集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源 (美)林康-莫莱 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美林康-莫莱 著

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• 电路设计
• 林康-莫莱
• 电源管理
• 参考电压

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030367143

商品编码：29330086595

包装：平装

出版时间：2013-04-01

基本信息

书名：集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源

定价：32.00元

作者：(美)林康-莫莱

出版社：科学出版社

出版日期：2013-04-01

ISBN：9787030367143

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.241kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是集成电压基准源（VoltageReference）设计的经典参考书籍和教程，阐述了集成电压基准源大量设计实例背后蕴藏的理念以及更多的思考。全书共分为5章，详细介绍了基准源设计相关的基础知识、电流基准源设计、电压基准源设计、高精度基准源电路设计，以及系统和应用环境分析等方面的内容。
全书以理论分析作为基础，结合工程产品开发的实际情况，从产品的性能、成本和应用多方面讨论产品开发过程中的细节问题。书中各章节具有较强的独立性，可以满足读者不同方面的需求，对于刚入门的数字和模拟电路设计师以及经验丰富的工程师均具有重要的借鉴意义。
本书可作为高等院校电气工程、微电子和集成电路设计等相关专业师生的参考用书，也可以供相关科研工作者和工程人员参考阅读。

目录

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绪论
Chapter 1 基础知识
1.1 二极管
1.1.1 击穿区域
1.1.2 正向偏置区域
1.2 电流镜
1.2.1 简单电流镜
1.2.2 共源共栅电流镜
设计实例 1.1
1.2.3 调整型共源共栅电流镜
1.3 小结
附录 二极管电压的温度特性
参考文献
Chapter 2 电流基准源
2.1 PTAT电流基准源
2.1.1 双极工艺实现方式
2.1.2 CMOS实现方式
2.2 启动电路和频率补偿
2.2.1 连续导通启动电路
2.2.2 与电路状态有关的启动电路
2.2.3 频率补偿
2.3 CTAT电流基准源
2.4 与温度无关的电流基准源
2.5 PTAT²电流源产生电路
2.5.1 双极工艺实现方式
2.5.2 CMOS工艺实现方式
设计实例 2.1
2.6 小结
参考文献
Chapter 3 电压基准源
3.1 零阶基准源
3.1.1 正向偏置二极管基准源
3.1.2 齐纳电压基准源
设计实例 3.1
3.2 一阶基准源
3.2.1 正向偏置二极管基准源
3.2.2 齐纳基准源
设计实例 3.2
3.3 二阶电压基准源(曲率校正)
3.4 曲率校正技术当前的发展情况
3.4.1 与温度相关电阻比例技术
3.4.2 二极管环路技术
3.4.3 β补偿技术
3.4.4 分段线性电流模技术
3.4.5 非线性匹配校正(Matched-Nonlinear Correction)
3.4.6 补偿方法
3.5 小结
参考文献
Chapter 4 高精度基准源电路的设计
4.1 误差来源
4.1.1 定性的影响
设计实例 4.1
4.2 输出级
4.2.1 电压模式输出级
4.2.2 电流模式输出级
4.2.3 混合模式输出级
4.2.4 稳压基准源和未稳压基准源
设计实例 4.2
4.3 电源电压抑制和线性调整性能的设计
4.3.1 共源共栅技术
4.3.2 伪电源电压技术
设计实例 4.3
4.4 小结
附录1 典型一阶带隙基准源的误差来源
附录2 电阻温度系数对电流模式输出级基准源的影响
参考文献
Chapter 5 系统和应用环境分析
5.1 修调网络的设计
5.1.1 修调范围
5.1.2 修调技术
设计实例 5.1
5.2 封装应力的影响
5.3 系统相关的问题
5.3.1 电路设计考虑
5.3.2 版图设计考虑
设计实例 5.2
5.4 特征描述
5.5 小结
附录1 带有混合模式(同时具有电压和电流模式)输出级的带隙基准源的修调流程
附录2 封装应力对带隙基准源电路的影响
附录3 基准源电路对输入阶跃信号的有限冲激响应所需时间的讨论
参考文献

