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出版者:清华大学出版社

作者:齐洪喜

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:27.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302085157

丛书系列:

图书标签:

• 47100
• VHDL
• 电路设计
• FPGA
• 数字电路
• Verilog
• 可编程逻辑器件
• EDA
• 电子工程
• 教程
• 实战

模拟集成电路设计：从基础到前沿的实践指南 本书旨在为电子工程专业学生、初级工程师以及希望深入了解模拟集成电路（Analog Integrated Circuit, AIC）设计领域的专业人士提供一份全面而实用的指导。内容涵盖了从半导体器件物理基础到复杂系统级集成电路设计的关键知识点，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：模拟集成电路基础与器件物理 本部分首先建立坚实的理论基础，为后续高级主题的探讨奠定基石。 第1章：半导体器件物理回顾与MOSFET基础 详细回顾PN结、双极结型晶体管（BJT）的基本工作原理，重点聚焦于CMOS技术的核心——金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。深入解析其工作区的精确模型，包括亚阈值区、线性区和饱和区，并探讨短沟道效应、载流子饱和、DIBL（漏致势垒降低）等对理想模型的影响。讨论工艺参数（如阈值电压$V_{th}$、跨导参数$K$）对器件特性的决定性作用。 第2章：有源器件的建立与匹配 详细阐述实现模拟电路功能的基本有源元件——MOS晶体管的版图设计考量。分析器件尺寸（W/L比）对跨导$g_m$、输出电阻$r_o$以及噪声性能的影响。引入匹配理论，讨论源极跟随器、共源放大器等基本结构的匹配误差来源（如沟道长度调制效应、随机匹配误差），并介绍使用共同质心（Common-Centroid）结构来抑制慢变失配（Mismatch）的方法。 第3章：电阻、电容与电感元件的实现 模拟电路的性能很大程度上依赖于无源元件的质量。本章详细介绍集成电路中电阻（如扩散电阻、多晶硅电阻、源极/漏极高阻区电阻）的寄生效应、温度系数和噪声特性。深入分析集成电容器（如MOS电容、结电容、MOM电容）的面积效率与击穿电压限制。最后，讨论在片上电感器（On-chip Inductor）的结构设计、品质因数（Q值）优化以及电感耦合技术。 第二部分：基本模拟电路模块设计 本部分将理论知识应用于构建核心的模拟积木块。 第4章：偏置电路与电流镜设计 详细讲解设计稳定、高精度的偏置电路的必要性。系统性地分析不同类型的电流镜结构，包括简单的两管镜像、改进的镜像（如二极管连接的源极跟随器结构）以及对输出阻抗和电流精度要求更高的精典（Cascode）电流镜。讨论如何利用匹配技巧和共模反馈（Common-Mode Feedback, CMFB）来提高电流源的输出阻抗和共模抑制能力。 第5章：单级放大器与增益级设计 介绍单级放大器的基本拓扑结构，包括共源极、共栅（Cascode）和折叠式共源极放大器。对每种拓扑的增益、带宽、输入/输出阻抗特性进行量化分析。重点研究共源共栅（Folded Cascode）放大器在全差分结构中的应用，分析其在保证高输出阻抗的同时实现宽输出摆幅的优化。 第6章：反馈理论与两级运放设计 深入阐述负反馈在稳定电路性能中的核心作用。讲解反馈因子的计算、相位裕度（Phase Margin）与稳定性分析。