进行补偿，从而在整个工作频率范围内获得所期望的 PSRR 。
（8）对于高速模拟信号，根据其连接长度和通信的最高频率，传输线技术是必需的。即使是低频信号，使用传输线技术也可以改善其抗干扰性，但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应。
（9）避免使用高阻抗的输入或输出，它们对于电场是非常敏感的。
（10）由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的，并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的，因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收（差分模 式）技术将具有很好的 EMC 效果，而且可以减少串扰。平衡电路（差分电路）驱动不会使用 0V 参考系统作为返回电流回路，因此可以避免大的电流环路，从而减少 RF 辐射。
（11）比较器必须具有滞后（正反馈），以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变

换，也可以防止在断路点产生振荡。不要使用比需要速度更快的比较器（将 dV/dt 保持在满足要求的范围内，尽可能低）。
（12）有些模拟 IC 本身对射频场特别敏感，因此常常需要使用一个安装在 PCB 上，并且与 PCB 的地平面相连接的小金属屏蔽盒，对这样的模拟元件进行屏蔽。注意，要保证其散热条


复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享。 我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时惘然。电路和系统，看上去是两个概念， 两个层次。 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的，那时候知道他们是“系统”的， 而我们呢，是做模拟“电路”设计的，自然要偏向电路。而模拟芯片设计初学者对奇思淫巧的电路总是很崇拜，尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC （IEEE Journal of solid state circuits）， 以前非常喜欢看， 当时立志看完近二十年的文章，打通奇经八脉，总是憧憬啥时候咱也灌水一篇， 那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角， 就是在国外读博士，能够在上面发一篇也属优秀了。 读研时，我导师是郑增钰教授，李联老师当时已经退休，逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导。郑老师治学严谨，女中豪杰。李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物，现在在很多公司被聘请为专家或顾问。 李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作。李老师和郑老师是同班同学，所以很要好，我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点。李老师和郑老师给我的培养方案是：先从运算放大器学起。所以我记得我刚开始从小电流源开始设计。那时候感觉设计就是靠仿真调整参数。但是我却永远记住了李老师语重心长的话：运放是基础，运放设计弄好了，其他的也就容易了。当时不大理解，我同学的课题都是AD/DA，锁相环等“高端”的东东，而李老师和郑老师却要我做“原始”的模块，我仅有的在(固体电子学) （国内的垃圾杂志）发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器。 做的过程中很郁闷，非常羡慕我同学的项目，但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理，所以我就专门看JSSC运放方面的文章，基本上近20多年的全看了。当时以为很懂这个了，后来工作后才发现其实还没懂。 所谓懂，是要真正融会贯通，否则塞在脑袋里的知识再多，也是死的。但是运算放

大器是模拟电路的基石，只有根基扎实方能枝繁叶茂，两位老师的良苦用心工作以后才明白。总的来说，在复旦，我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话。 硕士毕业，去找工作，当时有几个offer。 我师兄孙立平， 李老师的关门弟子，推荐我去新涛科技，他说里面有个常仲元，鲁汶天主教大学博士，很厉害。我听从师兄建议就去了。新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了，成为国内第一家成功的芯片公司。面试我的是公司创始人之一的总经理Howard. C. Yang（杨崇和）。 Howard是Oregon State University 的博士，锁相环专家。面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的， 我很熟练。他说你面有个零点，我很奇怪，从没听过，云里雾里，后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的， 等效模型中有个电阻，他自己命名为杨氏电阻。 当时出于礼貌，不断点头。不过他们还是很满意，反正就这样进去了。我呢，面试的惟一的遗憾是没见到常仲元， 大概他出差了。 进入新涛后，下了决心准备术业有专攻。因为本科和研究生时喜欢物理，数学和哲学，花了些精力在这些上面。工作后就得真刀真枪的干了。每天上班仿真之余和下班后，就狂看英文原版书。第一本就是现在流行的Razavi的那本书。读了三遍。感觉大有收获。那时候在新涛，初生牛犊不怕虎，应该来说，我还是做得很出色的，因此得到常总的赏识，被他评价为公司内最有potential的人。偶尔常总会过来指点一把，别人很羡慕。其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得， 他大意是说做模拟电路设计有三个境界：第一是会手算，意思是说pensile-to-paper， 电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。第二是，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。 第三就是创造电路。 我大体上按照这三部曲进行的。Razavi的那本书后面的习题我仔细算了。公司的项目中，我也力图首先以手算为主， 放大器的那些参数，都是首先计算再和仿真结果对比。久而久之，我手计算的能力大大提高，一些小信号分析计算，感觉非常顺手。这里讲一个小插曲，有一次在一个项目中，一个保护回路AC仿真总不稳定， 调来调去，总不行，这儿加电容，那儿加电阻，试了几下都不行，就找常总了。因为这个回路很大，所以感觉是瞎子摸象。常总一过来三下五除二就摆平了， 他仔细看了，然后就导出一个公式，找出了主极点和带宽表达式。通过这件事，我对常总佩服得五体投地， 同时也知道直观的威力。所以后来看书时，都会仔细推导书中的公式，然后再直观思考信号流， 不直观不罢手。一年多下

