CMOS運算放大器和比較器的設計及應用 Roubik Gregorian pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Roubik Gregorian 著

圖書標籤:

• CMOS
• 運算放大器
• 比較器
• 模擬電路
• 集成電路設計
• Roubik Gregorian
• 電路分析
• 低功耗設計
• 高性能設計
• 射頻電路

店鋪： 久點圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030406224

商品編碼：29659744531

包裝：平裝

齣版時間：2014-07-01

基本信息

書名：CMOS運算放大器和比較器的設計及應用

定價：52.00元

作者：Roubik Gregorian

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2014-07-01

ISBN：9787030406224

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《CMOS運算放大器和比較器的設計及應用》分為5章。章描述瞭參考源的基本原理以及模擬電路的基礎知識；第2章分析瞭參考電流源的設計，包括基本的CMOSPTAT電路和復雜的biCMOS電流源；第3章在前兩章的基礎上，講解瞭電壓參考源的設計，包含瞭從零階到高階補償電路的實現；第4章分析瞭高精度基準源設計的考慮因素，包括工藝偏差、負載效應和工作環境等；第5章從工程和應用的角度討論瞭修調、版圖設計和封裝等對電路性能的影響。《CMOS運算放大器和比較器的設計及應用》內容全麵，包含瞭從參考源設計的理論基礎到工程實踐的內容。分析深刻、實用性強，具有的指導意義。

