# 数模混合控制方向：完整课程设计

版本：2026-10-03。学习者已选择数模混合芯片数字控制方向。课程目标是独立设计、验证和分析模拟芯片内部的小型数字控制系统。

## 目标与主线

从 SPI 开始，逐步完成配置寄存器、上电/复位管理、ADC/DAC 时序、定点处理、校准控制、低功耗和实现评审。每段 RTL 都对应到寄存器、门、时序窗口、负载或 PVT；每个模拟交界都明确稳定时间、允许更新窗口和故障状态。

最终案例是“SPI 配置 + 模拟上电管理 + ADC 测量 + 8 位 trim 校准”。它包含数字侧的可验证行为和模拟侧的接口假设，不把行为模型的结果当作晶体管级、版图或流片签核证据。

本页维护 01–48 控制课程的阶段与专项目录。结合 CT ΔΣ 背景的个人选课顺序、支线前置和时间安排统一见 [个人学习路线](../roadmap.md)。

## 总体结构与节奏

全课程 48 节。原有 [01–24 基础课程](../course/00_course.md) 保留，新增 25–48 专项课程；原来的 SPI 模拟配置控制器是中期项目，专项控制器是结课项目。新课讲义、练习、答案和项目契约已提供，后续 RTL 实验由学习者分阶段实现。

建议总投入 180–260 小时：基础 60–90 小时，专项 120–170 小时。每周 6–8 小时约为 23–44 周；预算包含设计和调试，不是只阅读讲义的时间。以验收推进；后续可按你的实际模拟模块替换案例参数。

| 阶段 | 节次 | 项目/内容 | 推进门槛 |
|---|---|---|---|
| 基础一 | 01–06 | 单系统时钟 SPI Master | 波形、电路、故障注入与恢复 |
| 基础二 | 07–10 | 综合与 STA | setup/hold、映射、约束物理来源 |
| 基础三 | 11–15 | Slave、CDC、原子配置 | 多位一致性、跨域与复位协议 |
| 基础四 | 16–18 | 分层、FIFO、可选 APB | 访问和流控边界明确 |
| 基础五 | 19–22 | 物理实现与功耗基础 | 理论计算；数据具备后再做物理实验 |
| 中期项目 | 23–24 | SPI 模拟配置控制器 | 独立参考模型和可审查证据 |
| 专项一 | 25–28 | 模拟接口与上电/故障管理 | 不以固定延迟替代模拟就绪 |
| 专项二 | 29–32 | ADC/DAC 时序与数据通路 | 采样、转换、稳定和背压明确 |
| 专项三 | 33–36 | 定点处理与数字反馈 | 位宽、舍入、饱和与环路行为 |
| 专项四 | 37–40 | 校准算法与控制器 | 有限完成、误差依据与恢复策略 |
| 专项五 | 41–44 | 断言、行为模型和故障验证 | 数字逻辑与模拟假设分开验证 |
| 专项六 | 45–48 | 低功耗、DFT 与实现交付 | 模式优先级、数据依赖和证据包 |

19–22 的物理理论可按编号学习；实际布局布线在配套 Liberty/LEF/RC 数据具备后进行，也可延后至结课。没有这些数据不会阻止继续做 RTL 和行为模型实验。