作者介绍

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Gabriel AlfonsoRincón-Mora（B.S.,M.S.,Ph.D.）博士,1994年加入业界的德州仪器公司（TexasInstruments,TI）,1999年被聘任为佐治亚理工学院（GeorgiaTech）教授,并且在2001年受聘为全职教授,其间仍在TI,作为原来所属部门和TI公司的技术顾问。其学术成就包括5本著作、1本书的部分章节（onebook chapter）、26个和超过100篇学术论文,而且他还成功设计了26款商用功率管理芯片,在全世界销售。他是IEEECASS的杰出演讲人（Distinguished Lecturer）,IEEE TCASII的副主编（AssociateEditor）和IEEE SSCS-CASS分部的主席,并获得多项奖励。

文摘

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序言

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《集成基准源电路设计：从二极管到高阶带隙基准源》 一、 书籍概述 《集成基准源电路设计：从二极管到高阶带隙基准源》是一本深入探讨集成电路（IC）基准源设计理论与实践的专著。本书作者林康-莫莱（K. N. Lam-Molay）凭借其深厚的学术造诣和丰富的工程经验，系统地梳理了各类基准源电路的设计原理、技术挑战以及先进的设计方法。全书内容严谨、逻辑清晰，从最基础的二极管基准源出发，逐步深入到更为复杂和高性能的高阶带隙基准源，为读者提供了一套完整的基准源设计知识体系。本书不仅是电子工程专业学生和研究人员的宝贵学习资料，也是广大IC设计工程师在实际工作中不可或缺的参考手册。 二、 核心内容详解 本书的核心内容围绕集成电路中的基准源展开，旨在帮助读者理解、设计并优化各类基准源电路。 1. 基准源的重要性与基本概念 基准源的定义与作用： 书籍开篇即阐述了基准源在集成电路中的关键作用。基准源，顾名思义，是为电路提供一个稳定、精确的电压或电流参考的电路模块。在各种模拟和混合信号集成电路中，高质量的基准源是实现精确测量、数据转换、信号处理等功能的基石。例如，在数模转换器（ADC）和模数转换器（DAC）中，基准源的精度直接决定了转换的线性度和分辨率；在电源管理单元（PMU）中，基准源是电压调节环路的核心；在传感器接口电路中，基准源为传感器供电并为信号处理提供参考。 理想基准源的特性： 书籍详细分析了理想基准源应具备的特性，包括： 高精度： 输出电压或电流值应非常接近目标设定值。 稳定性： 输出值对温度、电源电压、负载变化以及器件老化等因素不敏感。 低噪声： 输出信号的随机波动应尽可能小，以避免对敏感测量产生干扰。 低功耗： 在满足性能要求的前提下，消耗的功率应尽量少，尤其是在电池供电的便携式设备中。 小尺寸： 占用芯片面积越小越好，以降低制造成本。 良好的动态响应： 在负载或电源发生瞬变时，能快速稳定下来，避免输出电压跌落。 基准源的分类： 根据输出量的不同，基准源可分为电压基准源和电流基准源。本书的重点在于电压基准源，但其原理也触及电流基准源的设计。 2. 基础二极管基准源 齐纳二极管基准源： 这是最简单的一种基准源实现方式。齐纳二极管在反向击穿区工作时，其两端电压（齐纳电压）相对恒定。书籍会详细介绍如何选择合适的齐纳二极管，并设计外部电路来偏置它，以获得一个相对稳定的电压。然而，齐纳二极管基准源存在明显的缺点，例如温度系数较大，易受电流变化影响，且工艺偏差较大，难以实现高精度。 稳压管基准源： 稳压管（Zener Diode）实际上也是一种特殊的二极管，其击穿电压通常较低。书本会介绍基于稳压管的工作原理，以及如何通过更复杂的电路来补偿其固有的温度漂移和输出阻抗问题。 3. 