电力取舍和低功耗的模拟CMOS集成电路

The  enormous  rise  of  digital  applications  in  the  last  two  decades  arouses  thesuggestion  that  analog  techniques  will  lose  their  importance.  However  in  applications  that  work  with  digital  signals  analog  techniques  are  still  very  important  for  a  number  of  reasons.  First  the  signal  that  must  be  processed  or  stored  may  be  analog  at  the  input  and  output  of  the  system.  Second  when  digital  circuits  must  operate  at  high  speed  the  analog  behavior  becomesimportant  again.  And  third  when  only  limited  bandwidth  and  signal  to  noise  ratio  is  available  the  theoretical  maximum  data  rate  is  determined  by  Shannon’s  law.  This  theoretical  limit  can  only  be  approximated  in  practice  when  complex  modulation  schemes  are  used,  and  after  this  modulation  process  the  signal  is  analog  again.  Of  course  this  does  effect  the  tremendous  advantage  of  digital  signals  compared  to  analog  signals.  Where  analog  signals  deteriorate  every  time  they  are  processed  or  stored,  digital  signals  can  be  recovered  perfectly  when  theyare  tailored  to  the  properties  of  the  system  they  are  used  for.  The  accuracy  of  digital  signal  processing  is  only  limited  by  practical  constraints  and  many  digital  signals  can  be  compressed  very  effective  so  that  after  compression  they  use  less  bandwidth  then  their  analog  counterparts.In  any  aplication  there  will  thus  be  analog  and  digital  parts  and  often  the  choice  has  to  be  made  if  an  analog  or  a  digital  solution  is  preferred  for  a  certain  function.  It  is  often  very  difficult  to  give  a  founded  opinion  to  this  because  there  are  many  factors  that  play  a  role  in  this  decision.  This  book  tries  to  bring  up  methods  and  information  that  can  help  you  in  making  the  right  choices.  Things  like  the  fundamental  and  practical  limits  of  power  dissipation  for  a  specified  accuracy  and  signal  to  noise  ratio  are  discussed.  Other  factors  likethe  process  choice  and  related  with  that  the  chip  area,  the  maximum  supply  voltage  and  the  number  of  pins  and  external  component  also  play  an  important  role  in  the  choice  between  analog  and  digital.  Of  course  if  a  chip  is  mainly  digital  it  becomes  more  difficult  to  integrate  high  quality  analog  circuit  first  because  the  digital  cross-talk  will  interfere  with  the  analog  signal,  second  because  the  process  choice  will  be  based  on  the  digital  properties.Where  many  different  processes  are  needed  for  different  state  of  the  art  analog  applications,  CMOS  processes  that  are  optimized  for  digital  applications  have  a  tendency  to  go  through  comparable  technical  and  lithographical  improvements  in  different  companies.  Because  the  economy  of  these  processes  is  much  more  determined  by  feature  size  than  in  analog  processes,  the  huge  drive  for  improvement.  As  smaller  feature  sizes  in  digital  circuits  also  means  lower  energy  dissipation  per  function  more  and  more  circuits  that  are  still  analog  nowwill  become  digital  in  the  future.  Every  new  process  generation  the  digital  function  gets  smaller  chip  area  and  lower  energy  dissipation  while  the  analog  counterpart  may  even  become  worse  because  of  a  lower  supply  voltage,  more  noise  and  less  linearity.  The  only  analog  parameter  that  still  improves  with  every  new  CMOS  generation  is  speed.This  book  starts  with  the  theoretical  foundation  of  the  power  considerations  in  sub-micron  digital  and  analog  circuits.  Next,  as  there  are  many  circuit  solutions  that  can  fulfil  a  certain  specification,  classes  of  circuits  are  discussed  in  order  to  help  the  reader  in  making  the  right  initial  choices.  Then  a  number  of  circuits  that  are  realized  by  the  author  are  discussed  in  detail  and  the  measurement  results  are  presented.I  think  that  this  book  can  help  the  mixed  signal  designer  to  make  the  right  choices  on  architectural  and  circuit  level.