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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Lancaster, Don

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:1996-8

价格:$ 79.04

装帧:Pap

isbn号码:9780750629867

丛书系列:

图书标签:

• Active Filter
• Analog Circuit
• Filter Design
• Electronics
• DIY Electronics
• Signal Processing
• Audio Electronics
• Op-Amp
• Circuit Analysis
• Practical Electronics

《模拟集成电路设计：从概念到实现》 内容简介 本书深入探讨了现代模拟集成电路设计的核心原理、实用技术与前沿应用。它旨在为电子工程专业的学生、初级工程师以及需要巩固和拓展模拟电路设计知识的资深专业人士提供一本全面、深入且极具实践指导意义的参考手册。全书结构严谨，逻辑清晰，内容覆盖了从最基础的器件物理到复杂的系统级设计挑战，力求在理论深度与工程实用性之间找到完美的平衡点。 第一部分：基础理论与器件模型 本书首先回顾了半导体器件的基础物理，重点阐述了晶体管（特别是MOSFET）在模拟电路应用中的非理想特性。详细分析了沟道长度调制、亚阈值导通、有限增益带宽积以及噪声源（如闪烁噪声和热噪声）对电路性能的实际影响。 随后，深入解析了有源器件模型，超越了理想的平方律模型，引入了更精确的BSIM模型参数，并讨论了如何在电路仿真环境中有效校准和使用这些模型。特别强调了工艺角（Process Corners）对设计鲁棒性的影响，并提供了应对工艺、电压和温度（PVT）变化的系统化设计方法。 第二部分：基本单元电路的精细设计 本部分聚焦于模拟电路设计的基石——基本单元电路。 偏置电路与电流镜： 探讨了各种电流镜拓扑结构，包括反射式、加权式和高精度匹配结构的实现。详细分析了如何通过设计来最小化共模输出阻抗，并提出了提高电流源输出阻抗的先进技术，如使用倍增输出级和高阻抗负载。 放大器结构： 对单级和多级放大器进行了详尽的分析。重点讲解了共源共栅（Telescopic Cascode）和折叠式共源共栅（Folded Cascode）放大器的设计权衡，包括增益、带宽、相位裕度和功耗的相互制约关系。 负载与匹配技术： 深入探讨了有源负载（如二极管连接负载和电流源负载）的优缺点，以及如何利用先进的匹配技术（如共质心布局、位分割）来克服晶圆级的随机失配和全局的系统失配，从而最大化输入失配的抑制能力。 第三部分：反馈与稳定性分析 反馈理论是模拟电路设计的灵魂。本章系统地介绍了负反馈在提高线性度、降低输出阻抗和控制带宽中的关键作用。 环路增益与相位裕度： 详细阐述了波特图分析方法，并引入了相位裕度（Phase Margin, PM）和增益裕度（Gain Margin, GM）的概念，作为稳定性的核心指标。 频率补偿技术： 涵盖了经典的两级放大器频率补偿方法，如密勒补偿（Miller Compensation）和尤里补偿（Nulling Resistor Compensation）。此外，还深入探讨了前馈补偿（Feedforward Compensation）和多相位补偿（Multi-pole Compensation）在设计高带宽、高稳定裕度运算放大器中的应用。 寄生效应与零点分析： 讲解了输出电容、输入电容以及寄生电感如何引入额外的零点，并分析这些零点对系统稳定性的潜在破坏性影响，提供了计算和消除这些寄生零点的实用技巧。 第四部分：关键性能指标的优化设计 本部分是本书的实践核心，详细介绍了实现高性能电路的关键技术。 噪声优化： 区分了片上噪声来源（器件噪声、电源噪声、衬底噪声）和系统级噪声。给出了最小化输入参考噪声（$V_{ni}$）的设计公式，并展示了如何通过优化晶体管的宽长比和偏置电流来平衡噪声和功耗。讨论了低噪声放大器（LNA）的噪声系数匹配问题。 失真与线性度： 深入分析了二阶和三阶交调失真（HD2, HD3）的产生机理。重点介绍了提高线性度的方法，包括使用大量反馈、提高偏置电流以及采用非线性消除技术，如线性化偏置技术和推挽式（Push-Pull）输出级。 高速设计与Slew Rate： 针对高速应用，详细分析了压摆率（Slew Rate）的限制因素，并给出了设计高压摆率输出级的方法，同时平衡其对带宽和功耗的影响。 第五部分：数据转换器（ADC/DAC）的设计原理 本章将前述的模拟单元电路知识应用于现代数据转换器的设计中，这是系统级模拟电路集成的核心。 数模转换器（DAC）： 比较了电阻梯形、R-2R、以及电容切换式（Charge Scaling）DAC的优缺点。重点分析了开关失配引起的非理想 DNL（差分非线性）和 INL（积分非线性），并介绍了平均化技术（如格雷码编码和动态单元匹配 DMD）来减轻失配影响。 模数转换器（ADC）： 涵盖了最常用的高速和高精度ADC架构。详细分析了流水线（Pipelined）ADC的误差源、时序要求和校准技术；比较了Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 调制器中不同阶数、过采样率和噪声整形技术的选择。 第六部分：集成电路布局与版图实践 本书强调了“设计即版图”的理念。最后一部分详细介绍了模拟版图设计中的关键考量。 匹配与耦合： 详细讨论了如何通过共质心、人工指纹（Dummy Devices）和敏感度分析来优化关键节点的匹配。阐述了串扰（Crosstalk）的建模和最小化方法，包括使用保护环（Guard Rings）和更宽的金属层。 电源与地线的处理： 强调了低阻抗电源分配的重要性，介绍了如何设计低电感引线和接地结构以最小化开关噪声对敏感节点的影响。 LVS/DRC/寄生提取： 提供了从原理图到可制造版图的完整流程指导，强调了设计规则检查（DRC）、版图验证（LVS）和寄生参数提取（Parasitic Extraction）在确保设计性能的最后关卡中的作用。 本书内容丰富、技术详实，配有大量的实例分析和设计方程式，是理解和掌握高性能模拟集成电路设计艺术的必备工具书。

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