集成基準源電路設計——從二極管到高階帶隙基準源9787030367143 科學齣版社 (美 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美林康-莫萊 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 基準源
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• 電子工程
• 高階帶隙基準源
• 二極管
• 科學齣版社
• 參考電壓
• 電源管理

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030367143

商品編碼：29454235698

包裝：平裝

齣版時間：2013-04-01

圖書基本信息
圖書名稱	集成基準源電路設計——從二極管到高階帶隙基準源
作者	(美)林康-莫萊
定價	32.00元
齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030367143
齣版日期	2013-04-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本	16開
商品重量	0.241Kg

內容簡介

本書是集成電壓基準源（VoltageReference）設計的經典參考書籍和教程，闡述瞭集成電壓基準源大量設計實例背後蘊藏的理念以及更多的思考。全書共分為5章，詳細介紹瞭基準源設計相關的基礎知識、電流基準源設計、電壓基準源設計、高精度基準源電路設計，以及係統和應用環境分析等方麵的內容。 全書以理論分析作為基礎，結閤工程産品開發的實際情況，從産品的性能、成本和應用多方麵討論産品開發過程中的細節問題。書中各章節具有較強的獨立性，可以滿足讀者不同方麵的需求，對於剛入門的數字和模擬電路設計師以及經驗豐富的工程師均具有重要的藉鑒意義。 本書可作為高等院校電氣工程、微電子和集成電路設計等相關專業師生的參考用書，也可以供相關科研工作者和工程人員參考閱讀。

作者簡介

Gabriel AlfonsoRincón-Mora（B.S.,M.S.,Ph.D.）博士,1994年加入業界的德州儀器公司（TexasInstruments,TI）,1999年被聘任為佐治亞理工學院（GeorgiaTech）教授,並且在2001年受聘為全職教授,其間仍在TI,作為原來所屬部門和TI公司的技術顧問。其學術成就包括5本著作、1本書的部分章節（onebook chapter）、26個和超過100篇學術論文,而且他還成功設計瞭26款商用功率管理芯片,在全世界銷售。他是IEEECASS的傑齣演講人（Distinguished Lecturer）,IEEE TCASII的副主編（AssociateEditor）和IEEE SSCS-CASS分部的主席,並獲得多項奬勵。

目錄

緒論 Chapter 1 基礎知識 1.1 二極管 1.1.1 擊穿區域 1.1.2 正嚮偏置區域 1.2 電流鏡 1.2.1 簡單電流鏡 1.2.2 共源共柵電流鏡 設計實例 1.1 1.2.3 調整型共源共柵電流鏡 1.3 小結 附錄 二極管電壓的溫度特性 參考文獻 Chapter 2 電流基準源 2.1 PTAT電流基準源 2.1.1 雙極工藝實現方式 2.1.2 CMOS實現方式 2.2 啓動電路和頻率補償 2.2.1 連續導通啓動電路 2.2.2 與電路狀態有關的啓動電路 2.2.3 頻率補償 2.3 CTAT電流基準源 2.4 與溫度無關的電流基準源 2.5 PTAT2電流源産生電路 2.5.1 雙極工藝實現方式 2.5.2 CMOS工藝實現方式 設計實例 2.1 2.6 小結 參考文獻 Chapter 3 電壓基準源 3.1 零階基準源 3.1.1 正嚮偏置二極管基準源 3.1.2 齊納電壓基準源 設計實例 3.1 3.2 一階基準源 3.2.1 正嚮偏置二極管基準源 3.2.2 齊納基準源 設計實例 3.2 3.3 二階電壓基準源(麯率校正) 3.4 麯率校正技術當前的發展情況 3.4.1 與溫度相關電阻比例技術 3.4.2 二極管環路技術 3.4.3 β補償技術 3.4.4 分段綫性電流模技術 3.4.5 非綫性匹配校正(Matched-Nonlinear Correction) 3.4.6 補償方法 3.5 小結 參考文獻 Chapter 4 高精度基準源電路的設計 4.1 誤差來源 4.1.1 定性的影響 設計實例 4.1 4.2 輸齣級 4.2.1 電壓模式輸齣級 4.2.2 電流模式輸齣級 4.2.3 混閤模式輸齣級 4.2.4 穩壓基準源和未穩壓基準源 設計實例 4.2 4.3 電源電壓抑製和綫性調整性能的設計 4.3.1 共源共柵技術 4.3.2 僞電源電壓技術 設計實例 4.3 4.4 小結 附錄1 典型一階帶隙基準源的誤差來源 附錄2 電阻溫度係數對電流模式輸齣級基準源的影響 參考文獻 Chapter 5 係統和應用環境分析 5.1 修調網絡的設計 5.1.1 修調範圍 5.1.2 修調技術 設計實例 5.1 5.2 封裝應力的影響 5.3 係統相關的問題 5.3.1 電路設計考慮 5.3.2 版圖設計考慮 設計實例 5.2 5.4 特徵描述 5.5 小結 附錄1 帶有混閤模式(同時具有電壓和電流模式)輸齣級的帶隙基準源的修調流程 附錄2 封裝應力對帶隙基準源電路的影響 附錄3 基準源電路對輸入階躍信號的有限衝激響應所需時間的討論 參考文獻

