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[原创] 说说模拟设计那点事儿和那几本书

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发表于 2010-1-10 12:54:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

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看到网上有个同学发了个贴说说师兄给的忠告,还是不错的,那我也来聊聊吧。
本人研一,交大微电子的,刚转入模拟方向,希望各位大侠不吝赐教,也把师兄给我的忠告贴出来,以飨像我一样的初学者,以下为正文:
我学习模电有一段时间了,向大家推荐几本自认为的"宝典",谈下自己使用它们的感受以及在学习模电过程中的体会,供后来者参考:
1. 拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》,我们研二模电课的教材,汪宁老师把这门课讲得可圈可点。当时没意识到有其他书,于是我就把此书读了好几遍。此书内容多摘自较新的论文,还未得到工业界的实践论证,所以一大特点就是pitfalls较多。但不失为为大家提供很多深入研究主题的sourcing。
2. Phillip E. Allen的《CMOS模拟集成电路设计
第二版》,此书工程性很强,适合有一定CMOS模电理论基础的人读。当时由于毕设想做ADC,于是接触了此书。读后感觉Phillip通篇都是为了写ADC而写此书,值得一提的是5、6、7章把OP-AMP写得非常精彩。
3. 强力推荐的是Paul R.
Gray的《模拟集成电路的分析与设计》,堪称模电之Bible,鄙人最近正钻研此书,惜得宝书有种相见恨晚的感觉,很是上瘾甚至有点欲罢不能。此书是UC Berkeley的EECS系为EE140和EE240专门指定的教材,可以说是汇聚了berkeley的精华,berkeley之精华乃silicon valley之精华,siliconvalley之精华乃IC之精华。阅读此书(英文版),你一定能体会到Paul这位Godfather思维之严谨、论证之严密,条理之清晰,该书的一大亮点就是把bipolar和CMOS作为counterpart很好地结合在了一起讲,能带给读者一完整的transistor级IC的概念。推荐必读。EE140在Berkeley是由大牛Rorber R.Broderson(全哥以前的boss)在教,comic上有他的视频,我坚持上完了他整个一学期的课,感觉收获相当大,似乎感觉自己身体里的血液都是Analog做的,你不可能不喜欢上他。
4. Alan Hastings的《模拟电路版图的艺术》,该书连同Paul那本一起作为在Berkeley的
EE240的教材,它帮助你从一个电路 designer的角度来看工艺,又能从工艺的角度来反哺你设计的circuit,
是一致公认的优秀后端教材。
5. Robert F. Pierret的《半导体器件基础》相比于施敏的那本上手来得更容易,相信研一的诸位大多读过此书。Berkeley
的EE130是由Prof. King(Tsu Jae)来教,有志投身analog或者device的同学最好把energy band,pn junction, BJT和 MOS的基础打牢。顺便提一句,有关"信号与系统"和"控制"方面的知识也是必须的,特别当涉及到高频和稳定性设计时就显得格外必要。
6. 可能有部分同学打算投身RF,那么推荐Thomas H. Lee的《The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits    Second Edition》,绝对权威。此书我还没研究过,就暂且不发表评论了。
个人觉得,能够有机会多从不同角度观察不同学者对某一subject的讨论是一件很幸运的事,拜读这些大师们(Paul Gray, R.G.
Meyer, S.H. Lewis, Paul J. Hurst, Thomas H. Lee, Alan Hastings, R.Broderson等等, 特别是Berkeley的五人组)的著作能帮助我迅速打开自己的思路,提升对这一学术领域的认识。此外,UCBerkeley作为美国公立大学的典范,代表了那种出身贫寒但却不畏权贵、勇于抗挣、挑战特权和精英(Harvard, Yale,Stanford)的精神,令人钦佩。朝去朝来,日月轮回,对于我们这里的每个人来说,也都不过只是这个学校的匆匆过客,带走的是我们的知识和理想,留下的是我们宝贵的"学脉"。


