本書是作者結(jié)合多年的集成電路科研實(shí)踐以及“模擬集成電路設(shè)計(jì)”等課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并參考國內(nèi)外同類教材的基礎(chǔ)上，精心編著而成的。本書基于現(xiàn)代CMOS工藝，從電路元器件出發(fā)，詳細(xì)分析了各種典型模擬CMOS集成電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法，并引入大量的工程設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)模擬集成電路的研究和設(shè)計(jì)具有較高的學(xué)術(shù)和工程實(shí)用價(jià)值。本書還具有通俗易懂、便于自學(xué)的特點(diǎn)。全書共分10章，其中前8章介紹CMOS元器件以及經(jīng)典模擬集成電路模塊的基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，后2章介紹它們的具體應(yīng)用，包括時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路。本書可供微電子與集成電路（或集成電路科學(xué)與工程）專業(yè)的本科生以及研究生作為教材使用（理論教學(xué)大約需要60學(xué)時(shí)），也可供模擬集成電路設(shè)計(jì)工程師參考。本書的讀者應(yīng)具備“電路分析基礎(chǔ)”以及“信號(hào)與系統(tǒng)”等方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如果讀者還具備“半導(dǎo)體物理和器件”以及“集成電路制造工藝”等方面的專業(yè)知識(shí)，則更容易理解本書的內(nèi)容。
魏廷存，博士，教授。1994年10月~1999年03月：（日本）東北大學(xué)（Tohoku University），工學(xué)部，電氣通信工程專業(yè)，博士研究生，獲工學(xué)博士學(xué)位；1999年04月~2000年03月：（日本）東北電力株式會(huì)社，研究開發(fā)中心，特別研究員；2000年04月~2003年09月：（日本）凸版印刷株式會(huì)社，技術(shù)設(shè)計(jì)中心，高級(jí)系統(tǒng)工程師；2003年10月~2019年03月： 西北工業(yè)大學(xué)，計(jì)算機(jī)學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師；2019年03月~今： 西北工業(yè)大學(xué)，微電子學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師。參加的學(xué)術(shù)組織及任職：IEEE會(huì)員，計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)會(huì)員。個(gè)人榮譽(yù)：西安市"5211計(jì)劃”市級(jí)引進(jìn)人才計(jì)劃。所承擔(dān)過的重點(diǎn)科研或教研項(xiàng)目及在項(xiàng)目中所承擔(dān)的工作：①基于數(shù)字校正的AM-OLED驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化， 2011年陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目；②基于δ算子的高頻數(shù)字DC-DC變換器控制律研究，2013年度國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目。出版著作情況：《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社，2010年3月。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 集成電路的發(fā)展歷史及趨勢(shì) 1
1.2 模擬集成電路的功能及應(yīng)用領(lǐng)域 3
1.2.1 電源管理電路 3
1.2.2 驅(qū)動(dòng)電路 4
1.2.3 模擬-數(shù)字接口電路 4
1.2.4 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路 5
1.2.5 射頻集成電路 6
1.2.6 有源濾波器 6
1.2.7 電子成像及傳感器電路 7
1.2.8 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器電路 7
1.3 模擬集成電路與數(shù)字集成電路的區(qū)別 8
1.4 模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程 9
1.5 HSpice仿真簡介 11
本章小結(jié) 13
第2章 元器件及其模型 14
2.1 pn結(jié)與二極管 14
2.1.1 pn結(jié)的形成 15
2.1.2 pn結(jié)的特性 16
2.1.3 二極管 19
2.2 雙極型晶體管 22
2.2.1 結(jié)構(gòu)及工藝實(shí)現(xiàn) 22
2.2.2 基本工作原理 23
2.2.3 大信號(hào)模型 26
2.2.4 小信號(hào)模型 28
2.3 CMOS器件 32
