模拟集成电路设计

本书借由集成线性稳压器的设计，全面介绍了模拟集成电路的设计方法，包括固态半导体理论、电路设计理论、模拟电路基本单元分析、反馈和偏置电路、频率响应、线性稳压器集成电路设计以及电路保护和特性等。本书从面向设计的角度来阐述模拟集成电路的设计，强调直觉和直观、系统目标、可靠性和设计流程，借助大量的实例，向初学者介绍整个模拟集成电路的设计流程，并引导其熟悉应用，同时本书也适用于有经验的电源集成电路设计工程师，不仅能帮助他们对模拟电路和线性稳压器的理论有更深刻的理解，而且书中所呈现的线性稳压器的技术发展也可以给予他们很多启发，是一本难得的兼具实用性和学术价值的模拟集成电路和集成线性稳压器设计的教科书和参考书。

Gabriel AIfonso Rincon-Mora博士，1994―2003年供职于德州仪器公司，担任一个不错集成电路设计团队的领导。1999年Rinconu-Mora博士受聘为佐治亚理工学院的兼职教授，并在2001年受聘为全职教授，自2011年起，受聘为台湾成功大学的客座教授。他是IEEE和IET的院士，同时也是38项专利的发明人／共同发明人和超过160篇论文的作者／共同作者。Rincon―Mora博士已经写过8本著作，成功设计26余款商用电源芯片，并且获得了多项奖励，包括西班牙裔专业工程师协会(SHPE)颁发的全国西班牙裔技术奖，佛罗里达靠前大学颁发的Charles E．Perry远见奖，加利福尼亚州副州长颁发的表彰证书，IEEE CASS颁发的IEEE服务奖，空军基地颁发的西班牙裔骄傲和遗产奖。2000年，佐治亚理工学院邀请Rincon-Mora博士加入杰出青年工程师校友理事会，同年西班牙商业杂志将其列为“一百个拥有影响力的西班牙裔”之一。目前他主要致力于利用微型电池和环境能量为无线和移动设备供电的集成电路系统的研究。