写的还是不错的,不过这些书大家都知道,大家也都看,可为什么大家水平参差不齐啊
哈哈,说白了这只是些入门的书籍而已。我不是说这些不重要,而是非常基础的东西,一定要扎实掌握灵活运用。但是看这些书显然不能做project的呀
交大微电子,上海交大吧,不是数字挺强的么,模拟不太清楚哦
反正我们是从最低层学起的,量子力学,固体物理,半导体物理,半导体器件,模拟集成电路设计,数字集成电路设计等等
(1)拉扎维的模拟cmos我们大三就看是学的吧,记得那时候还是第一次开这个课选学,开始大家热情那叫一个高啊,结果最后考试的时候,好多人都把这个课退了,拉扎维书是写的深入浅出,比较易懂的,但是最大的缺陷就是没有教会学生一套设计方法,连做个OPAMP都困难,看似他书上的opamp都画在那里,但是又有几个学生能把那个东西做好啊,害得大家在那里调啊调的,其奇怪怪尺寸能行么,layout怎么画呀,原因是什么?就是他没教会大家做bias,
opamp
用电压偏置是不行的。这就是设计方法上的问题,拉扎维自己当然明白,但是他没有写出来教会大家。
(2)Allen的书确实实际一点,大家照着他书上的做还能做出东西仿真能work,于是乎大家很高兴,但是终究内容有些浅显,或者说是易学吧,但真要照着书做东西还是不行的。比如要做ADC,照着Allen书上是决然做不出来的,那只是一些最基本的知识,只是一个入门,但这个门槛很低的入门对大家也是莫大的帮助,教科书做到这样已经不错了。
(3)P.R Gray那是厉害人物,就教父之称,他的书自然是严谨咯,大量的逻辑推导把我也快推倒了,不过还是看了一些的,现在公式差不多都忘记了。他的书就会全面一些,bipolar也会有,但也是基础的东西,是入门。(有仁兄对我的入门说很愤怒,哈哈,我从来没说过基础的东西不重要,恰恰很多时候虽然做不同的东西,但却用着同样的知识,那个这个就是精髓是本质,或者说是在这一领域普适的内在规律)
(4)版图艺术也粗略看过,现在影响不是太深了,应该还是能学到一些东西的吧,不过layout终究是要自己画了才知道的,我一直认为layout engineer终究不会比circuit engineer自己画的layout更好的,因为只有自己才知道自己的circuit想做成什么样子,什么地方需要match,什么地方需要注意parasitic。
(5)半导体器件么,记得施敏到学校来给我们讲过两个月的课,当然之前我们都是学过半导体物理和器件的,听了一下,也没有记住多少,终究我们不是做器件的,我们只要有最基本的常识就可以了,不要与人聊起来是鸡对鸭讲就可以了,真的要用的时候,还能翻书找到在哪里就OK了,就像前一阵子和一个退休了的VP讨论为什么p-type和n-type的电导率不同,于是记得hole 与electron的effective mass是不一样,还在刘恩科的书上找到了。
(6)关于RF也学过一下,还行吧,也没能深入,人的精力是有限的,有些东西需要知道一点,等真正要从事这项工作的时候才深如下去。

我觉得做电路,精髓或者说本质是一样的,不管你做analog还是RF,是ADC还是PLL,有些地方是通的,或者说是都需要care的。据说曾经高人说做的电路要感觉到自己是电子,在电路中流动。哈哈,真是出神入化哦,不过正如拉扎维所说,知觉还是很重要的。
最后不要对电路设计抱有太多希望,昨天还和同学聊天,大家都觉得这个行业没有太大希望了,对于我们这些新入行的人来说。
也希望大家有好运吧


这位仁兄误解了吧,你说最起码要告诉大家一个常识是吧,不要把大家引向歧路
我也不想争论什么,只是想告诉大家一些基本的东西,比如power supply要用一些业内都认同的东西
比如客户三星会接受你1.3几V或1.4V的design么,不被人骂死才怪!
我们做出来的东西是给客户用的,不是闭门造车,当然碰到特殊情况会有特殊的solution也不奇怪
我没有说subthreshold可怕,而且model应该还是挺准的,只是在做出来的东西margin不大
在不同情况下是不一样的,
比如:1.2V power, opamp的cascode或者input pair你做成subthreshold当然问题不大,因为上下都有headroom啊,还能cover 住corner,但是你在0.5V power下试一试,或者说我没有那个水平保证yield,也许有牛人可以,但我也不羡慕,我们都是普通人,做常规的东西就满足了。
还有说到subthreshold,我不想争辩但还是不想误导大家
subthreshold在很多情况下没有优势的,
增加一倍的size才换来十几或几十mV的headroom,有人要gm大,但是增加一倍的size才换来10%的gm,而且速度会大幅下降。
这样的design完全是trade-off,看值不值得去这么做
有人兄弟说我调侃,我没有丝毫显摆的意思,也没有资本显摆,毕竟才入行一年多。
analog领域当然很高深咯,可是在中国看不到什么前途,大家都在底层混迹,在外国也不是一个朝阳产业,我觉得做IC的有时候有些自我感觉良好,那样不好,曾经在学校被灌输过“万般皆下品,唯有模拟高”可发现现实不是这样
残酷的现实摆在那里,很多人说过,咱们就是高科技的民工