2.3.1 物理結(jié)構(gòu) 32
2.3.2 電路符號(hào) 34
2.3.3 版圖設(shè)計(jì) 34
2.3.4 工作原理 35
2.3.5 大信號(hào)模型 37
2.3.6 二級(jí)效應(yīng) 43
2.3.7 小信號(hào)模型 46
2.3.8 寄生電容 48
2.3.9 閂鎖效應(yīng) 52
2.3.10 傳輸門電路 54
2.3.11 短溝道效應(yīng) 56
2.4 電阻 56
2.4.1 方塊電阻 56
2.4.2 多晶硅電阻 57
2.4.3 n阱電阻 59
2.4.4 擴(kuò)散電阻 59
2.4.5 金屬電阻 60
2.4.6 電阻模型 60
2.5 電容 60
2.5.1 平板電容的結(jié)構(gòu) 60
2.5.2 傳統(tǒng)電容 61
2.5.3 CMOS電容 62
2.5.4 金屬-金屬電容 64
2.5.5 電容模型 64
2.6 混合電壓CMOS工藝 65
本章小結(jié) 66
附錄A：CMOS工藝技術(shù)簡介 66
附錄B：CMOS傳輸門的導(dǎo)通電阻仿真 68
參考文獻(xiàn) 69
習(xí)題 70
第3章 單級(jí)放大器 74
3.1 電流鏡 74
3.1.1 電流鏡的結(jié)構(gòu) 75
3.1.2 電流鏡的誤差 76
3.1.3 電流鏡的小信號(hào)等效電路 78
3.2 共源放大器 79
3.2.1 電阻負(fù)載共源放大器 79
3.2.2 二極管負(fù)載共源放大器 84
3.2.3 電流鏡負(fù)載共源放大器 87
3.2.4 推挽放大器 91
3.3 源極跟隨器 92
3.4 共柵放大器 95
3.5 共源共柵電流鏡 97
3.5.1 普通共源共柵電流鏡 98
3.5.2 寬擺幅共源共柵電流鏡 99
3.5.3 共源共柵電流鏡的輸出電阻 100
3.6 共源共柵放大器 101
3.6.1 套筒式共源共柵放大器 101
3.6.2 折疊式共源共柵放大器 104
3.7 放大器的頻率特性 107
3.7.1 共源放大器 108
3.7.2 源極跟隨器 111
3.7.3 共源共柵放大器 113
本章小結(jié) 114
參考文獻(xiàn) 115
習(xí)題 115
第4章 運(yùn)算放大器 121
4.1 差動(dòng)放大器 121
4.1.1 電阻負(fù)載差動(dòng)放大器 121
4.1.2 有源負(fù)載差動(dòng)放大器 126
4.1.3 單端輸出差動(dòng)放大器 129
4.1.4 差動(dòng)放大器的頻率特性 132
4.2 運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu) 133
4.2.1 概述 133
4.2.2 普通兩級(jí)運(yùn)算放大器 134
4.3 穩(wěn)定性與相位補(bǔ)償 137
4.3.1 閉環(huán)工作時(shí)的穩(wěn)定性 137
4.3.2 相位補(bǔ)償方法 140
4.4 運(yùn)算放大器的性能分析 150
4.4.1 直流或低頻特性 150
4.4.2 高頻特性 154
4.4.3 瞬態(tài)特性 155
4.4.4 增益線性度 159
4.5 運(yùn)算放大器的性能仿真 159
4.5.1 DC特性仿真 159
4.5.2 AC特性仿真 162
4.5.3 瞬態(tài)特性仿真 166
4.6 兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)實(shí)例 167
本章小結(jié) 172
參考文獻(xiàn) 172
習(xí)題 173
第5章 高性能運(yùn)算放大器 177
5.1 套筒式共源共柵運(yùn)算放大器 177
5.2 折疊式共源共柵運(yùn)算放大器 181
5.3 高增益運(yùn)算放大器 185
5.4 軌對(duì)軌運(yùn)算放大器 188
5.5 差動(dòng)輸入-差動(dòng)輸出運(yùn)算放大器 192
5.6 微功耗運(yùn)算放大器 198
5.7 輸出級(jí)電路 199
5.7.1 輸出級(jí)電路的類型 199
5.7.2 源極跟隨器輸出級(jí) 200
5.7.3 甲乙類共源輸出級(jí) 202
5.7.4 低功耗輸出級(jí) 206
5.7.5 運(yùn)算放大器的輸出電阻分析和仿真 207
本章小結(jié) 209
參考文獻(xiàn) 209
習(xí)題 210
第6章 比較器 213
6.1 比較器的電路符號(hào)與理想特性 213
6.2 比較器的性能參數(shù) 214
6.2.1 精度 214
6.2.2 輸入失調(diào)電壓 214
6.2.3 傳輸時(shí)延 215
6.2.4 比較器的其他性能參數(shù) 215
6.3 比較器的結(jié)構(gòu)與電路實(shí)例 216
6.3.1 開環(huán)運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器 216
6.3.2 預(yù)放大器+鎖存器結(jié)構(gòu) 218
6.3.3 反相器型比較器 219
6.4 比較器的失調(diào)電壓校正技術(shù) 221
6.4.1 輸入失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù) 222
6.4.2 輸出失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù) 223
