cmos模擬集成電路分析與設計
CMOS模擬集成電路分析與設計（第2版）
本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。本書分析了CMOS模擬集成電路設計理論與技術，全書由17章組成。從CMOS器件物理及高階效應出發，介紹了CMOS模擬集成電路的基礎，然後分別介紹了模擬集成電路中的各種電路模塊：基本放大器、恆流源電路、差分放大器、運算放大器、基準電壓源、開關電容電路、集成電壓比較器、數/模轉換與模/數轉換、振蕩器與鎖相環等。另外，還分析了CMOS模擬集成電路的頻率響應、穩定性、運算放大器的頻率補償及其反饋電路特性，以及雜訊與非線性。
第1章 基本MOS器件物理 1
1.1 有源器件 1
1.1.1 MOS管結構與幾何參數 1
1.1.2 MOS管的工作原理及
表示符號 3
1.1.3 MOS管的高頻小信號電容 5
1.1.4 MOS管的電特性 7
1.1.5 二階效應 12
1.1.6 MOS管交流小信號模型 16
1.1.7 有源電阻 17
1.2 無源器件 20
1.2.1 電阻 20
1.2.2 電容 22
1.3 短溝道效應 24
1.3.1 按比例縮小 24
1.3.2 短溝道效應 27
1.4 MOS器件模型 31
第2章 單級放大器 33
2.1 共源放大器 33
2.1.1 無源負載共源放大器 33
2.1.2 有源器件作為負載 36
2.2 源極跟隨器 47
2.2.1 電阻負載源極跟隨器 47
2.2.2 電流源負載源極跟隨器 48
2.3 共柵放大器 51
2.4 共源共柵極（級聯級） 56
2.5 摺疊式級聯 60
第3章 恆流源電路 62
3.1 基本電流鏡結構 62
3.2 威爾遜電流源 64
3.3 共源共柵電流源—高輸出
阻抗恆流源 65
3.4 低壓共源共柵結構 66
3.5 高輸出阻抗、高輸出擺幅的
恆流源 67
3.6 電源抑制電流源 68
3.6.1 CMOS峰值電流源 68
3.6.2 恆定跨導電流源 69
小結 70
第4章 差分放大器 71
4.1 概述 71
4.2 基本差分對 72
4.2.1 電路結構 72
4.2.2 差分對的共模輸入及輸出
壓擺 72
4.2.3 差分對的差分工作 74
4.3 以MOS管作為負載的差分
放大器 84
4.4 CMOS差分放大器 87
4.4.1 工作原理 87
4.4.2 電路分析 88
4.4.3 CMOS差分放大器的主要
性能 95
4.5 模擬乘法器 95
4.5.1 模擬乘法器設計方法 95
4.5.2 直接利用雙差分結構實現 97
4.6 吉爾伯特單元 98
4.6.1 經典吉爾伯特單元 98
4.6.2 吉爾伯特單元典型應用 100
第5章 放大器的頻率響應 102
5.1 頻率特性的基本概念和
分析方法 102
5.1.1 基本概念 102
5.1.2 研究方法 103
5.2 共源放大器的頻率響應 104
5.2.1 電路的零極點 104
5.2.2 輸入阻抗 106
5.3 源極跟隨器的頻率響應 107
5.3.1 電路的零極點 107
5.3.2 輸入阻抗 108
5.3.3 輸出阻抗 109
5.4 共柵極——電流緩衝器
的頻率響應 110
5.4.1 電路的零極點 110
5.4.2 輸入阻抗 111
5.5 級聯放大器的頻率響應 112
5.6 CMOS增益級的頻率響應 113
5.7 差分放大器的頻率響應 114
5.7.1 CMOS全差分對的頻率響應 115
5.7.2 電流鏡為負載的差分對的
頻率響應 117
第6章 反饋 121
6.1 基本概念 121
6.1.1 反饋放大器的方框圖及放大
倍數的一般表達式 121
6.1.2 負反饋放大器的類型 122
6.2 負反饋結構 122
6.3 負反饋放大器的特性 125
6.3.1 提高放大器增益的穩定性 125
6.3.2 對系統的輸入與輸出電阻的
影響 125
6.3.3 帶寬調節 128
6.3.4 減少非線性失真 130
6.3.5 負載的影響 130
6.4 反饋網路的雜訊效應 136
6.5 系統的穩定性 137
6.5.1 單極點系統 137
6.5.2 多極點系統 138
第7章 雜訊 139
7.1 概述 139
7.1.1 雜訊的描述方法 139
7.1.2 相關雜訊源與獨立雜訊源 140
7.1.3 雜訊帶寬 140
7.2 雜訊的種類 140
7.2.1 熱雜訊 140
7.2.2 閃爍雜訊——1/f雜訊 143
7.2.3 散粒雜訊 144
7.3 電路中雜訊的表示方式 144
7.3.1 雜訊源表示法 144
7.3.2 與 的計算 145
7.4 單級放大器中的雜訊 145
7.4.1 共源放大器 145
7.4.2 共柵放大器 147
7.4.3 共源共柵放大器 148
7.4.4 源極跟隨器 149
7.4.5 CMOS放大器的雜訊 150
7.5 差分對中的雜訊 151
第8章 運算放大器 154
8.1 概述 154
8.1.1 運算放大器的主要參數 154
8.1.2 分析運算放大器的一般步驟 157
8.2 單級運放 158
8.2.1 全差分單級運算放大器 158
8.2.2 單端輸出運算放大器 160
8.3 共模反饋 162
8.3.1 共模電平的檢測方法 163
8.3.2 誤差比較技術 165
8.4 多級運放 168
8.4.1 兩級運放 168
8.4.2 多級運放 169
8.5 運放的建立時間TSET 172
8.5.1 物理意義 172
8.5.2 單級運放的轉換速率 174
8.5.3 二級運放的轉換速率 174
8.6 增益提高電路 176
8.6.1 基本增益提高電路 176
8.6.2 增益提高的級聯運放 177
