本书是作者结合多年的集成电路科研实践以及“模拟集成电路设计”等课程的教学经验，并参考国内外同类教材的基础上，精心编著而成的。本书基于现代CMOS工艺，从电路元器件出发，详细分析了各种典型模拟CMOS集成电路的工作原理和设计方法，并引入大量的工程设计实例，对模拟集成电路的研究和设计具有较高的学术和工程实用价值。本书还具有通俗易懂、便于自学的特点。全书共分10章，其中前8章介绍CMOS元器件以及经典模拟集成电路模块的基础知识和设计方法，后2章介绍它们的具体应用，包括时钟信号产生电路和数据转换电路。本书可供微电子与集成电路（或集成电路科学与工程）专业的本科生以及研究生作为教材使用（理论教学大约需要60学时），也可供模拟集成电路设计工程师参考。本书的读者应具备“电路分析基础”以及“信号与系统”等方面的专业基础知识，如果读者还具备“半导体物理和器件”以及“集成电路制造工艺”等方面的专业知识，则更容易理解本书的内容。
魏廷存，博士，教授。1994年10月~1999年03月：（日本）东北大学（Tohoku University），工学部，电气通信工程专业，博士研究生，获工学博士学位；1999年04月~2000年03月：（日本）东北电力株式会社，研究开发中心，特别研究员；2000年04月~2003年09月：（日本）凸版印刷株式会社，技术设计中心，高级系统工程师；2003年10月~2019年03月： 西北工业大学，计算机学院，教授，博士生导师；2019年03月~今： 西北工业大学，微电子学院，教授，博士生导师。参加的学术组织及任职：IEEE会员，计算机学会会员。个人荣誉：西安市"5211计划”市级引进人才计划。所承担过的重点科研或教研项目及在项目中所承担的工作：①基于数字校正的AM-OLED驱动芯片研发与产业化， 2011年陕西省科技统筹创新工程计划项目；②基于δ算子的高频数字DC-DC变换器控制律研究，2013年度国家自然科学基金面上项目。出版著作情况：《模拟CMOS集成电路设计》，清华大学出版社，2010年3月。
目录
第1章 绪论 1
1.1 集成电路的发展历史及趋势 1
1.2 模拟集成电路的功能及应用领域 3
1.2.1 电源管理电路 3
1.2.2 驱动电路 4
1.2.3 模拟-数字接口电路 4
1.2.4 时钟信号产生电路 5
1.2.5 射频集成电路 6
1.2.6 有源滤波器 6
1.2.7 电子成像及传感器电路 7
1.2.8 半导体存储器电路 7
1.3 模拟集成电路与数字集成电路的区别 8
1.4 模拟集成电路的设计流程 9
1.5 HSpice仿真简介 11
本章小结 13
第2章 元器件及其模型 14
2.1 pn结与二极管 14
2.1.1 pn结的形成 15
2.1.2 pn结的特性 16
2.1.3 二极管 19
2.2 双极型晶体管 22
2.2.1 结构及工艺实现 22
2.2.2 基本工作原理 23
2.2.3 大信号模型 26
2.2.4 小信号模型 28
2.3 CMOS器件 32
2.3.1 物理结构 32
2.3.2 电路符号 34
2.3.3 版图设计 34
2.3.4 工作原理 35
2.3.5 大信号模型 37
2.3.6 二级效应 43
2.3.7 小信号模型 46
2.3.8 寄生电容 48
2.3.9 闩锁效应 52
2.3.10 传输门电路 54
2.3.11 短沟道效应 56
2.4 电阻 56
2.4.1 方块电阻 56
2.4.2 多晶硅电阻 57
2.4.3 n阱电阻 59
2.4.4 扩散电阻 59
2.4.5 金属电阻 60
2.4.6 电阻模型 60
2.5 电容 60
2.5.1 平板电容的结构 60
2.5.2 传统电容 61
2.5.3 CMOS电容 62
2.5.4 金属-金属电容 64
2.5.5 电容模型 64
2.6 混合电压CMOS工艺 65
本章小结 66
附录A：CMOS工艺技术简介 66
附录B：CMOS传输门的导通电阻仿真 68
参考文献 69
习题 70
第3章 单级放大器 74
3.1 电流镜 74
3.1.1 电流镜的结构 75
3.1.2 电流镜的误差 76
3.1.3 电流镜的小信号等效电路 78
3.2 共源放大器 79
3.2.1 电阻负载共源放大器 79
3.2.2 二极管负载共源放大器 84
3.2.3 电流镜负载共源放大器 87
3.2.4 推挽放大器 91
3.3 源极跟随器 92
3.4 共栅放大器 95
3.5 共源共栅电流镜 97
3.5.1 普通共源共栅电流镜 98
3.5.2 宽摆幅共源共栅电流镜 99
3.5.3 共源共栅电流镜的输出电阻 100
3.6 共源共栅放大器 101
3.6.1 套筒式共源共栅放大器 101
3.6.2 折叠式共源共栅放大器 104
3.7 放大器的频率特性 107
3.7.1 共源放大器 108
3.7.2 源极跟随器 111
3.7.3 共源共栅放大器 113
本章小结 114
参考文献 115
习题 115
第4章 运算放大器 121
4.1 差动放大器 121
4.1.1 电阻负载差动放大器 121
4.1.2 有源负载差动放大器 126
4.1.3 单端输出差动放大器 129
4.1.4 差动放大器的频率特性 132
4.2 运算放大器的基本结构 133
4.2.1 概述 133
4.2.2 普通两级运算放大器 134
4.3 稳定性与相位补偿 137
4.3.1 闭环工作时的稳定性 137
