CMOS集成电路设计手册(第3版 模拟电路篇) (美) R. Jacob Baker著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美 R. Jacob Baker著 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115337719

商品编码：29353420824

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名：CMOS集成电路设计手册(第3版 模拟电路篇)

定价：89.00元

作者：(美) R. Jacob Baker著

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787115337719

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《CMOS集成电路设计手册(第3版模拟电路篇)》是IEEE微电子系统经典图书、电子与计算机工程领域获奖作。《CMOS集成电路设计手册(第3版模拟电路篇)》是CMOS集成电路设计领域的书籍，特色鲜明：
深入讨论了模拟和数字晶体管级的设计技术；
结合使用了CMOSedu.（提供了许多计算机辅助设计工具的应用案例）的在线资源
详细讨论了锁相环和延迟锁相环、混合信号电路、数据转换器以及电路噪声
给出实际工艺参数、设计规则和版图实例
给出上百个设计实例、相关讨论以及章后习题
揭示了晶体管级设计中所需要考虑的各方面要求

内容提要

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《CMOS集成电路设计手册》讨论了CMOS电路设计的工艺、设计流程、EDA工具手段以及数字、模拟集成电路设计，并给出了一些相关设计实例，内容介绍由浅入深。该著作涵盖了从模型到器件，从电路到系统的全面内容，是一本的、综合的CMOS电路设计的工具书及参考书。
《CMOS集成电路设计手册》是英文原版书作者近30年教学、科研经验的结晶，是CMOS集成电路设计领域的一本力作。《CMOS集成电路设计手册》已经过两次修订，目前为第3版，内容较第2版有了改进，补充了CMOS电路设计领域的一些新知识，使得本书较前一版内容更加详实。
为了方便读者有选择性地学习，将《CMOS集成电路设计手册》分成3册出版，分别为基础篇、数字电路篇和模拟电路篇，本书为模拟电路篇，介绍了电流源、电压源、放大器、数据转换器等电路的设计与实现。
《CMOS集成电路设计手册(第3版模拟电路篇)》可以作为CMOS模拟电路知识的重要参考书，对工程师、科研人员以及高校师生都有着较为重要的参考意义。

目录

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章 电流镜
1.1 基本电流镜
1.1.1 长沟道设计
1.1.2 电流镜中的电流匹配
1.1.3 电流镜的偏置
1.1.4 短沟道设计
1.1.5 温度特性
1.1.6 亚阈值区的偏置
1.2 共源共栅电流镜
1.2.1 简单共源共栅
1.2.2 低压(宽摆幅)共源共栅
1.2.3 宽摆幅短沟道设计
1.2.4 调节漏极电流镜
1.3 偏置电路
1.3.1 长沟道偏置电路
1.3.2 短沟道偏置电路
1.3.3 小结

第2章 放大器
2.1 栅-漏短接有源负载
2.1.1 共源放大器
2.1.2 源跟随器(共漏放大器)
2.1.3 共栅放大器
2.2 电流源负载放大器
2.2.1 共源放大器
2.2.2 共源共栅放大器
2.2.3 共栅放大器
2.2.4 源跟随器(共漏放大器)
2.3 推挽放大器
2.3.1 直流工作与偏置
2.3.2 小信号分析
2.3.3 失真

第3章 差分放大器
3.1 源端耦合对
3.1.1 直流工作
3.1.2 交流工作
3.1.3 共模抑制比
3.1.4 匹配考虑
3.1.5 噪声
3.1.6 压摆率限制
3.2 源端交叉耦合对
电流源负载
3.3 共源共栅负载(套简式差分放大器)
3.4 宽摆幅差分放大器
3.4.1 电流差分放大器
3.4.2 恒定跨导差分放大器

第4章 电压基准源
4.1 MOSFET-电阻型电压基准源
4.1.1 电阻-MOSFET型分压器
4.1.2 MOSFET型分压器
4.1.3 自偏置电压基准源
4.2 寄生二极管型基准源
4.2.1 长沟道BGR设计
4.2.2 短沟道BGR设计

第5章 运算放大器I
5.1 二级运放
5.2 带输出缓冲器的运算放大器
5.3 运算跨导放大器
5.4 增益提升
5.5 几个实例及讨论

第6章 动态模拟电路
6.1 MOSFET开关
6.2 全差分电路
全差分采样-保持
6.3 开关电容电路
开关电容积分器
开关电容积分器的频率响应
6.4 电路实例

第7章 运算放大器 II
7.1 基于功耗和速度的偏置选择
7.1.1 器件特性
7.1.2 偏置电路
7.2 基本概念
7.3 基本运算放大器设计
7.4 采用开关电容CMFB的运算放大器设计

