Intuitive Analog Circuit Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Marc Thompson

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2006-5

价格:462.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780750677868

丛书系列:

图书标签:

• 英文原版
• 专业书
• 专业
• 模拟电路设计
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• 电子工程
• 模拟电路
• 设计方法
• 电路优化
• 射频电路
• 滤波器设计

模拟电路设计：从理论到实践的深度解析 本书导读： 本书旨在为电子工程领域的学生、工程师以及对模拟电路设计有浓厚兴趣的实践者提供一本全面、深入且高度实用的参考指南。我们聚焦于现代模拟集成电路（IC）设计中那些至关重要但常被教科书忽略的实践细节、设计哲学以及底层物理机制。不同于侧重于基础运算放大器（Op-Amp）结构和基本滤波器理论的传统教材，本书将设计流程置于核心地位，强调从规格定义到最终布局（Layout）的完整生命周期管理。 第一章：模拟设计思维的构建 本章将从根本上探讨模拟设计师应具备的心态和方法论。我们首先剖析“规格驱动设计”的本质，阐明如何将抽象的性能指标（如噪声系数、电源抑制比、失真度）转化为可行的晶体管级设计约束。重点将放在系统级架构的选择上，例如，在设计高速数据转换器（ADC/DAC）时，为何选择流水线（Pipeline）架构而非Σ-Δ（Sigma-Delta）架构，以及这种选择如何影响后续的功耗和线性度预算。 我们将详细讨论非理想因素在系统性能中的作用。不同于数字电路的“0”和“1”的确定性，模拟设计充满了过程失配（Mismatch）、工艺角（Process Corners）和温度漂移。本章将介绍如何利用蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真来量化这些不确定性，并指导读者建立“鲁棒性设计”（Robust Design）的初步概念。 第二章：晶体管级设计的深度挖掘 本章是全书的技术核心，专注于CMOS晶体管在模拟电路中的行为建模与优化。我们不再满足于简单的“强反型区”模型，而是深入探讨弱反型和亚阈值区对低功耗设计的影响。 2.1 晶体管作为有源器件： 详细分析亚微米和纳米级工艺节点下，短沟道效应（如速度饱和、DIBL）对跨导（gm）和输出电阻（ro）的剧烈影响。我们将引入精确的模型（如BSIM4的特定参数）来指导晶体管尺寸的确定，确保在目标工作点（如$V_{DS,sat}$）下的准确行为。 2.2 噪声分析与抑制： 噪声是模拟设计的永恒敌人。本章区分并量化了不同类型的噪声源：热噪声（Thermal Noise）、闪烁噪声（Flicker Noise，或$1/f$噪声）和散粒噪声（Shot Noise）。我们将展示如何通过优化晶体管的尺寸、偏置电流和采用特定的电路拓扑（如共源共栅结构）来最小化输入参考噪声。特别地，对于低噪声放大器（LNA）的设计，我们将详细推导输入阻抗匹配与噪声系数之间的权衡关系。 2.3 失配与匹配技术： 系统性能，尤其是高精度应用中的共模抑制比（CMRR）和直流精度，严重依赖于晶体管的匹配。本章将探讨电阻、电容和晶体管的几何匹配。内容涵盖了共质心（Common-Centroid）布局技术、虚拟器件的使用，以及如何通过引入冗余结构来补偿工艺导致的随机失配。 第三章：关键模拟模块的定制化设计 本章将从实战角度出发，拆解和重构现代模拟IC中最常用的几个核心模块。 3.1 高性能运算放大器（Op-Amp）的设计艺术： 超越基本的两级结构，我们将聚焦于高增益、高带宽和高摆幅的折衷方案。详细探讨米勒补偿（Miller Compensation）的频率响应修正原理，以及如何通过引入导纳极点零点抵消（Pole-Zero Cancellation）技术来获得卓越的相位裕度。对于单位增益缓冲器（Voltage Follower），我们将分析共源共栅输出级（CG-CS）与推挽（Push-Pull）输出级的优缺点。 3.2 电流镜与偏置电路的精确性： 精确的电流源是所有模拟电路的基石。本章将区分低压、高输出电阻需求的精密电流镜（如Mone/More Biasing）与高摆幅、低噪声需求的电流源。我们将讨论如何通过引入栅源反馈（Source-Follower Feedback）或利用特殊的晶体管配置来提升输出阻抗，从而提高电路的电源抑制能力。 3.3 跨导放大器（OTA）与反馈网络： 分析OTA在开环和闭环系统中的应用。重点讲解如何设计一个具有特定单位增益带宽（GBW）的OTA，以及在需要高输入阻抗或低输出阻抗的应用场景下（如滤波器设计），如何选择合适的反馈拓扑。 第四章：数据转换器与锁相环（PLL）的高级主题 本章将把前述的模块级知识整合到复杂的系统级设计中。 4.1 模数转换器（ADC）的设计考量： 深入分析不同ADC架构（Flash, SAR, Pipelined）的内在局限性。对于SAR ADC，我们将重点讲解采样保持（Sample-and-Hold）电路的设计如何直接决定有效位数（ENOB）。对于动态范围的提升，我们将详细阐述数字校准（Digital Calibration）技术，如动态元器件匹配（Dynamic Element Matching, DEM）在$DeltaSigma$调制器中的应用。 4.2 频率合成与时钟生成： 锁相环（PLL）作为片上频率参考源，其性能至关重要。本章将详细分析PLL的闭环动态特性：环路带宽、相位噪声的产生机制，以及电荷泵（Charge Pump）的非理想特性（如电流失配、杂散零点）如何恶化输出时钟的纯净度。我们将介绍如何通过优化压控振荡器（VCO）的设计来提高其增益系数，并有效抑制调制信号对相位噪声的耦合。 第五章：版图实现与设计验证 设计成功与否，最终体现在版图（Layout）上。本章是连接电路原理图与物理实现的关键桥梁。 5.1 物理设计规则与寄生效应： 分析互连线电感（Inductance）和电容（Capacitance）在高速电路中的影响。我们将指导读者如何选择合适的导线宽度、间距，以及如何处理高频节点的旁路电容。重点讨论衬底噪声（Substrate Noise）的耦合路径及其抑制策略，如使用保护环（Guard Rings）和深度N阱（Deep N-Well）。 5.2 匹配与对称性的版图实现： 重申第二章中讨论的匹配技术，并提供实际的版图示例。讲解如何通过位移、交错（Interleaving）布局来最小化由光刻误差和应力效应导致的失配。对于精密匹配的器件，我们将讨论如何实现“影子器件”（Shadow Devices）以监测和补偿工艺波动。 5.3 设计验证与签核（Sign-off）： 详细介绍从后仿真（Post-Layout Simulation）到最终签核的流程。内容包括寄生参数提取（PEX）、功耗/热分析、以及LVS（Layout Versus Schematic）和DRC（Design Rule Check）的重要性。我们将强调在不同温度和电压角下进行角点分析（Corner Analysis）的重要性，确保设计的可靠性和可制造性。 结论： 本书提供了一种以实践为导向、以物理为基础的模拟电路设计方法论。读者将学会的不仅仅是“如何画出电路图”，而是理解“为什么这样设计在特定工艺和环境下是最佳选择”，从而能够独立地、鲁棒地解决复杂的集成电路设计挑战。

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通俗易懂，主要涉及分立元件，并未涉及复杂高深的数学知识。

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