模拟集成电路设计与仿真

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《模拟集成电路设计与仿真》以单级放大器、运算放大器及模数转换器为重点,介绍模拟集成电路的基本概念、工作原理和分析方法,特别是全面系统地介绍了模拟集成电路的仿真技术,是模拟集成电路分析、设计和仿真的入门读物。 《模拟集成电路设计与仿真》共分10章和7个附录。第1章介绍模拟集成电路的发展与设计方法;第2、3章介绍单级放大器、电流镜和差分放大器等基本模拟电路的原理;第4章是电路噪声分析计算与仿真;第5章介绍运算放大器的工作原理及其分析和仿真方法;第6、7章以双端输入、单端输出运算放大器以及全差分运算放大器为例,介绍运算放大器的设计仿真方法;第8、9章以带隙电压基准和电流基准电路为例,介绍参考电压源和电流源的设计方法,其中对温度补偿技术作了详细分析;第10章为模数转换电路(ADc),重点介绍了ADc的概念与工作原理以及采用Verilog—A语言进行系统设计的方法。《模拟集成电路设计与仿真》的附录全面介绍了模拟集成电路设计的软件环境以及仿真技术。 《模拟集成电路设计与仿真》可作为高等院校集成电路设计相关专业工程硕士的教材,也可以作为相关专业本科生和研究生的教材,并可供模拟集成电路工程师参考。 点击链接进入旧版: 国家集成电路工程领域工程硕士系列教材•模拟集成电路设计与仿真
国家集成电路工程领域工程硕士系列教材 国务院学位委员会集成电路工程硕士教育协作组组编 全国集成电路人才培养基地专家指导委员会 模拟集成电路设计与仿真 何乐年王忆编著 TN431.1 HLN 学出版訣 北京 内容简介 本书以单级放大器、运算放大器及模数转换器为重点,介绍模拟集成电 路的基本概念、工作原理和分析方法,特别是全面系统地介绍了模拟集成电 路的仿真技术,是模拟集成电路分析、设计和仿真的入门读物。 全书共分10章和7个附录。第1章介绍模拟集成电路的发展与设计 方法;第2、3章介绍单级放大器、电流镜和差分放大器等基本模拟电路的原 理;第4章是电路嗓声分析计算与仿真;第5章介绍运算放大器的工作原理 及其分析和仿真方法;第6、7章以双端输入、单端输出运算放大器以及全差 分运算放大器为例,介绍运算放大器的设计伤真方法;第89章以带隙电压 基准和电流基准电路为例,介绍参考电压源和电流源的设计方法,其中对温 度补偿技术作了详细分析;第10章为模数转换电路(ADC),重点介绍了 ADC的概念与工作原理以及采用 erilog-A语言进行系统设计的方法。本 书的附录全面介绍了模拟集成电路设计的软件环境以及仿真技术 本书可作为高等院校集成电路设计相关专业工程硕士的教材,也可以 作为相关专业本科生和研究生的教材,并可供模拟集成电路工程师参考。 图书在版编目【CIP)数据 模拟集成电路设计与仿真/何乐年,王忆编著.一北京:科学出版社,2008 国家集成电路工程领域工程硕士系列教材) ISBN978-7-03-021427-0 Ⅰ.模…Ⅱ.①何…②王…‘Ⅲ①模拟集成电路-电路设计-研究生- 教材②模拟集成电路-计算机仿真-研究生-教材Ⅳ.TN431.102 中国版本图书馆CIP数据核字(2008)第037107号 责任编辑:马长芳潘继敏/責任校对:陈玉凤 责任印制:张克忠!封面设计;耕者设计工作室 僻出服出版 北京东黄墟根北街16号 邮政编码:100717 http://www.sciencep.com 縹海印刷有限责司印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2008年8月第 版开本:787×10921/16 2008年8月第一次印刷印张:321/4 印数:1—4000 字数:741000 定价:58.00元 (如有印装质量问题,我社负责调换〈长虹〉) 目录 丛书序 前言 第1章模拟集成电路概论 1 1.1半导体技术与模拟集成电路…… 1.2模拟集成电路的分类及制造工艺 1.2.1模拟集成电路的分类 1.22模拟集成电路的制造工艺技术 4 模拟集成电路设计流程……………………………………5 1.3.1系统定义与设计……………… 1.3.2电路定义与设计 133版图设计与验证……………………………………………………7 1,3.4掩模板制备、流片、封装与测试 曹 参考文献 第2章单级放大器 4::::a 2.1放大器概念 21,1一般概念 8889 2.1.2放大器双端口模型分析 2.1.3电流和电压源内阻与负载效应………… …10 22共源放大器 2.2.1电阻负载的共源放大器………… 如·世·品·甲·,·中+et 11 2.2.2恒流源作负载的CMOS共源放大器… 14 22.3栅、漏短接的MOS管为负载的共源放大器…………………………17 2.2.4带源极电阻负反馈的共源放大器电路… 17 2.3共栅放大器 申请非薛丰韦请喜着福暮非非神D 20 24共漏放大器 23 2.5共源-共栅放大器 25 2.5.1大信号特性 ……25 2.5.2小信号特性 27 习题 8 参考文献 32 第3章电流镜与差分放大器 翻·自血 ……………33 3.1MOSs电流源… 33 3.2基本电流镜…………………………………………………………………………34 模拟集成电路设计与仿真 3.3电流源与电流阱电路 南·量自血 36 34差分放大器… 38 3.4.1差分放大器的基本概念……… 38 3.4.2共模与差模信号 39 3.4.3差分放大器的小信号模型分析…… ·日·····4·::···=··*··. 