CMOS集成電路設計手冊(第3版 模擬電路篇) (美) R. Jacob Baker著 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美 R. Jacob Baker著 著

圖書標籤:

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115337719

商品編碼：29353420824

包裝：平裝

齣版時間：2014-04-01

基本信息

書名：CMOS集成電路設計手冊(第3版 模擬電路篇)

定價：89.00元

作者：(美) R. Jacob Baker著

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2014-04-01

ISBN：9787115337719

字數：

頁碼：

版次：5

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《CMOS集成電路設計手冊(第3版模擬電路篇)》是IEEE微電子係統經典圖書、電子與計算機工程領域獲奬作。《CMOS集成電路設計手冊(第3版模擬電路篇)》是CMOS集成電路設計領域的書籍，特色鮮明：
深入討論瞭模擬和數字晶體管級的設計技術；
結閤使用瞭CMOSedu.（提供瞭許多計算機輔助設計工具的應用案例）的在綫資源
詳細討論瞭鎖相環和延遲鎖相環、混閤信號電路、數據轉換器以及電路噪聲
給齣實際工藝參數、設計規則和版圖實例
給齣上百個設計實例、相關討論以及章後習題
揭示瞭晶體管級設計中所需要考慮的各方麵要求

內容提要

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《CMOS集成電路設計手冊》討論瞭CMOS電路設計的工藝、設計流程、EDA工具手段以及數字、模擬集成電路設計，並給齣瞭一些相關設計實例，內容介紹由淺入深。該著作涵蓋瞭從模型到器件，從電路到係統的全麵內容，是一本的、綜閤的CMOS電路設計的工具書及參考書。
《CMOS集成電路設計手冊》是英文原版書作者近30年教學、科研經驗的結晶，是CMOS集成電路設計領域的一本力作。《CMOS集成電路設計手冊》已經過兩次修訂，目前為第3版，內容較第2版有瞭改進，補充瞭CMOS電路設計領域的一些新知識，使得本書較前一版內容更加詳實。
為瞭方便讀者有選擇性地學習，將《CMOS集成電路設計手冊》分成3冊齣版，分彆為基礎篇、數字電路篇和模擬電路篇，本書為模擬電路篇，介紹瞭電流源、電壓源、放大器、數據轉換器等電路的設計與實現。
《CMOS集成電路設計手冊(第3版模擬電路篇)》可以作為CMOS模擬電路知識的重要參考書，對工程師、科研人員以及高校師生都有著較為重要的參考意義。

目錄

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章 電流鏡
1.1 基本電流鏡
1.1.1 長溝道設計
1.1.2 電流鏡中的電流匹配
1.1.3 電流鏡的偏置
1.1.4 短溝道設計
1.1.5 溫度特性
1.1.6 亞閾值區的偏置
1.2 共源共柵電流鏡
1.2.1 簡單共源共柵
1.2.2 低壓(寬擺幅)共源共柵
1.2.3 寬擺幅短溝道設計
1.2.4 調節漏極電流鏡
1.3 偏置電路
1.3.1 長溝道偏置電路
1.3.2 短溝道偏置電路
1.3.3 小結

第2章 放大器
2.1 柵-漏短接有源負載
2.1.1 共源放大器
2.1.2 源跟隨器(共漏放大器)
2.1.3 共柵放大器
2.2 電流源負載放大器
2.2.1 共源放大器
2.2.2 共源共柵放大器
2.2.3 共柵放大器
2.2.4 源跟隨器(共漏放大器)
2.3 推挽放大器
2.3.1 直流工作與偏置
2.3.2 小信號分析
2.3.3 失真

第3章 差分放大器
3.1 源端耦閤對
3.1.1 直流工作
3.1.2 交流工作
3.1.3 共模抑製比
3.1.4 匹配考慮
3.1.5 噪聲
3.1.6 壓擺率限製
3.2 源端交叉耦閤對
電流源負載
3.3 共源共柵負載(套簡式差分放大器)
3.4 寬擺幅差分放大器
3.4.1 電流差分放大器
3.4.2 恒定跨導差分放大器

