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微電子電路分析與設計范文1
關鍵詞：教學改革；雙語教學；模擬電子技術基礎
模擬電子線路是電子技術類專業基礎課，學生和老師普遍認為該科目困難和問題較多，有“魔電”之稱。采用英文教材進行雙語教學，在面對以往困難的同時，還出現了一些新的問題。到目前為止，已經有多篇關于該課程雙語教學研究的文章發表[1-4]，而且，有的老師已經將雙語教學的方法拓展到了實驗課堂[5]。根據我們的教學實踐，本文針對一些特殊問題展開討論，這些特殊的問題包括：教材選擇、教學內容、教學方法、語言障礙等。
一、教材選取問題
由于模擬電路課程內容比較豐富，而且不同的教材各有側重點，到目前為止，還沒有我們完全滿意的雙語教材。我們的做法是確定一本教材，然后適當綜合其它教材內容。鑒于目前雙語教材的多樣性，我們對目前比較有影響的一些教材[6-11]進行了分析，選定了Neamen教授編著的《Microelectronics Circuit Analysis and Design》（微電子電路分析與設計）作為我們的教學用書，主要原因在于該套教材具有下列特點：（1）對半導體材料特性有較詳細的闡述；（2）將場效應管放在晶體三極管之前講解，突出了場效應管在當代半導體技術和集成電路技術中的重要性；（3）將單極型和雙極型兩種放大電路各分為兩章，分別從靜態工作點的設置和小信號交流放大兩個角度進行了詳細的剖析；（4）課后題型分為四種類型，也可以粗略地認為是4個層次，該特點適合我們開展學習；（5）一般在每一章末尾都有一個設計示例，可以提高學生的綜合應用能力并激發學生學習的熱情和興趣。另外，考慮到學生英語水平的良莠不齊，采取了學生自愿訂購英文原版和翻譯版的方法。在實際的教學過程中，發現學生之間互相參閱，較多的學生采用英文版和翻譯版對照閱讀學習的做法。
二、教學內容
Neamen教授編著的《Microelectronic Circuit Analysis and Design》，內容比較豐富?？紤]到模擬電路課程本身的特性、課時的限制以及學生接受能力等諸多因素，我們選取了其中的十二章作為本課程的教學內容。這十二章內容包括：第一章至第九章、第十一章、第十二章、第十五章。原因在于這十二章內容可以形成一個比較完整的知識體系結構，并且適合初學者學習和掌握。另外，在講授次序上，考慮到學生的認知規律，我們可以將第十一章放到第九章前面來講解。
三、教學方法
模擬電路課程中有很多電路圖，多媒體教學方式雖然可以節約很多畫圖時間，但是在講解一些重點內容時，容易一帶而過，缺乏詳細的分析和必要的解釋。特別是在雙語教學的情況下，由于采用的課件是英文內容，學生接受起來相對較難。因此我們采用的教學方法是多媒體加黑板授課的方式。對于像小信號放大電路的交流分析，包括等效電路的畫法以及放大電路的參數分析，適合采用板書的方式。對于其它非重點的或者一般性了解的知識，我們采用多媒體的教學方式。將兩種教學方式結合應用，可以有效地取長補短，增進學生對于細節的掌握和整體知識的理解。另外，教學進度也是一個需要注意的問題。課程剛開始的時候由于學習方法沒有較好地把握，而且對于英文課件不適應，所以適當放慢進度，增加一些必要的解釋甚至翻譯，以便消除學生的恐懼心理，并為后續內容奠定扎實的基礎。
四、語言障礙
采用雙語教學，可以原汁原味地體會國外的教學內容、教學方法以及其中的科學思想和解決問題的方法。但是，對于初次接觸模擬電路內容并且英語水平較低的學生，這種教學方法在一定程度上扼殺了他們的積極性，使得原本就比較困難的問題雪上加霜。為了緩解這個問題，我們采取的措施主要有：（1）在開始這門課之前，就把模擬電路專業詞匯發給所有的學生，讓學生在假期熟悉這些詞匯，雖然不能完全理解這些詞匯的意思，但至少可以知道這些詞對應的漢語說法；（2）組織同學將專業詞匯做成MP3格式的音頻文件，讓大家在課余時間多聽；（3）對于個別復雜難記的詞匯或者句子，不惜花費課堂時間進行比較仔細的講解和翻譯。
五、調查問卷
