CMOS模拟集成电路分析与设计PDF电子书下载

目录 1

第1章 CMOS集成电路制造工艺 1

1.1　基本的制造工艺过程 1

1.1.1　衬底材料的制备 1

1.1.2　光刻 2

1.1.3　刻蚀 3

1.1.4　掺杂、扩散 4

1.1.5　化学气相淀积 4

1.2　双阱CMOS工艺的主要流程 5

1.3　高压CMOS器件及高低压兼容工艺 11

1.3.1 高压CMOS器件 11

1.3.2　高低压兼容CMOS工艺 12

1.3.3　高压PMOS的厚栅氧刻蚀 13

1.3.4　高低压之间的隔离 15

2.1.1 MOS晶体管结构与几何参数 17

2.1　有源器件 17

第2章　基本MOS器件物理 17

2.1.2 MOS管的工作原理及表示符号 18

2.1.3 MOS管的高频小信号电容 20

2.1.4 MOS管的电特性 22

2.1.5　二阶效应 26

2.1.6 MOS管交流小信号模型 30

2.1.7　有源电阻 31

2.2　无源器件 34

2.2.1　电阻 34

2.2.2　电容 36

2.3　短沟道效应 38

2.3.1　按比例缩小 38

2.3.2　短沟道效应 41

2.4 MOS器件模型 46

3.1.1　无源负载共源放大器 47

3.1　共源放大器 47

第3章　单级放大器 47

3.1.2　有源器件作为负载 50

3.2　源极跟随器 56

3.2.1　电阻负载源极跟随器 56

3.2.2　电流源负载源极跟随器 57

3.3　共栅放大器 59

3.4　共源共栅极（级联级） 62

3.5　折叠式级联 65

第4章　恒流源电路 67

4.1　基本电流镜结构 67

4.2　威尔逊电流源 68

4.3　共源共栅电流源——高输出阻抗恒流源 69

4.4　低压共源共栅结构——常数Vb的偏置 70

4.5　高输出阻抗、高输出摆幅的恒流源 71

4.6.1 CMOS峰值电流源 72

4.6　高电源抑制比的电流源 72

4.6.2 恒定跨导电流源 74

第5章　差分放大器 75

5.1　概述 75

5.2　基本差分对 76

5.2.1　电路结构 76

5.2.2　差分对的共模输入及输出压摆 76

5.2.3　差分对的差分工作 78

5.3　以MOS管作为负载的差分放大器 89

5.4 CMOS差分放大器 90

5.4.1　工作原理 91

5.4.2　电路分析 91

5.4.3 CMOS差分放大器的主要性能 97

5.5　模拟乘法器 97

5.5.1　模拟乘法器设计方法 97

5.5.2　直接利用双差分结构实现 99

6.1.1　基本概念 101

第6章　放大器的频率响应 101

6.1　频率特性的基本概念和分析方法 101

6.1.2　分析方法 102

6.2　共源极的频率响应 103

6.2.1　电路的零极点 103

6.2.2　输入阻抗 105

6.3　源极跟随器 106

6.3.1　电路的零极点 106

6.3.2　输入阻抗 108

6.3.3　输出阻抗 108

6.4　共栅极——电流缓冲器 109

6.4.1　电路的零极点 109

6.4.2　输入阻抗 110

6.5　级联放大器 110

6.6 CMOS增益级 112

6.7.1 CMOS全差分对 113

6.7　差分对放大器 113

6.7.2　电流镜为负载的差分对 115

第7章　反馈 118

7.1　基本概念 118

7.1.1 负反馈放大器的方框图及放大倍数的一般表达式 118

7.1.2　负反馈放大器的类型 119

7.2　负反馈结构 119

7.3　负反馈放大器的特性 121

7.3.1　提高放大器增益的稳定性 121

7.3.2　对系统的输入与输出电阻的影响 122

7.3.3　带宽调节 125

7.3.4　减小非线性失真 126

7.3.5　负载的影响 127

7.4　反馈网络的噪声效应 133

7.5　系统的稳定性 134

7.5.1　单极点系统 134

7.5.2　多极点系统 135

第8章　噪声 136

8.1　概述 136

8.1.1　噪声的描述方法 136

8.1.2　相关噪声源与独立噪声源 137

8.1.3　噪声带宽 137

8.2　噪声的种类 137

8.2.1　热噪声 138

8.2.2　闪烁噪声——1/f噪声 140

8.2.3　散粒噪声 141

8.3　电路中噪声的表示方式 142

8.3.1　噪声源表示法 142

8.3.2　？与？的计算 142

8.4　单级放大器中的噪声 143

8.4.1　共源极 143

8.4.2　共栅极 144

8.4.3　共源共栅放大器 145

8.4.4　源极跟随器 146

8.4.5 CMOS放大器的噪声 147

8.5　差分对中的噪声 148

第9章　运算放大器 150

9.1　概述 150

9.1.1　运算放大器的主要参数 150

9.1.2　分析运算放大器的一般步骤 153

9.2　单级运放 153

9.2.1　全差分单级运算放大器 153

9.2.2　单端输出运算放大器 156

9.3　共模反馈 159

9.3.1　共模电平的检测方法 159

9.3.2　误差比较技术 161

9.4　多级运放 165

9.4.1　两级运放 165

9.4.2　多级运放 166

9.5　运放的建立时间TSET 169

9.5.1　物理意义 169

9.5.2　单级运放的转换速率 172

9.5.3 级运放的转换速率 173

9.6　增益提高电路 174

