CMOS电路设计·布局与仿真PDF电子书下载

第一部分 CMOS基础 1

第1章 概述 1

1.1 CMOS集成电路的设计流程 1

1.2 在Windows环境下使用LASI软件 3

1.2.1 LASI中的单元 4

1.2.2 浏览LASI的画图窗口 6

1.2.3 添加对象 6

1.2.4 编辑对象 6

1.2.5 放置单元 7

1.2.6 常见问题 9

1.3 MOSIS 10

参考文献 13

习题 13

第2章 阱 16

2.1 衬底 16

2.1.1 图形转移 17

2.1.2 n阱图形的转移 19

2.2 n阱的版图设计 19

2.2.1 n阱的设计规则 20

2.2.2 LasiDrc程序的使用 21

2.3 n阱电阻阻值的计算 21

2.4 n阱／p衬底二极管 23

2.4.1 耗尽层电容 23

2.4.2 存储电容 25

2.4.3 SPICE建模 26

2.5 n阱的RC延迟 28

参考文献 30

习题 30

第3章 金属层 33

3.1 压焊点 33

3.1.1 压点的版图设计 33

3.1.2 压点的设计规则 35

3.2 金属层的版图设计 37

3.2.1 金属层的设计规则 37

3.2.2 与金属层相关的寄生效应 38

3.2.3 电流承载极限 39

3.2.4 与通孔层相关的寄生效应 40

3.3 串扰和地线扰动 41

3.4 层级化的版图设计 43

参考文献 46

习题 46

第4章 有源区层和多晶硅层 48

4.1 设计规则 48

4.1.1 n+/p＋有源区的设计规则 49

4.1.2 polyl的设计规则 51

4.2 标准单元框的版图 53

4.3 有源区层的图形转移 54

4.4 MOSFET的版图 57

参考文献 59

习题 59

第5章 MOSFET 61

5.1 MOSFET电容 61

5.1.1 情形一：积累 62

5.1.2 情形二：耗尽 63

5.1.3 情形三：强反型 63

5.1.4 小结 64

5.2 阈值电压 65

5.3 MOSFET的I-V特性 69

5.3.1 工作于线性区的MOSFET 69

5.3.2 工作于饱和区的MOSFET 71

5.4 MOSFET的SPICE模型 73

5.4.1 Level 1模型中与VTHN相关的参数 73

5.4.2 Level 1模型中与跨导相关的参数 75

5.4.3 与源／漏注入区相关的SPICE模型参数 75

5.4.4 MOSFET的版图 76

参考文献 77

习题 77

第6章 BSIM SPICE模型 80

6.1 BSIM1模型参数 81

6.2 BSIM1直流公式 83

6.2.1 阈值电压 83

6.2.2 漏电流 85

6.2.3 亚阈值电流 87

6.3 短沟道MOSFET 90

6.3.1 MOSFET的按比例缩小 90

6.3.2 短沟道效应 91

6.4 BSIM3 SPICE模型 93

6.5 收敛性 95

参考文献 96

习题 97

第7章 CMOS无源元件 99

7.1 第二层多晶硅 99

7.1.1 多晶硅电容的设计规则 99

7.1.2 多晶硅电容的寄生效应 99

7.1.3 其他类型的电容 100

7.2 电阻、电容与温度和电压的关系 101

7.2.1 电阻 101

7.2.2 电容 106

7.3 电阻的噪声 107

参考文献 112

习题 112

第8章 用LasiCkt做设计验证 114

8.1 LasiCkt基础 114

8.2 反相器 115

8.3 用LasiCkt做设计验证 120

8.4 更高层级的单元：OR门 123

参考文献 126

第9章 MOSFET的模拟模型 127

9.1 MOSFET的低频模型 127

9.2 MOSFET的高频模型 131

9.3 MOSFET的温度效应 135

9.4 MOSFET的噪声 137

参考文献 140

习题 140

第10章 MOSFET的数字模型 143

10.1 MOSFET的数字模型 143

10.1.1 电容的影响 144

10.1.2 MOS管的时间常数 145

10.1.3 延迟时间和转换时间 146

10.2 串联连接的MOSFET 148

10.2.1 串联MOSFET的直流特性 148

10.2.2 串联MOSFET的延迟 149

参考文献 151

习题 151

课堂训练项目 151

第二部分 CMOS数字电路 155

第11章 反相器 155

11.1 直流特性 155

11.1.1 噪声容限 157

11.1.2 反相器的转换点 157

11.2 开关特性 159