第8章 非线性模拟电路
8.1 基本CMOS比较器的设计
8.1.1 对比较器进行表征
8.1.2 钟控比较器
8.1.3 再讨论输入缓冲器
8.2 自适应偏置
8.3 模拟乘法器
8.3.1 四管乘子(Multiplying Quad)
8.3.2 采用平方电路实现乘法器

第9章 数据转换器基础
9.1 模拟信号和离散时间信号
9.2 模拟信号转换为数字信号
9.3 采样-保持的性能指标(Sample and Hold，S/H)
9.4 数模转换器的性能指标
9.5 模数转换器的性能指标
9.6 混合电路的版图问题

0章 数据转换器结构
10.1 DAC的结构
10.1.1 数字输入编码
10.1.2 电阻串型DAC
10.1.3 R-2R梯形网络型DAC
10.1.4 电流导引型DAC
10.1.5 电荷比例型DAC
10.1.6 循环型DAC
10.1.7 流水线型DAC
10.2 ADC的结构
10.2.1 全并行型ADC
10.2.2 两步全并行型ADC
10.2.3 流水线型ADC
10.2.4 积分型ADC
10.2.5 逐次逼近型ADC
10.2.6 过采样型ADC

1章 数据转换器实现
11.1 DAC的R-2R技术
11.1.1 电流模R-2R DAC
11.1.2 电压模R-2R DAC
11.1.3 宽摆幅电流模R-2R DAC
11.1.4 不采用运算放大器时的拓扑
11.2 数据转换器中使用运算放大器
11.2.1 运算放大器增益
11.2.2 运算放大器单位增益频率
11.2.3 运算放大器失调
11.3 ADC实现
11.3.1 S/H的实现
11.3.2 循环ADC
11.3.3 流水线ADC

2章 反馈放大器
12.1 反馈方程
12.2 放大器设计中负反馈的特性
12.2.1 增益的倒灵敏度
12.2.2 扩展带宽
12.2.3 减小非线性失真
12.2.4 输入和输出阻抗控制
12.3 识别反馈拓扑结构
12.3.1 输入混合
12.3.2 输出采样
12.3.3 反馈网络
12.3.4 计算开环参数
12.3.5 计算闭环参数
12.4 电压放大器(串联-并联反馈)
12.5 跨阻放大器(并联-并联反馈)
用栅-漏电阻构成简单反馈
12.6 跨导放大器(串联-串联反馈)
12.7 电流放大器(并联-串联反馈)
12.8 稳定性
返回比
12.9 设计实例
12.9.1 电压放大器
12.9.2 一个跨阻放大器

附录
量纲
物理常量
平方律公式

作者介绍

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R.Jacob(Jake)Baker是一位工程师、教育家以及发明家。他有超过20年的工程经验并在集成电路设计领域拥有超过200项的。Jake也是多本电路设计图书的作者。

