MOS集成电路分析与设计基础PDF电子书下载

目录 1

第一章　结构和元件 1

§1.1 MOSIC发展概况 1

§1.2 典型MOSIC的工艺流程及其特点 5

1.2.1　P沟铝栅增强／增强（E/E）型MOSIC 5

1.2.2　N沟硅栅增强／耗尽（E/D）型MOSIC 6

1.2.3　互补MOSIC（CMOSIC） 8

§1.3 集成电路中的MOSFET 10

1.3.1　MOSFET的电特性 10

1.3.2　MOSFET的等效电路 15

1.3.3　MOSFET的主要二级效应 26

1.3.4　MOSFET的串联与并联 28

§1.4 MOSIC中的无源元件和寄生效应 31

1.4.1　电阻 31

1.4.2　电容 32

1.4.3　连线 37

1.4.4　场区寄生MOSFET 38

1.4.5　寄生双极型晶体管 39

1.4.6　寄生电容 40

1.4.7　寄生PNPN效应 41

§1.5 MOSIC的主要特点 44

第二章　开关与反相器 47

§2.1 单沟道MOS开关 47

2.1.1　直流传输特性 48

2.1.2　直流输出特性 49

2.1.3　瞬态特性 53

§2.2 CMOS开关 60

2.2.1　直流传输特性 61

2.2.2　直流输出特性 61

2.2.3　瞬态特性 65

§2.3 MOS反相器的一般问题 67

2.3.1　性能指标 68

2.3.2　逻辑工作点和阈值点 69

2.3.3　直流噪声容限 71

§2.4 电阻负载反相器（E/R反相器） 74

2.4.1　直流传输特性 74

2.4.2　瞬态特性 78

§2.5 增强负载反相器（E/E反相器） 79

2.5.1　输出高、低电平 79

2.5.2　直流传输特性 81

2.5.3　负载特性 85

2.5.4　瞬态特性 86

2.5.5　自举反相器 88

§2.6 耗尽负载反相器（E/D反相器） 95

2.6.1　直流传输特性 96

2.6.2　负载特性 98

2.6.3　瞬态特性 100

§2.7 互补负载反相器（CMOS反相器） 104

2.7.1　直流传输特性 106

2.7.3　瞬态特性 109

2.7.2　负载特性 109

§2.8 反相器的功耗 113

§2.9 静态内部反相器的设计 116

2.9.1　有比反相器的设计 116

2.9.2　CMOS反相器的设计 118

§2.10 动态反相器 120

2.10.1　动态有比反相器 120

2.10.2　动态无比反相器 124

2.10.3　漏举电路 127

第三章　基本逻辑单元 131

§3.1 开关串／并联的逻辑特性 131

3.1.1　MOS开关的串联与并联 131

3.1.2　传输门逻辑 132

3.1.3　传输门的连线逻辑 134

§3.2 反相器链 136

3.2.1　反相器链的直流传输特性 136

3.2.2　环形振荡器 137

3.2.3　实际的反相器链 138

3.2.4　反相器链的端头和分支 143

§3.3 与非门 145

3.3.1　直流传输特性 145

3.3.2　瞬态特性 148

3.3.3　结论 150

§3.4 或非门 151

§3.5 异或门 153

3.5.1　由E/D逻辑门组成的异或／同或门 154

3.5.2　由传输门组成的异或／同或门 155

3.5.3　由CMOS组成的异或／同或门 156

§3.6 驱动器 159

3.6.1　各类E/E驱动器性能的比较 163

3.6.2　各类E/D驱动器性能的比较 165

§3.7 CMOS逻辑门 174

3.7.1　CMOS与非门的噪声容限 175

3.7.2　CMOS或非门的噪声容限 177

3.7.3 “对称”噪声容限 178

3.7.4　CMOS逻辑门的变型 180

§3.8 触发器 180

3.8.1　RS触发器 181

3.8.2　同步RS触发器 186

3.8.3　静态D触发器 188

3.8.4　准静态D触发器 189

3.8.5　主从触发器 191

§3.9 MOS和TTL间的接口电路 194

3.9.1　兼容条件 195

