- 掌握MOSFET特性：通过仿真实验深入理解MOSFET的伏安特性、二级效应及小信号模型。
- 设计单级放大器：学习共源、源跟随器、共栅及共源共栅放大器的原理与仿真方法。
- 分析差分放大器：掌握基本差分对的直流、小信号及共模响应分析。
- 构建电流镜与偏置：学习电流镜工作原理、高输出摆幅设计及有源负载应用。
- 培养工程思维：通过“先仿复现、后创新设计”模式，提升全局规划与工程实践能力。
★★★
中级
入门初级中级进阶高级
- 集成电路专业学生：作为教材，通过仿真实践快速入门模拟IC设计。
- 初级工程师：学习使用国产EDA工具，提升电路设计与仿真技能。
- 技术爱好者：对模拟IC感兴趣的发烧友，可通过本书动手实践。
- 产业新人：了解产业与工程设计的内在联系，加速职业成长。
- 理论先行：先阅读每章的理论部分，理解公式和原理，再动手仿真。
- 仿真实践：严格按照书中步骤完成每个仿真实验，记录波形与数据。
- 创新设计：完成基础仿真后，尝试修改参数或电路结构，进行创新设计。
- 课后练习：每章后的练习是巩固知识的关键，建议独立完成。
- 工具熟悉：熟练使用华大九天Empyrean工具，掌握其操作流程和技巧。
- 快速入门：通过仿真实验快速掌握CMOS模拟集成电路的核心概念。
- 工程实践能力：熟练使用国产EDA工具，具备独立仿真与验证能力。
- 创新思维：在模仿复现基础上，培养创新设计能力和全局规划思维。
- 产业认知：了解模拟IC产业发展趋势，建立工程与产业联系。
- 坚实基础：为后续高阶模拟IC课程学习奠定扎实基础。
📖 书籍简介
产品特色
编辑推荐
聚焦核心理论与技术，模拟复现与创新设计相结合。通过“先仿复现、后创新设计”的教学思路，帮助读者深入理解并掌握集成电路的基础知识和设计理念。
引入工程技术思路，介绍产业发展趋势。广泛纳入模拟集成电路的工程技术思路，帮助读者理解产业与工程设计的内在联系。
基于国产EDA工具，培养工程实践能力。采用华大九天Empyrean工具进行教学和实验，提供更加贴近产业实际的教学环境。
内容简介
本书着重介绍模拟集成电路的核心特性和设计方法，理论部分简要介绍拟集成电路涉及的公式和原理，通过仿真案例为教学打下基础，确保读者能够“知其然，知其所以然”。本书以“先模仿复现、后创新设计”的思路设置了不同难度的仿真练习，并详细介绍操作流程，使读者可以自主完成相应的仿真实验，从而掌握集成电路设计思路逐步培养全局规划能力和工程思维方式，为后续深入学习高阶模拟集成电路课程奠定坚实的基础。
本书适合电子信息和集成电路相关专业本科生和研究生阅读，也可为模拟集成电路技术发烧友提供有益参考。
作者简介
胡远奇
长期从事高精度数模混合集成电路设计工作。2015年获英国帝国理工学院博士学位，2015—2018年担任芯片企业Cirrus Logic的研发设计师，2018年入职北京航空航天大学，获评国 家级青年人才。主持国家自然科学基金区域联合重点项目等7个项目，发表论文20余篇。担任国家“十四五”重点研发计划“微纳电子技术”重点专项总体专 家组成员、IEEE TBiOCAS 编委及IEEECAS传感系统技术委员会委员等。
王昭昊
长期从事存储器及集成电路教学科研工作。2015年获法国巴黎萨克雷大学物理学博士学位，2016年入职北京航空航天大学。主讲本科生核心专业课“模拟集成电路基础”，以第 一作者或通信作者身份发表学术论文60余篇，获30余项发明专利授权，转让专利4项。获北京市高等教育教学成果二等奖、中国电子学会自然科学一等奖等。
目录
第 1 章 绪论 1
1．1 经典的模拟集成电路 1
1．2 模拟集成电路的主要推动力 2
1．3 CMOS 技术与工艺 3
1．4 设计技巧与工程思想 3
1．5 电路仿真工具： 华大九天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 原理简介 6
2．1．2 仿真实验： MOSFET 的伏安特性曲线 7
2．1．3 仿真实验： MOSFET 的二级效应 14