## 25–48 节目录

| 节次 | 主题 | 练习产物 |
|---|---|---|
| 25 | 数模接口契约、单位与有效性 | 控制/状态/数据接口表 |
| 26 | bias/reference 上电状态机 | 最小等待与 ready 时序图 |
| 27 | 复位、brownout 与故障优先级 | 故障输出及恢复表 |
| 28 | watchdog、重试与启动诊断 | 有限等待及故障码 |
| 29 | ADC 采样/转换控制 | 采样状态机及结果标签 |
| 30 | DAC/trim 更新与 settling | 更新、稳定、采样时间线 |
| 31 | quiet window 与数字噪声 | 窗口控制和活动预算 |
| 32 | 吞吐量、结果缓冲与背压 | 速率预算及数据一致性 |
| 33 | 有符号编码与定点格式 | 每条数值路径的格式表 |
| 34 | 位宽、舍入、饱和与误差 | 极值运算和误差预算 |
| 35 | 累加、平均与去毛刺 | 块平均参考模型 |
| 36 | IIR、滞回与闭环边界 | 稳定性/极限环实验 |
| 37 | 校准问题建模与搜索 | 单调性、端点和范围判定 |
| 38 | 测量噪声与确认策略 | 样本数、误差和重复确认 |
| 39 | 校准 FSM、超时和取消 | 拥有权与有限完成协议 |
| 40 | 验证结果、恢复与漂移 | 成功/失败/重新校准策略 |
| 41 | 控制器不变量与监视器 | 行为性质及故障注入 |
| 42 | 数字行为模拟模型 | ready/settling/ADC 模型 |
| 43 | 参数扫描、故障与覆盖 | 假设范围内的回归矩阵 |
| 44 | 集成验证与可复现性 | 独立计分板及实验证据 |
| 45 | 时钟使能、ICG 与唤醒 | 活动控制与功耗估算 |
| 46 | 电源域、隔离、保持与电平转换 | 电源状态和输出安全表 |
| 47 | DFT 与模拟测试模式 | scan/功能/校准模式优先级 |
| 48 | 实现收敛与工程交付 | 结课评审报告 |

## 讲义与资料

- [25–28：接口、上电和故障](01_power_reset.md)
- [29–32：采样、更新和数据通路](02_sampling.md)
- [33–36：定点处理](03_fixed_point.md)
- [37–40：校准控制](04_calibration.md)
- [41–44：验证与行为模型](05_verification.md)
- [45–48：低功耗、DFT 与交付](06_implementation.md)
- [结课项目接口与验收规格](07_project.md)
- [25–48 参考答案](08_answers.md)
- [专项实验记录与验收表](09_workbook.md)

## 四个里程碑

P1：完成现有 SPI Master 的理解和验证，并解释综合/时序结果。

P2：完成中期 SPI 配置控制器，保证影子、pending、active 的一致性。

P3：独立完成上电管理、ADC 测量和定点平均三个实验模块，先分开验证。

P4：整合校准控制器，在模型条件内通过相位、噪声、异常和恢复测试，并解释约束与模拟准确度边界。

## 实验约定

保持第一课契约与 RTL 不变，新增设计放入独立后续实验目录；阅读 [进度记录](../progress.md) 后再使用既有服务器工具。只运行独立 batch job，不改已有 GUI 或共享服务。修改第一课设计时依旧遵守 sim→synth 全套验证要求。

本专项优先使用 50 MHz 单系统时钟功能架构；异步 ready/EOC/多位结果必须有明确 CDC 协议。讲义涉及的多电源/门控/测试时钟架构在单独实验中开展，不回改第一课。

普通 RTL/Icarus 行为模型用于数字契约验证，不仿真真实亚稳态、供电噪声、连续时间环路或 transistor-level settling。形式验证、AMS、UPF、ATPG 和物理实验需相应工具和数据；本课程设计没有安装它们，也未声称已经运行。

所有报告、波形、工具、许可和专有工艺数据继续留在 Git 外。课程文档和可复现源文件可入库。先完成当前 01、02 节，再按路线推进；不因为新增课程而提前跳过 SPI 基础。

## 支线与工程参考

课程主入口与所有专题总纲见 [README](../../README.md#课程入口)，进入 DF、AD、TD、AM 的前置与优先级见 [个人路线](../roadmap.md)。

- [其他数模混合项目](10_project_choices.md)：PLL/DLL、数字辅助 LDO、BIST 等项目的最小成果与适用条件。
- [AMS 工具关系与官方资料](11_ams_intro.md)、[官方教程实际尝试](12_ams_tutorial_run.md)、[工具栈评估](13_tool_stack.md)。