作模擬技術(shù)一定要基礎(chǔ)，這不是開玩笑

我想講講自己的成長歷程，主要是技術(shù)能力是怎么提升的。先簡單介紹一下。本人一直從事audio dac/adc的，也就是sigma delta dac/adc，在audio中，dac遠比adc重要，所以重點還是在dac上。目前dac的水平是做到了100多個db的動態(tài)范圍，關(guān)鍵在于功耗很低面積很小，是在公司原來70多個db的基礎(chǔ)上，不僅將性能做到了100多個db，還將功耗面積都大大減少了，性能功耗面積全面超出了國外知名的IP供應(yīng)商。

你買mp3之類的東西，你說是播放重要還是錄音重要呢？所以dac比adc重要。

我不是什么大牛，只不過有點心得感悟，拿出來分享而已。寫得不好，見笑了。

在學(xué)校的時候我一直想做個程序設(shè)計師，自己摸索編程（編稱對一個模擬電路設(shè)計工程師來說是很重要的，后面會提到），畢業(yè)后卻成了模擬電路設(shè)計師。實際的我的專業(yè)不是計算機也不是微電子。剛進公司時實際上只懂得一點點帶隙基準(zhǔn)的設(shè)計，實際上連ac/tran仿真都沒有弄明白，還不知道電路一定要經(jīng)過tran仿真，密勒補償也不知道是什么意思?，F(xiàn)在回想起來笑死人了。剛分給項目組時，主管在忙項目，剛好項目遇到瓶頸，他又不喜歡帶人，覺得我又用不上，干脆就分給我一個課題：研究一下classd吧，現(xiàn)在挺火的，研究好了你就是專家了，公司沒有人研究過。于是我就開始了長達半年多的放羊式的工作生涯，大部分的基礎(chǔ)都是在這個時候建立的。在這些時間內(nèi)我干嗎呢？看看拉扎維，gray的書，發(fā)現(xiàn)跟classd也沒什么關(guān)系阿，在網(wǎng)上找paper，看了將近100多篇，還是沒有頭緒，畢竟paper中的垃圾太多了，找出真正好的paper不容易。后來終于找到TI的一篇classd論文，講得很好，于是試著做電路，并且開始仿真。后面我將講一些自己感覺對學(xué)習(xí)模擬電路真正有用的方法。

說的沒錯，機遇還是很重要的，重要的是自己善于把握機遇。人生就這樣，什么時間段就做什么事情，如果把握不住，以后就再沒有這么好的時光了，珍惜現(xiàn)在非常重要。到目前為止，我工作3年多了。IP供應(yīng)商是ChipIdea，現(xiàn)在被mips收購了。classd幾年前還是挺火的，現(xiàn)在就成了白菜了。不少人有誤解，說classD的性能比不上ClassAB，更比不上ClassA，實際上是不對的。ClassD照樣可以做到非常好，好好設(shè)計的話，96dB動態(tài)范圍，-80dB以上的性能是很容易得到的，ClassAB反而不容易做好諧波失真。ADI有個AD1991,性能很高，遠比一般的ClassAB高，但是我看其架構(gòu)一般，有更好的架構(gòu)可以做到同樣的性能，但是功耗更低，很重要的是，開發(fā)周期可以更短。關(guān)鍵在于架構(gòu)。其實所有的電路都這樣，關(guān)鍵在于架構(gòu)。做電路有4點是非常重要的，

1、性能;

2、功耗;

3、面積;

4、開發(fā)周期

決定這4個范圍的折衷關(guān)系的關(guān)鍵就是架構(gòu)。

1. 作模擬的一定要基礎(chǔ)，所謂的基礎(chǔ)!用來分析模擬電路的通用工具：信號與系統(tǒng)和電路理論，這兩本本科教材恰恰是做模擬的基礎(chǔ)

2. 深刻理解基本的模擬電路模塊，比如current mirror，2 stage miller OTA，folded－cascode OTA等。不是說看了Allen的書，懂了其中的公式，而是能琢磨出書中不曾提過的方面，即使書中的東西，也能有自己的理解甚至修正。這個過程既是一個需要理論嚴(yán)格推倒的過程，又是一個需要培養(yǎng)直覺的過程；既是一個看書學(xué)習(xí)別人的過程，又是一個獨立思考，形成自己設(shè)計方法的過程。畢竟，真正的做出產(chǎn)品有所創(chuàng)新，教科書遠遠是不夠的。

