模拟CMOS电路设计折中与优化

模拟CMOS电路设计折中与优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:Binkley
出品人:
页数:552
译者:
出版时间:2013-5
价格:79.00元
装帧:
isbn号码:9787121201882
丛书系列:
图书标签:
  • 简体中文
  • 模拟电路
  • 中国
  • kk
  • 2013
  • CMOS电路设计
  • 模拟电路
  • 电路优化
  • 模拟集成电路
  • 低功耗设计
  • 高性能设计
  • 射频电路
  • 混合信号电路
  • 电路分析
  • 版图设计
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具体描述

本书从崭新的视角给出模拟CMOS电路设计的折中和优化方法, 提出了反型系数的概念, 推出采用反型系数、漏极电流和沟道长度作为器件和电路设计的三个选项的设计方法。全书分为两部分, 第一部分深入、细致地研究了三个选项对器件、基本电路各种性能的影响;对于诸如速度饱和、垂直电场迁移率减小、漏致势垒降低等短沟道效应以及热噪声、闪烁噪声和失配等高阶效应对器件和电路性能的影响给出较为深入、详细的介绍;在给出由基本物理概念推导得出公式的同时, 本书常会给出适合于手工计算的简单表达式, 以及设计选项对性能影响的变化趋势, 并配以预测或实测的图表。第二部分采用CMOS工艺结合典型电路(运算跨导放大器和微功耗, 低噪声前置放大器)设计进行实例介绍, 给出了各种情况下电路优化设计的结果和相应的分析。其中, 值得一提的是本书介绍了一种采用模拟CMOS设计、折中和优化电子数据表的设计方法。采用该方法, 设计者可以通过调整MOS器件的漏极电流, 反型系数和沟道长度, 对模拟CMOS电路进行快速的初始优化, 并观察所得到器件和完整电路的性能。这种设计方法在设计之初就为设计者提供了一种设计直觉和今后优化的方向。

