深入浅出学习CMOS模拟集成电路

本书从CMOS集成电路中精炼出101个知识点和典型电路，深入浅出地讲解了模拟集成电路的原理、设计方法和仿真方法，并采用北京华大九天软件有限公司的Aether全流程EDA平台完成了所有电路的仿真。为引导读者思考电路的工作原理，以及引导读者思考为了改善电路性能指标而如何改变电路的某些参数，本书在每个仿真电路后设置了若干个思考题。为方便读者自行仿真并验证这些问题，本书还提供了仿真电路图、关键仿真命令、仿真波形。仿真命令与常见的Spice仿真工具接近兼容，也便于读者使用非华大九天软件进行仿真。

前言
第1章MOS器件物理1
1.1MOS管的I／V特性1
1.2MOS管的跨导4
1.3源极跟随器中的衬底偏置效益6
1.4沟长调制效应与小信号输出电阻9
1.5沟长与沟长调制效应10
1.6MOS器件电容12
1.7工艺角14
1.8跨导效率17
1.9MOS管的特征频率19
1.10MOS管的本征增益21
1.11传输门23
1.12MOS管的并联与串联25
第2章单管放大器29
2.1电阻负载共源极放大器29
2.2电流源负载共源极放大器34
2.3二极管连接MOS管负载的共源极放大器36
2.4共源极放大器的线性度39
2.5带源极负反馈的共源极放大器42
2.6源极负反馈共源极放大器的跨导44
2.7电阻负载共源极放大器的PSRR47
2.8电流源负载共源极放大器的PSRR51
2.9源极跟随器的输入输出特性53
2.10源极跟随器的增益55
2.11源极跟随器的电平转移功能57
2.12用作缓冲器的源极跟随器59
2.13共栅极放大器的输入输出特性62
2.14共源共栅放大器的大信号特性65
2.15共源共栅极的输出电阻67
2.16共源共栅放大器的增益69
2.17共源共栅放大器的输出电压摆幅71
2.18套筒式和折叠式共源共栅放大器的差异73
2.19共源共栅放大器的PSRR76
2.20基于跨导效率的放大器设计方法79
2.21反相器作为放大器81
2.22理想电流源负载的源极负反馈放大器84
第3章差分放大器86
3.1电阻负载全差分放大器的共模输入范围86
3.2差分放大器的差模大信号特性88
3.3全平衡差分放大器的差模增益90
3.4全平衡差分放大器的共模响应93
3.5基本差分对电阻失配时的共模响应96
3.6差分放大器的CMRR98
3.7全差分放大器的PSRR101
3.8全差分放大器的输出共模电平104
3.9交叉互连负载的差分放大器107
第4章电流源和电流镜111
4.1基本电流镜111
4.2共源共栅电流源113
4.3共源共栅电流源的输出电压余度116
4.4一种低压共源共栅电流源119
4.5一种改进的低压共源共栅电流源121
4.6有源电流镜负载差分放大器差动特性123
4.7有源电流镜负载差分放大器的共模输入范围127
4.8有源电流镜负载差分放大器的CMRR129
4.9有源电流镜负载差分放大器的PSRR131
4.10差分放大器的压摆率134
第5章放大器的频率特性137
5.1共源极放大器的频率响应137
5.2源极跟随器阶跃响应的减幅振荡142
5.3共源共栅极中的密勒效应145
5.4共源共栅放大器的频率响应147
5.5全差分放大器差模增益的频率特性149
5.6全差分放大器共模增益的频率特性152
5.7采用电容中和技术消除密勒效应154
5.8有源电流镜负载差分放大器的零极点分布157
5.9放大器的增益带宽积160
5.10考虑频率特性的放大器宏模型163
5.11反馈系统的增益带宽积168
第6章二级放大器172
6.1二级放大器的增益带宽积172
6.2全差分二级放大器的频率响应174
6.3全差分二级放大器中的零点178
6.4典型的二级放大器181
6.5二级放大器的共模输入范围185
6.6二级放大器的输出电压范围187
6.7二级放大器的增益及单位增益带宽189
6.8二级放大器的共模抑制比191
6.9二级放大器的PSRR193
6.10二级放大器转换速率SR和建立时间的仿真197
6.11放大器的功耗仿真199
6.12谐波总失真表示的非线性失真199
6.13运算放大器的失调电压202
6.14反馈系统的开环、闭环和环路增益204
第7章基准电压源和电流源208
7.1基于阈值电压的偏置电流源208
7.2基于阈值电压的自偏置电流源210
7.3简易自偏置电流源212
7.4自偏置电流源的启动问题214
7.5基于VBE的自偏置电流源217
7.6恒定跨导的偏置电路219
7.7PN结的温度特性221
7.8ΔVBE的温度特性223
7.9带隙基准源电路构成224
7.10Widlar电流源228
7.11Wilson电流镜229
7.12Yongda电流源231
7.13另外一种带启动电路的自偏置电流源233
第8章带隙基准源设计举例237
8.1带隙基准源设计实例237
8.2带隙基准源软启动电路设计实例243
8.3带隙基准源在工艺角下的电源调整率246
8.4带隙基准源在温度变化时的电源调整率250
8.5带隙基准源的静态电流251
8.6带隙基准源的温度特性253
8.7带隙基准源输出偏置电流的温度特性254
8.8带隙基准源交流特性仿真256
8.9带隙基准源的电源抑制比259
8.10带隙基准源的启动时间261
8.11带隙基准源的快速启动电路262
附录华大九天Aether平台简约操作指南266
A.1华大九天数模混合设计解决方案简介266
A.2EDA平台安装266
A.3电路图设计（Aether）平台操作268
A.4仿真界面介绍271
A.5AetherMDE波形查看方法277
A.6Aether版图设计环境Argus介绍278
参考文献279

