深亚微米CMOS模拟集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Bang-Sup Song 著，刘力源 译

图书标签:

• CMOS模拟电路
• 亚微米电路
• 集成电路设计
• 模拟集成电路
• 电路设计
• 半导体
• 微电子学
• 低功耗设计
• 高性能设计
• 模拟电路

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030392176

版次：1

商品编码：11383576

包装：平装

丛书名： 设计新视野

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：365

字数：460000

正文语种：中文

内容简介

　　《深亚微米CMOS模拟集成电路设计》着眼于电路设计，首先介绍双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体（MOS）晶体管的抽象模型，然后介绍如何利用晶体管构建更大的系统。主要内容包括：运算放大器、数据转换器、奈奎斯特数据转换器、过采样数据转换器、高精度数据转换器、锁相环、频率综合和时钟恢复等。《深亚微米CMOS模拟集成电路设计》对模拟设计概念的描述将诉诸更加直观的方法而不是繁琐的公式推导。
　　《深亚微米CMOS模拟集成电路设计》可以作为工科院校相关专业高年级本科生和研究生的参考用书，也可以供半导体和集成电路设计领域技术人员阅读。

作者简介

　　宋邦燮（Bang-Sup Song）博士，1973年获首尔国立大学（Seoul National University）学士学位，1975年获韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science）硕士学位，1983年获加州大学伯克利分校博士学位。1975年至1978年，供职于韩国国防科学研究所（Agency for Defense Development，Korea）。1983年至1986年，供职于新泽西州默里山AT&T;贝尔实验室，同时任新泽西州罗格斯大学电子工程系访问学者。1986年至1999年，任厄巴纳伊利诺伊大学电子和计算机工程系以及协同科学实验室（Coordinated Science Laboratory）教授。1999年，进入加州大学圣地亚哥分校电子和计算机工程系，被授予无线通信领域Charles Lee Powell讲席教授职位。
　　宋博士于1986年获AT &-T贝尔实验室Distinguished Technical Staff奖，1987年获模拟器件公司Career Development Professor奖，1995年获伊利诺伊大学Xerox Senior Faculty Research奖。宋博士在美国电气电子工程师协会（IEEE）的学术兼职包括IEEE固态电路杂志（JSSC）、IEEE电路与系统杂志（TCAS）副主编，国际固态电路会议（ISSCC）、国际电路与系统年会（ISCAS）组委会成员。宋博士是美国电气电子工程师学会院士（IEEE Fellow）。

内页插图

目录

第1章 放大器基础
1.1 激励点和传递函数
1.2 频率响应
1.3 稳定性判据
1.4 运算放大器用于负反馈
1.5 相位裕度
1.6 瞬态响应
1.7 反馈放大器
1.8 反馈的作用
1.9 左半平面和右半平面零点
1.10 反馈放大器的稳定性

第2章 放大器的设计
2.1 晶体管的低频抽象模型
2.1.1 大信号
2.1.2 小信号
2.1.3 跨导g。和输出电阻
2.1.4 小信号模型
2.1.5 体效应
2.2 低频激励点电阻
2.3 电阻反射定律
2.4 三种基本放大器组态
2.5 九种组合放大器
2.5.1 共源一共源结构
2.5.2 共源一共栅结构
2.5.3 共源一共漏结构
2.5.4 共栅一共源、共栅一共栅、共栅一共漏结构
2.5.5 共漏一共源结构
2.5.6 共漏一共栅结构
2.5.7 共漏一共漏结构
2.6 差分对
2.6.1 共模抑制
2.6.2 对称的传递函数
2.7 增益自举
2.7.1 零极点对的约束
2.7.2 其他增益自举的概念
2.8 偏置
2.8.1 最大化信号摆幅的套筒结构的偏置
2.8.2 电流源的匹配
2.9 电压源和电流源
2.9.1 以Vcs和AVGs为参考的电流源
2.9.2 带隙参考
参考文献

