CMOS模擬集成電路

第1章緒論

1.1模擬電路與數(shù)字電路

1.2電路抽象層次

1.3模擬集成電路設(shè)計(jì)

1.4符號(hào)標(biāo)記法

1.5本章小結(jié)

第2章MOSFET器件及模型

2.1引言

2.2MOSFET器件結(jié)構(gòu)

2.2.1MOSFET器件

2.2.2CMOS

2.3MOSFET器件I/V特性

2.3.1工作區(qū)

2.3.2輸出特性和轉(zhuǎn)移特性

2.3.3溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)

2.3.4體效應(yīng)

2.3.5亞閾值導(dǎo)通效應(yīng)

2.4MOSFET器件模型

2.4.1MOSFET器件的大信號(hào)模型

2.4.2MOSFET器件的小信號(hào)模型

2.4.3MOSFET器件的噪聲模型

2.4.4MOSFET器件的SPICE模型

2.5MOSFET電路的SPICE仿真

2.5.1SPICE仿真基本描述

2.5.2SPICE中的基本仿真

2.6本章小結(jié)

習(xí)題

第3章CMOS電流源與電流鏡

3.1引言

3.2MOSFET電流源

3.2.1簡(jiǎn)單電流源

3.2.2共源共柵電流源

3.3MOS電流鏡

3.3.1基本電流鏡

3.3.2共源共柵電流鏡

3.3.3大擺幅的共源共柵電流鏡

3.3.4威爾遜電流鏡

3.4本章小結(jié)

習(xí)題

第4章基準(zhǔn)源

4.1引言

4.2電壓基準(zhǔn)源

4.2.1分壓型電壓基準(zhǔn)源

4.2.2有源電壓基準(zhǔn)源

4.2.3帶隙基準(zhǔn)源

4.3電流基準(zhǔn)源

4.3.1基于電流鏡的簡(jiǎn)單基準(zhǔn)源

4.3.2與電源無(wú)關(guān)的電流基準(zhǔn)源

4.3.3PTAT電流基準(zhǔn)源

4.4本章小結(jié)

習(xí)題

第5章CMOS單級(jí)放大器

5.1引言

5.2放大器基本分析方法

5.2.1電壓增益

5.2.2放大器非線性

5.3共源極放大器

5.3.1采用電阻負(fù)載的共源極放大器

5.3.2二極管連接MOS晶體管負(fù)載的共源極放大器

5.3.3采用電流源負(fù)載的共源極放大器

5.3.4CMOS推挽放大器

5.4共漏極放大器

5.5共柵極放大器

5.6共源共柵放大器

5.7本章小結(jié)

習(xí)題

第6章CMOS差分放大器

6.1引言

6.2差分工作方式

6.3基本MOS差分對(duì)

6.3.1大信號(hào)分析

6.3.2小信號(hào)分析

6.4共模響應(yīng)

6.5采用有源負(fù)載的差分對(duì)

6.5.1采用電流源負(fù)載的差分對(duì)

6.5.2采用二極管連接的MOS負(fù)載的差分對(duì)

6.5.2采用MOS電流鏡負(fù)載的差分對(duì)

6.6本章小結(jié)

習(xí)題

第7章CMOS放大器的頻率響應(yīng)

7.1引言

7.2放大器的頻率響應(yīng)

7.2.1低通特性

7.2.2高通特性

7.2.3帶通特性

7.2.4伯德圖

7.3密勒定理

7.4頻率響應(yīng)分析方法

7.4.1傳遞函數(shù)的s域分析方法——高截止頻率

7.4.2傳遞函數(shù)的s域分析方法——低截止頻率

7.4.3密勒電容方法

7.4.4零值方法

7.4.5短路方法

7.5單端放大器的頻率響應(yīng)

7.5.1共源極放大器

7.5.2共漏極放大器

7.5.3共柵極放大器

7.5.4共源共柵放大器

7.6差分放大器的頻率響應(yīng)

7.6.1全差分放大器

7.6.2電流鏡作為負(fù)載的差分放大器

7.7本章小結(jié)

習(xí)題

第8章噪聲

8.1引言

8.2噪聲的表示

8.3噪聲類型及噪聲模型

8.3.1噪聲類型

8.3.2集成電路器件的噪聲模型

8.4電路中噪聲的計(jì)算

8.4.1相關(guān)噪聲源和非相關(guān)噪聲源

8.4.2等效輸入噪聲

8.4.3MOS晶體管中的等效輸入噪聲源

8.4.4噪聲帶寬

8.5基本放大器中的噪聲

8.5.1共源極放大器

8.5.2共漏極放大器

8.5.3共柵極放大器

8.5.4共源共柵放大器

8.6差分放大器中的噪聲

8.7本章小結(jié)

