本書從CMOS集成電路中精煉出101個知識點和典型電路,深入淺出地講解了模擬集成電路的原理、設(shè)計方法和仿真方法,并采用北京華大九天軟件有限公司的Aether全流程EDA平臺完成了所有電路的仿真。為引導讀者思考電路的工作原理,以及引導讀者思考為了改善電路性能指標而如何改變電路的某些參數(shù),本書在每個仿真電路后設(shè)置了若干個思考題。為方便讀者自行仿真并驗證這些問題,本書還提供了仿真電路圖、關(guān)鍵仿真命令、仿真波形。仿真命令與常見的Spice仿真工具完全兼容,也便于讀者使用非華大九天軟件進行仿真。
目前, 在模擬集成電路設(shè)計的教學中, 國內(nèi)高校使用的教材以國外引進為主。最常用的是美國Razavi 教授的《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》、Phillip E.. Allen 教授的《CMOS Analog Circuit Design》、Paul R.. Gray 教授的《Analysis and Design of Analog IntegratedCircuits》或者其中文翻譯版。這些教材系統(tǒng)性地介紹了模擬集成電路中的基本概念和相關(guān)知識, 是全球公認的模擬集成電路領(lǐng)域最經(jīng)典的三本教材。
國內(nèi)也出現(xiàn)了不少模擬集成電路方面的參考書和教材, 也有指導學生開展集成電路實踐教學的參考書, 但這類書更多的是純粹介紹EDA 工具。既能有效結(jié)合基礎(chǔ)的理論教學, 又能高效指導電路仿真的教材還很少見。本書從CMOS 集成電路中精煉出101 個知識點和典型電路, 深入淺出地講解了這些電路的原理、設(shè)計方法和仿真方法, 并采用北京華大九天軟件有限公司的Aether 全流程EDA 平臺完成了所有電路的仿真。為了便于學生學習時將原理圖與仿真圖進行對照, 原理圖中的MOS 管器件符號保留了仿真圖中的畫法。為引導讀者思考電路的工作原理, 以及引導讀者思考為了改善電路性能指標而如何改變電路的某些參數(shù), 本書在每個仿真電路后設(shè)置了若干個思考題。為方便讀者自行仿真并驗證這些問題, 本書還提供了仿真電路圖、關(guān)鍵仿真命令、仿真波形。特別地, 本書引導讀者修改電路中的部分參數(shù), 觀看仿真結(jié)果的變化, 并和之前的仿真結(jié)果進行比較, 更加有利于初學者掌握電路的基本原理。這對于無法完全用理論公式推導來指導設(shè)計的模擬集成電路而言, 顯得尤其有意義。
全書共8 章, 基本涵蓋了國內(nèi)普通高校模擬集成電路課程教學大綱的要求。第1 章講述MOS 器件物理; 第2 章講述單管放大器; 第3 章講述差分放大器; 第4 章講述電流源和電流鏡; 第5 章講述放大器的頻率特性; 第6 章講述二級放大器; 第7 章講述基準電壓源和電流源; 第8 章講述一個實際的帶隙基準源電路的設(shè)計和仿真。本書可作為前述經(jīng)典教材的補充閱讀材料和參考書, 也可直接作為大學本科教材。
本書由華中科技大學光學與電子信息學院微電子工程系、華中科技大學武漢(國際)微電子學院超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心的鄒志革副教授編著。華中科技大學武漢(國際) 微電子學院執(zhí)行院長鄒雪城教授對本書的編寫給予了非常多的關(guān)心和幫助, 在全書思路、內(nèi)容安排上都給出了諸多有益建議。碩士生徐文韜、古真、吳文海等人參與了書中案例的仿真和全書的核校工作。全書采用了北京華大九天軟件有限公司的Aether 全流程EDA平臺, 感謝總經(jīng)理劉偉平先生、副總經(jīng)理楊曉東先生及公司技術(shù)團隊對本書的支持。在此對他們一并表示衷心的感謝!
當然, 模擬集成電路博大精深, 而且還在不斷發(fā)展, 新技術(shù)、新方法、新問題層出不窮, 加之作者水平有限, 書中難免出現(xiàn)不妥或者錯誤, 真誠希望廣大讀者能批評指正, 在此表示衷心感謝!