来， 对放大器终于能够透彻理解了，感觉学通了， 通之后发现一通百通。最后总结：放大器有两个难点，一个是频率响应，一个是反馈。其实所谓电路直观，就是用从反馈的角度来思考电路。每次分析了一些书上或者JSSC上的“怪异”电
路后，都会感叹：反馈呀，反馈！然后把分析的心得写在paper上面。 学通一个领域后再学其他相关领域会有某种“加速”作用。 常总的方式是每次做一个新项目时，让下面人先研究研究。我在离开新涛前，做了一个锁相环。 我以前没做过，然后就把我同学的硕士论文，以及书和很多paper弄来研究，研究了一个半月，常总过来问我：锁相环的3dB带宽弄懂了吧？ 我笑答：早就弄懂了。我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上，小菜了。我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了。之后不久，一份30多页的英文研究报告发出来，常总大加赞赏！。 后来在COMMIT时，有个项目是修改一个RF Transceiver芯片， 使之从WCDMA到TD-SCDMA。里面有个基带模拟滤波器。我以前从没接触过滤波器，就花了两个月时间，看了三本英文原版书，第一本有900多页，和N多paper， 一下子对整个滤波器领域，开关电容的，GmC的，Active RC的都懂了。提出修改方案时， 由于我运放根基扎实，看文章时对于滤波器信号流很容易懂，所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案。最后报告写出来（也是我的又一个得意之作），送给TI. TI那边对这边一下子肃然起敬，Conference call时， 他们首先说这份报告是“Great job!”，我英文没听懂，Julian对我夸大拇指，说“他们对你评价很高呢”。后来去Dallas， TI那边对我们很尊敬， 我做报告时，很多人来听。总之，现在知道，凡事情，基础很重要，基础扎实学其他的很容易切入， 并且越学越快。 我是02年 11月去的COMMIT，当时面试我的也是我现在公司老板Julian。 Julian问我：你觉得SOC (system on chip)设计的环节在哪儿？ 我说：应该是模拟电路吧，这个比较难一些。Julian说错了，是系统。我当时很不以为然， 觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上。 Julian后来自己run了现在这公司On-Bright，把我也带来， 同时也从TI拉了两个，有一个是方博士。我呢，给Julian推荐了朱博士。这一两年，我和朱博士对方博士佩服得五体投地。方博士是TI华人里面的顶级高手， 做产品能力超强。On-Bright现在做电源芯片，我和朱博士做了近两年，知道了系统的重要性。芯片设计最终一定要走向系统， 这个是芯片设计的第四重境界。电路如同砖瓦，系统如同大厦。芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就

是只见树木，不见森林。电源芯片中，放大器，比较器都是最最普通的， 其难点在于对系统的透彻理解。在On-Bright，我真正见识了做产品，从定义到设计，再到debug， 芯片测试和系统测试，最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright，我和朱博士算是大开眼界，也知道了做产品的艰辛。


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模拟电路-放大电路的种类2007-10-22 12:56最基本的如三极管曲线特性 答：即晶体三极管的伏安特性曲线：输入特性曲线和输出特性曲线。 输入特性是指三极管输入回路中，加在基极和发射极的电压Ube与由它所产生的基极电流Ib之间的关系。输入特性曲线如下图所示：


晶体管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似，因为b、e间是正向偏置的PN结（放大模式下）输出特性通常是指在一定的基极电流Ib控制下，三极管的集电极与发射极之间的电压UCE同集电极电流Ic的关系。共发射极输出特性曲线如下图所示：



2. 描述反馈电路的概念，列举负反馈的影响及其应用答：反馈是将放大器输出信号(电压或电流)的一部分或全部，回授到放大器输入端与输入信号进行比较(相加或相减)，并用比较所得的有效输入信号去控制输出，这就是放大器的反馈过程。负反馈对放大器性能有四种影响：1) 降低放大倍数2) 提高放大倍数的稳定性由于外界条件的变化（T℃，Vcc，器件老化等），放大倍数会变化，其相对变化量越小，则稳定性越高。3) 减小非线性失真和噪声4) 改变了放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro对输入电阻ri的影响：串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小。对输出电阻ro的影响：电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增加。负反馈的应用：电压并联负反馈，电流串联负反馈，电压串联负反馈和电流并联负反馈。3. 频率响应，如：怎么才算是稳定的，如何改变频率响应曲线的几个方法答：频率响应通常亦称频率特性，频率响应或频率特性是衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标。实质上，频率响应就是指放大器的增益与频率的关系。通常讲一个好的放大器，不但要有足够的放大倍数，而且要有良好的保真性能，即：放大器的非线性失真要小，放大器的频率响应要好。“好”：指放大器对不同频率的信号要有同等的放大。之所以放大器具有频率响应问题，原因有二：一是实际放大的信号频率不是单一的；；二是放大器具有电抗元