第4章 電壓基準源
4.1 MOSFET-電阻型電壓基準源
4.1.1 電阻-MOSFET型分壓器
4.1.2 MOSFET型分壓器
4.1.3 自偏置電壓基準源
4.2 寄生二極管型基準源
4.2.1 長溝道BGR設計
4.2.2 短溝道BGR設計

第5章 運算放大器I
5.1 二級運放
5.2 帶輸齣緩衝器的運算放大器
5.3 運算跨導放大器
5.4 增益提升
5.5 幾個實例及討論

第6章 動態模擬電路
6.1 MOSFET開關
6.2 全差分電路
全差分采樣-保持
6.3 開關電容電路
開關電容積分器
開關電容積分器的頻率響應
6.4 電路實例

第7章 運算放大器 II
7.1 基於功耗和速度的偏置選擇
7.1.1 器件特性
7.1.2 偏置電路
7.2 基本概念
7.3 基本運算放大器設計
7.4 采用開關電容CMFB的運算放大器設計

第8章 非綫性模擬電路
8.1 基本CMOS比較器的設計
8.1.1 對比較器進行錶徵
8.1.2 鍾控比較器
8.1.3 再討論輸入緩衝器
8.2 自適應偏置
8.3 模擬乘法器
8.3.1 四管乘子(Multiplying Quad)
8.3.2 采用平方電路實現乘法器

第9章 數據轉換器基礎
9.1 模擬信號和離散時間信號
9.2 模擬信號轉換為數字信號
9.3 采樣-保持的性能指標(Sample and Hold，S/H)
9.4 數模轉換器的性能指標
9.5 模數轉換器的性能指標
9.6 混閤電路的版圖問題

0章 數據轉換器結構
10.1 DAC的結構
10.1.1 數字輸入編碼
10.1.2 電阻串型DAC
10.1.3 R-2R梯形網絡型DAC
10.1.4 電流導引型DAC
10.1.5 電荷比例型DAC
10.1.6 循環型DAC
10.1.7 流水綫型DAC
10.2 ADC的結構
10.2.1 全並行型ADC
10.2.2 兩步全並行型ADC
10.2.3 流水綫型ADC
10.2.4 積分型ADC
10.2.5 逐次逼近型ADC
10.2.6 過采樣型ADC

1章 數據轉換器實現
11.1 DAC的R-2R技術
11.1.1 電流模R-2R DAC
11.1.2 電壓模R-2R DAC
11.1.3 寬擺幅電流模R-2R DAC
11.1.4 不采用運算放大器時的拓撲
11.2 數據轉換器中使用運算放大器
11.2.1 運算放大器增益
11.2.2 運算放大器單位增益頻率
11.2.3 運算放大器失調
11.3 ADC實現
11.3.1 S/H的實現
11.3.2 循環ADC
11.3.3 流水綫ADC

2章 反饋放大器
12.1 反饋方程
12.2 放大器設計中負反饋的特性
12.2.1 增益的倒靈敏度
12.2.2 擴展帶寬
12.2.3 減小非綫性失真
12.2.4 輸入和輸齣阻抗控製
12.3 識彆反饋拓撲結構
12.3.1 輸入混閤
12.3.2 輸齣采樣
12.3.3 反饋網絡
12.3.4 計算開環參數
12.3.5 計算閉環參數
12.4 電壓放大器(串聯-並聯反饋)
12.5 跨阻放大器(並聯-並聯反饋)
用柵-漏電阻構成簡單反饋
12.6 跨導放大器(串聯-串聯反饋)
12.7 電流放大器(並聯-串聯反饋)
12.8 穩定性
返迴比
12.9 設計實例
12.9.1 電壓放大器
12.9.2 一個跨阻放大器

附錄
量綱
物理常量
平方律公式

作者介紹

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R.Jacob(Jake)Baker是一位工程師、教育傢以及發明傢。他有超過20年的工程經驗並在集成電路設計領域擁有超過200項的。Jake也是多本電路設計圖書的作者。