4.3.2 相位补偿方法 140
4.4 运算放大器的性能分析 150
4.4.1 直流或低频特性 150
4.4.2 高频特性 154
4.4.3 瞬态特性 155
4.4.4 增益线性度 159
4.5 运算放大器的性能仿真 159
4.5.1 DC特性仿真 159
4.5.2 AC特性仿真 162
4.5.3 瞬态特性仿真 166
4.6 两级运算放大器设计实例 167
本章小结 172
参考文献 172
习题 173
第5章 高性能运算放大器 177
5.1 套筒式共源共栅运算放大器 177
5.2 折叠式共源共栅运算放大器 181
5.3 高增益运算放大器 185
5.4 轨对轨运算放大器 188
5.5 差动输入-差动输出运算放大器 192
5.6 微功耗运算放大器 198
5.7 输出级电路 199
5.7.1 输出级电路的类型 199
5.7.2 源极跟随器输出级 200
5.7.3 甲乙类共源输出级 202
5.7.4 低功耗输出级 206
5.7.5 运算放大器的输出电阻分析和仿真 207
本章小结 209
参考文献 209
习题 210
第6章 比较器 213
6.1 比较器的电路符号与理想特性 213
6.2 比较器的性能参数 214
6.2.1 精度 214
6.2.2 输入失调电压 214
6.2.3 传输时延 215
6.2.4 比较器的其他性能参数 215
6.3 比较器的结构与电路实例 216
6.3.1 开环运算放大器构成的比较器 216
6.3.2 预放大器+锁存器结构 218
6.3.3 反相器型比较器 219
6.4 比较器的失调电压校正技术 221
6.4.1 输入失调存储技术 222
6.4.2 输出失调存储技术 223
6.4.3 改进的输出失调存储技术 224
6.5 迟滞比较器 227
6.5.1 外部正反馈迟滞比较器 228
6.5.2 内部正反馈迟滞比较器 230
本章小结 236
参考文献 236
习题 236
第7章 基准电压与电流 239
7.1 MOS管型基准源 239
7.1.1 MOS管型分压电路 239
7.1.2 自偏置MOS管型基准源 241
7.2 二极管型基准源 246
7.2.1 与CMOS工艺兼容的双极型晶体管和等效二极管 246
7.2.2 具有负温度系数的基准源 248
7.2.3 具有正温度系数的基准源 249
7.2.4 带隙基准电压 250
7.2.5 高精度基准电流源 254
7.3 基准电压调节电路 255
7.3.1 同相输入比例放大器 256
7.3.2 电荷泵电路 256
7.3.3 线性稳压电源 258
7.3.4 开关稳压电源 259
本章小结 260
参考文献 261
习题 261
第8章 电路噪声 265
8.1 电路噪声的性质与表征 265
8.2 电路的信噪比 267
8.3 电路元器件的噪声及其电学模型 267
8.3.1 电阻 267
8.3.2 CMOS管 268
8.3.3 CMOS开关 271
8.4 电路噪声性能分析 273
8.4.1 共源放大器 273
8.4.2 共栅放大器 274
8.4.3 源极跟随器 275
8.4.4 共源共栅放大器 276
8.4.5 差动放大器 278
8.4.6 运算放大器 279
8.4.7 电流镜电路 281
8.5 低噪声折叠式共源共栅放大器的设计实例 281
本章小结 283
参考文献 284
习题 284
第9章 时钟信号产生电路 287
9.1 电容充放电振荡器 287
9.1.1 反相器环型振荡器 287
9.1.2 RC振荡器 289
9.1.3 窗口比较式振荡器 291
9.2 锁相环 293
9.2.1 锁相环的基本结构和工作原理 293
9.2.2 锁相环的小信号电路模型 297
9.2.3 锁相环的跟踪与捕获 300
9.2.4 锁相环的性能参数 301
9.2.5 锁相环的应用 302
9.3 延迟锁相环 304
9.3.1 模拟延迟锁相环 304
9.3.2 数字延迟锁相环 306
本章小结 311
参考文献 311
习题 311
第10章 数据转换电路 314
10.1 模数转换器的性能参数 314
10.1.1 ADC的分辨率和量化误差 315
10.1.2 ADC的静态误差 316
10.1.3 ADC的动态误差 319
10.2 典型的ADC电路 321
10.2.1 并行式ADC 322
10.2.2 两步式ADC 322
10.2.3 流水线ADC 323
10.2.4 逐次逼近ADC 333
10.2.5 积分型ADC 340
10.2.6 威尔金森ADC 341
10.2.7 过采样ADC 342
10.3 ADC的性能仿真与测试 352
10.3.1 静态性能的仿真与测试 353
10.3.2 动态性能的仿真与测试 353
10.4 数模转换器的基本性能 355
10.4.1 DAC的静态误差 356
10.4.2 DAC的动态误差 358
10.5 典型的数模转换器电路 359
10.5.1 梯形电阻网络DAC 359
10.5.2 二进制加权电阻网络DAC 360
10.5.3 R-2R梯形电阻网络DAC 361
10.5.4 电流舵DAC 362
10.5.5 电容型DAC 363
本章小结 364
参考文献 364
习题 365
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