电路拆解-基本子结构-RC电路

背景

本系列文章写给模拟集成电路版图设计工程师，主旨在于把电路翻译为版图设计要点。

模拟集成电路版图设计工程师的主要职责就是把电路画成版图，交付给工艺厂生产制造。我们作为版图工程师，面对电路图，看懂电路的标准，就是能否把电路翻译为版图设计要点，从而开展我们的版图设计工作。

关于版图工程师学习电路知识的方法，我给出的核心就是两个字：拆解。
学习和认识一件事物，我们常常会从整体和局部两个层面进行完整的把握。
而我们模拟版图工程师学习电路，只需要关注它的局部结构，不需要学习理解它的整体部分。
整体部分由电路设计师负责，我们跟他们分工协作，整体方面的东西问他们，让他们给我们讲清楚。
我们版图工程师就聚焦于局部。把完整的电路拆成一个一个小型电路单元，逐个学习理解，逐个吃透，就好了，就这么简单。

下面，我把电路结构分成三类，逐个拆解分析。即：基本子电路、通用电路模块和专用电路模块。

电路拆解过程

结构识别：描述这个电路的样子，怎么识别出这个电路
功能与原理：描述这个电路的基本功能，什么作用，什么目的；定性描述电路的基本原理，版图工程师视角，不涉及深奥的电路理论。（描述功能和原理的时候，从定性的角度，常常会混在一起，这里就不区分了）
版图要点及设计思路：逐条列出在版图上需要考虑的设计要点，考虑各要点的主次先后，给出参考顺序。
示例：如果方便，给出示例。

基本子电路

RC结构

结构识别

在电路图上看到一个电阻，旁边连着一个电容，那这就是一个 RC 结构。

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当我真正动笔开始对电路进行拆解时，即使是面对RC（一个电阻一个电容）这么一个极其简单的电路结构，我都遇到了困难。比如说，一个电阻和一个电容应该有好几种串并联/如何接地的连接形式。我直接回忆过去十年接触过的几十个项目，其中最先想到且最清晰的就是上图的这一种结构。

我能想到的这个结构的功能，主要准备从两个角度来解读：一是作为滤波，二是作为延迟或定时。

但在动笔之前，我让AI辅助调研了一下。它跟我展示的东西就多了，让我一下子就晕了。它把滤波分成了低通滤波、高通滤波，还增加了信号整形、去抖动、微分积分、耦合、阻抗匹配、信号调理等等功能。

这导致我很难下笔。如果要按照一个电阻、一个电容所能构成的不同连接方式，及其在不同电路中所起到的功能逐个展开分析，篇幅会收不住。而且很多需要从电路层面、在不同的电路中去理解。我作为版图工程师，以我对电路的理解深度，我可写不了。

我就发愁了：我这个电路拆解工作还能做下去吗？

可是我又仔细一想。不对呀。我十年间见过那么多电路，其中有那么多一个电阻、一个电容的RC电路，我自己作为版图工程师是如何应对、如何解读的呢？

我的解读是这样的：

1，对于我在电路上看到的单个电阻、单个电容这种结构，我就认为它是精度要求不高的。为什么呢？单个电阻、单个电容不涉及“匹配”问题。“匹配”一定是多个器件之间的匹配。这里只有一个电阻，它和谁匹配呢？没有其他器件与之匹配，所以它是不讲究匹配的。电容也同理，只有一个电容，也谈不上匹配。

2，此外，我们知道电阻在工艺制造中的绝对阻值偏差是很大的，可能达到10%到20%，电容的偏差也类似。所以，只要在电路里看到它使用的是单个电阻、单个电容，我就认为它不那么在乎电阻、电容的绝对值，能够接受10%到20%的偏差，并且不需要匹配。

这是我从版图视角对这个结构的理解。

至于它出现在什么地方——无论是运放的什么补偿，还是怎样的信号调理——从我的版图角度讲，我就不去深究了。

简单来说，单个器件——单个电阻、单个电容的——我都认为精度要求是不高的。

任何超出我这个层面理解的电路，电路设计师，可能就需要给我标注清楚咯，电路老兄，得默认我这个版图工程师不懂。

所以，看到这篇文章的电路设计师们，你们一定要注意了：绝大部分版图工程师看到单个电阻和单个电容，能识别出的版图要点，我觉得应该跟我差不多。

想到这，那下面我就还是主要从我所理解的滤波和延迟两个角度来看。

功能与原理

滤波

电压信号，比如参考电压、采样电压，在传输过程中可能会引入高频噪声。信号通过一个串联电阻和一个接地电容，可以把这些高频噪声信号通过电容引走引到地上，就实现了一个滤波功能（低通滤波），可以让信号更干净。

延迟/定时

这个功能常常出现在数字逻辑中。

一个逻辑信号通过电阻，后面接了电容，需要先对电容充放电。电容两端的电压会逐渐升高或下降，过来一定时间，电容电压达到后一级的输入的翻转阈值之后，信号才被传递到后面。这个时间就是延迟的时间，或者是定时的时间。这个时间在它电路功能上有很多作用，是POR也好，还是怎么着也好，版图可以不需要考虑。

版图要点及设计思路

首先考虑到我们的读者会遇到各种各样不同的产品和电路，电路有很多种要求。我们最好能在版图开始前，跟电路设计师进行充分沟通。如果对电路比较陌生，或者是第一次做这种产品类型，最好能花时间跟电路设计师坐在一起，把即将要设计的电路一起看一看。

让电路设计师顺着信号流来讲：信号怎么走？信号是什么性质？敏感的还是噪声的？需要怎样程度的屏蔽？大电流？高电压？特殊器件？我们最好能跟这个项目的电路设计师进行充分沟通。

通常来说：

用于滤波的 RC 结构，都已经考虑过滤噪声了呀，其输入通常被认为是比较敏感的信号，需要对其进行保护。所以在布线时，尽量将其安排在比较安静的位置。
这个 RC 滤波的位置最好放在信号的接收端，也就是使用这个信号的地方。如果靠近源头，滤波之后这根线还要传输很长的距离，在传输过程中可能会再次引入噪声。所以滤波结构应该放在最后，滤波后获得干净的信号，直接供给使用它的电路。
对版图上这个结构的电阻和电容进行变形（电阻改变segments和segL，总阻值几乎不变；电容改变长宽，维持面积不变，总容值几乎不变），通常是可以接受的，因为该结构对电阻和电容的绝对值容忍度较高（见前述分析）。