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译者序1

前言1

第1章 集成电路器件和模型1

1.1　半导体和pn结1

目录1

1.1.1 二极管2

1.1.2　反向偏置二极管3

1.1.3　缓变结5

1.1.4　大信号结电容6

1.1.5　正向偏置结8

1.1.7　正向偏置二极管的小信号模型9

1.1.6　正向偏置二极管的结电容9

1.1.8 肖特基二极管10

1.2　MOS晶体管11

1.2.1 MOS晶体管符号12

1.2.2　基本运算13

1.2.3　大信号模型17

1.2.4　体效应19

1.2.5　p沟道晶体管19

1.2.6　工作区中的小信号模型20

1.2.7　三极管和截止区中的小信号模型25

1.3.1　短沟道效应27

1.3　高级MOS模型27

1.3.2　亚阈值作用28

1.3.3　漏电流29

1.4　双极结晶体管29

1.4.1 基本运算30

1.4.2　大信号模型32

1.4.3 工作区中的基极电荷存储33

1.4.4　一个饱和晶体管的基极电荷存储33

1.4.5　小信号模型35

1.5　器件模型总结39

1.6 SPICE模型参数42

1.6.2　MOS晶体管43

1.6.1 二极管模型43

1.6.3　双极结晶体管45

1.7 附录46

1.7.1　二极管指数关系46

1.7.2　二极管扩散电容47

1.7.3 MOS阈值电压和体效应48

1.7.4　MOS三极管关系50

1.7.5　双极型晶体管指数关系52

1.7.6　一个有源BJT的基极电荷存储54

1.8　参考文献54

1.9 习题54

2.1.1 硅片57

2.1.2　光刻法和阱区定义57

第2章 工艺和布局57

2.1　CMOS工艺57

2.1.3　扩散和离子注入59

2.1.4　化学气相沉积法和定义工作区60

2.1.5　场植入层和场氧化层61

2.1.6　生成场氧化层61

2.1.7　栅极氧化层和阈值电压调整62

2.1.8　多晶硅栅极的形成63

2.1.9　植入结、沉淀SiO2、打开接触孔63

2.1.10　退火、沉淀和制模金属及玻璃罩沉淀64

2.2　双极工艺66

2.3　CMOS布局和设计准则67

2.4.1 匹配问题74

2.4　模拟布局考虑74

2.4.2　晶体管布局75

2.4.3　电容器匹配76

2.4.4　电阻布局79

2.4.5　噪声问题81

2.5　锁存现象83

2.6　参考文献85

2.7　习题86

第3章 镜像电流源和单级放大电路基础89

3.1 简单CMOS镜像电流源89

3.2　共源放大器91

3.3　源极跟随器或共漏放大器92

3.4　共栅放大器93

3.5　源极退化镜像电流源95

3.6　高输出阻抗镜像电流源97

3.6.1　共射共基镜像电流源97

3.6.2　威尔逊镜像电流源98

3.7　共射共基增益级99

3.8　MOS差动对和增益级100

3.9　双极镜像电流源103

3.10　双极增益级104

3.10.1　射极跟随器105

3.10.2　双极差动对——大信号106

3.10.3　双极差动对——小信号107

3.11.1　共源放大器108

3.11　频率响应108

3.11.2　源极跟随器放大器110

3.11.3　共栅放大器114

3.11.4　高输出阻抗镜像电路114

3.11.5　共射共基增益级114

3.12 SPICE仿真范例118

3.12.1 例3.2的仿真118

3.12.2　例3.3的仿真118

3.12.3　例3.8的仿真119

3.12.4 例3.9的仿真120

3.12.5 例3.10的仿真121

3.12.6　例3.11的仿真122

3.14 习题123

3.13　参考文献123

第4章 噪声分析与模型建立127

4.1 时域分析127

4.1.1 均方根值128

4.1.2　信噪比128

4.1.3　单位dBm128

4.1.4 噪声混叠129

4.2　频域分析130

4.2.1　噪声谱密度130

4.2.2 白噪声132

4.2.3 1/f噪声（或闪烁噪声）132

4.2.4 滤波噪声133

4.2.5　噪声带宽134

4.2.6　噪声的分段积分136

4.2.7　1/f噪声的不相关原理136

4.3 电路元件的噪声模型137

4.3.1 电阻138

4.3.2　二极管138

4.3.3　双极型晶体管138

4.3.4 MOSFET140

4.3.5　运算放大器141

4.3.6 电容和电感141

4.3.7　采样信号噪声142

4.4.1 运放举例143

4.4　噪声分析举例143

4.4.2　双极共发射极举例145

4.4.3 CMOS举例147

4.4.4　光纤前置放大电路举例148

4.5　参考文献151

4.6 习题151

第5章 基本运算放大器设计和补偿155

5.1 二级CMOS运算放大器155

5.1.1　运算放大器增益156

5.1.2　频率响应158

5.1.3　转换速率159

5.1.4　系统偏移电压160

5.1.5　n沟道或者p沟道输入级161

5.2　反馈和运算放大器补偿162

5.2.1 闭环放大器的一阶模型163

5.2.2　线性建压时间164

5.2.3　运算放大器补偿165

