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出版者:International Engineering Consortium

作者:Istvan Novak

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-05-05

价格:USD 80.00

装帧:Paperback

isbn号码:9781931695657

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 配电网
• 电力网络设计
• 电力规划
• 电力系统分析
• 电力电子
• 智能电网
• 电力质量
• 可靠性
• 优化算法

模拟集成电路的艺术与科学：高精度系统设计实践 一、 前言：迈向模拟集成电路设计的深水区 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践指导意义的模拟集成电路（Analog Integrated Circuit, AIC）设计指南。我们专注于那些对性能要求极为苛刻、对噪声敏感度极高的现代电子系统，例如医疗影像设备、高保真音频系统、精密传感器接口以及先进的射频（RF）收发器。 与侧重于数字逻辑或基础器件物理学的教材不同，本书的核心目标是将理论知识转化为可行的芯片设计流程。我们相信，优秀的模拟设计不仅是基于严格的数学模型，更是对晶体管物理特性、工艺参数变异性以及实际版图约束的深刻理解。因此，全书的组织结构围绕“从系统规格到流片验证”这一完整的设计闭环展开，力求在理论的严谨性与工程的实用性之间找到完美的平衡点。 二、 系统级建模与规格定义：设计的起点与基石 成功的模拟芯片设计始于对系统需求的精准把握。本章将深入探讨如何将宏观的系统指标（如信噪比SNR、无杂散动态范围SFDR、功耗预算、输入/输出电压范围）分解为可管理的电路模块规格。 1. 性能指标的量化与权衡（Trade-offs）： 我们将详细分析积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）在模数转换器（ADC）设计中的重要性，并展示如何通过适当的架构选择（如流水线式、Sigma-Delta、逐次逼近寄存器SAR）来优化这些指标，同时管理带宽与功耗的矛盾。 2. 噪声预算的建立： 噪声是模拟设计的头号敌人。本节将教授如何构建系统的噪声模型，识别噪声的主要来源（热噪声、闪烁噪声、量化噪声），并应用噪声折合到输入端（Referred-to-Input, RTI）的方法，在设计初期就确定关键增益级和反馈环路的噪声贡献限制。 3. 失配（Mismatch）分析： 晶圆上器件参数的随机和系统性失配是影响精密模拟电路性能（尤其是在匹配和共模抑制方面）的主要因素。我们将引入统计方法，计算不同工艺节点下匹配对斩波放大器、仪表放大器和电流镜的性能影响，并指导读者在版图设计阶段采取补偿措施（如共质心布局、位操作）。 三、 核心模拟模块的深度剖析与实现 本书的中间部分是关于构建高性能模拟积木块的详尽技术手册。每个模块的讨论都包含理论推导、关键设计方程、常见陷阱以及先进工艺下的实现技巧。 1. 运算放大器（Op-Amp）与跨导放大器（OTA）设计： 重点探讨零阶稳定性分析、相位裕度优化、二分法补偿技术。我们将覆盖两级OTA（高增益、高带宽）和单位增益缓冲器（低噪声、高驱动能力）的设计流程。