文摘

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序言

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数字世界的基石：深入探索 CMOS 集成电路设计（模拟电路篇） 在信息时代飞速发展的浪潮中，集成电路（IC）作为驱动现代电子设备运转的核心，其重要性不言而喻。从智能手机、高性能计算机到尖端医疗设备和自动驾驶汽车，无一不依赖于精巧设计的集成电路。而在这庞大的集成电路家族中，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术凭借其低功耗、高集成度和优异的性能，已成为当今数字和模拟电路设计的主流工艺。本书（CMOS集成电路设计手册，第3版 模拟电路篇）正是为了系统地、深入地揭示CMOS技术在模拟电路设计领域的奥秘而精心编撰。它不是一本浅尝辄止的入门指南，而是一部面向有一定基础的工程师和研究人员的深度参考手册，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，掌握先进的设计理念和实用的设计方法。 本书的核心在于深入剖析CMOS模拟电路设计。在数字信号处理占据主导地位的当下，模拟电路的重要性并未因此削弱，反而因为其在信号的采集、放大、滤波、混合和接口等关键环节不可或缺的地位而显得尤为突出。现实世界中的信号往往是模拟的，如声音、光线、温度、压力等，而计算机只能处理数字信号。因此，高效、精确的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）是连接模拟世界和数字世界的桥梁，而这些转换器的核心组件，例如运算放大器（Op-amps）、比较器（Comparators）、电流镜（Current Mirrors）、带隙基准源（Bandgap References）等，都属于模拟电路设计的范畴。本书正是围绕这些核心模拟电路模块，展开全面而细致的论述。 第一部分：设计理念与基础 本书的开篇，将引导读者穿越纷繁复杂的电路图，深入理解CMOS模拟电路设计的基本原理和核心思想。这不仅仅是关于晶体管的工作特性，更是关于如何从更高的层面去构思和实现一个完整的模拟电路系统。 CMOS器件模型与特性： 在深入设计之前，必须对构成CMOS电路的MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）有深刻的理解。本书将详细介绍MOSFET的各种工作区域（亚阈值区、线性区、饱和区），以及它们在不同应用场景下的行为特性。这包括详细的晶体管I-V特性曲线、跨导、输出电阻、结电容等参数的分析，以及这些参数如何受到工艺参数（如沟道长度、栅极氧化层厚度、掺杂浓度）和偏置条件的影响。同时，书中还会触及二极管结构、寄生效应（如短沟道效应、长度调制效应）等，为后续的设计提供坚实的基础。 模拟电路的性能指标： 评价一个模拟电路的优劣，需要一系列关键的性能指标。本书将系统地介绍这些指标，如增益（Gain）（包括DC增益、AC增益、环路增益）、带宽（Bandwidth）、噪声（Noise）（包括热噪声、闪烁噪声、散粒噪声等及其分析方法）、功耗（Power Consumption）、线性度（Linearity）（如IP3, P1dB）、动态范围（Dynamic Range）、功耗-性能折衷（Power-Performance Trade-offs）等。理解这些指标的含义、计算方法以及它们之间的相互制约关系，是进行有效设计的首要步骤。 偏差分析与工艺偏差： 在实际的CMOS制造过程中，工艺参数存在不可避免的偏差，这会导致电路性能的波动。本书将深入探讨偏差分析（Mismatch Analysis），包括随机偏差和系统偏差，以及它们对电路性能的影响。同时，还会介绍如何通过设计手段来减小偏差的影响，例如使用匹配技术、冗余设计等，确保电路在量产时能够达到预期的性能。 低功耗设计技术： 随着移动设备和物联网设备的普及，低功耗设计成为CMOS模拟电路设计的重中之重。本书将详细介绍各种低功耗设计技术，包括亚阈值偏置、低电压设计、时钟门控、功耗门控、动态电压频率调整（DVFS）等。这些技术在保证基本性能的同时，能够显著降低电路的功耗，延长电池寿命。 第二部分：核心模拟电路模块设计 在掌握了基本的设计理念之后，本书将进入到CMOS模拟电路设计的核心——各种关键模拟电路模块的详细设计与分析。 跨导电路（Transconductance Circuits）： 跨导电路是将输入电压转换为输出电流的电路，它们是许多模拟电路（如运算放大器、滤波器）的基本构建块。本书将深入研究各种CMOS跨导电路的实现方式，包括单端跨导、差分跨导，以及它们的增益、线性度和频率响应。 电流镜（Current Mirrors）： 电流镜是将一个电流源的电流复制到另一个地方的电路，是构建偏置电路、有源负载和各种电流控制电路的关键。本书将详细介绍各种类型的电流镜，如威尔逊电流镜（Wilson Current Mirror）、基本电流镜、折叠式电流镜，并分析它们的精度、输出电阻和输出阻抗。 运算放大器（Operational Amplifiers / Op-amps）： 运算放大器是模拟电路设计的“瑞士军刀”，其应用极其广泛。本书将从零开始，详细讲解CMOS运算放大器的设计。这包括： 基本运算放大器结构： 如单级运算放大器（折叠式输入差分对、共源共栅输出）、两级运算放大器（差分输入级+跨导级+输出级）、以及多级运算放大器。 补偿技术： 解决运算放大器的稳定性问题，如密勒补偿（Miller Compensation）、零点补偿（Zero Compensation）等，以实现宽带宽和良好的相位裕度。 偏置电路设计： 如何为运算放大器提供稳定、可靠的偏置电流，如带隙基准源、电流调节器等。 噪声分析与抑制： 如何在高增益、宽带宽的要求下，有效地降低运算放大器的噪声。 共模抑制比（CMRR）和电源抑制比（PSRR）的分析与优化： 保证运算放大器在存在共模信号或电源噪声时的性能。 各种运算放大器拓扑的优缺点分析： 如折叠式输入差分对（Flipped Voltage Follower - FVF）、共源共栅（Telescopic Cascode）、两级CMOS OTA等，以及它们各自适合的应用场景。 