2．2 MOSFET 的小信号模型 21
2．2．1 小信号模型的理论依据 21
2．2．2 仿真实验： MOSFET 的小信号参数测试 24
2．3 MOSFET 的几种常见连接方式 33
2．3．1 MOSFET 的二极管连接方式 33
2．3．2 MOSFET 的电流源连接方式 34
2．3．3 仿真实验：二极管连接型MOSFET 和电流源连接型 MOSFET 34
2．4 课后练习 37
第 3 章 CMOS 单级放大器 38
3．1 共源放大器 38
3．1．1 以电阻为负载的共源放大器 38
3．1．2 推挽放大器 41
3．1．3 带源极负反馈的共源放大器 42
3．1．4 仿真实验：共源放大器 43
3．2 源跟随器 51
3．2．1 源跟随器的基础理论 52
3．2．2 仿真实验：源跟随器仿真 53
3．3 共栅放大器 56
3．3．1 共栅放大器的基础理论 56
3．3．2 仿真实验：共栅放大器的仿真 57
3．4 共源共栅放大器 60
3．4．1 共源共栅放大器的基础理论 61
3．4．2 仿真实验：共源共栅放大器的仿真 62
3．5 课后练习 65
第 4 章 CMOS 差分放大器 66
4．1 基本差分对 66
4．1．1 基本差分对的直流分析 67
4．1．2 仿真实验：基本差分对的直流特性分析 68
4．1．3 半边电路法 71
4．1．4 仿真实验：基本差分对的小信号特性分析 73
4．2 共模响应 76
4．2．1 尾电流源阻抗的影响 76
4．2．2 MOSFET 失配的影响 78
4．2．3 仿真实验：差分放大器的共模响应 78
4．3 课后练习 84
第 5 章 电流镜与偏置电路 85
5．1 电流镜的工作原理 85
5．1．1 基本电流镜 85
5．1．2 共源共栅电流镜 87
5．1．3 仿真实验：电流镜的特性曲线 88
5．2 高输出摆幅的共源共栅电流镜 91
5．2．1 共源共栅电流镜摆幅分析 91
5．2．2 两种高输出摆幅的共源共栅电流镜 91
5．2．3 仿真实验：高输出摆幅的共源共栅电流镜 94
5．3 电流镜用作有源负载 96
5．3．1 有源负载的原理 96
5．3．2 仿真实验：以电流镜作为负载的差分放大器 98
5．4 偏置电路 103
5．4．1 恒定跨导偏置电路 104
5．4．2 仿真实验：恒定跨导偏置电路 106
5．5 课后练习 111
第 6 章 频率响应 112
6．1 频域分析的基础理论 112
6．1．1 零点和极点 112
6．1．2 波特图 114
6．1．3 仿真实验：二阶系统的幅频响应 116
6．2 共源放大器的频率特性 121
6．2．1 MOSFET 电容 121
6．2．2 小信号分析法 121
6．2．3 近似分析 123
6．2．4 特征频率 125
6．2．5 仿真实验：共源放大器的频率响应 126
6．3 课后练习 131
第 7 章 MOSFET 的进阶特性 132
7．1 弱反型区 132
7．1．1 理论分析与模型 132
7．1．2 仿真实验： MOSFET 的弱反型区 134
7．2 速度饱和区 138
7．2．1 理论分析与模型 138
7．2．2 仿真实验： MOSFET 的速度饱和区 140
7．3 共源放大器的特征频率 142
7．3．1 跨区域特征频率估算 142
7．3．2 仿真实验：共源放大器的特征频率 144
7．4 跨区域的工程设计方法论 147
7．4．1 gm ID 方法论 147
7．4．2 仿真实验： gm ID 工程设计方法 148
7．5 课后练习 150
第 8 章 反馈与稳定性 151
8．1 反馈与稳定性问题 151
8．1．1 开环增益、闭环增益与环路增益 151
8．1．2 运算放大器的反馈 152
8．1．3 运算放大器的稳定性 154
8．1．4 仿真实验：相位裕度的测量 159
8．2 有源负载差分对的稳定性 164
8．2．1 有源负载差分对 164
8．2．2 仿真实验：有源负载差分对的频率特性 166
8．3 课后练习 169