編輯推薦

文摘

序言

《模擬電路設計精要：精巧的基準源電路設計策略》 第一章：模擬電路設計的基石——精確與穩定的力量 在浩瀚的電子技術領域，模擬電路以其對現實世界信號的直接處理能力，扮演著至關重要的角色。從傳感器捕捉到的微弱信號，到音頻設備的功率放大，再到射頻通信中的信息調製解調，模擬電路無處不在，支撐著我們現代生活的方方麵麵。然而，模擬電路設計的核心挑戰之一，便是如何確保電路工作的穩定性和精確性。而在這穩定與精確的背後，一個默默無聞卻又至關重要的環節——基準源電路，承擔著定義一切信號“零點”和“標尺”的重任。 本章將深入探討模擬電路設計中對精確度和穩定性的根本需求，並引齣基準源電路在滿足這些需求中的不可替代的地位。我們將解析為何一個不穩定的基準源會導緻整個係統的性能大幅下降，甚至徹底失效。通過對幾種常見模擬電路應用場景的剖析，例如高精度數據采集、低噪聲放大器以及功耗敏感的嵌入式係統，來凸顯基準源穩定性的關鍵性。我們將詳細闡述，為什麼在這些對精度要求極高的應用中，一個微小的電壓漂移都會被放大，並最終影響到輸齣結果的準確性。 本章還將初步介紹基準源電路的幾種基本類型，以及它們在不同應用中所扮演的角色。我們會從最簡單的電壓基準概念入手，逐步引入電流基準的概念，並為後續章節中更復雜的基準源設計打下堅實的基礎。此外，我們將探討影響基準源穩定性的關鍵因素，包括溫度變化、電源電壓波動、器件老化以及噪聲乾擾等，並簡要提及一些初步的對抗這些因素的設計思路。目標是讓讀者深刻理解，在設計任何一款高性能模擬電路之前，首先需要牢固掌握並精心設計好其核心的基準源部分，因為它是整個模擬電路大廈最堅實的地基。 第二章：從基礎到精細——二極管基準源的原理與實踐 二極管，這個看似簡單卻又蘊含豐富物理特性的電子元件，是構建基準源電路的最基礎模塊之一。本章將從二極管的PN結特性入手，深入解析其在産生穩定電壓方麵所扮演的角色。我們將詳細講解齊納二極管（Zener Diode）的工作原理，特彆是其反嚮擊穿區域的電壓穩定性。我們會詳細分析齊納二極管擊穿電壓的形成機製，以及影響其穩定性的各項因素，如擊穿電流、溫度係數和噪聲等。 本章將詳細介紹基於齊納二極管的最簡單的電壓基準源電路結構，包括電阻限流、齊納二極管穩壓以及輸齣電容濾波等基本組成部分。我們將通過詳細的公式推導和理論分析，說明在不同工作條件下，該簡單電路的輸齣電壓穩定性如何。同時，我們將深入探討這種簡單基準源的局限性，例如其溫度係數較大、輸齣阻抗較高以及對電源噪聲敏感等問題。 為瞭剋服這些局限，本章將進一步引入更精細化的設計策略。我們將探討如何通過並聯多個齊納二極管來降低噪聲，以及如何通過串聯或分壓電阻來調整輸齣電壓。更重要的是，我們將引入二極管的“正溫度係數”和“負溫度係數”特性，並以此為基礎，講解如何巧妙地利用不同二極管的特性進行補償，從而顯著改善基準源的溫度穩定性。例如，我們會詳細分析如何利用一個具有正溫度係數的二極管和一個具有負溫度係數的器件（如雙極結型晶體管的發射結）相結閤，形成一個溫漂極低的基準源。 本章還將涉及二極管基準源的實際應用中的一些考慮因素，如器件的選擇、PCB布局的優化以及如何通過外部元件來進一步提升性能。我們將提供一些實際的設計案例和電路圖，幫助讀者理解理論知識如何在實踐中得到應用。目標是讓讀者掌握利用二極管構建基本且高性能電壓基準源的能力，並為理解更復雜的基準源設計奠定堅實的基礎。 第三章：晶體管的精妙運用——BJT基準源的探索 雙極結型晶體管（BJT）以其電流放大和電壓控製特性，為設計更高性能的基準源電路提供瞭更廣闊的空間。本章將聚焦於如何利用BJT的獨特屬性來構建穩定且具有特定性能要求的基準源。我們將從BJT的基本工作原理入手，特彆是其基極-發射極（BE）結的電壓特性，以及這一特性如何受到溫度的影響。 本章將詳細介紹基於BJT的基準源電路設計。一種常見的實現方式是利用BJT的PN結的負溫度係數特性，結閤正溫度係數的電阻，來構建一個溫度補償的基準源。我們將深入分析這種補償機製的原理，通過數學模型來量化其溫度補償效果。我們將詳細講解如何選擇閤適的BJT型號和電阻值，以獲得最佳的溫度穩定性。 另一種重要的BJT基準源設計是基於“基極電流補償”的思路。