比较器（Comparators）： 比较器是将两个模拟输入信号进行比较，并输出数字信号的电路。本书将介绍CMOS比较器的设计，包括： 基本比较器结构： 如再生型比较器、单级比较器、多级比较器。 滞回（Hysteresis）的引入与设计： 提高抗噪声能力。 传播延迟（Propagation Delay）的优化： 提高比较器的速度。 时钟控制比较器： 用于流水线ADC和逐次逼近ADC。 滤波器（Filters）： 滤波器用于选择性地允许或阻止特定频率范围的信号通过，在信号处理链中扮演着至关重要的角色。本书将重点关注CMOS有源滤波器的设计，包括： 电阻-电容（RC）滤波器： 基于运算放大器和无源RC元件实现。 电感-电容（LC）滤波器： 在IC上难以实现，但其概念仍有借鉴意义。 有源滤波器拓扑： 如Sallen-Key滤波器、多反馈滤波器、状态变量滤波器。 低Q和高Q滤波器设计： 满足不同应用需求。 开关电容滤波器（Switched-Capacitor Filters）： 利用电容和开关实现滤波器功能，其性能不受工艺偏差的严重影响，且易于集成。 迁移到CMOS工艺的考虑： 如何在CMOS工艺下高效实现滤波器，以及对器件非理想性的处理。 基准源（References）： 稳定的电压和电流基准源是许多模拟电路（如ADC、DAC、PLL）正常工作的关键。本书将深入探讨CMOS基准源的设计： 带隙基准源（Bandgap References）： 利用PN结的负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC）特性，设计出温度补偿的基准源。 CMOS基准源的实现： 利用MOSFET的跨导特性，实现各种形式的基准源。 噪声和稳定性的分析： 确保基准源输出的稳定可靠。 第三部分：高级主题与实践 在掌握了核心模块的设计之后，本书将进一步拓展到更高级的设计主题和实际应用。 模数转换器（ADCs）与数模转换器（DACs）： 尽管这不是ADC/DAC设计的专门书籍，但本书会深入剖析其模拟前端（Analog Front-end）的设计，包括采样保持电路（Sample-and-Hold Circuits）、前端放大器、输入缓冲器等。这些是ADC/DAC性能的关键决定因素。 噪声分析与优化： 噪声是模拟电路设计中的一大挑战。本书将提供系统的噪声分析方法，包括噪声源识别、噪声贡献计算、以及如何通过电路拓扑和器件选择来最小化噪声。 功耗优化： 除了前面提到的低功耗技术，本书还将探讨功耗与性能的权衡，以及如何在满足性能要求的前提下，尽可能地降低功耗。 版图设计考虑（Layout Considerations）： 理想的电路设计离不开实际的版图实现。本书将强调版图设计的重要性，包括器件匹配、寄生效应的考虑、信号完整性、热效应等，以及它们对电路性能的实际影响。 验证与测试： 尽管本书主要关注设计，但也会提及电路验证（Verification）和测试（Testing）的重要性，包括仿真工具的使用、测试方法以及如何根据测试结果反馈改进设计。 总结 《CMOS集成电路设计手册（第3版 模拟电路篇）》以其系统性、深度和实用性，为读者提供了一个全面而深入的CMOS模拟电路设计知识体系。它不仅仅是一本教科书，更是一本能够伴随工程师职业生涯不断成长的参考工具。通过阅读本书，读者将能够： 深刻理解CMOS器件的物理原理和模型。 掌握各种关键模拟电路模块的设计方法和优化技巧。 能够独立完成复杂的CMOS模拟电路设计任务。 在实际设计中，有效地应对噪声、功耗、偏差等挑战。 为进一步深入研究更高阶的模拟集成电路设计打下坚实的基础。 本书的每一章都包含了理论推导、电路分析、设计实例以及对实际应用的思考，旨在培养读者解决实际工程问题的能力。对于任何致力于在模拟集成电路领域取得成就的工程师和研究人员来说，这都将是一部不可或缺的宝贵资源。它将帮助您将理论知识转化为实际的、高性能的CMOS模拟电路设计，为数字世界的平稳运行贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构非常合理，从基础到高级，层层递进，逻辑清晰。刚开始阅读时，我会认真消化每一章节的基础概念，例如MOSFET的I-V特性曲线、跨导、输出电阻等，这些都是构建更复杂电路的基石。随着内容的深入，我开始接触到差分放大器、流水线ADC、Delta-Sigma调制器等高级话题。特别是对于ADC的设计，书中提供的模型和分析方法，让我对不同ADC架构的优劣有了清晰的认识，例如SAR ADC的速度优势，Flash ADC的并行性，以及Delta-Sigma ADC的高分辨率等。作者在讲解这些复杂结构时，并没有回避其中的数学推导，而是用一种清晰且有条理的方式呈现，使得即使是复杂的公式，也能被我理解。而且，书中大量的图示和表格，极大地增强了阅读的直观性。当我遇到某个设计问题时，我常常会回过头来翻阅相关的章节，总能找到启发性的思路或直接可用的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本《CMOS集成电路设计手册（第3版 模拟电路篇）》在我漫长的电子工程学习与实践生涯中，无疑扮演了灯塔的角色。初次翻开它，就被其系统性、深度和广度所震撼。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我穿越模拟CMOS设计的复杂迷宫。从基本的MOSFET物理原理的细致讲解，到各类放大器、滤波器、电流源、基准源等核心电路模块的精辟分析，再到复杂的混血信号设计以及噪声、失真等性能指标的权衡与优化，书中无不涵盖得淋漓尽致。作者R. Jacob Baker以其深厚的学术造诣和丰富的工程实践经验，将抽象的理论概念转化为清晰易懂的图表和公式，并辅以大量实际的设计案例，使得即使是初学者也能快速掌握关键知识点，并将其应用于实际设计中。我特别欣赏书中对不同设计场景下的权衡取舍的深入探讨，例如在追求高增益时如何处理带宽限制，在优化功耗时如何平衡性能下降等。这种“取舍之道”在实际工程中至关重要，而本书正是将这些宝贵的经验“倾囊相授”，让我受益匪浅，少走了许多弯路。