基于PN结电压的基准源 PN结正向压降的温度特性： 硅PN结在正向导通时，其压降会随温度升高而降低，典型的温度系数约为-2mV/°C。这是所有基于PN结电压的基准源的基础。 二极管/BJT的Vbe特性： 书籍会深入分析双极结型晶体管（BJT）的基极-发射极电压（Vbe）以及二极管正向压降的温度依赖性。理解其负温度系数是设计后续补偿电路的关键。 4. 带隙基准源（Bandgap Reference - BGR） 核心原理： 带隙基准源是目前集成电路中最常用、性能最优秀的基准源之一。其核心思想是利用两种不同温度系数的电压信号进行叠加，通过精心设计，使它们的总和具有接近零的温度系数。 负温度系数（NTC）信号： 通常由PN结正向压降（如BJT的Vbe）产生，其温度系数为负。 正温度系数（PTC）信号： 通常通过对电流进行放大处理得到，例如利用不同集电极电流密度的BJT，在恒定电压下，其Vbe的差值具有正温度系数。 基本带隙基准源电路： 书籍会详细介绍经典的Brokaw Cell等基本带隙基准源电路拓扑。这包括： 电流镜像（Current Mirror）： 用于产生精确的电流，并实现电流的复制，是带隙基准源的重要组成部分。 差分放大器（Differential Amplifier）： 用于对两个具有相反温度系数的信号进行求和或比较。 BJT的选择： 详细讨论了不同发射极面积的BJT在产生PTC信号时的作用。 温度系数的补偿： 书中会深入分析如何通过电阻值的精确选择来补偿NTC和PTC信号，从而实现零温漂。这涉及到复杂的数学推导和仿真分析。 输出电压的设定： 带隙基准源的输出电压通常与半导体材料的带隙电压（例如硅的1.205V）相关，并可以通过外围电阻进行调节。 5. 高阶带隙基准源与性能提升 零温漂的极限与挑战： 尽管基本带隙基准源能够实现很低的温漂，但在更苛刻的应用场景下，仍然存在温度、电源电压、工艺角（PVT）等因素带来的非理想性。 二阶温度补偿： 书籍会介绍更高级的补偿技术，以进一步降低基准源的温度系数。这可能涉及： 非线性元件的使用： 引入非线性器件来补偿带隙基准源的非线性误差。 更复杂的电流产生电路： 设计具有更精确温度特性的电流源。 补偿电阻的精度： 讨论如何提高补偿电阻的精度，或采用可调电阻。 自偏置技术： 为了降低功耗和简化外部电路，书中会探讨自偏置技术，使得基准源能够在不依赖于外部偏置电压的情况下工作。 电源抑制比（PSRR）的优化： 提高基准源对电源变化的免疫力是实现高性能的关键。本书会介绍如何设计具有高PSRR的基准源，例如通过在反馈回路中引入低阻抗路径，或使用差分结构。 低压带隙基准源： 随着技术发展，器件的工作电压不断降低。本书也会探讨如何在低电源电压下设计高性能的带隙基准源，例如通过使用亚阈值工作或特殊器件结构。 噪声性能的提升： 基准源的噪声会直接影响到整个系统的精度。书中会分析不同噪声源（如热噪声、闪烁噪声）的影响，并提供相应的降噪设计技巧，例如通过增加滤波电容、优化器件尺寸等。 工艺偏差的考虑： 集成电路制造过程中存在工艺偏差，这会导致器件参数的变化。本书会讨论如何在设计中考虑这些偏差，并采用一些鲁棒的设计方法，以确保基准源在不同的工艺角下都能达到预期的性能。 6. 实际设计考量与实践 电路版图设计（Layout Design）： 版图设计对基准源的性能至关重要。书中会强调版图对称性、器件匹配、热效应隔离、接地和供电轨的设计原则，以最小化寄生效应和工艺偏差的影响。 仿真工具与方法： 介绍常用的电路仿真工具（如SPICE）以及如何进行参数扫描、蒙特卡洛分析等，以验证基准源的设计在各种条件下的性能。 测试与测量： 讲解如何在实际芯片中对基准源进行测试，包括温度测试、电源电压扫描、负载测试等，并解读测试结果。 功耗与面积的权衡： 在高性能、高精度和低功耗、小面积之间进行权衡是IC设计中的一个重要课题。本书会引导读者理解如何在满足应用需求的前提下，优化功耗和面积。 先进工艺下的设计挑战： 随着CMOS等先进工艺的发展，基准源的设计也面临新的挑战，例如体效应、沟道长度调制等。