我們將分析BJT的基極電流如何影響其集電極電流，以及如何通過精心設計的電路來補償基極電流的變化，從而獲得更穩定的輸齣。這一部分將涉及對BJT的直流模型和交流模型的深入理解，以及如何將這些模型應用於基準源電路的設計。 本章還將探討如何利用BJT構建電流基準源。電流基準源在許多應用中同樣至關重要，例如為其他電路提供恒定的偏置電流。我們將介紹幾種典型的BJT電流基準源電路，並分析它們的優缺點。我們會詳細講解這些電路如何通過控製BJT的集電極電流來産生精確的恒定電流，以及如何通過選擇閤適的參數來調整輸齣電流值。 此外，本章還將討論在實際設計中需要考慮的BJT基準源的局限性，例如器件間的參數離散性、電源電壓的敏感性以及噪聲錶現等。我們將提供一些實踐性的建議，例如如何通過多管並聯來降低噪聲，以及如何優化電路布局來提高穩定性。通過本章的學習，讀者將能夠熟練掌握利用BJT構建各種類型的基準源電路，並能夠根據具體應用需求進行設計和優化。 第四章：MOSFET基準源的獨特優勢 金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）憑藉其高輸入阻抗、低功耗以及良好的可擴展性，在現代模擬集成電路設計中占據著越來越重要的地位。本章將深入探討如何利用MOSFET的特性來設計高性能的基準源電路。我們將從MOSFET的基本工作原理入手，特彆是其閾值電壓（Threshold Voltage）和跨導（Transconductance）等關鍵參數，以及這些參數如何受到溫度和其他因素的影響。 本章將重點介紹基於MOSFET的電壓基準源設計。一種常見且高效的MOSFET基準源是利用其“二次擊穿”區域的負溫度係數特性，並結閤其他元件進行補償。我們將詳細解析這一工作原理，並分析如何通過精心設計的電路來實現穩定的輸齣電壓。我們會探討如何選擇閤適的MOSFET型號，以及如何通過外部電阻和電容來優化其溫度穩定性和輸齣阻抗。 另一種重要的MOSFET基準源設計思路是利用其“亞閾值區”工作特性。我們將分析在亞閾值區工作的MOSFET的對數電壓-電流特性，並講解如何利用這一特性來設計具有極低功耗和良好溫度穩定性的基準源。這一部分將涉及對MOSFET亞閾值區行為的深入理解，以及如何將其應用於基準源電路的優化。 本章還將深入探討如何利用MOSFET構建高精度的電流基準源。MOSFET電流基準源在許多現代低功耗和高精度係統中尤為重要。我們將介紹幾種經典的MOSFET電流基準源電路拓撲，例如“電流鏡”（Current Mirror）和“Wilson電流鏡”的改進型，並分析它們的優缺點。我們會詳細講解如何通過調整MOSFET的尺寸（W/L比）和偏置電流來精確控製輸齣電流，以及如何通過補償技術來提高電流基準源的溫度穩定性和電源抑製比（PSRR）。 本章還將討論在實際設計中需要考慮的MOSFET基準源的挑戰，例如器件參數的工藝依賴性、襯底效應以及噪聲錶現等。我們將提供一些實踐性的設計技巧，例如如何通過多管並聯或采用更先進的補償技術來提升性能。通過本章的學習，讀者將能夠深刻理解MOSFET基準源設計的精髓，並能夠根據具體應用需求，選擇最適閤的MOSFET基準源設計方案。 第五章：集成基準源的深化——從二極管到更高階的架構 在前麵的章節中，我們分彆探討瞭基於二極管、BJT和MOSFET的基準源電路。本章將超越單一器件的局限，深入探討集成基準源的體係化設計理念。我們將迴顧並整閤前麵章節的知識，重點關注如何將不同器件的優勢結閤起來，構建性能更加卓越的基準源。 本章將重點介紹“帶隙基準源”（Bandgap Reference）的原理和設計。帶隙基準源是目前應用最為廣泛的高性能電壓基準源之一，它巧妙地利用瞭BJT的PN結的負溫度係數（PTAT）特性與另一類具有正溫度係數（CTAT）的信號進行疊加，從而實現極低的溫度係數。我們將從半導體物理的能帶理論入手，深入解析半導體材料的帶隙電壓如何隨溫度變化，以及如何利用這種變化來産生PTAT和CTAT信號。 我們將詳細剖析經典的Brannon型帶隙基準源電路，解釋其各個部分的組成功能，例如PTAT電流産生電路、CTAT電壓産生電路以及求和電路。我們將通過詳細的公式推導和仿真分析，說明該電路是如何實現超寬溫度範圍內的穩定輸齣電壓的。同時，我們將討論影響帶隙基準源性能的關鍵因素，如器件的匹配精度、偏置電流的穩定性以及電源電壓的變化等。 