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高等模擬集成電路

  • 資源大小：12493 K
  • 上傳時間： 2013-11-13
  • 上傳用戶：aztec
  • 資源積分：2 下載積分
  • 標      簽： 模擬集成電路

資 源 簡 介

近年來，隨著集成電路工藝技術的進步，電子系統的構成發生了兩個重要的變化： 一個是數字信號處理和數字電路成為系統的核心，一個是整個電子系統可以集成在一個芯片上（稱為片上系統)。這些變化改變了模擬電路在電子系統中的作用，并且影響著模擬集成電路的發展。 數字電路不僅具有遠遠超過模擬電路的集成規模，而且具有可編程、靈活、易于附加功能、設計周期短、對噪聲和制造工藝誤差的抗擾性強等優點，因而大多數復雜系統以數字信號處理和數字電路為核心已成為必然的趨勢。雖然如此，模擬電路仍然是電子系統中非常重要的組成部分。這是因為我們接觸到的外部世界的物理量主要都是模擬量，比如圖像、聲音、壓力、溫度、濕度、重量等，要將它們變換為數字信號，需要模擬信號處理和數據轉換電路，如果這些電路性能不夠高，將會影響整個系統的性能。其次，系統中的許多功能不可能或很難用數字電路完成，如微弱信號放大，很高頻率和寬頻帶信號的實時處理等。因此，雖然模擬電路在系統中不再是核心，但作為固有的模擬世界與數字系統的接口，其地位和作用仍然十分重要。 片上系統要求將數字電路和模擬電路集成在一個芯片上，這希望模擬電路使用與數字電路相同的制造工藝。隨著MOS器件的線寬不斷減小，使MOS器件的性能不斷提高，MOS數字電路成為數字集成電路的主流，并因此促進了MOS模擬集成電路的迅速發展。為了適應電子系統功能的不斷擴展和性能的不斷提高，對模擬電路在降低電源電壓、提高工作頻率、擴大線性工作范圍和提高性能指標的精度和穩定度等方面提出更高要求，促進了新電路技術的發展。 作為研究生課程的教材，本書內容是在本科相關課程基礎上的深化和擴展，同時涉及實際設計中需要考慮的一些問題，重點介紹具有高工作頻率、低電源電壓和高工作穩定性的新電路技術和在電子系統中占有重要地位的功能電路及其中的新技術。全書共7章，大致可分為三個部分。第一部分包括第1章和第7章。第1章為MOS模擬集成電路基礎，比較全面地介紹MOS器件的工作原理和特性以及由MOS器件構成的基本單元電路，為學習本教材其他內容提供必要的知識。由于版圖設計與工藝參數對模擬集成電路性能的影響很大，因此第7章簡單介紹制造MOS模擬集成電路的CMOS工藝過程和版圖設計技術，讀者可以通過對該章所介紹的相關背景知識的了解，更深入地理解MOS器件和電路的特性，有助于更好地完成模擬集成電路的可實現性設計。第二部分為新電路技術，由第2章、第3章和第5章的部分組成，包括近年來逐步獲得廣泛應用的電流模電路、抽樣數據電路和對數域電路，它們在提高工作頻率、降低電源電壓、擴大線性工作范圍和提高性能指標的精度和穩定度方面具有明顯的潛力，同時它們也引入了一些模擬電路的新概念。這些內容有助于讀者開拓提高電路性能方面的思路。第2章介紹電流模電路的工作原理、特點和典型電路。與傳統的以電壓作為信號載體的電路不同，這是一種以電流作為信號載體的電路，雖然在電路中電壓和電流總是共同存在并相互作用的，但由于信號載體不同，不僅電路性能不同而且電路結構也不同。第3章介紹抽樣數據電路的特點和開關電容與開關電流電路的工作原理、分析方法與典型電路。抽樣數據電路類似于數字電路，處理的是時間離散信號，又類似于模擬電路，處理的是幅度連續信號，它比模擬電路具有穩定準確的時間常數，解決了模擬電路實際應用中的一大障礙。對數域電路在第5章中結合其在濾波器中的應用介紹，這類電路除具有良好的電性能外，還提出了一種利用器件的非線性特性實現線性電路的新思路。第三部分介紹幾個模擬電路的功能模塊，它們是電子系統中的關鍵組成部分，并且與信號和信號處理聯系密切，有助于在信號和電路間形成整體觀念。這部分包括第4章至第6章。第4章介紹數據轉換電路的技術指標和高精度與高速度轉換電路的構成、工作原理、特點和典型電路。第5章介紹模擬集成濾波器的設計方法和主要類型，包括連續時間濾波器、對數域濾波器和抽樣數據濾波器。第6章介紹通信系統中的收發器與射頻前端電路，包括收信器、發信器的技術指標、結構和典型電路。因為載波通信系統傳輸的是模擬信號，射頻前端電路的性能對整個通信系統有直接的影響，所以射頻集成電路已成為重要的研究課題。 〖〗高等模擬集成電路〖〗〖〗前言〖〗〖〗本書是在為研究生開設的“高等模擬集成電路”課程講義的基礎上整理而成，由董在望主編，第1、4、7章由李冬梅編寫，第6章由王志華編寫，第5章由李永明和董在望編寫，第2、3章由董在望編寫，李國林參加了部分章節的校核工作。 