5.2.4　补偿二级运算放大器167

5.2.5　超前补偿170

5.2.6　进行独立于工艺和温度的补偿172

5.2.7　偏置一个运算放大器获得稳定跨导174

5.3 SPICE仿真范例175

5.4 参考文献177

5.5 习题177

6.1.1　宽幅镜像电流源179

第6章 高级镜像电流源和运算放大器179

6.1 高级镜像电流源179

6.1.2　宽幅恒定跨导偏置电路181

6.1.3　增强输出阻抗镜像电流源182

6.1.4　带增强输出阻抗的宽幅镜像电流源184

6.1.5　镜像电流源符号185

6.2　折叠式共射共基运算放大器186

6.2.1　小信号分析188

6.2.2　转换速率189

6.3　镜像电流源运算放大器191

6.4　线性建压时间回顾194

6.5　全差动运算放大器195

6.5.1 全差动折叠式共射共基运算放大器196

6.5.2　可选择的全差动运算放大器197

6.6　共模反馈电路201

6.7 电流反馈运算放大器204

6.8　SPICE仿真范例206

6.8.1　例6.2的仿真206

6.8.2　例6.3的仿真208

6.9　参考文献210

6.10　习题210

第7章 比较器213

7.1 为比较器使用运算放大器213

7.2　电荷注入误差216

7.2.1 让电荷注入信号无关217

7.2.2　最小化电荷注入引起的误差218

7.2.3　多级比较器的速度220

7.3　锁存比较器222

7.4 CMOS和BiCMOS比较器的例子225

7.5　双极比较器的例子230

7.6　参考文献232

7.7 习题233

第8章 采样保持、电压基准和跨导线性电路235

8.1　采样保持电路的性能235

8.2　MOS采样保持基础237

8.3 CMOS S/H电路举例241

8.4　双极性和双CMOS采样保持245

8.5　带隙电压基准基础248

8.6　带隙基准电路251

8.6.1　双极性带隙基准251

8.6.2　CMOS带隙基准253

8.7　跨导线性增益单元256

8.8　跨导线性乘法器257

8.9　参考文献259

8.10　习题260

第9章 离散时间信号263

9.1　信号频谱概述263

9.2　离散时间信号的拉普拉斯变换263

9.3　z变换266

9.4　下采样和上采样267

9.5　离散时间滤波器269

9.5.1 离散时间滤波器的频率响应269

9.5.2　离散时间滤波器的稳定性272

9.5.3 IIR和FIR滤波器273

9.5.4　双线性变换273

9.6　采样和保持响应274

9.7　参考文献276

9.8　习题276

10.1　基本构件279

10.1.1　运算放大器279

第10章 开关电容器电路279

10.1.2 电容器280

10.1.3　开关280

10.1.4　不相重叠的时钟281

10.2　基本运算和分析282

10.2.1　开关电容器的等价电阻282

10.2.2　寄生灵敏积分器283

10.2.3　寄生非灵敏积分器286

10.2.4　信号流程图分析288

10.3　一阶滤波器289

10.3.1　开关共用292

10.3.2　全差动滤波器292

10.4　双四元滤波器293

10.4.1　低Q双四元滤波器294

10.4.2　高Q双四元滤波器297

10.5　电荷注入299

10.6　开关电容器增益电路302

10.6.1 并联RC电路302

10.6.2　可复位增益电路303

10.6.3　可重置电容的增益电路304

10.7　相关双采样技术306

10.8　其他开关电容器电路307

10.8.1 调幅器308

10.8.2　全波整流器308

10.8.4　压控振荡器309

10.8.3　峰值检波器309

10.8.5　正弦振荡器311

10.9　参考文献312

10.10 习题314

第11章 数据转换器基本原理317

11.1 理想的D/A转换器317

11.2　理想的A/D转换器318

11.3　量化噪声319

11.3.1　确定性方法319

11.3.2　随机方法320

11.4.3　偏移二进制码322

11.4.2　1的补码322

11.4　有符号码322

11.4.1　符号数值322

11.4.4　2的补码323

11.5　性能限度323

11.6　参考义献328

11.7　习题328

第12章 奈奎斯特速率D/A转换器329

12.1　基于译码器的转换器329

12.1.1 电阻器串转换器329

12.1.2　重叠电阻器串转换器330

12.1.3　多电阻器串转换器332

12.2.1　二进制加权电阻器转换器333

12.1.4　有符号输出333

12.2　二进制标度转换器333

12.2.2　减小电阻比阶梯334

12.2.3　基于R-2R的转换器335

12.2.4 电荷再分配开关电容器转换器336

12.2.5　电流模式转换器337

12.2.6　低频干扰337

12.3 温度计码转换器338

12.3.1 温度计码电流模式D/A转换器339

12.3.2　单电源正输出转换器340

12.3.3　动态匹配电流源341

12.4.1 电阻器—电容器混合转换器343

12.4　混合转换器343

12.4.2　分段转换器344

12.5　参考文献345

12.6 习题345