《模拟CMOS电路设计:原理、方法与实战》 本书旨在为读者提供一套系统、深入的模拟CMOS电路设计知识体系。我们从最基础的MOSFET器件物理特性出发,逐步深入到各种模拟电路模块的设计原理、关键技术和优化策略。全书结构严谨,逻辑清晰,旨在帮助读者建立扎实的理论基础,并掌握实用的设计工具和流程,从而能够独立完成复杂的模拟CMOS电路设计任务。 核心内容涵盖: 第一部分:模拟CMOS电路设计基础 MOSFET器件模型与特性: 详细阐述MOSFET的各种工作区(亚阈值区、线性区、饱和区)下的电流-电压特性,介绍不同工艺模型(如BSIM)的演变和应用。深入分析沟道长度调制、短沟道效应、体效应等对器件性能的影响,为后续电路设计奠定器件层面的理解。 基本模拟电路模块: 差分放大器: 剖析各种差分对结构(有源负载、电流镜负载、共源共栅负载),讨论其增益、带宽、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)等关键性能指标的权衡。 电流镜: 讲解理想电流镜的原理,以及各种实际电流镜(威廉森电流镜、威勒电流镜、镜面电流镜等)的实现和性能提升技术,重点关注精度、输出阻抗和偏移。 跨导放大器: 介绍跨导放大器的基本结构和工作原理,分析其在闭环系统中的应用,讨论输入/输出阻抗、增益特性等。 运算放大器: 深入探讨单级、多级运算放大器的设计,包括DC增益、带宽、相位裕度、功耗、输出摆幅等方面的设计考虑。重点讲解零极点分析、补偿技术(密勒补偿、极点分裂补偿)等,以及常见的设计挑战与解决方案。 电压基准源: 介绍带隙基准源、二极管基准源等主流电压基准源的原理,分析其温度漂移、负载调整率和线调整率等参数,并提供优化方法。 偏置电路: 讲解各种偏置电流和电压的产生方法,包括自偏置、外部偏置、以及对于不同模拟模块(如差分放大器、电流镜)的偏置需求。 第二部分:高级模拟电路设计与优化 滤波器设计: 介绍连续时间滤波器(如Sallen-Key、多反馈)和离散时间滤波器(如开关电容滤波器)的设计原理。重点分析各种拓扑结构(Chebyshev、Butterworth、Bessel)的幅频和相频特性,以及在CMOS工艺中的实现方法。 模数转换器(ADC)与数模转换器(DAC): ADC: 详细讲解逐次逼近型(SAR)ADC、流水线型(Pipeline)ADC、Σ-Δ(Sigma-Delta)ADC等主流ADC架构的设计原理、关键模块(采样保持器、比较器、DAC)的设计和优化,以及量化噪声、积分非线性(INL)、差分非线性(DNL)等性能指标的分析。 DAC: 介绍电阻梯形DAC、R-2R DAC、电流舵DAC等DAC架构,分析其精度、速度和功耗等特性,并探讨INL和DNL的修正技术。 锁相环(PLL)与频率合成器: 深入研究PLL的基本组成模块(电荷泵、环路滤波器、压控振荡器),分析其捕获范围、锁定时间、抖动等性能。讲解不同频率合成技术(如分数-N分频),以及在实际应用中的设计考量。 低功耗设计技术: 介绍各种降低模拟电路功耗的策略,包括亚阈值工作、低电压设计、时钟门控、动态电压/频率调整(DVFS)等,并分析其对电路性能的影响。 噪声与失真分析: 系统讲解各种噪声源(热噪声、闪烁噪声、量化噪声)的产生机理和分析方法。详细阐述谐波失真(HD)和互调失真(IMD)的产生原因,以及在电路设计中抑制这些失真的技巧。 版图设计与工艺影响: 强调版图对模拟电路性能的决定性作用。讲解版图规则(DRC)、提取(Extraction)的重要性,以及如何通过版图技术(如中心对称、器件匹配、屏蔽、隔离)来降低寄生效应、提高性能和可靠性。讨论不同CMOS工艺(如BCD、RF CMOS)的特点及其对模拟电路设计的影响。 第三部分:设计流程与工具 EDA工具链介绍: 介绍业界主流的EDA工具,包括电路仿真器(如Spectre, HSPICE)、版图编辑器(如Virtuoso)、寄生参数提取工具、参数化建模工具等,并演示其在设计流程中的应用。 设计流程与方法学: 梳理从规格定义、架构选择、电路设计、仿真验证、版图绘制到流片前后的完整设计流程。强调迭代优化和性能权衡的重要性。 实际案例分析: 通过若干典型的模拟CMOS电路设计案例,如低功耗LDO、高性能ADC、低噪声放大器(LNA)等,展示理论知识在实际设计中的应用,并深入剖析设计过程中遇到的挑战及解决思路。 本书特色: 理论与实践紧密结合: 既有对基本原理的深入讲解,也结合了大量的实际设计细节和工程经验。 系统性强: 从器件到系统,从原理到实现,构建完整的知识框架。 面向工程应用: 强调设计中的权衡与优化,关注实际性能指标的达成。 图文并茂: 大量电路图、仿真波形、性能曲线图,辅助理解。 本书适合于电子工程、微电子学、集成电路设计等相关专业的本科生、研究生,以及从事模拟CMOS电路设计的工程师。通过研读本书,读者将能够系统掌握模拟CMOS电路设计的核心技术,提升实际设计能力,为未来的学术研究或工程实践打下坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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这本《模拟CMOS电路设计折中与优化》简直是为我这种刚踏入集成电路设计领域的新人量身定制的宝典!我之前在学校学的知识,感觉都是些零散的理论,遇到实际项目就抓瞎。这本书最让我惊喜的是,它没有那种高高在上的学术腔调,而是用非常接地气的方式,把那些看似玄乎的“折中”和“优化”讲得清清楚楚。比如,书中关于噪声和功耗之间的权衡,作者不是简单地给出一个公式,而是通过几个具体的案例,比如一个运放的设计,详细对比了牺牲增益换取低噪声的后果,以及增加偏置电流对功耗的直接影响。读起来就像是跟着一位经验丰富的前辈在旁边手把手指导,他会告诉你:“你看,你想要高速度,就得接受失真增加的现实,但我们可以通过调整米勒补偿电容来把失真控制在可接受的范围内。” 这种基于实际工程需求的讲解,让我对设计流程有了全新的认知。我尤其喜欢它对版图效应的讨论,很多教科书会忽略这部分,但这本书里却花了大量篇幅,提醒我们即使电路设计得再完美,最终的性能也会被物理实现所制约。总而言之,它不是一本简单的知识罗列,而是一本教你如何“权衡利弊”的艺术指南,让我在面对复杂设计挑战时,不再迷茫于“最优解”,而是懂得如何寻找“最合适解”。

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这本书带给我的震撼在于,它让我意识到,很多我过去认为的“设计限制”,其实都是人为设定的,是可以被突破的。我过去在设计高速数据转换器时,总是被带宽和失真这两个参数死死卡住,稍微提升带宽,线性度就直线下降。然而,书中对亚阈区偏置、深度亚阈区操作的探讨,提供了一种全新的思路:即通过精细调控晶体管的工作状态,来重新定义性能曲线的形态。这种颠覆传统思维定式的分析角度,让我对CMOS器件的非线性特性有了更深层次的敬畏和理解。它没有给我一个一蹴而就的“银弹”公式,反而是在展示一整套“思维工具箱”:当你遇到一个瓶颈时,你可以从器件物理、反馈结构、噪声源分配、乃至版图布局等多个维度进行系统性的解构和重构。阅读体验非常流畅,但后劲十足,每读完一个章节,我都需要花时间消化和思考如何将其应用于我当前的项目中。对于那些不满足于仅仅实现功能,而是渴望达到业界顶尖性能水平的设计师来说,这本书无疑是一份不可多得的、能激发创新思维的指路明灯。

