PCIe SerDes 全流程实战

模拟部分——模拟电路设计方法学

1 模拟电路与数字前端 / 软件的差异

数字前端或软件在一定程度上构成了一个理想、离散且与时间无关的世界：

• 软件
  软件代码可随时暂停、切换、重复或继续执行。指令流一旦暂停，整体计算即停止（例如在 VMware 中，可以任意切换虚拟机并保存其状态）。
• 数字电路
  数字电路能够暂停并继续，但无法轻易切换或重复执行。由于其完全并行化，每一次时钟跳变都会触发所有寄存器与逻辑门同步变化（例如在 FPGA 中，通过门控时钟可暂停后恢复运行，但无法像软件那样复制寄存器状态以便切换或回放）。

2 模拟电路的特点

1. 与半导体工艺及器件物理深度耦合。
2. 电路模块之间强耦合：新增 MOS 管、电阻、电容等元件时，无法保证既能实现局部功能，又不影响上下游电路；软件依赖 function / struct 隔离逻辑，数字电路依赖 module 隔离信号，而模拟电路的负载效应可能导致前级驱动失效。
3. 仿真困难：仿真工具本质上基于离散算法，难以完美还原真实物理行为。Virtuoso 瞬态、DC、AC、噪声、周期稳态等提供三十种仿真分析。
4. 受复杂性所限，电路结构通常延续成熟拓扑，仅在局部做微调，难以像软件 / 数字电路那样自由修改。

3 模拟电路设计流派

解析模型（Razavi）
自半导体物理与简化解析模型（平方律、弱反载流子漂移扩散、阈值电压模型等）出发，推导手算公式，用以选择MOS管、计算电流、增益与带宽。

• 优点：简洁、优雅，利于获得直觉。
• 缺点：在先进工艺下，器件二阶效应显著，公式结果偏差增大。

gm / Id 设计
以 gm、Id、W/L 等参数为核心，通过查表方式进行设计，依赖现代 EDA 与 BSIM 模型。

• 优点：对工艺变化不敏感。
• 缺点：作用有限，并不能完全解决模拟IC设计中的问题

分领域设计
直接以 MOS、电阻、电容、电感搭建电路模块并不现实，行业惯用成熟结构并沿用经验，不同子领域关注点各异：

• SerDes：TX Driver、CDR、FFE、DFE 等
• AD/DA：ADC、DAC
• 电源：LDO、Buck-Boost
• 射频 IC：LNA、PA、混频器、Balun 等

即使是相同的模块（如 PLL），在射频、高速 SerDes、MCU 等不同应用场景中，其设计侧重点亦有所区别。