模擬集成電路與系統(tǒng)

前言

　　近年來，隨著CMOS工藝技術(shù)的發(fā)展和集成電路設(shè)計(jì)水平的提高，單個(gè)芯片上所集成的電路功能也越來越多、越來越復(fù)雜，集成電路向SoC（System-on-Chip）發(fā)展的趨勢(shì)也越來越明顯。這類高集成度的SoC芯片一般是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字、模擬甚至射頻混合信號(hào)集成系統(tǒng)，雖然模擬電路所占的芯片面積一般小于整個(gè)芯片面積的10％，但由于模擬電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，模擬集成電路部分的開發(fā)往往成為整個(gè)SoC系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵和瓶頸。與此趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，工業(yè)界對(duì)模擬集成電路設(shè)計(jì)人才有巨大的需求，而且隨著集成電路應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，這種需求在不久的將來還會(huì)逐漸增加?！　榱思涌炷M集成電路設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)，國內(nèi)出版社引進(jìn)了很多很好的國外教材，對(duì)提高我國模擬集成電路的教學(xué)水平起到了巨大的促進(jìn)作用。目前在國內(nèi)使用較為廣泛的教材包括B.Razavi編著的Design of Analog CMOS Integrated Circuits、P.R.Gray等編著的Analysis and Design of Analog Integrated Circuits（Fourth Edition）和P.E.Allen等編著的CMOS Analog Cir·fuit Desig咒（Second。Edition）等，這三本教材均成書于2001年到2002年間，而從2001年至今，模擬集成電路的設(shè)計(jì)水平和教學(xué)方式都發(fā)生了巨大的變革，它們已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在高等學(xué)校的教學(xué)需要。本書正是在這樣的背景下完成的，它以集成放大器的分析與設(shè)計(jì)為主線，按照“元器件一單元電路一電路模塊一模擬系統(tǒng)一后端設(shè)計(jì)與混合信號(hào)集成”的順序，堅(jiān)持理論分析與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合的思路討論模擬集成電路的基本概念、各種常用電路單元結(jié)構(gòu)及模擬集成電路的基本分析方法和工程設(shè)計(jì)流程。書中講述的主要概念和設(shè)計(jì)方法都盡量通過具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的設(shè)計(jì)實(shí)例加以解釋和說明，使讀者能夠舉一反三，獨(dú)立解決模擬集成電路設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題。通過本書的學(xué)習(xí)，讀者可以進(jìn)行模擬集成電路單元模塊和子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加深對(duì)模擬集成電路的分析方法和設(shè)計(jì)流程的了解和認(rèn)識(shí)?！　≡跀⑹鲋校緯匀娣治瞿M集成電路單元和系統(tǒng)的工程化設(shè)計(jì)方法為最終目標(biāo)，在介紹清楚基本概念和基本分析方法的基礎(chǔ)上，著重討論模擬集成電路設(shè)計(jì)中的各種考慮因素以及提高性能的措施，并以工業(yè)界廣泛使用的Gm／In。設(shè)計(jì)流程為例介紹各種基本電路單元的設(shè)計(jì)方法。