我們對2009級電子科學與技術專業和電子信息工程專業進行了調查問卷，調查問卷的結果表明：（1）85%的同學認為應該在大學一年級開始開設雙語課程；（2）70%的同學認為雙語教學的老師應該是國內英語基礎較好的老師，原因在于他們有良好的中文基礎，可以更清楚地解釋專業問題；（3）90%的同學逐漸適應雙語教學這種模式，4.5%的同學至始至終不適應雙語教學，5.5%的同學一開始就能適應雙語教學模式。
六、總結
雙語教學是一個新生事物，它是一個不斷探索和發展的過程，需要廣大教師和學生提高認識。從2001年雙語教學提出以來，許多學校的模擬電路老師已經開展了一些卓有成效的探索。我們相信，模擬電子線路雙語教學必將走向更大的成功。
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微電子電路分析與設計范文2
【關鍵詞】課程改革 電子設計 實踐教學
【中圖分類號】G423.07【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）06-0362-01
隨著微電子技術的飛速發展，為適應高校電子類專業的教學目標，許多課程的內容進行了增加。電子類課程具有一定的專業基礎性和技術發展性，是高校電子信息及電氣類專業的重要基礎課程。其教學內容、教學質量和教學效果關系著學生對專業課程的學習，還影響著當今社會對技術型和創新型人才培養的需求。課程教學改革是推動教學不斷進步的主題。本文在課堂教學與實踐教學等方面進行了相應改革。在保證原有完整的課程體系的前提下，本著"保證基礎、減少冗余、回避繁瑣、注重實際、力求先進、引導創新"的原則對"數字電子技術"課程內容作了相應的優化整合。
一、課堂理論教學改革
引人多媒體技術，將課堂教學帶入一個全新的情境。在感受這種教學效果的過程中，我們發現，這種頁面的播放其實并不生動。對于“電子技術”課程的教學，需要理論講解的連續性和引導性，需要師生之間的思維交流，需要給學生思考和反應的時間和空間。于是我們嘗試對課程進行設計，采用有機地結合多種教學手段，服務于課堂教學?；A知識宜采用傳統的板書方式，板書教學最能集中學生精力的手段，因此，基礎知識采用傳統的板書方式。集成器件、電路分析等畫圖不方便，且畫圖費時，所以針對這部分內容采用多媒體課件以代替板書。
在課堂教學中，我們還把Multsim 或QuatusII 軟件靈活得運用在電路分析和電路設計部分。這樣既利用了軟件進行仿真和電路設計，加深學生對知識的理解，同時也能讓學生跟新技術接軌，提高電氣、機電類專業學生的工程素質，有利于培養創新型人才。
二、實踐實訓教學改革
科學技術的發展越來越需求注重工程技能和創新能力的人才，近幾年我們對“電子技術”課程的教學改革也越來越多地強調技術能力和創新能力的培養。因此在實踐教學環節上要加大改革力度。
1、繼續完善驗證性實驗和綜合性實驗項目
在實踐性教學內容的選擇上，既有一定量的驗證性實驗，同時也應該有適量的綜合性、設計性實驗，兩者缺一不可。
驗證性實驗是訓練學生基本實驗技能的途徑，目的是讓學生了解基本實驗理論，熟悉和了解實驗儀器的使用，掌握常用元器件的邏輯功能和使用方法，是理論教學的深化和補充。因此，驗證性實驗必不可少。
綜合性實驗的目標是培養學生運用理論知識和工程觀念分析問題和解決問題的能力，設計性實驗目標是培養學生在工程設計、制作和組織管理等方面的創新能力。
所以，我們在教學中，根據企業需求和學生自身情況，要不斷完善實驗性實驗和綜合性、設計性實驗的項目內容。
2、完善和改革實驗課程結構層次
（1）雖然在電子技術中開設了驗證性和綜合性、設計性實驗，但是由于不同的學生在提高自身動手能力、創新能力方面的方向不同。所以根據循序漸進的原則，首先由實驗教師提出基本的設計要求，列出實驗室所有的集成塊目錄，由學生自行確定設計方案，選擇電子器件，并結合電子技術實訓課程的內容，完成從設計到制作焊接電路的全部過程。這樣，既訓練了學生用所學電子知識解決實際問題的能力，為學生以后設計電路打下了良好的基礎。
