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目录1

第1章 CMOS集成电路制造工艺1

1.1　基本的制造工艺过程1

1.1.1　衬底材料的制备1

1.1.2　光刻2

1.1.3　刻蚀3

1.1.4　掺杂、扩散4

1.1.5　化学气相淀积4

1.2　双阱CMOS工艺的主要流程5

1.3　高压CMOS器件及高低压兼容工艺11

1.3.1 高压CMOS器件11

1.3.2　高低压兼容CMOS工艺12

1.3.3　高压PMOS的厚栅氧刻蚀13

1.3.4　高低压之间的隔离15

2.1.1 MOS晶体管结构与几何参数17

2.1　有源器件17

第2章　基本MOS器件物理17

2.1.2 MOS管的工作原理及表示符号18

2.1.3 MOS管的高频小信号电容20

2.1.4 MOS管的电特性22

2.1.5　二阶效应26

2.1.6 MOS管交流小信号模型30

2.1.7　有源电阻31

2.2　无源器件34

2.2.1　电阻34

2.2.2　电容36

2.3　短沟道效应38

2.3.1　按比例缩小38

2.3.2　短沟道效应41

2.4 MOS器件模型46

3.1.1　无源负载共源放大器47

3.1　共源放大器47

第3章　单级放大器47

3.1.2　有源器件作为负载50

3.2　源极跟随器56

3.2.1　电阻负载源极跟随器56

3.2.2　电流源负载源极跟随器57

3.3　共栅放大器59

3.4　共源共栅极（级联级）62

3.5　折叠式级联65

第4章　恒流源电路67

4.1　基本电流镜结构67

4.2　威尔逊电流源68

4.3　共源共栅电流源——高输出阻抗恒流源69

4.4　低压共源共栅结构——常数Vb的偏置70

4.5　高输出阻抗、高输出摆幅的恒流源71

4.6.1 CMOS峰值电流源72

4.6　高电源抑制比的电流源72

4.6.2 恒定跨导电流源74

第5章　差分放大器75

5.1　概述75

5.2　基本差分对76

5.2.1　电路结构76

5.2.2　差分对的共模输入及输出压摆76

5.2.3　差分对的差分工作78

5.3　以MOS管作为负载的差分放大器89

5.4 CMOS差分放大器90

5.4.1　工作原理91

5.4.2　电路分析91

5.4.3 CMOS差分放大器的主要性能97

5.5　模拟乘法器97

5.5.1　模拟乘法器设计方法97

5.5.2　直接利用双差分结构实现99

6.1.1　基本概念101

第6章　放大器的频率响应101

6.1　频率特性的基本概念和分析方法101

6.1.2　分析方法102

6.2　共源极的频率响应103

6.2.1　电路的零极点103

6.2.2　输入阻抗105

6.3　源极跟随器106

6.3.1　电路的零极点106

6.3.2　输入阻抗108

6.3.3　输出阻抗108

6.4　共栅极——电流缓冲器109

6.4.1　电路的零极点109

6.4.2　输入阻抗110

6.5　级联放大器110

6.6 CMOS增益级112

6.7.1 CMOS全差分对113

6.7　差分对放大器113

6.7.2　电流镜为负载的差分对115

第7章　反馈118

7.1　基本概念118

7.1.1 负反馈放大器的方框图及放大倍数的一般表达式118

7.1.2　负反馈放大器的类型119

7.2　负反馈结构119

7.3　负反馈放大器的特性121

7.3.1　提高放大器增益的稳定性121

7.3.2　对系统的输入与输出电阻的影响122

7.3.3　带宽调节125

7.3.4　减小非线性失真126

7.3.5　负载的影响127

7.4　反馈网络的噪声效应133

7.5　系统的稳定性134

7.5.1　单极点系统134

7.5.2　多极点系统135

第8章　噪声136

8.1　概述136

8.1.1　噪声的描述方法136

8.1.2　相关噪声源与独立噪声源137

8.1.3　噪声带宽137

8.2　噪声的种类137

8.2.1　热噪声138

8.2.2　闪烁噪声——1/f噪声140

8.2.3　散粒噪声141

8.3　电路中噪声的表示方式142

8.3.1　噪声源表示法142

8.3.2　？与？的计算142

8.4　单级放大器中的噪声143

8.4.1　共源极143

8.4.2　共栅极144

8.4.3　共源共栅放大器145

8.4.4　源极跟随器146

8.4.5 CMOS放大器的噪声147

8.5　差分对中的噪声148

第9章　运算放大器150

9.1　概述150

9.1.1　运算放大器的主要参数150

9.1.2　分析运算放大器的一般步骤153

9.2　单级运放153

9.2.1　全差分单级运算放大器153

9.2.2　单端输出运算放大器156

9.3　共模反馈159

9.3.1　共模电平的检测方法159

9.3.2　误差比较技术161

9.4　多级运放165

9.4.1　两级运放165

9.4.2　多级运放166

9.5　运放的建立时间TSET169

9.5.1　物理意义169

9.5.2　单级运放的转换速率172

9.5.3 级运放的转换速率173

9.6　增益提高电路174

