非线性电子线路CAI pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787894934161

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《现代集成电路设计与应用》 第一章：绪论 本章旨在为读者奠定扎实的集成电路（IC）基础知识，为后续深入学习打下坚实基础。我们将从半导体材料的基本特性入手，探讨PN结的形成及其在二极管中的应用。重点将放在晶体管的物理结构、工作原理，尤其是双极型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的特性曲线和工作区域划分。随后，我们将介绍半导体工艺的发展历程，从早期的分立元件到大规模集成电路（LSI/VLSI）的演进，分析不同工艺技术（如CMOS、BiCMOS）的优缺点及其适用场景。 内容涵盖：半导体物理基础；二极管的伏安特性与模型；BJT和MOSFET的导通机制与参数；集成电路的基本结构与制造流程概述。本章强调理论与实际应用相结合，帮助读者建立对微观电子器件宏观行为的直观理解。 第二章：模拟集成电路基础元件 本章聚焦于构成所有模拟IC的核心基础模块。首先详细分析理想与非理想运放（Operational Amplifier）的特性，包括开环增益、带宽、输入/输出阻抗等关键参数，并推导其在不同反馈结构下的性能指标。随后，我们将深入探讨运算放大器的内部结构，特别是输入级（如共源共栅、差分对）的设计原理、失配分析与共模抑制比（CMRR）的优化。 偏置电路是模拟IC设计的灵魂，本章会系统介绍各种电流源和电压源的设计，包括镜像电流源、威尔逊电流镜及其改进型，并讨论如何设计具有良好温度稳定性和电源抑制比（PSRR）的偏置电路。此外，本章还将介绍有源负载、电感模拟技术以及如何使用MOSFET进行电阻的替代设计。 内容涵盖：理想与实际运放分析；差分放大器设计；电流源与电压源；运放的频率补偿技术（如米勒补偿）。 第三章：线性电路分析与应用 本章将线性电路理论应用于具体的集成电路设计实例中。首先，对前置放大器（Pre-amplifier）和跨导放大器（Transconductance Amplifier, OTA）的设计进行深入探讨。重点分析不同拓扑结构（如共源共栅、折叠式）在增益、带宽和线性度方面的权衡。 滤波器设计是模拟IC中不可或缺的一部分。本章将从Sallen-Key、MFB等有源RC滤波器开始，逐步过渡到更适合IC工艺的Gyrator（模拟电感）滤波器和Switched-Capacitor（开关电容）滤波器。开关电容滤波器不仅介绍其频率响应设计，还将深入分析开关非理想特性（如时钟前馈、电荷注入）对滤波器性能的影响。 内容涵盖：跨导放大器设计原理；有源RC滤波器设计；开关电容滤波器理论与实现；滤波器二阶特性分析。 第四章：反馈理论与稳定性分析 反馈是保证模拟电路性能稳定和精度的关键。本章从基本反馈拓扑结构（串联、并联、混合）出发，介绍波德图（Bode Plot）的绘制与分析方法。核心内容是对反馈系统的稳定性进行深入研究，包括相位裕度和增益裕度的计算及其对瞬态响应的影响。 针对多级放大器和复杂的运算放大器结构，本章将详细讲解频率补偿技术。除了米勒补偿外，还将介绍导纳加载补偿、零点补偿等高级技术，并分析如何通过引入零点来优化相位裕度。本章将借助数学工具，指导读者如何预测并修正电路的振荡倾向。 内容涵盖：反馈放大器的输入输出阻抗分析；波德图绘制与稳定性判据；米勒补偿与多零点补偿技术；实际电路中的振荡抑制策略。 第五章：数据转换器设计（ADC/DAC） 本章系统阐述模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的原理、结构和关键性能指标。在DAC部分，首先介绍电阻梯形（R-2R）网络，随后深入分析电流型DAC的结构及其失配影响。 ADC的设计是本章的重点。内容包括逐次逼近型ADC（SAR ADC）的工作流程、采样保持电路（Sample-and-Hold, S/H）的设计要求和开关噪声抑制。针对高速应用，本章还将介绍流水线（Pipeline）ADC和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) ADC的原理，包括其量化噪声整形、过采样和调制器的设计。性能指标如有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）的测量与优化方法将在实例中进行详细说明。 内容涵盖：DAC拓扑结构与失配分析；SAR ADC工作原理与组件设计；$SigmaDelta$ 调制器原理；高速ADC的架构选择。 第六章：低噪声与高线性度设计 在许多射频、传感器接口应用中，低噪声和高线性度是核心要求。本章首先从噪声源的物理基础（热噪声、散粒噪声）入手，分析其在放大器中的传递和等效。重点讨论如何设计最小化输入参考噪声的输入级结构（如跨导反馈）。 线性度分析是本章的另一核心。我们将深入探讨失真（THD）的来源，并介绍提高线性度的技术，例如推挽（Push-Pull）结构和使用高阶线性化技术。对于运放，如何优化其失配引起的失真，以及如何选择合适的偏置电流来平衡噪声、功耗和线性度，将在具体设计案例中得到体现。 内容涵盖：各类噪声源的建模与等效噪声计算；输入级噪声优化；失真分析（THD）；提高线性度的电路拓扑。 第七章：CMOS工艺与版图实践 本章将理论设计转化为实际可制造的芯片。首先回顾CMOS晶体管的短沟道效应及其对长沟道模型的影响。重点讲解亚阈值区和强反型区的建模差异。 版图设计（Layout）是IC成功的关键环节。本章详细介绍CMOS器件的版图规则（Design Rule Check, DRC）和匹配要求。内容包括器件的正确放置（如晶体管的栅极、源极、漏极的连接）、匹配技巧（如共质心布局、就近耦合）以减小工艺变化和热效应带来的失配。同时，还将介绍寄生效应（如栅极串联电阻、耦合电容）对电路性能的影响及版图层面的补偿方法。 内容涵盖：短沟道效应模型；CMOS器件匹配原理；版图布局技巧；寄生参数对高频性能的影响。 第八章：低功耗与低压设计 随着便携式设备的发展，低功耗设计变得至关重要。本章从功耗的来源（动态功耗与静态功耗）开始分析。重点介绍降低功耗的系统级和电路级方法。 在电路级，我们将探讨亚阈值偏置、低电压反馈技术以及如何设计工作在低电压下的偏置电路。高速电路的低功耗设计将侧重于降低开关电容网络的工作频率和优化时钟分配。此外，本章还会介绍电源管理IC（PMIC）中的关键模块，如低压差线性稳压器（LDO）和DC-DC转换器的基本架构及其功耗优化策略。 内容涵盖：动态与静态功耗计算；亚阈值偏置技术；LDO稳压器的设计挑战；功耗与性能的权衡。

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