Systematic Design of Analog Ip Blocks pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Vandenbussche, J./ Gielen, G./ Steyaert, Michiel

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:

价格:1562.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402074714

丛书系列:

图书标签:

• Analog IC Design
• Mixed-Signal IC Design
• IP Block Design
• Systematic Design
• Analog Circuit Design
• Low Power Design
• CMOS Design
• Verification
• EDA Tools
• ASIC Design

模拟集成电路设计实践指南：从理论到实现 本书旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的模拟集成电路设计方法论与实践指导，重点关注现代CMOS工艺下的低功耗、高精度与高速度电路模块的系统化设计流程。本书内容覆盖模拟前端、关键运算单元、数据转换器以及射频电路基础，强调从系统级规格定义到晶体管级优化的完整设计链条。 --- 第一章：模拟集成电路设计基础与规格定义 本章系统性地回顾了半导体物理基础在模拟电路设计中的应用，重点剖析了MOS晶体管在不同工作区（亚阈值、弱反型、强反型）的非线性特性及其对电路性能的影响。 1.1 晶体管模型与工艺影响： 深入探讨了BSIM模型参数（如阈值电压 $V_{th}$、跨导参数 $mu C_{ox}$、短沟道效应参数 $eta$ 和 $lambda$）如何随工艺节点（如 180nm, 65nm, 28nm）变化。详细分析了噪声源（热噪声、闪烁噪声、散弹噪声）的理论模型及其在晶体管级的影响，并引入了设计者必须面对的工艺角（Corner）分析方法。 1.2 性能指标的系统化分解： 清晰界定了模拟IP模块的关键性能指标（KPIs）：增益（$A_v$）、带宽（GBW, Unity Gain Frequency）、相位裕度（PM）、功耗（$P_{diss}$）、输入参考噪声（$e_{ni}$）、失真度（THD/IMD）、电源抑制比（PSRR）和共模抑制比（CMRR）。本节的核心在于如何根据系统需求（例如，SAR ADC的前端要求、PLL的相位噪声要求）逆向推导出对具体电路单元（如OTA、LNA）的具体指标约束。 1.3 电源与噪声管理： 讨论了片上电源网络（Power Delivery Network, PDN）的设计，包括去耦电容的选型与布局对高频噪声的影响。重点讲解了电源纹波对高精度模拟电路性能的耦合机制，并介绍了使用环形振荡器（Ring Oscillator）辅助的电源噪声敏感度分析技术。 --- 第二章：关键模拟运算单元的设计与优化 本章聚焦于构建现代模拟电路的基石——运算放大器（OTA）和电流/电压比较器（Comparator）的先进设计技术。 2.1 零点与极点补偿技术： 详细分析了单位增益带宽（GBW）与相位裕度（PM）之间的权衡。深入探讨了经典的补偿技术，如密勒补偿（Miller Compensation）、导纳提升补偿（Lead-Lag Compensation）以及前馈补偿（Feedforward Compensation）。对于高增益和高频率应用，重点讲解了零点消除技术，特别是利用负载电容和补偿电容之间的比值进行优化，以及如何利用导纳导数（Transconductance Derivative）来精确控制二阶极点的位置。 2.2 高性能双极点运算放大器设计： 覆盖了设计高精度、高增益两级OTA的完整流程。包括输入级晶体管的尺寸确定（基于输入失调电压 $V_{os}$ 要求）、偏置电流的分配、以及输出级驱动能力的设计。详细分析了如何利用克拉姆定理（Cramer's Rule）简化多极点系统的稳定性分析。 