模拟集成电路的分析与设计 翻译版pdf电子书版本下载

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1.1 引言 1

1.2 pn结的耗尽区 1

第一章 集成电路放大器件模型 1

1.2.1 势垒电容 4

1.2.2 结击穿 6

1.3 双极型晶体管的大信号特性 7

1.3.1 正向放大区的大信号模型 8

1.3.2 集电极电压对正向放大区大信号特性的影响 13

1.3.3 饱和区和反向放大区 15

1.3.4 晶体管击穿电压 19

1.3.5 工作条件决定晶体管电流增益 22

1.4.1 跨导 24

1.4 双极型晶体管的小信号模型 24

1.4.2 基区寄生电容 26

1.4.3 输入电阻 27

1.4.4 输出电阻 27

1.4.5 双极型晶体管的基本小信号模型 28

1.4.6 集电极-基极电阻 28

1.4.7 小信号模型的寄生单元 29

1.4.8 晶体管频率响应特性 32

1.5 金属氧化物场效晶体管的大信号特性 35

1.5.1 MOS器件的转移特性 36

1.5.2 双极型晶体管和MOS晶体管工作区的比较 42

1.5.4 阈值的温度独立性 44

1.5.3 栅-源电压的分解 44

1.5.5 MOS器件的电压限制 46

1.6 MOS晶体管的小信号模型 47

1.6.1 跨导 47

1.6.2 栅-源以及栅-漏固有电容 48

1.6.3 输入电阻 49

1.6.4 输出电阻 49

1.6.5 MOS晶体管的基本小信号模型 49

1.6.6 衬底跨导 50

1.6.7 小信号模型的寄生单元 51

1.6.8 MOS晶体管的频率响应 52

1.7 MOS晶体管的短沟道效应 55

1.7.1 水平场中的速率饱和 56

1.7.2 跨导和特征频率 60

1.7.3 垂直场中的迁移率下降 61

1.8 MOS晶体管中的弱反型 62

1.8.1 弱反型中的漏极电流 62

1.8.2 弱反型区中的跨导和特征频率 65

1.9 MOS晶体管中的衬底电流 67

附录 69

A.1.1 有源器件参数列表 69

第二章 双极型、MOS和BiCMOS集成电路技术 74

2.1 引言 74

2.2 集成电路生产的基本过程 74

2.2.1 硅的电阻率 75

2.2.2 固态扩散 76

2.2.3 扩散层的电特性 77

2.2.4 光刻工艺 79

2.2.5 外延生长 80

2.2.6 离子注入 81

2.2.7 局部氧化 82

2.2.8 多晶硅的淀积 83

2.3 高压双极型集成电路的制造 83

2.4 高级双极型集成电路的制造 87

2.5 双极型模拟集成电路中的放大器件 90

2.5.1 npn型晶体管集成电路 90

2.5.2 pnp型晶体管集成电路 101

2.6 双极型集成电路中的无源元件 108

2.6.1 扩散电阻 108

2.6.2 外延生长电阻和外延夹断 111

电阻 111

2.6.3 集成电路电容 112

2.6.4 齐纳二极管 113

2.6.5 结型二极管 113

2.7 基本双极型工艺的改进 115

2.7.1 电介质隔离法 116

2.7.2 高性能有源元器件的兼容处理 117

2.7.3 高性能无源元件 118

2.8 MCS集成电路的制造 120

2.9 MOS集成电路中的有源器件 123

2.9.1 n沟道晶体管 123

2.9.2 p沟道晶体管 133

2.9.3 耗尽型器件 133

2.9.4 双极型晶体管 134

2.10 MOS工艺中的无源器件 136

2.10.1 电阻 136

2.10.2 MOS工艺中的电容 137

2.10.3 CMOS技术的闩锁 139

2.11 BiCMOS技术 141

2.12 异质结双极型晶体管 143

2.13 互连延迟 144

2.14 集成电路制造过程的经济意义 145

2.14.1 集成电路制造过程的收益因素 145

2.14.2 集成电路制造中的成本核算 148

2.15 集成电路的封装因素 150

2.15.1 最大功耗 150

2.15.2 集成电路封装中的稳定性因素 153

附录 153

A.2.1 SPICE模型参数 153

第三章 单级放大器与多级放大器 161

3.1 模拟电路近似分析中器件模型的选择 162

3.2 放大器的二端口模型 163

3.3.1 共射组态 165

3.3 基本单管放大器 165

3.3.2 共源组态 169

3.3.3 共基组态 172

3.3.4 共栅组态 175