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我是一名资深模拟工程师,在业界摸爬滚打了十多年,手头上的设计项目大大小小也做了不少,但总觉得在处理那些极端性能要求的设计时,总差那么一层窗户纸没捅破。这本书的出现,可以说是为我这个“老兵”提供了新的视角和工具箱。它对各种高级优化技巧的剖析深入骨髓,特别是关于寄生参数建模和如何利用非理想效应来提升特定指标的部分,简直令人拍案叫绝。我记得有一次我们为一个高精度ADC设计输入缓冲器,死活搞不定输入阻抗的匹配问题,用了书里提到的那种基于反馈环路内嵌匹配的思想,效果立竿见影。这本书的魅力在于,它不满足于“能工作”的设计,而是致力于探索“做到极致”的边界。它的叙事节奏非常紧凑,每一个章节都像是在解一个复杂的谜题,充满了逻辑的推演和对器件物理特性的深刻洞察。不同于那些只关注于理想模型的书籍,这本书赤裸裸地把现实中的各种不完美都搬上了台面,并提供了化解之道。阅读过程中,我时常需要停下来,对照我过去的项目记录进行反思,才明白自己当初的一些妥协其实可以做得更好。对于追求卓越性能的工程师来说,这本书绝对是案头必备的参考手册。

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我是一名教授模拟集成电路课程的老师,一直在寻找一本能完美衔接课堂理论和行业实践的教材。市面上很多教材要么过于偏重理论而脱离实际,要么就是停留在浅显的电路介绍层面。这本书恰好填补了这个空白。它将“设计流程”本身作为研究对象进行剖析。书中对设计流程中关键节点的决策点分析得入木三分,例如,在进行规格定义阶段,如何根据最终应用场景(是医疗设备还是通信基带)反推出对线性度、带宽和功耗的优先级排序,这一点在教学中是至关重要的。我发现,我过去给学生讲的“经验法则”,这本书里都有严谨的数学或仿真依据来支撑。更棒的是,它引入了多目标优化算法的初步概念,引导学生思考如何用更系统、更自动化的方法去处理那些传统上依赖经验的参数调整。这本书极大地拓宽了我对“CMOS设计”这个概念的理解,它不再仅仅是关于晶体管和电阻电容的堆砌,而是一门关于资源分配和风险管理的工程科学。这本书的引入,无疑将显著提升我课程的深度和实用性。

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说实话,刚开始翻开这本书时,我还有点担心内容会过于晦涩难懂,毕竟“折中与优化”听起来就挺硬核的。但出乎意料的是,作者的写作风格非常注重逻辑链条的完整性,即使是涉及到非常复杂的非线性分析,他也能用清晰的数学推导和直观的图示来引导读者。我个人对其中关于噪声谱密度的分析印象极其深刻。它不仅仅展示了如何计算白噪声和闪烁噪声,更重要的是,它将这些噪声源与电路的拓扑结构、工作点选择以及工艺参数紧密地联系起来,形成了一个多维度的分析框架。这使得我在设计低噪声放大器(LNA)时,不再是盲目地增加晶体管尺寸,而是能精准地找到那个能将总噪声贡献降到最低的设计点。这种深度和广度兼具的讲解方式,极大地提升了我对模拟电路本质的理解。这本书的价值在于,它教会你如何“像物理学家一样思考”,如何从最基本的物理定律出发,推导出电路行为的宏观表现,而不是仅仅停留在公式的搬运工层面。

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匆匆浏览完毕。本书主要从MOS器件层面,利用反型层系数和gm/Ic方法介绍各项直流、交流指标的Tradeoff。整本书自成体系,叙述的视角比较新颖。 不过,工程性感觉不是很强,直接应用到设计还比较困难。此外,书中经常发生前面的章节引用后面的章节、图片的情况,读起来还是有点费力。

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匆匆浏览完毕。本书主要从MOS器件层面,利用反型层系数和gm/Ic方法介绍各项直流、交流指标的Tradeoff。整本书自成体系,叙述的视角比较新颖。 不过,工程性感觉不是很强,直接应用到设计还比较困难。此外,书中经常发生前面的章节引用后面的章节、图片的情况,读起来还是有点费力。

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匆匆浏览完毕。本书主要从MOS器件层面,利用反型层系数和gm/Ic方法介绍各项直流、交流指标的Tradeoff。整本书自成体系,叙述的视角比较新颖。 不过,工程性感觉不是很强,直接应用到设计还比较困难。此外,书中经常发生前面的章节引用后面的章节、图片的情况,读起来还是有点费力。

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