第一章 类比设计导论

第一章類比設計導論IntroductiontoAnalogDesign簡目1.1為何是類比？1.2為何積體化？1.3為何是CMOS？1.4為何要閱讀本書？1.5一般性概念1.5.1抽象層次1.5.2健全的類比設計1.5.3註解為何是類比?儘管許多訊號處理的類型已轉移至數位型態，某些類比功能應用仍很難被數位功能取代。為何積體化?由記憶體和微處理器市場所驅動成長的積體電路技術也廣泛地包含了類比設計，提供外接元件幾乎不可能達到的複雜度、速度和精確度。為何是CMOS?CMOS元件尺寸遠比雙載子電晶體或砷化鎵更易縮小，且可以較低成本將類比及數位電路放置同一晶片上，因而更具吸引力。簡目自然信號的處理(a)自然信號的數位化過程；(b)加入放大器和濾波器以提高靈敏度。ProcessingofNaturalSignals數位通訊信號經過有損耗纜線會遇到衰減及失真的情形，不再像數位化的波形。而使用多階信號可減少頻寬需求及改善通訊品質。DigitalCommunications磁碟驅動電子學從硬碟儲存資料及讀取資料。類比濾波器可用來移除信號雜訊及失真。DiskDriveElectronics(Storeddata)(Retrieveddata)無線接收器無線電波信號常伴隨著大的干擾信號，因此放大器必須將微小信號放大並使雜訊最小化，且在高頻運作時能抵抗不必要訊號。WirelessReceivers(Interferers)(Desiredsignal)光接收器光纖系統用來做長距離高速資料傳輸，接收器必須在非常高速、低雜訊且寬頻電路設計下來處理一低階信號。OpticalReceivers(Laserdiode)(Photodiode)(Transmitter)(Receiver)感應器(a)簡單加速測量儀(b)差動加速測量儀。Sensor(MEMS)(accelerometer)微處理器和記憶體•許多關於資料分布和晶片內或晶片間時脈的問題使得高速信號被視為類比波形。•信號的不完美和晶片上功率連接都需要對類比設計相當了解。•記憶體廣泛地運用感應放大器更需要許多類比技巧。因為這些原因，高速數位設計事實上就是類比設計。MicroprocessorsandMemoriesTFTLCDDrivingSystemDataorsourcedrivingcircuitGateorscandrivingcircuitTFTLCDpixelelectrodeDataorsourcedrivingcircuitWhyIntegrated?•GordonMoore(oneofthefoundersofIntel)predictedintheearly1970s,thenumberoftransistorsperchiphascontinuedtodoubleapproximateeveryoneandhalfyears(18months).•Drivenbyprimarilythememoryandmicroprocessormarket,integrated-circuithavealsoembracedanalogdesignextensively.•Analogandmixedanalog/digitalICscontainingtensofthousandsofthedevicesnowroutinelyappearinconsumerproducts.WhyCMOS?•DigitalCMOSdissipatespoweronlyduringswitching.•Lowcostoffabrication(TSMC,UMC)•Possibilityofplacingbothanaloganddigitalcircuitsonthesamechip.類比設計的困難1.數位電路考慮速度和功率消耗，而類比設計考慮速度、功率消耗、增益、精確度及供應電壓等限制。2.類比電路比數位電路對雜訊和干擾更加靈敏。3.元件的二次效應對類比電路效能影響遠超過對數位電路的影響。4.高效能類比電路設計很少被自動化，每個元件通常都必須人工設計。5.類比電路設計在分析模擬結果時必須訴諸經驗和直覺。6.在主流IC技術中設計類比電路以製作數位產品。電路設計的抽象層次(a)元件層；(b)電路層；(c)架構層；(d)系統層。AbstractionLevelsinCircuitDesign(device)(circuit)(architecture)(system)