3.3.5 r0有限时的共基与共栅组态 177

3.3.5.1 共基与共栅组态的输入电阻 177

3.3.5.2 共基与共栅组态的输出电阻 178

3.3.6 共集组态（射随器） 180

3.3.7 共漏组态（源极跟随器） 184

3.3.8 射极反馈的共射放大器 186

3.3.9 源极反馈的共源放大器 189

3.4 多级放大器 190

3.4.1 共集-共射，共集-共集及达林顿组态 191

3.4.2 串接组态 194

3.4.2.1 双极型串接组态 194

3.4.2.2 MCS晶体管串接组态 196

3.4.3 有源串接组态 199

3.4.4 超级源极跟随器 201

3.5 差分对 202

3.5.1 共射差分对的直流传输特性 203

3.5.2 射极反馈的直流传输特性 204

3.5.3 共源差分对的直流传输特性 205

3.5.4 差分放大器的小信号分析介绍 208

3.5.5 理想对称的差分放大器的小信号特性 211

3.5.6.1 输入失调电压和失调电流 218

3.5.6 差分放大器中的不匹配效应 218

3.5.6.3 共射差分对的失调电压：近似分析 219

3.5.6.2 共射差分对的等效输入失调电压 219

3.5.6.4 共射差分对的失调电压漂移 221

3.5.6.5 共射差分对的输入失调电流 221

3.5.6.6 共源差分对的输入失调电压 222

3.5.6.7 共源差分对的失调电压：近似分析 223

3.5.6.8 共源差分对的失调电压漂移 224

3.5.6.9 非对称差分放大器的小信号特性 225

附录 231

A.3.1 静态初步和高斯分布 231

4.2 镜像电流源 240

4.2.1 一般特性 240

4.1 引言 240

第四章 镜像电流源、有源负载和基准源 240

4.2.2 简单的镜像电流源 241

4.2.2.1 双极型晶体管结构 241

4.2.2.2 MOS晶体管结构 244

4.2.3 减小β影响的（βhelper）基本镜像电流源 246

4.2.3.1 双极型晶体管结构 246

4.2.3.2 MOS晶体管结构 248

4.2.4 改进型基本镜像电流源 248

4.2.4.1 双极型晶体管结构 248

4.2.5.1 双极型晶体管结构 249

4.2.4.2 MOS晶体管结构 249

4.2.5 串接镜像电流源 249

4.2.5.2 MOS晶体管结构 252

4.2.6 威尔逊镜像电流源 258

4.2.6.1 双极型晶体管结构 258

4.2.6.2 MOS晶体管结构 262

4.3 有源负载 263

4.3.1 概述 263

4.3.2 带有互补输出级的共射／共源放大器 264

4.3.3 带有耗尽型负载的共射／共源放大器 267

4.3.4 带有二极管连接负载的共射／共源放大器 269

4.3.5.1 大信号分析 271

4.3.5 带有镜像电流源负载的差分对 271

4.3.5.2 小信号分析 273

4.3.5.3 共模抑制比 278

4.4 电压和电流基准源 284

4.4.1 低电流偏置 284

4.4.1.1 双极型Widlar电流源 284

4.4.1.2 MOS管Widlar电流源 286

4.4.1.3 双极型峰值电流源 287

4.4.1.4 MOS管峰值电流源 288

4.4.2 对电源不敏感的偏置 290

4.4.2.1 Widlar电流源 290

4.4.2.2 使用其他标准电压的镜像电流源 291

4.4.2.3 自偏置 293

4.4.3 对温度不敏感的偏置 299

4.4.3.1 基于双极型技术的带隙基准源偏置电路 301

4.4.3.2 CMOS技术的带隙基准源偏置电路 306

附录 310

A.4.1 考虑镜像电流源的匹配 310

A.4.1.1 双极型晶体管结构 310

A.4.1.2 MOS晶体管结构 312

A.4.2 有源负载差分对的输入失调电压 315

A.4.2.1 双极型晶体管结构 315

A.4.2.2 MOS晶体管结构 317

5.2 射随器作为输出级 328

第五章 输出级 328

5.1 引言 328

5.2.1 射随器的传输特性 329

5.2.2 输出功率和效率 330

5.2.3 射随器的驱动要求 337

5.2.4 射随器的小信号特性 337

5.3 源极跟随器作为输出级 338

5.3.1 源极跟随器的传输特性 339

5.3.2 源极跟随器的失真 340

5.4 乙类放大器推挽式输出级 344

5.4.1 乙类放大器输出级的转移特性 344