11.2.1 环路振荡器 161

11.2.2 动态功耗 161

11.3 反相器的版图 163

11.4 驱动大电容负载时反相器的设计 165

11.4.1 分布式驱动器 170

11.4.2 驱动较长的互连线 171

11.5 其他类型的反相器 171

11.5.1 仅由NMOS管构成的输出驱动器 172

11.5.2 三态输出反相器 173

11.5.3 自举NMOS反相器 173

参考文献 175

习题 175

第12章 静态逻辑门 177

12.1 NAND和NOR逻辑门的直流特性 177

12.1.1 NAND逻辑门的直流特性 177

12.1.2 NOR逻辑门的直流特性 179

12.2 NOR门和NAND门的版图设计 180

12.3 开关特性 181

12.3.1 NAND门 182

12.3.2 输入信号的数目 185

12.4 复杂的CMOS逻辑门 186

12.4.1 级联电压开关逻辑 189

12.4.2 差分分级逻辑 190

12.4.3 三态输出 191

参考文献 192

习题 192

第13章 传输门和触发器 194

13.1 传输管 194

13.2 CMOS传输门 195

13.2.1 CMOS传输门的版图设计 197

13.2.2 传输门的级联 197

13.3 传输门的应用 198

13.4 触发器 201

参考文献 206

习题 206

第14章 动态逻辑电路 208

14.1 动态电路基础 208

14.1.1 电荷泄漏 208

14.1.2 动态电路的仿真 209

14.1.3 不交迭时钟的产生 211

14.1.4 动态电路中的CMOS传输门 212

14.2 时钟控制的CMOS逻辑 212

参考文献 216

习题 217

第15章 VLSI版图设计 219

15.1 VLSI版图 219

15.2 版图设计流程 227

参考文献 234

习题 234

第16章 BiCMOS逻辑门 237

16.1 结型隔离的双极晶体管版图 238

16.2 NPN晶体管模型 240

16.3 BiCMOS反相器 242

16.4 其他的BiCMOS逻辑门 245

16.5 BiCMOS电平转换电路 247

参考文献 249

习题 250

第17章 存储电路 251

17.1 RAM存储单元 251

17.1.1 DRAM存储单元 252

17.1.2 SRAM存储单元 255

17.2 灵敏放大器 256

17.3 行／列译码器 258

17.4 DRAM的工作时序 260

17.5 现代DRAM电路 262

17.5.1 DRAM存储单元的版图设计 262

17.5.2 折叠位线结构和开放位线结构 263

17.6 其他类型的存储单元 266

参考文献 268

习题 268

第18章 专用数字电路 270

18.1 施密特触发器 270

18.1.1 施密特触发器的设计 271

18.1.2 开关特性 273

18.1.3 施密特触发器的应用 273

18.1.4 高速施密特触发器 275

18.2 多频振荡器 275

18.2.1 单稳态多频振荡器 276

18.2.2 非稳态多频振荡器 276

18.3 电压产生电路 277

18.3.1 提高效率 279

18.3.2 更高电压的产生 279

18.3.3 实例 280

参考文献 282

习题 282

第19章 数字锁相环 284

19.1 鉴相器 285

19.1.1 XOR鉴相器 285

19.1.2 鉴频鉴相器 289

19.2 压控振荡器 292

19.2.1 电流饥饿型VCO 292

19.2.2 源耦合VCO 295

19.3 环路滤波器 298

19.3.1 XOR DPLL 298

19.3.2 鉴频鉴相器DPLL 303

19.4 系统考虑 307

19.5 延迟锁环 318

参考文献 322

习题 323

第三部分 CMOS模拟电路 325

第20章 电流源和电流沉 325

20.1 电流镜 325

20.1.1 共源共栅接法 330

20.1.2 敏感度分析 333

20.1.3 温度特性 335

20.1.4 瞬态响应 337

20.1.5 简单电流镜的版图 339

20.1.6 电流镜中的匹配问题 340

20.2 其他类型的电流源／沉 342

参考文献 349

习题 349

第21章 基准源 353

21.1 分压器 353

21.1.1 电阻-MOS管型分压器 353

21.1.2 MOS管型分压器 354

21.2 自偏置电流源 358

