cadence设计运算放大器_《模拟射频IC设计实践》教学大纲

Ⅰ、课程的性质和目的

本课程的任务是使学生掌握模拟/射频IC电路仿真和layout版图设计的方法，同时熟悉模拟芯片设计的完整流程，学会Linux系统下Cadence IC设计系列软件和Calibre版图验证软件的使用。课程采用屏幕录制视频及操作讲解的形式。本课程并非专注于电路基础理论知识的学习，而是注重于模拟芯片设计流程中的电路原理图设计、电路性能指标仿真及优化方法、版图设计、寄生参数提取及后仿真优化等的实际操作，在电路设计过程中学习模拟/射频IC设计方法和相关软件的使用，将理论与实践相结合，深入认识电路的本质，为模拟/射频芯片设计工程师岗位做好准备，为优异的芯片产品设计打下基础。本课程采用企业的真实工作环境进行模拟/射频IC设计的进阶学习，将完成Bandgap、LDO等电源管理类模拟电路及低功耗蓝牙射频收发前端的实际电路仿真设计和部分版图设计及优化。

Ⅱ、课程的适用人群

适用于模拟/射频IC设计爱好者、模拟/射频IC设计初学者、微电子或通信相关专业大学生、模拟/射频IC版图工程师、模拟/射频IC设计求职者。需要学生具备一定的电路基础理论知识。

