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