習(xí)題

第9章反饋

9.1引言

9.2理想反饋

9.3反饋電路的特性

9.3.1增益靈敏度的降低

9.3.2輸入輸出阻抗的變化

9.3.3頻率響應(yīng)的變化

9.3.4線性度的提高

9.4反饋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

9.5反饋結(jié)構(gòu)

9.5.1串聯(lián)并聯(lián)反饋

9.5.2串聯(lián)串聯(lián)反饋

9.5.3并聯(lián)并聯(lián)反饋

9.5.4并聯(lián)串聯(lián)反饋

9.6實(shí)際反饋結(jié)構(gòu)和負(fù)載的影響

9.6.1實(shí)際串聯(lián)并聯(lián)反饋

9.6.2實(shí)際串聯(lián)串聯(lián)反饋

9.6.3實(shí)際并聯(lián)并聯(lián)反饋

9.6.4實(shí)際并聯(lián)串聯(lián)反饋

9.7反饋對(duì)噪聲的影響

9.8反饋電路的分析與設(shè)計(jì)

9.8.1反饋關(guān)系

9.8.2反饋放大器的分析

9.8.3反饋放大器的設(shè)計(jì)

本章小結(jié)

習(xí)題

第10章CMOS運(yùn)算放大器

10.1引言

10.2運(yùn)算放大器性能參數(shù)

10.2.1增益

10.2.2頻率特性

10.2.3輸入電阻和輸出電阻

10.2.4輸入失調(diào)電壓

10.2.5共模輸入范圍

10.2.6共模抑制比

10.2.7電源抑制比

10.3單級(jí)CMOS運(yùn)算放大器

10.3.1基本的單級(jí)運(yùn)算放大器

10.3.2套筒式共源共柵運(yùn)算放大器

10.3.3折疊式共源共柵運(yùn)算放大器

10.4二級(jí)CMOS運(yùn)算放大器

10.4.1基本的二級(jí)運(yùn)算放大器

10.4.2采用共源共柵的二級(jí)運(yùn)算放大器

10.5CMOS運(yùn)算放大器輸出級(jí)

10.5.1輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)分類

10.5.2共漏極A類輸出級(jí)

10.5.3AB類推挽輸出級(jí)

10.6全差分運(yùn)算放大器與共模反饋

10.6.1全差分放大器的特性

10.6.2共模反饋

10.7轉(zhuǎn)換速率

本章小結(jié)

習(xí)題

第11章穩(wěn)定性與頻率補(bǔ)償

11.1引言

11.2穩(wěn)定性分析

11.2.1穩(wěn)定性問(wèn)題

11.2.2閉環(huán)極點(diǎn)和穩(wěn)定性

11.2.3環(huán)路增益和奈奎斯特穩(wěn)定準(zhǔn)則

11.2.4增益裕度和相位裕度

11.2.5相位裕度的影響

11.2.6采用伯德圖的穩(wěn)定性分析

11.3補(bǔ)償技術(shù)

11.3.1增加主極點(diǎn)

11.3.2改變主極點(diǎn)

11.3.3密勒補(bǔ)償和極點(diǎn)分裂

本章小結(jié)

習(xí)題

第12章比較器

12.1引言

12.2比較器的特性

12.3比較器與運(yùn)算放大器

12.4比較器的閾值

12.5比較器結(jié)構(gòu)

12.5.1采用運(yùn)放的比較器

12.5.2推挽輸出的比較器

12.5.3基于鎖存器結(jié)構(gòu)的比較器

12.5.4級(jí)聯(lián)比較器

12.5.5離散時(shí)間比較器

12.6遲滯比較器

12.6.1反相遲滯比較器

12.6.2同相遲滯比較器

12.6.3帶參考電壓的遲滯比較器

12.6.4遲滯對(duì)輸出電壓的影響

12.7失調(diào)消除

12.7.1輸出失調(diào)消除

12.7.2輸入失調(diào)消除

12.7.3輔助放大器失調(diào)消除

12.8本章小結(jié)