文摘

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序言

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數字世界的基石：深入探索 CMOS 集成電路設計（模擬電路篇） 在信息時代飛速發展的浪潮中，集成電路（IC）作為驅動現代電子設備運轉的核心，其重要性不言而喻。從智能手機、高性能計算機到尖端醫療設備和自動駕駛汽車，無一不依賴於精巧設計的集成電路。而在這龐大的集成電路傢族中，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技術憑藉其低功耗、高集成度和優異的性能，已成為當今數字和模擬電路設計的主流工藝。本書（CMOS集成電路設計手冊，第3版 模擬電路篇）正是為瞭係統地、深入地揭示CMOS技術在模擬電路設計領域的奧秘而精心編撰。它不是一本淺嘗輒止的入門指南，而是一部麵嚮有一定基礎的工程師和研究人員的深度參考手冊，旨在幫助讀者建立紮實的理論基礎，掌握先進的設計理念和實用的設計方法。 本書的核心在於深入剖析CMOS模擬電路設計。在數字信號處理占據主導地位的當下，模擬電路的重要性並未因此削弱，反而因為其在信號的采集、放大、濾波、混閤和接口等關鍵環節不可或缺的地位而顯得尤為突齣。現實世界中的信號往往是模擬的，如聲音、光綫、溫度、壓力等，而計算機隻能處理數字信號。因此，高效、精確的模數轉換（ADC）和數模轉換（DAC）是連接模擬世界和數字世界的橋梁，而這些轉換器的核心組件，例如運算放大器（Op-amps）、比較器（Comparators）、電流鏡（Current Mirrors）、帶隙基準源（Bandgap References）等，都屬於模擬電路設計的範疇。本書正是圍繞這些核心模擬電路模塊，展開全麵而細緻的論述。 第一部分：設計理念與基礎 本書的開篇，將引導讀者穿越紛繁復雜的電路圖，深入理解CMOS模擬電路設計的基本原理和核心思想。這不僅僅是關於晶體管的工作特性，更是關於如何從更高的層麵去構思和實現一個完整的模擬電路係統。 CMOS器件模型與特性： 在深入設計之前，必須對構成CMOS電路的MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）有深刻的理解。本書將詳細介紹MOSFET的各種工作區域（亞閾值區、綫性區、飽和區），以及它們在不同應用場景下的行為特性。這包括詳細的晶體管I-V特性麯綫、跨導、輸齣電阻、結電容等參數的分析，以及這些參數如何受到工藝參數（如溝道長度、柵極氧化層厚度、摻雜濃度）和偏置條件的影響。同時，書中還會觸及二極管結構、寄生效應（如短溝道效應、長度調製效應）等，為後續的設計提供堅實的基礎。 模擬電路的性能指標： 評價一個模擬電路的優劣，需要一係列關鍵的性能指標。本書將係統地介紹這些指標，如增益（Gain）（包括DC增益、AC增益、環路增益）、帶寬（Bandwidth）、噪聲（Noise）（包括熱噪聲、閃爍噪聲、散粒噪聲等及其分析方法）、功耗（Power Consumption）、綫性度（Linearity）（如IP3, P1dB）、動態範圍（Dynamic Range）、功耗-性能摺衷（Power-Performance Trade-offs）等。理解這些指標的含義、計算方法以及它們之間的相互製約關係，是進行有效設計的首要步驟。 偏差分析與工藝偏差： 在實際的CMOS製造過程中，工藝參數存在不可避免的偏差，這會導緻電路性能的波動。本書將深入探討偏差分析（Mismatch Analysis），包括隨機偏差和係統偏差，以及它們對電路性能的影響。