3.9.2　TTL电路驱动NMOS电路 196

3.9.3　TTL电路驱动CMOS电路 198

3.9.4　TTL电路驱动PMOS电路 199

3.9.5　MOS电路驱动TTL电路 200

§3.10 输入保护电路 201

§4.1 多路开关 205

第四章　逻辑功能部件 205

§4.2 译码器 209

4.2.1　变量译码器 210

4.2.2　码制变换译码器 211

4.2.3　显示译码器 213

§4.3 全加器和进位链 216

4.3.1　全加器 216

4.3.2　加法器 218

4.3.3　进位链 218

4.3.4　动态进位电路 223

§4.4 多功能发生器 224

4.4.1　以E/DMOS反相器为主体的多功能发生器 224

4.4.2　以传输门为主体的多功能发生器 227

§4.5 奇偶校验器和数据比较器 229

4.5.1　奇偶校验器 229

4.5.2　数字比较器 231

§4.6 排队电路 235

§4.7 寄存器和计数器 238

4.7.1　移位寄存器 238

4.7.2　计数器 248

第五章　微处理器 255

§5.1 微处理器与微计算机 256

5.1.1　基本结构 256

5.1.2　工作过程概况 259

§5.2 可编程序逻辑阵列 261

§5.3 8085A的基本结构 265

5.3.1　各管脚的作用 265

5.3.2　基本性能 268

5.3.3　8085A的框图 268

§5.4 8085A的指令系统 271

5.4.1　指令、程序和语言 271

5.4.2　8085A的指令格式 272

5.5.1　正常时序和非正常时序 273

§5.5 8085A的定时 273

5.5.2　8085A的指令周期 274

5.5.3　几种状态的插入 278

§5.6 8085A中的功能块 280

5.6.1　PLA 280

5.6.2　运算器 282

5.6.3　寄存器堆 283

5.6.4　衬偏发生器 285

§5.7 微计算机执行指令的过程 286

§5.8 微处理器的外围电路 298

第六章　存贮器 301

§6.1 只读存贮器（ROM） 302

6.1.1　存贮单元与矩阵 303

6.1.2　地址译码器 305

6.1.3　列选择电路 305

6.1.4　ROM的逻辑特点 307

6.1.5　ROM构成的字符发生器 309

6.2.1　静态RAM的逻辑特性 313

§6.2 静态随机存取存贮器（SRAM） 313

6.2.2　静态存贮单元 314

6.2.3　静态RAM的整体结构 318

6.2.4　静态RAM的外围电路 321

6.2.5　静态RAM的瞬态特性 328

§6.3 动态随机存取存贮器（DRAM） 331

6.3.1　动态四管单元和三管单元 331

6.3.2　单管DRAM 333

6.3.3　动态单元的漏电和再生 342

§6.4 可编程序只读存贮器（PROM） 343

6.4.1　PROM的分类 344

6.4.2　由FAMOS构成的EPROM 346

6.4.3　由SIMOS构成的EPROM 349

6.4.4　浮栅隧道氧化物（Flotox）结构的EEPROM 350

6.4.5　MNOS结构的EEPROM 355

7.1.1　版图设计方法 359

第七章　版图设计 359

§7.1 概述 359

7.1.2　版图设计技巧 361

§7.2 版图的基本要求 363

§7.3　版图设计规则 365

7.3.1　确定版图设计规则的方法 365

7.3.2　硅栅准等平面E/D NMOS版图设计规则 366

7.3.3　硅栅准等平面CMOS版图设计规则 369

7.3.4　铝栅CMOS版图设计规则 369

7.3.5　布线的设计规则 376

§7.4 CMOS版图设计中的特殊问题 377

7.4.1　抑制“Latch-Up”的版图设计技术 377

7.4.2　结构完善的输入保护电路 379

§7.5　版图设计图例 382

7.5.1　E/D NMOS驱动器的版图 382

7.5.3　制版及光刻符号 383