第3章 运算放大器
3.1 运算放大器的小信号模型
3.2 运算放大器的频率补偿
3.2.1 并联补偿
3.2.2 极点分裂米勒补偿
3.3 两级米勒补偿运算放大器的相位裕度
3.4 两级运算放大器右半平面零点的消除技术
3.4.1 插入串联电阻
3.4.2 利用源极跟随器形成反馈
3.4.3 利用附加的增益级对Gm自举
3.5 负反馈运算放大器的瞬态响应
3.5.1 压摆率
3.5.2 全功率带宽
3.6 运算放大器设计举例
3.6.1 三级套筒式运算放大器
……
第4章 数据转换器基础
第5章 奈奎斯特数据转换器
第6章 过采样数据转换器
第7章 高精度数据转换器
第8章 锁相环基础
第9章 频率综合和时钟恢复

前言/序言

　　自20世纪70年代早期，传媒数字化显著地改变了我们的生活，也改变了我们获取和处理信息的方式。数字系统的发展得益于互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的进步，这些数字系统将在未来的云计算和移动多媒体时代获得广泛的应用。在所有的数字系统系统中，被处理的数据以模拟信号的形式在有线和无线信道内传递和接收。信号的存储和恢复也往往借助磁媒质或光媒质。多数数字系统是基于复杂片上系统芯片（SoC）的，这些Soc包含多个模拟／射频接口。在SoC环境中的模拟／射频设计要求设计者既精通系统设计又精通晶体管级电路设计。随着SoC复杂度的增长，模拟／射频的设计需要借助对更大的单元电路的抽象，这些单元包括运算放大器（Opamp）、模拟数字转换器（ADC）以及锁相环（PLL）。
　　本书介绍模拟电路设计方法学，重点介绍可集成到SoC内的模拟系统设计。本书先介绍双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体（MOS）晶体管的抽象模型，然后介绍如何利用晶体管构建更大的系统。读者可能会注意到本书着眼于电路设计而不是电路分析。本书对模拟设计概念的描述将诉诸更加直观的方法而不是繁琐的公式推导。本书包含四个基础理论章节：第1章介绍反馈和稳定性，第2章介绍晶体管／放大器的原理，第4章介绍数据转换器原理，第8章介绍锁相环的原理。其余五个章节是本书的重点：第3章介绍运算放大器，第5章介绍奈奎斯特数据转换器，第6章介绍过采样数据转换器，第7章介绍高精度数据转换器，第9章介绍频率综合和时钟恢复。所有的反馈系统，比如运算放大器、AE调制器和锁相环都用同样的概念和分析方法进行讲解。
　　本书的主要内容是各类数据转换器和锁相环的设计，这两种电路在SoC中的应用最为广泛。本书适合研究生和工程师阅读，基础理论章节也适合本科生阅读。读者可先通过阅读基础理论章节回顾基本的电路概念，然后再进一步阅读其他章节。

