模拟集成电路设计的流程
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模拟集成电路设计的流程范文第1篇
一、完善课程设置
合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
四、搭建校企合作平台
模拟集成电路设计的流程范文第2篇
关键词 片上系统设计导论 集成电路设计 项目化教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）17-0010-02
随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管，已经发展到片上系统SoC（System on Chip）。现代片上系统（SoC）是利用IP核（Intellectual Property Core）复用和深亚微米技术，采用软件和硬件结合的设计和验证方法，在一块芯片上实现复杂的功能。它广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其应用领域的市场应用结构如图1所示。
图1 2013年集成电路设计市场应用结构
图2 2008-2014年集成电路行业的产值
2008年以来，我国集成电路产业总产值从2107亿元增长到2915亿元。2014年，据国家统计局统计，共生产集成电路1015.5亿块，同比增长12.4%，增幅高于上年7.1个百分点；集成电路行业销售产值同比增长8.7%，增幅高于上年0.1个百分点。集成电路行业的产值如图2所示。
近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对人才的需求在不断增加。据权威机构报道，2010年以来，中国IC产业对设计工程师的需求将达到30万人以上，并且逐年增加，但目前国内实际人才数量相较于需求远远不够。高校是人才培养的摇篮，但高校大多数教授基础概念，并了解基本的设计流程和设计方法，远不能满足行业的要求。
针对这一现象，《片上系统（SoC）设计导论》课程将结合《固体物理》《半导体物理》《数字集成电路设计》《模拟集成电路设计》《VHDL语言》等多门课程，以项目化教学的形式进行教学，并且对其进行探讨。
一、采用项目化教学改善学生只会理论、不会设计的现状
（1）解决SoC设计与相关课程之间的内部联系，教学内容主要涉猎到相类似的部分，通过将一个大项目分解成几个小项目，通过逐渐加大项目的难度，使学生在项目中逐渐加深了对知识点的理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的SoC设计概念。例如通过对矩阵加法器的项目分解如下几个小项目来实现，具体项目如图3所示。通过这些项目设计过程完整地训练，既培养了较强的SoC设计能力，还提升了学生的择业面。
图3 项目流程图
（2）项目中会先有示例，然后引导学生对分解的小项目做设计，熟悉设计流程和设计方法，而且解决了理论教学与实践教学相脱节的问题，转变了传统的理论教学方式，达到较好的教学效果。
二、 通过PDCA戴明环的方式改善设计的产品不能用的问题
（1）在SoC设计的过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生的综合素质，逐步锻炼和培养学生的自主学习、团结协作等能力。
（2）结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整，在基础层上让学生边学边做，在单个简单的模块中进行训练，最后实现复杂的项目要求的功能，达到SoC设计能力的提高。
通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学方法，对教学内容和教学计划进行合理和高效的修改。PDCA戴明环如图4所示。
图4 PDCA循环
三、小结
教师指导学生设计一个完整的项目，其中包括需求、硬件设计、软件设计、验证等部分。学生不仅掌握了基本概念，也提高了设计实践能力，更提升了团队意识。《片上系统（SoC）设计导论》课程项目化教学改变了传统的理论课教学方式，以目标为导向，以设计作为考核标准，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践齐头并进，缩短了与集成电路设计人才的距离。
参考文献：
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[3]周殿凤.片上可编程系统项目化教学探讨[J].轻工科技， 2013，（5）：190-191.
模拟集成电路设计的流程范文第3篇
6月6日，圣邦微电子（北京）股份有限公司（股票简称：圣邦股份，股票代码：300661）在深圳交易所挂牌上市，募集资金总额达4.47亿元。发行价格为29.82元/股，上市当日即上涨44.00%，收盘价42.94元/股。
近年来，掌握世界先进技术的本土模拟集成电路企业的崛起使中国高性能模拟集成电路水平与世界领先水平的差距逐步缩小，不少国内高端模拟芯片空白得以填补，在某些产品领域甚至达到和超越了世界先进水平，展现了良好发展势头。
那么，圣邦股份成功上市，有着怎样的过人之处？
专注于信号链+电源管理
圣邦股份自成立以来一直专注于模拟芯片的研发与销售，坚持“以市场为导向、以创新为驱动”的经营理念，经过多年发展，掌握了先进的模拟芯片设计与开发技术，研制出一系列具有高可靠性与一致性的模拟芯片产品，同时与国内外知名终端整机厂商、电子元器件经销商、晶圆制造商以及封装测试厂商建立了高效联动机制，并以关键技术和重点产品为突破口，不断提升核心竞争力，现已成为国内领先的高性能、高品质模拟芯片设计企业。
