CMOS模擬集成電路設計——理論、方法與工程實現

藺智挺，安徽大學集成電路學院教授、博士生導師、電氣與電子工程師協會（IEEE）高級會員。榮獲安徽省教學成果獎特等獎、一等獎、二等獎等多項獎勵，以及寶鋼優秀教師獎、安徽省金牌職工、安徽省技術能手等多項榮譽，在存儲器電路設計領域取得了重要研究成果。曾先後主持多項國家級和省部級科研項目，在JSSC、ISSCC、TCASI等頂級期刊與會議發表科研論文60余篇，並獲授權發明專利60余項。

 

目錄

 

 

第1章緒論

 

微課視頻15分鐘

1.1模擬集成電路的常見類別及應用場景

 

1.1.1什麼是模擬集成電路

 

1.1.2模擬集成電路的主要分類以及應用

 

1.2模擬集成電路的靈魂——放大器

 

1.2.1放大器的技術指標

 

1.2.2放大器設計中的折中

 

1.3模擬集成電路設計流程及工具

 

1.3.1模擬集成電路設計流程

 

1.3.2模擬集成電路的常用設計工具

 

1.4本書貫穿項目與對應章節介紹

 

1.5展望

 

1.6附錄： 符號標記法

 

第2章MOS器件基礎

 

微課視頻29分鐘

2.1預備知識

 

2.2認識MOS器件

 

2.2.1MOS器件的結構

 

2.2.2MOS器件的符號

 

2.3MOS器件的IV特性與仿真

 

2.3.1導通與截止——閾值電壓

 

2.3.2MOS的IV特性

 

2.3.3MOS器件的跨導及意義 

 

2.3.4MOS器件的IV特性仿真

 

2.3.5NMOS與PMOS器件的比較

 

2.4MOS器件的溝道長度調制效應

 

2.4.1什麼是溝道長度調制效應

 

2.4.2溝道長度調制效應帶來的影響

 

2.5MOS器件的低頻小信號等效模型

 

2.5.1關於大信號和小信號

 

2.5.2MOS器件的基本小信號模型

 

2.5.3考慮溝道長度調制效應的MOS器件小信號模型

 

2.6MOS器件的版圖與寄生電容

 

2.6.1MOS器件版圖

 

2.6.2MOS器件的寄生電容

 

2.6.3長溝道器件與短溝道器件

 

2.7認識一些新型MOS器件

 

2.7.1FinFET器件

 

2.7.2GAAFET器件

 

2.8MOS器件的SPICE模型

 

2.8.1PVT變化對電路設計的影響

 

2.8.2SPICE模型

 

2.8.3MOS器件的SPICE參數提取

 

2.9使能電路設計

 

2.9.1使能原理

 

2.9.2使能電路仿真

 

2.10本章總結

 

2.11本章習題

 

第3章放大器的電流偏置

 

微課視頻14分鐘

3.1預備知識

 

3.2從電流偏置開始設計放大器

 

3.3用電流鏡復制基準電流

 

3.3.1基本電流鏡是如何工作的

 

3.3.2PMOS基本電流鏡和組合電流鏡

 

3.3.3基本電流鏡的設計順序

 

3.4電流復制的誤差因素與改善方法

 

3.4.1溝道長度調制效應導致的電流復制誤差及其改善方法

 

3.4.2MOS管的不匹配導致的電流復制誤差及其改善方法

 

3.5基準電流的生成

 

3.5.1簡單電流基準的設計順序

 

3.5.2與電源電壓無關的電流基準

 

3.5.3與溫度無關的基準

 

3.6電流鏡仿真

 

3.7本章總結

 

3.8本章習題 

 

第4章放大器輸入級(一)——共源放大器及基本差分對放大器

 

微課視頻31分鐘

4.1預備知識

 

4.2共源放大器

 

4.2.1電阻負載型共源放大器

 

4.2.2帶MOS負載的共源放大器

 

4.2.3放大器的帶寬與增益帶寬積

 

4.3基本差分放大器

 

4.3.1單端輸入與差分輸入模式的比較

 

4.3.2帶電阻負載的差分放大器

 

4.3.3帶MOS負載的差分放大器

 

4.3.4帶電流鏡負載的差分放大器

 

4.4電阻負載差分放大器的仿真

 

4.5本章總結

 

4.6本章習題 

 

第5章放大器輸入級(二)——共源共柵放大器及其差分結構

 

微課視頻10分鐘

5.1共源共柵放大器

 

5.1.1MOS管的共柵接法

 