21.2.1 以阈值电压为基准的自偏置电路 358

21.2.2 以二极管为基准的自偏置电路 359

21.2.3 以热电压为基准的自偏置电路 362

21.3 带隙基准电压源 364

21.4 β倍乘的基准自偏置电路 366

21.4.1 一个基准电压源 367

21.4.2 工作在亚阈区的电流源／沉 369

参考文献 370

习题 370

第22章 放大器 374

22.1 栅漏短接的有源负载 374

22.1.1 共源放大器 374

22.1.2 源跟随器 382

22.1.3 共栅放大器 383

22.2 电流源做负载的放大器 383

22.2.1 共源共栅电流源／沉做负载的放大器 388

22.2.2 推挽放大器 391

22.3 放大器的噪声和失真 392

22.4 甲乙类放大器 396

参考文献 399

习题 400

第23章 反馈放大器 403

23.1 反馈方程 403

23.2 放大器设计中的负反馈特性 404

23.2.1 增益的倒灵敏度 404

23.2.2 扩展带宽 405

23.2.3 减小非线性失真 406

23.2.4 输入和输出电阻的控制 407

23.3 反馈的类型 407

23.3.1 输入混合 408

23.3.2 输出采样 409

23.3.3 反馈电路 409

23.3.4 计算开环参数 411

23.3.5 计算闭环参数 413

23.4 电压放大器（串联-并联反馈） 414

23.5 跨阻放大器（并联-并联反馈） 419

23.6 跨导放大器（串联-串联反馈） 426

23.7 电流放大器（并联-串联反馈） 430

23.8 稳定性 432

参考文献 437

习题 437

第24章 差分放大器 443

24.1 源端耦合对 443

24.1.1 电流源负载 445

24.1.2 共模抑制比 452

24.1.3 噪声 453

24.1.4 匹配考虑 454

24.2 源端交叉耦合对 456

24.3 共源共栅负载 461

24.4 宽摆幅差分放大器 464

24.4.1 电流差分放大器 465

24.4.2 恒定跨导的差分放大器 466

参考文献 468

习题 469

第25章 运算放大器 473

25.1 基本CMOS运算放大器的设计 473

25.1.1 运算放大器的特性 483

25.1.2 无缓冲级的运算放大器的补偿 487

25.1.3 共源共栅输入级的运算放大器 487

25.2 运算跨导放大器 488

25.2.1 宽摆幅OTA 492

25.2.2 折叠共源共栅OTA 501

25.3 差分输出的运算放大器 509

25.3.1 全差分折叠共源共栅OTA 511

25.3.2 增益提升 517

参考文献 521

习题 522

第四部分 混合信号电路 525

第26章 非线性模拟电路 525

26.1 基本的CMOS比较器的设计 525

26.2 偏置自适应 536

26.3 模拟乘法器 539

26.3.1 四管乘子 540

26.3.2 电压平移 543

26.3.3 采用平方电路实现乘法器 548

参考文献 549

习题 549

第27章 动态模拟电路 551

27.1 MOS开关 551

27.2 开关电容电路 558

27.3 其他几个动态电路的实例 570

参考文献 576

习题 577

第28章 数据转换器基础 579

28.1 模拟信号和数字信号 579

28.2 把模拟信号转换为数字信号 579

28.3 采样-保持电路 582

28.4 数模转换器的性能指标 584

28.5 模数转换器的性能指标 591

28.6 数模混合电路的版图设计 599

参考文献 603

习题 603

第29章 数据转换器结构 605

29.1 DAC的结构 605

29.1.1 数字输入编码 605

29.1.2 电阻串DAC 605

29.1.3 R-2R梯形网络DAC 609

29.1.4 电流导引DAC 611

29.1.5 电荷比例DAC 615

29.1.6 循环DAC 619

29.1.7 流水线DAC 620

29.2 ADC的结构 621

29.2.1 全并行ADC 621

29.2.2 两步全并行ADC 625

29.2.3 流水线ADC 628

29.2.4 积分ADC 631

29.2.5 逐次逼近ADC 635

29.2.6 过采样ADC 638

参考文献 645

习题 647

附录 651

附录A Orbit CN20工艺 651

附录B MOSIS按比例设计规则 665

附录C HP CMOS14TB工艺 675

索引 681