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Ⅲ、课程的教学内容和基本要求

第一章 模拟IC设计仿真实践平台的搭建 （1学时）

一、主要内容：

1.软件平台搭建

2.模拟射频芯片设计流程

二、基本要求：

能够搭建仿真设计用的软件平台，熟悉芯片设计流程

第二章 linux系统及ic设计软件基本操作 （2学时）

　一、主要内容：

1. Linux系统基本命令

2. Cadence软件基本操作

2.1 软件菜单介绍

2.2 创建设计库，绑定工艺库

3. 一个基本反相器的设计例子

3.1 设计工艺库熟悉

3.2 创建原理图

3.2 cmos晶体管调用及设置

3.3 specte仿真设置及dc、tran仿真

各种晶体管比例下的dc及tran仿真结果

3.4 virtuso版图设计简介

3.5 calibre版图验证软件简介

二、基本要求：

熟悉基本Linux操作命令，初步了解cadence软件界面及基本设计库操作，初步了解版图设计软件及calibre验证软件。

第三章 射频收发系统简介及指标分配 （1学时）

　一、主要内容：

1. 无线通信收发机结构

2. 低功耗蓝牙（BLE）无线系统指标定义及设计

3. 子模块指标计算及分配

3.1 电源管理电路指标

3.2 BLE接收通道子模块指标

3.3 BLE发射通道子模块指标

3.4 锁相环子模块指标

4. 本课程相关子电路仿真设计说明

本课程仿真方法及版图设计方法学习进阶过程简介

　二、基本要求：

了解无线收发系统的设计过程。

第四章 Bandgap电路仿真及版图设计 （4学时）

一、主要内容：

1. bandgap参考电路基本原理分析

2. 经典电路结构原理分析

3. 电路原理图设计

3.1 基本元器件介绍

3.2 bandgap核心电路搭建

3.3 bandgap中运算放大器搭建

3.4 bandgap输出ptat电流镜设计

3.5 电路原理图建立symbol

4. 仿真testbench原理图搭建

5 电路原理图仿真方法

5.1 ADE仿真环境介绍及设置

5.2 dc仿真及直流工作点查看

5.3 dc仿真温度参数扫描及温漂计算

5.4 ac仿真运算放大器参数

5.5 稳定性stable仿真方法及频率补偿

5.6 电源抑制比仿真

5.7 noise仿真噪声分析

5.8 电路参数仿真优化

6 可靠性设计

6.1 bandgap启动电路及tran仿真

6.2 输入电压范围仿真

6.3 工艺偏差corner仿真

7 bandgap版图设计

7.1 版图布局设计

7.2 BJT版图匹配设计

7.3 差分对版图匹配设计

7.4 电阻版图匹配设计

7.5 版图连线及guardring设计

8 calibre版图验证

8.1 drc验证

8.2 天线效应验证

8.3 lvs验证

9 电路后仿真优化

9.1 calibre寄生参数提取

9.2 电路后仿真方法

9.3 bandgap后仿真优化

二、基本要求：

熟悉模拟电路的完整设计流程，学习直流dc、ac、噪声仿真方法，熟悉版图设计操作方法及基本匹配设计规则，熟悉calibre版图物理验证方法，熟悉版图寄生参数提取方法及电路后仿真方法。

第五章 LDO电路仿真设计 （4学时）

一、主要内容：

1. LDO电路基本原理分析

2 LDO电路原理图设计

2.1 电流镜偏置电路设计

2.2 LDO中多级运算放大器设计

2.3 LDO中负反馈设计

3. 仿真testbench原理图搭建

4 电路原理图仿真

4.1 dc仿真及直流工作点优化

4.2 ac仿真运算放大器参数

4.3 稳定性stable仿真及频率补偿

4.4 bandgap和LDO联合仿真

4.5 电源抑制比仿真

4.6 noise仿真噪声分析

4.7 LDO tran瞬态响应特性仿真及优化

5 可靠性设计

5.1 输入电压范围仿真

5.2 工艺偏差corner仿真

二、基本要求：

进一步熟悉模拟电路LDO的仿真设计方法，了解负反馈频率补偿原理，熟悉tran仿真瞬态响应的方法。

第六章 低噪声放大器(LNA)仿真设计 （4学时）

一、主要内容：

1. 低噪声放大器电路基本原理分析

2. 经典cascode电路结构分析

3. 电路原理图设计

3.1 平面螺旋电感介绍

3.2 LNA核心电路搭建

3.3 偏置电路设计

4. 仿真testbench原理图搭建

5 LNA电路原理图仿真方法

5.1 射频端口port设置

5.2 考虑引线电感的影响

5.3 dc仿真及直流工作点设置

5.4 S参数仿真及smith圆图

5.5 阻抗匹配及噪声系数分析

5.6 稳定性分析

5.7 pss扫描功率仿真线性度

5.8 tran仿真及dft分析电压增益及线性度

6 灵活性设计

6.1 增益控制

6.2 负载LC谐振频率控制

7 可靠性设计

7.1 工艺偏差corner仿真

8 LNA版图设计

8.1 版图布局设计

8.2 DNW与射频晶体管版图

8.3 射频版图连线基本原则

9 calibre版图验证

9.1 drc验证

9.2 天线效应验证

9.3 lvs验证

10 LNA后仿真优化

10.1 calibre寄生参数提取

10.2 寄生参数对LNA影响分析

二、基本要求：

熟悉射频集成电路的S参数仿真及smith圆图，学会阻抗匹配电路设计及仿真方法，熟悉噪声系数的概念及仿真方法，熟悉射频电路版图的特殊性及设计方法，熟悉射频电路后仿真方法。

