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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Wai-Kai, Chen

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2005-8

价格:$ 142.32

装帧:HRD

isbn号码:9780849372766

丛书系列:

图书标签:

• 非线性电路
• 分布式电路
• 电路分析
• 电路设计
• 模拟电路
• 射频电路
• 微波电路
• 电子工程
• 信号处理
• 高等工程数学

好的，这是一本关于《高级模拟电子系统设计与应用》的图书简介，内容聚焦于前沿的模拟集成电路（IC）设计技术、高性能系统架构以及关键应用领域，旨在为专业工程师和研究人员提供深入的理论指导和实践案例。 --- 《高级模拟电子系统设计与应用》图书简介 导言：模拟世界的精密构建 在数字技术飞速发展的今天，模拟电路作为连接物理世界与数字处理的核心桥梁，其重要性从未减弱。从超高速数据转换到低噪声信号调理，再到高精度传感接口，高性能模拟系统的设计能力直接决定了整个电子产品的性能上限。本书《高级模拟电子系统设计与应用》正是为应对这一挑战而编写的权威指南。它深入剖析了现代模拟集成电路设计中最复杂、最前沿的主题，强调理论深度、设计权衡（Trade-offs）以及先进的版图实现技术。 本书的定位并非初级入门读物，而是面向具备扎实基础知识（如半导体器件物理、基本运算放大器理论）的工程师和研究生，旨在将其设计能力提升至系统级优化和尖端工艺节点的水平。 第一部分：高性能模拟模块的基石 本部分集中探讨构建高性能模拟系统的核心构建块，着重于在现代CMOS工艺下实现卓越性能的策略。 1.1 深度解析自偏置与功耗优化技术 我们摒弃了传统的固定偏置电流设计方法，转而深入研究自偏置电路（Self-Biasing Circuits）在宽泛工艺角和温度范围内的鲁棒性。详细阐述了使用电阻反馈偏置、电流镜负反馈以及基于阈值电压匹配的偏置技术如何实现温度漂移的最小化。重点讨论了亚阈值偏置（Subthreshold Biasing）在极低功耗应用（如物联网前端）中的应用极限和设计陷阱，包括跨导效率（$g_m/I_D$）的精确计算与优化。 1.2 噪声分析与抑制的精细化 噪声是模拟设计的“癌症”。本章全面覆盖了从白噪声、闪烁噪声（Flicker Noise）到爆米花噪声（Popcorn Noise）的各种噪声源的建模。特别强调了在高级CMOS工艺中，MOS管的$1/f$噪声特性对低频电路（如传感器接口和医疗电子）的影响。书中提供了实用的噪声预算（Noise Budgeting）方法，并详细介绍了时间交错（Time-Interleaving）技术在降低采样系统有效噪声方面的应用，以及如何通过优化版图寄生电容来抑制耦合噪声。 1.3 运算放大器的演进：从Miller到折叠式架构 本书不仅重温了经典的Miller补偿，更聚焦于现代高速、高增益要求的场景。深入分析了折叠式运算放大器（Folded Cascode）在实现高增益和宽带宽方面的优势与挑战，以及共源共栅（Telescopic Cascode）在高电压摆幅设计中的应用。讨论了如何使用相移补偿（Phase Lead Compensation）技术，如引入非对称零点，来提高单位增益带宽（GBW）的同时保持良好的相位裕度（Phase Margin）。 第二部分：高速数据转换器（ADC/DAC）的架构与挑战 数据转换器是模拟与数字世界的交汇点。本部分专注于高性能转换器的架构选择、关键失真分析及实现技巧。 2.1 现代ADC架构的深入比较与选择 系统性地比较了流水线式ADC（Pipelined ADC）、Sigma-Delta ($SigmaDelta$) ADC和逐次逼近寄存器式ADC（SAR ADC）的内在特性。对于流水线架构，详细阐述了残余电荷抽取的非理想性、MDAC（Multiplying DAC）的校准技术（如DAC失配的数字校正）。对于$SigmaDelta$架构，重点分析了噪声塑形（Noise Shaping）的阶数选择与量化噪声抑制效果，以及高阶调制器带来的稳定性问题。 2.2 采样保持电路（Sample-and-Hold, S/H）的时域分析 高速S/H电路是限制数据转换速度的关键瓶颈。本章从时域角度剖析了毛刺（Aperture Jitter）、建立时间（Settling Time）和时钟前馈（Clock Feedforward）技术如何影响转换精度。详细推导了时钟抖动对信噪比（SNR）的限制，并介绍了零阶保持（Zero-Order Hold）和一步式采样（One-Step Sampling）的性能对比。 2.3 关键失真源的建模与补偿 对于DAC而言，非线性（INL/DNL）是首要指标。本书详细分析了开关的电阻匹配、电荷注入和时序不匹配如何导致这些失真。提出了动态元器件匹配（Dynamic Element Matching, DEM）和数据加权平均（Data Weighted Averaging, DWA）等数字校正技术在消除特定非线性误差方面的实际操作流程。 第三部分：系统级集成与先进工艺考量 现代模拟设计无法脱离系统级视角和对新工艺节点的深刻理解。 3.1 低噪声前端（LNA）与射频（RF）设计前沿 本章聚焦于无线通信接收机的前端。深入探讨了低噪声放大器（LNA）的设计，如何通过输入阻抗匹配（使用反馈网络而非简单的$lambda$匹配）来同时优化噪声系数（NF）和线性度（$P1dB/IIP3$）。此外，讨论了振荡器（VCO）的设计，包括LC振荡器的相位噪声分析，以及电阻反馈结构在提高Q值和降低调谐范围内的噪声表现。 3.2 功率管理IC（PMIC）的拓扑结构与效率优化 电源管理不再是简单的线性稳压器。本书详细分析了开关稳压器（Switching Regulators）的控制环路设计，包括峰值电流模式与平均电流模式的瞬态响应差异。重点研究了低压差（LDO）稳压器中如何通过优化误差放大器的补偿网络来应对负载瞬态变化，并介绍了DCDC转换器中如何利用无源元件（如电感）的寄生参数来提高整体效率。 3.3 应对先进CMOS工艺的挑战 随着工艺节点进入亚微米乃至纳米级别，晶体管的短沟道效应（如速度提升，但跨导匹配恶化）成为核心问题。本书讨论了如何通过器件尺寸的重新选择、高密度匹配结构（如切片技术）以及使用更厚的栅氧化层（如果工艺允许）来维持模拟性能的稳定性。同时，探讨了SOI（Silicon-On-Insulator）技术在降低衬底耦合噪声方面的独特优势。 结论：迈向全集成模拟系统 《高级模拟电子系统设计与应用》旨在培养读者对模拟电路设计中复杂权衡的深刻理解。本书强调，最优的设计方案往往不是理论上的完美，而是特定约束（功耗、面积、线性度、噪声和成本）下的最佳折衷。通过掌握这些先进的模块设计技巧和系统级集成方法，读者将能胜任当前最苛刻的混合信号和全集成系统设计任务。

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