習(xí)題

第13章開關(guān)電容電路

13.1引言

13.2基本開關(guān)電容

13.3開關(guān)電容電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

13.4基本單元

13.4.1運(yùn)算放大器

13.4.2電容

13.4.3開關(guān)

13.4.4不交疊時(shí)鐘

13.5開關(guān)電容放大器

13.6開關(guān)電容積分器

13.7開關(guān)電容電路的z域信號(hào)流圖

13.8開關(guān)電容濾波器

13.9本章小結(jié)

習(xí)題

第14章DAC和ADC電路

14.1引言

14.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

14.2.1DAC的基本特性

14.2.2DAC的典型結(jié)構(gòu)

14.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

14.3.1ADC的基本特性

14.3.2ADC的典型結(jié)構(gòu)

14.4本章小結(jié)

習(xí)題

第15章模擬集成電路的版圖設(shè)計(jì)

15.1引言

15.2MOS晶體管

15.3對(duì)稱性

15.4無(wú)源器件

15.4.1電阻

15.4.2電容

15.4.3電感

15.5連線

15.6噪聲及干擾

15.7本章小結(jié)

習(xí)題參考答案及解析

參考文獻(xiàn)

本書闡述CMOS集成電路分析與設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)： 主要介紹CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)的背景、MOS器件物理及建模等相關(guān)知識(shí)； 分析電流源、電流鏡和基準(zhǔn)源，以及共源極、共漏極、共柵極和共源共柵極等基本放大器結(jié)構(gòu)、原理、分析與設(shè)計(jì)技術(shù)； 同時(shí)分析電路的頻率、噪聲等特性，并進(jìn)一步討論運(yùn)算放大器、反饋結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性和頻率補(bǔ)償； 然后討論開關(guān)電容電路、比較器，進(jìn)而介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理； 最后討論與CMOS模擬集成電路相關(guān)的版圖設(shè)計(jì)技術(shù)。 本書可作為高等院校電子信息類本科生和研究生教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域工程師的參考用書 。

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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)CMOS模似電路設(shè)計(jì)的原理和技術(shù)給出了深入和詳盡的論述，本書有兩個(gè)主要目標(biāo)：

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

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

第二版中講到的多數(shù)技術(shù)和原理在過(guò)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(wèn)題和需求對(duì)本書的修訂起了很大的作用，從而使新版教材成為更有價(jià)值的工程技術(shù)人員的參考書。

本書的特點(diǎn)是獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法，該方法可使讀者一步一步地經(jīng)歷創(chuàng)建實(shí)際電路的過(guò)程，并能夠分析復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題。本書詳細(xì)計(jì)論了容易被忽略的問(wèn)題，同時(shí)有意識(shí)地談化了雙極型模擬電路，因?yàn)镃MOS是模擬集成電路設(shè)計(jì)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(shí)的高年級(jí)本科生和研究生，這些知識(shí)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(gè)完整的設(shè)計(jì)流程圖，使讀者能夠用CMOS技術(shù)完成模擬電路設(shè)計(jì)。

《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》（第2版）（英文版）是模擬集成電路設(shè)計(jì)課的一本經(jīng)典教材。全書共分5個(gè)部分。主要介紹了模擬集成電路設(shè)計(jì)的背景知識(shí)、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(jì)，CM0S運(yùn)算放大器、高性能CMOS運(yùn)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(jì)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(jì)算機(jī)科學(xué)、電機(jī)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(jì)工程師或與模擬集成電路設(shè)計(jì)有關(guān)的工程師的進(jìn)修教材或工程設(shè)計(jì)參考書。

本書分析了CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)理論與技術(shù),全書由18章組成。從CMOS集成電路的工藝著手,介紹了CMOS模擬集成電路的基礎(chǔ),即MOS器件物理以及高階效應(yīng),然后分別介紹了模擬集成電路中的各種電路模塊:基本放大器、恒流源電路、差分放大器、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源、開關(guān)電容電路、集成電壓比較器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換與模/數(shù)轉(zhuǎn)換以及振蕩器與鎖相環(huán)等。另外,在第6章、第7章與第10章中還特別介紹了CMOS模擬集成電路的頻率響應(yīng)、穩(wěn)定性、運(yùn)算放大器的頻率補(bǔ)償及其反饋電路特性,在第8章與第12章中還分析了噪聲與非線性。

本書作為CMOS模擬集成電路的教材,可供本科生高年級(jí)與研究生使用,也可供從事相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員參考。