第 9 章 密勒运算放大器的系统性设计 170
9．1 两级运算放大器的稳定性问题 170
9．1．1 两级运算放大器的级联 170
9．1．2 极点分离技术 171
9．1．3 正零点补偿技术 173
9．1．4 仿真实验：两级运算放大器中的密勒补偿 176
9．2 密勒运算放大器的系统性设计方法 179
9．2．1 运算放大器的系统性设计思路 179
9．2．2 仿真实验：运算放大器系统性设计方法 182
9．3 课后练习 184
第 10 章 噪声 185
10．1 晶体管的噪声 185
10．1．1 热噪声 185
10．1．2 闪烁噪声 188
10．1．3 噪声带宽 189
10．1．4 仿真实验： MOSFET噪声特性的标定 190
10．2 电路系统中的噪声优化 193
10．2．1 噪声的等效转换 193
10．2．2 仿真实验：五管 OTA 的噪声优化 198
10．3 课后练习 201
第 11 章 失调与共模抑制比 202
11．1 失调的来源 202
11．1．1 随机性失调 202
11．1．2 电路中失调因素的转换 205
11．1．3 系统性失调 206
11．1．4 仿真实验：五管 OTA 的输入等效失调电压优化 207
11．2 共模抑制比 210
11．2．1 随机性共模抑制比 211
11．2．2 系统性共模抑制比 214
11．2．3 共模抑制比的仿真测量方法 218
11．2．4 仿真实验：五管 OTA 的共模抑制比设计与优化 219
11．3 课后练习 223
附录 本书 180 nm 工艺下 gm ID仿真图 224
1．1 经典的模拟集成电路 1
1．2 模拟集成电路的主要推动力 2
1．3 CMOS 技术与工艺 3
1．4 设计技巧与工程思想 3
1．5 电路仿真工具： 华大九天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 原理简介 6
2．1．2 仿真实验： MOSFET 的伏安特性曲线 7
2．1．3 仿真实验： MOSFET 的二级效应 14
2．2 MOSFET 的小信号模型 21
2．2．1 小信号模型的理论依据 21
2．2．2 仿真实验： MOSFET 的小信号参数测试 24
2．3 MOSFET 的几种常见连接方式 33
2．3．1 MOSFET 的二极管连接方式 33
2．3．2 MOSFET 的电流源连接方式 34
2．3．3 仿真实验：二极管连接型MOSFET 和电流源连接型 MOSFET 34
2．4 课后练习 37
第 3 章 CMOS 单级放大器 38
3．1 共源放大器 38
3．1．1 以电阻为负载的共源放大器 38
3．1．2 推挽放大器 41
3．1．3 带源极负反馈的共源放大器 42
3．1．4 仿真实验：共源放大器 43
3．2 源跟随器 51
3．2．1 源跟随器的基础理论 52
3．2．2 仿真实验：源跟随器仿真 53
3．3 共栅放大器 56
3．3．1 共栅放大器的基础理论 56
3．3．2 仿真实验：共栅放大器的仿真 57
3．4 共源共栅放大器 60
3．4．1 共源共栅放大器的基础理论 61
3．4．2 仿真实验：共源共栅放大器的仿真 62
3．5 课后练习 65
第 4 章 CMOS 差分放大器 66
4．1 基本差分对 66
4．1．1 基本差分对的直流分析 67
4．1．2 仿真实验：基本差分对的直流特性分析 68
4．1．3 半边电路法 71
4．1．4 仿真实验：基本差分对的小信号特性分析 73
4．2 共模响应 76
4．2．1 尾电流源阻抗的影响 76
4．2．2 MOSFET 失配的影响 78
4．2．3 仿真实验：差分放大器的共模响应 78
4．3 课后练习 84
第 5 章 电流镜与偏置电路 85
5．1 电流镜的工作原理 85
5．1．1 基本电流镜 85
5．1．2 共源共栅电流镜 87
5．1．3 仿真实验：电流镜的特性曲线 88
5．2 高输出摆幅的共源共栅电流镜 91
5．2．1 共源共栅电流镜摆幅分析 91