5.4.2 乙类输出级的功率输出和效率 347

5.4.3 乙类互补式输出级的实际应用 350

5.4.4 全npn乙类输出级 356

5.4.5 准互补输出级 358

5.4.6 过载保护 360

5.5 CMOS甲乙类输出级 361

5.5.1 共漏极结构 362

5.5.2 具有误差放大的共源极结构 363

5.5.3 等效电路 370

5.5.3.1 共漏共源组合电路 370

5.5.3.2 具有高摆幅的共漏共源组合电路 372

5.5.3.3 平行共源结构 372

第六章 单端输出的运算放大器 383

6.1 运算放大器的应用 384

6.1.1 反馈的基本概念 384

6.1.2 反相放大器 384

6.1.3 非反相放大器 386

6.1.4 差分放大器 387

6.1.5 非线性的模拟运算 387

6.1.6 积分器和微分器 388

6.1.7 内部放大器 389

6.1.7.1 开关电容器放大器 389

6.1.7.2 开关电容器积分器 394

6.2.2 输入失调电流 397

6.2.1 输入偏置电流 397

6.2 从理想运算放大器到实际运算放大器的偏离 397

6.2.3 输入失调电压 398

6.2.4 共模输入范围 398

6.2.5 共模抑制比（CMRR） 398

6.2.6 电源抑制比（PSRR） 399

6.2.7 输入电阻 400

6.2.8 输出电阻 401

6.2.9 频率响应 401

6.2.10 运算放大器的等效电路 401

6.3 基本的二级MOS运算放大器 402

6.3.1 输入电阻、输出电阻与开路电压增益 403

6.3.2 输出摆幅 404

6.3.3 输入失调电压 405

6.3.4 共模抑制比 408

6.3.5 共模输入范围 408

6.3.6 电源抑制比（PSRR） 410

6.3.7 过载电压的效应 415

6.3.8 布局的讲解 415

6.4 具有串接放大器的二级MOS运算放大器 418

6.5 MOS管可伸缩式串接运算放大器 419

6.6 MOS管折叠串接运算放大器 421

6.7 MOS管有源串接运算放大器 425

6.8 双极型运算放大器 428

6.8.1 741运算放大器的直流分析 431

6.8.2 741运算放大器的小信号分析 436

6.8.3 741运算放大器的输入失调电压、输入失调电流和共模抑制比 444

6.9 单片集成运算放大器的设计中要考虑的问题 445

6.9.1 低温漂运算放大器的设计 447

6.9.2 低输入电流运算放大器的设计 449

第七章 集成电路的频率响应 461

7.1 引言 461

7.2 单级放大器 461

7.2.1 单级电压放大器和密勒效应 462

7.2.1.1 双极型差分放大器：差模增益 466

7.2.1.2 MOS差分放大器：差模增益 469

7.2.2 差分放大器共模增益的频率响应 472

7.2.3 电压缓冲的频率响应 474

7.2.3.1 射随器的频率响应 476

7.2.3.2 源级跟随器的频率响应 481

7.2.4 电流缓冲器的频率响应 483

7.2.4.1 共基放大器的频率响应 486

7.2.4.2 共栅放大器的频率响应 487

7.3 多级放大器的频率响应 487

7.3.1 主极点近似 488

7.3.2 零值时间常数分析法 488

7.3.3 串接电压放大器的频率响应 493

7.3.4 串接放大器的频率响应 496

7.3.5 负载为一个镜像电流源的差分对的频率响应 502

7.3.6 短路时间常数 504

7.4 741运算放大器的频率响应分析 507

7.4.1 741的高频等效电路 507

7.4.2 741的-3dB截止频率的计算 508

7.4.3 741的非主极点 510

7.5 频率响应和时间响应的关系 511

第八章 反馈 523

8.1 理想反馈方程 523

8.2 增益灵敏度 524

8.3 负反馈对失真的影响 525

8.4.1 串联-并联反馈 526

8.4 反馈结构 526

8.4.2 并联-并联反馈 529

8.4.3 并联-串联反馈 531

8.4.4 串联-串联反馈 532

8.5 实际组态及负载的影响 532

8.5.1 并联-并联反馈 532

8.5.2 串联-串联反馈 538

8.5.3 串联-并联反馈 546

8.5.4 并联-串联反馈 550

8.5.5 总结 553

8.6 单级反馈 553

8.6.1 局部串联-串联反馈 554