2.3 电流镜与偏置电路： 探讨了高精度电流镜的设计，包括如何利用加权晶体管（W/L 加权）和倾斜匹配（Tilted Matching）技术来最小化匹配误差和提高镜像精度。对低失真偏置电流源（如利用源跟随器线性化输出阻抗）进行了深入剖析。 --- 第三章：高速与低噪声电路设计 本章关注在追求速度和低噪声密度时所采用的拓扑结构和设计技巧。 3.1 低噪声放大器（LNA）设计： 针对RF和高速ADC应用，详细分析了匹配网络（Matching Network）的设计，特别是使用 $S$ 参数进行稳定性分析（$K$ Factor）和噪声系数（NF）优化。重点介绍了共源共栅（CS-CG）和基于反馈的LNA拓扑，以及如何通过晶体管尺寸和偏置电流来平衡线性度（$IIP3$）与噪声性能。 3.2 线性化技术： 深入讲解了提高电路线性度（降低高阶失真）的方法。包括源极的电阻线性化（Source Degeneration）、交叉耦合技术（Cross-Coupling）以及数字预失真（DPD）在模拟前端中的初步应用。对二阶和三阶截点（$IM2, IIP3$）的计算和优化给出了详细的案例分析。 3.3 噪声整形与低功耗技术： 探讨了如何利用噪声整形技术（如在Delta-Sigma调制器中的应用）来有效降低特定频带的噪声影响。在低功耗方面，详细讨论了亚阈值偏置电路的建模，以及如何权衡亚阈值工作带来的低功耗与匹配精度下降之间的矛盾。 --- 第四章：数据转换器核心模块分析 本章将设计理论应用于两种主流数据转换器——流水线ADC和SAR ADC的核心模块设计。 4.1 采样保持电路（Sample-and-Hold Amplifier, SHA）： 重点分析了SHA在高速ADC中的关键作用，特别是电荷注入（Charge Injection）和毛刺（Aperture Jitter）对有效位数（ENOB）的影响。介绍了开关的选型（如电荷注入消除技术）以及栅源极反馈（Gate-Source Feedback）在保持线性度和低噪声方面的应用。 4.2 轨到轨（Rail-to-Rail）输出级设计： 针对低电压供电环境，详细分析了如何设计能够完全利用供电轨的输出级。讨论了互补对（Complementary Pair）输出级的设计，特别是如何平衡上下侧晶体管的匹配和驱动能力，以保证在轨压附近的高速性能和低失真。 4.3 比较器设计与锁存器： 覆盖了高精度比较器的设计，包括基于再生放大器（Regenerative Latch）和基于前置跨导级的架构。分析了静态和动态失调电压的产生机理，以及通过时钟控制（Clocking Scheme）来抑制开关噪声和提高恢复速度的技巧。 --- 第五章：版图、匹配与后仿真验证 本书的最后一部分强调了从原理图到物理实现的过渡，这是模拟IC设计成功的关键环节。 5.1 匹配技术与噪声耦合： 详细阐述了提高器件匹配性的版图技术，如共质心布局（Common Centroid Layout）、交错（Interleaving）和虚拟器件的使用。深入探讨了耦合效应，包括衬底噪声耦合（Substrate Noise Coupling）和电磁耦合（EM Coupling）的建模与规避策略。 5.2 寄生效应分析与提取： 讲解了如何使用先进的提取工具（如寄生电阻/电容提取）来建立精确的电路模型。重点分析了互连线的电阻和电感对高频性能（如$GBW$和$PM$）的影响，并提出了在设计初期进行寄生意识布局（Parasitic-Aware Layout）的流程。 5.3 静态与瞬态后仿真验证： 强调了跨域验证的重要性。介绍了Monte Carlo仿真在失调电压、噪声和工艺角分析中的应用。同时，详细讲解了时域瞬态仿真（Transient Simulation）在验证开关瞬态响应、开关时间抖动（Jitter）以及电源开启/关闭时序方面的关键步骤和注意事项。 --- 本书特色： 本书摒弃了纯理论推导的晦涩，强调设计流程的系统性和工程实践的可操作性。每一个关键设计决策都辅以具体的晶体管尺寸、偏置电流选择的量化依据，旨在帮助读者建立起从规格到最终可制造芯片的完整设计思维框架。

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