同時，還會介紹如何通過設計手段來減小偏差的影響，例如使用匹配技術、冗餘設計等，確保電路在量産時能夠達到預期的性能。 低功耗設計技術： 隨著移動設備和物聯網設備的普及，低功耗設計成為CMOS模擬電路設計的重中之重。本書將詳細介紹各種低功耗設計技術，包括亞閾值偏置、低電壓設計、時鍾門控、功耗門控、動態電壓頻率調整（DVFS）等。這些技術在保證基本性能的同時，能夠顯著降低電路的功耗，延長電池壽命。 第二部分：核心模擬電路模塊設計 在掌握瞭基本的設計理念之後，本書將進入到CMOS模擬電路設計的核心——各種關鍵模擬電路模塊的詳細設計與分析。 跨導電路（Transconductance Circuits）： 跨導電路是將輸入電壓轉換為輸齣電流的電路，它們是許多模擬電路（如運算放大器、濾波器）的基本構建塊。本書將深入研究各種CMOS跨導電路的實現方式，包括單端跨導、差分跨導，以及它們的增益、綫性度和頻率響應。 電流鏡（Current Mirrors）： 電流鏡是將一個電流源的電流復製到另一個地方的電路，是構建偏置電路、有源負載和各種電流控製電路的關鍵。本書將詳細介紹各種類型的電流鏡，如威爾遜電流鏡（Wilson Current Mirror）、基本電流鏡、摺疊式電流鏡，並分析它們的精度、輸齣電阻和輸齣阻抗。 運算放大器（Operational Amplifiers / Op-amps）： 運算放大器是模擬電路設計的“瑞士軍刀”，其應用極其廣泛。本書將從零開始，詳細講解CMOS運算放大器的設計。這包括： 基本運算放大器結構： 如單級運算放大器（摺疊式輸入差分對、共源共柵輸齣）、兩級運算放大器（差分輸入級+跨導級+輸齣級）、以及多級運算放大器。 補償技術： 解決運算放大器的穩定性問題，如密勒補償（Miller Compensation）、零點補償（Zero Compensation）等，以實現寬帶寬和良好的相位裕度。 偏置電路設計： 如何為運算放大器提供穩定、可靠的偏置電流，如帶隙基準源、電流調節器等。 噪聲分析與抑製： 如何在高增益、寬帶寬的要求下，有效地降低運算放大器的噪聲。 共模抑製比（CMRR）和電源抑製比（PSRR）的分析與優化： 保證運算放大器在存在共模信號或電源噪聲時的性能。 各種運算放大器拓撲的優缺點分析： 如摺疊式輸入差分對（Flipped Voltage Follower - FVF）、共源共柵（Telescopic Cascode）、兩級CMOS OTA等，以及它們各自適閤的應用場景。 比較器（Comparators）： 比較器是將兩個模擬輸入信號進行比較，並輸齣數字信號的電路。本書將介紹CMOS比較器的設計，包括： 基本比較器結構： 如再生型比較器、單級比較器、多級比較器。 滯迴（Hysteresis）的引入與設計： 提高抗噪聲能力。 傳播延遲（Propagation Delay）的優化： 提高比較器的速度。 時鍾控製比較器： 用於流水綫ADC和逐次逼近ADC。 濾波器（Filters）： 濾波器用於選擇性地允許或阻止特定頻率範圍的信號通過，在信號處理鏈中扮演著至關重要的角色。本書將重點關注CMOS有源濾波器的設計，包括： 電阻-電容（RC）濾波器： 基於運算放大器和無源RC元件實現。 電感-電容（LC）濾波器： 在IC上難以實現，但其概念仍有藉鑒意義。 有源濾波器拓撲： 如Sallen-Key濾波器、多反饋濾波器、狀態變量濾波器。 低Q和高Q濾波器設計： 滿足不同應用需求。 開關電容濾波器（Switched-Capacitor Filters）： 利用電容和開關實現濾波器功能，其性能不受工藝偏差的嚴重影響，且易於集成。 遷移到CMOS工藝的考慮： 如何在CMOS工藝下高效實現濾波器，以及對器件非理想性的處理。 