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模拟集成电路的分析与设计(第4版影印版)

模拟集成电路的分析与设计(第4版影印版)

定 价:¥68.00

作 者: 美Paul R.Gray等著
出版社: 高等教育出版社
丛编项: 国外优秀信息科学与技术系列教学用书
标 签: 集成电路

ISBN: 9787040130430 出版时间: 2003-01-01 包装: 平装
开本: 26cm 页数: 875 字数:  

内容简介

  本书是教育部高教司推荐的国外优秀信息科学与技术系列教学用书之一。本书的主要内容包括:集成电路有源设备模型,双极、MOS、双MOS集成电路技术,单晶体管和多晶体管放大器,电流镜像、有源负载及其参考值,输出级,单端输出的运算放大器,集成电路的频率响应,反馈,频率响应与反馈放大器的稳定性,非线性模拟电路,集成电路中的噪声,全差分运算放大器。全书从基本理论、关键技术、实用工程的角度,全面介绍了模拟集成电路的的新应用,是作者多年教学和科研工作的总结。书中内容丰富新颖,各章都有相当数量的习题,并将SPICE技术引入,作为工具对复杂的电路进行分析。本书广泛系统地介绍了模拟集成电路的基础知识和基本理论,深入浅出,概念清晰,因此本书既可以作为研究生或高年级本科生的教科书,也可作为应用工程的参考书,同时又是一本比较全面、系统的模拟集成电路方面的专著。

