本文就從模擬、射頻IC所需要的基礎理論知識說起,一步一步說明如何進階學習。最基礎的是高等數學,電路分析基礎,模擬電路基礎,數字電路,信號與系統,自動控制理論,高頻電路基礎,射頻微波電路理論,無線通信原理,這些是電路方面需要具備的基礎知識,其中模擬電路和射頻電路需要深入學習,學校課程上的那點皮毛是完全不夠用的,需要做到知其然也知其所以然,很多公式及理論的計算推導過程最好徹底吃透;
射頻電路的S參數、smith圓圖、阻抗匹配、噪聲係數、線性度、射頻收發機結構等理論知識很關鍵,這個過程非常考驗個人的學習能力;
無線通信原理是做射頻ic必須熟悉的系統方面的知識,射頻ic絕大部分是用於通信領域的。
然後需要學習的是半導體工藝相關的基礎知識,包括半導體器件物理、半導體工藝技術及流程等微電子基礎理論知識,因為模擬射頻集成電路用到的電晶體、無源器件建模和半導體工藝關係緊密,射頻電路實際設計中採用的增強隔離性及降低噪聲耦合等的方法和工藝息息相關。
基礎知識紮實以後可以開始具體模擬ic設計的課程學習,當然這部分的學習過程也可以和基礎知識學習過程結合起來,很多經典ic設計教材都是從基礎知識開始講起,一步一步進階模擬ic設計的。這個過程比較推薦P.R.Gray的《模擬集成電路分析與設計》,當然最好是英文原版,翻譯版本錯誤多多,容易把初學者帶溝裡,這本教材的分析推導過程無比詳細,能夠跟著推導一遍的話絕對收穫無窮,從基礎的工藝,器件模型,基本放大電路到模擬電路的精髓---運算放大器每一部分都是ic設計的核心基礎。其它經典模擬ic教材還有Allen的《CMOS analog circuit design》,拉扎維的《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》等等。
模擬ic課程以後就可以進入到射頻集成電路的設計課程,這裡也有很多經典教材,拉扎維的《射頻微電子》,託馬斯李的《CMOS射頻集成電路設計》,還有清華池保永編寫的《CMOS射頻集成電路分析與設計》,這幾本教材其實對電路分析的似乎還不是非常深入,偏重於系統及工程應用性。
理論知識具備以後就是ic設計實踐了,也就是本文所關注的學習內容。Linux系統下的cadence軟體是模擬及射頻集成電路設計的最佳選擇,這個過程中要熟悉Linux作業系統,熟悉代工廠提供的工藝PDK文件,熟悉cadence的電路原理圖設計、spectre仿真軟體使用、virtuso版圖設計、還有用於drc、lvs驗證和寄生參數提取的calibre軟體的使用。在軟體的使用過程中將以前教材上學習過的經典電路結構一一實現,理論和實踐進行結合你會對電路有更深一層的理解和認識,同時你也會發現原來教材上的電路結構都是簡化的電路,好多偏置電路等細節部分都沒有畫出來,實際ic中沒有任何部分可以省略。通過電路版圖的設計你會了解到原來晶片是長成這樣的,版圖過程中與半導體工藝進行一一印證也會讓你對晶片製造過程有全新認識。除此之外還有晶片的靜電防護設計、晶片封裝設計、封裝對電路性能的影響評估等等具體工作。
以上所述只是模擬射頻集成電路的入門學習過程,真正進階也是考驗每個人悟性和學習能力的時候。進階階段最需要的是多參考別人的電路,ieee的文獻,特別是jssc的文獻是你唯一的選擇,各種奇思妙想的電路結構,各種優化某個指標的電路結構都能給你極大的啟發。這個過程非常考驗個人的基礎理論知識,因為文獻上分析的都是具體電路問題,如果你連電路都看不懂,怎麼看文獻呢。要提一句的是國內的期刊文獻就不要看了,湊數而已,大家都懂。到了這個階段可以說模擬射頻集成電路設計基本入門了,做一些電路模塊沒問題了,再往上就是電路性能指標的提升,功耗面積的優化,以及整個系統架構方面的學習和射頻收發系統的全集成了,非常多的系統結構等著你去設計:高速AD、鎖相環、超外差、低中頻、零中頻、IQ調製發射……
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