6.4.3 改進(jìn)的輸出失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù) 224
6.5 遲滯比較器 227
6.5.1 外部正反饋遲滯比較器 228
6.5.2 內(nèi)部正反饋遲滯比較器 230
本章小結(jié) 236
參考文獻(xiàn) 236
習(xí)題 236
第7章 基準(zhǔn)電壓與電流 239
7.1 MOS管型基準(zhǔn)源 239
7.1.1 MOS管型分壓電路 239
7.1.2 自偏置MOS管型基準(zhǔn)源 241
7.2 二極管型基準(zhǔn)源 246
7.2.1 與CMOS工藝兼容的雙極型晶體管和等效二極管 246
7.2.2 具有負(fù)溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源 248
7.2.3 具有正溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源 249
7.2.4 帶隙基準(zhǔn)電壓 250
7.2.5 高精度基準(zhǔn)電流源 254
7.3 基準(zhǔn)電壓調(diào)節(jié)電路 255
7.3.1 同相輸入比例放大器 256
7.3.2 電荷泵電路 256
7.3.3 線性穩(wěn)壓電源 258
7.3.4 開關(guān)穩(wěn)壓電源 259
本章小結(jié) 260
參考文獻(xiàn) 261
習(xí)題 261
第8章 電路噪聲 265
8.1 電路噪聲的性質(zhì)與表征 265
8.2 電路的信噪比 267
8.3 電路元器件的噪聲及其電學(xué)模型 267
8.3.1 電阻 267
8.3.2 CMOS管 268
8.3.3 CMOS開關(guān) 271
8.4 電路噪聲性能分析 273
8.4.1 共源放大器 273
8.4.2 共柵放大器 274
8.4.3 源極跟隨器 275
8.4.4 共源共柵放大器 276
8.4.5 差動(dòng)放大器 278
8.4.6 運(yùn)算放大器 279
8.4.7 電流鏡電路 281
8.5 低噪聲折疊式共源共柵放大器的設(shè)計(jì)實(shí)例 281
本章小結(jié) 283
參考文獻(xiàn) 284
習(xí)題 284
第9章 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路 287
9.1 電容充放電振蕩器 287
9.1.1 反相器環(huán)型振蕩器 287
9.1.2 RC振蕩器 289
9.1.3 窗口比較式振蕩器 291
9.2 鎖相環(huán) 293
9.2.1 鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 293
9.2.2 鎖相環(huán)的小信號(hào)電路模型 297
9.2.3 鎖相環(huán)的跟蹤與捕獲 300
9.2.4 鎖相環(huán)的性能參數(shù) 301
9.2.5 鎖相環(huán)的應(yīng)用 302
9.3 延遲鎖相環(huán) 304
9.3.1 模擬延遲鎖相環(huán) 304
9.3.2 數(shù)字延遲鎖相環(huán) 306
本章小結(jié) 311
參考文獻(xiàn) 311
習(xí)題 311
第10章 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路 314
10.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù) 314
10.1.1 ADC的分辨率和量化誤差 315
10.1.2 ADC的靜態(tài)誤差 316
10.1.3 ADC的動(dòng)態(tài)誤差 319
10.2 典型的ADC電路 321
10.2.1 并行式ADC 322
10.2.2 兩步式ADC 322
10.2.3 流水線ADC 323
10.2.4 逐次逼近ADC 333
10.2.5 積分型ADC 340
10.2.6 威爾金森ADC 341
10.2.7 過采樣ADC 342
10.3 ADC的性能仿真與測(cè)試 352
10.3.1 靜態(tài)性能的仿真與測(cè)試 353
10.3.2 動(dòng)態(tài)性能的仿真與測(cè)試 353
10.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本性能 355
10.4.1 DAC的靜態(tài)誤差 356
10.4.2 DAC的動(dòng)態(tài)誤差 358
10.5 典型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路 359
10.5.1 梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 359
10.5.2 二進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 360
10.5.3 R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 361
10.5.4 電流舵DAC 362
10.5.5 電容型DAC 363
本章小結(jié) 364
參考文獻(xiàn) 364
習(xí)題 365
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