模拟电路优化设计理论与关键技术研究

模拟电路优化设计理论与关键技术研究

杜维佳

天津光电通信技术有限公司 天津市 300000

摘要：传统的电路设计存在理念较单一问题，主要集中由上至下为主体，顺利开展依托试探等设计工作。模拟电路主要指对模拟信号进行传输、变换、处理、放大等操作的电路。随着电子技术、网络技术的飞速普及，模拟电路的故障处理、优化策略等逐渐成为影响电子系统正常运行的关键。模拟电路主要分为标准模拟电路以及专用模拟电路等类型，电路中主要包括放大电路、信号运算和处理电路以及振荡电路等，具有函数取值无限多、模拟信号具有连续性等特征，在实际的故障诊断和电路优化环节具有较大的难度。如何选择恰当的模拟电路优化方法和技术，是能否顺利开展模拟电路优化设计的关键。

关键词：模拟电路；优化设计；关键技术

引言

模拟电路优化设计理论可以从多方面进行优化设计，如理论、行为设计、结构、功能等，该模拟电路优化设计理论的思想具有很好的发展前景。模拟集成电路优化综合可以分为两部分：物理综合，即模拟集成电路的高层综合，其又可以分为两部分结构综合和电路级综合；结构级综合，该综合是将电路的扑拓结构利用数学或算法进行行为描述，然后再确定扑拓结构和使用器件的尺寸。

1模拟电路特点分析

模拟电路是电子电路不可缺少的一部分，在社会各领域发挥着非常重要的价值，其实用性较强。模拟电路是指对模拟信号实施传输、处理的电路形式，在日常生活得到广泛的使用。例如：大众生活中比较常见的低频率放大器、调频收音机等，在实际使用中均要模拟电路进行支持。从不同视角分析，其应用特点如下：模拟电路的函数取值具有无限多的特点，且图像信息发生改变后，信号波形会受到影响出现与之对应的改变。模拟信号在波形内展现出来，其具有连续性特点，不易遭受扰动。

2模拟电路优化设计关键技术

2.1区别与实用知识

（1）从信号处理方面分析，模拟电路旨在对模拟信号进行处理；数字电路主要功能就是对数字信号实施处理，其输入、输出均是数字信号，大多数物理量几乎为模拟信号。模拟电路则是与时间相关的函数，是一种连续变量，数字电路进行处理的数字信号显示出离散性特点。具体而言，模拟电路对信号进行处理时，不会随着时间域、值域变化而改变，信号均为连续性，如：语音信号等。从数字信号分析，其信号不断发生改变，信号处理包含采样、编码等。如：模拟电路对信号开展处理旨在依托场效应管放大特性完成，包含电阻、二极管等元器件特性，最终通过相应的数学模型构成的运算网络完成。（2）处理方法包含信号放大、信号变换、信号滤波等。数字电路借助场效应管开关性能对信号实施传输，通过场效应管组成或者与触发器、算术逻辑单元、寄存器等开展复杂的算术与逻辑操作。虽然模拟与数字电路对信号处理方法有所不同。从根源上分析，所有数字电路均为模拟电力，其基础的电学原理、规律均与模拟电路相同，如：通过PMOS管与NMOS管组成互补的CMOS电路，展现出互补的结构，促使其高效率处理高低数字逻辑电平。

2.2基于EWB平台的电子电路设计应用

2.2.1模拟电路分析

EWB平台可以快速高效的完成模拟电路的分析工作。以晶体管放大电路的仿真分析为例，可以借助于平台元件库，选择与电路原理图相符的元件参数和布线图，然后构建出可以灵活调节元件参数的模拟电路，在保证放大电路输入信号归零时，通过观察输出信号波形图，估算出电路的静态工作点的各个具体数值，然后依此为标准，判断放大电路的输入信号是否存在严重的失真问题。像这样通过模拟电路分析，能够快速发现电子电路设计方案的具体问题，针对性的优化输入、输出信号传播电路设计方案，显著提高电子电路的设计效率。

2.2.2电路调试排障

EWB平台构建的仿真电路，可以灵活的设计电路元件参数，改变电路振荡频率，设计再启动仿真开关。在仿真实验中出现实验值与理论值存在差距时，可以通过元件参数调试、振荡周期变化波形对比分析等方式快速的锁定造成问题的故障点。当锁定故障点以后，分析电路在某一元件参数设置上的问题，通过多次针对故障点元件的参数调整，对比该元件参数调整后的波形变化规律，选择更加符合项目需求的元件参数。通过在仿真电路中进行元件规格替换对比实验，能够快速高效的进行电子电路的故障排除工作。

2.3基于MIPID-PHY规范的低速接收电路设计

D-PHY作为DSI协议的物理连接层，有主端和从端之分。从端D-PHY是一个数模混合电路，主要功能是通过差分Dp、Dn传输线路，接收从主端发送过来的串行比特流（Bit）数据，将模拟信号转换为数字信号，解串出并行有效数据，再将数据以字节（Byte）的形式传给协议上层。D-PHY的模拟电路部分主要实现串行比特流的接收以及高速时钟的恢复，数字电路部分主要实现对每个通道的状态和时序控制，以及对低速数据进行解码和高速数据的帧头检测。D-PHY的输出信号为PHY协议接口（PPI）信号。低速模式主要传输DSI协议规定的低速命令和状态信息，并且在D-PHY进入高速模式之前，需要低速模块电路提前工作，将高速驱动电路使能以及端接电路使能打开，才能建立稳定可靠的高速传输连接。低速模式下，D-PHY的最高数据传输速率不超过10Mbps。差分传输线Dp和Dn是单端信号（0~1.8V），Dp和Dn不同的逻辑电平可以组合成4种状态：LP00、LP01、LP10和LP11，D-PHY规范将这4种组合编码成不同的通道状态。

2.4基于CMOS反相器的模拟电路

随着CMOS工艺技术的持续进步，器件结构从传统平面MOSFET转向三维FinFET，电源电压也逐渐降低到1V以下，数字集成电路的速度、功耗等性能得到有效改善，但是模拟集成电路的性能却面临着严峻挑战。平面MOSFET晶体管的固有增益通常随工艺技术节点的微缩而下降，而FinFET晶体管虽然可有效改善沟道控制，但仍难于获得模拟电路期望的理想高增益。在亚1V电源电压情况下，若晶体管工作在亚阈值区，则能够获得较高的跨导，但是信号摆幅的降低使信噪比受到限制，跨导线性也将变差。不同于传统的模拟电路拓扑方法，基于CMOS反相器的模拟电路设计能够充分受益于CMOS技术节点微缩带来的高速、低功耗等性能优势，从而受到研究者的广泛关注。近年来，便携式设备的需求快速增长，因采用电池或者能量收集方式电源供电，故对相关电路的能效有着苛刻要求。而基于CMOS反相器的模拟电路在适应于低电源电压的同时，能够获得较高的能效。

结语

综上所述，不论是模拟电路还是数字电路，两者均有一定的局限性。因此，在工业自动化生产中要注意合理使用这两种电路的应用功能，依托电子集成电路技术实现二者之间的融合，确保电力系统稳定的运行。

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