模拟CMOS集成电路设计

第1章　绪论

1.1　集成电路的发展历史及趋势

1.2　模拟集成电路的功能及应用领域

1.3　模拟集成电路与数字集成电路的比较

1.4　模拟集成电路的设计流程

1.5　HSpice仿真简介

本章小结

第2章　元器件及其模型

2.1　pn结与二极管

2.1.1　pn结的形成

2.1.2　pn结的特性

2.1.3　二极管

2.2　双极型晶体管

2.2.1　结构及工艺实现

2.2.2　基本工作原理

2.2.3　大信号模型

2.2.4　小信号模型

2.3　CMOS器件

2.3.1　物理结构

2.3.2　电路符号

2.3.3　工作原理

2.3.4　大信号模型

2.3.5　二级效应

2.3.6　寄生电容

2.3.7　小信号模型

2.3.8　闩锁效应

2.3.9　传输门电路

2.4　电阻

2.4.1　方块电阻

2.4.2　多晶硅电阻

2.4.3　阱电阻

2.4.4　扩散电阻

2.4.5　金属电阻

2.4.6　电阻模型

2.5　电容器

2.5.1　电容器的结构

2.5.2　传统电容器

2.5.3　CMOS电容

2.5.4　金属"para" label-module="para">

2.5.5　电容模型

本章小结

习题

参考文献

第3章　单级放大器

3.1　电流镜

3.1.1　电流镜的结构

3.1.2　电流镜的误差

3.1.3　电流镜的小信号等效电路

3.2　共源放大器

3.2.1　电阻负载共源放大器

3.2.2　二极管负载共源放大器

3.2.3　电流镜负载共源放大器

3.2.4　推挽放大器

3.3　源极跟随器

3.4　共栅放大器

3.5　高输出阻抗电流镜

3.6　共源共栅放大器

3.7　差动放大器

3.7.1　电阻负载差动放大器

3.7.2　有源负载差动放大器

3.7.3　单端输出差动放大器

3.8　放大器的频率特性

3.8.1　共源放大器

3.8.2　源极跟随器

3.8.3　共源共栅放大器

3.8.4　差动放大器

本章小结

习题

参考文献

第4章　运算放大器

4.1运算放大器的基本结构

4.1.1概述

4.1.2普通两级运算放大器

4.2稳定性与相位补偿

4.2.1闭环工作时的稳定性

4.2.2相位补偿方法

4.3运算放大器的性能参数

4.3.1直流或低频特性

4.3.2高频特性

4.3.3瞬态特性

4.3.4增益线性度

4.3.5两级运算放大器设计

4.4高性能运算放大器

4.4.1套筒式共源共栅运算放大器

4.4.2折叠式共源共栅运算放大器

4.4.3高增益运算放大器

4.4.4轨对轨运算放大器

4.4.5全差动运算放大器

4.4.6微功耗运算放大器

4.5输出级电路

4.5.1输出级电路的类型

4.5.2源极跟随器输出级

4.5.3甲乙类共源输出级

4.5.4低功耗输出级

4.6运算放大器的性能解析

4.6.1DC特性解析

4.6.2AC特性解析

4.6.3瞬态特性解析

本章小结

习题

参考文献

第5章基准电压与电流

5.1MOS管型基准源

5.1.1MOS管型分压器

5.1.2改进的MOS管型基准源

5.2二极管型基准源

5.2.1与CMOS工艺兼容的双极型晶体管和二极管

5.2.2具有负温度系数的基准源

5.2.3具有正温度系数的基准源

5.2.4带隙基准电压源

5.2.5高精度电流源

本章小结

习题

参考文献

第6章噪声

6.1器件噪声模型

6.1.1电阻

6.1.2场效应管

6.1.3二极管

6.2电路噪声性能

6.2.1共源放大器

6.2.2共栅放大器

6.2.3源极跟随器

6.2.4共源共栅放大器

6.2.5差分放大器

6.2.6CMOS运算放大器

6.3光纤前置放大器电路噪声分析举例

本章小结

习题

参考文献

第7章开关电容电路

7.1开关电容电路的基本原理

7.2开关电容放大器

7.3开关电容积分器

7.4开关电容滤波器

本章小结

习题

参考文献

第8章数据转换器

8.1数模转换器的基本工作原理

8.1.1数模转换器的基本工作原理

8.1.2静态性能指标

8.1.3动态性能指标

8.2数模转换器的主要类型

8.2.1电流型数模转换器

8.2.2电压型数模转换器

8.2.3电荷型数模转换器

8.2.4分段数模转换器

8.3模数转换器的基本工作原理

8.3.1基本工作原理

8.3.2理想ADC转换特性

8.3.3静态性能指标

8.3.4动态性能指标

8.4模数转换器的主要类型

8.4.1全并行(或快闪)A/D转换器

8.4.2多级A/D转换器

8.4.3逐次逼近A/D转换器

8.4.4流水线A/D转换器

8.4.5内插A/D转换器

8.4.6折叠A/D转换器

8.5过采样转换器

8.5.1ΣΔ调制器的原理

8.5.2ΣΔ调制器的结构类型

8.6本章小结

习题

参考文献

第9章振荡器

9.1振荡器的类型

9.2振荡器的起振条件

9.3环形振荡器

9.4环形压控振荡器

9.4.1大信号特性

9.4.2小信号增益

9.4.3频率响应

9.4.4延迟的计算

9.4.5几种可调延时的方法[2]