內(nèi)容概要

　　本書以集成放大器的分析與設(shè)計(jì)為主線，按照“元器件—單元電路—電路模塊—模擬系統(tǒng)—后端設(shè)計(jì)與混合信號(hào)集成”的順序，堅(jiān)持理論分析與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合的思路討論模擬集成電路的基本概念、各種常用電路單元結(jié)構(gòu)及模擬集成電路的基本分析方法和工程設(shè)計(jì)流程。本書以全面分析模擬集成電路單元和系統(tǒng)的工程化設(shè)計(jì)方法為最終目標(biāo)，在介紹清楚基本概念和基本分析方法的基礎(chǔ)上，著重討論模擬集成電路設(shè)計(jì)中的各種考慮因素以及提高性能的措施，并以工業(yè)界廣泛使用的Gm/ID設(shè)計(jì)流程為例介紹各種基本電路單元的設(shè)計(jì)方法。　　全書共12章，第1章介紹模擬集成電路的基本概況并復(fù)習(xí)模擬電路的基本分析方法，第2章討論模擬集成電路中各種元器件的基本特性，第3～5章討論基本單級(jí)放大器以及偏置電路的分析與設(shè)計(jì)方法并介紹模擬電路的噪聲分析方法和頻率響應(yīng)分析方法，第6章介紹模擬反饋系統(tǒng)的分析方法，第7～9章討論各種跨導(dǎo)放大器的分析與設(shè)計(jì)問題，第10章介紹各種雙極型模擬集成電路的基本特性，第11章討論模擬集成濾波器的設(shè)計(jì)方法，最后一章介紹模擬集成電路的后端設(shè)計(jì)及混合信號(hào)集成問題。　　全書自成體系，便于自學(xué)，可以作為高等學(xué)校工科微電子、電子工程、無線電、通信與電子系統(tǒng)等專業(yè)高年級(jí)本科生或研究生的教材，也可作為模擬集成電路與系統(tǒng)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　信號(hào)分類　1.2　集成電路與分立電路　1.3　電路分析與電路設(shè)計(jì)　1.4　模擬集成電路的應(yīng)用　1.5　模擬集成電路中的基本概念　1.6　放大器基礎(chǔ)　習(xí)題第2章　模擬集成電路中的元器件　2.1　MOS晶體管　2.2　雙極型晶體管　2.3　集成無源元件　習(xí)題第3章　單管放大器的分析與設(shè)計(jì)　3.1　電阻作負(fù)載的共源放大器　3.2　頻率響應(yīng)分析　3.3　噪聲　3.4　電阻作負(fù)載共源放大器的設(shè)計(jì)： 基于gm/ID的設(shè)計(jì)流程　3.5　有源負(fù)載共源放大器　3.6　源簡并共源放大器　3.7　共柵放大器（電流緩沖器）　3.8　共漏放大器（源極跟隨器）　3.9　各種單管放大器低頻小信號(hào)特性的比較　習(xí)題第4章　多管單級(jí)放大器　4.1　共源共柵放大器　4.2　差分放大器　習(xí)題第5章　電流鏡和參考源　5.1　電流鏡　5.2　參考源　5.3　能隙基準(zhǔn)源　5.4　恒溫電流源　5.5　參考源的響應(yīng)速度　習(xí)題第6章　反饋　6.1　負(fù)反饋的基本特性　6.2　反饋放大器的穩(wěn)定性　6.3　兩端口網(wǎng)絡(luò)分析法　6.4　Return Ratio分析法　6.5　環(huán)路增益的HSpice仿真　習(xí)題第7章　基本OTA的分析與設(shè)計(jì)　7.1　運(yùn)算跨導(dǎo)放大器與運(yùn)算放大器　7.2　基本單級(jí)OTA　7.3　基本兩級(jí)OTA　7.4　基本兩級(jí)OTA的頻率補(bǔ)償　7.5　基本兩級(jí)OTA的設(shè)計(jì)　7.6　放大器的瞬態(tài)階躍響應(yīng)　習(xí)題第8章　高性能OTA的分析與設(shè)計(jì)第9章　單端輸出的差分型放大器第10章　雙極型模擬集成電路第11章　模擬集成濾波器第12章　版圖設(shè)計(jì)、ESD防護(hù)和混合信號(hào)集成習(xí)題附錄A　0.35μm CMOS工藝庫文件（HSpice）附錄B　“模擬集成電路與系統(tǒng)”課程期中考試試題附錄C　“模擬集成電路與系統(tǒng)”課程期末考試試題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　本章首先介紹信號(hào)的分類，分析了模擬電路所處理信號(hào)與其他類型電路所處理信號(hào)的不同；接著討論集成電路與分立電路之間的區(qū)別和聯(lián)系，明確了集成電路的優(yōu)勢(shì)和不足；緊接著初步介紹了模擬集成電路的基本分析與設(shè)計(jì)流程，這部分內(nèi)容會(huì)在后文中詳細(xì)展開；然后回顧了模擬集成電路的一些典型應(yīng)用和模擬集成電路中涉及的基本概念以及模擬電路的分析方法，這些概念和分析方法是本書內(nèi)容的基礎(chǔ)；最后，借助于兩端口網(wǎng)絡(luò)等效模型，引入了描述放大器性能的幾個(gè)基本參量，并對(duì)它們的求取方法進(jìn)行了說明，隨著本書的展開，這些內(nèi)容將被逐步深化?！　?.1 信號(hào)分類　　根據(jù)信號(hào)在時(shí)間和幅度上是否連續(xù)，可以將各種電路所處理的信號(hào)分為三類：連續(xù)時(shí)間信號(hào)、離散時(shí)間信號(hào)和數(shù)字信號(hào)?！　∵B續(xù)時(shí)間信號(hào)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的，因此信號(hào)在一定時(shí)伺段內(nèi)的任何時(shí)刻均可以發(fā)生任意大小的變化，如圖1—1所示。模擬電路所處理的信號(hào)絕大部分屬于這種類型，這類電路在時(shí)域上一般采用微分方程來描述，并可通過拉普拉斯變換得到它的頻域特性?！　‰x散時(shí)間信號(hào)在幅度上是連續(xù)的，但在時(shí)間上是離散的，即信號(hào)只能在某些特殊的時(shí)刻才可以發(fā)生（任意大小的）變化，在其他時(shí)刻，信號(hào)值保持不變，如圖1—2所示。模擬電路中的一類特殊電路——開關(guān)電容電路——就是用來處理這類信號(hào)的。開關(guān)電容電路在時(shí)域上可以采用差分方程來描述，并可通過z變換來得到它的頻域特性。

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