模拟CMOS集成电路：挑战与应用

"模拟CMOS集成电路的分析与设计，涵盖了MOS器件物理基础、放大器、滤波器、ADC和DAC、振荡器等关键内容，强调了在数字通信、磁盘驱动电子学和无线接收机等领域模拟电路的重要性。课程包括理论学习、实验实践和使用仿真工具如HSPICE和CADENCE IC610进行设计。" 模拟CMOS集成电路是电子工程领域的重要组成部分，它在处理自然界信号方面起着至关重要的作用。在数字化时代，尽管数字集成电路发展迅速，但模拟电路设计依然不可或缺，特别是在处理连续变化的自然信号时。这些信号可能来自各种传感器，如加速度计，它们需要被精确地检测和转换。 （a）自然界信号的数字化是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的过程，这一过程由模数转换器(ADC)实现。ADC的设计挑战在于实现高速、高精度和低功耗，这对模拟电路设计师提出了高要求。 （b）增加放大器和滤波器可以提升信号的灵敏度。高性能放大器用于增强微弱信号，而滤波器则用来去除噪声和不需要的频率成分，确保信号的质量和完整性。 在数字通信系统中，数字信号通过电缆传输时会受到衰减和失真，需要经过放大、滤波和ADC的数字化处理才能进行进一步的计算和解码。此外，多电平信号的使用可以降低所需的带宽，但这也需要精密的模拟电路来生成和处理。 在磁盘驱动电子学中，模拟CMOS集成电路用于存储和恢复数据。硬盘读写过程中，模拟电路接收微弱的信号并将其转化为可操作的数据。而在无线接收机中，模拟电路需要处理极低电平的信号，同时抑制噪声，并可能需要工作在高频环境。 光接收机在光纤通信系统中扮演着重要角色，接收激光二极管发射的光信号，通过光敏二极管转化为电信号，随后通过高速电流处理器进行处理。模拟CMOS集成电路在这里确保了信号的准确转换和高效处理。 学习模拟CMOS集成电路设计的原因在于，随着MOSFET特征尺寸的不断缩小，其本征速度不断提高，使得CMOS电路可以应用于高速系统，如GHz到几十GHz的应用。此外，模拟电路设计的挑战，如高速ADC和高性能滤波器，仍然是科研和技术发展的前沿领域。 课程设计包括理论课程（如MOS器件物理、放大器、电流镜、频率响应等）、实验实践以及使用HSPICE和CADENCE IC610等工具进行电路仿真。学生需要理解和掌握基本概念，学会运用设计方法，并通过作业和考试来评估学习成果。课程强调积极思考、掌握物理含义、重视方法而非仅仅关注结果，并推荐了相关的教材和参考资料，以帮助学生深入学习和掌握模拟CMOS集成电路的设计知识。