9.5LC振荡器

9.6LC压控振荡器

9.7LC压控振荡器结构举例

9.8本章小结

习题

参考文献

第10章锁相环

10.1锁相环基本单元

10.1.1鉴相器

10.1.2低通滤波器

10.1.3压控振荡器

10.2基本锁相环的线性模型

10.3电荷泵锁相环

10.3.1频率检测的引入

10.3.2PFD和电荷泵

10.3.3电荷泵锁相环的线性模型

10.4锁相环的跟踪与捕获

10.4.1静态跟踪

10.4.2捕获锁定

10.5锁相环电路的噪声

10.5.1定时抖动与相位噪声

10.5.2锁相环相位噪声

本章小结

习题

参考文献

附录CMOS工艺技术

本书的读者应具备电路和信号方面的基础知识，如果读者还具备半导体物理方面的知识，则更容易理解本书的内容。

本书是作者结合自己多年的科研实践，在参考国内外同类教材的基础上，精心编著而成的。

全书共分10章，其中前6章介绍CMOS元器件和基本单元电路的基础知识，后4章介绍它们的典型应用，包括开关电容电路、ADC与DAC、振荡器以及锁相环。

本书可供微电子与集成电路设计专业的研究生以及高年级本科生作为教材使用（大约需要60学时），也可供模拟集成电路设计工程师参考。

本书可供微电子与集成电路设计专业的研究生以及高年级本科生作为教材使用（大约需要60学时），也可供模拟集成电路设计工程师参考。

《CMOS模拟集成电路设计》（第2版）（英文版）是模拟集成电路设计课的一本经典教材。全书共分5个部分。主要介绍了模拟集成电路设计的背景知识、基本MOS半导体制造工艺、CMOS技术、CMOS器件建模，MOS开关、MOS二极管、有源电阻、电流阱和电流源等模拟CMOS分支电路，以及反相器、差分放大器、共源共栅放大器、电流放大器、输出放大器等CMOS放大器的原理、特性、分析方法和设计，CM0S运算放大器、高性能CMOS运算放大器、比较器，开关电容电路、D/A和A/D变换器等CMOS模拟系统的分析方法、设计和模拟等内容。

该书可作为高等学校电子工程、微电子学、计算机科学、电机工程与应用电子技术等专业的的教科书，以及有关专业的选修课教材或研究生教材、教学参考书；也可作为在职的模拟集成电路设计工程师或与模拟集成电路设计有关的工程师的进修教材或工程设计参考书。

期待多年之后，备受尊敬的两位作者Phillip E. Allen和Douglas R.Holberg又为读者奉上了经典教材《CMOS模拟集成电路设》的第二版。作者从CMOS技术的前沿出发，将他们丰富的实践经验与教学经验相结合，对CMOS模似电路设计的原理和技术给出了深入和详尽的论述，本书有两个主要目标：

将理论和实践完美结事，在内容处理上既不肤浅也不拘泥于细节；

使读者能够应用层次化设计的方法进行模拟集成电路设计；

第二版中讲到的多数技术和原理在过去的十年中已经介绍给了工业界的读者，他们提出的问题和需求对本书的修订起了很大的作用，从而使新版教材成为更有价值的工程技术人员的参考书。

本书的特点是独特的设计方法，该方法可使读者一步一步地经历创建实际电路的过程，并能够分析复杂的设计问题。本书详细计论了容易被忽略的问题，同时有意识地谈化了双极型模拟电路，因为CMOS是模拟集成电路设计的主流工艺。本书适用于具有一定基础电子学背景知识的高年级本科生和研究生，这些知识主要包括：偏置、建模、电路分析和频率响应。本书提供了一个完整的设计流程图，使读者能够用CMOS技术完成模拟电路设计。

第一章 绪论

1.1 模拟集成电路设计

1.2 字符、符号和术语

1.3 模拟信号处理

1.4 VLSI混合信号电路设计模拟举例

1.5 小结

习题

参考文献

第二章 CMOS技术

mos管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

2.1 基本MOS半导体制造工艺

2.2 PN结

2.3 COM晶体管

2.4 无源元件

2.5 关于CMOS技术的其他考虑

2.6 集成电路版图

2.7 小结

习题

参考文献

第三章 CMOS器件模型

3.1 简单的MOS大信号模型

3.2 其他MOS管大信号模型的参数

3.3 MOS管的小信号模型

3.4 计算机仿真模型

3.5 亚阈值电压区MOS模型

3.6 MOS电路的SPICE模拟

3.7 小结

习题

参考文献

第四章 模拟CMOS子电路

4.1 MOS开关

4.2 MOS二极管/有源电阻

二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。

4.3 电流漏和电流源

4.4 电流镜

4.5 基准电流和电压

4.6 带隙基准

4.7 小结

习题

参考文献

第五章 CMOS放大器

运放是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。

5.1 反相器

5.2 差分放大器

5.3 共源共栅放大器

5.4 电流放大器

5.5 输出放大器

5.6 商增益放大器结构

5.7 小结

习题

参考文献

第六章 CMOS运算放大器

6.1 CMOS运算放大器设计

6.2 运算放大器的补偿

6.3 两级运算放大器设计

6.4 两级运算放大器的电源抑制比

6.5 共源共栅运算放大器

6.6 运算放大器的仿真与测量

6.7 运算放大器的宏模型

6.8 小结

习题

参考文献

第七章 高性能CMOS运算放大器

……

第八章 比较器

第九章 开关电容电路

第十章 数模和模数转换器