（2）開設電子技術課程設計，深化實驗教學成果。為了使學生把學到的知識應用到實際，我們在學生學習完電子技術課程后，用兩周的時間開展電子技術課程設計。實驗室在課程設計期間對學生開放，學生根據設計的基本要求自主選題，課程設計的題目本著"實用、適量、適度"的原則進行選取。然后查閱資料，自己設計、焊接并調試線路。通過對電子電路的設計、焊接與調試，提高了學生的實際動手能力，鍛煉了學生將理論知識轉化為實際應用的能力，培養學生的創新精神。
（3）結合電子設計大賽，開設實驗選修課。實驗選修課的教師由科研能力強、工程素質高的教師擔任，鼓勵和組織感興趣且在驗證性實驗和綜合、設計性實驗中發現的優秀人才參加實驗選修課。教師布置的課題任務。學生全程參與從電路的設計、元器件的選購、電路板的制作、電路的調試等整個設計過程。實驗選修課的開設培養鍛煉學生獨立完成系統設計的能力，提高學生的工程實踐能力和創新能力。同時我們可以從中挑選優秀的學生參加全國、全省大學生電子設計大賽。
三、結束語
為了培養應用型復合人才的目標，我們對電子技術理論、實踐性教學內容與教學環節進行了一系列改革。通過實踐證明，改革取得了較好的效果。但是，我們還需要進一步結合電子技術的發展，在開設實驗內容的選定以及綜合性、設計性實驗項目等方面進行思考。此外，還需要繼續探討如何將實驗和實訓有機結合起來，更充分利用現有的校內外實訓基地。
參考文獻
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微電子電路分析與設計范文3
關鍵詞：射頻集成電路；低噪聲放大器；增益自適應;CMOS
中圖分類號：TN722.3 文獻標識碼：A
文章編號：1004-373X(2008)11-056-04オ
Research on the Monolithic Circuit Design of High-frequency LNA with AGC
SUN Yu，CHEN Huajun,WU Suntao,GUO Donghui
(Xiamen University,Xiamen,361005,China)
オ
Abstract：High-frequency Low-Noise Amplifier (LNA) is one of the key devices about wireless communication equipment.As wireless communication equipment in particular the use of mobile communication equipment environmental conditions,often require LNA having the function of gain adaptive,in order to ensure the stability of signal reception.This paper is intended to design a high-frequency adaptive gain control of LNA monolithic integrated circuits.This paper used TSMC-0.18 μm RF-CMOS device model and gain adaptive CMOS amplifier circuit are given with process parameters in a gain of 0~17 dB,the noise suppression than 0.2 dB ,applying to the DCS1800 phones.
Keywords：RF-IC； low noise amplifier；adaptive gain control;CMOS
1 引 言
作為無線通訊系統中的關鍵器件模塊，低噪聲放大器(LNA)是把從天線接收來的信號進行低噪聲放大的電路模塊。由于從天線接收來的信號強度變化大，噪聲干擾大，所以低噪聲放大器電路往往需要具有增益自適應變化控制功能，且保持有噪聲抑制功能。對此，許多射頻LNA的設計采用雙模設計的模式，即當輸入信號較小時，調高LNA的增益，而當輸入信號較大時，則適當調低LNA的增益，以滿足后續電路的高線性度處理要求[1]。但這種雙模式LNA電路設計的增益變化并非連續可調，不能保證足夠的線性度要求，因此增益連續可調的LNA電路設計已成為近年來的研究熱點[2-4]。
