微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王向展，宁宁，于奇 著

图书标签:

• 微电子
• 模拟集成电路
• 集成电路设计
• 实验教程
• 电子工程
• 高等教育
• 教材
• 电路分析
• 模拟电路
• EDA工具

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030439109

版次：1

商品编码：11682513

包装：平装

丛书名： “电子信息材料与器件国家级实验教学示范中心”系列规划教材 ， ，

开本：16开

出版时间：2015-04-01

用纸：胶版纸

页数：174

字数：240000

正文语种：中文

内容简介

　　《微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程》是电子科技大学“电子信息材料与器件国家实验教学示范中心”系列规划教材及教育部“优秀工程师教育培养计划”系列教材之一，是在多年来《集成电路原理》和《集成电路原理与设计》课程实验及综合课程设计教学改革的基础上编写而成的。教程涵盖了版图提取、电路设计仿真、版图设计与规则检查，以及版图验证、寄生参数提取与后仿真等模拟集成电路设计流程中前端与后端的主要内容，采用业界流行的EDA工具，在兼顾联系课堂教学内容的同时，注重学生实践技能的培养。
　　《微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程》可作为电子科学与技术专业，特别是微电子科学与工程、集成电路与集成系统等专业的实践课教材，也可作为相关行业工作人员的参考用书。

内页插图

目录

第1章 绪论

第2章 基础知识
2.1 模拟集成电路设计流程
2.2 EDA软件的使用
2.2.1 Cadence软件平台介绍
2.2.2 模拟集成电路仿真工具及设置
2.2.3 模拟集成电路版图工具及设置
2.3 模拟集成电路仿真测试平台
2.3.1 静态参数的仿真测试
2.3.2 动态参数的仿真测试
2.3.3 阶跃响应仿真测试
2.4 小信号参数提取
2.4.1 模型文件获取
2.4.2 I-V特性提取参数
2.4.3 仿真时直接查看

第3章 基础实验
实验1 CMOS集成运算放大器版图识别与提取
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验2 CMOS两级共源运算放大器设计与仿真
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验3 CMOS运算放大器版图设计与规则检查
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验4 CMOS模拟集成电路版图验证、LPE与后仿真
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题

第4章 综合性实验
实验1 高PSRRCMOS带隙基准电压源设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验2 全差分两级运算放大器设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验3 恒跨导输入轨至轨运算放大器设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验4 折叠式共栅共源运算放大器设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验5 CMOS高增益比较器设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题
实验6 CMOS压控振荡器设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验步骤
五、实验仪器
六、实验思考题