7.5.2　CMOS反相器的版图 383

§7.6 MOSIC版图的CAD 387

7.6.1　门阵列（Gate Array） 387

7.6.2　单元库（Cell-Library） 392

§7.7　结构设计法 398

§7.8 设计自动化 399

第八章　模拟单元电路 402

§8.1 概述 402

8.1.1　MOS模拟电路的优点 402

8.1.2　MOSFET的2信号性能 403

§8.2 各种放大器 406

8.2.1　E/E放大器 406

8.2.2　电阻负载放大器 408

8.2.3　E/D放大器 409

8.2.4　源跟随器 411

8.2.5　共栅放大器 413

8.2.6　互补放大器 414

8.2.7　共源共栅（Cascode）放大器 417

§8.3 电平移动电路和分相器 418

8.3.1　电平移动电路 418

8.3.2　分相器 421

§8.4　MOS源耦合对 423

§8.5　MOS电流源 426

8.5.1　电流镜式电流源 427

8.5.2　威尔逊（Wilson）电流源 427

§8.6　模拟开关 430

8.6.1　导通电阻 430

8.6.2　寄生电容 432

8.6.3　衬偏调制 433

§8.7　开关电容 434

§9.1 运算放大器（OPA） 437

9.1.1　主要参量 437

第九章　模拟功能块 437

9 1.2　E/D NMOSOPA 440

9.1.3　CMOSOPA 449

§9.2 比较器（Comparator） 455

9.2.1　基本原理 455

9.2.2　自稳零式比较器 462

9.2.3　斩波放大型比较器 463

§9.3 基准电压源 465

9.3.1　E/D NMOS基准电压源 466

9.3.2　CMOS基准电压源 471

第十章　模拟集成子系统 475

§10.1 MOS开关电容滤波器（SCFilter） 475

10.1.1　滤波器的类型 475

10.1.2　MOS开关电容积分器 478

10.1.3　加法器 481

10.1.4　电路图例 482

10.2.1　基本原理 486

§10.2 MOS D/A转换器（D/AConverter） 486

10.2.2　电阻分压式MOS集成D/A转换器 487

10.2.3　电荷分布式MOS集成D/A转换器 490

§10.3 MOS A/D转换器（A/D Converter） 492

10.3.1　逐次逼近A/D转换器的基本原理 493

10.3.2　逐次逼近A/D转换器图例 495

10.3.3　双斜率串行变换A/D转换器 497

§10.4 脉码调制编码器（Encoder）和译码器（Decoder） 500

10.4.1　数字通信 500

10.4.2　PCM通信 501

10.4.3　PCM编码器 505

10.4.4　PCM译码器 513

10 4.5　增量调制（ΔM）原理 513

10.4.6　MOS PCM展望 514

〔附录A〕MOS IC典型工艺 516

A.1　4μmN沟硅栅E/D MOS IC的典型工艺 516

附录 516

A.2　3μm硅栅MOSIC的典型工艺 518

〔附录B〕SPICE-Ⅱ程序和模型参数 520

B.1　E/D驱动器的SPICE-Ⅱ程序和MOS1模型参数 520

B.2　E/D反相器的SPICE-Ⅱ程序和MOS2模型参数 523

B.3　CMOS反相器的SPICE-Ⅱ程序和MOS2模型参数 523

〔附录C〕反相器的设计 526

C.1　E/D反相器的设计示例 526

C.2　对称波形CMOS反相器的设计示例 532

〔附录D〕驱动器的设计 536

D.1　同相D—D驱动器（简称SDD）的设计示例 536

D.2　反相D—D驱动器（简称IDD）的设计示例 540

D.3　同相D—E驱动器（简称SDE）的设计示例 541

D.4　反相D—E驱动器（简称IDE）的设计示例 542

D 5　设计结果和SPICE计算的对比 543

〔附录E〕交通控制PLA的设计 545

〔附录F〕8085A指令系统表 549