目錄

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章 引言
1.1 信號處理技術的分類
1.2 模擬MOS電路中運算放大器和比較器的應用實例
習題
參考文獻
第2章 電路的基本器件——MoS晶體管
2.1 半導體
2.2 MOS晶體管
2.3 晶體管類型：襯底效應
2.4 MOS晶體管小信號工作狀態和等效電路
2.5 弱反型區
2.6 碰撞電離
2.7 MOSFET晶體管的噪聲
2.7.1 散粒噪聲
2.7.2 熱噪聲
2.7.3 閃爍噪聲(噪聲)
2.8 CMOS工藝
習題
參考文獻
第3章 CMoS模擬集成電路的基本模塊
3.1 MOS工藝中的偏置電路
3.2 MOS電流鏡和電流源
3.3 MOS增益級
3.4 MOS源極跟隨器
3.5 MOS差分放大器
3.6 MOS放大器的頻率響應
習題
參考文獻
第4章 CMoS運算放大器設計
4.1 運算放大器
4.2 單級運算放大器
4.3 兩級運算放大器
4.4 CMOS放大器的穩定性和頻率補償
4.5 CMOS運算放大器的動態範圍
4.6 補償CMOS運算放大器的頻率響應、瞬態響應和擺率
4.7 CMOS運算放大器的噪聲性能
4.8 全差分運算放大器
4.9 CMOS輸齣級
4.10 軌到軌共模輸入範圍運算放大器
習題
參考文獻
第5章 比較器設計
5.1 比較器的電路模型
5.2 單端輸齣自動穩零比較器
5.3 差分比較器
5.4 滯迴比較器
5.5 全差分比較器
5.6 鎖存器
習題
參考文獻
第6章 數模轉換器設計
6.1 數模轉換基本原理
6.2 電壓型DAC
6.3 電荷型DAC
6.4 混閤型DAC
6.5 電流型DAC
6.6 分段電流型DAC
習題
參考文獻
第7章 模數轉換器設計
7.1 模數轉換基本原理
7.2 快閃型ADC
7.3 插值快閃型ADC
7.4 兩級ADC
7.5 逐次逼近型ADC
7.6 計數型和跟蹤型ADC
7.7 積分型ADC
習題
參考文獻
第8章 工程考慮和設計實例
8.1 CMOS運算放大器設計中的工程考慮
8.2 運算放大器設計技術和設計實例
8.3 比較器設計技術和設計實例
習題
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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模擬電路設計精要：深入理解運算放大器與比較器 這是一本關於模擬集成電路設計領域的深度探索之作，專注於運算放大器（Op-amp）和比較器（Comparator）這兩類核心模擬電路單元的原理、設計考量以及實際應用。本書並非僅僅羅列公式和電路圖，而是力求為讀者提供一個全麵而深入的理解框架，從基本概念齣發，逐步剖析復雜的設計挑戰，並最終引導讀者掌握如何根據具體需求，設計齣性能卓越、穩定可靠的模擬電路。 核心內容與結構： 本書的編寫遵循邏輯遞進的原則，旨在構建一個紮實的理論基礎，並在此之上進行工程實踐的延伸。 第一部分：模擬電路基礎與運算放大器原理 集成電路製造工藝概述： 在深入討論電路設計之前，我們首先需要瞭解電路是如何被製造齣來的。本部分將簡要介紹半導體製造的基本流程，包括晶圓製備、光刻、刻蝕、摻雜、金屬化等關鍵步驟。重點將放在這些工藝參數（如溝道長度、氧化層厚度、器件閾值電壓等）如何影響晶體管的電學特性，以及這些特性反過來如何製約模擬電路的設計。理解工藝的限製和特性，對於進行實際的電路設計至關重要，能夠幫助工程師做齣更切閤實際的設計決策。 CMOS器件模型與特性： 深入剖析CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技術中的PMOS和NMOS晶體管的物理模型和電學特性。我們將詳細探討亞閾值區、綫性區和飽和區的工作狀態，分析跨導、輸齣電阻、結電容等關鍵參數，以及它們如何隨工藝變量和工作電壓的變化而變化。對於電壓控製下的跨導（gm）和輸齣電阻（ro）的理解，是後續分析運算放大器性能的基礎。此外，還將討論溝道長度調製效應、體效應、短溝道效應等實際工程中不可忽視的非理想因素。 基本運算放大器結構： 介紹最基礎的運算放大器拓撲，例如差分放大器（Differential Amplifier）。詳細分析差分放大器的共模抑製比（CMRR）、差模增益、輸入失調電壓等基本性能指標的來源。在此基礎上，將引入差分對的各種改進型結構，如電流鏡負載（Current Mirror Load）差分放大器，分析其增益、輸入阻抗、輸齣阻抗的提升，以及引入的共模反饋（Common-Mode Feedback）電路的重要性。 多級運算放大器設計： 隨著對增益要求的提高，單級運算放大器往往難以滿足需求。本部分將深入探討多級運算放大器的設計原理，包括兩級（Two-Stage）和三級（Three-Stage）運放的典型結構。重點分析如何組閤不同功能的增益級（如跨導級、電壓增益級）和輸齣級，以實現高增益、低功耗和優良的頻率響應。在分析中，將詳細闡述各級之間的偏置設計、輸入/輸齣電容的加載效應以及頻率補償（Frequency Compensation）的必要性。 第二部分：運算放大器性能指標與設計優化 增益與帶寬： 深入解析運算放大器的主要性能指標：DC增益（DC Gain）、單位增益帶寬（Unity Gain Bandwidth, UGBW）和增益帶寬積（Gain Bandwidth Product, GBP）。分析影響DC增益的因素，如晶體管的輸齣電阻、負載的靈敏度等。詳細講解單位增益帶寬的定義，以及如何通過選擇閤適的偏置電流、跨導和負載電阻來提高帶寬。同時，將探討如何根據不同應用場景，權衡增益和帶寬之間的取捨。 頻率響應與穩定性： 頻率響應是決定運算放大器動態性能的關鍵。本部分將詳細講解伯德圖（Bode Plot）在分析運算放大器頻率響應中的應用，識彆主極點（Dominant Pole）、非主極點（Non-dominant Poles）和零點（Zeros）。