本書可作為信息與通信工程和電子科學與技術學科相關課程的研究生教材或教學參考書，也可作為本科教學參考書或選修課教材和供相關專業的工程技術人員參考。 清華大學出版社多位編輯為本書的出版做了卓有成效的工作，深致謝意。 限于編者水平，難免有錯誤和疏漏之處，歡迎批評指正。 目錄 1.1MOS器件基礎及器件模型 1.1.1結構及工作原理 1.1.2襯底調制效應 1.1.3小信號模型 1.1.4亞閾區效應 1.1.5短溝效應 1.1.6SPICE模型 1.2基本放大電路 1.2.1共源(CS)放大電路 1.2.2共漏(CD)放大電路 1.2.3共柵(CG)放大電路 1.2.4共源共柵(CSCG)放大電路 1.2.5差分放大電路 1.3電流源電路 1.3.1二極管連接的MOS器件 1.3.2基本鏡像電流源 1.3.3威爾遜電流源 1.3.4共源共柵電流源 1.3.5有源負載放大電路 1.4運算放大器 1.4.1運算放大器的主要參數 1.4.2單級運算放大器 1.4.3兩級運算放大器 1.4.4共模反饋(CMFB) 1.4.5運算放大器的頻率補償 1.5模擬開關 1.5.1導通電阻 1.5.2電荷注入與時鐘饋通 1.6帶隙基準電壓源 1.6.1工作原理 1.6.2與CMOS工藝兼容的帶隙基準電壓源 思考題 2電流模電路 2.1概述 2.1.1電流模電路的概念 2.1.2電流模電路的特點 2.2基本電流模電路 2.2.1電流鏡電路 2.2.2電流放大器 2.2.3電流模積分器 2.3電流模功能電路 2.3.1跨導線性電路 2.3.2電流傳輸器 2.4從電壓模電路變換到電流模電路 2.5電流模電路中的非理想效應 2.5.1MOSFET之間的失配 2.5.2寄生電容對頻率特性的影響 思考題 3抽樣數據電路 3.1開關電容電路和開關電流電路的基本分析方法 3.1.1開關電容電路的時域分析 3.1.2開關電流電路的時域分析 3.1.3抽樣數據電路的頻域分析 3.2開關電容電路 3.2.1開關電容單元電路 3.2.2開關電容電路的特點 3.2.3非理想因素的影響 3.3開關電流電路 3.3.1開關電流單元電路 3.3.2開關電流電路的特點 3.3.3非理想因素的影響 思考題 4A/D轉換器與D/A轉換器 4.1概述 4.1.1電子系統中的A/D與D/A轉換 4.1.2A/D與D/A轉換器的基本原理 4.1.3A/D與D/A轉換器的性能指標 4.1.4A/D與D/A轉換器的分類 4.1.5A/D與D/A轉換器中常用的數碼類型 4.2高速A/D轉換器 4.2.1全并行結構A/D轉換器 4.2.2兩步結構A/D轉換器 4.2.3插值與折疊結構A/D轉換器 4.2.4流水線結構A/D轉換器 4.2.5交織結構A/D轉換器 4.3高精度A/D轉換器 4.3.1逐次逼近型A/D轉換器 4.3.2雙斜率積分型A/D轉換器 4.3.3過采樣ΣΔA/D轉換器 4.4D/A轉換器 4.4.1電阻型D/A轉換器 4.4.2電流型D/A轉換器 4.4.3電容型D/A轉換器 思考題 5集成濾波器 5.1引言 5.1.1濾波器的數學描述 5.1.2濾波器的頻率特性 5.1.3濾波器設計的逼近方法 5.2連續時間濾波器 5.2.1連續時間濾波器的設計方法 5.2.2跨導電容（GmC）連續時間濾波器 5.2.3連續時間濾波器的片上自動調節電路 5.3對數域濾波器 5.3.1對數域電路概念及其特點 5.3.2對數域電路基本單元 5.3.3對數域濾波器 5.4抽樣數據濾波器 5.4.1設計方法 5.4.2SZ域映射 5.4.3開關電容電路轉換為開關電流電路的方法 思考題 6收發器與射頻前端電路 6.1通信系統中的射頻收發器 6.2集成收信器 6.2.1外差式接收與鏡像信號 6.2.2復數信號處理 6.2.3收信器前端結構 6.3集成發信器 6.3.1上變換器 6.3.2發信器結構 6.4收發器的技術指標 6.4.1噪聲性能 6.4.2靈敏度 6.4.3失真特性與線性度 6.4.4動態范圍 6.5射頻電路設計 6.5.1晶體管模型與參數 6.5.2噪聲 6.5.3集成無源器件 6.5.4低噪聲放大器 6.5.5混頻器 6.5.6頻率綜合器 6.5.7功率放大器 思考題 7CMOS集成電路制造工藝及版圖設計 7.1集成電路制造工藝簡介 7.1.1單晶生長與襯底制備 7.1.2光刻 7.1.3氧化 7.1.4擴散及離子注入 7.1.5化學氣相淀積（CVD） 7.1.6接觸與互連 7.2CMOS工藝流程與集成電路中的元件 7.2.1硅柵CMOS工藝流程 7.2.2CMOS集成電路中的無源元件 7.2.3CMOS集成電路中的寄生效應 7.3版圖設計 7.3.1硅柵CMOS集成電路的版圖構成 7.3.2版圖設計規則 7.3.3CMOS版圖設計技術 思考題

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