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第1章 模拟电路设计绪论1

1.1 模拟电路的重要性1

1.1.1 信号的检测与处理1

1.1.2 数字信号传输中的模拟设计2

1.1.3 需求旺盛的模拟设计3

1.1.4 模拟设计的挑战4

1.2 研究模拟集成电路的重要性4

1.3 研究CMOS模拟集成电路的重要性5

1.4 本书的特点5

1.5 电路设计的抽象级别6

第2章 MOS器件物理基础7

2.1 基本概念7

2.1.1 MOSFET开关7

2.1.2 MOSFET的结构8

2.1.3 MOS符号10

2.2 MOS的I-V特性10

2.2.1 阈值电压10

2.2.2 I-V特性的推导12

2.2.3 MOSFET的跨导17

2.3 二级效应19

2.4 MOS器件模型24

2.4.1 MOS器件版图24

2.4.2 MOS器件电容25

2.4.3 MOS小信号模型29

2.4.4 MOS SPICE模型32

2.4.5 NMOS与PMOS器件的比较33

2.4.6 长沟道器件与短沟道器件的比较33

2.5 附录A：鳍式场效应晶体管（FinFET）34

2.6 附录B：用作电容器的MOS器件的特性35

参考文献35

习题35

第3章 单级放大器42

3.1 应用42

3.2 概述42

3.3 共源级44

3.3.1 采用电阻作负载的共源级44

3.3.2 采用二极管连接型器件作负载的共源级49

3.3.3 采用电流源作负载的共源级53

3.3.4 有源负载的共源级55

3.3.5 工作在线性区的MOS为负载的共源级56

3.3.6 带源极负反馈的共源级57

3.4 源跟随器63

3.5 共栅级69

3.6 共源共栅级75

3.6.1 折叠式共源共栅81

3.7 器件模型的选择84

习题84

第4章 差动放大器91

4.1 单端与差动的工作方式91

4.2 基本差动对93

4.2.1 定性分析94

4.2.2 定量分析97

4.2.3 带源极负反馈的差动对106

4.3 共模响应107

4.4 MOS为负载的差动对112

4.5 吉尔伯特单元115

参考文献117

习题117

第5章 电流镜与偏置技术122

5.1 基本电流镜122

5.2 共源共栅电流镜126

5.3 有源电流镜133

5.3.1 大信号分析135

5.3.2 小信号分析138

5.3.3 共模特性141

5.3.4 五管OTA的其它特性144

5.4 偏置技术145

5.4.1 共源级的偏置145

5.4.2 共栅级的偏置149

5.4.3 源跟随器的偏置150

5.4.4 差动对的偏置151

习题151

第6章 放大器的频率特性157

6.1 概述157

6.1.1 密勒效应158

6.1.2 极点与结点的关联162

6.2 共源级164

6.3 源跟随器170

6.4 共栅级175

6.5 共源共栅级177

6.6 差动对179

6.6.1 无源负载的差动对179

6.6.2 有源负载的差动对181

6.7 增益-带宽的折中183

6.7.1 单极点电路184

6.7.2 多极点电路184

6.8 附录A：额外的元定理185

6.9 附录B：零值时间常数方法188

6.10 附录C：密勒定理的对偶191

参考文献192

习题193

第7章 噪声197

7.1 噪声的统计特性197

7.1.1 噪声谱199

7.1.2 幅值分布202

7.1.3 相关噪声源和非相关噪声源203

7.1.4 信噪比203

7.1.5 噪声分析步骤204

7.2 噪声类型205

7.2.1 热噪声205

7.2.2 闪烁噪声210

7.3 电路中的噪声表示212

7.4 单级放大器中的噪声218

7.4.1 共源级220

7.4.2 共栅级224

7.4.3 源跟随器226

7.4.4 共源共栅级227

7.5 电流镜中的噪声228

7.6 差动对中的噪声229

7.7 噪声与功率的折中235

7.8 噪声带宽236

7.9 输入噪声积分的问题237

7.10 附录A：噪声相关的问题237

参考文献239