重點闡述頻率補償技術，如極點分裂（Pole Splitting）補償（例如使用密勒電容）、零點補償（例如使用零點提升電路）等，以及這些補償技術如何影響穩定性。引入相位裕度（Phase Margin）和增益裕度（Gain Margin）的概念，並給齣計算和保證穩定性的方法，這是設計可靠模擬電路的基石。 噪聲分析： 噪聲是模擬電路的固有問題，對於低噪聲設計至關重要。本部分將係統地分析運算放大器中各類噪聲的來源，包括熱噪聲（Thermal Noise）、閃爍噪聲（Flicker Noise，也稱1/f噪聲）、散粒噪聲（Shot Noise）等。詳細講解如何計算輸入參考噪聲電壓和電流，並介紹降低噪聲的設計策略，例如選擇低噪聲器件、優化偏置電流、采用差分結構抑製共模噪聲等。 功耗與電源抑製比（PSRR）： 功耗是影響集成電路性能和封裝的關鍵因素。本部分將分析不同運算放大器結構對功耗的影響，並介紹低功耗設計技術，如使用亞閾值偏置、動態偏置等。電源抑製比（PSRR）是衡量電路抵抗電源紋波能力的重要指標。將詳細分析正電源抑製比（PSRR+）和負電源抑製比（PSRR-）的産生機理，並給齣提高PSRR的設計方法，例如使用差分結構、增加電源濾波等。 輸入/輸齣特性與動態範圍： 介紹運算放大器的輸入共模範圍（Input Common-Mode Range, ICMR）、輸齣電壓擺幅（Output Voltage Swing）等重要參數，並分析它們如何受限於工藝和電路拓撲。動態範圍（Dynamic Range）是信號能夠被有效處理的範圍，它受到輸入失調、噪聲和輸齣擺幅的共同影響。本部分將講解如何評估和優化動態範圍。 第三部分：比較器設計與應用 比較器基本原理： 介紹比較器的核心功能，即比較兩個輸入信號的大小並輸齣高低電平。深入分析比較器的基本結構，例如基於差分放大器和再生電路（Regenerative Latch）的結構。 比較器性能指標： 講解比較器的關鍵性能指標，如傳播延遲（Propagation Delay）、建立時間（Settling Time）、遲滯（Hysteresis）、共模抑製比（CMRR）、電源抑製比（PSRR）和輸入失調電壓等。重點分析傳播延遲的來源（如跨導、負載電容、再生速度）以及如何優化。 比較器的高速設計： 針對高速應用，介紹提高比較器速度的設計策略，包括采用前饋（Feedforward）結構、優化再生電路（如交叉耦閤晶體管）、減小寄生電容等。 遲滯與自舉比較器： 詳細講解遲滯（Hysteresis）的作用，如何利用施密特觸發器（Schmitt Trigger）原理引入遲滯以提高抗噪聲能力，以及如何設計具有可調遲滯的比較器。介紹自舉（Bootstrapping）技術在提高輸入阻抗和動態範圍方麵的應用。 比較器的輸齣級設計： 分析不同輸齣級結構對比較器性能的影響，例如推挽輸齣（Push-Pull Output）、集電極開路輸齣（Open-Collector Output）和三態輸齣（Tri-State Output）。 比較器應用電路： 演示比較器在各種實際應用中的典型電路，例如： 電壓比較器： 實現簡單的電壓閾值檢測。 窗口比較器： 同時檢測輸入信號是否在兩個預設的電壓閾值之間。 過零檢測器（Zero-Crossing Detector）： 檢測信號穿過零點的瞬間。 函數發生器（Function Generator）： 利用比較器和積分器（Integrator）生成三角波、方波等。 脈衝整形器（Pulse Shaper）： 將不規則的脈衝信號轉換為標準的方波。 模數轉換器（ADC）中的應用： 介紹比較器在逐次逼近型ADC（SAR ADC）和閃速ADC（Flash ADC）中的核心作用。 第四部分：實際設計考量與進階主題 工藝角（Process Corners）與溫度效應： 強調在實際芯片設計中，必須考慮不同工藝角（如FF、SS、TT，分彆代錶快、慢、典型工藝）和工作溫度下的性能變化。介紹如何進行跨角（Across Corners）仿真和設計，以保證電路在寬泛條件下的魯棒性。 版圖設計（Layout Design）考量： 介紹版圖設計對模擬電路性能的重要性，包括匹配（Matching）、寄生效應（Parasitic Effects）、襯底噪聲（Substrate Noise）耦閤等。重點講解如何進行器件匹配（如差分對的匹配）、接地設計（Grounding）、電源分配（Power Distribution）以及屏蔽（Shielding）以降低噪聲。 設計自動化與仿真工具： 簡要介紹主流的EDA（Electronic Design Automation）工具，如Cadence Virtuoso, Synopsys, Spectre, HSPICE等，以及它們在模擬電路設計流程中的作用。強調仿真（Simulation）在驗證設計、優化性能和發現問題中的不可替代性。 低壓/低功耗設計技術： 針對移動設備和物聯網等低功耗應用場景，介紹一些先進的低壓/低功耗設計技術，例如使用電荷泵（Charge Pump）、低壓差分信號（LVDS）等。 本書的目標讀者： 本書適閤所有對模擬集成電路設計感興趣的讀者，包括但不限於： 在校本科生和研究生： 希望深入理解模擬電路原理，為畢業設計和進一步深造打下堅實基礎。 初級模擬電路設計工程師： 希望係統學習運算放大器和比較器的設計方法，提升工程實踐能力。 資深模擬電路設計工程師： 希望迴顧和深化對基本概念的理解，接觸更先進的設計理念和技術。 係統工程師和數字設計工程師： 希望瞭解模擬電路在係統中的作用和接口，與模擬設計團隊進行更有效的溝通。 學習方法建議： 本書的設計理念是鼓勵讀者主動思考和動手實踐。建議讀者在閱讀理論部分時，結閤具體的電路圖進行分析，嘗試進行手工計算（Hand Calculation），並利用仿真工具（如SPICE）來驗證理論結果，觀察不同參數變化對電路性能的影響。每一章的最後，都可以嘗試布置一些設計問題，促使讀者將所學知識應用到實際的電路設計任務中。 通過對本書內容的係統學習，讀者將能夠全麵掌握CMOS運算放大器和比較器的設計精髓，不僅能夠理解現有電路的設計思路，更能夠獨立進行具有挑戰性的模擬電路設計，滿足日益嚴苛的應用需求。

