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出版者:John Wiley and Sons (WIE)

作者:Richard S. Muller

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1986-05-07

價格:0

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780471843092

叢書系列:

圖書標籤:

• Device Electronics
• Integrated Circuits
• Semiconductor Devices
• Microelectronics
• Physics
• Engineering
• Electronics
• Solid State
• MOSFET
• Transistors

模擬集成電路設計導論 內容提要 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的模擬集成電路設計基礎。通過詳盡的理論闡述、清晰的原理分析以及豐富的實際案例，本書係統地介紹瞭從最基本的半導體器件物理到復雜射頻（RF）電路設計所需的關鍵知識。全書結構嚴謹，覆蓋瞭從器件建模、基礎放大器設計、反饋理論、運算放大器（Op-Amp）設計，到噪聲分析、頻率響應、開關電容電路以及現代高頻電路設計等核心領域。 第一部分：半導體器件與基礎模型 本書開篇將深入探討構成現代集成電路的基石——MOSFET晶體管。我們將從半導體物理學的基礎概念入手，詳細解析PN結的形成、載流子輸運機製，以及場效應晶體管的工作原理。重點關注增強型和結型場效應晶體管（MOSFET/JFET）的結構、工作區劃分（截止區、綫性區、飽和區）及其關鍵參數的提取。 隨後，本書將著重於大信號和小信號建模。我們將推導齣一係列精確的直流（DC）和交流（AC）模型，這些模型是後續所有電路分析和設計的基礎。特彆地，書中會詳細闡述晶體管的非理想效應，如溝道長度調製（Channel Length Modulation）、柵極氧化層泄漏、亞閾值導電（Subthreshold Conduction）等，並展示這些效應如何影響電路的性能和設計決策。 第二部分：偏置電路與基本放大單元 在掌握瞭器件模型之後，下一部分聚焦於為電路提供穩定工作點的偏置技術。我們將探討電流源和電壓源的實現，特彆是高精度、高輸齣阻抗的有源負載電流鏡（Current Mirror）的設計，包括鏡像誤差的分析與抑製。 本部分的核心內容是單級放大器的設計。我們將係統地分析共源（Common Source）、共漏（Common Drain，即源極跟隨器）和共基（Common Base）組態的增益、輸入阻抗、輸齣阻抗和帶寬特性。通過大量的計算實例，讀者將學會如何根據性能指標（如跨導$g_m$、輸齣電阻$r_o$）來選擇閤適的晶體管尺寸（W/L比）。此外，書中還會引入共源共基（Cascode）結構，用以剋服早期MOS晶體管的低輸齣阻抗問題，實現高增益。 第三部分：反饋理論與高性能運算放大器 反饋是模擬電路設計的靈魂。本書將用一章的篇幅係統地介紹反饋理論。內容涵蓋反饋的定義、四種基本拓撲結構（串聯/並聯輸入/輸齣）、增益的計算、輸入/輸齣阻抗的調製，以及穩定性分析。穩定性分析是高級設計中至關重要的一環，書中將詳細講解相位裕度（Phase Margin）和增益裕度（Gain Margin）的概念，並介紹波特圖（Bode Plot）在分析頻率響應和相位特性中的應用。 基於反饋理論，我們進入運算放大器（Op-Amp）設計的核心部分。從最基礎的雙極點（Two-Pole）結構開始，逐步過渡到更復雜的現代架構。書中將深入剖析Miller補償技術，這是確保高增益反饋係統穩定的關鍵手段。此外，我們將設計和分析摺疊式共源共基（Folded Cascode）Op-Amp，這是實現高增益、高擺幅和良好共模抑製比（CMRR）的常用架構。設計流程將涵蓋直流偏置、交流增益、單位增益帶寬（GBW）、轉換速率（Slew Rate）以及輸齣驅動能力的綜閤考量。 第四部分：噪聲、失真與頻率響應 任何實際電路都會受到噪聲和非綫性失真的影響。本書將係統地分析電路中的噪聲來源，包括熱噪聲（電阻和晶體管的散粒噪聲）、閃爍噪聲（$1/f$噪聲）。我們將學習如何計算電路的總等效輸入噪聲電壓和電流，以及噪聲因子（Noise Figure, NF）。設計優化策略將圍繞如何通過調整晶體管尺寸和偏置電流來最小化噪聲。 非綫性失真分析將通過泰勒級數展開法來量化。書中將詳細解釋二階和三階互調失真（HD2, HD3），以及截點（Intercept Point, IP2, IP3）的概念，這些指標對於通信係統中的模擬前端設計至關重要。 頻率響應方麵，我們將使用零點和極點分析來精確預測電路的帶寬和瞬態響應。書中將提供如何通過補償技術（如米勒補償、導納提升）來精確控製主極點和次極點位置的實用方法。 第五部分：先進電路與係統級應用 最後一部分將把讀者帶入更前沿的領域。開關電容（Switched Capacitor, SC）電路作為實現高精度濾波器和數據轉換器的有效手段將被深入探討。我們將分析電荷注入效應、時序誤差對SC網絡性能的影響，並設計基本的SC積分器和低通濾波器。 此外，本書還將介紹數據轉換器（ADC/DAC）的基本架構，如滑動平均（R-2R）DAC、逐次逼近寄存器（SAR）ADC，並探討電流型和電壓型DAC的設計挑戰。 對於麵嚮高頻應用的讀者，本書將提供射頻（RF）電路設計的入門知識，包括S參數（S-Parameters）的解釋、阻抗匹配網絡（L-section, T-section）的設計，以及低噪聲放大器（LNA）的噪聲匹配和增益設計原則。 本書特色： 1. 理論與實踐結閤： 每章均提供詳細的理論推導，並配有麵嚮現代CMOS工藝節點的設計實例。 2. 專注於物理效應： 不僅停留在等效電路層麵，更強調晶體管的物理效應如何製約設計極限。 3. 係統化的設計流程： 引導讀者遵循從規格定義、架構選擇、小信號分析到噪聲和失真優化的完整設計流程。 本書適閤電子工程、微電子學、通信工程等專業的本科高年級學生、研究生以及緻力於模擬IC設計的工程師作為參考教材或專業手冊。

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