作者简介

暂缺《模拟集成电路的分析与设计(第4版影印版)》作者简介

图书目录

 CHAPTER 1
 Models for Integrated-Circuit Active
 Devices 1
 1.1  Introduction  1
 1.2  Depletion Region of a pn Junction  1
 1.2.1  Depletion-Region Capacitance  5
 1.2.2  Junction Breakdown  6
 1.3  Large-Signal Behavior of Bipolar Transistors  8
 1.3.1  Large-Signal Models in the Forward-Active Region  9
 1.3.2  Effects of Collector Voltage on Large-Signal Characteristics in the Forward-Active Region  14
 1.3.3  Saturation and Inverse Active Regions  16
 1.3.4  Transistor Breakdown Voltages 20
 1.3.5  Dependence of Transistor Current Gain/3r on Operating Conditions 23
 1.4  Small-Signal Models of Bipolar Transistors 26
 1.4.1  Transconductance  27
 1.4.2  Base-Charging Capacitance  28
 1.4.3  Input Resistance  29
 1.4.4  Output Resistance  29
 1.4.5  Basic Small-Signal Model of the Bipolar Transistor 30
 1.4.6  Collector-Base Resistance  30
 1.4.7  Parasitic Elements in the Small-Signal Model  31
 1.4.8  Specification of Transistor Frequency Response  34
 1.5  Large Signal Behavior of Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors  38
 1.5.1  Transfer Characteristics of MOS Devices  38
 1.5.2  Comparison of Operating Regions of Bipolar and MOS Transistors 45
 1.5.3  Decomposition of Gate-Source Voltage 47
 1.5.4  Threshold Temperature Dependence 47
 1.5.5  MOS Device Voltage Limitations 48
 1.6 Small-Signal Models of the MOS Transistors 49
 1.6.1  Trans conductance  50
 1.6.2  Intrinsic Gate-Source and Gate-Drain Capacitance  51
 1.6.3  Input Resistance  52
 1.6.4 Output Resistance  52
 1.6.5  Basic Small-Signal Model of the MOS Transistor 52
 1.6.6 Body Trans conductance  53
 1.6.7 Parasitic Elements in the Small-Signal Model  54
 1.6.8 MOS Transistor Frequency 55
 1.7  Short-Channel Effects in MOS Transistors 58
 1.7.1  Velocity Saturation from the Field 59
 1.7.2 Transonductance and Transition 63
 1.7.3  Mobility Degradation from the Vertical Field 65
 1.8  Weak Inversion in MOS Transistors 65
 1.8.1  Drain Current in Weak Inversion 66
 1.8.2  Transconductance and Transition Frequency in Weak Inversion  68
 1.9  Substrate Current Flow in MOS Transistors 71
 A.1.1 Summary of Active-Device Parameters 73
 CHAPTER 2
 Bipolar, MOS, and BiCMOS Integrated-Circuit Technology 78
 2.1  Introduction 78
 2.2  Basic Processes in Integrated-Circuit Fabrication 79
 2.2.1  Electrical Resistivity of Silicon 79
 2.2.2  Solid-State Diffusion  80
 2.2.3  Electrical Properties of Diffused Layers  82
 2.2.4 Photolithography  84
 2.2.5  Epitaxial Growth  85
 2.2.6 Ion Implantation 87
 2.2.7  Local Oxidation  87
 2.2.8  PolysiliconDeposition  87
 2.3  High-Voltage Bipolar Integrated-Circuit Fabrication 88
 2.4  Advanced Bipolar Integrated-Circuit Fabrication 92
 2.5  Active Devices in Bipolar Analog Integrated Circuits 95
 2.5.1  Integrated-Circuit npn Transistor 96
 2.5.2  Integrated-Circuit pnp Transistors 107
 2.6  Passive Components in Bipolar Integrated Circuits  115
 2.6.1  Diffused Resistors  115
 2.6.2  Epitaxial and Epitaxial Pinch Resistors  119
 2.6.3  Integrated-Circuit Capacitors  120
 2.6.4  Zener Diodes  121
 2.6.5  Junction Diodes  122
 2.7  Modifications to the Basic Bipolar Process  123
 2.7.1  Dielectric Isolation  123
 2.7.2  Compatible Processing for High-Performance Active Devices 124
 2.7.3  High-Performance Passive Components  127
 2.8  MOS Integrated-Circuit Fabrication 127
 2.9  Active Devices in MOS Integrated Circuits  131
 2.9.1  n-Channel Transistors  131
 2.9.2  p-Channel Transistors  141
 2.9.3  Depletion Devices  142
 2.9.4  Bipolar Transistors  142
 2.10 Passive Components in MOS Technology  144
 2.10.1  Resistors  144
 2.10.2  Capacitors in MOS Technology 145
 2.10.3  Latchup in CMOS Technology 148
 2.11  BiCMOS Technology 150
 2.12  Heterojunction Bipolar Transistors 152
 2.13  Interconnect Delay  153
 2.14  Economics of Integrated-Circuit Fabrication 154
 2.14.1  Yield Considerations in Integrated-Circuit Fabrication 154
 2.14.2  Cost Considerations in Integrated-Circuit Fabrication 157
 2.15  Packaging Considerations for Integrated Circuits 159
 2.15.1  Maximum Power Dissipation  159
 2.15.2  Reliability Considerations in Integrated-Circuit Packaging  162
 A.2.1  SPICE Model-Parameter Files  163
 CHAPTER 3
 Single-Transistor and Multiple-Transistor Amplifiers 170
