數(shù)字集成電路--電路

上篇 電路原理

第一章電路的基本概念及基本定律

第二章直流電路的基本分析方法

第三章三項(xiàng)正弦交流電路

第四章三相交流電路

第五章線形電路中的過渡過程

中篇 模擬電路

第六章半導(dǎo)體二極管和三極管

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(gè)PN結(jié)兩個(gè)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(gè)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(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)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。

半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。

第七章放大電路基礎(chǔ)

第八章放大電路中的負(fù)反饋

反饋又稱回饋，是控制論的基本概念，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程。反饋可分為負(fù)反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。對(duì)負(fù)反饋的研究是控制論的核心問題。另外有電流負(fù)反饋的理論。

第九章繼承運(yùn)算放大器

第十章震蕩電路2100433B

這本習(xí)題全解的內(nèi)容分為三大部分:電路原理習(xí)題解析，模擬電子電路習(xí)題解析和數(shù)字集成電路習(xí)題解析.電路原理習(xí)題解析內(nèi)容包括電路的基本概念及基本定律，直流電路的基本分析方法，單相正弦交流電路，三相交流電路和線性電路中的過渡過程.模擬電子電路習(xí)題解析內(nèi)容包括半導(dǎo)體二極管和三極管，放大電路基礎(chǔ)，放大電路中的負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器，振蕩電路，功率放大器和直流穩(wěn)壓電源.數(shù)字集成電路習(xí)題解析內(nèi)容包括邏輯代數(shù)基礎(chǔ)與基本邏輯門電路，集成邏輯門電路，組合邏輯電路，觸發(fā)器，時(shí)序邏輯電路，存儲(chǔ)器，脈沖波形的產(chǎn)生與變換以及數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換等。

《數(shù)字集成電路:電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》：自《數(shù)字集成電路:電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)(第2版)》第一版于1996年出版以來，CMOS制造工藝?yán)^續(xù)以驚人的速度向前推進(jìn)，工藝特征尺寸越來越小，而電路也變得越來越復(fù)雜，這對(duì)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。器件在進(jìn)入深亞微米范圍后有了很大的不同，從而帶來了許多影響數(shù)字集成電路的成本、性能、功耗和可靠性的新問題?！稊?shù)字集成電路:電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)(第2版)》第二版反映了進(jìn)入深亞微米范圍后所引起的數(shù)字集成電路領(lǐng)域的深刻變化和新進(jìn)展，特別是深亞微米晶體管效應(yīng)、互連、信號(hào)完整性、高性能與低功耗設(shè)計(jì)、時(shí)序及時(shí)鐘分布等，起著越來越重要的作用。與第一版相比，這個(gè)版本更全面集中地介紹了CMOS集成電路。

數(shù)字集成電路產(chǎn)品的種類很多，若按電路結(jié)構(gòu)來分，可分成TTL和MOS 兩大系列。

TTL 數(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的，所以又叫做雙極性電路。MOS 數(shù)字集成電路是只用一種載流子導(dǎo)電的電路，其中用電子導(dǎo)電的稱為NMOS 電路;用空穴導(dǎo)電的稱為PMOS 電路:如果是用NMOS 及PMOS 復(fù)合起來組成的電路，則稱為CMOS 電路。

CMOS 數(shù)字集成電路與TTL 數(shù)字集成電路相比，有許多優(yōu)點(diǎn)，如工作電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，輸入阻抗高，成本低，等等。因而， CMOS 數(shù)字集成電路得到了廣泛的應(yīng)用。

數(shù)字集成電路品種繁多，包括各種門電路、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、編譯碼器、存儲(chǔ)器等數(shù)百種器件。數(shù)字集成電路產(chǎn)品的系列見下表 。

國家標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的規(guī)定，是完全參照世界上通行的型號(hào)制定的。國家標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)中的第一個(gè)字母"C" 代表中國;第二個(gè)字母"T" 代表TTL ， "C" 代表CMOS。CT 就是中國的TTL數(shù)字集成電路， CC 就是中國的CMOS 數(shù)字集成電路。其后的部分與國際通用型號(hào)完全一致。