本章還將介紹更高級的帶隙基準源架構，例如： 二階補償帶隙基準源： 針對一階補償帶隙基準源在極端溫度下的漂移問題，我們將介紹如何通過引入額外的電路來提供二階溫度補償，從而獲得更高的精度。 低壓帶隙基準源： 隨著現代電子設備對電源電壓的要求越來越低，低壓帶隙基準源的設計變得尤為重要。我們將探討如何設計能夠在低至1V甚至更低電壓下工作的帶隙基準源。 可調帶隙基準源： 在一些應用中，需要能夠根據實際需求調整基準電壓。本章將介紹如何通過引入可變增益放大器或電阻來設計可調帶隙基準源。 此外，本章還將討論與集成基準源設計相關的其他關鍵方麵，例如： 噪聲抑製技術： 如何通過濾波、屏蔽以及差分結構來降低基準源的輸齣噪聲。 電源抑製比（PSRR）優化： 如何設計電路以減小電源電壓波動對基準源輸齣的影響。 動態功耗管理： 在低功耗應用中，如何平衡基準源的性能與功耗。 片上集成考慮： 在實際的芯片設計中，如何處理器件匹配、版圖布局以及工藝變化對基準源性能的影響。 通過本章的學習，讀者將能夠深入理解集成基準源設計中的復雜性和精妙之處，並能夠根據不同的應用場景，設計齣滿足嚴苛性能要求的高階基準源電路。本書的目標是為讀者提供一個全麵而深入的基準源設計知識體係，使其能夠應對未來模擬電路設計中的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，我非常看重圖文並茂的程度。對於電路設計書籍而言，如果隻有密密麻麻的文字和公式，讀起來會非常枯燥，也難以理解復雜的信號流。我期望這本書中的電路圖布局清晰、標注規範，最好能有大量的仿真波形和實測數據對比圖。這樣，讀者不僅能理解“為什麼”要這樣設計，還能直觀地看到“效果”如何。好的技術書籍應該像一位耐心的導師，不僅告訴你公式是什麼，還告訴你這個公式在實際電路中對應的是哪個器件的哪種行為。如果書中能夠穿插一些曆史上的經典設計案例或者不同設計流派之間的優劣對比，那就更棒瞭。這能幫助我們建立起更宏觀的視角，理解為什麼現在的設計會演變成這個樣子，而不是被局限在某一種特定的技術路徑上。一本好的書，應該是能夠激發讀者思考，而不是簡單地提供答案。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我本來對這類專門介紹單一電路模塊的書籍持保留態度，總覺得內容會比較單薄，難以支撐起一本厚厚的著作。然而，這本書的目錄結構卻徹底打消瞭我的疑慮。它顯然不是泛泛而談，而是深入到集成電路設計領域最核心、最需要精雕細琢的部分。從對噪聲、溫度漂移這些關鍵參數的分析，到對工藝角變化的仿真和應對策略，每一章節的標題都直指痛點。我猜想，作者一定是在一綫設計崗位上積纍瞭多年的實戰經驗，纔能如此精準地把握到工程師們在實際項目中遇到的每一個難點。特彆是關於“高階”帶隙基準源的部分，這通常是衡量一個設計團隊技術水平的關鍵指標，能夠詳盡闡述其內部補償機製和多級反饋結構，這本書的價值就體現齣來瞭。我希望它能提供一些超越標準教科書的“秘訣”或“經驗之談”，比如在特定製程下如何優化器件尺寸，如何巧妙地利用寄生效應來提升性能，這些纔是真正有價值的知識財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計頗具匠心，那種深邃的藍色調與電路圖的白色綫條交織在一起，一下子就抓住瞭我的眼球。拿到手裏沉甸甸的感覺，就知道內容肯定很紮實。我一直對模擬電路設計充滿熱情，尤其是那些看似簡單實則精妙的基準源電路，它們是整個電子係統穩定性的基石。這本書的標題——“集成基準源電路設計”，聽起來就讓人覺得專業且權威，仿佛能從字裏行間感受到設計者那種對細節的執著和對性能的極緻追求。我尤其期待看到作者如何從最基礎的二極管模型齣發，一步步構建齣復雜的高階帶隙基準源，這中間必然包含瞭大量工程實踐中的取捨和智慧。對於我這樣的初學者來說，這種由淺入深、循序漸進的講解方式無疑是最好的指引，它不像有些教科書那樣隻堆砌公式，而是更注重將理論與實際應用緊密結閤，讓人讀起來心裏踏實，知道自己學到的知識是真正能夠落地的。這本書的齣版單位是著名的科學齣版社，這更增添瞭一份信賴感，它承諾瞭內容的嚴謹性和學術的深度，絕對是案頭必備的參考書。

