Low Power Analog Cmos for Cardiac Pacemakers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Silveira, Fernando/ Flandre, Denis

出品人:

页数:221

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价格:165

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isbn号码:9781402077197

丛书系列:

图书标签:

• 低功耗
• 模拟电路
• CMOS
• 心脏起搏器
• 生物医学工程
• 集成电路设计
• 射频电路
• 电源管理
• 医疗设备
• 电路设计

模拟集成电路设计：从基础到前沿应用 本书聚焦于现代模拟集成电路设计的核心原理、关键技术以及面向特定领域的先进应用，旨在为电子工程、微电子学以及相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一本全面且深入的参考资料。 本书的编写遵循循序渐进的逻辑结构，从模拟电路设计的基础理论入手，逐步深入到复杂系统的实现与优化。全书内容涵盖了从器件物理到系统级架构的各个层面，强调理论与实践的紧密结合，通过大量实例和深入的分析，阐明设计决策背后的权衡取舍。 第一部分：模拟集成电路设计基础与器件特性 本部分奠定了读者理解后续高级主题所需的坚实基础。 第一章：半导体器件物理回顾 本章从MOS晶体管的能带结构和载流子输运机理入手，详细阐述了晶体管在不同工作区域（亚阈值、线性、饱和区）的I-V特性。重点分析了短沟道效应（Short Channel Effects, SCEs）如DIBL、阈值电压滚降等对器件性能的影响。此外，还深入探讨了噪声源的物理本质，包括热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）及其在电路设计中的建模与抑制方法。 第二章：标准CMOS工艺与器件建模 详细介绍了主流的CMOS工艺流程对模拟性能的影响，尤其关注匹配性（Mismatch）和寄生效应（Parasitics）。书中引入了精确的BSIM模型，并讨论了如何根据工艺角（Process Corners）进行电路仿真和设计优化。匹配性分析将聚焦于电阻、电容的匹配误差以及晶体管的参数失配（如$V_{th}$失配和$eta$失配）如何影响直流精度和低频噪声性能。 第三章：基本模拟模块分析 本章系统回顾和分析了构建复杂模拟电路的基本单元，包括： 电流镜与有源负载： 讨论了从简单两管电流镜到高精度、高输出阻抗的Wilson和镜像电流源的设计，并分析了它们在提供偏置电流时的匹配误差和共模抑制能力。 基本放大器结构： 深入分析了共源级、共射级、共基级的增益、带宽和输出阻抗特性。 源极/共源跟随器： 阐述了它们在缓冲和线性度优化中的作用。 第二部分：高精度与高增益放大器设计 本部分专注于提升放大器的核心性能指标：增益、带宽和功耗效率。 第四章：跨导放大器（OTA）设计 跨导放大器是数据转换器和反馈系统的心脏。本章详细讲解了单级和多级OTA的设计技术： 折叠式输入级（Folded Cascode）： 深入分析了折叠式共源共栅的结构优势、输入共模范围（ICMR）的限制，以及如何通过优化电流分配来最大化增益带宽积（GBW）。 补偿技术： 详细介绍了米勒补偿（Miller Compensation）、输出负载补偿和定点补偿（Pole-Zero Compensation）的原理、稳定性裕度（Phase Margin）的计算与优化，以及负载效应分析。 噪声性能优化： 阐述了如何通过电流分配、器件尺寸和输入对选择来最小化输入参考噪声，并引入了噪声传递函数的概念。 第五章：运算放大器（Op-Amp）拓扑结构 本书探讨了不同应用场景下的高性能运算放大器架构： 双极点补偿结构： 经典的二级OTA，侧重于输出驱动能力和高开环增益的实现。 共源共栅放大器： 重点分析其高输出阻抗和优异的电源抑制比（PSRR）特性，适用于需要高开环增益的场景。 