自從美國加州大學(xué)伯克利分校的Jan M. Rabaey教授所著的《數(shù)字集成電路——電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》一書的第一版于1996年出版以來，一直深受國內(nèi)外廣大讀者（包括本科生、研究生、教師和工程技術(shù)人員）的歡迎。然而自那時(shí)侯起，CMOS的制造工藝?yán)^續(xù)以驚人的步伐前進(jìn)，目前已經(jīng)達(dá)到了前所未有的深亞微米的精度。進(jìn)入到深亞微米范圍后，器件特性的變化引起了一系列的問題，它影響到數(shù)字集成電路的可靠性、成本、性能以及功耗。對(duì)這些問題的深入討論是本書第二版（以0.25微米的CMOS工藝作為討論的基礎(chǔ)）與第一版（以1.2微米工藝作為討論的基礎(chǔ)）之間的主要區(qū)別?？紤]到MOS電路現(xiàn)已占有99%的數(shù)字集成電路市場份額，第二版刪去了第一版中有關(guān)雙極型和GaAs的內(nèi)容，從而完全集中在CMOS集成電路上。

第二版保留了第一版的寫作基本精神和編寫目的——在數(shù)字設(shè)計(jì)中建立起電路和系統(tǒng)之間的橋梁。不同于其他有關(guān)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的教科書，本書不是孤立地介紹“數(shù)字電路”、“數(shù)字系統(tǒng)”和“設(shè)計(jì)方法”，而是把這三者有機(jī)地結(jié)合起來。全書共12章，分為三部分：基本單元、電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在對(duì)MOS器件和連線的特性做了簡要的介紹之后，深入分析了數(shù)字設(shè)計(jì)的核心——反相器，并逐步將這些知識(shí)延伸到組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路（鎖存器與寄存器）、控制器、運(yùn)算電路（加法器、乘法器）以及存儲(chǔ)器這些復(fù)雜數(shù)字電路單元的設(shè)計(jì)。為了反映數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入深亞微米領(lǐng)域后正在發(fā)生的深刻變化，第二版增加了許多新的內(nèi)容，包括深亞微米器件效應(yīng)、電路最優(yōu)化、互連線建模和優(yōu)化、信號(hào)完整性、時(shí)序分析、時(shí)鐘分配、高性能和低功耗設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、對(duì)實(shí)際制造芯片的確認(rèn)和測試。在闡述所有這些內(nèi)容時(shí)都列舉了現(xiàn)今最先進(jìn)的設(shè)計(jì)例子，以著重說明深亞微米數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)和啟示。本書特別把設(shè)計(jì)方法學(xué)單獨(dú)列出并分插在有關(guān)的各章之后，以強(qiáng)調(diào)復(fù)雜電路設(shè)計(jì)者共同面臨的感興趣的問題，即起決定作用的設(shè)計(jì)參數(shù)是什么，設(shè)計(jì)的哪些部分需要著重考慮而哪些部分又可以忽略，此外還強(qiáng)調(diào)了在進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)一定要同時(shí)注意電路和系統(tǒng)兩方面的問題。每章后面都對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)給出了綜述和展望。通過這一獨(dú)特的介紹分析技術(shù)和綜合技術(shù)的方法，第二版最有效地為讀者帶來了處理復(fù)雜問題所需要的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)技能。

本書可作為高等院校電子科學(xué)與技術(shù)（包括微電子與光電子）、電子與信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生有關(guān)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方面課程的教科書。由于涉及面廣并且增加了當(dāng)前最先進(jìn)的內(nèi)容，也使這本教材成為對(duì)這一領(lǐng)域的工程技術(shù)人員非常有用的參考書。

本書在翻譯過程中得到了電子工業(yè)出版社的大力支持，得到了清華大學(xué)微電子學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)和多位教師的關(guān)心，特別是得到了朱鈞教授、賀祥慶教授、吳行軍副教授、李樹國副教授以及海燕、韋瑩、錢欣、郝效孟、陸自強(qiáng)、郭磊等多位老師的幫助與指正。我的博士研究生戴宏宇、張盛、王乃龍、楊騫、肖勇、張建良以及博士研究生董良等在完成譯稿過程中給予了我很大的支持。我的妻子金申美和女兒周曄不僅幫助翻譯修改了部分章節(jié)，而且完成了全部的文字輸入和文稿整理。在此一并深表謝意。

最后，本書雖經(jīng)仔細(xì)校對(duì)，但由于譯者水平有限，文中定會(huì)有不當(dāng)或欠妥之處，望讀者批評(píng)指正。2100433B