第七章 混频器(Mixer)仿真设计 （4学时）

一、主要内容：

1． 混频器电路基本原理分析

2. 经典吉尔伯特混频电路分析

3. 电路原理图设计

3.1 正交混频器核心电路搭建

3.2 偏置电路设计

4. 仿真testbench原理图搭建

5 混频器电路原理图仿真方法

5.1 射频及LO端口port设置

5.2 dc仿真及直流工作点设置

5.3 pss+pac仿真增益

5.4 pss+pnoise仿真噪声及优化

5.6 pss+pac扫描功率仿真线性度

5.7 tran仿真及dft分析电压增益及线性度

6 可靠性设计

6.1工艺偏差corner仿真

二、基本要求：

熟悉混频器的基本原理及仿真方法，由于混频器仿真方法相对复杂，各种参数的仿真设置较繁琐，因此需要多练习。

第八章 有源低通滤波器(LPF)仿真设计 （4学时）

一、主要内容：

1. 滤波器基本理论分析

2. 经典有源RC滤波器电路结构分析

3 滤波器设计软件介绍

4. 全差分运算放大器设计

4.1 核心电路原理图搭建

4.2 共模负反馈电路设计

4.3 全差分运放ac仿真

4.4 共模负反馈稳定性仿真分析

4.5 电源抑制比仿真分析

5. 有源低通滤波器设计

5.1 四阶Butterworth有源低通滤波器电路搭建

5.2 建立testbench

5.3 ac仿真滤波器参数

5.4 tran仿真瞬态波形分析

5.5 滤波器增益控制

6 可靠性设计

6.1工艺偏差corner仿真

二、基本要求：

熟悉低通滤波器的设计过程及设计仿真方法，熟悉全差分运算放大器的设计仿真方法。

第九章 功率放大器(PA)仿真设计 （3学时）

一、主要内容：

1． 功率放大器电路基本原理分析

2. 经典PA电路结构分析

3. 电路原理图设计

3.1 PA核心电路搭建

3.2 动态偏置电路设计

4. 仿真testbench原理图搭建

5 PA电路原理图仿真方法

5.1 dc仿真及直流工作点设置

5.2 S参数仿真及输出匹配

5.3 Loadpull仿真方法及输出功率优化

5.4 pss扫描功率仿真线性度

5.5 tran仿真动态电流及效率计算

6 可靠性设计

6.1 工艺偏差corner仿真

二、基本要求：

熟悉射频功率放大器的仿真设计方法，特别是负载牵引仿真方法，cadence软件下负载牵引仿真的能力相对ADS较弱，但是也可以作为最佳负载的参考。

第十章 锁相环系统简介 （2学时）

一、主要内容：

1. 锁相环系统基本原理分析

2. 相位噪声理论分析

3. 压控振荡器vco

4. 双模前置预分频器

5．PS计数器

6．鉴频鉴相器pfd

7．电荷邦泵cp

8．环路滤波器

二、基本要求：

熟悉锁相环系统基本原理及相关电路模块的构成和功能。

第十一章 LC压控振荡器(VCO)仿真设计 （3学时）

一、主要内容：

1. VCO基本原理及经典电路结构分析

2. VCO电路原理图设计

2.1 变容二极管介绍

2.2 VCO核心电路设计

2.3 VCO输出缓冲器设计

3. 仿真testbench原理图搭建

4 VCO电路原理图仿真方法

4.1 dc仿真及直流工作点设置

4.2 瞬态仿真VCO起振过程

4.3 pss+pnoise仿真VCO相位噪声

4.4 Kvco仿真计算

5 可靠性设计

5.1 低噪声LDO电压源设计

5.2 工艺偏差corner仿真

二、基本要求：

熟悉相位噪声的概念，熟悉LC VCO的电路原理及仿真设计方法。

第十二章 PFD及电荷泵(CP)仿真设计 （4学时）

一、主要内容：

1. PFD及电荷泵型PLL基本原理

2. PFD电路原理图设计

2.1 D触发器设计

2.2 PFD及鉴相死区设计

3. 电荷泵电路设计

3.1 采用运算放大器提高电流匹配

4 PFD+CP电路仿真方法

4.1 dc仿真及直流工作点设置

4.2 stable仿真运放稳定性

4.3 tran仿真CP充放电电流匹配

4.4 pss+pnoise仿真电流噪声

二、基本要求：

熟悉PFD及CP的原理及电路仿真设计方法。

Ⅳ、教材及主要教学参考书

1. P.R.Gray的《模拟集成电路分析与设计》

2. Allen的《CMOS analog circuit design》

3. 拉扎维的《Design of Analog CMOS Integrated
Circuits》

4. 拉扎维的《射频微电子》

5. 托马斯李的《CMOS射频集成电路设计》

6. 池保永的《CMOS射频集成电路分析与设计》

7. IEEE.JSSC

8. Cadence. Virtuoso spectreRF user guide

9. …

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