模擬CMOS集成電路設(shè)計

第1章　緒論

1.1　集成電路的發(fā)展歷史及趨勢

1.2　模擬集成電路的功能及應(yīng)用領(lǐng)域

1.3　模擬集成電路與數(shù)字集成電路的比較

1.4　模擬集成電路的設(shè)計流程

1.5　HSpice仿真簡介

本章小結(jié)

第2章　元器件及其模型

2.1　pn結(jié)與二極管

2.1.1　pn結(jié)的形成

2.1.2　pn結(jié)的特性

2.1.3　二極管

2.2　雙極型晶體管

2.2.1　結(jié)構(gòu)及工藝實現(xiàn)

2.2.2　基本工作原理

2.2.3　大信號模型

2.2.4　小信號模型

2.3　CMOS器件

2.3.1　物理結(jié)構(gòu)

2.3.2　電路符號

2.3.3　工作原理

2.3.4　大信號模型

2.3.5　二級效應(yīng)

2.3.6　寄生電容

2.3.7　小信號模型

2.3.8　閂鎖效應(yīng)

2.3.9　傳輸門電路

2.4　電阻

2.4.1　方塊電阻

2.4.2　多晶硅電阻

2.4.3　阱電阻

2.4.4　擴散電阻

2.4.5　金屬電阻

2.4.6　電阻模型

2.5　電容器

2.5.1　電容器的結(jié)構(gòu)

2.5.2　傳統(tǒng)電容器

2.5.3　CMOS電容

2.5.4　金屬"para" label-module="para">

2.5.5　電容模型

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第3章　單級放大器

3.1　電流鏡

3.1.1　電流鏡的結(jié)構(gòu)

3.1.2　電流鏡的誤差

3.1.3　電流鏡的小信號等效電路

3.2　共源放大器

3.2.1　電阻負載共源放大器

3.2.2　二極管負載共源放大器

3.2.3　電流鏡負載共源放大器

3.2.4　推挽放大器

3.3　源極跟隨器

3.4　共柵放大器

3.5　高輸出阻抗電流鏡

3.6　共源共柵放大器

3.7　差動放大器

3.7.1　電阻負載差動放大器

3.7.2　有源負載差動放大器

3.7.3　單端輸出差動放大器

3.8　放大器的頻率特性

3.8.1　共源放大器

3.8.2　源極跟隨器

3.8.3　共源共柵放大器

3.8.4　差動放大器

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第4章　運算放大器

4.1運算放大器的基本結(jié)構(gòu)

4.1.1概述

4.1.2普通兩級運算放大器

4.2穩(wěn)定性與相位補償

4.2.1閉環(huán)工作時的穩(wěn)定性

4.2.2相位補償方法

4.3運算放大器的性能參數(shù)

4.3.1直流或低頻特性

4.3.2高頻特性

4.3.3瞬態(tài)特性

4.3.4增益線性度

4.3.5兩級運算放大器設(shè)計

4.4高性能運算放大器

4.4.1套筒式共源共柵運算放大器

4.4.2折疊式共源共柵運算放大器

4.4.3高增益運算放大器

4.4.4軌對軌運算放大器

4.4.5全差動運算放大器

4.4.6微功耗運算放大器

4.5輸出級電路

4.5.1輸出級電路的類型

4.5.2源極跟隨器輸出級

4.5.3甲乙類共源輸出級

4.5.4低功耗輸出級

4.6運算放大器的性能解析

4.6.1DC特性解析

4.6.2AC特性解析

4.6.3瞬態(tài)特性解析

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第5章基準電壓與電流

5.1MOS管型基準源

5.1.1MOS管型分壓器

5.1.2改進的MOS管型基準源

5.2二極管型基準源

5.2.1與CMOS工藝兼容的雙極型晶體管和二極管

5.2.2具有負溫度系數(shù)的基準源

5.2.3具有正溫度系數(shù)的基準源

5.2.4帶隙基準電壓源

5.2.5高精度電流源

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第6章噪聲

6.1器件噪聲模型

6.1.1電阻

6.1.2場效應(yīng)管

6.1.3二極管

6.2電路噪聲性能

6.2.1共源放大器

6.2.2共柵放大器

6.2.3源極跟隨器

6.2.4共源共柵放大器

6.2.5差分放大器

6.2.6CMOS運算放大器

6.3光纖前置放大器電路噪聲分析舉例

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第7章開關(guān)電容電路

7.1開關(guān)電容電路的基本原理

7.2開關(guān)電容放大器

7.3開關(guān)電容積分器

7.4開關(guān)電容濾波器

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第8章數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