5．2．2 两种高输出摆幅的共源共栅电流镜 91
5．2．3 仿真实验：高输出摆幅的共源共栅电流镜 94
5．3 电流镜用作有源负载 96
5．3．1 有源负载的原理 96
5．3．2 仿真实验：以电流镜作为负载的差分放大器 98
5．4 偏置电路 103
5．4．1 恒定跨导偏置电路 104
5．4．2 仿真实验：恒定跨导偏置电路 106
5．5 课后练习 111
第 6 章 频率响应 112
6．1 频域分析的基础理论 112
6．1．1 零点和极点 112
6．1．2 波特图 114
6．1．3 仿真实验：二阶系统的幅频响应 116
6．2 共源放大器的频率特性 121
6．2．1 MOSFET 电容 121
6．2．2 小信号分析法 121
6．2．3 近似分析 123
6．2．4 特征频率 125
6．2．5 仿真实验：共源放大器的频率响应 126
6．3 课后练习 131
第 7 章 MOSFET 的进阶特性 132
7．1 弱反型区 132
7．1．1 理论分析与模型 132
7．1．2 仿真实验： MOSFET 的弱反型区 134
7．2 速度饱和区 138
7．2．1 理论分析与模型 138
7．2．2 仿真实验： MOSFET 的速度饱和区 140
7．3 共源放大器的特征频率 142
7．3．1 跨区域特征频率估算 142
7．3．2 仿真实验：共源放大器的特征频率 144
7．4 跨区域的工程设计方法论 147
7．4．1 gm ID 方法论 147
7．4．2 仿真实验： gm ID 工程设计方法 148
7．5 课后练习 150
第 8 章 反馈与稳定性 151
8．1 反馈与稳定性问题 151
8．1．1 开环增益、闭环增益与环路增益 151
8．1．2 运算放大器的反馈 152
8．1．3 运算放大器的稳定性 154
8．1．4 仿真实验：相位裕度的测量 159
8．2 有源负载差分对的稳定性 164
8．2．1 有源负载差分对 164
8．2．2 仿真实验：有源负载差分对的频率特性 166
8．3 课后练习 169
第 9 章 密勒运算放大器的系统性设计 170
9．1 两级运算放大器的稳定性问题 170
9．1．1 两级运算放大器的级联 170
9．1．2 极点分离技术 171
9．1．3 正零点补偿技术 173
9．1．4 仿真实验：两级运算放大器中的密勒补偿 176
9．2 密勒运算放大器的系统性设计方法 179
9．2．1 运算放大器的系统性设计思路 179
9．2．2 仿真实验：运算放大器系统性设计方法 182
9．3 课后练习 184
第 10 章 噪声 185
10．1 晶体管的噪声 185
10．1．1 热噪声 185
10．1．2 闪烁噪声 188
10．1．3 噪声带宽 189
10．1．4 仿真实验： MOSFET噪声特性的标定 190
10．2 电路系统中的噪声优化 193
10．2．1 噪声的等效转换 193
10．2．2 仿真实验：五管 OTA 的噪声优化 198
10．3 课后练习 201
第 11 章 失调与共模抑制比 202
11．1 失调的来源 202
11．1．1 随机性失调 202
11．1．2 电路中失调因素的转换 205
11．1．3 系统性失调 206
11．1．4 仿真实验：五管 OTA 的输入等效失调电压优化 207
11．2 共模抑制比 210
11．2．1 随机性共模抑制比 211
11．2．2 系统性共模抑制比 214
11．2．3 共模抑制比的仿真测量方法 218
11．2．4 仿真实验：五管 OTA 的共模抑制比设计与优化 219
11．3 课后练习 223
附录 本书 180 nm 工艺下 gm ID仿真图 224
📑 章节目录
- 绪论
- MOSFET物理特性
- CMOS单级放大器
- CMOS差分放大器
- 电流镜与偏置电路
- 有源负载与输出级
- 频率响应与稳定性
- 运算放大器设计
- 版图设计基础
- 仿真验证与测试
- 综合设计项目
- 产业技术展望