 3.1  Device Model Selection for Approximate Analysis of Analog Circuits 171
 3.2  Two-Port Modeling of Amplifiers  172
 3.3  Basic Single-Transistor Amplifier Stages 174
 3.3.1  Common-Emitter Configuration 175
 3.3.2  Common-Source Configuration 179
 3.3.3  Common-Base Configuration  183
 3.3.4  Common-Gate Configuration  186
 3.3.5  Common-Base and Common-Gate Configurations with Finite ro  188
 3.3.5.1  Common-Base and Common-Gate Input Resistance  188
 3.3.5.2  Common-Base and Common-Gate Output Resistance  190
 3.3.6  Common-Collector Configuration (Emitter Follower)  191
 3.3.7  Common-Drain Configuration (Source Follower)  195
 3.3.8  Common-Emitter Amplifier with Emitter Degeneration  197
 3.3.9  Common-Source Amplifier with Source Degeneration  200
 3.4  Multiple-Transistor Amplifier Stages 202
 3.4.1  The CC-CE, CC-CC, and Darlington Configurations  202
 3.4.2  The Cascode Configuration 206
 3.4.2.1 The Bipolar Cascode  206
 3.4.2.2 The MOS Cascode  208
 3.4.3  The ActiveCascode  211
 3.4.4  The Super Source Follower  213
 3.5  Differential Pairs 215
 3.5.1  The dc Transfer Characteristic of an Emitter-Coupled Pair 215
 3.5.2  The dc Transfer Characteristic with Emitter Degeneration  217
 3.5.3  The dc Transfer Characteristic of a Source-Coupled Pair  218
 3.5.4  Introduction to the Small-Signal Analysis of Differential Amplifiers 221
 3.5.5  Small-Signal Characteristics of Balanced Differential Amplifiers 224
 3.5.6  Device Mismatch Effects in Differential Amplifiers  231
 3.5.6.1 Input Offset Voltage and Current 231
 3.5.6.2  Input Offset Voltage of the Emitter-Coupled Pair 232
 3.5.6.3  Offset Voltage of the Emitter-Coupled Pair: Approximate Analysis 232
 3.5.6.4  Offset Voltage Drift in the Emitter-Coupled Pair 234
 3.5.6.5  Input Offset Current of the Emitter-Coupled Pair 235
 3.5.6.6  Input Offset Voltage of the Source-Coupled Pair 236
 3.5.6.7  Offset Voltage of the Source-Coupled Pair: Approximate Analysis  236
 3.5.6.8  Offset Voltage Drift in the Source-Coupled Pair  238
 3.5.6.9  Small-Signal Characteristics of Unbalanced Differential Amplifiers  238
 A.3.1  Elementary Statistics and the Gaussian Distribution 246
 CHAPTER 4
 Current Mirrors, Active Loads, and References 253
 4.1  Introduction 253
 4.2  Current Mirrors 253
 4.2.1  General Properties  253
 4.2.2  Simple Current Mirror  255
 4.2.2.1  Bipolar 255
 4.2.2.2  MOS  257
 4.2.3  Simple Current Mirror with Beta Helper  260
 4.2.3.1  Bipolar  260
 4.2.3.2  MOS  262
 4.2.4  Simple Current Mirror with Degeneration  262
 4.2.4.1  Bipolar 262
 4.2.4.2  MOS  263
 4.2.5  Cascode Current Mirror  263
 4.2.5.1  Bipolar 263
 4.2.5.2  MOS  266
 4.2.6  Wilson Current Mirror  274
 4.2.6.1  Bipolar 274
 4.2.6.2  MOS  277
 4.3  Active Loads 278
 4.3.1  Motivation  278
 4.3.2  Common-Emitter/Common-Source Amplifier with Complementary Load 279
 4.3.3  Common-Emitter/Common-Source Amplifier with Depletion Load 282
 4.3.4  Common-Emitter/Common-Source Amplifier with Diode-Connected Load  284
 4.3.5  Differential Pair with Current-Mirror Load  287
 4.3.5.1  Large-Signal Analysis 287
 4.3.5.2  Small-Signal Analysis 288
 4.3.5.3  Common-Mode Rejection Ratio  293
 4.4  Voltage and Current References 299
 4.4.1  Low-Current Biasing 299
 4.4.1.1  Bipolar Widlar Current Source  299
 4.4.1.2  MOS Widlar Current Source  302
 4.4.1.3  Bipolar Peaking Current Source 303
 4.4.1.4  MOS Peaking Current Source 304
 4.4.2  Supply-Insensitive Biasing  306
 4.4.2.1  Widlar Current Sources 306
 4.4.2.2  Current Sources Using Other Voltage Standards 307
 4.4.2.3  Self Biasing  309
 4.4.3  Temperature-Insensitive Biasing 317
 4.4.3.1  Band-Gap-Referenced Bias Circuits in Bipolar Technology  317
 4.4.3.2  Band-Gap-Referenced Bias Circuits in CMOS Technology  323
 A.4.1  Matching Considerations in Current Mirrors 327
 A.4.1.1  Bipolar 327
 A.4.1.2  MOS 329
 A.4.2 Input Offset Voltage of Differential Pair with Active Load 332
 A.4.2.1 Bipolar 332
 A.4.2.2 MOS 334
 CHAPTER 5
 Output Stages  344
 5.1  Introduction  344
 5.2  The Emitter Follower As an Output Stage 344
 5.2.1  Transfer Characteristics of the Emitter-Follower  344
 5.2.2  Power Output and Efficiency  347
 5.2.3  Emitter-Follower Drive Requirements  354
 5.2.4  Small-Signal Properties of the Emitter Follower 355
