图书简介:
目录
第1章 绪论
1.1 模拟集成电路设
1.2 字符、符号和术语
1.3 模拟信号处理
1.4 模拟VLSI混合信号电路设计举例
1.5 小结
习题
参考文献
第2章 CMOS技术
2.1 基本MOS半导体制造工艺
2.2 pn结
2.3 MOS晶体管
2.4 无源元件
2.5 关于CMOS技术的其他考虑
2.6 小结
习题
参考文献
第3章 CMOS器件模型
3.1 简单的MOS管大信号模型(SPICE LEVEL 1)
3.2 其他MOS管大信号模型的参数
3.3 MOS管小信号模型
3.4 计算机仿真模型
3.5 亚阈区MOS模型
3.6 MOS电路的SPICE模拟
3.7 小结
习题
参考文献
第4章 模拟CMOS子电路
4.1 MOS开关
4.2 MOS二极管/有源电阻
4.3 电流漏和电流源
4.4 电流镜
4.5 基准电流和电压
4.6 与温度无关的基准
4.7 小结
4.8 设计性习题
习题
参考文献
第5章 CMOS放大器
5.1 反相器
5.2 差分放大器
5.3 共源共栅放大器
5.4 电流放大器
5.5 输出放大器
5.6 小结
习题
参考文献
第6章 CMOS运算放大器
6.1 CMOS运算放大器设计
6.2 运算放大器的补偿
6.3 两级运算放大器设计
6.4 两级运算放大器的电源抑制比
6.5 共源共栅运算放大器
6.6 运算放大器的仿真和测量
6.7 小结
习题
参考文献
第7章 高性能CMOS运算放大器
7.1 缓冲运算放大器
7.2 高速/高频COMS运算放大器
7.3 差分输出运算放大器
7.4 微功耗运算放大器
7.5 低噪声运算放大器
7.6 低电压运算放大器
7.7 小结
习题
参考文献
第8章 比较器
8.1 比较器的特性
8.2 两级开环比较器
8.3 其他开环比较器
8.4 开环比较器性能的改进
8.5 离散时间比较器
8.6 高速比较器
8.7 小结
习题
参考文献
附录A 模拟电路设计的电路分析
附录B 集成电路版图
附录C CMOS器件性能
附录D 二阶系统的时域和频域关系
习题解答
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本书特色
1. 教学与实践相结合,详略得到,难易适中
2. 介绍了完整的设计(包括建模、仿真和测试)
3. 包含大量实例、习题与部分习题解答
4. 结合专家、工程师与学生对前版的反馈意见修订
前言
本书第三版的目的仍然是介绍CMOS模拟电路的设计方法,只是电路设计的介绍远不止是给出一些电路的例子以及分析方法,还包括在分层次设计方式中必须用到的基础知识和背景知识,以便初学者易于理解。本书最重要的就是讲授采用CMOS技术设计模拟集成电路的概念。这些概念能使读者理解模拟CMOS电路的工作原理以及如何改变电路性能。在当今依靠计算机的情况下,至关重要的一点就是继续保持人对设计的控制,知道希望得到什么,当模拟结果有误时如何辨别。随着集成电路设计变得越来越复杂,了解电路怎样工作变得越来越重要。如果不了解电路的工作原理,进行电路的模拟可能会得到错误的结果。
读者应怎样获取关于电路工作的知识呢?从第一版开始,本书就致力于解决此问题。在获取知识的过程中有这样几个重要的步骤:首先,学会分析电路,这种分析应能导出简单、易懂且可在不同场合重复应用的结果。其次,以分层次的观点来看模拟集成电路的设计,这意味着设计者要能够清楚怎样利用子电路形成整体电路,怎样用简单电路构成复杂电路,等等。第三,列出一些步骤以便帮助初学者做出实用的设计,即一些所谓的“设计秘诀”,这些“秘诀”在第一版和第二版中很受欢迎,第三版中又做了些补充。有一点很重要,就是设计者要了解CMOS模拟电路设计有三种简单的输出,它们是:(1)电路图;(2)直流电流;(3)宽长比。绝大多数设计流程或者“秘诀”都可以很容易地围绕这三种输出组织起来。
前版回顾
1987年出版的第一版《CMOS模拟集成电路设计》首次提出了CMOS模拟电路设计的方法体系,自出版以来,在全世界的工业与课堂中得到了广泛的应用,但随着技术的进步和方法论的成熟,第一版显然需要修订。第二版源于一种独特的工业界和学术界相结合的方式,这种结合在过去的15年中就已经出现在本书的第一作者所执教的培训班上。自第一版以来已经举办了50多期培训班,来自世界各地的1500多名工程师参加了培训。在培训班上这些工程师想知道CMOS模拟电路设计的观点和概念。对这些问题的回答大部分都被纳入第二版中。除了工业上的应用,作者也在佐治亚理工学院和得克萨斯大学奥斯汀分校讲授这些内容,这些经历为作者提供了一些来自学生的思考问题的观点,收录在第二版中。此外,这些材料对理论的应用也形成了大量测试性习题,也被收录进第二版中。
本版特点
本版重点删除了一些材料和过时的章节,删减了效果不佳的课后习题,用更好的课后作业来代替。第三版介绍了设计问题的思路,这些问题给出要求的标准和评定等级的分数。读者需要手动完成设计,然后使用计算机模拟来获取分数,以此得到分数与所花时间之间的折中。第三版中部分习题答案在书后给出。