第13章 奈奎斯特速率A/D转换器347

13.1　集成转换器347

13.2　逐次逼近转换器350

13.2.1 基于DAC的逐次逼近351

13.2.2　单极性电荷再分配A/D352

13.2.3　有一个单独基准电压的有符号电荷再分配A/D355

13.2.4　电阻器—电容器混合356

13.2.5　有误差修正的电荷再分配357

13.2.6 对电荷再分配转换器的速度估计359

13.3　算术（或循环）A/D转换器360

13.4　瞬时（或并联）转换器362

13.5　两级A/D转换器366

13.6 内插A/D转换器369

13.7　重叠A/D转换器371

13.8　管道A/D转换器375

13.9 时间分解A/D转换器377

13.10　参考文献378

13.11 习题379

第14章 过采样转换器381

14.1 没有噪声频率成形的过采样381

14.1.1　量化噪声建模381

14.1.2 白噪声假设382

14.1.3　过采样的优点383

14.1.4　1位D/A转换器的优点385

14.2　有噪声频率成形的过采样385

14.2.1　噪声频率成形的Delta-Sigma调制器386

14.2.2　一阶噪声频率成形387

14.2.3　一阶A/D转换器的开关电容器实现389

14.2.4　二阶噪声频率成形390

14.2.5　噪声传递函数曲线390

14.2.6 1位调制器的量化噪声功率391

14.2.7　错误反馈结构391

14.3.1 Delta-Sigma A/D转换器的系统结构392

14.3　系统结构392

14.3.2 Delta-Sigma D/A转换器的系统结构394

14.4　数字抽取滤波器395

14.4.1 多级395

14.4.2　单级398

14.5　高阶调制器398

14.5.1 内插结构398

14.5.2　多级噪声频率成形结构399

14.6　带通过采样转换器400

14.7　必须考虑的实际问题401

14.7.1 稳定性401

14.7.2　双电平转换器的线性402

14.7.4　抖动404

14.7.3 空闲音404

14.7.5　运算放大器增益405

14.8　多位过采样转换器405

14.8.1 多位随机函数发生器D/A转换器406

14.8.2　D/A转换器中的动态匹配电流源406

14.8.3　数字校准A/D转换器407

14.8.4　同时有多位和一位反馈的A/D407

14.9　三阶A/D设计示例408

14.10　参考文献410

14.11 习题411

15.1 Gm-C滤波器413

15.1.1 积分器413

第15章 时序滤波器413

15.1.2　全差动积分器414

15.1.3　一阶滤波器416

15.1.4　二阶滤波器418

15.2 双极跨导420

15.2.1　使用电阻器的固定跨导420

15.2.2　增益单元跨导424

15.2.3　使用多个差动对的跨导425

15.3　CMOS型三极管跨导值429

15.3.1 采用固定偏压晶体三极管的跨导429

15.3.2　采用变化偏压晶体三极管的跨导431

15.3.3　漏源电压恒定的跨导434

15.4.1 CMOS对436

15.4　利用有源晶体管的CMOS跨导436

15.4.2　栅源电压的常量和437

15.4.3　与源极相连的差动对437

15.4.4　基于晶体管的跨导438

15.4.5　带浮动电压源的差动对439

15.4.6　跨组交叉的偏差漂移差动对441

15.5 双CMOS跨导器442

15.5.1 三极管中的可调整MOS442

15.5.2 带有跨导线性乘法器的固定电阻跨导器443

15.5.3 带有跨导线性乘法器的固定值的有源MOS跨导器444

15.6 MOSFET—C滤波器445

15.6.1　双晶体管积分器445

15.6.2　四晶体管积分器447

15.6.3 R-MOSFET-C滤波器448

15.7　调谐电路系统449

15.7.1　调谐概述450

15.7.2　恒定跨导451

15.7.3　频率调谐452

15.7.4　Q因子调谐454

15.7.5　基于自适应滤波的调谐方法455

15.8　动态范围性能456

15.8.1　总谐波失真456

15.8.2　三阶截点457

15.8.3　无失真动态范围460

15.9　参考文献461

15.10　习题463

第16章 锁相环路465

16.1　基本的环路架构465

16.1.1　线性小信号分析469

16.1.2　捕捉范围473

16.1.3　锁定范围474

16.1.4　错误锁定474

16.1.5　异或门相位比较器474

16.2　充电式相位比较器的PLL475

16.2.1 充电式PLL的小信号分析477

16.2.2　鉴相（频）器478

16.3　压控振荡器480

16.3.1　双极型双发射极多谐振荡器481

16.3.2　环形振荡器483

16.3.3　CMOS张弛振荡器487

16.4　PLL的计算机仿真487

16.4.1 用差分方程描述持续时间元件488

16.4.2 VCO的差分方程模型490

16.4.3 环路滤波器的差分方程模拟491

16.4.4　相位／频率比较器的仿真493

16.4.5 完整仿真493

16.5 附录493

16.6　参考文献496

16.7 习题497