详细设计经典的米勒补偿（Miller Compensation）双级运算放大器（OTA），分析其增益、单位增益带宽（GBW）以及如何通过米勒电容、补偿电阻和零点/极点对实现稳定的频率响应。讨论输出级的设计以满足低输出阻抗和高驱动能力的需求。 第三部分：高级模拟电路与系统集成 本部分拓展至更复杂的应用场景和先进的电路技术。 第7章：跨导放大器（OTA）与滤波器设计 区别于电压放大器，跨导放大器（OTA）是许多数据转换器和有源滤波器（如Sallen-Key, BVLC）的基础。本章讲解OTA的设计目标，特别是其跨导$g_m$与输入/输出阻抗的关系。系统介绍集成电路中常用的有源RC滤波器（如Bessel、Butterworth响应）的综合与实现，并讨论如何利用开关电容网络（Switched Capacitor Network）实现高Q值的调谐电路。 第8章：噪声分析与抑制技术 噪声是模拟电路设计中必须面对的限制。本章从理论上分解热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）和突波噪声（Popcorn Noise）。推导MOSFET的输入电压噪声密度公式，并讲解如何通过增加器件尺寸、优化偏置电流或采用特殊的拓扑结构（如低噪声放大器LNA的设计原则）来降低整体噪声贡献。 第9章：数据转换器基础：ADC与DAC 介绍数字与模拟世界桥梁——数据转换器（Data Converters）的基本原理。重点分析数模转换器（DAC）的结构（如加权电阻型、电流舵型）及其非理想效应（如DNL/INL）。深入探讨两种主要的模数转换器（ADC）架构：流水线式ADC（Pipeline ADC）和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) ADC。详细解释$SigmaDelta$调制器的工作原理、噪声整形（Noise Shaping）技术，以及如何设计高性能的低噪声量化器。 第10章：低压与低功耗设计策略 随着技术节点的缩小，电源电压（$V_{DD}$）不断下降，低压/低功耗设计成为关键挑战。本章探讨如何设计工作在亚阈值区的晶体管，以最大化晶体管的跨导效率$g_m/P_{diss}$。介绍体偏置（Body Biasing）、动态阈值电压（Dynamic Threshold）技术，以及如何利用斩波（Chopper）技术和开关电容技术在牺牲一定带宽的代价下实现高增益和高精度。 第四部分：版图、仿真与验证 本部分聚焦于从原理图到实际芯片的转化过程，强调物理实现的重要性。 第11章：IC版图设计原理与寄生参数提取 详细讲解模拟电路版图设计的“艺术与科学”。讨论如何布局（Layout）元器件以最小化寄生电阻、寄生电容以及串扰。深入介绍关键的版图技术，如热效应管理（Thermal Coupling）、静电放电（ESD）保护结构的设计。讲解如何使用LVS/DRC工具进行设计规则检查，以及寄生参数提取（Extraction）对仿真精度的影响。 第12章：电路仿真与验证流程 介绍使用主流EDA工具（如Cadence Spectre/HSPICE）进行电路仿真的步骤。区分直流分析（DC）、瞬态分析（Transient）、交流分析（AC）和噪声分析。强调蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真在评估工艺角和失配影响中的作用。讲解设计收敛性（Convergence）问题及其调试方法，确保设计满足所有规格要求。 本书的特色在于提供大量实例和工程经验的分享，帮助读者理解理论公式背后的物理意义和设计权衡（Trade-offs），最终能够独立完成复杂模拟集成电路模块的设计与验证工作。