第三版的主要改动如下:第2章部分内容更新,并创建了一个新的附录(附录B),给出了更多关于集成电路版图的详细知识。第3章中MOS管大信号模型增加了速度饱和的内容。第4章中带隙部分完全重写。第6章中共源共栅运算放大器内容修改,使用增强增益技术产生具有超大电压增益的运放。第7章中差分输入和差分输出运放内容更新,并增添了输出共模反馈的材料。引入了问题设计。在问题中给出要求的标准并需要评分,读者需要手动完成设计后再使用计算机模拟性能来获取分数,以此得到分数与所花时间之间的折中。书后增加了部分习题解答。
章节概述
与第二版相同,本书的层次结构如表1.1-2所示。第1章给出了介绍CMOS模拟电路设计所必需的一些知识。这一章对CMOS模拟电路设计进行了概述,定义了符号和一些术语,扼要介绍了模拟信号处理,最后给出了模拟CMOS设计的一个例子,着重强调了设计中的层次。第2章和第3章构成了模拟CMOS设计的基础,介绍了CMOS技术和器件模型。第2章介绍了用于各种元器件的CMOS技术,这些元器件包括:MOS器件、pn结、与CMOS技术兼容的无源元件和诸如横向BJT、衬底BJT和锁存器等。第2章还用了一节专门介绍集成电路版图的影响。在这里说明了集成电路中物理层设计与电路设计具有同样的重要性,许多好的电路设计会因为低劣的物理层设计或版图设计而失败。第3章介绍了器件模型的关键问题,它将贯穿全书被应用于电路分析以预测CMOS电路的性能。第3章的核心是介绍一个足够好的模型,能够被用来在±10%~±20%的误差范围内分析CMOS电路的性能,而且便于设计者观察和理解。计算机模拟可以采用更精确的电路模型,但是不能给出有关电路的任何直观的图像和理解。第3章中给出的模型包括MOS管的大信号和小信号模型,考虑频率影响的模型。另外,该章还介绍了怎样对MOS管中噪声和温度的影响以及兼容的无源元件建立模型。第3章还讨论了计算机模拟的模型,虽然这个问题的复杂程度远远超出了本书的范围,但是给出的一些基本思想有利于读者对计算机模拟模型有所认识。此外还介绍了其他一些模型,诸如亚阈区工作的模型以及怎样用SPICE对MOS电路进行计算机模拟。
第4章和第5章介绍子电路和放大器,这些电路将被用来设计诸如运算放大器等更复杂的模拟电路。第4章介绍MOS开关,然后是MOS二极管或有源电阻。接下来介绍电流漏和镜像电流源等关键子电路。这些子电路的介绍涵盖了一些重要的设计概念,例如负反馈、设计中的折中以及匹配原理。最后,介绍了独立基准电压、电流和带隙基准电压。这些基准电路提供不受电源以及温度影响的电压或电流。第5章介绍各种形式的放大器,用大信号和小信号性能来描述它们的特征,有时也考虑噪声和带宽。放大器的种类包括反相器、差分放大器、共源共栅放大器、电流放大器以及输出放大器。
第6章、第7章和第8章介绍一些复杂模拟电路的实例。第6章介绍一个简单的两级运算放大器电路的设计。该运算放大器中应用了实用电路所必需的补偿原理。对这两级运算放大器的分析提供了设计这一类模拟电路的方法。第6章中还介绍了共源共栅运算放大器的设计,特别是折叠式共源共栅运算放大器。最后讨论运算放大器的测试和/或仿真技术以及宏模型。宏模型可以在较高的抽象层次上更有效地对运算放大器进行仿真。第7章介绍高性能的运算放大器。在这一章中要对简单运算放大器的各种性能以其他性能为代价进行优化。这些运算放大器包括缓冲运算放大器、高频运算放大器、差分输出运算放大器、微功耗运算放大器、低噪声运算放大器和低电压运算放大器。第8章介绍开环比较器,其实就是一个未加补偿的运算放大器。然后介绍设计这类具有线性或快速响应比较器的方法。介绍包括自动校零、迟滞技术等改进开环比较器性能的方法。最后,介绍再生比较器以及它们如何与低增益、高速放大器结合构成具有极小传输时延的比较器。
四个附录的内容分别是关于CMOS模拟电路的电路分析方法、集成电路版图、CMOS器件的特性(第一版的第4章)、二阶系统时域和频域间的关系。
第三版的内容对15周的课程来说已经足够。根据学生的情况,一学期15周课程,每周3学时可以讲授的内容包括第2章和第3章的部分内容、第4章~第6章、第7章的一部分内容以及第8章。在佐治亚理工学院,这本教材是和《模拟集成电路的分析与设计(第四版)》一起使用的,两学期的课程中包括了BJT与CMOS模拟IC设计。
学习本书必要的基础是较好地掌握基本电子学知识。主要内容是:大信号模型、偏置、小信号模型、频率响应、反馈和运算放大器。当然,具有半导体器件及其工作原理、集成电路工艺、用SPICE仿真及MOSFET模型化的相关背景知识对学习本课程将会很有帮助。如果具有这些背景知识的话,读者从第4章开始学习也不会有什么问题。
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