8.7 軌到軌運算放大器 179
8.7.1 軌到軌運算放大器輸入級 179
8.7.2 軌到軌輸出 185
8.8 運放中的雜訊分析 189
8.9 運算放大器的設計流程 190
小結 190
第9章 運算放大器的頻率補償 191
9.1 穩定相位裕度 191
9.2 頻率補償 192
9.2.1 單級高增益運放的頻率補償 193
9.2.2 CMOS多級運放的補償 195
第10章 開關電容電路 204
10.1 概述 204
10.2 MOS模擬開關 204
10.2.1 MOS開關管的電阻 205
10.2.2 MOS管極間電容的影響 208
10.2.3 襯偏的調製與kT/C雜訊 211
10.3 開關電容電路的工作原理及
特點 212
10.3.1 電荷重分配原理 212
10.3.2 開關電容電路的等效
電阻 212
10.4 開關電容電路模塊 215
10.4.1 採樣維持(S/H) 215
10.4.2 增益放大模塊 218
10.4.3 開關電容積分器 220
10.4.4 倍乘和單位延遲及積分/加法
（或減法）電路 221
10.4.5 開關電容濾波器 222
10.4.6 開關電容共模負反饋 223
10.5 開關電容電路中的非理想
效應 224
10.5.1 開關的非理想效應 224
10.5.2 電容的不精確 225
10.5.3 非理想的運算放大器的
影響 225
10.5.4 開關電容電路中的雜訊 225
第11章 放大器的非線性失真 227
11.1 概述 227
11.1.1 非線性的定義 227
11.1.2 非線性的度量方法 227
11.2 單級放大器的非線性 228
11.2.1 由於MOS管特性引起的
非線性 228
11.2.2 由放大器傳輸特性引起的
非線性 228
11.3 差分電路的非線性 229
11.4 電路中器件引起的
非線性 230
11.4.1 電容的非線性 230
11.4.2 MOS管作為電阻的
非線性 231
11.5 克服非線性的技術 231
11.5.1 原理 231
11.5.2 改善放大器非線性失真的
實際電路 234
第12章 基準電壓源 237
12.1 基本工作原理 237
12.1.1 與溫度無關的基準 237
12.1.2 常見的帶隙基準電壓源的
結構 238
12.2 帶隙基準源各個單元的
分析 239
12.2.1 電流鏡 239
12.2.2 運算放大器 245
12.2.3 溫度補償 248
12.3 低電壓工作的基準
電壓源 251
12.3.1 常態閾值器件的低電壓基準
電壓源 251
12.3.2 結構改進型低電壓基準
電壓源 252
12.4 以MOS管閾值電壓Vth為
基準的參考電壓源 253
12.5 亞閾值區的基準電壓源 255
12.6 多組電壓源的產生 256
12.7 帶負載能力 257
第13章 集成電壓比較器 258
13.1 概述 258
13.1.1 基本概念 258
13.1.2 電壓比較器的主要參數及設計
要求 259
13.1.3 電壓比較器的結構 260
13.2 級聯反相器結構 260
13.2.1 基本反相器結構 260
13.2.2 典型級聯反相結構比較器 260
13.2.3 快速的級聯反相結構
比較器 262
13.3 差分輸入運算放大器結構 263
13.3.1 靜態模式 263
13.3.2 動態工作模式 265
第14章 D/A、A/D轉換器 269
14.1 概述 269
14.2 數/模轉換(DAC) 269
14.2.1 工作原理 269
14.2.2 DAC的主要性能 270
14.2.3 DAC的種類 271
14.3 模/數轉換電路 278
14.3.1 工作原理 278
14.3.2 性能參數 279
14.3.3 模/數轉換器類型 279
第15章 振蕩器與鎖相環 296
15.1 振蕩器 296
15.1.1 概述 296
15.1.2 LC振蕩器 297
15.1.3 交叉耦合振蕩器 298
15.1.4 科爾皮茲振蕩器 299
15.1.5 負阻振蕩器 300
15.1.6 移相振蕩器 300
15.1.7 環形振蕩器 301
15.1.8 壓控振蕩器 305
15.2 鎖相環 307
15.2.1 鎖相環結構 307
15.2.2 鎖相環路的性能 308
15.2.3 鎖定狀態 310
15.2.4 頻率倍增和合成 312
15.2.5 電荷泵鎖相環 313
15.2.6 鎖相環設計的一般思路 315
15.2.7 分數鎖相環 318
第16章 版圖設計技術 322
16.1 版圖的設計流程 322
16.2 工藝制約 323
16.3 工藝設計規則 324
16.4 布局與布線 325
16.4.1 MOS管的版圖設計 325
16.4.2 二極體的版圖設計 327
16.4.3 無源器件 328
16.4.4 布局 329
16.4.5 布線 334
16.5 封裝 337
16.5.1 自感 339
16.5.2 互感 339
第17章 工程設計 340
17.1 工程A：運算放大器設計 340
17.1.1 工程目標 340
17.1.2 放大器結構的確定 340
17.1.3 各級放大器參數的確定 341
17.1.4 模擬驗證 343
17.2 工程B：模/數轉換器ADC
的設計 347
17.2.1 目標與設計流程 347
17.2.2 電路結構 348
17.2.3 電路設計 348
17.2.4 總體電路設計與模擬 361
17.2.5 版圖設計及后模擬 361
17.2.6 晶元測試方案 364
參考文獻 365
基本信息
- ISBN
- 9787121135125
- 出版時間
- 2011-06-01
- 作者
- 吳建輝