3. 在2的基礎(chǔ)上形成對于模擬電路設(shè)計的一種直覺以及經(jīng)驗值，這是實際設(shè)計中的最有用，比如一個current mirror Vdsat取多少，面積取多大；另外對于各種電路的優(yōu)劣有了更加深刻認(rèn)識，知道對于所需要的性能，能夠選取最簡單可靠的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)（這一點是很重要的）。

4. 在流片基礎(chǔ)上積累工程經(jīng)驗，知道模擬電路在實際過程還有哪些仿真無法預(yù)測的東西，這往往不是一個電路的問題，而是可能各個模塊之間配合之類的。

5. 針對流片中的問題進一步加深了對電路的理解，并且在此基礎(chǔ)上能夠有所創(chuàng)新。在實際中發(fā)現(xiàn)很多做模擬的，論文也許看了不少，書也看過不少，可是拿他們的電路做一下DC，發(fā)現(xiàn)很多current mirror Vdsat只有幾十mV，一個差分對工作狀態(tài)都十分不合理，比如輸入差分對vdsat，active load Vdsat取的都不合理，比如輸出級館子的L。

還有很多人做電路是拿大炮打蚊子，很普通的要求，硬是做的很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不計面積。

開始看classd，我是怎么都看不懂，搞不懂原理。方波能表示諧波失真很低的正弦波？開始用開環(huán)結(jié)構(gòu)，即使用最理想的PWM產(chǎn)生器，也很難產(chǎn)生諧波失真很低的波形，何況模擬電路有那么多非理想性呢？當(dāng)時還看到文獻說要做死區(qū)時間。我想這怎么可能呢？那不是就制造非線性嗎？但是沒有死區(qū)時間的話，功耗很大，EMI問題也很難解決。真是太矛盾了，簡直就是沒有辦法折中。大家知道，開關(guān)電路仿真速度是很慢的，半個小時才能夠仿真一個周期，精度還不是很高，所以一有什么想法，我都需要花至少半個小時以上的時間去驗證。實際上，使用的時間遠比半個小時要長，因為hspice經(jīng)常碰到收斂性問題，而且經(jīng)常是仿真到一半的時候不收斂！前功盡棄！痛苦了很長時間。后來發(fā)現(xiàn)spectre的收斂性比較好，以后就一直用spectre了。但是還是時常有收斂性的問題。為了這個問題，我找了一本專門將spectre仿真的書（是開發(fā)spectreRF的那個牛人寫的），研究spectre是如何計算，做電路的時候如何幫助仿真器收斂，建模的時候要考慮那些不收斂因素。這是我做設(shè)計的風(fēng)格，遇到不懂的問題，總是去找專業(yè)的書或者文獻，認(rèn)認(rèn)真真研究，即使花很多時間也要去做，重要的是一定要弄懂！在那之后我就很少碰到收斂性問題了，即使碰到了也能夠很快解決。classD的矛盾問題當(dāng)時沒有辦法解決，最后我想，一定是我的思路錯了。這個時候的我，還是從時域去思考問題的。不過在研究文獻的時候，我找到了方向：