特别关注共模反馈（CMFB）电路在差分结构中的必要性和实现方法，以确保在先进工艺中的可靠工作。 2. 数据转换器（ADC/DAC）的架构与线性化： 不仅仅是展示SAR或Sigma-Delta的基本结构，更深入探讨动态元件匹配（Dynamic Element Matching, DEM）和数据加权平均（Data Weighted Averaging, DWA）技术如何对抗开关失配。针对高分辨率ADC，我们将详述时钟抖动（Jitter）对采样电路性能的限制以及时间误差的校准策略。 3. 低噪声放大器（LNA）与混频器： 在射频前端设计部分，我们侧重于输入匹配（Smith圆图应用）、噪声系数（NF）的最小化，以及如何平衡线性度（$P_{1dB}$ 或 $IIP3$）与噪声。针对CMOS实现，讨论如何利用体效应和亚阈值偏置来优化功耗与噪声的折衷。 4. 高精度线性稳压器（LDO）与开关稳压器（Switching Regulator）： LDO的设计将聚焦于其环路稳定性（负载电容的影响、零点补偿）和瞬态响应的优化。对于开关电源，我们将分析其控制环路的电流模式与电压模式，以及如何设计补偿网络以确保快速的负载瞬态响应，同时最小化开关噪声耦合到敏感模拟电路。 四、 工艺、噪声与版图的工程实践 模拟设计真正的挑战在于如何将抽象的电路图转化为在硅片上可制造且性能稳定的物理实体。本部分是本书最侧重工程实践的章节。 1. CMOS晶体管的非理想效应： 细致分析短沟道效应、漏致势垒降低（DIBL）、亚阈值导电性，以及这些效应如何随温度和工艺批次漂移。我们将引入基于BSIM模型的精确仿真方法，而非仅仅依赖于简单的平方律模型。 2. 寄生参数的提取与建模： 从互连线的电阻（$R$）和电容（$C$），到晶体管的源极/漏极端子电容，这些寄生参数对高频性能和低噪声性能的影响是毁灭性的。我们将教授如何使用先进的提取工具，并将提取出的 $RC$ 网络集成到仿真流程中进行后仿真验证。 3. 版图设计与匹配技术： 本章深入探讨实现高性能的关键：布局（Layout）。内容涵盖共质心技术、交错（Interleaving）布局以平均化梯度效应、热效应管理（热隔离）、以及如何设计敏感节点（如采样保持电容和电流源）的防护环（Guard Ring）以抑制耦合噪声。 4. 工艺角（Corner Case）仿真与蒙特卡洛分析： 强调设计必须在最差工艺角（如 SS/FF/TT，高温/低温）下工作。我们将详细演示如何设置仿真脚本，执行工艺角仿真和数千次蒙特卡洛模拟，以统计学的方式确认设计的鲁棒性和可制造性。 五、 验证、后仿真与流片回顾 设计周期的高潮是验证。本书指导读者如何超越简单的直流工作点分析。 1. 高精度仿真技巧： 涵盖瞬态、交流（AC）和噪声分析的正确设置。重点介绍如何对电源抑制比（PSRR）和共模抑制比（CMRR）进行精确的激励和仿真。 2. 寄生感知仿真（Post-Layout Simulation）： 阐述如何利用提取的寄生参数文件（如 `.spef`）进行最终的系统级验证，并重点分析版图引入的相位裕度损失和时间延迟。 3. 调试与故障分析： 针对流片后的常见问题——振荡、非线性失真、直流失调——提供系统的故障排除流程，帮助读者快速定位是设计缺陷、工艺变异还是测试环境引入的问题。 本书的目标读者是具有一定电子工程基础的高级本科生、研究生，以及希望提升在高性能模拟芯片设计领域实践能力的专业工程师。通过学习本书，读者将掌握构建下一代高精度、低噪声模拟电路所需的全套理论框架和工程实践方法。