41 3,4.4共模抑制比 43 3.4.5差分放大器的双端口模型……………………………………………44 34.6单端输出差分放大器……………………………… 习题 …………………………………55 参考文献……………………………………………………………59 第4章噪声分析 60 4.1噪声类型与在电路中的表示…………………………………………60 4.1.1噪声的数学表达… 60 4.1.2电路中的噪声类型和特点……… …“‘“““61 4,1.3噪声在电路中的表示……… 64 4.2单级放大器中的噪声 …………………67 4.2.1共源极 ………67 4,2.2共栅极……… ………………………67 4.2.3源跟随器 70 4.2,4共源-共栅…… ………70 42.5差分电路………………………………………………………………71 4.3噪声仿真技术…… …73 4.3.1功能基本介绍………………………………………………………73 4.3.2传统的噪声分析及参数设置…… 74 4.3.3设计实例及结果输出方式设置…………… 75 习题… 中·普 11重血 77 参考文献 ……………………………78 第5章CMos运算放大器和负反馈… ……79 5.1运算放大器…………………………… 着申·自着即·;··丰品暮话品·山 79 5.1.1理想运算放大器 79 51.2非理想运算放大器……………………………………81 5.2负反馈………… ………………………………82 5.2.1负反馈的基本原理 82 5,2.2降低增益灵敏度…………… ···.:…**·····:.··· 85 5.2.3非线性失真的减小… …85 5.2.4带宽的变化 90 5.3运算放大器的基本结构 ……90 5.3.1套筒结构 91 目录 V1l 5.3.2折叠结构……………………………………………92 5.4运算放大器的性能 93 5.4.1增益………………………………………………………………93 5.4.2带宽· 5.4.3建立时间………………………………………………104 5.4.4相位裕度·… 要。得 54.5转换速率…… 110 5.4.6共模抑制比 :·.“:··.··4:…·::·:··=:·“··:·4:::·a:: 114 5.4.7电源电压抑制比……… 116 5.5运算放大器的使用举例………………………………………………………120 5.5.1比例运算电路 罪 ……………………………120 5.5.2求和运算电路……………………………………121 5.5.3积分和微分运算电路 ··+·+中··“ ,………123 5.5.4对数和指数运算电路…… 123 习题…………………………………………………………………124 参考文献 中·曹鲁遭 …125 第6章高增益运放与频率补偿…………………………………………………126 6.1高增益运放概述……………… ……∴…126 6.1.1简单运算放大器结构………………………………126 6.1.2采用套筒式共源共栅结构提高电路增益 …2126 6.1.3采用折叠式共源-共栅结构提高电路增益… 127 6.1.4采用增益自举式结构提高电路增益 128 6.2多级运算放大器设计……… 129 6.3频率补偿……… 中日+中“普+中···曹中·’中中香曹中鲁±·tm世·t曹t世ttt 129 6.3.1系统稳定性原理与分析 …………………………129 米勒效应与米勒补偿 131 6.3.3高级补偿电路…… 133 6.4双端输入-单端输出CMOS运算放大器设计实例………………………136 6,4,1运算放大器性能指标 ……………………136 6.4.2性能指标到电路参数指标之间的转化和分析…………………136 6.5使用 Spectre仿真优化电路 140 6.5.1从理论计算到电路原理图……… ····::.....:.·.:.::··:· 140 6.5.2搭建测试平台……………………………………………………144 6.5.3直流偏置验证仿真 ……………………………………145 6.5.4交流增益仿真………………***147 6.5.5瞬态时域仿真… ……154 6.5.6CMRR和PSRR的测量 ………………………………158 习题 159 vIll 模拟集成电路设计与仿真 参考文献………………………………………161 第7章全差分运算放大器与非线性 ……………………162 7.1概述 162 7.1.1全差分运算放大器结构框图 4b看备垂·品晶正d垂垂“看d画国面画 ………………162 7,1.2常见的全差分运算放大器电路 163 7.2共模反馈 暮善喜善易。B善击 164 7.2.1共模反馈的原理 164 7.2.2共模采样的结构……………………………166 7.3差动电路的非线性… 168 7.3.1非线性的原理和差动对的非线性…… 168 7.3.2差动输人对管的线性化技术 170 7.4全差分运算放大器的设计实例 ……………………………………172 7.4.1设计指标 …………………172 7.4.2高速全差分放大器结构选择 ……………………172 7.4.3性能指标分析………………………………………173 7.4.4全差分放大器电路设计和仿真· 177 7.4.5结论…………·………………………192 习题 想 194 参考文献…………………………………………………………………195 第8章带隙电压基准… 196 81带隙电压基准的性能参数 ……196 8.1.1温漂系数………………… 196 8.1.2输出噪声……………………………………………………196 8.1.3功耗 新品““面品·品“·+干中++·+···t中··,+:?