1、要從頻域解決問題；

2、ClassD的重點是noise shaping；

于是開始學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)。當(dāng)時感覺，很多人都覺得信號于系統(tǒng)很重要，但是真正花時間去學(xué)習(xí)的人并不多，因為真正用信號的概念去解決問題的人并不多。我看書的習(xí)慣是通讀一遍，一般使用3天到1個星期的時間，然后就結(jié)合自己的實際工作開始研究相關(guān)章節(jié)。但是信號與系統(tǒng)太理論化了，還是不知道怎么應(yīng)用到實際中。我想ClassD怎么說也算一個模擬濾波器吧，又研究起了濾波器的書，其間也是需要用拉普拉斯算子推導(dǎo)傳輸函數(shù)的。在推導(dǎo)的過程中，慢慢建立起信號與系統(tǒng)的概念。但是對于ClassD的noise shaping，我還是不懂。ClassD的重點是noise shaping，這點我是從sigma delta調(diào)制器中了解到的。sigma delta是7 C4 D 相當(dāng)成熟的理論，現(xiàn)在幾乎很少人去研究它了。我想，干嘛不先弄懂sigma delta再做ClassD呢？于是我找這方面的資料。恰好我的一位同事非常喜歡搜集各種模擬電路的書籍，他給我推薦了一本ADI牛人寫的《Delta- Sigma Data Converters - Theory,Designand Simulation》，我現(xiàn)在把這本書稱為sigma delta bible，我的大部分sigma delta的知識都是從這本書中得來的。同樣還有一本很重要的書是：《Understanding Delta Sigma Data Converters》_這本書也是ADI的牛人寫的。如果有人問我，做模擬電路從做什么開始最好？我會說從sigma delta adc/dac做起最好，因為它會告訴你什么是信號，什么是傳輸函數(shù)，什么是建模，什么是噪聲等等模擬電路中最核心的內(nèi)容。如果問學(xué)習(xí)sigma delta要看什么書的話，我就推薦這兩本書。我之所以在這個領(lǐng)域能做出一些東西來，這兩本書的作用是最大的!

但是不是說我學(xué)完這兩本書就什么都會了。還差太遠了，因為吸收知識是不容易的。而且，說句實話，做電路可不是學(xué)教科書，書上講得都是對的?，F(xiàn)實情況是我們經(jīng)常不知道哪些是對的，哪些是錯的，paper滿天下，但是錯誤或者含糊不清的東西也滿天下。當(dāng)我們遇到?jīng)]有資料講過的問題時，甚至不相信自己的推導(dǎo)是否正確。很多人做完電路后也經(jīng)常疑惑，自己做的電路真的可以工作嗎？性能能夠達到要求嗎？有bug嗎？有什么地方?jīng)]有考慮到嗎？

做模擬電路和做數(shù)字電路或者軟件最大的不同并不是兩者之間的難度的差距，而且模擬面對太多不確定的問題，軟件可以運行，FPGA可以跑邏輯，但是模擬電路沒有，只有比蝸牛還慢的仿真軟件，而且還沒有辦法模擬真實的情況。在回片之前很難有100%的把握說自己是對的！做模擬電路的信心實際上來自于你自己怎樣去判斷哪些仿真結(jié)果是可信的，哪些 仿真結(jié)果是不可信的。真正的提高來自于對已有芯片的debug。當(dāng)時公司剛好有一款芯片正在debug，出了了不少問題，其中一個問題就是sigma delta DAC的問題。我在開會和其他情況下，我知道了這個問題的現(xiàn)象，那就是輸出居然有三角波！這個嚴(yán)重的問題過了很長時間都沒有能夠解決。當(dāng)時我拿到了設(shè)計文檔，對 里面的結(jié)構(gòu)進行matlab建模，當(dāng)然還是學(xué)習(xí)階段。說到matlab建模，我得重點說一下，matlab是非常重要的工具，做sigma delta的優(yōu)點是，你必須掌握這個重要的工具，否則是很難進步的。前面說過，我原來是想當(dāng)程序員的，寫過一些代碼，這個時候，我寫代碼的經(jīng)驗馬上幫了我大忙，我很快就進入了狀態(tài)，對matlab非常有感覺，于是我就用matlab 對sigma delta系統(tǒng)開始進行建模了。這里我又要介紹一本書了，那就是《數(shù)字信號處理實踐方法》，這本書我花了一個黃金周看完，一個黃金周除了看書吃飯睡覺幾乎不做別的事情，黃金假期就這樣給我毀了，但是這是我最不后悔的一個黃金周，因為這事我學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。這本書深入淺出，很多我原來看信號與系統(tǒng)沒有看懂的內(nèi)容都在這本書中看懂了。而且與matlab的結(jié)合，使得本書特別適合sigma delta建模的指導(dǎo)書。這本書講數(shù)字濾波器的，與其說數(shù)字濾波器，不如說是離散時間濾波器，所謂ADC/DAC不就是離散時間濾波器嗎？ 而且我連數(shù)字濾波器的算法也研究了，為我以后接下整個codec的設(shè)計打下了基礎(chǔ)。這個領(lǐng)域是比較奇怪的，做模擬電路的人覺得這個是數(shù)字電路的領(lǐng)域，做數(shù) 字電路的人又忙于做實現(xiàn)，沒有時間去研究，就成了真空地帶。只有我不忙項目，想學(xué)什么就學(xué)什么，自己又有興趣，剛好自己又在學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理。所以就研究了起來。有matlab作為實踐工具，學(xué)習(xí)還是很快的。當(dāng)時就一邊寫代碼，一邊優(yōu)化算法去了?！禗elta-Sigma Data Converters - Theory, Design and Simulation》這本書我也一直在看，直到有一天，我在書中看到了這個現(xiàn)象的描述，而且規(guī)律和測試結(jié)果相似，于是我對這個現(xiàn)象用matlab進行了建模，建模結(jié)果表明，三角波是可以建模出來！而且其它現(xiàn)象也類似！于是，我把建模結(jié)構(gòu)給領(lǐng)導(dǎo)演示了，我說問題應(yīng)該應(yīng)該是這個，但是我也不知道電路是在哪里出了問題，給我時間，我相信可以把問題找出來！