評分☆☆☆☆☆

對於我個人而言，最受益匪淺的部分在於作者對“非綫性”和“限製條件”的探討。在理想化的電路模型中，所有元件都是綫性的，但現實世界中的晶體管充滿瞭各種復雜的非綫性效應。這本書並沒有迴避這些難題，而是非常坦誠地剖析瞭飽和區、綫性區和截止區切換時産生的各種寄生現象，比如關斷延遲、瞬態電流毛刺等。在某些章節，作者甚至深入到瞭版圖布局對寄生電感和電容的影響，雖然篇幅不長，但其重要性不言而喻，它提醒著讀者，一個優秀的電路設計，必須從邏輯層麵延伸到物理實現層麵。這種將電路理論推嚮集成電路物理實現的視角，使得整本書的價值得到瞭極大的提升。它不再隻是紙麵上的公式堆砌，而是真正指導工程師如何交付一個可以在實際矽片上穩定運行、並滿足嚴苛性能指標的器件。這本書無疑是一部值得反復研讀、並在實際工作中隨時翻閱的案頭必備工具書。

評分☆☆☆☆☆

從整體的知識體係構建來看，這本書展現齣一種宏大而嚴謹的結構。它並非孤立地討論運算放大器或比較器，而是將它們置於更廣闊的係統背景下進行考量。例如，在討論輸入級設計時，作者立刻會引申到共模抑製比（CMRR）的實際應用，以及如何通過精確匹配的晶體管對來最大限度地提升這一指標，這遠比那種孤立地講解差分對的教科書式描述要深刻得多。更令人稱道的是，作者似乎對不同技術代際之間的設計演進有著深刻的洞察。他會在討論某個經典拓撲的同時，對比在新一代工藝下，由於柵氧電容變化和短溝道效應帶來的設計挑戰和相應的改進策略。這使得這本書的內容不僅對掌握當前主流技術有指導意義，也為讀者未來應對工藝演進帶來的設計變革做好瞭知識儲備。它不僅僅是講解“如何做”，更在引導我們思考“為什麼是這樣設計，以及未來可能如何改變”。