单位增益缓冲器（Voltage Follower）： 设计考虑因素包括摆幅、瞬态响应和压摆率（Slew Rate）的优化。 第六章：反馈理论与稳定性分析 本章系统回顾了负反馈的基本原理，并引入了更高级的稳定性分析工具： 环路增益（Loop Gain）分析： 详细讲解了波特图（Bode Plot）的应用，用于预测相位裕度和增益裕度。 零点和极点定位： 分析了电路中寄生电容和补偿电容引起的极点（Pole）和零点（Zero），并展示了如何通过设计手段精确控制这些频率特性，确保系统的稳定性。 第三部分：数据转换器核心电路 本部分聚焦于模拟电路在高速、高精度数据采集与生成中的关键作用。 第七章：采样保持电路（Sample-and-Hold Amplifier, SHA） SHA是ADC的前端关键部分。本章深入探讨了其关键指标： 开关时间（Switching Time）与毛刺（Aperture Jitter）： 分析了开关非线性、残余电荷注入（Charge Injection）和时钟前馈馈通（Clock Feedthrough）对量化精度的影响，并介绍了时钟抖动（Jitter）对有效位数（ENOB）的限制。 保持（Hold）阶段的失真： 讨论了输入跟随误差、漏电流导致的保持时间误差，以及如何设计具有低电荷泄漏的保持开关。 第八章：高分辨率ADC中的模拟设计挑战 本书重点分析了SAR（逐次逼近寄存器）ADC和Sigma-Delta（$DeltaSigma$）ADC中的关键模拟模块： SAR ADC中的比较器设计： 侧重于高灵敏度、低失调电压和高输入阻抗的比较器结构，如再生式比较器（Regenerative Comparator）的工作原理与优化。 $DeltaSigma$调制器中的关键电路： 深入剖析了噪声整形（Noise Shaping）所需的积分器（Integrator）设计，包括电荷泵（Charge Pump）驱动下的电容开关（Switched Capacitor, SC）积分器的非理想效应分析，如电容失配和开关泄漏。 第四部分：电源管理与低功耗技术 本部分关注如何在有限的电源预算下实现高性能模拟电路。 第九章：低噪声与高PSRR技术 电源质量对模拟电路的性能至关重要。本章详细讨论了抑制电源噪声的方法： 低噪声偏置电路： 使用电流源而非电阻分压器的设计原则。 PSRR优化： 介绍了如何设计具有高电源抑制比的输入级和有源偏置电路，以确保电源纹波不会调制到输出信号上。 噪声隔离与屏蔽： 讨论了布局布线、地平面设计和噪声耦合路径的识别与抑制。 第十-十章：先进的低功耗电路设计策略 本章探讨了实现超低功耗设计的方法论： 亚阈值偏置（Subthreshold Biasing）： 深入分析了晶体管工作在亚阈值区的电流-电压关系，以及如何利用其指数特性实现极低的静态功耗，同时权衡其对速度和匹配性的影响。 动态电压与频率调节（DVFS）： 讨论了如何根据计算负载动态调整电路的工作电压和频率，以达到最优的能效点。 脉冲域处理： 介绍了使用脉冲域或事件驱动型电路（如脉冲编码系统）来减少传统连续时间电路的功耗。 第五部分：电路布局、仿真与验证 本部分强调了将理论设计转化为实际芯片的关键步骤。 第十一章：版图设计与寄生效应控制 优秀的版图是模拟电路成功的基石。本章详细讲解了布局设计规则： 匹配技术： 介绍了共质心（Common-Centroid）、交织（Interleaving）等技术在匹配电阻、电容和晶体管上的应用。 热效应管理： 讨论了晶体管热点如何影响匹配，以及如何通过对称布局和散热结构来缓解热梯度。 噪声耦合抑制： 讲解了电源线去耦、敏感节点隔离、以及如何处理电磁干扰（EMI）的布局策略。 第十二章：高级仿真与验证流程 本书指导读者使用专业EDA工具进行全面的电路验证： 角点分析（Corner Analysis）： 如何在PVT（工艺、电压、温度）的极端条件下进行仿真，确保设计的鲁棒性。 蒙特卡洛仿真： 用于量化器件失配对电路性能（如失调电压、增益精度）的统计影响。 瞬态与噪声仿真： 强调了对瞬态响应、开关噪声和随机噪声的精确建模与仿真。 本书力求内容严谨、深入浅出，不仅教授“如何设计”，更强调“为何如此设计”，是模拟电路领域不可或缺的权威参考书。