件和电抗因素。由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等），使得放大器可能对不同频率信号分量的放大倍数和相移不同。如放大电路对不同频率信号的幅值放大不同，就会引起幅度失真； 如放大电路对不同频率信号产生的相移不同就会引起相位失真。幅度失真和相位失真总称为频率失真，由于此失真是由电路的线性电抗元件（电阻、电容、电感等）引起的，故不称为线性失真。为实现信号不失真放大所以要需研究放大器的频率响应。4. 给出一个差分运放，如何相位补偿，并画补偿后的波特图答：一般对于两级或者多级的运放才需要补偿。一般采用密勒补偿。例如两级的全差分运放和两级的双端输入单端输出的运放，都可以采用密勒补偿，在第二级（输出级）进行补偿。区别在于：对于全差分运放，两个输出级都要进行补偿，而对于单端输出的两级运放，只要一个密勒补偿。5. 什么是零点漂移？怎样抑制零点漂移？答：零点漂移，就是指放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的电压产生，即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。抑制零点漂移的方法一般有：采用恒温措施；补偿法（采用热敏元件来抵消放大管的变化或采用特性相同的放大管构成差分放大电路）；采用直流负反馈稳定静态工作点；在各级之间采用阻容耦合或者采用特殊设计的调制解调式直流放大器等。6. 射极跟随器答：射极跟随器（又称射极输出器，简称射随器或跟随器）是一种共集接法的电路（见下图a），它从基极输入信号，从射极输出信号。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点。


射随器的主要指标及其计算： 1、输入阻抗从上图（b）电路中，从1、1'端往右边看的输入阻抗为：Ri=Ui/Ib=rbe+(1+β)ReL式中：ReL=Re//RL,rbe是晶体管的输入电阻，对低频小功率管其值为：rbe=300+(1+β)(26毫伏）/（Ie毫伏）在上图（b）电路中，若从b、b'端往右看的输入阻抗为Ri=Ui/Ii=Rb//Rio.由上式可见，射随器的输入阻抗要比一般共射极电路的输入阻抗rbe高（1+β）倍。2、输出阻抗将Es=0,从上图（C）的e、e'往左看的输出阻抗为：Ro=Uo/Ui=(rbe+Rsb)/(1+β),式中Rs=Rs//Rb,若从输出端0、0’往左看的输出阻抗为Ro=Ro//Reo3、电压放大倍数根据上图（b）等效电路求得：Kv=Uo/Ui=(1+β)Rel/[Rbe+(1+β)Rel],式中：Rel=Re//RL,当(1+β)Rel>>rbe时，Kv=1,通常Kv<1.4、电流放大倍数根据上图（b）等效电路求得：KI=Io/Ii=(1+β)RsbRe/(Rsb+Ri)(Re+RL)式中：Rsb=Rs//Rb,Ri=rbc+(1+β)Relo 通常，射随器具有电流和功率放大作用。7. 基

本放大电路种类（电压放大器，电流放大器，互导放大器和互阻放大器），优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因。答：放大电路的作用：放大电路是电子技术中广泛使用的电路之一，其作用是将微弱的输入信号（电压、电流、功率）不失真地放大到负载所需要的数值。放大电路种类：（1）电压放大器：输入信号很小，要求获得不失真的较大的输出压，也称小信号放大器；（2）功率放大器：输入信号较大，要求放大器输出足够的功率，也称大信号放大器。差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。8. 画出由运放构成加法、减法、微分、积分运算的电路原理图。并画出一个晶体管级的运放电路。



9 有源滤波器和无源滤波器的原理及区别?


答：滤波器是一种频率选择的电路，允许一定范围内的频率通过，对不需要的频率进行抑制。可分为低通、高通、带阻、带通、全通等。有源滤波器是指用晶体管或运放构成的包含放大和反馈的滤波器，Q比较高；无源滤波器是指用电阻/电感/电容等无源元件构成的滤波器。

10 锁相环有哪几部分组成？


答：锁相，顾名思义，就是将相位锁住，把频率锁定在一个固定值上。锁相环，就是将相位锁定回路。锁相环由相位检测器 PD + 分频器 + 回路滤波器 + 压控振荡器 VCO，等组成。

锁相环的工作原理：

1、压控振荡器的输出经过采集并分频；

2、和基准信号同时输入鉴相器；

3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；

4、控制VCO，使它的频率改变；

5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

锁相环是一种相位负反馈系统，它利用环路的窄带跟踪与同步特性将鉴相器一端VCO的输出相位与另一端晶振参考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能，同时可以得到和参考源相同的频率稳定度。一个典型的频率合成器原理框图如图所示。



设晶振的输出频率为fr，VCO输出频 率为fo，则它们满足公式：






其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频比，就可以产生出所需要的频率信号。用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位噪声小、电路简单易集成、易编程等特点。









类别：医

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网友评论：1
jiabin1030 2007-10-22 12:59 放大电路的分类 放大电路的种类很多。按工作频率分：直流放大器、低频放大器、中频放大器、高频放大器、视频放大器等；

按用途分类：电流放大器、电压放大器及功率放大器。

按工作状态分：甲类--弱信号放大；乙类一一高频功率放大。

按信号大小分：小信号放大电路和大信号放大电路
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coldrums 2007-11-02 15:51 好黑阿。。看不清楚。。。
为了攒人气，还是换下，呵呵。。。
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