坛子有些兄弟对我对subtrheshold的看法有些不同的想法,我也想和大家交流一下,互相提高。我先前也说过电路中有些MOS管在subthreshold问题不大,应为上下都有headroom,但是有一些却不行,比如电流镜,如果做成subthreshold就会有很大的风险,不知道你做过current steer DAC没有,current matching是靠什么来保证的,是靠大的vdsat/Vod和device size来保证的。如果是subthreshold current mirror的话,有那么几mV的offset就是使得镜像的电流偏出几十%甚至差数量级了。所以说如果整个系统的设计风格都是用subthreshold的话,那么将来的production的variation会很大,yield想必不会好。但是如果必不得已需要非常低的电压,那只能在两者之间进行trade-off,是不是要去take risk。这只是我个人的一点浅见。

发表于 2010-1-10 13:04:36 | 显示全部楼层
路过,顺便问一下,在subthreshold 下电路会工作吗?看到拉扎维的第二章,又看到有专门研究亚阈区的,
是不是随着芯片体积的缩小,亚阈下的电流会增大,随之功耗也增大?
 楼主| 发表于 2010-1-10 13:27:08 | 显示全部楼层


路过,顺便问一下,在subthreshold 下电路会工作吗?看到拉扎维的第二章,又看到有专门研究亚阈区的,
是不是随着芯片体积的缩小,亚阈下的电流会增大,随之功耗也增大?
jiaoxin12366 发表于 2010-1-10 13:04



亚阈值这个东西个人感觉不太safe或者是牢靠啊
需要看你是做什么东西咯,研究么还是可以的,要做production还是保守一点
通常我们用的power supply都是有标准的,比如说.18的device就会用1.8Vpower
0.13/90nm/65nm/40nm都会用1.2V、1.1V或者1.0V的power
而这些porcess里device的Vth都是会根据power进行scaling down或者说是按照一个标准去做。
见到过有些人硬要把.18process用0.5Vpower,哈哈,亚阈值了吧
我也试过,TTcorner下可以work,只要corner一偏,全都完蛋,这只是为了写论文或者写书罢了,不实用的,tape-out出来纯粹撞大运啊,挑到一片能work的视如珍宝,写paper啊,哈哈,这也是为什么别人能做出来,自己就死活做不出来的道理
发表于 2010-1-10 13:36:36 | 显示全部楼层
3# fuyibin
哈哈哈,挑了这个做project,看来是要撞大运了,多谢楼主指点
 楼主| 发表于 2010-1-10 14:05:14 | 显示全部楼层


3# fuyibin  
哈哈哈,挑了这个做project,看来是要撞大运了,多谢楼主指点
jiaoxin12366 发表于 2010-1-10 13:36



建议你做的时候留条退路,或者说是backup,不行能升升压,说不准可以work,
design 阶段就要去做这个东西的simulation,将来说不准也好有个交代啊
发表于 2010-1-10 14:33:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 dclustc 于 2010-1-10 14:35 编辑

lz在国外待着么,说话老夹英文,不麻烦么。
 楼主| 发表于 2010-1-10 14:47:47 | 显示全部楼层


lz在国外待着么,说话老夹英文,不麻烦么。
dclustc 发表于 2010-1-10 14:33



这位仁兄,不好意思,我在国内混啦。
有些东西是专业术语,用中文表达感觉别扭,
比如说PR硬要说成布局布线,挺不顺的,业内大家都这么说,
而且各种翻译也不一致,交流有时候有点困难,英语一说,大家都明白了
所以弄成现在这个夹生英语的样子
发表于 2010-1-10 14:59:20 | 显示全部楼层
7# fuyibin 专业术语用英文没错
但是design、simulation、circuit之类就不用啦。
可能是我还没习惯吧。
 楼主| 发表于 2010-1-10 15:44:21 | 显示全部楼层
8# dclustc
呵呵,通常我们不会叫电路工程师的,哈哈,都会是circuit engineer,
simulation也不太会用中文,不知道叫模拟好呢还是叫仿真好
还有比如analog,大陆模拟叫的很顺,结果台湾就叫什么类比电路,怪怪的
一些最基本的词都统一不起来的,结果大家都用英文表述了
发表于 2010-1-10 22:22:24 | 显示全部楼层
竟然把Paul的书看成入门书籍,我这个暴脾气~
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