帝国理工学院
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集成电路设计
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课程详情
课程名称

集成电路设计

课程概览

了解模拟电路模块的操作是理解大多数电子电路操作的必要条件，例如模拟数字转换器、传感器接口、数字处理器、生物医学系统等混合信号电路。这些知识可用来设计和优化能满足低耗能以及特定速度和噪声要求的电子电路。该课程将使学员了解电子电路的操作，运用所学习的知识设计并优化重要的电路模块。

课程涵盖以下主题：

  • 单晶体管RC电路
    课程将介绍一阶RC电路和MOST网络接口电路晶体管，分析和设计晶体管单级放大器，并讲授源极跟随器和共源共栅结构。
  • 多MOST网络接口电路模块
    本课程将分析双极晶体管电路，如电流镜和差分对。为了获得更好的性能，它们都添加了共源共栅结构。课程还将详细分析CMOS反相放大器，包括A类和AB类放大器。
  • 反馈系统
    反馈系统是用来提高CMOS模拟电路的精度，并增加其带宽。带有运算放大器的二阶电路存在稳定性问题，课程将分析二阶和高阶反馈系统平坦的频率响应的条件。
  • 运算放大器电路结构
    运算放大器可以仅用差分对实现，但最好采用对称的或折叠式共源共栅结构来实现。此外，负性阻抗也通常被用来提高品质因数。课程最后会分析分析和优化CMOS米勒补偿运算放大器。
  • 滤波器
    滤波器被应用于了所有模拟数字转换器和传输系统。噪声和失真是它们的主要限制。课程将分析比较连续时间带通滤波器和开关电容带通滤波器，并使用品质因数来优化滤波器的选择。
课程师资

本项目由帝国理工学院指定的专业教师授课，往期课程教师包括：

韦利·桑森（Prof. W. Sansen）

  • 帝国理工学院，客座教授

他于1972年获比利时鲁汶大学的理学硕士学位及加利福尼亚大学伯克利分校的博士学位。自1980年以来，他一直是比利时鲁汶大学的教授，自1984年，他担任学校电机工程系MICAS实验室的负责人。他在帝国理工学院为职业工程师教授课程。他曾指导博士论文63篇，撰写出版物635余篇，出版专著16部。他是IEEE的成员， ISSCC-2002会议的项目主席，IEEE固态电路的前任主席。他定期为世界各地的电气和电子工程师提供模拟电路方面的培训。

学习成果

完成本课程后，学员将能够：

  • 了解模拟MOST网络接口电路的基本知识
  • 应用所学知识和经验，优化电路模块，降低功耗
  • 设计和开发模拟信号处理接口
目标学员

本课程专为电子电气工程或其他相关学科的本科学生设计。学生应具备良好的英语水平，并具备以下技术知识:

  • 使用欧姆定律和基尔霍夫电路定律
  • 一阶波德图
日程表
周数类别内容
    注：以上课程时间安排为拟定，具体安排视情况会略有调整
第一周 专业课程

项目导览、欢迎致辞

单晶体管RC电路
Single-transistor RC Circuits

  • 一阶RC电路
  • 单MOST网络接口电路放大器
  • 源极跟随器
  • 共源共栅结构
  • 问答
第二周 专业课程

多MOST网络接口电路模块
Multiple-MOST Circuit Blocks

  • 电流镜
  •  差分对
  •  CMOS反相放大器
  • AB类放大器
  • 问答
第二周 在线研讨课

CMOS反相放大器

  • 简介
  • 设计流程
  • 优化
  • 项目问答
第三周 专业课程

反馈系统
Feedback Systems

  • 电路运算放大器反馈系统
  • 二阶运算放大器
  • 高阶系统稳定性
  • 问答
第四周 专业课程

电路运算放大器结构
Opamp Circuit Configurations

  • 对称放大器
  • 负性阻抗
  • 折叠式共源共栅结构
  • 米勒补偿运算放大器
  • 问答
第四周 在线研讨课

设计CMOS米勒补偿运算放大器
Design of a Miller CMOS Opamp

  • 规格
  • 设计流程
  • 项目问答
第五周 专业课程

滤波器
Filters

  • 滤波器类型
  • 开关电容带通滤波器
  • 噪声
  • 变形
  • 滤波器品质因数
  • 问答
第五周 在线研讨课

设计高品质因数全差分滤波器
Design of Fully-differential Filter with High FOM

  • 全差分运算放大器
  • 高频连续时间滤波器
  • 噪声和失真考虑
  • 可获得高品质因数的设计流程
  • 问答
第六周 专业课程

项目结业展示
Project Presentations

  • 小组项目展示
  • 答辩与反馈
  • 公布优胜小组
WeekTypeContent
    Remark: This programme schedule is subject to change.
Week 1 Academic Course

Welcome Session

Single-transistor RC Circuits

  • First-order RC circuits
  • Single-MOST ampifiers
  • Source followers
  • Cascodes
  • Q&A
Week 2 Academic Course

Multiple-MOST Circuit Blocks

  • Current mirror
  • Differential pair
  • CMOS inverting amplifier
  • Class AB amplifier
  • Q&A
Week 2 Tutorial Session

CMOS inverting amplifier design

  • Introduction
  • Design procedure
  • optimization
  • Project Q&A
Week 3 Academic Course

Feedback Systems

  • Opamp circuits with Feedback
  • 2nd-order opamp circuits
  • Stability of higher-order systems
  • Q&A
Week 4 Academic Course

Opamp Circuit Configurations

  • Symmetrical amplifier
  • Use of Negative resistors
  • Folded cascode
  • Miller opamps
  • Q&A
Week 4 Tutorial Session

Design of a Miller CMOS Opamp

  • Specification
  • Design procedure
  • Project Q&A
Week 5 Academic Course

Filters

  • Filter type
  • Switched-capacitor filters
  • Noise
  • Distortion
  • FOM for filters
  • Q&A
Week 5 Tutorial Session

Design of Fully-differential Filter with High FOM

  • Fully-differential operation
  • Continuous-time filter for high-frequencies
  • Noise and distortion considerations
  • Design procedure towards high Figure-Of-Merit
  • Project Q&A
Week 6 Academic Course

Project Presentations

  • Group project presentations
  • Q & A and feedback
  • Announcement of winning project group.