参考文献

前言/序言

微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程 简介 在信息技术飞速发展的今天，集成电路作为现代电子设备的核心，其设计与制造技术是衡量一个国家科技实力和工业水平的重要标志。微电子技术，特别是模拟集成电路设计，更是整个电子信息产业的基石，它支撑着从消费电子到通信、医疗、航空航天等几乎所有高科技领域的发展。理解并掌握模拟集成电路的设计原理与实验操作，对于培养高素质的微电子专业人才至关重要。 本套《微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程》旨在为微电子、电子信息工程、集成电路设计等相关专业的本科生和研究生提供一套系统、全面、实践性强的实验教学指导。本书内容紧密结合当前模拟集成电路设计的前沿技术与行业需求，注重理论与实践的深度融合，帮助学生在动手实践中深刻理解模拟电路的设计思想、分析方法以及工艺约束，为未来的科研与工程应用打下坚实的基础。 本书内容梗概： 本书共包含多个精心设计的实验模块，每个实验模块都围绕一个核心的模拟集成电路设计主题展开，涵盖了模拟电路设计的关键环节，从基本器件模型到复杂的系统级设计。 第一篇：模拟集成电路基础实验 本篇重点在于巩固学生对模拟集成电路基本原理的理解，并通过简单的电路实例，引导学生熟悉EDA（Electronic Design Automation）工具的使用，掌握电路仿真与版图设计的基本流程。 实验一：MOSFET器件模型与仿真 目标： 深入理解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的物理特性，掌握其在电路设计中的行为模型。学习使用SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）等电路仿真工具，设置仿真参数，分析MOSFET的各种工作区域（如截止区、线性区、饱和区）下的I-V特性曲线。 内容： 实验将从建立简单的MOSFET模型入手，引导学生通过仿真观察其跨导、输出电阻等重要参数的变化。学生将学习如何利用不同工艺参数下的器件模型进行仿真，理解工艺对器件特性的影响。此外，还将介绍如何进行DC扫描、瞬态分析和AC分析，为后续复杂电路的设计奠定基础。 实验二：基本放大器电路设计与仿真 目标： 设计并仿真常见的单级放大器，如共源放大器、共漏放大器、共栅放大器。理解它们在电压增益、输入输出阻抗、带宽等方面的特性差异。 内容： 学生将学习如何根据性能指标（如所需的增益、带宽）选择合适的放大器拓扑结构，并选择合适的晶体管尺寸和偏置电流。实验将指导学生进行电路的原理图设计、连接，并利用仿真工具进行DC工作点分析、AC小信号分析（计算增益、带宽、输入输出阻抗）和瞬态分析（观察信号的幅度、失真）。重点在于理解负载效应、栅漏电容对放大器性能的影响。 实验三：差分放大器设计与仿真 目标： 设计并仿真差分放大器，理解其共模抑制比（CMRR）的意义和提高方法。掌握差分放大器在抑制噪声和提高线性度方面的优势。 内容： 实验将引导学生设计基本的MOS差分对，并分析其差模增益、共模增益以及CMRR。学生将学习如何通过增加有源负载（如电流镜）来提高差分放大器的性能，并研究电流源的匹配精度对CMRR的影响。此外，还将探索差分放大器在级联结构中的应用。 实验四：电流镜电路设计与仿真 目标： 设计并仿真不同类型的电流镜，如威尔逊电流镜、威廉森电流镜等。理解电流镜在提供稳定的偏置电流和作为有源负载方面的作用。 内容： 实验将从最基本的二管电流镜开始，分析其输出电阻和镜像误差。随后，学生将学习设计更精确的电流镜电路，如威尔逊电流镜，并研究温度和工艺变化对电流镜精度的影响。实验还将探讨电流镜作为有源负载在放大器设计中的应用，以及其对放大器增益和输出阻抗的提升作用。 第二篇：高级模拟集成电路设计实验 本篇将进一步深入，带领学生设计更复杂的模拟电路模块，包括多级放大器、频率补偿技术、偏置电路以及输出级设计等，为构建完整的模拟系统打下基础。 实验五：多级放大器设计与频率补偿 目标： 设计并仿真多级放大器，掌握提高电压增益的方法。理解频率响应对放大器稳定性的影响，学习使用密勒补偿等频率补偿技术来保证电路的稳定性。 内容： 学生将学习如何将单级放大器级联形成多级放大器，并计算总增益。重点将放在分析多级放大器在不同频率下的响应，以及由寄生电容引起的极点和零点。实验将指导学生进行密勒补偿设计，计算补偿电容的取值，并验证补偿效果，通过仿真观察补偿前后的幅频响应和相频响应，以及阶跃响应，确保放大器在高增益下仍能稳定工作。 实验六：运算放大器（Op-amp）设计与仿真 目标： 设计并仿真一个功能完整的运算放大器，重点关注其关键性能指标，如开环增益、单位增益带宽（GBW）、压摆率（Slew Rate）、输出电压摆幅、功耗等。 内容： 实验将从设计一个两级运算放大器（如差分输入级+电流镜有源负载+共源输出级）开始，指导学生优化各级的设计，以达到预期的性能。将深入研究如何提高差分输入级的增益和共模抑制比，如何通过电流镜提高输出级的驱动能力，以及如何通过合适的频率补偿来保证稳定性。学生将学习如何利用仿真工具对运算放大器进行全面的性能测试，包括DC分析、AC小信号分析（增益、带宽、相位裕度）、瞬态分析（压摆率、阶跃响应）。 实验七：滤波器设计与仿真 目标： 设计并仿真不同类型的有源滤波器，如低通、高通、带通滤波器。理解它们在频率选择性方面的作用，以及不同滤波器类型（如巴特沃斯、切比雪夫）的特性。 