基本信息
书名：高频CMOS模拟集成电路基础
定价：60.00元
作者：(土)莱布莱比吉
出版社：科学出版社
出版日期：2011-06-01
ISBN：9787030315199
字数：400000
页码：302
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.481kg
编辑推荐
莱布莱比吉编著的《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》是“国外电子信息精品著作”系列之一，系统地介绍了高频集成电路体系的构建与运行，重点讲解了晶体管级电路的工作体系，设备性能影响及伴随响应，以及时域和频域上的输入输出特性。
内容提要
莱布莱比吉编著的《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》以设计为核心理念从基础模拟电路讲述到射频集成电路的研发。系统地介绍了高频集成电路体系的构建与运行，重点讲解了晶体管级电路的工作体系，设备性能影响及伴随响应，以及时域和频域上的输入输出特性。
《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》适合电子信息专业的高年级本科生及研究生作为RFCMOS电路设计相关课程的教材使用，也适合模拟电路及射频电路工程师作为参考使用。
目录
作者介绍
文摘
序言
《高性能模拟电路设计：理论、实践与前沿》 内容概述： 本书深入探讨了现代高性能模拟集成电路设计的核心理论、关键技术与前沿发展。全书共分为十六章，从基础概念出发，逐步深入到复杂电路的分析与设计，并对未来发展趋势进行了展望。本书旨在为电子工程专业本科生、研究生以及从事模拟电路设计的工程师提供一本全面、深入且实用的参考。 第一部分：基础理论与器件模型 第一章：模拟集成电路设计概述 本章首先阐述了模拟集成电路在现代电子系统中的关键作用，涵盖了其应用领域，如通信、计算、消费电子、医疗设备和工业控制等。接着，详细介绍了模拟集成电路设计的挑战与机遇，包括小型化、低功耗、高精度、宽带宽和高集成度等方面的要求。在此基础上，本章还梳理了模拟集成电路设计的基本流程，从需求分析、系统规范制定，到电路原理图设计、版图设计，再到仿真验证、流片制造和测试评估等各个环节。最后，着重强调了设计中的关键考虑因素，如器件模型、噪声、失真、功耗、稳定性、寄生效应和可靠性等，为后续章节的学习奠定坚实的基础。 第二章：MOSFET器件模型与特性 本章聚焦于构建高性能模拟集成电路不可或缺的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）器件模型。我们从MOSFET的物理结构入手，详细解析了其工作原理，包括亚阈值区、线性区和饱和区的操作特性。在此基础上，深入介绍了几种常用的MOSFET模型，从最基本的长沟道模型，到更精确的中等沟道和短沟道模型，以及考虑了各种二阶效应的模型，例如体效应、温度效应、短沟道效应（如阈值电压降低、饱和漏电流增强、沟道长度调制等）和寄生效应（如沟道宽度调制、栅漏电容、源漏电容等）。本章还将探讨MOSFET的噪声特性，包括热噪声和闪烁噪声，以及它们的来源和建模方法。理解这些器件模型及其特性，对于准确分析和设计模拟电路至关重要。 第三章：CMOS工艺与寄生效应 本章深入剖析了CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺在集成电路制造中的核心地位。详细介绍了CMOS工艺流程，包括晶圆制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、金属互连等关键步骤，以及不同工艺节点的演进及其对器件性能的影响。在此基础上，重点讨论了CMOS工艺中不可避免的寄生效应，包括寄生电阻、寄生电容和寄生电感。我们将分析这些寄生效应是如何影响电路的性能，例如降低增益、增加延迟、产生振荡以及限制带宽等。本章还将介绍如何通过版图设计技术来减小或补偿这些寄生效应，例如线宽和线距的选择、填充（dummy fill）的应用、以及差分对的设计策略等。 第二部分：基本模拟电路模块 第四章：电流源与电流镜 电流源和电流镜是模拟集成电路设计中最基础也是最重要的构建模块。本章将从最简单的二极管连接MOSFET电流源开始，逐步介绍各种性能更优越的电流源设计，例如使用差分对作为电流源，以及基于负反馈的电流源。