Empyrean模擬集成電路設(shè)計(jì)與工程

第 1 章 緒論 1
1.1　經(jīng)典的模擬集成電路　1
1.2　模擬集成電路的主要推動(dòng)力　2
1.3　CMOS 技術(shù)與工藝　3
1.4　設(shè)計(jì)技巧與工程思想　3
1.5　電路仿真工具： 華大九天Empyrean　4

第　2 章 MOSFET 物理特性　6
2.1　MOSFET 的基本伏安特性　6
2.1.1　原理簡介　6
2.1.2　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET 的伏安特性曲線　7
2.1.3　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET 的二級(jí)效應(yīng)　14
2.2　MOSFET 的小信號(hào)模型　21
2.2.1　小信號(hào)模型的理論依據(jù)　21
2.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET 的小信號(hào)參數(shù)測試　24
2.3　MOSFET 的幾種常見連接方式　33
2.3.1　MOSFET 的二極管連接方式　33
2.3.2　MOSFET 的電流源連接方式　34
2.3.3　仿真實(shí)驗(yàn)：二極管連接型MOSFET 和電流源連接型 MOSFET　34
2.4　課后練習(xí)　37

第　3 章 CMOS 單級(jí)放大器　38
3.1　共源放大器　38
3.1.1　以電阻為負(fù)載的共源放大器　38
3.1.2　推挽放大器　41
3.1.3　帶源極負(fù)反饋的共源放大器　42
3.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)：共源放大器　43
3.2　源跟隨器　51
3.2.1　源跟隨器的基礎(chǔ)理論　52
3.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)：源跟隨器仿真　53
3.3　共柵放大器　56
3.3.1　共柵放大器的基礎(chǔ)理論　56
3.3.2　仿真實(shí)驗(yàn)：共柵放大器的仿真　57
3.4　共源共柵放大器　60
3.4.1　共源共柵放大器的基礎(chǔ)理論　61
3.4.2　仿真實(shí)驗(yàn)：共源共柵放大器的仿真　62
3.5　課后練習(xí)　65

第　4 章 CMOS 差分放大器　66
4.1　基本差分對　66
4.1.1　基本差分對的直流分析　67
4.1.2　仿真實(shí)驗(yàn)：基本差分對的直流特性分析　68
4.1.3　半邊電路法　71
4.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)：基本差分對的小信號(hào)特性分析　73
4.2　共模響應(yīng)　76
4.2.1　尾電流源阻抗的影響　76
4.2.2　MOSFET 失配的影響　78
4.2.3　仿真實(shí)驗(yàn)：差分放大器的共模響應(yīng)　78
4.3　課后練習(xí)　84

第　5 章 電流鏡與偏置電路　85
5.1　電流鏡的工作原理　85
5.1.1　基本電流鏡　85
5.1.2　共源共柵電流鏡　87
5.1.3　仿真實(shí)驗(yàn)：電流鏡的特性曲線　88
5.2　高輸出擺幅的共源共柵電流鏡　91
5.2.1　共源共柵電流鏡擺幅分析　91
5.2.2　兩種高輸出擺幅的共源共柵電流鏡　91
5.2.3　仿真實(shí)驗(yàn)：高輸出擺幅的共源共柵電流鏡　94
5.3　電流鏡用作有源負(fù)載　96
5.3.1　有源負(fù)載的原理　96
5.3.2　仿真實(shí)驗(yàn)：以電流鏡作為負(fù)載的差分放大器　98
5.4　偏置電路　103
5.4.1　恒定跨導(dǎo)偏置電路　104
5.4.2　仿真實(shí)驗(yàn)：恒定跨導(dǎo)偏置電路　106
5.5　課后練習(xí)　111