深亚微米CMOS模拟集成电路设计 一、 引言 在飞速发展的电子信息时代，集成电路（IC）作为现代科技的基石，其性能的提升直接驱动着整个社会的进步。尤其是在通信、消费电子、医疗设备、汽车电子以及人工智能等领域，对高性能、低功耗、高集成度的模拟电路需求日益增长。CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术因其低功耗、易于集成、成本效益高等优点，已成为模拟集成电路设计的主流工艺。而随着器件尺寸的不断缩小，进入深亚微米（Deep Sub-Micron, DSM）甚至更先进的工艺节点，传统模拟电路设计方法面临着前所未有的挑战，同时也孕育着巨大的机遇。 本书旨在深入探讨在深亚微米CMOS工艺环境下，模拟集成电路设计所涉及的关键理论、实际方法以及创新思路。它将引导读者理解和掌握如何有效地应对深亚微米工艺带来的独特物理效应和器件行为变化，从而设计出满足严苛性能指标的模拟电路。本书的内容并非单纯的技术手册堆砌，而是力求从设计哲学、方法论到具体电路实现，构建一个系统而全面的知识框架，使读者不仅知其然，更能知其所以然。 二、 深亚微米CMOS工艺对模拟电路设计的影响 随着CMOS工艺线宽不断缩小，器件的物理尺寸进入了深亚微米乃至纳米级别。这一转变带来了诸多显著变化，对模拟电路的设计思维和技术选择产生了深远影响。 1. 亚阈值区效应增强与短沟道效应： 在深亚微米工艺中，MOSFET的沟道长度远小于特征长度，使得短沟道效应（Short-Channel Effects, SCE）变得尤为突出。这包括阈值电压（$V_{th}$）降低、漏电流（$I_{off}$）增大、跨导（$g_m$）饱和、沟道长度调制效应减弱等。此外，栅极电压即使低于阈值电压，器件仍能导通（亚阈值区导电），这在传统设计中通常被忽略，但在深亚微米工艺中，亚阈值区的行为对低功耗设计至关重要，它提供了另一种设计维度。理解并有效利用亚阈值区特性，或加以抑制，是设计成功的关键。 2. 器件非理想性加剧： 漏电（Leakage Current）： 栅极漏电、沟道与衬底之间的漏电等显著增加，这不仅增加了静态功耗，还可能影响信号完整性和噪声性能。 热电子效应（Hot Carrier Effects, HCE）和高场效应： 载流子在强电场作用下获得高能量，可能导致器件性能漂移，甚至永久性损伤。这要求在器件工作电压和器件尺寸选择上更加谨慎。 衬底注入效应（Body Bias Effect）： 衬底电压对阈值电压的影响更加敏感，为设计提供了额外的调控自由度，但也增加了设计复杂度。 参数失配（Mismatch）： 晶体管尺寸的缩小导致表面粗糙度、掺杂浓度不均匀等因素对器件性能的影响更加显著，器件间的参数失配问题变得更加严峻，这是影响模拟电路精度（如运算放大器、电流镜等）的关键因素。 3. 工艺变量和模型精度： 深亚微米工艺的制造过程更加复杂，工艺窗口（Process Window）可能更窄。器件模型需要越来越精确以捕捉这些细微的物理现象，但同时也使得模型变得更加复杂，给仿真和分析带来了挑战。参数提取的准确性直接关系到设计的可靠性。 4. 互连线效应（Interconnect Effects）： 随着芯片集成度的提高，互连线的电阻和电容所占的比重越来越大。在深亚微米工艺中，金属导线的尺寸缩小，电阻率相对升高，线间耦合电容也显著增加。这些互连线效应对信号的传播延迟、串扰、噪声以及功率损耗产生了不可忽视的影响。传统的集中参数模型（Lumped Parameter Model）可能不再适用，需要采用分布式参数模型（Distributed Parameter Model）来更准确地描述互连线的特性。 5. 功耗约束与低压设计： 随着器件数量的激增，功耗成为制约芯片性能的关键瓶颈。深亚微米工艺下的低阈值电压（$V_{th}$）设计虽然可以降低工作电压，但同时也增加了漏电功耗。因此，如何在保持性能的同时实现极致的低功耗，是设计者面临的核心挑战。这需要从电路拓扑、器件选择、偏置策略以及电源管理等多个层面进行优化。 