本书可能会探讨这些在先进工艺下的设计细节。 三、 读者对象 本书适合以下读者： 集成电路设计工程师： 从事模拟、混合信号IC设计的工程师，需要掌握基准源的设计技术。 电子工程专业研究生： 进行相关领域研究的研究生，需要深入理解基准源的理论与设计方法。 高年级本科生： 学习集成电路设计相关课程的学生，可将其作为教材或参考书。 对精密模拟电路感兴趣的工程师和爱好者： 希望系统学习基准源设计原理的技术人员。 四、 学习价值 通过阅读本书，读者将能够： 建立扎实的基准源设计理论基础： 深刻理解各类基准源的工作原理和优缺点。 掌握先进的基准源设计技术： 学习如何设计高性能、低功耗、高精度的基准源。 提升电路分析和优化能力： 能够分析复杂电路的行为，并进行有效的优化。 熟悉集成电路设计流程中的关键环节： 理解基准源设计在整个IC设计链条中的位置。 提高解决实际工程问题的能力： 能够将理论知识应用于实际的芯片设计和调试中。 《集成基准源电路设计：从二极管到高阶带隙基准源》为读者提供了一条清晰的学习路径，从基础概念到前沿技术，全面展示了集成基准源设计的艺术与科学。本书的内容深度和广度，使其成为一本不可多得的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书的目录，就被“从二极管到高阶带隙基准源”这样的标题深深吸引。我一直觉得，在电子设计领域，很多复杂问题的解决方案往往隐藏在最基础的原理之中。这本书恰恰抓住了这一点，它没有直接跳到复杂的集成电路，而是从最基本的二极管入手，这让我觉得非常踏实。我希望书中能够详细阐述不同类型的二极管（如齐纳二极管、稳压二极管）在作为基准源时的特性，包括它们的击穿电压、温度系数、噪声等，并给出相应的数学模型分析。随后，书中过渡到更复杂的基准源设计，比如带隙基准源，我非常期待能看到它如何结合不同温度特性的器件来实现对温度变化的补偿。是否会深入讲解PTAT（与绝对温度成正比）和CTAT（与绝对温度成反比）电流的生成机制，以及如何将它们精确地叠加以获得零温度系数的输出？对于高阶带隙基准源，我非常好奇其“高阶”体现在哪里，是增加了更多的补偿级，还是采用了更精妙的电流/电压处理技术？书中是否会提供一些设计指南，帮助读者理解在不同工艺下，以及面对不同的性能指标需求时，如何选择合适的设计拓扑和器件参数？我尤其关注书中关于噪声分析和抑制的章节，因为基准源的噪声往往是整个系统性能的瓶颈之一。如果书中还能包含一些实用的版图设计注意事项，比如如何减小工艺偏差和环境温度变化对基准源的影响，那就更加难能可贵了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，"集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源"，立刻勾起了我对模拟电路设计领域中这一核心组件的兴趣。我一直认为，基准源电路的设计是衡量一个工程师对模拟电路理解深度和工程实践能力的重要指标。这本书的标题非常有吸引力，因为它覆盖了从最基础的二极管模型到更先进的高阶带隙基准源，这表明它能够满足不同层次读者的需求。我希望书中能够详细解释二极管结电势的温度漂移是如何产生的，以及如何利用简单的电阻和二极管组合来形成一个初步的电压基准。更重要的是，我期待书中能够深入剖析带隙基准源的核心原理，包括如何巧妙地利用不同温度系数的电流之和来获得一个几乎与温度无关的基准电压。对于“高阶”部分，我非常好奇书中会介绍哪些更高级的设计技术。例如，是否会探讨一些多级补偿技术、低压差设计、低功耗优化，或者如何应对工艺变化带来的挑战？我希望书中能提供一些关于如何进行精确的仿真和优化，以及在实际芯片设计中需要注意的版图问题，比如如何有效降低器件匹配误差和寄生参数的影响。如果书中还能包含一些关于不同应用场景下的基准源选择指南，例如用于高性能ADC、DAC，或者用于低功耗物联网设备的基准源，那将是非常有价值的。