其主要产品为高性能模拟芯片，覆盖信号链和电源管理两大领域，拥有800多款可供销售产品型号，可广泛应用于通讯、消费类电子、工业控制、医疗仪器、汽车电子等众多领域，涵盖了包括智能手机、PAD、HDTV、笔记本电脑、可穿戴式设备、VR、无人机、智能机器人、共享单车、新能源、物联网等在内的各类新兴智能终端产品。公司的核心技术以及自主研发的多款产品处于先进水平，如静态电流300nA的微功耗运算放大器、工作电流300nA的超低功耗比较器、输入失调电压典型值3μV的高精度运算放大器、六阶视频驱动器、1：2000大动态背光LED驱动器等产品。
同时，圣邦股份一直以“多样性、齐套性、细分化”为产品发展战略目标，自设立以来，不断增加新的产品系列，细化产品功能，拓展应用领域，以满足客户不断增加的多样化需求。对每一款产品的质量与性能进行严格把关，一方面选择具有高可靠性、一致性与产品良率的晶圆生产厂和封测厂作为供应商；另一方面对每一款新产品进行全套高标准的测试，通过测试后方可投入批量生产，丰富产品线的同时保证了产品的一致性与可靠性。
其中，圣邦股份的信号链类模拟芯片产品目前主要为各类放大器芯片（包括运算放大器、音频放大器和视频驱动器等）、模拟开关及接口电路等，电源管理类模拟芯片则涵盖LED驱动电路以及线性稳压器、DC/DC转换器、CPU电源监测电路、锂电池充电管理芯片、过压保护电路及负载开关等非驱动类电源管理产品。
政府支持+竞争优势突出
集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是培育发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础，其战略地位日益凸显。
国家高度重视推动集成电路产业发展，自2000年以来，制定了一系列配套扶持政策。其中尤其值得关注的是，2011年1月，国务院《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，相对2000年颁布的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，该政策被业界称为新18号文。新18号文首次提出鼓励、支持软件企业和集成电路企业加强产业资源整合，将对集成电路产业的支持提升到和件产业同等重要的地位上。
除了政府支持，圣邦股份自身也具备多项优势。
首先是技术优势，圣邦股份已形成了多项核心技术，共拥有六十余项集成电路布图设计登记证书、二十余项已授权专利。公司拥有北京市科学技术委员会等四部门颁发的“高新技术企业证书”和工信部颁发的“集成电路设计企业认定证书”，曾多次荣获“北京市科学技术奖”。2008年以来，便连续多年获得《电子工程专辑》颁发的“十大中国IC设计公司品牌”奖。
其次是产品与性能优势，圣邦股份产品普遍具有功耗低、抗干扰能力强、抗静电能力强、可靠性高、采用小型绿色环保封装等优点，工作温度范围一般达到工业级（-40℃～ 85℃），部分达到汽车级（-40℃～125℃）。公司多款产品的性能指标与国际知名厂商的产品相同或接近，微功耗运算放大器、高精度运算放大器、超低功耗比较器、高阶视频滤波器等产品系列在个别参数指标上甚至超过国外同类产品的指标，打破了国外厂商在这些产品领域的垄断。
模拟集成电路设计的流程范文第4篇
【关键词】脉宽调制;跳周期调制;转换效率;DC-DC;轻载
Using dual mode control to improve efficiency of switching mode power supply under light load
Liu Xuefei
（School of Physics &Electronics Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）
Abstract： The project experience shows that power conversion efficiency is very low under light load.To solve this problem，pulse width-period skip dual mode control is proposed in this paper.The simulation results of the circuit show that the system will automatically switch work mode once the load is at 200 mA.When the load is greater than 200 mA，dc power system operates in PWM mode ，the maximum conversion efficiency can reach 93%;When load is reduced to 50-200 mA，the circuit will automatically switch to period skip mode which increases the conversion efficiency by 10% to 20% relative to the pulse width modulation mode.
Key words： PWM;PSM;conversion efficiency;DC-DC;light load
1.引言
目前工程中开关电源的功率管驱动方式主要有PWM（Pulse Width Modulation）和PFM（Pulse Frequency Modulation）以及两者的混合调制。这种方式在很宽的负载范围内都可以保证高转换效率，并且具有高的线性调整率和负载调整率，且噪声很小，但是在轻载下会降低效率[1]。为提高轻载转换效率，PFM调制模式被引入[2]，但是由于工作频率的不确定，噪声较大，从而增大了输出电压纹波。为了提高轻载效率，又使得输出纹波不会太大，有人提出了把PWM和PFM结合在一起 [3-6]。本文提出了把PWM和PSM结合起来的构想，兼顾了PWM模式较好的负载调整率和电压调整率以及PSM的高效率。有效地解决了开关电源轻载时效率低的问题。