三、 深亚微米CMOS模拟电路设计核心议题 面对上述挑战，深亚微米CMOS模拟集成电路的设计需要重点关注以下核心议题： 1. 器件建模与仿真： 精确的器件模型： 采用能够准确描述深亚微米工艺下MOSFET行为的物理模型（如BSIM系列模型）是设计的基础。模型参数的准确提取对于仿真结果的可靠性至关重要。 仿真工具的选择与应用： 熟练掌握SPICE等主流仿真工具，并理解不同仿真选项（如AC分析、瞬态分析、噪声分析、寄生参数分析等）的意义和应用场景。 考虑工艺角（Process Corners）： 在深亚微米工艺下，工艺参数的变化范围更大，设计必须在最差的工艺角（Corner Cases）下也能满足要求，如最快速度（FF）、最慢速度（SS）、高温（TT）等。 2. 低功耗设计技术： 亚阈值区设计（Subthreshold Design）： 利用MOSFET在亚阈值区极低的功耗特性，尤其适用于传感器、物联网设备等对功耗要求极高的应用。需要深入理解亚阈值区的电流-电压关系和跨导特性。 多阈值电压（Multi-Threshold Voltage, Multi-$V_{th}$）设计： 结合使用高阈值电压（$V_{th,high}$）和低阈值电压（$V_{th,low}$）的MOSFET。高$V_{th}$器件用于降低漏电，低$V_{th}$器件用于提高速度，从而在速度和功耗之间取得平衡。 动态电压频率调整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS）： 根据系统负载动态调整工作电压和时钟频率，实现功耗优化。 电源门控（Power Gating）： 在不需要工作的电路模块上切断电源，实现零静态功耗。 优化偏置技术： 采用自偏置（Self-Biasing）、电流源偏置、基准电压生成等技术，以最少的功耗产生稳定的偏置电流和电压。 3. 噪声与干扰抑制： 噪声源分析： 识别和量化各种噪声源，包括热噪声（Thermal Noise）、闪烁噪声（Flicker Noise,$1/f$ Noise）、散粒噪声（Shot Noise）等。 噪声优化技术： 通过增加器件尺寸、优化偏置电流、选择合适的器件类型、采用差分电路结构、引入反馈补偿等方法来降低噪声。 电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）和共模抑制比（Common-Mode Rejection Ratio, CMRR）： 设计高PSRR和CMRR的电路，以抵抗电源噪声和共模干扰。 串扰（Crosstalk）与防护： 采用屏蔽层、增加间距、差分信号传输等技术减小信号线之间的串扰。 4. 参数失配与精确度提升： 失配机理分析： 理解亚微米器件尺寸缩小带来的几何失配、掺杂不均匀性、表面效应等失配根源。 失配补偿技术： 版图设计（Layout Design）： 采用共质心（Common Centroid）、中心对称、折叠（Folding）、模仿（Trimming）等版图技巧，最小化失配效应。 自适应偏置（Adaptive Biasing）： 利用额外的电路来实时调整偏置，补偿器件的失配。 数字校准（Digital Calibration）： 在一些对精度要求极高的场合，可以通过数字电路对模拟电路的参数进行校准。 冗余设计（Redundant Design）： 使用多个器件并联，通过加权平均来减小单个器件失配的影响。 5. 高频性能设计： 寄生效应建模与处理： 考虑器件的寄生电容（如栅-漏电容$C_{gd}$、栅-源电容$C_{gs}$）、寄生电感（尤其在引脚和封装层面）对高频信号的影响。 带宽与稳定性： 设计具有足够带宽的电路，并保证其在高频下的稳定性，如使用零点补偿（Zero Compensation）、极点补偿（Pole Compensation）等技术。 匹配网络设计： 在射频（RF）前端设计中，输入输出阻抗匹配至关重要，需要设计高效的匹配网络。 速度与功耗的权衡： 在高频设计中，速度通常是首要考虑，但深亚微米工艺下，高频工作往往意味着更高的功耗，需要仔细权衡。 6. 