做事情重要的不是你本身有多厲害，而是你有多投入。

就自己的經(jīng)驗來說，收獲最多的總是投入最大的時候，而且投入的多少和得到的多少是相差很多的。假如投入80%的話，收益可能是20%，但是如果再加20% 的投入，你卻可能得到另外的80%的收益。所謂行百里者半于九十也就是這樣的道理。

實際上問題的現(xiàn)象和書中所講是有區(qū)別的，甚至有矛盾的地方。在建模中我對發(fā)生問題的可能性進行了研究，對問題發(fā)生的可能行也進行了猜測，同時對電路進行了仿真。為了做仿真，我又學(xué)習(xí)了VerilogA語言，進行了簡單建模，同時研究dft算法，研究用什么樣的方法可以提高仿真精度，同時減少仿真時間。 sigma delta的仿真是非常緩慢的，經(jīng)常是一天才能夠仿真一個case。在仿真的時候，我?guī)缀踅^望了，因為仿真結(jié)果表明，設(shè)計沒有問題，找不到任何問題的跡象。我不斷變換條件去仿真，同時也在不斷建模。在建模的時候，我發(fā)現(xiàn)，這個問題在某某電路之前不可能出現(xiàn)這個問題，在某某電路之后也不可能出現(xiàn)這個問題！ 推理和建模都說明了這個問題，但是拿電路一仿真，發(fā)現(xiàn)又沒有這個問題！無法重現(xiàn)。當(dāng)時的心情就是：絕望！問題看起來近在咫尺又遠在天邊，看到了希望，又好像沒有希望！就這樣我仿真了兩個多月的時間，幾乎要放棄了。在不斷的仿真中，終于有一次，我把這個問題仿真出來了，但是表現(xiàn)和測試結(jié)果又有不一致的地方。當(dāng)時我的判斷是，問題并沒有找出來，我不過是找到了另外一個沒有那么嚴(yán)重的問題而已。debug過程又進入了絕望的階段。