鄒志革于喻家山下
前言
第1 章 MOS 器件物理 1
。. 1 MOS 管的I / V 特性 1
。. 2。停希 管的跨導 4
1. 3 源極跟隨器中的襯底偏置效益 6
。. 4 溝長調(diào)制效應(yīng)與小信號輸出電阻 9
。. 5 溝長與溝長調(diào)制效應(yīng) 10
。. 6。停希 器件電容 12
。. 7 工藝角 14
。. 8 跨導效率 17
1. 9。停希 管的特征頻率 19
1. 10。停希 管的本征增益 21
1. 11 傳輸門 23
。. 12 MOS 管的并聯(lián)與串聯(lián) 25
第2 章 單管放大器 29
。. 1 電阻負載共源極放大器 29
。. 2 電流源負載共源極放大器 34
。. 3 二極管連接MOS 管負載的共源極
放大器 36
。. 4 共源極放大器的線性度 39
。. 5 帶源極負反饋的共源極放大器 42
。. 6 源極負反饋共源極放大器的跨導 44
。. 7 電阻負載共源極放大器的PSRR 47
。. 8 電流源負載共源極放大器的PSRR 51
。. 9 源極跟隨器的輸入輸出特性 53
。. 10 源極跟隨器的增益 55
2. 11 源極跟隨器的電平轉(zhuǎn)移功能 57
。. 12 用作緩沖器的源極跟隨器 59
2. 13 共柵極放大器的輸入輸出特性 62
。. 14 共源共柵放大器的大信號特性 65
。. 15 共源共柵極的輸出電阻 67
。. 16 共源共柵放大器的增益 69
。. 17 共源共柵放大器的輸出電壓擺幅 71
。. 18 套筒式和折疊式共源共柵放大器的
差異 73
。. 19 共源共柵放大器的PSRR 76
。. 20 基于跨導效率的放大器設(shè)計方法 79
。. 21 反相器作為放大器 81
。. 22 理想電流源負載的源極負反饋
放大器 84
第3 章 差分放大器 86
。. 1 電阻負載全差分放大器的共模輸入
范圍 86
。. 2 差分放大器的差模大信號特性 88
。. 3 全平衡差分放大器的差模增益 90
3. 4 全平衡差分放大器的共模響應(yīng) 93
。. 5 基本差分對電阻失配時的共模響應(yīng) 96
。. 6 差分放大器的CMRR 98
。. 7 全差分放大器的PSRR 101
3. 8 全差分放大器的輸出共模電平 104
。. 9 交叉互連負載的差分放大器 107
第4 章 電流源和電流鏡 111
。. 1 基本電流鏡 111
4. 2 共源共柵電流源 113
。. 3 共源共柵電流源的輸出電壓余度 116
4. 4 一種低壓共源共柵電流源 119
。. 5 一種改進的低壓共源共柵電流源 121
。. 6 有源電流鏡負載差分放大器差動
特性 123
。. 7 有源電流鏡負載差分放大器的共模
輸入范圍 127
4. 8 有源電流鏡負載差分放大器的
CMRR 129
。. 9 有源電流鏡負載差分放大器的
PSRR 131
。. 10 差分放大器的壓擺率 134
第5 章 放大器的頻率特性 137
5. 1 共源極放大器的頻率響應(yīng) 137
。. 2 源極跟隨器階躍響應(yīng)的減幅振蕩 142
5. 3 共源共柵極中的密勒效應(yīng) 145
。. 4 共源共柵放大器的頻率響應(yīng) 147
Ⅴ
。. 5 全差分放大器差模增益的頻率特性 149
。. 6 全差分放大器共模增益的頻率特性 152
。. 7 采用電容中和技術(shù)消除密勒效應(yīng) 154
。. 8 有源電流鏡負載差分放大器的零極點
分布 157
。. 9 放大器的增益帶寬積 160
。. 10 考慮頻率特性的放大器宏模型 163
。. 11 反饋系統(tǒng)的增益帶寬積 168
第6 章 二級放大器 172
。. 1 二級放大器的增益帶寬積 172
6. 2 全差分二級放大器的頻率響應(yīng) 174
。. 3 全差分二級放大器中的零點 178
。. 4 典型的二級放大器 181
6. 5 二級放大器的共模輸入范圍 185
。. 6 二級放大器的輸出電壓范圍 187
6. 7 二級放大器的增益及單位增益帶寬 189
。. 8 二級放大器的共模抑制比 191
。. 9 二級放大器的PSRR 193
6. 10 二級放大器轉(zhuǎn)換速率SR 和建立
時間的仿真 197
。. 11 放大器的功耗仿真 199
。. 12 諧波總失真表示的非線性失真 199
6. 13 運算放大器的失調(diào)電壓 202
。. 14 反饋系統(tǒng)的開環(huán)、閉環(huán)和環(huán)路
增益 204
第7 章 基準電壓源和電流源 208
。. 1 基于閾值電壓的偏置電流源 208
。. 2 基于閾值電壓的自偏置電流源 210
。. 3 簡易自偏置電流源 212
。. 4 自偏置電流源的啟動問題 214
7. 5 基于VBE的自偏置電流源 217
。. 6 恒定跨導的偏置電路 219
。. 7。校 結(jié)的溫度特性 221
7. 8 ΔVBE的溫度特性 223
。. 9 帶隙基準源電路構(gòu)成 224
7. 10。祝椋洌欤幔 電流源 228
。. 11。祝椋欤螅铮 電流鏡 229
。. 12。伲铮睿纾洌 電流源 231
。. 13 另外一種帶啟動電路的自偏置
電流源 233
第8 章 帶隙基準源設(shè)計舉例 237
8. 1 帶隙基準源設(shè)計實例 237
。. 2 帶隙基準源軟啟動電路設(shè)計實例 243
8. 3 帶隙基準源在工藝角下的電源
調(diào)整率 246
。. 4 帶隙基準源在溫度變化時的電源
調(diào)整率 250
。. 5 帶隙基準源的靜態(tài)電流 251
8. 6 帶隙基準源的溫度特性 253
。. 7 帶隙基準源輸出偏置電流的溫度
特性 254
8. 8 帶隙基準源交流特性仿真 256
。. 9 帶隙基準源的電源抑制比 259
。. 10 帶隙基準源的啟動時間 261
。. 11 帶隙基準源的快速啟動電路 262
附錄 華大九天Aether 平臺簡約
操作指南 266
A. 1 華大九天數(shù);旌显O(shè)計解決方案
簡介 266
。. 2。牛模 平臺安裝 266
。. 3 電路圖設(shè)計(Aether) 平臺操作 268
。. 4 仿真界面介紹 271
。. 5 Aether MDE 波形查看方法 277
。. 6。粒澹簦瑁澹 版圖設(shè)計環(huán)境Argus 介紹 278
參考文獻 279