5.1.2MOS管的共源共柵接法

 

5.2共源共柵差分放大器

 

5.2.1套筒共源共柵差分放大器

 

5.2.2折疊共源共柵差分放大器

 

5.3折疊共源共柵電路的仿真

 

5.4本章總結

 

5.5本章習題 

 

第6章放大器的輸出級設計

 

微課視頻11分鐘

6.1預備知識

 

6.2選擇合適的輸出級

 

6.2.1共源放大器作為輸出級

 

6.2.2源跟隨器作為輸出級

 

6.2.3AB類放大器作為輸出級

 

6.3兩級放大器的振蕩

 

6.3.1閉環工作的放大器

 

6.3.2閉環放大器的振蕩

 

6.3.3通過波特圖判定閉環放大器振蕩的方法

 

6.4米勒電容

 

6.4.1用米勒電容防止閉環放大器的振蕩

 

6.4.2共源共柵頻率補償

 

6.5放大器輸出級DC仿真

 

6.6本章總結

 

6.7本章習題 

 

第7章放大器的工程分析與設計

 

微課視頻29分鐘

7.1預備知識

 

7.1.1理想放大器特征

 

7.1.2用理想放大器實現數學運算

 

7.2貫穿項目放大器特征分析

 

7.2.1輸入輸出電阻與信號範圍

 

7.2.2增益與速度

 

7.3貫穿項目放大器的設計

 

7.4貫穿項目放大器的仿真

 

7.4.1放大器的DC仿真

 

7.4.2放大器的STB仿真

 

7.4.3放大器的瞬態仿真

 

7.5放大器的參數調整

 

7.5.1滿足增益帶寬積的前提下提升增益

 

7.5.2調整米勒補償電容

 

7.5.3調整過驅動電壓

 

7.6工程優化

 

7.6.1使能控制

 

7.6.2匹配優化

 

7.6.3面積優化

 

7.7本章總結

 

7.8本章習題 

 

第8章低壓差線性穩壓器簡介與設計

 

微課視頻15分鐘

8.1預備知識

 

8.1.1LDO基本結構與工作原理

 

8.1.2LDO基本模塊簡介

 

8.2LDO性能指標

 

8.2.1最低壓差

 

8.2.2靜態電流與轉換效率

 

8.2.3線性調整率

 

8.2.4負載調整率

 

8.2.5瞬態響應

 

8.3LDO的工程設計

 

8.3.1gm/ID設計法

 

8.3.2簡單LDO設計

 

8.4LDO的仿真與優化

 

8.4.1DC仿真及參數調整

 

8.4.2STB仿真及優化

 

8.4.3TRAN仿真及結果分析

 

8.5本章總結

 

8.6本章習題 

 

第9章基於放大器的帶隙基準電路

 

9.1預備知識

 

9.2帶隙基準基本原理及產生方法

 

9.2.1負溫度系數電壓

 

9.2.2正溫度系數電壓

 

9.2.3零溫度系數電壓

 

9.2.4帶隙基準的一種電路實現方法

 

9.3帶隙基準電壓電路的性能指標

 

9.4基於放大器的帶隙基準電壓電路

 

9.4.1PTAT電流的產生

 

9.4.2由PTAT電流產生與溫度無關的基準電壓

 

9.4.3基於放大器的帶隙基準電壓電路結構

 

9.5帶隙基準電壓電路的工程設計、仿真與優化

 

9.5.1帶隙基準電壓電路的參數設計與仿真

 

9.5.2核心電路參數設計

 

9.5.3放大器及其偏置電路的參數設計

 

9.5.4輸出參考電壓溫度系數仿真與優化

 

9.5.5反饋環路相位裕度仿真與優化

 

9.5.6供電電壓範圍仿真與優化

 

9.5.7電路簡並點分析與啟動電路設計

 

9.6本章總結 

 

9.7本章習題 

 

第10章張弛振蕩器

 

10.1預備知識

 

10.1.1比較器

 

10.1.2SR觸發器

 

10.2張弛振蕩器的分析和設計

 

10.2.1張弛振蕩器的工作原理

 

10.2.2張弛振蕩器的設計

 

10.3制約張弛振蕩器頻率穩定性的因素及解決方案

 

10.3.1電阻和電容的制造誤差

 

10.3.2比較器的延遲變化

 

10.3.3比較器的直流失調電壓

 

10.4張弛振蕩器的仿真

 

10.4.1比較器的仿真

 

10.4.2張弛振蕩器的整體仿真

 

10.5本章總結

 

10.6本章習題

 

參考文獻