接着，深入讲解各种电流镜的结构，包括简单的基本电流镜，以及考虑了体效应和输出电阻不足的改进型电流镜，例如怀特电流镜（Widlar current mirror）和吉尔伯特电流镜（Gilbert current mirror）。本章还将重点分析电流镜的输出电阻、匹配精度、镜像误差以及如何通过技术手段来提高其性能，例如使用多级电流镜、补偿技术和自偏置技术。 第五章：单级放大器 单级放大器是构建更复杂模拟电路的基本单元，其性能直接影响整个系统的性能。本章将系统介绍几种经典的单级放大器结构，包括共源放大器（Common-Source Amplifier）、共栅放大器（Common-Gate Amplifier）和源极跟随器（Source Follower）。对于每种结构，都将进行详细的直流和小信号分析，计算其电压增益、输入阻抗、输出阻抗和带宽。此外，还将讨论这些放大器的噪声特性，包括器件本身的噪声以及放大器引入的总噪声。本章还将介绍如何通过负载增强技术（如套叠式共源放大器）和输出驱动能力增强技术来改进放大器的性能。 第六章：多级放大器 多级放大器通过级联多个单级放大器来获得更高的电压增益，是许多高性能模拟电路的核心。本章将首先介绍多级放大器的级联方式，以及如何通过级联来优化增益、带宽和稳定性。我们将详细分析常见的两级和三级放大器结构，例如由共源放大器和源极跟随器组成的典型两级放大器，以及考虑了高频特性的共栅-差分结构。本章还将重点讲解多级放大器的稳定性问题，包括频率响应、相位裕度、增益裕度以及如何通过补偿技术（如极点和零点补偿）来保证放大器的稳定性。 第七章：差分放大器 差分放大器由于其出色的共模抑制能力和良好的线性度，在模拟集成电路中得到广泛应用。本章将深入剖析差分放大器的基本原理和各种结构，包括最基本的差分对（Differential Pair）。我们将详细分析差分放大器的直流和小信号特性，包括电压增益、输入阻抗、输出阻抗、共模抑制比（CMRR）以及失真特性。本章还将介绍各种有源负载差分放大器，如使用电流镜作为负载的差分放大器，以及使用吉尔伯特单元作为差分放大器的更高性能结构。此外，还将讨论差分放大器的噪声和功耗优化技术。 第八章：电压基准源 稳定的电压基准源是许多模拟电路（如ADC、DAC、PLL等）正常工作的基础。本章将介绍几种常用的CMOS电压基准源设计。首先，我们将从基本的带隙电压基准（Bandgap Reference）原理出发，分析其如何利用PN结的正温度系数和MOSFET的负温度系数来获得与温度无关的参考电压。接着，介绍不同结构的带隙基准源，包括双极性带隙基准和MOS带隙基准。本章还将讨论电压基准源的精度、温度系数、噪声和电源抑制比（PSRR）等关键指标，以及如何通过补偿和滤波技术来提高其性能。 第三部分：高级模拟电路设计 第九章：运算放大器设计 运算放大器（Op-amp）是模拟集成电路中最基本也是最重要的构建模块之一。本章将深入探讨高性能运算放大器的设计。我们将从基本运算放大器结构入手，介绍各种经典的运算放大器拓扑，如折叠式共源共栅（Folded Cascode）运算放大器、吉尔伯特单元运算放大器以及二级CMOS运算放大器。对于每种结构，都将详细分析其直流特性（如开环增益、输入失调电压、输入偏置电流）和小信号特性（如单位增益带宽、压摆率、输出摆幅）。本章还将重点讲解运算放大器的稳定性分析与补偿技术，以及如何通过设计来优化其噪声、功耗和线性度。 第十章：滤波器设计 滤波器在信号处理中扮演着至关重要的角色，用于选择或抑制特定频率范围的信号。本章将介绍几种在CMOS集成电路中常用的滤波器设计技术。首先，我们将回顾经典的巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔等模拟滤波器响应。接着，重点介绍几种实现滤波器功能的电路拓扑，包括有源RC滤波器（如Sallen-Key滤波器）、二阶积分器（Tow-Thomas Filter）以及状态变量滤波器。此外，本章还将介绍连续时间滤波器（CTF）和离散时间滤波器（DTF）的原理，以及它们的优缺点。我们将讨论滤波器设计中的关键指标，如通带纹波、阻带衰减、截止频率和Q值，以及如何通过电路设计来优化这些指标。 第十一章：数据转换器（ADC与DAC） 数据转换器是模拟电路与数字电路之间的桥梁，对于现代电子系统至关重要。本章将详细介绍两种基本的数据转换器：模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）。