電路設計結果

從前陎幾何規劃的電路分析中，我們整理出一份完整的條件限制清 單，然後配合已逼近之電路元件模型做計算之後，我們可以得到在最佳化 條件之下所需要的小訊號參數，電流大小以及增益分配和電流分配之比 例。透過這些設計參數資訊，我們再度利用第二章所提供的元件尺寸產生 之流程來做為尺寸大小產生引擎。我們在 Windows XP 和 Hspcie 2009 的模 擬環境下，使用 C 語言撰寫控制並呼叫 Hspice 的引擎來產生尺寸大小。下 表 4-4 是透過我們的尺寸產生引擎所得到的電路各元件之尺寸大小。另外 下表 4-5 則是電器規格和驗證之後的電路表現，我們所訂的電器規格是當 輸出電壓為 2.5 伏，輸出電流為 200 毫安培的環境下，頻寬要求 80 萬赫茲，

線調節則是 10 毫伏，負載調節為 3 毫伏，相位邊限要 50 度，功率消耗在 40A 以內。另外 Power supply rejection ratio 則是皆為-70dB 在 1 千赫茲，

-60dB 在 1 萬赫茲的規格。而誤差放大器的估算則需要 70dB。

而圖 Fig4-3 和 Fig4-4 則分別是在 200 毫安培和 1 毫安培、輸入電壓從 3 伏特至 4 伏特時，電路的頻率響應表現，在 1 毫安培時候共軛極點出現但 是卻離增益頻寬較遠，其暫態響應如圖 Fig 4-6 也因此來的比較好一些。另 外圖 Fig 4-5 是電路的 PSRR 表現，在 200 毫安培的輸出電流、輸入電壓從 3 伏特至 4 伏特情況下，皆能夠在 1KHz 和 10KHz 低於-50dB 和-30dB，而 且觀察其上升斜率確實也是十倍比上 20dB

表格 4-4 電路元件尺寸一覽

Device Width/Length M1,M2 26.07m/0.55m M3,M4 m/0.7m M5,M6 1.378 m/0.7m M7,M8 1.378m/0.55m M9 1.378m/0.55m M10 1.378m/0.7m M11 13.78m/0.7m M12 13.78m/6.2m Power PMOS 11600m/0.45m

表格 4-5 電器規格和電路設計結果一覽

Specification Manual design Optimization design

TT FF SS TT FF SS

Error amplifier

gain(dB) 57 70.79 68.79 72.38 70.62 65.49 74.1

Quiescent

current 40 A 39.06A 39.02A 39.08A 29.45A 29.24A 29.53A Area(mm²)

w/o power MOS 83.11 33.65

Power saved 25%

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Fig 4-3 NMC 架構在 200mA 負載電流下之頻率響應@V_in=3V-4V

Fig 4-4 NMC 架構在 1mA 負載電流下之頻率響應@V_in=3V-4V

Fig 4-5 PSRR 在 TT,FF,SS 下的表現@V_in=3V-4V, I_load=200mA

Fig 4-6 負載電流變化範圍 1mA~200mA 的暫態響應@Vin=3V

透過最佳化設計得到的結果，比一般手動設計的結果，在功率消耗上節省 了將近 13%，這個結果告訴我們幾何規劃配合尺寸產生流程是可以順利設

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計出符合電器規格之電路，同時能達到最佳化設計的目的。

章節5.

結論

本篇論文的主要目的是希望能夠建立一個類比電路最佳化自動設計之流 程。為了能夠達到這個目標，我們選擇了一種常用的類比電路－線性穩壓 器做為我們的目標電路，然後利用一種模擬輔助的方法－G_m

/I

我們會在這邊再次回顧一下我們的研究結果

第一個就是透過我們所提出的設計流程，利用模擬輔助設計的 G_m

/I

我們可以在高階製程上(65 奈米) 透過程式控制模擬軟體 Hspice 掃視並自 動化產生電路元件之尺寸大小，同時所產生之結果也能夠滿足我們所想要 達到的電器規格表現，任何高階製程所陎臨到的設計問題都不會影響到我 們的設計。而且因為是模擬輔助設計的關係，這樣的設計流程可以任意移 植到不同的製程上陎，並且馬上就能針對不同的製程設計元件尺寸，不需 要花時間另外再調整設計。唯一需要注意的是當目標電路架構改變了，那 麼電路區塊模型也得跟著改變，而產生尺寸大小的過程可能也會有些微的 異動，不過主要的過程精神還是不變。

第二個則是在幾何規劃的幫助下，我們可以不需要任何初始假設，只需要 給齊足夠的並且嚴謹的條件限制，也就是電路行為模型和元件特性模型，

那麼便可以得到在規格要求下求得所有參數的最佳解，而且會是全域的最 佳解。透過幾何規劃的計算，從電流分配比例到小訊號參數等等都可以準

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確的得出，然後利用這些結果資訊進一步去進行模擬輔助設計來產生元件 尺寸大小。

另外小訊號模型的逼近，我們也用了共軛梯度演算法，一個能夠求出元件 特性方程式的各項設計參數之指數係數，並且經過比較之後能夠高度穩合 實際的模擬結果，這樣可以保證我們在做幾何規劃時所求得的最佳解能夠 最接近真實的結果，減少誤差的產生。

最後就是整個設計流程從元件特性模型產生，並配合電路行為模型進行幾 何規劃，得到設計參數的最佳解之後，最後使用模擬輔助設計方法來產生 元件尺寸大小，整個過程花費時間也相當迅速，大約只需幾分鐘到十幾分 鐘的時間之內便可以完成一個線性穩壓器的設計，這是非常方便且實用的 一個最佳化自動設計流程。