电路拓扑的选择与优化： 基本模拟模块： 深入理解并掌握各种基本模拟电路模块的设计，包括电流镜（Current Mirrors）、差分对（Differential Pairs）、运算放大器（Operational Amplifiers, Op-Amps）、带隙基准电压源（Bandgap References）、压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillators, VCOs）等，并针对深亚微米工艺进行优化。 新型拓扑结构： 探索和应用适用于深亚微米工艺的新型电路拓扑，例如低压差分信号（Low-Voltage Differential Signaling, LVDS）、电荷泵（Charge Pumps）、开关电容电路（Switched-Capacitor Circuits）等。 通用设计原则： 学习和掌握通用的设计原则，如“三极管区”设计（Common-Source Amplifier, Common-Emitter Amplifier）、“共源共栅”设计（Telescopic Op-Amp, Folded Cascode Op-Amp）等。 四、 设计方法与流程 本书还将强调一种系统性的设计方法和流程，使读者能够高效地进行模拟集成电路设计。 1. 需求规格定义： 准确理解和定义电路的各项性能指标，包括增益、带宽、噪声系数、功耗、线性度、电源电压范围、输出摆幅等。 2. 电路拓扑选择： 根据性能指标和工艺特点，选择合适的电路拓扑结构。 3. 器件模型与参数选择： 选择合适的器件模型，并根据需求初步选择器件的尺寸（W/L）和偏置电流。 4. 原理图设计与仿真验证： 绘制原理图，进行初步的AC、DC、瞬态、噪声等仿真，验证基本功能和性能。 5. 版图设计与寄生参数提取： 根据版图设计规则（DRC）和设计方法学（DFM），完成电路的版图布局。进行寄生参数提取（Parasitic Extraction），得到更精确的电路模型。 6. 版图后仿真（Post-Layout Simulation）： 利用提取的寄生参数进行仿真，检查电路在实际版图效应下的性能，进行必要的优化。 7. 设计规则检查（DRC）与版图可制造性检查（LVS）： 确保版图符合工艺厂的制造规则，并与电路原理图保持一致。 8. 流片与测试（Tape-out and Testing）： 将设计提交制造，并在收到芯片后进行实际测试，与仿真结果进行对比。 五、 结论 深亚微米CMOS模拟集成电路设计是一个充满挑战又极具吸引力的领域。它要求设计者不仅具备扎实的模拟电路理论基础，还需要深入理解深亚微米CMOS工艺的特性，并掌握相应的计算工具和设计方法。本书致力于为读者提供一个全面、深入的学习平台，帮助设计者掌握在这一技术前沿进行创新设计的必备知识和技能，从而在日益激烈的市场竞争中脱颖而出。通过对本书的学习，读者将能够更好地应对新一代集成电路设计中的各种复杂问题，设计出性能更优异、功耗更低的模拟集成电路，为推动电子信息产业的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它在理论层面做得非常扎实，尤其是在 CMOS 器件模型和基础模拟电路理论方面。书中对各种模拟电路模块的分析，比如运算放大器、滤波器、振荡器等，都做了详尽的推导和讲解。但从一个工程实践者的角度来看，我感觉这本书在“设计流程”和“调试方法”方面的指导相对较少。我更希望书中能包含一些关于如何进行电路规划、版图设计注意事项，以及在实际测试中遇到问题时，如何进行故障定位和调试的章节。例如，在介绍低功耗设计时，书中列举了一些降低功耗的技术，但没有详细说明如何在实际电路中实现这些技术，以及在实现过程中可能遇到的挑战。我尝试着在设计中应用书中的一些思路，但很快就发现，理论和实践之间还是存在很大的鸿沟。我需要更多关于如何在具体项目周期中，将这些理论知识转化为实际可用的设计，以及如何有效地进行验证和优化的指导。这本书更像是教科书，适合系统性地学习理论知识，但对于快速上手进行实际设计，我还需要额外的实践和经验积累。