8.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本工作原理

8.1.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本工作原理

8.1.2靜態(tài)性能指標

8.1.3動態(tài)性能指標

8.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要類型

8.2.1電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器

8.2.2電壓型數(shù)模轉(zhuǎn)換器

8.2.3電荷型數(shù)模轉(zhuǎn)換器

8.2.4分段數(shù)模轉(zhuǎn)換器

8.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本工作原理

8.3.1基本工作原理

8.3.2理想ADC轉(zhuǎn)換特性

8.3.3靜態(tài)性能指標

8.3.4動態(tài)性能指標

8.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要類型

8.4.1全并行(或快閃)A/D轉(zhuǎn)換器

8.4.2多級A/D轉(zhuǎn)換器

8.4.3逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器

8.4.4流水線A/D轉(zhuǎn)換器

8.4.5內(nèi)插A/D轉(zhuǎn)換器

8.4.6折疊A/D轉(zhuǎn)換器

8.5過采樣轉(zhuǎn)換器

8.5.1ΣΔ調(diào)制器的原理

8.5.2ΣΔ調(diào)制器的結(jié)構(gòu)類型

8.6本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第9章振蕩器

9.1振蕩器的類型

9.2振蕩器的起振條件

9.3環(huán)形振蕩器

9.4環(huán)形壓控振蕩器

9.4.1大信號特性

9.4.2小信號增益

9.4.3頻率響應(yīng)

9.4.4延遲的計算

9.4.5幾種可調(diào)延時的方法[2]

9.5LC振蕩器

9.6LC壓控振蕩器

9.7LC壓控振蕩器結(jié)構(gòu)舉例

9.8本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第10章鎖相環(huán)

10.1鎖相環(huán)基本單元

10.1.1鑒相器

10.1.2低通濾波器

10.1.3壓控振蕩器

10.2基本鎖相環(huán)的線性模型

10.3電荷泵鎖相環(huán)

10.3.1頻率檢測的引入

10.3.2PFD和電荷泵

10.3.3電荷泵鎖相環(huán)的線性模型

10.4鎖相環(huán)的跟蹤與捕獲

10.4.1靜態(tài)跟蹤

10.4.2捕獲鎖定

10.5鎖相環(huán)電路的噪聲

10.5.1定時抖動與相位噪聲

10.5.2鎖相環(huán)相位噪聲

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

附錄CMOS工藝技術(shù)

本書的讀者應(yīng)具備電路和信號方面的基礎(chǔ)知識，如果讀者還具備半導(dǎo)體物理方面的知識，則更容易理解本書的內(nèi)容。

本書是作者結(jié)合自己多年的科研實踐，在參考國內(nèi)外同類教材的基礎(chǔ)上，精心編著而成的。

全書共分10章，其中前6章介紹CMOS元器件和基本單元電路的基礎(chǔ)知識，后4章介紹它們的典型應(yīng)用，包括開關(guān)電容電路、ADC與DAC、振蕩器以及鎖相環(huán)。

本書可供微電子與集成電路設(shè)計專業(yè)的研究生以及高年級本科生作為教材使用（大約需要60學(xué)時），也可供模擬集成電路設(shè)計工程師參考。

本書可供微電子與集成電路設(shè)計專業(yè)的研究生以及高年級本科生作為教材使用（大約需要60學(xué)時），也可供模擬集成電路設(shè)計工程師參考。

《CMOS模擬集成電路設(shè)計》（第2版）（英文版）是模擬集成電路設(shè)計課的一本經(jīng)典教材。全書共分5個部分。主要介紹了模擬集成電路設(shè)計的背景知識、基本MOS半導(dǎo)體制造工藝、CMOS技術(shù)、CMOS器件建模，MOS開關(guān)、MOS二極管、有源電阻、電流阱和電流源等模擬CMOS分支電路，以及反相器、差分放大器、共源共柵放大器、電流放大器、輸出放大器等CMOS放大器的原理、特性、分析方法和設(shè)計，CM0S運算放大器、高性能CMOS運算放大器、比較器，開關(guān)電容電路、D/A和A/D變換器等CMOS模擬系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計和模擬等內(nèi)容。