内容： 实验将引导学生根据特定的滤波要求（如截止频率、通带纹波、阻带衰减）选择合适的滤波器类型和拓扑结构（如Sallen-Key、MFB）。学生将学习如何利用运算放大器构建有源滤波器，并进行原理图设计、仿真。通过仿真观察滤波器的幅频响应，验证其滤波效果。实验还将介绍如何设计二阶或更高阶滤波器。 实验八：振荡器电路设计与仿真 目标： 设计并仿真简单的弛豫振荡器、RC振荡器和LC振荡器。理解振荡电路的工作原理，以及影响振荡频率和稳定性的因素。 内容： 实验将从设计一个基本的弛豫振荡器（如基于施密特触发器）开始，分析其振荡频率的产生机制。随后，将引导学生设计基于RC网络或LC谐振回路的振荡器（如LC振荡器），并研究元件参数如何影响振荡频率。学生将学习如何通过负反馈机制保证振荡电路的起振和稳定，并通过仿真观察输出波形，分析其频率精度和抖动。 第三篇：模拟集成电路版图设计与流片流程 本篇将带领学生将理论设计转化为实际可制造的集成电路，从版图设计到流片流程的初步了解，这是从设计者到工程师的关键一步。 实验九：MOSFET器件版图设计 目标： 学习使用版图编辑工具，掌握MOSFET器件的版图绘制规则（DRC - Design Rule Checking）。理解版图设计对器件性能的影响，如沟道长度调制效应、短沟道效应、寄生效应等。 内容： 学生将学习如何根据工艺库提供的设计规则，绘制不同尺寸和参数的NMOS和PMOS晶体管的版图。通过版图编辑器，学生将直观地了解P-well、N-well、多晶硅栅、金属层、接触孔等层的结构。实验将指导学生进行DRC检查，确保版图符合工艺要求，避免制造缺陷。 实验十：基本电路版图设计与后仿真 目标： 将先前设计的简单模拟电路（如放大器、电流镜）进行版图设计，并进行后仿真（Post-Layout Simulation），以评估版图效应。 内容： 学生将学习如何将原理图中的电路元件映射到版图中的实际器件，并进行导线连接（布线）。重点将放在理解寄生电阻和寄生电容（线延迟、交叉耦合等）对电路性能的影响。通过版图提取（Layout Extraction）获得寄生参数，然后进行Spice后仿真，将仿真结果与前仿真（Pre-layout Simulation）结果进行对比，分析版图效应。 实验十一：版图工艺设计规则（DRC）与设计可制造性（DFM） 目标： 深入理解DRC和DFM的重要性。学习如何优化版图设计以提高可制造性，减少制造缺陷，降低良率损失。 内容： 实验将介绍更复杂的DRC规则，如线宽、线间距、层叠、井间距等。讨论DFM技术，例如使用Dummy Flats，避免光刻失真，优化金属填充等。学生将有机会在版图设计中实践这些规则，并通过DRC检查工具进行验证，初步理解设计可制造性对于芯片成功流片至关重要。 实验十二：模拟集成电路设计流程概述与版图设计工具实操 目标： 梳理模拟集成电路的完整设计流程，从需求分析、规格定义、架构设计、电路设计、版图设计、DRC/LVS（Layout Versus Schematic）检查、寄生参数提取、后仿真，到芯片流片、测试等环节。熟悉主流的EDA工具（如Cadence Virtuoso, Synopsys, Mentor Graphics等）的集成开发环境。 内容： 本实验将进行综合性的实操，带领学生使用一款主流的EDA工具（如Cadence IC Design Suite）完成一个简单的模拟电路（如一个简单的RC振荡器或一个基本放大器）从原理图输入、仿真、版图绘制、DRC/LVS检查到后仿真的全过程。通过这个综合实验，学生将对整个设计流程有一个直观的认识，并熟练掌握基本的设计工具操作，为进一步深入学习和实际项目开发打下坚实的基础。 本书特色： 1. 紧密结合实际： 所有实验内容均取材于实际的模拟集成电路设计应用，能够帮助学生理解理论知识的实际落地。 2. 循序渐进： 实验内容由浅入深，从基础的器件模型到复杂的系统级设计，层层递进，使学生能够逐步掌握模拟集成电路设计技能。 3. 重视动手实践： 强调学生通过实际操作，加深对电路原理的理解，培养解决实际工程问题的能力。 4. EDA工具贯穿始终： 充分利用现代EDA工具进行电路仿真和版图设计，使学生掌握行业标准的设计方法。 5. 覆盖关键环节： 涵盖了模拟电路设计中的核心环节，包括电路设计、仿真分析、版图设计以及初步的制造流程知识。 6. 贴合课程要求： 本教程的设计充分考虑了当前高校微电子相关专业的课程设置和教学大纲要求，是开设模拟集成电路设计实验课程的理想教材。 学习本书的预期收获： 通过系统学习本书，读者将能够： 深刻理解各种模拟集成电路基本单元的工作原理和设计方法。 熟练掌握使用Spice等EDA工具进行电路仿真和性能分析。 掌握基本的模拟集成电路版图设计流程和设计规则。 理解版图效应对电路性能的影响，并能进行基本的后仿真评估。 初步了解模拟集成电路的完整设计流程和制造工艺。 为进一步深入学习模拟集成电路的高级主题（如混合信号设计、射频集成电路设计）打下坚实的理论和实践基础。 培养独立分析问题、解决问题的工程能力，为将来的学术研究或工业界工作做好准备。 总结： 《微电子专业实验教材系列丛书：模拟集成电路设计实验教程》不仅是一本实验指导书，更是帮助学生构建扎实模拟集成电路设计知识体系的阶梯。在数字电路日益普及的今天，模拟电路的地位依然不可替代，其复杂性和精妙性也对工程师提出了更高的要求。本书将致力于成为引导微电子专业学生穿越模拟集成电路设计迷宫的可靠向导，点亮他们探索集成电路奇妙世界的道路。