↑m量1mt世世tmt量鱼a量鱼聊 196 8.1.4电源抑制比·………… 會量鲁重量量虚量日量音虚 196 8.2带隙电压基准的基本原理 鲁··自翻自善·。·单甲,即身鲁申着鲁曹中鲁兽申,申吾鲁查座亚看 197 8.2.1负温度系数电压 197 8.2.2正温度系数电压…… l97 8.23实现零温度系数的基准电压 198 8.3常用带隙电压基准结构 ···.··.·:.· …………198 8.3.1利用PTAT电流产生基准电压……… 鲁量鲁世重量量香 ……198 8.3.2在运放的输出端产生基准电压 “品,中+十中+当·曹···鲁·,世要型 201 8.3.3两种结构的性能比较 203 8.4带隙电压基准的设计… 204 8.4.1寻找合适的双极晶体管比例……………………………………………………205 8.4.2寻找合适的电阻比例…………………………206 8.4.3设置“ Analog Environment”窗口…………………………206 8.4.4仿真结果分析………… 208 目录 ·1X· 8.4.5使用“ Parametric”分析,寻找合适的R2、R1电阻比值………………………208 8.4.6利用“ Calculator”分析仿真结果……………………………211 8.4.7利用“ Optimizer"进一步优化带隙基准电压源的温度特性……………217 8.4.8验证8.3.1节中关于闭环增益的推论… 220 8.4.9带隙基准电压源的噪声分析…………………………………………223 84.10小结 230 8.5超低温漂带隙电压基准 …………233 8.5.1设计目标 233 8.5.2温度漂移的详细分析 233 8.5.3设计过程 235 8.5.4小结……… 260 习题 ·里曹··普「曹型世曾面 260 参考文献 ·44·;·:a+“···+++·+·:::::··:··:.····:·“··· 262 第9章基准电流源… 263 9.1基准电流源的性能参数… 263 9.1.1温漂系数………… ……………………………263 9.1.2电源抑制比……………………………………………263 9.1.3功耗 264 9.2基准电流源的工作原理…… ::#;::.*百4·;a4++·甲·#+,:+·t:::::...·· ……264 9.3常用基准电流源的几种结构 265 9.3,1利用电阻Rs在NMOs管源极产生电压差v………………………………265 9.3.2利用电阻Rs在PMOS管源极产生电压差V…… 266 9.3.3共源共栅基准电流源………………………………267 支路基准电流源 267 9.4基准电流源的设计实例 269 9.4.1LDO中基准电流源的性能指标………… 269 9.4.2基准电流源结构的确定 ………………………269 9.43基准电流源参数的调试… 271 9.4.4电路仿真 274 9.4.5小结… …286 习题… ……………………………286 参考文献 b看面面面面非着面申非非目非非。福非面画甚—面画“+ 288 第10章模数转换电路 289 10.1开关电容电路…… 世“++:·:·“:·······““:··· ………289 10.1.1采样开关电路 4+4。,“ 289 10.1.2沟道电荷注入效应…………………………………………293 10.1.3开关电容的等效电阻… …295 10.1.4开关电容放大器 ……………………………298 模拟集成电路设计与仿真 10.1.5开关电容积分器…………………………………………300 10.2数模转换器原理和性能… 画‘鲁番番 301 10.2.1理想数模转换器基本结构…… 302 10.2.2DAC的基本静态特性……… 302 10.2.3几种常见结构的DAC 306 10.3模数转换器原理和性能… 量量普量量量量量·曾·量量 309 10.3.1模数转换器基本概念 309 10.3,2奈奎斯特速率ADC…… 309 10.3,3过采样率ADC ……………………………311 10.4Δ∑调制器设计实例………………………………………………………316 10.4.1 erilog-A简介……… 316 10.4.2一阶连续时间Δ∑模数转换器(ADC)系统仿真 328 习题…………………………………………………*…………………………339 参考文献……… 340 附录 普量普P,,····:·曾曾+····中·中中·+中 ……340 附录A模拟集成电路仿真的基本设置 ……………………………344 附录 b Results browser 聊聊着非,非,鲁1非浦 ………381 附录 C Waveforn ………………………………………………………391 附录 D Calculator……… ………………422 附录 E Parametric Analysis…………………………………………449 附录 F Optimization 465 附录 G Corner Analysis… 486

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