目前， 在模拟集成电路设计的教学中， 国内高校使用的教材以国外引进为主。最常用的是美国Ｒａｚａｖｉ 教授的《Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎａｌｏｇ ＣＭＯＳ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ》、Ｐｈｉｌｌｉｐ Ｅ.. Ａｌｌｅｎ 教授的《ＣＭＯＳ Ａｎａｌｏｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ》、Ｐａｕｌ Ｒ.. Ｇｒａｙ 教授的《Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎａｌｏｇ ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ》或者其中文翻译版。这些教材系统性地介绍了模拟集成电路中的基本概念和相关知识， 是全球公认的模拟集成电路领域最经典的三本教材。    国内也出现了不少模拟集成电路方面的参考书和教材， 也有指导学生开展集成电路实践教学的参考书， 但这类书更多的是纯粹介绍ＥＤＡ 工具。既能有效结合基础的理论教学， 又能高效指导电路仿真的教材还很少见。本书从ＣＭＯＳ 集成电路中精炼出１０１ 个知识点和典型电路， 深入浅出地讲解了这些电路的原理、设计方法和仿真方法， 并采用北京华大九天软件有限公司的Ａｅｔｈｅｒ 全流程ＥＤＡ 平台完成了所有电路的仿真。为了便于学生学习时将原理图与仿真图进行对照， 原理图中的ＭＯＳ 管器件符号保留了仿真图中的画法。为引导读者思考电路的工作原理， 以及引导读者思考为了改善电路性能指标而如何改变电路的某些参数， 本书在每个仿真电路后设置了若干个思考题。为方便读者自行仿真并验证这些问题， 本书还提供了仿真电路图、关键仿真命令、仿真波形。特别地， 本书引导读者修改电路中的部分参数， 观看仿真结果的变化， 并和之前的仿真结果进行比较， 更加有利于初学者掌握电路的基本原理。这对于无法完全用理论公式推导来指导设计的模拟集成电路而言， 显得尤其有意义。    全书共８ 章， 基本涵盖了国内普通高校模拟集成电路课程教学大纲的要求。第１ 章讲述ＭＯＳ 器件物理； 第２ 章讲述单管放大器； 第３ 章讲述差分放大器； 第４ 章讲述电流源和电流镜； 第５ 章讲述放大器的频率特性； 第６ 章讲述二级放大器； 第７ 章讲述基准电压源和电流源； 第８ 章讲述一个实际的带隙基准源电路的设计和仿真。本书可作为前述经典教材的补充阅读材料和参考书， 也可直接作为大学本科教材。    本书由华中科技大学光学与电子信息学院微电子工程系、华中科技大学武汉（国际）微电子学院超大规模集成电路与系统研究中心的邹志革副教授编著。华中科技大学武汉（国际） 微电子学院执行院长邹雪城教授对本书的编写给予了非常多的关心和帮助， 在全书思路、内容安排上都给出了诸多有益建议。硕士生徐文韬、古真、吴文海等人参与了书中案例的仿真和全书的核校工作。全书采用了北京华大九天软件有限公司的Ａｅｔｈｅｒ 全流程ＥＤＡ平台， 感谢总经理刘伟平先生、副总经理杨晓东先生及公司技术团队对本书的支持。在此对他们一并表示衷心的感谢！    当然， 模拟集成电路博大精深， 而且还在不断发展， 新技术、新方法、新问题层出不穷， 加之作者水平有限， 书中难免出现不妥或者错误， 真诚希望广大读者能批评指正， 在此表示衷心感谢！    邹志革于喻家山下