Empyrean模擬集成電路設計與工程

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力　2
1.3　CMOS 技術與工藝　3
1.4　設計技巧與工程思想　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　仿真實驗： MOSFET 的伏安特性曲線　7
2.1.3　仿真實驗： MOSFET 的二級效應　14
2.2　MOSFET 的小信號模型　21
2.2.1　小信號模型的理論依據(jù)　21
2.2.2　仿真實驗： MOSFET 的小信號參數(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　仿真實驗：二極管連接型MOSFET 和電流源連接型 MOSFET　34
2.4　課后練習　37

第　3 章 CMOS 單級放大器　38
3.1　共源放大器　38
3.1.1　以電阻為負載的共源放大器　38
3.1.2　推挽放大器　41
3.1.3　帶源極負反饋的共源放大器　42
3.1.4　仿真實驗：共源放大器　43
3.2　源跟隨器　51
3.2.1　源跟隨器的基礎理論　52
3.2.2　仿真實驗：源跟隨器仿真　53
3.3　共柵放大器　56
3.3.1　共柵放大器的基礎理論　56
3.3.2　仿真實驗：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理論　61
3.4.2　仿真實驗：共源共柵放大器的仿真　62
3.5　課后練習　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　仿真實驗：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　仿真實驗：基本差分對的小信號特性分析　73
4.2　共模響應　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　仿真實驗：差分放大器的共模響應　78
4.3　課后練習　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　仿真實驗：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　仿真實驗：高輸出擺幅的共源共柵電流鏡　94
5.3　電流鏡用作有源負載　96
5.3.1　有源負載的原理　96
5.3.2　仿真實驗：以電流鏡作為負載的差分放大器　98
5.4　偏置電路　103
5.4.1　恒定跨導偏置電路　104
5.4.2　仿真實驗：恒定跨導偏置電路　106
5.5　課后練習　111

第　6 章 頻率響應　112
6.1　頻域分析的基礎理論　112
6.1.1　零點和極點　112
6.1.2　波特圖　114
6.1.3　仿真實驗：二階系統(tǒng)的幅頻響應　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　仿真實驗：共源放大器的頻率響應　126
6.3　課后練習　131

第　7 章 MOSFET 的進階特性　132
7.1　弱反型區(qū)　132
7.1.1　理論分析與模型　132
7.1.2　仿真實驗： 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　仿真實驗： 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　仿真實驗：共源放大器的特征頻率　144
7.4　跨區(qū)域的工程設計方法論　147
7.4.1　gm/ID 方法論　147
7.4.2　仿真實驗： gm/ID 工程設計方法　148
7.5　課后練習　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　運算放大器的反饋　152
8.1.3　運算放大器的穩(wěn)定性　154
8.1.4　仿真實驗：相位裕度的測量　159
8.2　有源負載差分對的穩(wěn)定性　164
8.2.1　有源負載差分對　164
8.2.2　仿真實驗：有源負載差分對的頻率特性　166
8.3　課后練習　169

第　9 章 密勒運算放大器的系統(tǒng)性設計　170
9.1　兩級運算放大器的穩(wěn)定性問題　170
9.1.1　兩級運算放大器的級聯(lián)　170
9.1.2　極點分離技術　171
9.1.3　正零點補償技術　173
9.1.4　仿真實驗：兩級運算放大器中的密勒補償　176
9.2　密勒運算放大器的系統(tǒng)性設計方法　179
9.2.1　運算放大器的系統(tǒng)性設計思路　179
9.2.2　仿真實驗：運算放大器系統(tǒng)性設計方法　182
9.3　課后練習　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　仿真實驗： MOSFET噪聲特性的標定　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　仿真實驗：五管 OTA 的噪聲優(yōu)化　198
10.3　課后練習　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　仿真實驗：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　仿真實驗：五管 OTA 的共模抑制比設計與優(yōu)化　219
11.3　課后練習　223

附錄　本書 180 nm 工藝下 gm/ID仿真圖　224