基準源（References）： 穩定的電壓和電流基準源是許多模擬電路（如ADC、DAC、PLL）正常工作的關鍵。本書將深入探討CMOS基準源的設計： 帶隙基準源（Bandgap References）： 利用PN結的負溫度係數（NTC）和正溫度係數（PTC）特性，設計齣溫度補償的基準源。 CMOS基準源的實現： 利用MOSFET的跨導特性，實現各種形式的基準源。 噪聲和穩定性的分析： 確保基準源輸齣的穩定可靠。 第三部分：高級主題與實踐 在掌握瞭核心模塊的設計之後，本書將進一步拓展到更高級的設計主題和實際應用。 模數轉換器（ADCs）與數模轉換器（DACs）： 盡管這不是ADC/DAC設計的專門書籍，但本書會深入剖析其模擬前端（Analog Front-end）的設計，包括采樣保持電路（Sample-and-Hold Circuits）、前端放大器、輸入緩衝器等。這些是ADC/DAC性能的關鍵決定因素。 噪聲分析與優化： 噪聲是模擬電路設計中的一大挑戰。本書將提供係統的噪聲分析方法，包括噪聲源識彆、噪聲貢獻計算、以及如何通過電路拓撲和器件選擇來最小化噪聲。 功耗優化： 除瞭前麵提到的低功耗技術，本書還將探討功耗與性能的權衡，以及如何在滿足性能要求的前提下，盡可能地降低功耗。 版圖設計考慮（Layout Considerations）： 理想的電路設計離不開實際的版圖實現。本書將強調版圖設計的重要性，包括器件匹配、寄生效應的考慮、信號完整性、熱效應等，以及它們對電路性能的實際影響。 驗證與測試： 盡管本書主要關注設計，但也會提及電路驗證（Verification）和測試（Testing）的重要性，包括仿真工具的使用、測試方法以及如何根據測試結果反饋改進設計。 總結 《CMOS集成電路設計手冊（第3版 模擬電路篇）》以其係統性、深度和實用性，為讀者提供瞭一個全麵而深入的CMOS模擬電路設計知識體係。它不僅僅是一本教科書，更是一本能夠伴隨工程師職業生涯不斷成長的參考工具。通過閱讀本書，讀者將能夠： 深刻理解CMOS器件的物理原理和模型。 掌握各種關鍵模擬電路模塊的設計方法和優化技巧。 能夠獨立完成復雜的CMOS模擬電路設計任務。 在實際設計中，有效地應對噪聲、功耗、偏差等挑戰。 為進一步深入研究更高階的模擬集成電路設計打下堅實的基礎。 本書的每一章都包含瞭理論推導、電路分析、設計實例以及對實際應用的思考，旨在培養讀者解決實際工程問題的能力。對於任何緻力於在模擬集成電路領域取得成就的工程師和研究人員來說，這都將是一部不可或缺的寶貴資源。它將幫助您將理論知識轉化為實際的、高性能的CMOS模擬電路設計，為數字世界的平穩運行貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《CMOS集成電路設計手冊（第3版 模擬電路篇）》的過程，對我而言，是一次既挑戰又充滿啓發的智力探險。這本書的語言風格嚴謹而又不失生動，作者在解釋每一個概念時，都會將其置於更廣闊的工程背景下，讓我理解“為什麼”要這樣做，而不僅僅是“怎麼”做。比如，在講解運算放大器的設計時，作者不僅詳細列齣瞭各種拓撲結構（如摺疊式、共源共柵等），還深入分析瞭它們各自的優缺點、適用場景以及在功耗、噪聲、帶寬、擺幅等方麵的權衡。這種深入骨髓的分析，讓我對模擬電路的設計思路有瞭更深刻的理解，不再是簡單的公式套用，而是能夠根據具體需求進行理性設計。書中關於寄生效應、工藝變化對電路性能影響的論述，更是讓我體會到集成電路設計的精妙與挑戰。那些看似微小的參數差異，在復雜的電路中可能引發巨大的性能波動，而本書為我提供瞭應對這些挑戰的理論基礎和實踐指導，讓我能夠更自信地麵對實際的芯片設計問題。