目前增益連續可調的LNA電路設計一般是采用外加控制電路來實現輸入偏置的調整，以達到LAN增益的自適應變化控制的目的，但它往往不能保證低噪聲的性能。本文則采用設計了一款自適應反饋輸出阻抗控制的LNA電路，其獨立于混頻器等后續電路，可連續控制增益自適應，不影響原有LNA的低噪聲系數的最佳性能。優化設計出一款最大增益為17 dB、噪聲抑制比為0.2 dB的適用于DCS1800手機中的增益自適應LAN芯片電路。
2 增益自適應LAN電路原理
射頻系統前端使用的低噪聲放大器一般可以采用MOS器件源極串聯電感反饋匹配共源電路來設計[5-8]。它是利用源簡并電感來實現輸入阻抗匹配，可得到較好信號放大和噪聲抑制功能。圖1是該低噪聲放大器的基本電路原理圖。
圖1 源簡并電感型共源低噪聲放大器
其中，Vs是射頻信號源，Rs是信號源內阻，Ls是源簡并電感，Lg是柵極電感。為了保證MOS管M1構成電路達到輸入匹配的要求，Ls和Lg的取值[5,8]可分別設計為：
И
Ls=RsωT(1)
Lg=1ω20Cgs－Ls
(2)
И
其中，Е鬲0是工作頻率，Cgs是MOS管M1的柵源寄生電容,Е鬲T是MOS管M1的特征頻率，可表示[9]為Е鬲T=3μ(Vgs－Vt)2L2,式中L是MOS管M1的柵長，μ是遷移率，Vgs,Vt分別是MOS管M1的柵源電壓和閾值電壓。為了保證低功耗，LNA最佳噪聲性能的MOS管M1柵寬可設計為[6] ：
因此，通常情況下自適應增益放大器是通過調整Vgs來實現的。
但是，Vgs的調整通常是通過輸入直流偏置來實現的，不可避免會影響已優化低噪聲的輸入匹配設計，為此，我們設計如圖2的自適應增益低噪聲放大器電路結構，它是通過調整可變輸出阻抗Zout來實現Av的自適應控制的。即當從天線接收到的信號RFin減弱時，經前置放大后的輸出信號電平Vout減弱，二極管峰值包絡檢波器提取電平Vav及經低通濾波后得到電平V1均減弱的，這樣通過與基準電平Vref比較放大來控制可變輸出阻抗Mo，也就使輸出阻抗Zout增大達到自適應增益LNA的增益Av增大的目的。
圖2 自適應增益LAN的電路原理框圖
顯然，圖2所給的自適應增益電路可能存在不穩定問[CM(21*2]題，為了分析該電路的穩定性，可以把該電路看成雙端輸[CM)]
入輸出網絡，即可采用微波理論S參數進行分析。要保證該自適應電路的穩定性，其電路參數須滿足按下面不等式 ［11]，即：
穩定因子:
И
K=1－S112－S222+S11*S22－S21*S1222S21S12
>1(5)
И
且中間因子:
其中，S11為反映輸入端阻抗匹配的輸入端反射系數，S21為反映反向隔離性能的從輸出端傳輸到輸入端的反向增益S12(亦稱反向傳輸系數)，S21為正向增益,S22反映輸出端阻抗匹配的輸出端反射系數S22。И
3 CMOS集成電路設計
要設計單片集成的圖2自適應增益LAN電路，可以采用標準CMOS工藝器件來設計?？紤]到MOS器件在集成電路中的其他因素如溫度變化、襯底噪聲等共模參數的影響，該電路中的各放大電路均采用差分輸入放大電路來實現。而差分LNA的差模交流小信號輸入相當于差分放大器電路的其中一端接地[8，12，13]，因此，差分LNA電路的主要參數Ls，Lg，Wopt設置方法與單端LNA電路設計類似。
如圖3所示，我們給出可單片集成的自適應增益LNA電路，其中Ms1，Ms2是共源級主放大管,共柵管Mg1，Mg2用以減少Ms1，Ms2的米勒電容的影響。Ms1，Ms2的源極反饋電感Ls1，Ls2與柵極電感Lg1，Lg2共同組成了輸入匹配網絡，Cout1,Cout2,Lout1,Lout2構成輸出網絡，兩者均諧振于工作頻率。M11,M12為偏置管，它們與R6,R7,R8,R9,C5,C6構成偏置電路。該偏置電路對由電流增益及熱漂移引起的電流變化都構成穩定的負反饋[15]。經前置放大后的輸入載波信號能被隔直峰值檢測電路檢測，檢測出的反映載波信號平均峰值電平的V1經比較放大器與基準比較電平Vref相比較放大，產生可變輸出阻抗控制電平Vc來調節可變輸出阻抗Zout，達到增益自適應的目的。