习题239

第8章 反馈245

8.1 概述245

8.1.1 反馈电路的特性246

8.1.2 放大器的种类252

8.1.3 检测和返回机制254

8.2 反馈结构256

8.2.1 电压-电压反馈256

8.2.2 电流-电压反馈260

8.2.3 电压-电流反馈262

8.2.4 电流-电流反馈265

8.3 反馈对噪声的影响266

8.4 反馈分析的困难267

8.5 加载效应270

8.5.1 二端口网络模型270

8.5.2 电压-电压反馈中的加载271

8.5.3 电流-电压反馈中的加载275

8.5.4 电压-电流反馈中的加载277

8.5.5 电流-电流反馈中的加载279

8.5.6 加载效应小结281

8.6 反馈电路中的波特分析方法281

8.6.1 观察结果282

8.6.2 系数的解释283

8.6.3 波特分析286

8.6.4 布莱克曼阻抗定理290

8.7 麦德布鲁克方法295

8.8 环路增益计算问题296

8.8.1 预备概念296

8.8.2 关于返回比的困难299

8.9 波特方法的另一种解释300

参考文献303

习题303

第9章 运算放大器308

9.1 概述308

9.1.1 性能参数308

9.2 一级运放312

9.2.1 基本结构312

9.2.2 设计步骤316

9.2.3 线性缩放317

9.2.4 折叠式共源共栅运放318

9.2.5 折叠式共源共栅运放的特性321

9.2.6 设计步骤321

9.3 两级运放323

9.3.1 设计步骤325

9.4 增益的提高326

9.4.1 基本思想326

9.4.2 电路的实现330

9.4.3 频率响应332

9.5 性能比较335

9.6 输出摆幅计算335

9.7 共模反馈336

9.7.1 基本概念336

9.7.2 共模检测技术338

9.7.3 共模反馈技术340

9.7.4 两级运放中的共模反馈346

9.8 输入范围限制348

9.9 转换速率349

9.10 高转换速率的运算放大器355

9.10.1 一级运放355

9.10.2 两级运放358

9.11 电源抑制358

9.12 运放的噪声360

参考文献363

习题364

第10章 稳定性与频率补偿368

10.1 概述368

10.2 多极点系统371

10.3 相位裕度373

10.4 频率补偿基础376

10.5 两级运放的补偿381

10.6 两级运放中的转换386

10.7 其它补偿技术389

10.8 奈奎斯特稳定性判据392

10.8.1 研究背景392

10.8.2 基本概念393

10.8.3 极坐标图的构造方法394

10.8.4 柯西定理399

10.8.5 奈奎斯特方法399

10.8.6 极点位于原点的系统402

10.8.7 相位多次穿越180°的系统405

参考文献406

习题407

第11章 纳米设计分析411

11.1 晶体管的设计考虑411

11.2 深亚微米效应412

11.3 跨导的缩放414

11.4 晶体管设计417

11.4.1 给定ID和V DS.min情况下的设计418

11.4.2 给定gm和ID情况下的设计421

11.4.3 给定gm和V DS.min情况下的设计422

11.4.4 给定gm情况下的设计423

11.4.5 沟道长度的选择423

11.5 运算放大器设计实例423

11.5.1 套筒式运放424

11.5.2 两级运放437

11.6 高速放大器444

11.6.1 概述445

11.6.2 运放设计449

11.6.3 闭环小信号性能449

11.6.4 运放按比例缩小451

11.6.5 大信号特性452

11.7 本章小结456

习题456

第12章 带隙基准458

12.1 概述458

12.2 与电源无关的偏置458

12.3 与温度无关的基准461

12.3.1 负温度系数电压462

12.3.2 正温度系数电压462

12.3.3 带隙基准463

12.4 PTAT电流的产生469

12.5 恒定Gm偏置470

12.6 速度与噪声问题471

12.7 低压带隙基准474