評分☆☆☆☆☆

對於有誌於深入鑽研模擬CMOS集成電路設計的工程師和學生來說，《CMOS集成電路設計手冊（第3版 模擬電路篇）》絕對是一部不可或缺的參考書。這本書的價值不僅僅體現在其理論的全麵性，更在於其將理論與實踐緊密結閤的特點。書中提供的許多設計流程和驗證方法，都來自於作者在業界多年的經驗積纍。例如，在講解低功耗設計時，作者不僅介紹瞭各種低功耗電路拓撲，還強調瞭通過選擇閤適的工藝、優化偏置電流、以及利用各種低功耗技術（如多閾值電壓MOS管）來達到設計目標。此外，本書對噪聲分析的深入剖析，讓我對各種噪聲源（如熱噪聲、閃爍噪聲、量化噪聲）有瞭更全麵的認識，並掌握瞭如何在設計中有效抑製這些噪聲。這種“接地氣”的設計理念，讓我在進行實際項目時，能夠更有效地做齣權衡，優化電路性能，最終設計齣滿足指標要求的高質量芯片。

評分☆☆☆☆☆

這是一部沉甸甸的巨著，每翻一頁都能感受到作者在CMOS模擬電路設計領域的深厚功力。我尤其欣賞書中對於“細節”的關注。在講解濾波器設計時，作者不僅討論瞭各種濾波器的理論響應（如巴特沃斯、切比雪夫），還詳細分析瞭在實際CMOS工藝下，電感、電阻、電容的寄生效應如何影響濾波器的性能，以及如何通過設計和後處理來補償這些效應。同樣，在講解鎖相環（PLL）的設計時，書中對環路濾波器的設計、相位檢測器的非綫性、壓控振蕩器的噪聲耦閤等問題進行瞭細緻的分析，讓我對PLL的設計有瞭更為透徹的理解。本書的內容深度和廣度，足以支撐起一個相當高級的模擬IC設計課程，或者作為一名資深模擬IC工程師的案頭常備。我會在遇到具體設計挑戰時，經常性地翻閱此書，每一次都能從中獲得新的啓發和解決方案，這讓我感到無比幸運。

評分☆☆☆☆☆

這本《CMOS集成電路設計手冊（第3版 模擬電路篇）》在我漫長的電子工程學習與實踐生涯中，無疑扮演瞭燈塔的角色。初次翻開它，就被其係統性、深度和廣度所震撼。它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的導師，循序漸進地引導我穿越模擬CMOS設計的復雜迷宮。從基本的MOSFET物理原理的細緻講解，到各類放大器、濾波器、電流源、基準源等核心電路模塊的精闢分析，再到復雜的混血信號設計以及噪聲、失真等性能指標的權衡與優化，書中無不涵蓋得淋灕盡緻。作者R. Jacob Baker以其深厚的學術造詣和豐富的工程實踐經驗，將抽象的理論概念轉化為清晰易懂的圖錶和公式，並輔以大量實際的設計案例，使得即使是初學者也能快速掌握關鍵知識點，並將其應用於實際設計中。我特彆欣賞書中對不同設計場景下的權衡取捨的深入探討，例如在追求高增益時如何處理帶寬限製，在優化功耗時如何平衡性能下降等。這種“取捨之道”在實際工程中至關重要，而本書正是將這些寶貴的經驗“傾囊相授”，讓我受益匪淺，少走瞭許多彎路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排結構非常閤理，從基礎到高級，層層遞進，邏輯清晰。剛開始閱讀時，我會認真消化每一章節的基礎概念，例如MOSFET的I-V特性麯綫、跨導、輸齣電阻等，這些都是構建更復雜電路的基石。隨著內容的深入，我開始接觸到差分放大器、流水綫ADC、Delta-Sigma調製器等高級話題。特彆是對於ADC的設計，書中提供的模型和分析方法，讓我對不同ADC架構的優劣有瞭清晰的認識，例如SAR ADC的速度優勢，Flash ADC的並行性，以及Delta-Sigma ADC的高分辨率等。作者在講解這些復雜結構時，並沒有迴避其中的數學推導，而是用一種清晰且有條理的方式呈現，使得即使是復雜的公式，也能被我理解。而且，書中大量的圖示和錶格，極大地增強瞭閱讀的直觀性。當我遇到某個設計問題時，我常常會迴過頭來翻閱相關的章節，總能找到啓發性的思路或直接可用的解決方案。