评分☆☆☆☆☆

我是一名研究生，正在为我的毕业设计而努力，研究方向聚焦于射频（RF）前端电路的设计。在此之前，我虽然在本科阶段接触过一些基础的模拟电路，但对于射频领域的特殊性，比如阻抗匹配、高频噪声抑制等问题，一直感到有些模糊。这本《模拟集成电路设计实验教程》虽然并非专门针对射频领域，但它在模拟集成电路设计方面打下的坚实基础，对我来说是极其宝贵的。 尤其是在关于频率响应分析和噪声分析的章节，书中通过一些典型的实验，让我对信号在电路中是如何随着频率变化的，以及各种噪声源是如何影响电路性能，有了更清晰的认识。例如，关于带宽限制的实验，我不仅理解了RC滤波器的作用，还开始思考在更高的频率下，寄生参数对电路性能的影响。虽然书中没有直接给出射频电路的实验，但它所提供的关于模拟电路设计的方法论和工程思维，是完全可以迁移到射频领域的。这本书让我明白，扎实的模拟电路基础，是掌握更复杂的射频技术的前提。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在微电子领域摸索了几年，尤其是对数模混合信号处理方向颇感兴趣的学生，我一直在寻找一本能够系统性地将我理论知识与实践操作联系起来的教材。《模拟集成电路设计实验教程》恰好填补了我的这一空白。我尤其欣赏书中关于数据转换器（Data Converter）的实验设计。在学习SAR（逐次逼近寄存器）型ADC（模数转换器）的原理时，我虽然理解了其基本工作流程，但实际搭建这样一个需要多个比较器、DAC（数模转换器）和控制逻辑的电路时，总觉得无从下手。 这本书提供的实验，将SAR ADC的实现分解成了几个更小的、易于管理的部分。我先是跟着教材，实现了基本的电阻梯（Resistor Ladder）DAC，然后是比较器阵列，最后再将它们集成在一起，并配合简单的数字控制逻辑。在每一个环节，教材都清晰地给出了设计思路和实现步骤，并且在最后，还引导我们如何通过软件仿真来验证整体的转换精度和速度。我通过亲手搭建和调试，对ADC的量化误差、失调误差、增益误差等概念有了更深刻的理解，这比单纯背诵公式要有效得多。