译者序
原书前言
作者简介
第1章电源系统1
1.1电源管理中的稳压器1
1.2线性稳压器和开关稳压器的对比2
1.2.1响应时间的折中3
1.2.2噪声4
1.2.3功率转换效率4
1.3市场需求5
1.3.1系统5
1.3.2集成6
1.3.3工作寿命6
1.3.4电源净空7
1.4电源8
1.4.1早期电池8
1.4.2锂离子电池9
1.4.3燃料电池9
1.4.4核能电池10
1.4.5能量收集器10
1.5计算机仿真11
1.6总结12
1.7复习题13
第2章线性稳压器14
2.1工作区域14
2.2性能指标15
2.2.1精度15
2.2.2功率转换效率25
2.2.3工作要求27
2.2.4品质因子29
2.3工作环境30
2.3.1负载31
2.3.2稳压点32
2.3.3寄生效应33
2.4分类34
2.4.1输出电流34
2.4.2压差34
2.4.3补偿34
2.4.4类别35
2.5模块级构成36
2.6总结37
2.7复习题38
第3章微电子器件39
3.1电阻39
3.1.1工作原理39
3.1.2寄生元件40
3.1.3版图40
3.1.4绝对精度和相对精度42
3.2电容43
3.2.1工作原理43
3.2.2寄生元件44
3.2.3版图45
3.2.4绝对精度和相对精度45
3.3PN结二极管46
3.3.1工作原理46
3.3.2寄生元件49
3.3.3版图和匹配50
3.3.4小信号模型52
3.4双极型晶体管(BJT)53
3.4.1工作原理53
3.4.2纵向BJT56
3.4.3横向BJT57
3.4.4衬底BJT58
3.4.5小信号模型59
3.5金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)61
3.5.1工作原理61
3.5.2寄生电容66
3.5.3P沟道MOSFET67
3.5.4晶体管变化67
3.5.5版图和匹配69
3.5.6小信号模型71
3.5.7MOS电容73
3.5.8沟道电阻73
3.6结型场效应晶体管(JFET)73
3.6.1工作原理73
3.6.2P沟道JFET75
3.6.3大信号模型75
3.6.4版图和匹配76
3.6.5小信号模型76
3.6.6相对性能78
3.7绝对精度和相对精度78
3.8总结79
3.9复习题80
第4章单晶体管基本单元82
4.1二端口模型82
4.2频率响应83
4.2.1极点84
4.2.2零点85
4.2.3米勒分裂87
4.2.4电容-分流-电阻法88
4.3信号流89
4.3.1输入和输出89
4.3.2极性89
4.3.3单晶体管基本单元90
4.4共发射极/共源极跨导器90
4.4.1大信号工作90
4.4.2小信号模型91
4.4.3频率响应93
4.4.4发射极/源极负反馈95
4.5共基极/共栅极电流缓冲器99
4.5.1大信号工作99
4.5.2小信号模型100
4.5.3频率响应103
4.5.4基极负反馈104
4.6共集电极/共漏极电压跟随器104
4.6.1大信号工作104
4.6.2小信号模型105
4.6.3频率响应108
4.7小信号概括和近似109
4.7.1功能109
4.7.2电阻110
4.7.3频率响应112
4.8总结113
4.9复习题114
第5章模拟电路基本单元115
5.1电流镜115
5.1.1工作原理115
5.1.2小信号模型118
5.1.3带基极电流校正的电流镜119
5.1.4电压校正共源共栅/共射共基(Cascode)电流镜120
5.1.5低电压Cascode电流镜121
5.2差动对123
5.2.1大信号工作124
5.2.2差分信号125
5.2.3共模信号127
5.2.4发射极/源极负反馈128
5.2.5CMOS差动对129
5.3基极/栅极耦合对130
5.3.1大信号工作130
5.3.2小信号响应132
5.3.3输入参考失调和噪声134
5.4差动级136
5.4.1大信号工作137
5.4.2差分信号138
5.4.3共模信号140
5.4.4输入参考失调和噪声143
5.4.5电源抑制145
5.4.6折叠式Cascode147
5.5总结151
5.6复习题152
第6章负反馈154
6.1反馈环路154
6.1.1环路构成154
6.1.2调整155
6.1.3输出转化156
6.2反馈效应156
6.2.1灵敏度156
6.2.2阻抗157
6.2.3频率响应160
6.2.4噪声162
6.2.5线性度163
6.3负反馈结构166
6.3.1跨导放大器166
6.3.2电压放大器167
6.3.3电流放大器168
6.3.4跨阻放大器169
6.4分析170
6.4.1分析过程170
6.4.2叠加器173
6.4.3采样器174
6.4.4跨导放大器175
6.4.5电压放大器179
6.4.6电流放大器183
6.4.7跨阻放大器188
6.5稳定性193
6.5.1频率响应193
6.5.2补偿195
6.5.3反相零点200
6.5.4嵌入式环路202
6.6设计202
6.6.1设计概念202
6.6.2系统结构设计203
6.6.3频率补偿204
6.7总结204
6.8复习题205
第7章偏置电流和基准电路207
7.1电压基元207
7.2PTAT电流208
7.2.1交叉耦合四管单元209
7.2.2锁存单元210
7.3CTAT电流213
7.3.1电流采样BJT214
7.3.2电压采样二极管214
7.4温度补偿215
7.4.1带误差补偿的BJT电流基准源216
7.4.2基于二极管的电流基准源217
7.4.3带误差补偿的基于二极管的电流基准源218
7.5启动电路218
7.5.1连续导通启动电路219
7.5.2按需导通启动电路220
7.6频率补偿222
7.7电源噪声抑制223
7.8带隙电流基准源224
7.8.1基于BJT的带隙电流基准源224
7.8.2基于二极管的带隙电流基准源225
7.9带隙电压基准源226
7.9.1电流-电压转换226
7.9.2输出电压调整227
7.10精度230
7.11总结231
7.12复习题232
第8章小信号响应234
8.1小信号等效电路234
8.2无补偿时的响应236
8.2.1相关电容和电阻236
8.2.2环路增益236
8.3频率补偿239
8.3.1输出端补偿240
8.3.2内部补偿242
8.4电源抑制245
8.4.1分压器模型246
8.4.2馈通噪声247
8.4.3米勒电容253
8.4.4分析255
8.4.5结论261
8.5补偿策略对比261
8.6总结262
8.7复习题264
第9章集成电路设计265
9.1设计流程265
9.2功率晶体管266
9.2.1备选方案266
9.2.2版图269
9.3缓冲器276
9.3.1驱动N型功率晶体管276
9.3.2驱动P型功率晶体管278
9.3.3版图290
9.4误差放大器290
9.4.1净空291
9.4.2电源抑制294
9.4.3输入参考失调296
9.4.4版图299
9.5总结307
9.6复习题309
第10章线性稳压器310
10.1低压差稳压器310
10.1.1输出端补偿的PMOS稳压器310
10.1.2米勒补偿的PMOS稳压器314
10.2宽带稳压器318
10.2.1内部补偿的NMOS稳压器319
10.3自参考稳压器322
10.3.1零阶温度无关性322
10.3.2温度补偿323
10.4性能增强330
10.4.1功率晶体管330
10.4.2缓冲器333
10.4.3环路增益335
10.4.4负载调整率336
10.4.5负载突变响应339
10.4.6电源抑制340
10.5电流调整343
10.5.1电流源343
10.5.2电流镜344
10.6总结347
10.7复习题347
第11章保护与特性349
11.1保护349
11.1.1过电流保护349
11.1.2热关断353
11.1.3反向电池保护355
11.1.4静电放电保护356
11.2特性358
11.2.1模拟负载359
11.2.2调整性能360
11.2.3功率性能366
11.2.4工作要求368
11.2.5启动370
11.3总结371
11.4复习题371