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坦白说，光是想象阅读这样一本专业书籍的过程，就让我对作者的功力肃然起敬。心脏起搏器，这个救命的设备，其核心的挑战之一就是如何平衡性能、尺寸和功耗。这本书的名字直指低功耗模拟CMOS这一核心技术栈，这暗示着它绝不是泛泛而谈的概论，而是直击那些最令人头疼的设计瓶颈。我期待看到书中对特定电路模块的精细剖析，比如超低噪声的斩波放大器（Chopper Amplifiers）或者自适应基线漂移消除电路。这些电路的功耗往往成为整个系统的瓶颈。书中是否详细探讨了如何权衡噪声性能与功耗之间的固有矛盾？例如，采用脉冲密度调制（PDM）或Δ-Σ调制技术来替代传统的连续时间滤波器，以降低有源元件的数量和静态功耗？再者，考虑到CMOS工艺节点的不断演进，书中是否探讨了在更先进的工艺节点上设计这些关键模块所面临的特有挑战，比如更低的晶体管阈值电压带来的噪声增大问题？对于追求极致性能的工程师而言，这本书无疑是提供了一份详尽的“工具箱”和“实战手册”，让复杂的系统级功耗优化变得有章可循。

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从技术深度来看，这本书似乎瞄准了那些需要深入理解亚微米甚至纳米级工艺下模拟电路行为的资深研发人员。低功耗模拟设计与数字设计的思路截然不同，它要求设计者对半导体物理有近乎本能的直觉。我推测，书中对“栅氧化层电容与漏电流”之间的微妙关系，以及如何通过优化晶体管的宽长比来平衡增益带宽积与功耗的权衡，一定会有非常独到的见解。特别是对于起搏器而言，对脉冲形状的精确控制至关重要，这涉及到底层驱动电路的快速响应能力。这本书可能详尽地阐述了如何设计出在满足特定输出电流和上升时间要求的同时，将单位脉冲能量消耗降至最低的电路拓扑。这种优化过程常常需要大量的仿真和迭代。因此，书中对SPICE模型的使用、对寄生效应的精确建模，以及如何在高频和低频噪声之间进行巧妙取舍的实战经验分享，是我最为期待的部分。它代表着将最前沿的半导体物理知识转化为实际的、挽救生命的医疗设备的桥梁。

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这本书的书名本身就透露出一种极端的工程美学：在“低功耗”的桎梏下，实现“模拟”电路的高性能，并且应用在“心脏起搏器”这一对可靠性要求最高的领域。这不仅仅是技术挑战，更是对工程师设计哲学的一种考验。我设想，书中对片上电容和电阻的精确匹配与温度漂移补偿技术会有浓墨重彩的描述，因为在极低功耗状态下，为了维持模拟信号链的精度，这些无源元件的稳定性是决定性的。此外，现代起搏器通常集成有远程诊断和无线通信模块。这本书是否触及了射频（RF）前端的功耗优化策略，尤其是如何设计低功耗的接收和发送路径，使其与模拟信号采集模块共享电源或在时间上进行精细的功耗调度？如果书中能提供一套完整的、从生物电信号采集到无线数据传输的系统级低功耗设计方法论，那么这本书的价值将远远超越单一的IC设计范畴，成为医疗电子设备系统工程师案头的必备参考书。它似乎在宣告：我们可以用极少的能量，实现最复杂的功能。

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这本电子工程领域的著作，光是书名就让人联想到一丝不苟的严谨与对前沿技术的深刻洞察。它似乎专注于一个极其细分且至关重要的领域——低功耗模拟CMOS技术在心脏起搏器中的应用。对于一个对集成电路设计、尤其是生物医学电子设备感兴趣的读者来说，这本书无疑是一座知识的金矿。我猜想，书中必然会深入剖析如何在高精度模拟信号采集和调理电路中实现极致的能效。例如，起搏器对电池寿命有着近乎苛刻的要求，任何微小的功耗优化都会带来巨大的临床价值。因此，作者势必会介绍各种先进的亚阈值偏置技术、动态电源管理策略，以及如何利用新型晶体管结构来应对漏电和噪声这对低功耗设计中的“双刃剑”。此外，鉴于模拟前端需要处理微弱的心电信号，书中可能还涵盖了高共模抑制比（CMRR）和高输入阻抗的设计技巧，这一切都必须在极低的静态电流预算下完成。这本书的价值不仅仅在于理论的阐述，更在于它能提供一套系统化的设计流程和实用的工程案例，指导工程师们如何将理论转化为能在人体内安全、可靠运行数十年的精密医疗设备。它的深度和广度，足以让资深的IC设计师受益匪浅，也为新入行的研究人员奠定了坚实的基础。

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作为一个关注生物电子接口的读者，我对这类聚焦于特定应用的专业书籍抱有极高的期待，因为它往往能揭示行业内尚未完全公开的“诀窍”。这本关于起搏器中低功耗模拟CMOS的书，其重要性不言而喻。它不仅仅是关于晶体管和电路图的堆砌，更关乎到如何将这些电子元件整合进一个对人体生物电信号敏感且需要长期可靠运行的系统中。我特别好奇书中对于电源管理单元（PMU）的论述。在起搏器这类由微小电池供电的设备中，PMU的设计必须极其精妙，确保高效的电压转换和分配，同时自身的功耗也要降到最低。书中是否深入探讨了如何设计高效率的DC-DC升压电路，用以驱动刺激电路，同时又不引入过多的电磁干扰（EMI）影响敏感的模拟前端？另一个吸引我的点是关于可靠性和寿命的考量。低功耗往往意味着工作在接近阈值电压的区域，这对工艺变异的敏感度极高。书中是否提供了应对这些工艺不确定性的设计裕度分析方法，确保在不同个体、不同环境下的长期稳定性？这本书如果能提供这些深层次的见解，那它将是不可多得的参考资料。

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