12.8 实例分析477

参考文献480

习题480

第13章 开关电容电路导论483

13.1 概述483

13.2 采样开关487

13.2.1 MOSFET开关487

13.2.2 速度问题491

13.2.3 精度问题493

13.2.4 电荷注入抵消495

13.3 开关电容放大器497

13.3.1 单位增益采样器／缓冲器497

13.3.2 同相放大器503

13.3.3 精确乘2电路507

13.4 开关电容积分器508

13.5 开关电容共模反馈510

参考文献511

习题512

第14章 非线性与不匹配515

14.1 非线性515

14.1.1 概述515

14.1.2 差动电路的非线性517

14.1.3 负反馈对非线性的影响519

14.1.4 电容器的非线性521

14.1.5 采样电路中的非线性522

14.1.6 线性化技术523

14.2 失配527

14.2.1 失配的影响530

14.2.2 失调消除技术533

14.2.3 用失调消除来降低噪声537

14.2.4 CMRR的另一种定义539

参考文献539

习题540

第15章 振荡器542

15.1 概述542

15.2 环形振荡器543

15.3 LC振荡器551

15.3.1 基本概念551

15.3.2 交叉耦合振荡器553

15.3.3 科尔皮兹振荡器555

15.3.4 单端口振荡器558

15.4 压控振荡器561

15.4.1 环形振荡器的调节563

15.4.2 LC振荡器的调节571

15.5 VCO的数学模型574

参考文献577

习题578

第16章 锁相环580

16.1 简单的锁相环580

16.1.1 鉴相器580

16.1.2 基本的PLL结构582

16.1.3 简单锁相环的动态特性588

16.2 电荷泵锁相环593

16.2.1 锁定捕获的问题593

16.2.2 鉴相／鉴频器594

16.2.3 电荷泵597

16.2.4 基本的电荷泵锁相环598

16.3 锁相环中的非理想效应603

16.3.1 PFD／CP的非理想性603

16.3.2 锁相环中的抖动现象607

16.4 延迟锁相环609

16.5 应用611

16.5.1 频率的倍增与合成611

16.5.2 偏移的减小613

16.5.3 抖动的减小614

参考文献614

习题615

第17章 短沟道效应与器件模型616

17.1 按比例缩小理论616

17.2 短沟道效应619

17.2.1 阈值电压的变化619

17.2.2 垂直电场引起的迁移率退化621

17.2.3 速度饱和622

17.2.4 热载流子效应623

17.2.5 漏-源电压引起的输出阻抗的变化624

17.3 MOS器件模型625

17.3.1 Level 1模型625

17.3.2 Level 2模型626

17.3.3 Level 3模型627

17.3.4 BSIM系列模型628

17.3.5 其它模型629

17.3.6 电荷与电容的建模630

17.3.7 温度特性630

17.4 工艺角631

参考文献631

习题632

第18章 CMOS工艺技术634

18.1 概述634

18.2 晶圆工艺635

18.3 光刻635

18.4 氧化637

18.5 离子注入637

18.6 淀积与刻蚀639

18.7 器件制造639

18.7.1 有源器件640

18.7.2 无源器件643

18.7.3 互连648

18.8 闩锁效应650

参考文献651

习题651

第19章 版图与封装653

19.1 版图概述653

19.1.1 设计规则654

19.1.2 天线效应655

19.2 模拟电路的版图技术656

19.2.1 叉指晶体管656

19.2.2 对称性658

19.2.3 浅槽隔离问题662

19.2.4 阱邻近效应662

19.2.5 参考源的分布663

19.2.6 无源器件664

19.2.7 互连线670

19.2.8 焊盘与静电放电保护674

19.3 衬底耦合676

19.4 封装680

参考文献686

习题687

索引689