在DAC部分，我们将介绍几种常见的DAC结构，如电阻串DAC（Resistor String DAC）、权电流DAC（Weighted Current DAC）和R-2R梯形DAC，并分析它们的转换速度、精度和功耗。在ADC部分，我们将重点讲解几种主流的ADC架构，包括逐次逼近型ADC（SAR ADC）、流水线型ADC（Pipeline ADC）和∑-Δ ADC。对于每种ADC，都将深入分析其工作原理、关键模块（如采样保持器、比较器、编码器）和性能指标（如分辨率、采样率、信噪比、线性度）。 第十二章：锁相环（PLL）与频率合成 锁相环（PLL）是实现高精度频率合成和时钟恢复的关键技术。本章将深入介绍PLL的基本原理，包括其核心组成部分：鉴相器（Phase Detector）、环路滤波器（Loop Filter）和压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）。我们将详细分析PLL的捕获范围、锁定范围、抖动性能和频率稳定度。在此基础上，本章将重点讲解基于PLL的频率合成器设计，包括整数分频和分数分频频率合成器的原理与实现。此外，还将讨论PLL在时钟生成、数据恢复和时钟同步等方面的应用。 第四部分：高频电路设计与前沿技术 第十三章：低噪声放大器（LNA）设计 低噪声放大器（LNA）是接收端电路的关键组成部分，其噪声性能直接决定了系统的灵敏度。本章将深入探讨LNA的设计。我们将从LNA的噪声模型入手，分析不同噪声源（如热噪声、闪烁噪声）对LNA性能的影响。接着，介绍几种常用的LNA拓扑，如共源LNA、共栅LNA和Cascode LNA，并分析它们的增益、输入阻抗、噪声系数（NF）和线性度。本章还将重点讲解匹配技术，包括输入匹配和输出匹配，以及如何通过匹配网络来优化LNA的性能。此外，还将讨论LNA的功耗优化和稳定性考虑。 第十四章：混频器与倍频器设计 混频器和倍频器在通信系统中用于频率变换。本章将详细介绍几种常用的CMOS混频器设计，包括二极管混频器、MOSFET混频器和 Gilbert 单元混频器，并分析它们的转换损耗、隔离度、线性度和噪声性能。接着，我们将介绍倍频器的设计原理，包括利用非线性器件实现谐波产生。本章还将讨论混频器和倍频器在杂散信号抑制、互调失真和镜像抑制等方面的设计挑战。 第十五章：高频CMOS功率放大器（PA）设计 随着移动通信的飞速发展，高性能的CMOS功率放大器（PA）设计日益重要。本章将聚焦于高频CMOS PA的设计。我们将首先介绍PA的基本工作原理，包括效率、线性度和输出功率等关键指标。接着，介绍几种经典的CMOS PA拓扑，如单端PA、平衡式PA和Doherty PA。本章还将重点讨论PA的效率优化技术，例如包络跟踪（Envelope Tracking）、动态偏置（Dynamic Biasing）和数字预失真（Digital Pre-distortion, DPD）。此外，还将涉及PA的阻抗匹配、热管理和稳定性问题。 第十六章：先进模拟电路设计趋势与挑战 本章将对当前及未来的模拟集成电路设计进行展望。我们将探讨新兴的技术趋势，包括人工智能在模拟电路设计中的应用（如AI辅助布局、AI驱动的模型生成）、可重构模拟电路（Reconfigurable Analog Circuits）的理念与实现、以及超低功耗模拟电路设计（Ultra-Low Power Analog Circuit Design）的关键技术，例如能量收集和体能采集在模拟电路中的应用。同时，还将分析模拟电路设计面临的挑战，例如继续遵循摩尔定律的难度、高复杂度系统的集成和验证、以及在极端条件下（如高温、高压）的可靠性问题。最后，本章将鼓励读者关注前沿研究动态，不断探索新的设计思路和技术解决方案。
我一直认为，模拟电路是整个集成电路设计体系的基石，而高频模拟电路更是其中的佼佼者，代表着最高的技艺和最前沿的挑战。这本书正是这样一本能够带我深入探索这个精彩领域的向导。从基础的CMOS器件模型在高频下的行为特点，到各种复杂的模拟模块如放大器、混频器、振荡器、滤波器等的设计原理和实现方式，书中都有着详尽且易于理解的阐述。我特别喜欢书中对于不同电路拓扑的比较分析，这能帮助我理解每种结构的设计权衡，以及在不同应用场景下的优劣。例如，在讨论低噪声放大器时，书中就详细对比了共源、共漏、共栅等不同构型在高频下的性能表现。此外，书中关于频率合成、电能管理以及射频收发链整体设计的讲解，也为我打开了新的视野，让我能够更全面地理解一个完整的射频系统是如何构建起来的。这本书不仅是知识的传递，更是思维的启迪，让我能够跳出零散的知识点，形成对高频CMOS模拟集成电路的整体认知。