該書可作為高等學(xué)校電子工程、微電子學(xué)、計算機科學(xué)、電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)等專業(yè)的的教科書，以及有關(guān)專業(yè)的選修課教材或研究生教材、教學(xué)參考書；也可作為在職的模擬集成電路設(shè)計工程師或與模擬集成電路設(shè)計有關(guān)的工程師的進修教材或工程設(shè)計參考書。

期待多年之后，備受尊敬的兩位作者Phillip E. Allen和Douglas R.Holberg又為讀者奉上了經(jīng)典教材《CMOS模擬集成電路設(shè)》的第二版。作者從CMOS技術(shù)的前沿出發(fā)，將他們豐富的實踐經(jīng)驗與教學(xué)經(jīng)驗相結(jié)合，對CMOS模似電路設(shè)計的原理和技術(shù)給出了深入和詳盡的論述，本書有兩個主要目標：

將理論和實踐完美結(jié)事，在內(nèi)容處理上既不膚淺也不拘泥于細節(jié)；

使讀者能夠應(yīng)用層次化設(shè)計的方法進行模擬集成電路設(shè)計；

第二版中講到的多數(shù)技術(shù)和原理在過去的十年中已經(jīng)介紹給了工業(yè)界的讀者，他們提出的問題和需求對本書的修訂起了很大的作用，從而使新版教材成為更有價值的工程技術(shù)人員的參考書。

本書的特點是獨特的設(shè)計方法，該方法可使讀者一步一步地經(jīng)歷創(chuàng)建實際電路的過程，并能夠分析復(fù)雜的設(shè)計問題。本書詳細計論了容易被忽略的問題，同時有意識地談化了雙極型模擬電路，因為CMOS是模擬集成電路設(shè)計的主流工藝。本書適用于具有一定基礎(chǔ)電子學(xué)背景知識的高年級本科生和研究生，這些知識主要包括：偏置、建模、電路分析和頻率響應(yīng)。本書提供了一個完整的設(shè)計流程圖，使讀者能夠用CMOS技術(shù)完成模擬電路設(shè)計。

第一章 緒論

1.1 模擬集成電路設(shè)計

1.2 字符、符號和術(shù)語

1.3 模擬信號處理

1.4 VLSI混合信號電路設(shè)計模擬舉例

1.5 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第二章 CMOS技術(shù)

mos管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

2.1 基本MOS半導(dǎo)體制造工藝

2.2 PN結(jié)

2.3 COM晶體管

2.4 無源元件

2.5 關(guān)于CMOS技術(shù)的其他考慮

2.6 集成電路版圖

2.7 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第三章 CMOS器件模型

3.1 簡單的MOS大信號模型

3.2 其他MOS管大信號模型的參數(shù)

3.3 MOS管的小信號模型

3.4 計算機仿真模型

3.5 亞閾值電壓區(qū)MOS模型

3.6 MOS電路的SPICE模擬

3.7 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第四章 模擬CMOS子電路

4.1 MOS開關(guān)

4.2 MOS二極管/有源電阻

二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

4.3 電流漏和電流源

4.4 電流鏡

4.5 基準電流和電壓

4.6 帶隙基準

4.7 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第五章 CMOS放大器

運放是運算放大器的簡稱。在實際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運放是以單片的形式存在。現(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。

5.1 反相器

5.2 差分放大器

5.3 共源共柵放大器

5.4 電流放大器

5.5 輸出放大器

5.6 商增益放大器結(jié)構(gòu)

5.7 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第六章 CMOS運算放大器

6.1 CMOS運算放大器設(shè)計

6.2 運算放大器的補償

6.3 兩級運算放大器設(shè)計

6.4 兩級運算放大器的電源抑制比

6.5 共源共柵運算放大器

6.6 運算放大器的仿真與測量

6.7 運算放大器的宏模型

6.8 小結(jié)

習(xí)題

參考文獻

第七章 高性能CMOS運算放大器

……

第八章 比較器

第九章 開關(guān)電容電路

第十章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器