Multi-voltage CMOS Circuit Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Kursun, Volkan/ Friedman, Eby G.

出品人:

页数:225

译者:

出版时间:2006-10

价格:1175.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470010235

丛书系列:

图书标签:

• CMOS电路设计
• 低电压电路
• 多电压电路
• 模拟电路
• 数字电路
• 集成电路设计
• VLSI
• 电路分析
• 电源管理
• 半导体器件

高级模拟与混合信号集成电路设计导论 聚焦于前沿工艺节点、低功耗与高精度系统实现 本书旨在为电子工程、微电子学及相关领域的工程师、研究人员和高阶学生提供一份全面、深入的指南，探讨现代集成电路设计，特别是那些对功耗、噪声和集成度有极高要求的先进模拟与混合信号电路的设计哲学、核心技术与实现挑战。本书将重点放在当今半导体工艺节点的物理限制与设计创新之间的平衡艺术上。 --- 第一部分：现代集成电路设计基础与工艺演进的挑战 (The Foundations and Process Node Imperatives) 本部分首先回顾了自经典CMOS技术以来，集成电路设计所面临的根本性转变。随着晶体管尺寸进入纳米尺度，传统的缩放定律（如Dennard缩放）的失效，使得设计人员必须积极应对由此带来的新型效应。 第一章：超越摩尔定律的约束：先进工艺节点的物理现实 深入剖析了从28nm到FinFET、乃至Gate-All-Around (GAA) 结构的技术演进。讨论了短沟道效应、亚阈值泄漏电流的急剧增加，以及由此对电路静态功耗带来的严峻挑战。重点分析了阈值电压（$V_{th}$）调控、栅极氧化物厚度限制以及高k/金属栅极（HKMG）技术对器件特性的深远影响。探讨了工艺变异性（Process Variation）的统计学模型及其对良率和性能的不可避免的影响。 第二章：低功耗设计的系统化方法 探讨了功耗管理的层次化方法，从系统级电源管理单元（PMU）到晶体管级的优化。详细介绍了动态电压与频率调节（DVFS）的理论基础，以及在实时系统中实现有效功耗控制的硬件与软件协同机制。阐述了亚阈值电路设计（Subthreshold Circuitry）的原理、设计约束和适用场景，包括如何权衡极低功耗与有限的信噪比之间的矛盾。此外，还将讨论时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）技术在降低动态与静态功耗中的精确实现。 第三章：噪声、失真与线性度的精细控制 本章回归到模拟电路的核心挑战——如何在高集成度、高速度要求下保持信号的纯净度。详述了各种噪声源的来源（热噪声、闪烁噪声、诱发噪声），并提供了降低宽带噪声和1/f噪声的晶体管级技术。深入分析了非线性失真（如高阶谐波失真）的产生机制，并介绍如何利用偏置点优化、反馈结构（如负反馈、前馈补偿）来线性化关键模块，如跨导放大器（OTA）和混频器。 --- 第二部分：关键模拟功能模块的深度设计 (In-Depth Design of Core Analog Building Blocks) 本部分将详细剖析现代数据转换器、传感器接口和射频前端中最常用且最具性能决定性的模拟电路模块的设计原理和优化技巧。 第四章：高性能运算放大器与跨导放大器设计 超越基本的两级OTA结构。本章重点研究单位增益反馈（Unity Gain Feedback）结构的优化，如折叠式电流镜OTA（Folded Cascode OTA）在高速应用中的增益带宽积（GBW）与相位裕度（PM）的权衡。探讨了高输出阻抗的实现技术，以及如何有效补偿多极点系统，例如使用密勒补偿（Miller Compensation）和导纳零点补偿（Pole-Zero Cancellation）的最新进展。特别关注在低压供电下实现高开环增益（$A_{OL}$）的结构创新。 第五章：精密数据转换器的架构与实现 深入探讨了先进模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的设计。在DAC方面，详述了电流舵DAC（Current-Steering DAC）的失配校准技术（如随机化和前馈技术），以及电容阵列DAC在单位增益缓冲器设计上的特殊要求。对于ADC，重点分析了逐次逼近寄存器型（SAR ADC）的优化，包括采样保持电路的非理想性对量化噪声的影响，以及流水线ADC中级联级的匹配与校准策略。讨论了基于Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 架构的过采样技术如何在高分辨率（高动态范围）应用中克服器件噪声。 第六章：低噪声RF与宽带接口电路 本章专注于直接连接到天线和高速数字系统的接口电路设计。详细分析了低噪声放大器（LNA）的设计，强调噪声系数（NF）与输入阻抗匹配的相互制约关系。介绍了基于反馈的LNA拓扑结构，并探讨了在CMOS工艺中实现高Q值电感的挑战与技术。对于混频器，对比了乘法器混频器（Gilbert Cell）和直接转换（Direct Conversion）混频器的优缺点，重点分析了本振泄漏（LO Leakage）和直流混叠（DC Offset）的抑制技术。 --- 第三部分：系统级集成与设计自动化 (System Integration and Design Automation) 最后一部分将视角提升到系统层面，讨论如何在单芯片上高效集成模拟、数字和射频功能，以及设计流程的自动化趋势。 第七章：电源完整性、地弹与封装效应 在系统级芯片（SoC）设计中，电源噪声是模拟性能的头号杀手。本章深入探讨了电源网络（Power Delivery Network, PDN）的设计，包括片上去耦电容（On-Die Decoupling Capacitors）的优化布局，以及如何模型化和减轻地弹（Ground Bounce）对敏感模拟节点的干扰。讨论了封装（Package）的寄生电感和电阻对高频信号传输线的影响，以及在设计阶段就必须考虑的“系统级”去耦策略。 第八章：电磁兼容性（EMC）与寄生参数提取 讲解了在高度集成的环境中，如何管理耦合噪声和串扰。详细介绍了版图层面的设计规则，以最小化电磁干扰（EMI），包括屏蔽环（Guard Rings）和共源共栅（Cascode）结构在隔离敏感节点方面的作用。讨论了先进的寄生参数提取工具链，以及如何将提取出的高阶RC网络模型准确地反馈到时域和频域的仿真验证中，确保硅片性能与预设计的一致性。 第九章：混合信号系统的校准与自适应技术 现代高精度电路的设计往往需要依赖复杂的数字辅助校准。本章探讨了在片上（On-Chip）实现的数字校准技术，用于弥补器件失配和环境漂移带来的误差。研究了如何利用数字反馈回路动态调整模拟模块的偏置点或增益，以维持系统在不同工作条件下的性能指标。这包括了数字线性化技术、增益自适应和DAC/ADC失配的数字校准算法的硬件实现细节。 --- 总结 本书超越了对单个晶体管级电路的教科书式描述，而是着眼于如何在高工艺复杂度和系统集成度的新范式下，系统性地解决功耗、噪声、线性度与集成度这四大核心矛盾。通过对前沿技术和实际工程挑战的细致剖析，读者将获得在下一代低功耗、高精度混合信号SoC设计中所需的前瞻性视野与实战能力。

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