评分☆☆☆☆☆

我一直对模拟电路的精妙之处着迷，而基准源电路无疑是其中最为关键的组成部分之一。这本书的书名——“集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源”，直接点出了它的核心内容，并且从基础到进阶的结构安排，让我觉得非常诱人。我特别希望这本书能提供一个扎实的理论基础，能够解释为何二极管的PN结会随着温度变化产生电压漂移，以及如何从微观层面理解这种现象。对于带隙基准源，我更希望看到书中能详细阐述其设计哲学，即如何通过巧妙地组合具有相反温度系数的信号来达到整体温度稳定。例如，是否会深入分析PTAT电流的生成方式，以及如何精确地将其叠加到CTAT电压上？书中关于“高阶”带隙基准源的部分，我充满了好奇。这是否意味着更低的噪声、更高的精度、更宽的工作电压范围，或者更优异的电源抑制比？我期待书中能提供一些具体的设计案例，比如在给定的工艺参数下，如何设计出一个满足特定性能指标的基准源。此外，我希望书中能够讨论一些在实际芯片设计中常遇到的问题，比如器件的匹配问题、噪声源的分析与抑制，以及如何通过版图设计来提高基准源的性能和稳定性。如果书中还能提供一些关于如何测试和表征基准源性能的方法，那就再好不过了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字，"集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源"，让我立刻联想到很多次在实际项目中遇到的挑战。作为一名有一定经验的设计工程师，我深知一个稳定可靠的基准源对于模拟电路的重要性，从ADC的参考电压到DAC的精度，再到各种传感器信号的放大，基准源的性能直接决定了整个系统的上限。我特别欣赏这本书的结构，它从基础的二极管原理讲起，这对于巩固基本功至关重要，也让我能更好地理解后续更复杂的电路。我希望书中能够深入探讨二极管结电压的温度依赖性，以及如何利用这一特性来设计早期简单的基准源。而对于带隙基准源，我期待看到书中详细介绍不同架构的优缺点，例如基于CMOS或Bipolar工艺的实现方式，以及如何在低功耗、高精度、宽温域等不同应用场景下进行权衡和选择。书中是否会提供关于如何优化带隙基准源的输出阻抗、电源抑制比（PSRR）和噪声性能的实用技巧？我非常关心书中关于“高阶”基准源的论述，这部分内容往往是市面上较少深入探讨的，希望能从中学习到如何通过更高级的设计技术来突破传统带隙基准源的性能瓶颈，比如一些用于改善瞬态响应或者进一步降低噪声的方法。此外，我希望书中能提供一些实际的设计案例，展示如何在模拟仿真工具中实现这些设计，以及如何通过实际测量来验证其性能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就让人眼前一亮——“集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源”。我一直对这类模拟电路设计非常感兴趣，特别是那些能够提供稳定基准电压的电路，因为它们是许多高性能模拟和混合信号系统不可或缺的基础。我之所以对这本书充满期待，是因为它承诺从最基础的二极管原理开始，逐步深入到更为复杂的带隙基准源设计，这对于我这种想要系统性学习的读者来说，简直是量身定做的。我特别希望书中能够详细讲解不同类型基准源电路的结构、工作原理、优缺点，以及在实际应用中如何选择和优化。比如，对于二极管基准源，书中是否会分析其温度稳定性如何，以及如何通过一些简单的补偿手段来改善？对于带隙基准源，我更是好奇它如何巧妙地利用PN结的负温度系数和电阻的负温度系数来抵消彼此，实现极高的精度。书中是否会深入剖析各种寄生效应和噪声源对基准源性能的影响，以及如何通过设计技巧来抑制它们？此外，关于高阶带隙基准源，我非常想了解其设计的复杂性在哪里，又是如何进一步提升性能的。书中关于实际电路实现的指导，例如PCB布局、器件选型、测试验证等方面的建议，如果能有详细的案例分析，那就更完美了。总而言之，我期望这本书能够提供扎实的理论基础，丰富的实际案例，以及对前沿设计的洞察，让我能够真正掌握集成基准源电路设计的精髓。