9.6.1　基本增益提高电路 174

9.6.2　增益提高的级联运放 176

9.7　运放中的噪声分析 177

9.8　运算放大器的设计流程 179

第10章　运算放大器的频率补偿 180

10.1　稳定相位裕度 180

10.2　频率补偿 182

10.2.1　单级高增益运放的频率补偿 182

10.2.2 CMOS多级运放的补偿 185

11.2 MOS模拟开关 195

11.1　概述 195

第11章　开关电容电路 195

11.2.1 MOS开关的电阻 196

11.2.2 MOS管寄生电容的影响 199

11.2.3　衬偏的调制与kT/C噪声 202

11.3　开关电容电路的工作原理及特点 203

11.3.1　电荷重分配原理 203

11.3.2　开关电容电路的等效电阻 204

11.4　开关电容电路模块 205

11.4.1　采样维持（S/H）电路 205

11.4.2　增益放大模块 208

11.4.3　开关电容积分器 210

11.4.4　倍乘和单位延迟及积分／加法（或减法）电路 210

11.4.5　开关电容滤波器 211

11.4.6　开关电容共模负反馈 212

11.5.1　开关的非理想效应 213

11.5　开关电容电路中的非理想效应 213

11.5.3　非理想运算放大器的影响 214

11.5.4　开关电容电路中的噪声 214

11.5.2　电容的不精确 214

第12章　放大器的非线性失真 217

12.1　概述 217

12.1.1　非线性的定义 217

12.1.2　非线性的度量方法 217

12.2　单级放大器的非线性 218

12.2.1　由于管子特性引起的非线性 218

12.2.2　由放大器传输特性引起的非线性 218

12.3　差分电路的非线性 218

12.4　电路中器件引起的非线性 219

12.4.1　电容的非线性 219

12.4.2 MOS管作为电阻的非线性 220

12.5.1　原理 221

12.5　克服非线性的技术 221

12.5.2　改善放大器非线性失真的实际电路 222

第13章　基准电压源 226

13.1　基本工作原理 226

13.1.1　与温度无关的基准 226

13.1.2　常见的带隙基准电压源的结构 228

13.2　带隙基准源各个单元的分析 228

13.2.1　电流镜 228

13.2.2　运算放大器 234

13.2.3　温度补偿 237

13.3　低电压工作的基准电压源 242

13.3.1　常态阈值器件的低电压基准电压源 242

13.3.2　结构改进型低电压基准电压源 242

13.4　以MOS管阈值电压Vth为基准的参考电压源 243

13.5　亚阈值区的基准电压源 245

13.7　带负载能力 246

13.6　多组电压源的产生 246

第14章　集成电压比较器 248

14.1　概述 248

14.1.1　基本概念 248

14.1.2　电压比较器的主要参数及设计要求 249

14.1.3　电压比较器的结构 250

14.2　级联倒相器结构 250

14.2.1　基本倒相器结构 250

14.2.2　典型级联倒相结构比较器 251

14.2.3　快速的级联结构比较器 252

14.3　差分输入运算放大器结构 253

14.3.1　静态模式 253

14.3.2　动态工作模式 255

15.2.1　工作原理 260

15.2　数／模转换（DAC） 260

第15章　D/A、A/D转换器 260

15.1　概述 260

15.2.2 DAC的主要性能 261

15.2.3 DAC的种类 262

15.3　模／数转换电路 271

15.3.1　工作原理 271

15.3.2　性能参数 271

15.3.3　模／数转换器类型 272

16.1.1　概述 291

第16章　振荡器与锁相环 291

16.1　振荡器 291

16.1.2 LC振荡器 292

16.1.3　交叉耦合振荡器 293

16.1.4　科尔皮兹振荡器 294

16.1.5　负阻振荡器 296

16.1.6　移相振荡器 296

16.1.7　环形振荡器 297

16.1.8　压控振荡器 302

16.2　锁相环 304

16.2.1　锁相环结构 304

16.2.2　锁相环路的性能 306

16.2.3　锁定状态 308

16.2.4　频率倍增和合成 310

16.2.5　电荷泵锁相环 311

第17章　版图设计技术 315

17.1　版图的设计流程 315

17.2　工艺制约 316

17.3　工艺设计规则 317

17.4　布局与布线 318

17.4.1 MOS器件的版图设计 318

17.4.2　二极管的版图设计 321

17.4.3　无源器件 321

17.4.4　布局 323

17.4.5　布线 328

17.5　封装 331

17.5.1 自感 332

17.5.2　互感 332

第18章　工程设计 334

18.1　运算放大器设计 334

18.1.1　放大器结构的确定 334

18.1.2　选择工艺参数 335

18.1.3　各级放大器参数的初步考虑 336

18.2　模数转换器ADC的设计 342

18.2.1 目标与设计流程 342

18.2.2　电路结构 343

18.2.3　电路设计 344

18.2.4　总体电路设计与仿真 358

18.2.5　版图设计及后仿真 358

18.2.6　芯片测试方案 361

参考文献 363