評分☆☆☆☆☆

從排版和裝幀來看，這本書顯得非常專業和嚴謹，這在技術書籍中是相當重要的品質。字體選擇適中，行間距閤理，讓人長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。更重要的是，它體現瞭一種對知識的尊重。畢竟，集成電路設計，尤其是高性能模擬電路設計，是一個容錯率極低、對精度要求極高的領域。如果書籍本身在印刷和裝訂上都粗製濫造，那讀者難免會懷疑其內容的可靠性。科學齣版社的齣品，通常在這一點上是讓人放心的。我個人非常欣賞那種能夠將復雜的數學推導和直觀的物理模型結閤起來的錶達方式。希望作者在解釋帶隙基準源中的PTAT（與溫度成正比）和CTAT（與溫度成反比）電壓的精確閤成時，能用非常清晰的圖示來闡述，讓抽象的溫度係數處理過程變得可視化，這纔是真正的高水平技術寫作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的潛在價值遠超齣瞭單純的技術手冊範疇，它更像是一張通往高端模擬IC設計世界的門票。對於那些渴望從數字領域轉嚮模擬領域深耕的工程師，或者正在攻讀相關碩士、博士學位的研究生來說，這本書提供瞭一個極好的學習路徑。它不僅僅是告訴你如何“畫”齣電路圖，更重要的是，它教會你如何“思考”電路的穩定性和魯棒性。基準源作為係統的心髒，它的設計哲學深刻影響著整個芯片的性能邊界。我非常期待書中能包含一些關於ESD（靜電放電）保護、電源抑製比（PSRR）優化方麵的實踐經驗，因為這些往往是在仿真階段被忽視，但在實際流片中暴露問題的關鍵環節。一本真正優秀的專業書籍，應該能夠預見並解決讀者在實際工作中即將遇到的陷阱，而這本書的厚度和深度，讓我相信它具備這樣的能力。