當(dāng)時有新的項目要開始做了，里面剛好有這個模塊，項目組內(nèi)分模塊的時候，大家都不愿意選這個模塊，不過我倒是很愿意。我的思路是一定要把問題找到，才開始做電路。實際上是很冒風(fēng)險的，項目是有進度要求的，但是debug這種事情是沒有辦法控制進度的，很容易把項目變得不可控。但是問題不找出來怎么能夠保證下一版就沒有問題呢？難道問題會憑空消失嗎？我決定把時間繼續(xù)投入到debug中，堅持到最后時刻，才開始這個模塊的設(shè)計。正好領(lǐng)導(dǎo)也重視這個問題，所以才能夠繼續(xù)堅持下去。在某天看波形的時候，我看到問題了！波形有不對的地方，我對這個問題進行抽象，從信號與系統(tǒng)的角度來看，應(yīng)該跟測試結(jié)果吻合。我建立了新的模型，建模仿真表明，跟測試結(jié)果的表現(xiàn)是一致的，對電路做了調(diào)整，在做spice仿真，發(fā)現(xiàn)問題真的不見了！最讓我激動的是：我做到了理論/建模/測試/仿真的一致性！讓我100%的確定，我找到了問題的根源，唯一擔(dān)心的是，不知道是否還有未發(fā)現(xiàn)的問題。畢竟模擬電路和數(shù)字電路不同，數(shù)字電路對就是 對，錯就是錯，模擬電路卻是模糊的，仿真經(jīng)常還是會出現(xiàn)盲點的。不過幸運的是，電路修改后就沒有問題了。讓我感到驚訝的是，實際上問題出現(xiàn)的地方跟原來一大早的推論是一致的，在那一點之前的通路不可能出現(xiàn)這個問題，在后面的通路也不可能出現(xiàn)這個問題。問題就在那個點上。這個困擾人那么久的問題，說白了其實是小小的錯誤，修復(fù)這個錯誤，我所做到的不過是修改了一根線而已。但是收獲很多，遠比一根線多多了！做sigma delta最重要的是噪聲，就是在那段時間，我獲取了不少數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，并且修改仿真方法，最終做到了仿真與測試的一致，這對噪聲計算的信心增加了很多。有句話說：lowpowermeans understand more about noise，這句話是非常正確的，懂得了噪聲，你就知道怎么去簡化電路，降低非關(guān)鍵電路的功耗，并且恰當(dāng)?shù)匾?guī)劃關(guān)鍵電路的功耗。對電路也能夠提出很多創(chuàng)新的地方出來，包括結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。debug完成之后，就開始做項目中的DAC了，我馬上對結(jié)構(gòu)進行了全面的修改，減少了沒有必要的噪聲源，同時合理規(guī)劃噪聲，降低了功耗。那個時候時間已經(jīng)很緊張了，但是完成這個電路的速度很快，最后還是趕上了項目進度，tapeout出去了。不過項目也因為其它原因夭折了。一般人第一次都是不怎么敢創(chuàng)新的，都希望求穩(wěn)，但是我當(dāng)時的想法卻是，創(chuàng)新才是最穩(wěn)妥的，對自己有足夠的信心，牛氣十足。現(xiàn)在回過來看當(dāng)時的情形，自己也感覺很吃驚，明明是第一次做電路，卻好像自己是一個專家一樣，幾乎沒有投片的經(jīng)驗，卻信誓旦旦地說自己的電路沒有問題，一定可以達到很高的水平。其實除了自己，其他人都不怎么相信，特別是有好幾年工作經(jīng)驗的老員工。不過也不怪他們，如果我處于他們的位置，我的想法恐怕和也他們一樣。

沒有想到帖子居然給加入精華了。我做事情比較固執(zhí)，很多東西我都想研究清楚，不喜歡似懂非懂的狀態(tài)，所以會花很多時間去學(xué)習(xí)。這是看起來比較慢的學(xué)習(xí)方法，卻讓我學(xué)到不少別人沒有學(xué)到的知識。上面提到的項目完成后，我又回頭去做了一下classd項目，花了一個星期的時間定義了top結(jié)構(gòu)，對信號傳遞函數(shù)，噪聲傳遞函數(shù)都進行了計算，并搭建了veriloga模型，在這個模型中研究了各種非理想性，同時也加入了擴頻算法。并且仿真驗證（都是建模的）。在系統(tǒng)中就保證了電路的非理想性對電路性能的影響是微乎其微的。通過這種方法，把電路設(shè)計的難點轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)函數(shù)中，而非模擬電路設(shè)計中。和將電路難點轉(zhuǎn)移到數(shù)字電路中是相同的道理。做完之后，我發(fā)現(xiàn)classd是非常簡單的東西，而且肯定可以做到比較低的功耗，最后，以至于自己連做classd電路的興趣都沒有了，因為在我眼中，這是一個已經(jīng)充分論證的論題，沒有必要再投片去驗證了。后來這個電路就交給其他同事去做了，因為我又有了新的項目。最后這個項目做出來，性能非常好，相比之下，TI的classd的性能只能說是非常一般?？偨Y(jié)起來，classd技術(shù)與我原來所想的其實是一樣的，利用了噪音整形技術(shù)，但是比sigma delta ADC/DAC更簡單，因為沒有真正意義的數(shù)模轉(zhuǎn)換部分，電路實現(xiàn)是很簡單的。

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