评分☆☆☆☆☆

对于有志于深入钻研模拟CMOS集成电路设计的工程师和学生来说，《CMOS集成电路设计手册（第3版 模拟电路篇）》绝对是一部不可或缺的参考书。这本书的价值不仅仅体现在其理论的全面性，更在于其将理论与实践紧密结合的特点。书中提供的许多设计流程和验证方法，都来自于作者在业界多年的经验积累。例如，在讲解低功耗设计时，作者不仅介绍了各种低功耗电路拓扑，还强调了通过选择合适的工艺、优化偏置电流、以及利用各种低功耗技术（如多阈值电压MOS管）来达到设计目标。此外，本书对噪声分析的深入剖析，让我对各种噪声源（如热噪声、闪烁噪声、量化噪声）有了更全面的认识，并掌握了如何在设计中有效抑制这些噪声。这种“接地气”的设计理念，让我在进行实际项目时，能够更有效地做出权衡，优化电路性能，最终设计出满足指标要求的高质量芯片。

评分☆☆☆☆☆

阅读《CMOS集成电路设计手册（第3版 模拟电路篇）》的过程，对我而言，是一次既挑战又充满启发的智力探险。这本书的语言风格严谨而又不失生动，作者在解释每一个概念时，都会将其置于更广阔的工程背景下，让我理解“为什么”要这样做，而不仅仅是“怎么”做。比如，在讲解运算放大器的设计时，作者不仅详细列出了各种拓扑结构（如折叠式、共源共栅等），还深入分析了它们各自的优缺点、适用场景以及在功耗、噪声、带宽、摆幅等方面的权衡。这种深入骨髓的分析，让我对模拟电路的设计思路有了更深刻的理解，不再是简单的公式套用，而是能够根据具体需求进行理性设计。书中关于寄生效应、工艺变化对电路性能影响的论述，更是让我体会到集成电路设计的精妙与挑战。那些看似微小的参数差异，在复杂的电路中可能引发巨大的性能波动，而本书为我提供了应对这些挑战的理论基础和实践指导，让我能够更自信地面对实际的芯片设计问题。

评分☆☆☆☆☆

这是一部沉甸甸的巨著，每翻一页都能感受到作者在CMOS模拟电路设计领域的深厚功力。我尤其欣赏书中对于“细节”的关注。在讲解滤波器设计时，作者不仅讨论了各种滤波器的理论响应（如巴特沃斯、切比雪夫），还详细分析了在实际CMOS工艺下，电感、电阻、电容的寄生效应如何影响滤波器的性能，以及如何通过设计和后处理来补偿这些效应。同样，在讲解锁相环（PLL）的设计时，书中对环路滤波器的设计、相位检测器的非线性、压控振荡器的噪声耦合等问题进行了细致的分析，让我对PLL的设计有了更为透彻的理解。本书的内容深度和广度，足以支撑起一个相当高级的模拟IC设计课程，或者作为一名资深模拟IC工程师的案头常备。我会在遇到具体设计挑战时，经常性地翻阅此书，每一次都能从中获得新的启发和解决方案，这让我感到无比幸运。