2.PWM-PSM原理
本文提出的PWM-PSM的电路结构主要由采样模块和逻辑控制模块组成。通过采样模块得到采样电压，然后输入到控制模块的四个比较器来实现各类逻辑判断和控制功能。
2.1 PWM-PSM控制电路
控制模块电路如图1所示。比较器1用于保证在PSM模式下输出电压纹波不高于5%;比较器2用于检测200mA阈值负载电流;比较器3用于过零关断，防止电流反向流动;比较器4用于过流保护，防止负载电流超过3A从而烧坏负载。其中标号VOUT为输出电压，V1.78、V.2、V3为上级电路中设计的基准电压。VS、GND、LOW、HIGH分别为采样电压、系统地、低边开关管驱动和高边开关驱动信号。
图1 PWM-PSM原理图
2.2 PWM-PSM采样模块电路
采样电流模块如图2所示。由于DC-DC采用峰值电流控制，因此采样电感电流与采样开关管电流是等效的。图中M0为主开关管，M1为采样管，二者结构相同，但M1的宽长比远小于M0，R1为采样电阻，R2，R3电阻均为R，M2～M7组成电路的主干部份，其中M2，M3组成电流放大器，由于M4的反馈作用，
图2 采样电流电路原理图
使得M3，M2源端电压相等，M7，M6，M5提供偏置电流，VS表示采样电流流经R4得到的采样电压。由文献[7]可知其采样电流和采样电压分别为：
（1）
（2）
在工艺tsmc018rf下仿真，得到其波形如图3（a）、（b）所示。其中（a）为电感电流波形，（b）为采样电压波形，由仿真结果也可以看出采样电压能反应电感电流的变化，电流上升阶段二者几乎成正比关系，与计算结果一致。
图3 电流采样电路仿真波形
（a）为电感电流波形;（b）为采样电压波形
2.3 PWM-PSM工作过程
PWM-PSM双模控制的工作流程为：系统上电时，输出电压由0开始向1.8V逐渐增大，并稳定在1.8V，接入负载后，当负载增大的过程中，比较器4将实时检测负载电流是否大于3A，只要负载电流大于200mA而小于3A时，电路将工作在PWM模式下，此时系统工作频率固定为2MHz。一旦负载大于3A，比较器输出电平翻转触发后级电路关断开关管，实现过流保护。当负载电流减小的过程中，比较器2会检测到负载小于200mA的状态，此时，其输出电平将会翻转来触发后级电路让开关电源工作在PSM模式。而当负载电流又大于200mA时，电路会立刻自动切换到PWM模式下工作，如此循环地工作。
图4 PWM_PSM双模调制仿真
图5 PWM-PSM自动切换转换效率
图6 PWM单模转换效率
3.PWM-PSM仿真验证
3.1 PWM-PSM仿真结果
基于cadence软件平台和tsmc018rf工艺，将PWM-PSM双模控制技术应用到具体的降压型直流开关电源中进行功能验证。其仿真结果波形如图4所示。从上往下三个波形分别表示输出电压、功率管驱动信号以及负载电流变化范围。前两个波形纵轴单位是V，第三个波形纵轴单位是mA。横轴是时间轴，每一大格为100us。从图4中可以看到输出电压稳定在1.8V，这是本电源系统的预期电压。图4只取了负载电流从0-3A变化过程中的50mA-350mA这一段（包含了200mA）来观察PSM与PWM的切换过程。从图5中可以看到，当负载电流从50mA慢慢增大到350mA的过程中，由于引入了PSM技术，功率开关管的驱动波形在200mA时发生了变化，即负载电流小于200mA时，驱动波形出现了一些空白区域，也就是“跳过”了一些周期，这就是所谓的PSM模式。这样在相同的间内，有效的减少了功率开关管的开通和关断次数，从而提高了轻载效率。而那些没被“跳过”的周期（黑色区域）仍然可看成频率没变的PWM调制，有效地保证了输出电压纹波。
当负载电流大于200mA时，电路又自动切换到了PWM模式下工作。在两种模式过渡的过程中，从第一幅波形可以看到对输出电压的冲击是比较平稳的，变化不到0.4V，而且很快地又稳定到了确定的输出电压值。另外，值得重视的是，由于PSM模式的引入，输出电压的纹波明显的增大了，但是通过计算表明，纹波电压还是在5%以内，是满足指标要求的。PWM模式工作时，输出电压纹波在2%以内。
3.2 PWM与PWM-PSM效率比较
用ORINGIN8拟合曲线，PSM-PWM双模和PWM单模情况下的转换效率曲线分别如图5和图6所示。图6中横轴表示负载由0逐渐增大到1A，纵轴表示效率大小。从图5和图6都可以看出，随着负载的减小，电源的效率都会减小。对比两种情况下的转换效率，由于PSM调制模式的引入，当负载电流小于200mA，大于90mA时，转换效率可以稳定在80%以上，在30到90mA区间，PSM模式下，转换效率也能保持60%以上。但对于PWM单模工作的情况，如图6所示。当负载电流小于160mA转换效率就下降到了80%以下，同样从30到90mA变化时，其转换效率比PSM要低10%-20%左右。说明PSM有效地提高了轻载时DC-DC变换器的转换效率。仿真结果验证了本文提出的PWM-PSM双模控制方案的可行性。
4.结束语
本文根据PSM控制的高效率以及PWM控制的低纹波特性，有效地提把两种模式结合起来，实现双模自动切换来驱动功率开关管。研究结果表明，对提高轻载时电源的转换效率的效果十分明显，与传统的PWM-PFM技术相比，克服了负载范围小，输出纹波大的缺陷。电路结构也相对比较简单，适合应用到工程中。但由于PSM的引入还是不可避免的增大了输出电压的纹波，希望在之后的研究中，能进一步降低输出电压纹波。
参考文献
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