8.6.2 局部串联-并联反馈 556

8.7 反馈电路用作稳压器 558

8.8 使用反馈比的反馈电路分析 563

8.8.1 使用反馈比求闭环增益 566

8.8.2 使用反馈比的闭环阻抗公式 570

8.8.3 反馈比分析的总结 576

8.9 在反馈电路中建立输入和输出端口的模型 576

第九章 反馈放大器的频率响应和稳定性 587

9.1 引言 587

9.2 反馈放大器中增益与带宽的关系 587

9.3 不稳定性和奈奎斯特判据 589

9.4 补偿 595

9.4.1 补偿理论 595

9.4.2 补偿方法 600

9.4.3 二级MOS管放大器补偿 606

9.4.4 单级CMCS运算放大器 613

9.4.5 嵌套式密勒补偿 616

9.5 根轨迹 624

9.5.1 三极点的传递函数根轨迹 624

9.5.2 根轨迹准则 627

9.5.3 主极点补偿根轨迹图 634

9.5.4 零反馈补偿根轨迹图 635

9.6 摆率 638

9.6.1 摆率受限的原因 638

9.6.2 提高二级运算放大器摆率的方法 641

9.6.3 双极型运算放大器摆率的改进 642

9.6.4 MCS运算放大器的摆率改进 643

9.6.5 摆率受限对大信号正弦性能的影响 647

附录 648

A.9.1 反馈比参数术语分析 648

A.9.2 二次方程根 649

第十章 非线性模拟电路 659

10.1 引言 659

10.2 精密整流 659

10.3 使用双极型晶体管的模拟乘法器 665

10.3.1 共射极对管构成简单的乘法器 665

10.3.2 吉尔伯特单元的直流分析 666

10.3.3 使用吉尔伯特单元的模拟乘法器 668

10.3.4 完整的模拟乘法器 671

10.3.5 吉尔伯特乘法器单元构成平衡调制器和鉴相器 672

10.4 锁相环路（PLL） 675

10.4.1 锁相环路概念 675

10.4.2 锁定条件下的锁相环路 677

10.4.3 集成锁相环路 685

10.4.4 560B的单片锁相环路的分析 688

10.5 非线性函数综合 694

第十一章 集成电路的噪声 699

11.1 引言 699

11.2 噪声源 699

11.2.1 冲击噪声 699

11.2.2 热噪声 702

11.2.3 闪烁噪声（1/f噪声） 703

11.2.4 突发噪声（爆米花噪声） 704

11.2.5 雪崩噪声 705

11.3 集成电路元件的噪声模型 706

11.3.1 结型二极管 706

11.3.2 双极型晶体管 706

11.3.3 MOS晶体管 708

11.3.4 电阻 709

11.3.5 电容和电感 709

11.4 电路噪声的计算 709

11.4.1 双极型晶体管噪声特性 711

11.4.2 等效输入噪声和最小可测信号 714

11.5 等效输入噪声源 715

11.5.1 双极型晶体管噪声源 716

11.5.2 MOS晶体管噪声源 721

11.6 在噪声特性下的反馈 723

11.6.1 在噪声特性下的理想反馈 723

11.6.2 在噪声特性下的实际反馈 724

11.7 其他晶体管结构的噪声特性 729

11.7.1 共基级噪声特性 730

11.7.2 射随器噪声特性 731

11.7.3 差分对噪声特性 731

11.8 运算放大器噪声 733

11.9 噪声带宽 738

11.10 噪声因数和噪声温度 742

11.10.1 噪声因数 742

11.10.2 噪声温度 745

第十二章 全差分运算放大器 752

12.1 引言 752

12.2 全差分放大器的性能 752

12.3 对称差分放大器的小信号模型 755

12.4 共模反馈 759

12.4.1 低频的共模反馈 760

12.4.2 共模反馈环路中的稳定性和补偿 765

12.5.1 运用电阻分配器和放大器的CMFB 767

12.5 共模反馈电路 767

12.5.2 使用两个差分对的CMFB 771

12.5.3 使用工作在三极管区的晶体管的CMFB 773

12.5.4 开关电容共模反馈 775

12.6 全差分运算放大器 778

12.6.1 全差分二级运算放大器 778

12.6.2 全差分伸缩共源共栅运算放大器 787

12.6.3 全差分折叠式共源共栅运算放大器 788

12.6.4 有两个差分输入级的差分运算放大器 789

12.6.5 中和 789

12.7 不对称的全差分电路 792

12.8 共模反馈环路的带宽 798

索引表 807