评分☆☆☆☆☆

我选择这本书的一个重要原因是它专注于“深亚微米CMOS”这个特定领域，我一直觉得这个领域的很多设计挑战和解决方案都与传统的工艺有所不同。拿到书后，我大致翻阅了一下，发现它确实对深亚微米工艺下的一些器件特性，比如短沟道效应、漏电等，做了比较详细的讨论。这一点我比较满意，因为这些问题确实是我们在实际设计中经常遇到的。然而，当我深入阅读某些章节时，却发现书中在给出理论分析的同时，缺乏一些深入的权衡和取舍的讨论。比如，在介绍某种电路拓扑的性能时，书中可能会罗列出其优点，但对于它在实际应用中可能面临的功耗、面积、稳定性等方面的妥协，分析得不够细致。我希望这本书能够更多地从一个“设计者”的角度出发，不仅仅是告诉我们“怎么做”，更能告诉我们“为什么这么做”，以及在不同的设计目标下，应该如何权衡和选择。另外，对于深亚微米工艺下的一些“怪异”现象，比如热载流子效应的详细影响，书中虽然提到了，但感觉解释得还不够深入，没有提供足够的图示或仿真数据来直观展示其影响。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一感觉是非常“硬核”，内容深度绝对是有的。它的结构安排得很有条理，从CMOS器件的物理特性讲起，然后逐步深入到模拟电路设计的各个模块，比如放大器、滤波器、数据转换器等等。我特别感兴趣的是书中关于射频前端设计的部分，里面介绍了一些最新的技术和设计理念，让我对高频电路的挑战有了更深的认识。但是，阅读过程中也遇到了一些挑战。有些章节的理论讲解非常密集，涉及大量的数学公式和物理概念，需要读者有扎实的基础功底。例如，在讲到噪声源分析时，书中给出了多种噪声的来源和抑制方法，但并没有针对每种噪声提供具体的电路设计实例，让我很难将理论直接转化为实践。我希望如果能有更多的实际电路图，哪怕是简化版的，配合讲解，能够帮助我更好地理解这些复杂的噪声机制。另外，书中对于一些新兴的CMOS工艺特性，比如SOI或者FD-SOI，介绍得相对较少，对于我这种关注前沿技术的人来说，感觉有点意犹未尽。总的来说，这本书更适合作为一本理论参考书，或者给有一定经验的设计师提供更深入的探讨，对于初学者或者希望快速掌握设计技巧的读者来说，可能需要配合其他的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容确实很有深度，尤其是关于CMOS模拟集成电路设计的一些前沿和高级话题。我一直对混合信号电路的设计很感兴趣，所以特意找了这本书，想了解一下在这方面有哪些新的思路和技术。书中确实也提到了一些混合信号设计中的关键问题，比如ADC/DAC的设计挑战，以及噪声和串扰的抑制方法。但总体来说，我觉得这本书的侧重点还是在模拟部分，混合信号的部分可能涉及得不是特别深入，更像是点到为止。我期待的是能有更多关于数模混合信号接口设计、时钟抖动分析、以及数字信号对模拟电路干扰的详细讨论。而且，书中的一些例子，虽然都很经典，但感觉更新得不够及时，很多是在很早以前就已经提出的方案，对于现在我们面临的一些新问题，比如物联网设备低功耗、高精度传感器接口等，似乎没有直接的指导意义。我希望未来能有更多涵盖近期技术发展趋势的书籍，能够提供更贴近实际需求的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书我本来是抱着一种学习的心态去买的，想着能把一些之前模糊的概念搞清楚，尤其是关于一些噪声分析和低功耗设计的技巧。拿到书后，我翻了翻目录，感觉内容还是挺全面的，涵盖了从基础的晶体管模型到比较高级的混淆器设计。但当我真正开始阅读的时候，却发现里面的例子和推导过程对我来说有点过于抽象了。举个例子，书中关于运算放大器稳定性的分析，虽然理论上讲得很透彻，但缺少一些实际的电路图和仿真波形来辅助理解，导致我在脑海里构建不出一个清晰的电路模型。而且，一些公式的推导过程跳跃性比较大，需要自己补充很多基础知识才能跟上。我个人比较喜欢那种边学边练的书，希望书中能多一些实战性的例子，或者提供一些配套的仿真文件，这样学习效果会好很多。虽然书的内容可能很扎实，但我总觉得少了点“烟火气”，不够接地气，对于我这种希望快速上手实践的读者来说，这可能是一个小小的遗憾。我期待能找到一本能让我快速掌握一些实用技巧，并且能直接应用到实际项目中的书，这本书虽然有深度，但对我目前的需求来说，可能还需要一些时间的消化和补充。

评分☆☆☆☆☆

送货很快，发票有点麻烦，商家积极解决了。

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很不错的书很不错的书很不错的书～～～

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很好的书 实用

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很快

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可以

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书被弄破了，想换

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主要是ADDA

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老公爱学习，买书当然得支持 棒棒嗒

评分☆☆☆☆☆

不错。