第　6 章 頻率響應(yīng)　112
6.1　頻域分析的基礎(chǔ)理論　112
6.1.1　零點(diǎn)和極點(diǎn)　112
6.1.2　波特圖　114
6.1.3　仿真實(shí)驗(yàn)：二階系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)　116
6.2　共源放大器的頻率特性　121
6.2.1　MOSFET 電容　121
6.2.2　小信號(hào)分析法　121
6.2.3　近似分析　123
6.2.4　特征頻率　125
6.2.5　仿真實(shí)驗(yàn)：共源放大器的頻率響應(yīng)　126
6.3　課后練習(xí)　131

第　7 章 MOSFET 的進(jìn)階特性　132
7.1　弱反型區(qū)　132
7.1.1　理論分析與模型　132
7.1.2　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET 的弱反型區(qū)　134
7.2　速度飽和區(qū)　138
7.2.1　理論分析與模型　138
7.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET 的速度飽和區(qū)　140
7.3　共源放大器的特征頻率　142
7.3.1　跨區(qū)域特征頻率估算　142
7.3.2　仿真實(shí)驗(yàn)：共源放大器的特征頻率　144
7.4　跨區(qū)域的工程設(shè)計(jì)方法論　147
7.4.1　gm/ID 方法論　147
7.4.2　仿真實(shí)驗(yàn)： gm/ID 工程設(shè)計(jì)方法　148
7.5　課后練習(xí)　150

第　8 章 反饋與穩(wěn)定性　151
8.1　反饋與穩(wěn)定性問題　151
8.1.1　開環(huán)增益、閉環(huán)增益與環(huán)路增益　151
8.1.2　運(yùn)算放大器的反饋　152
8.1.3　運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性　154
8.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)：相位裕度的測量　159
8.2　有源負(fù)載差分對的穩(wěn)定性　164
8.2.1　有源負(fù)載差分對　164
8.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)：有源負(fù)載差分對的頻率特性　166
8.3　課后練習(xí)　169

第　9 章 密勒運(yùn)算放大器的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)　170
9.1　兩級(jí)運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性問題　170
9.1.1　兩級(jí)運(yùn)算放大器的級(jí)聯(lián)　170
9.1.2　極點(diǎn)分離技術(shù)　171
9.1.3　正零點(diǎn)補(bǔ)償技術(shù)　173
9.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)：兩級(jí)運(yùn)算放大器中的密勒補(bǔ)償　176
9.2　密勒運(yùn)算放大器的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法　179
9.2.1　運(yùn)算放大器的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)思路　179
9.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)：運(yùn)算放大器系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法　182
9.3　課后練習(xí)　184

第　10 章 噪聲　185
10.1　晶體管的噪聲　185
10.1.1　熱噪聲　185
10.1.2　閃爍噪聲　188
10.1.3　噪聲帶寬　189
10.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)： MOSFET噪聲特性的標(biāo)定　190
10.2　電路系統(tǒng)中的噪聲優(yōu)化　193
10.2.1　噪聲的等效轉(zhuǎn)換　193
10.2.2　仿真實(shí)驗(yàn)：五管 OTA 的噪聲優(yōu)化　198
10.3　課后練習(xí)　201

第　11 章 失調(diào)與共模抑制比　202
11.1　失調(diào)的來源　202
11.1.1　隨機(jī)性失調(diào)　202
11.1.2　電路中失調(diào)因素的轉(zhuǎn)換　205
11.1.3　系統(tǒng)性失調(diào)　206
11.1.4　仿真實(shí)驗(yàn)：五管 OTA 的輸入等效失調(diào)電壓優(yōu)化　207
11.2　共模抑制比　210
11.2.1　隨機(jī)性共模抑制比　211
11.2.2　系統(tǒng)性共模抑制比　214
11.2.3　共模抑制比的仿真測量方法　218
11.2.4　仿真實(shí)驗(yàn)：五管 OTA 的共模抑制比設(shè)計(jì)與優(yōu)化　219
11.3　課后練習(xí)　223

附錄　本書 180 nm 工藝下 gm/ID仿真圖　224