9.6.1　基本增益提高电路174

9.6.2　增益提高的级联运放176

9.7　运放中的噪声分析177

9.8　运算放大器的设计流程179

第10章　运算放大器的频率补偿180

10.1　稳定相位裕度180

10.2　频率补偿182

10.2.1　单级高增益运放的频率补偿182

10.2.2 CMOS多级运放的补偿185

11.2 MOS模拟开关195

11.1　概述195

第11章　开关电容电路195

11.2.1 MOS开关的电阻196

11.2.2 MOS管寄生电容的影响199

11.2.3　衬偏的调制与kT/C噪声202

11.3　开关电容电路的工作原理及特点203

11.3.1　电荷重分配原理203

11.3.2　开关电容电路的等效电阻204

11.4　开关电容电路模块205

11.4.1　采样维持（S/H）电路205

11.4.2　增益放大模块208

11.4.3　开关电容积分器210

11.4.4　倍乘和单位延迟及积分／加法（或减法）电路210

11.4.5　开关电容滤波器211

11.4.6　开关电容共模负反馈212

11.5.1　开关的非理想效应213

11.5　开关电容电路中的非理想效应213

11.5.3　非理想运算放大器的影响214

11.5.4　开关电容电路中的噪声214

11.5.2　电容的不精确214

第12章　放大器的非线性失真217

12.1　概述217

12.1.1　非线性的定义217

12.1.2　非线性的度量方法217

12.2　单级放大器的非线性218

12.2.1　由于管子特性引起的非线性218

12.2.2　由放大器传输特性引起的非线性218

12.3　差分电路的非线性218

12.4　电路中器件引起的非线性219

12.4.1　电容的非线性219

12.4.2 MOS管作为电阻的非线性220

12.5.1　原理221

12.5　克服非线性的技术221

12.5.2　改善放大器非线性失真的实际电路222

第13章　基准电压源226

13.1　基本工作原理226

13.1.1　与温度无关的基准226

13.1.2　常见的带隙基准电压源的结构228

13.2　带隙基准源各个单元的分析228

13.2.1　电流镜228

13.2.2　运算放大器234

13.2.3　温度补偿237

13.3　低电压工作的基准电压源242

13.3.1　常态阈值器件的低电压基准电压源242

13.3.2　结构改进型低电压基准电压源242

13.4　以MOS管阈值电压Vth为基准的参考电压源243

13.5　亚阈值区的基准电压源245

13.7　带负载能力246

13.6　多组电压源的产生246

第14章　集成电压比较器248

14.1　概述248

14.1.1　基本概念248

14.1.2　电压比较器的主要参数及设计要求249

14.1.3　电压比较器的结构250

14.2　级联倒相器结构250

14.2.1　基本倒相器结构250

14.2.2　典型级联倒相结构比较器251

14.2.3　快速的级联结构比较器252

14.3　差分输入运算放大器结构253

14.3.1　静态模式253

14.3.2　动态工作模式255

15.2.1　工作原理260

15.2　数／模转换（DAC）260

第15章　D/A、A/D转换器260

15.1　概述260

15.2.2 DAC的主要性能261

15.2.3 DAC的种类262

15.3　模／数转换电路271

15.3.1　工作原理271

15.3.2　性能参数271

15.3.3　模／数转换器类型272

16.1.1　概述291

第16章　振荡器与锁相环291

16.1　振荡器291

16.1.2 LC振荡器292

16.1.3　交叉耦合振荡器293

16.1.4　科尔皮兹振荡器294

16.1.5　负阻振荡器296

16.1.6　移相振荡器296

16.1.7　环形振荡器297

16.1.8　压控振荡器302

16.2　锁相环304

16.2.1　锁相环结构304

16.2.2　锁相环路的性能306

16.2.3　锁定状态308

16.2.4　频率倍增和合成310

16.2.5　电荷泵锁相环311

第17章　版图设计技术315

17.1　版图的设计流程315

17.2　工艺制约316

17.3　工艺设计规则317

17.4　布局与布线318

17.4.1 MOS器件的版图设计318

17.4.2　二极管的版图设计321

17.4.3　无源器件321

17.4.4　布局323

17.4.5　布线328

17.5　封装331

17.5.1 自感332

17.5.2　互感332

第18章　工程设计334

18.1　运算放大器设计334

18.1.1　放大器结构的确定334

18.1.2　选择工艺参数335

18.1.3　各级放大器参数的初步考虑336

18.2　模数转换器ADC的设计342

18.2.1 目标与设计流程342

18.2.2　电路结构343

18.2.3　电路设计344

18.2.4　总体电路设计与仿真358

18.2.5　版图设计及后仿真358

18.2.6　芯片测试方案361

参考文献363