評分☆☆☆☆☆

我帶著審視的目光進入瞭關於比較器設計的篇章，這部分內容常常是很多模擬IC書籍中相對薄弱的環節，往往隻停留在理想化的閾值比較層麵。然而，這本書的深度遠超我的預期。它花瞭相當的篇幅去探討高速比較器中至關重要的“鎖存器（Latch）”的設計權衡，從跨耦閤對的偏置電流到再生速率（Slew Rate）的極限控製，每一個細節都被剖析得淋灕盡緻。我特彆欣賞作者對於瞬態響應和亞穩態處理的論述，這正是高速係統中決定最終性能的關鍵。作者似乎毫不吝嗇地分享瞭許多業內流傳的“秘訣”，比如如何巧妙地利用電荷泵效應來加速鎖存器的建立時間，以及在不同工藝節點下，選擇閤適的輸入級架構以應對輸入共模範圍的挑戰。讀到這裏，我感到這本書已經超越瞭純粹的理論構建，它更像是一部實戰手冊，指導讀者如何在高頻、低功耗的約束下，打造齣既穩定又快速的比較器，這種對工程實踐的關注度，是極其罕見的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量，也值得大書特書一番。在復雜的模擬電路設計中，清晰的示意圖是理解電路行為的生命綫。這本書在這方麵做得非常齣色，無論是晶體管級彆的開關網絡圖，還是係統級的方框圖，都繪製得極其精確和直觀。尤其是在講解反饋迴路和穩定性分析時，作者使用的伯德圖和相頻特性圖，標注得異常詳盡，不僅給齣瞭數值計算的步驟，還直觀地展示瞭極點和零點對係統瞬態響應的影響。我習慣於在閱讀技術書籍時，隨時準備筆和草稿紙進行推演，但這本書的很多推演過程，作者已經提前幫我們完成得非常詳盡，甚至會預留齣一些空白點讓讀者自己填充，這極大地提高瞭閱讀的互動性和效率。它成功地在“填鴨式”灌輸知識和“過於簡略”留白之間找到瞭一個完美的平衡點，讓讀者既能跟上思路，又能保持獨立思考的空間，讀起來十分順暢，減少瞭查閱其他參考資料的需要。

評分☆☆☆☆☆

這本書，初拿到手，就被它紮實的厚度和印刷的質感所吸引。我對模擬電路，尤其是運算放大器的研究一直抱有濃厚的興趣，市麵上不乏介紹性的讀物，但真正能深入到設計細節和底層原理的卻鳳毛麟角。我翻開前幾頁，就被作者那種直擊核心的敘事方式所摺服。它沒有過多地停留在基礎概念的簡單羅列，而是迅速切入瞭復雜電路拓撲的剖析。特彆是關於噪聲分析和失真抑製的章節，作者的處理方式非常精妙，不僅僅是給齣瞭公式，更重要的是闡述瞭在實際晶體管級彆上，這些參數是如何相互製約、如何通過結構優化來獲得最佳平衡點的。我感覺這不像是在閱讀一本教科書，更像是在一位經驗極其豐富的工程師的指導下，一步步搭建和調試一個高性能放大器。那種將理論與實踐完美結閤的敘事節奏，讓人讀起來酣暢淋灕，每讀完一章，都會有一種豁然開朗的感覺，仿佛對“為什麼這樣設計”有瞭更深層次的理解，而不是停留在“就這樣設計”的錶麵認知上。這本書對於想要從“會用”跨越到“精通”的工程師群體，無疑是提供瞭極其寶貴的路綫圖。