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这本书绝对是PDN设计领域的“圣经”！我花了将近一个月的时间才把它精读完，但我觉得每一分钟的投入都是值得的。作者在书中系统地梳理了PDN设计的整个流程，从需求分析、方案设计、电路仿真到PCB布局、制造和测试，每一个环节都进行了深入的探讨。我尤其看重书中对噪声抑制和信号完整性的分析，作者将电磁兼容（EMC）的原理与PDN设计紧密结合，详细讲解了如何在PDN层面有效地控制电磁辐射和敏感性。书中给出了很多具体的设计指南，比如如何选择合适的滤波元件，如何合理布置接地，如何避免电源和信号线的耦合等。这些内容对于提高产品的EMC性能，减少调试时间，非常有帮助。此外，书中还涉及了电源完整性（PI）和信号完整性（SI）的协同优化，强调了PDN设计需要同时考虑电压和信号的稳定性。这本书的逻辑性非常强，章节之间的过渡自然流畅，让我能够轻松地跟随作者的思路，逐步深入理解PDN设计的每一个细节。

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坦白说，我当初买这本书，是抱着一种试试看的心态，因为我之前接触过一些PDN相关的资料，觉得都比较枯燥和难以理解。但这本书完全颠覆了我的看法。它以一种非常直观和易于接受的方式，将PDN设计中的核心概念一一呈现。例如，书中在讲解电压跌落时，用了大量的图示和表格，清晰地展示了不同负载情况下电压的变化趋势，以及如何通过调整PDN参数来减小跌落幅度。我特别欣赏书中对不同工艺和技术的对比分析，比如在讨论PCB材料的选择时，作者详细列举了不同材料的介电常数、损耗因子等参数，并分析了它们对PDN性能的影响，以及在不同应用场景下的适用性。这对于我选择合适的PCB供应商和材料至关重要。此外，书中还提供了一些非常实用的调试技巧和故障排除指南，当我遇到实际的PDN问题时，可以对照书中的内容，快速找到问题根源并加以解决。我感觉这本书就像一位经验丰富的老前辈，分享了他多年来在PDN设计领域积累的智慧和宝贵经验。

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这本书的阅读体验实在太棒了！我平常看技术书，很容易走神，但这本书从第一章开始就牢牢抓住了我的注意力。作者的文笔非常流畅，而且善于用形象的比喻来解释复杂的概念，比如在描述电磁干扰时，他将PDN比作一个水管系统，而噪声则是水中的杂质，如何过滤和抑制这些杂质，就形象地展现了PDN设计的精髓。我尤其喜欢书中对各种设计工具的使用讲解，作者不仅介绍了各种主流EDA软件的功能，还分享了自己在使用这些工具进行PDN仿真的经验和技巧，比如如何设置仿真模型，如何分析仿真结果，以及如何根据仿真结果调整设计。这些实用的指导，让我感觉自己不再是孤军奋战，而是有一个经验丰富的导师在身边指引。书中还涉及了一些前沿的PDN设计技术，比如主动滤波、集成电感等，这些内容让我大开眼界，也为我未来的学习和工作指明了方向。我觉得这本书的价值在于，它不仅仅是传授知识，更重要的是培养一种解决问题的能力。它鼓励读者去思考，去探索，去创新，而不是仅仅被动地接受书本上的内容。

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这本书我早就听说过，但一直没有机会入手。最近终于把它买回来了，说实话，翻了几页就被它的深度和广度震撼到了。它不像市面上很多同类书籍那样，只是简单地罗列一些公式和图表，而是深入浅出地剖析了PDN设计背后的原理和考量。作者在讲解的过程中，非常注重将理论知识与实际应用相结合，举了大量的实际案例，让我能更直观地理解抽象的概念。比如，书中在讨论去耦电容的选择时，不仅仅给出了经验法则，还详细解释了电容的ESR、ESL、寄生参数以及它们对PDN阻抗的影响，并提供了详细的计算方法和仿真验证过程。这种严谨的学术态度和实操性强的教学方式，对于我这样的工程师来说，简直是如获至宝。而且，书中对于不同类型的PDN，例如电源轨、地平面、去耦网络等，都进行了细致的分析，并给出了针对性的优化策略。即使是对于一些看似细枝末节的问题，比如PCB布局的微小调整、元器件封装的选择等，书中都给出了详尽的解释，说明了这些细节是如何对整个PDN性能产生显著影响的。我觉得，这本书不仅仅是关于PDN设计的方法论，更是一种思维方式的启迪，它教会我如何系统地思考问题，如何从根源上解决设计中的挑战。

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我一直认为，PDN设计是一个既需要理论知识，又需要实践经验的领域。而这本书恰好填补了我在这方面的空白。它不仅仅是一本理论书籍，更是一本实用的操作手册。书中提供了大量的数据表格、计算公式和设计模板，可以直接用于实际项目。我非常喜欢书中关于阻抗匹配的讲解，作者不仅解释了阻抗匹配的重要性，还给出了多种阻抗匹配的技术方案，并分析了各种方案的优缺点。这让我对如何在不同频率下实现最优的阻抗匹配有了更清晰的认识。而且，书中还讨论了一些新兴的PDN设计挑战，例如随着芯片集成度的不断提高，以及供电电流的不断增大，PDN面临着越来越严峻的挑战。作者对此进行了深入的分析，并提出了一些前瞻性的解决方案，这让我对未来的PDN设计趋势有了更深刻的理解。总而言之，这本书为我提供了一个全面的PDN设计框架，让我能够更自信、更有效地进行PDN设计。

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