评分☆☆☆☆☆

这本《模拟集成电路设计实验教程》无疑是我近年来在专业学习领域中遇到的最宝贵的资源之一。我是一名大三的微电子专业本科生，在学习理论知识的同时，一直渴望能将抽象的概念转化为实际的电路操作。此前，我接触过一些其他领域的实验教材，但坦白说，很多都停留在非常基础的层面，或者对实验步骤的描述不够清晰，导致我花费大量时间在调试和理解硬件上，而非真正深入理解设计原理。而这本教材，从内容编排到实验设计，都透着一股扎实的功底和对学生学习过程的深刻理解。 首先，教材在模拟集成电路设计这个看似庞杂的领域，进行了一个非常合理的划分。它没有试图一口气涵盖所有内容，而是选取了最核心、最能代表模拟电路精髓的几个方向进行深入剖析。我尤其喜欢关于运放（Operational Amplifier）的部分，从基本的同相、反相放大器到更复杂的差分放大器、多级放大器，每个实验都循序渐进，理论讲解与实际电路搭建紧密结合。教材不仅给出了电路原理图，还详细列出了所需的元件型号、参数要求，甚至连焊接的注意事项都提及到了。这对于初学者来说，极大地降低了入门门槛，让我能够更专注于对放大器增益、带宽、稳定性等关键性能指标的理解和验证。

评分☆☆☆☆☆

说实话，在接触这本书之前，我对模拟集成电路设计的感觉是既敬畏又有些畏惧。总觉得这是一个非常精深的领域，需要极高的天赋和大量的经验才能驾驭。然而，这本《模拟集成电路设计实验教程》却用一种非常亲切和实用的方式，带领我一步步走进了这个世界。我特别喜欢它在讲解每一个实验时，都从一个具体的应用场景出发，比如介绍运放作为信号调理电路时，会先描述在传感器信号采集中，如何需要对微弱的信号进行放大和滤波。 这种“由浅入深，由应用到原理”的讲解方式，让我觉得学习过程非常自然和流畅。当我明白了为什么要设计这样的电路，它的应用价值在哪里之后，再去深入研究它的内部结构和工作原理，就有了更强的动力和目标。书中关于CMOS工艺下的基本模拟电路模块，比如MOSFET的简单模型、基本的电流源和电压源的实现，都通过非常直观的实验进行了演示。让我理解了在实际的芯片设计中，理论公式是如何映射到具体的晶体管结构和偏置设置上的，这种连接是以前我在其他教材上很少体会到的。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是有一位经验丰富的老师，手把手地教你如何在这个充满挑战的领域里“玩转”电路。我之前在学习滤波器设计的时候，理论上理解了各种阶数、各种类型滤波器的频率响应，但实际动手去做的时候，总是遇到各种各样的问题，比如噪声大、稳定性差，或者根本达不到预期的滤波效果。这本书的实验设计就非常巧妙，它引导我去理解滤波器的不同组成部分是如何相互作用的，并且通过调整各个部分的参数来观察整体性能的变化。其中一个关于低通滤波器的实验，让我深刻体会到了电容和电阻的取值对截止频率和通带衰减的直接影响，远比我之前看书本上的公式更直观。 更让我惊喜的是，教材在介绍各个实验的同时，并没有回避实际设计中可能遇到的困难。它会主动提出一些“思考题”，鼓励我们去分析实验结果中的偏差，去探究可能的原因。比如，在设计跨导放大器时，书中就提到了由于器件的非线性特性，可能会导致增益失真，并引导我们思考如何通过引入负反馈或者选择合适的偏置电流来改善这种情况。这种引导性的提问方式，极大地激发了我的探索欲，让我不再是被动地完成实验，而是主动地去思考、去解决问题，这对于培养我的工程思维至关重要。