🧭 アナログ／ミックスドシグナル設計の概要
🧭 Overview of Analog / Mixed-Signal (AMS) Design
📘 概要｜Introduction
アナログ／ミックスドシグナル（Analog Mixed Signal, AMS）設計は、現実世界とデジタル回路の橋渡しを担う重要な領域です。
温度・電圧・光・音などのアナログ信号を扱うためには、回路・レイアウト・システムの設計観点を総合的に理解する必要があります。
Analog/Mixed-Signal (AMS) design plays a critical role in bridging real-world signals and digital circuits.
Designers must comprehensively understand circuits, layout, and system-level considerations to handle analog signals such as temperature, voltage, light, and sound.
🔌 なぜアナログが必要か？｜Why Is Analog Needed?
| 🌐 領域｜Domain | ⚙️ アナログの役割｜Analog Role |
|---|---|
| センサIF | センサ出力の電圧信号を取得・増幅・整形 Capture/amplify/shape sensor voltage outputs |
| 電源管理 | リニアレギュレータ、LDO、電流検出回路など Linear regulators, LDOs, current sensing |
| クロック生成 | PLL、VCO、バッファ等によるタイミング制御 Timing control using PLLs, VCOs, buffers |
| 通信回路 | 高周波アンプ、ミキサ、フィルタなどのRF系 RF circuits like high-frequency amps, mixers, filters |
| デジタル境界 | ADC/DACを介したミックスド信号変換 Mixed-signal conversion via ADC/DAC |
🧩 AMS回路における特徴｜Key Characteristics of AMS Circuits
- 連続量を扱う：論理0/1ではなく「電圧レベルの変化」で動作
Operates with continuous quantities, not binary logic - 感度が高い：ノイズ、電源変動、温度変化に敏感
Highly sensitive to noise, supply variation, and temperature - レイアウト依存性が大きい：トランジスタ間の対称性や距離が特性に直結
Strongly layout-dependent (e.g., symmetry, spacing) - シミュレーション時間が長い：トランジスタレベルで波形解析が必要
Longer simulation times due to transistor-level waveform analysis
🏗️ デジタル設計との違い｜Comparison with Digital Design
| ⚙️ 項目｜Aspect | 🔲 デジタル回路｜Digital Circuits | 🔄 アナログ回路｜Analog Circuits |
|---|---|---|
| 設計単位 | 論理ゲート、セル Logic gates, cells |
トランジスタ、電流源、抵抗 Transistors, current sources, resistors |
| 表現手段 | HDL（Verilog等） HDL (e.g. Verilog) |
SPICE記述、回路図入力 SPICE netlist or schematic |
| シミュレーション | 論理検証、STA Logic check, STA |
波形解析、AC特性、ノイズ評価 Waveform, AC, and noise analysis |
| 主な指標 | 遅延、面積、消費電力 Delay, area, power |
ゲイン、帯域幅、PSRR、SN比 Gain, bandwidth, PSRR, SNR |
📘 本章の構成｜Structure of This Chapter
本章では、AMS設計の実務的な要素を以下の観点で解説します：
This chapter covers practical aspects of AMS design from the following perspectives:
basic_blocks.md：基本構成要素（オペアンプ、コンパレータなど）
Basic building blocks (op-amp, comparator, etc.)layout_considerations.md：アナログレイアウトの注意点
Analog layout considerationsnoise_and_psrr.md：ノイズ・電源変動耐性の設計指標
Noise and power supply rejection design metricsmixed_signal_interface.md：デジタル-アナログ境界設計（ADC/DAC）
Digital-analog interface design (ADC/DAC)
🎯 教材的意義｜Educational Significance
- デジタルに閉じないSoC設計の「アナログ的な土台」を認識する
Recognize the “analog foundation” of SoC design beyond digital logic - 回路設計とレイアウトの連携の重要性を学ぶ
Learn the importance of coordination between circuit design and layout - 高度な設計ではなく、実務で必要なAMS知識に絞って解説
Focus on practical AMS knowledge rather than advanced theory
📘 応用編 第5章：アナログ／ミックスドシグナル｜Analog / Mixed-Signal Design
© 2025 Shinichi Samizo / MIT License