圖3 自適應增益單片CMOS集成LNA電路圖
針對于DCS1800雙頻段手機[16]用的自適應增益LNA電路設計，要求電路性能滿足：噪聲系數為1.5~2.5 dB，最大增益為15~20 dB，功耗電流小于8 mA，帶寬為75 MHz(1 805~1 880 MHz)。采用TSMC-0.18 μm CMOS工藝的RF-CMOS器件模型，所設計電路的各器件參數如表1所示。
表1 電路圖中各電子器件參數
表1中所列器件，對于MOS管選用TSMC 0.18 μm RF-CMOS PDK中的rfnmos2v,rfpmos2v做參數化單元版圖，并設置單元版圖具有保護環、虛擬啞多晶硅單元、N型深阱等特殊版圖工藝，同時使其滿足參數化版圖的所謂“硬約束”選項，增加了版圖面積，但避免了各種非理想因素的干擾。其中，尺寸最大的1 000 μm的MOS管版圖面積為62.36 μm×50.31 μm。對于電容選用TSMC-0.18 μm RF-CMOS PDK中的專門為RF電容器件定制的mimcapshield做參數化單元版圖，電路圖中數值最大的29 pf電容的版圖面積為245.15 μm×196.11 μm。對于電感選用標準片上電感indstd做參數化單元版圖，11.5 nH的電感版圖約為383.36 μm×376.54 μm。對于電阻選用精度最高的多晶硅電阻，5 MΩ的大電阻選用高電阻率的rphripolyrf做參數化單元版圖時面積約為20.19 μm×8.22 μm。最終，此芯片電路可在2 mm×2 mm的版圖面積內完成版圖設計。
4 仿真結果分析
為了驗證電路設計的性能參數，采用ADS電路仿真軟件[17]進行仿真。仿真時調用了TSMC 0.18 μm CMOS RF BSIM3 tt模型，所得的仿真結果如下：
(1) 輸入阻抗匹配性能：在1.8 GHz工作頻率下，如圖4所示，反射系數S11＝－49 dB，說明輸入阻抗回路的匹配性能良好。
圖4 當Ls=280 pH,Lg=11.5 nH時
輸入阻抗匹配的仿真結果
(2) 增益、反向隔離性能：在1.8 GHz工作頻率時，如圖5,圖6所示，電路增益S21=17 dB，反向傳輸系數S12＝－45 dB，說明該電路有較好的隔離輸入與輸出的功能，滿足DCS1800的設計要求。
圖5 增益S21隨頻率的變化關系
圖6 反向傳輸系數S12隨頻率的變化關系
(3) 電路穩定性能：圖7,圖8是LNA的穩定因子K、中間因子Δ隨頻率變化的關系。根據微波理論，當穩定因子K>1且中間因子Δ
圖7中，K始終大于1，Δ始終小于1，這說明LNA在所設計的頻域內始終穩定。
お
圖7 穩定因子K隨頻率的變化關系
(4) 噪聲系數NF：在1.8 GHz工作頻率時，如圖9所示，噪聲系數為0.2 dB，達到DCS1800所需的設計指標要求。
圖8 中間因子Δ隨頻率的變化關系
圖9 1.8 GHz時LNA的噪聲系數NF＝0.2 dB
(5) 帶寬范圍：如圖10所示，從1 805~1 880 MHz，約為75 MHz(圖標m1,m3所指為-3 dB帶寬頻率點，圖標m2所指為中心頻率點)，符合設計指標要求，有較好的抑制帶外信號的功能。
圖10 LNA帶寬
(6) 功耗電流：在工作電壓1.8 V下，功耗電流為7.84 mA，滿足設計指標要求。
(7) 增益控制變化范圍：從0~17 dB，具有設計所要求的AGC控制功能。當輸入信號強度為－30 dBm時，增益為17 dB(圖標m1所示)，如圖11所示。當輸入信號強度大于－30 dBm時，增益控制模塊開始自動增益控制，當輸入信號強度達到－10 dBm，增益為0 dB(圖標m1所示)，如圖12所示。
お
圖11 輸入信號強度為－30 dBm時的最大增益
圖12 輸入信號強度為－10 dBm時的最小增益
5 結 語
本文設計了一款新穎的適用于DCS1800手機RF部分的增益自適應LNA電路，其特點是使用自身輸出信號實現反饋控制，不需要外來信號，且幾乎不影響LNA的噪聲系數、輸入匹配等關鍵指標。
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