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我是一名在职工程师，从事硬件验证工作已经好几年了，所以对市面上各类VHDL书籍都有所涉猎。坦率地说，很多书要么过于学术化，充满了晦涩的数学理论，读起来像是教科书的翻版，要么就是教程性质过重，只停留在“如何输入这段代码”的层面，缺乏对“为什么这样设计”的深入剖析。然而，这本书的叙述方式却找到了一个非常巧妙的平衡点。它没有回避底层原理，但总是用最贴近实际项目需求的语言去阐述概念。例如，在讲解信号同步和锁存器的章节，作者并没有简单地给出D触发器的代码，而是花费了大量篇幅讨论了跨时钟域信号处理的潜在风险，并提供了多种应对策略的优劣对比。这种注重工程实践的视角，对我这种需要快速将理论转化为实际工作方案的读者来说，简直是如获至宝。它不仅仅是教会你语法，更是在培养你的“硬件工程师思维”，这才是技术书籍的真正价值所在。

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说实话，我最初对这本书抱有疑虑，因为市面上关于VHDL的书籍汗牛充栋，很少有能真正跟上行业发展速度的。尤其是对于像我这样，需要处理越来越复杂的SoC设计中的IP核集成的工程师来说，旧的例子和过时的设计模式已经无法满足需求了。这本书最让我眼前一亮的地方在于，它紧密结合了现代FPGA设计流程中的一些关键技术点。它没有停留在简单的组合逻辑或时序逻辑演示上，而是深入探讨了如何有效地利用FPGA资源，比如在描述乒乓缓冲器时，如何优化内存访问模式以提高吞吐量；在讲解状态机时，讨论了如何应用One-Hot编码来优化速度和功耗。这些内容不是泛泛而谈，而是通过具体的、可以实际仿真的代码片段来展示的。这种与时俱进的内容深度，让我觉得这本书的投资是非常值得的，它确实涵盖了当前主流FPGA设计工程师必须掌握的实用技巧。

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我是一名大三学生，正在准备下半年的专业课程期末考试和暑期的嵌入式系统实习。老实说，我们学校的课程体系在EDA工具的使用上相对滞后，很多前沿的知识点往往只能靠自学。这本书对我的帮助简直是革命性的。它的学习曲线设计得极其平滑，从最基础的`entity`和`architecture`开始，每一步都伴随着清晰的解释，完全没有初学者面对硬件描述语言时的那种不知所措感。特别是书中对测试平台（Testbench）的构建模块的讲解，简直是教科书级别的示范。作者不仅教我们如何编写激励信号，更重要的是，他教会了我们如何构造一个完备的自校验环境，这在我们的课程设计中是经常被忽略但又极其重要的环节。通过跟着书中的例子一步步敲代码、仿真，我不仅掌握了VHDL语法，更重要的是，建立起了一种“设计-验证-迭代”的完整工程意识，这比单纯记住几个关键字要重要得多。

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这本书的语言风格有一种奇特的亲和力，读起来完全不像在啃一本技术大部头，更像是在听一位经验丰富的前辈在耐心指导。很多技术书籍的作者似乎有一种“炫技”的倾向，恨不得把所有已知的专业术语都塞进每一句话里，结果就是把简单的概念复杂化。但这本书的作者显然不是这种风格。他擅长使用类比和生活化的例子来解释那些抽象的数字逻辑概念。比如，在讲解有限状态机（FSM）的同步复位和异步复位区别时，他引入了一个日常生活中开关灯的场景来比喻，瞬间就让这个容易混淆的概念变得清晰明了。这种将复杂问题简单化的能力，是区分一本优秀教程和一本普通参考书的关键。正是因为这种平实而又深刻的叙述方式，使得我在阅读过程中几乎没有产生“卡壳”的感觉，学习的效率得到了极大的提升。

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这本书的排版和装帧质量实在令人惊喜。封面设计简洁又不失专业感，那种哑光处理的质感拿在手里非常舒服。内页纸张的选择也看得出是用心了，墨色清晰，没有出现廉价印刷常见的洇墨现象，长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳。更值得称赞的是，书中图示的清晰度和逻辑性达到了一个极高的水准。那些复杂的时序图、状态机模型，通过精心的绘图和标注，变得异常直观易懂。我特别欣赏它在代码示例部分的格式化处理，缩进、注释风格都非常规范统一，这对于初学者建立良好的编程习惯至关重要。很多技术书籍在这方面做得比较随意，导致读者光是解读代码结构就要花费不少精力，而这本书显然在这方面做了大量优化，让我们可以更专注于理解背后的设计思想，而不是纠结于排版的细节。这种对细节的极致追求，体现了作者和出版方对读者体验的尊重，绝对是市场上少有的精品。

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章节结构安排很不合理！

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