 5.3  The Source Follower As an Output Stage 356
 5.3.1  Transfer Characteristics of the Source Follower 356
 5.3.2  Distortion in the Source Follower 358
 5.4  Class B Push-Pull Output Stage 362
 5.4.1  Transfer Characteristic of the Class B Stage 363
 5.4.2  Power Output and Efficiency of the Class B Stage 365
 5.4.3  Practical Realizations of Class B Complementary Output Stages 369
 5.4.4  All-npn Class B Output Stage 376
 5.4.5  Quasi-Complementary Output Stages 379
 5.4.60verloadProtecfion 380
 5.5  CMOS Class AB Output Stages 382
 5.5.1  Common-Drain Configuration 383
 5.5.2  Common-Source Configuration with Error Amplifiers  384
 5.5.3  Alternative Confignrations  391
 5.5.3.1  Combined Common-Drain Common-Source Configuration 391
 5.5.3.2  Combined Common-Drain Common-Source Configuration with High Swing 393
 5.5.3.3  Parallel Common-Source Configuration  394
 CHAPTER 6
 Operational Amplifiers with Single-Ended Outputs 404
 6.1  Applications of Operational Amplifiers 405
 6.1.1  Basic Feedback Concepts  405
 6.1.2  Inverting Amplifier  406
 6.1.3  Noninverting Amplifier 408
 6.1.4  Differential Amplifier  408
 6.1.5  Nonlinear Analog Operations  409
 6.1.6  Integrator, Differentiator  410
 6.1.7  Internal Amplifiers  411
 6.1.7.1 Switched-Capacitor Amplifier 411
 6.1.7.2 Switched-Capacitor Integrator 416
 6.2  Deviations from Ideality in Real Operational Amplifiers 419
 6.2.1  Input Bias Current  419
 6.2.2  Input Offset Current 420
 6.2.3  Input Offset Voltage 421
 6.2.4  Common-Mode Input Range 421
 6.2.5  Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) 421
 6.2.6  Power-Supply Rejection Ratio (PSRR) 422
 6.2.7  Input Resistance 424
 6.2.8  Output Resistance 424
 6.2.9  Frequency Response 424
 6.2.10  Operational-Amplifier Equivalent Circuit 424
 6.3  Basic Two-Stage MOS Operational Amplifiers 425
 6.3.1  Input Resistance, Output Resistance, and Open-Circuit Voltage Gain 426
 6.3.2  Output Swing 428
 6.3.3  Input Offset Voltage 428
 6.3.4  Common-Mode Rejection Ratio 431
 6.3.5  Common-Mode Input Range 432
 6.3.6  Power-Supply Rejection Ratio (PSRR) 434
 6.3.7  Effect of Overdrive Voltages  439
 6.3.8  Layout Considerations  439
 6.4  Two-Stage MOS Operational Amplifiers with Cascodes 442
 6.5  MOS Telescopic-Cascode Operational Amplifiers 4A.A,
 6.6  MOS Folded-Cascode Operational Amplifiers 446
 6.7  MOS Active-Cascode Operational Amplifiers 450
 6.8  Bipolar Operational Amplifiers 453
 6.8.1  The dc Analysis of the 741
 Operational Amplifier 456
 6.8.2  Small-Signal Analysis of the 741
 Operational Amplifier 461
 6.8.3  Input Offset Voltage, Input Offset Current, and Common-Mode Rejection Ratio of the 741  470
 6.9  Design Considerations for Bipolar Monolithic Operational Amplifiers 472
 6.9.1  Design of Low-Drift Operational Amplifiers 474
 6.9.2  Design of Low-Input-Current Operational Amplifiers  476
 CHAPTER 7
 Frequency Response of Integrated Circuits 488
 7.1  Introduction 488
 7.2  Single-Stage Amplifiers 488
 7.2.1  Single-Stage Voltage Amplifiers and The Miller Effect 488
 7.2.1.1  The Bipolar Differential Amplifier: Differential-Mode Gain  493
 7.2.1.2  The MOS Differential Amplifier: Differential-Mode Gain  496
 7.2.2  Frequency Response of the Common-Mode Gain for a Differential Amplifier  499
 7.2.3  Frequency Response of Voltage Buffers  502
 7.2.3.1  Frequency Response of the Emitter Follower 503
 7.2.3.2  Frequency Response of the Source Follower  509
 7.2.4  Frequency Response of Current Buffers  511
 7.2.4.1  Common-Base-Amplifier Frequency Response  514
 7.2.4.2  Common-Gate-Amplifier Frequency Response  515
 7.3  Multistage Amplifier Frequency Response 516
 7.3.1  Dominant-Pole Approximation 516
 7.3.2  Zero-Value Time Constant Analysis  517
 7.3.3  Cascode Voltage-Amplifier Frequency Response  522
 7.3.4  Cascode Frequency Response 525
 7.3.5  Frequency Response of a Current Mirror Loading a Differential Pair 532
 7.3.6  Short-Circuit Time Constants 533
 7.4  Analysis of the Frequency Response of the 741 Op Amp 537
 7.4.1  High-Frequency Equivalent Circuit of the 741  537
 7.4.2  Calculation of the -3-dB Frequency of the 741  538
 7.4.3  Nondominant Poles of the 741 540
 7.5  Relation Between Frequency Response and Time Response 542
 CHAPTER 8
 Feedback  553
 8.1  Ideal Feedback Equation  553
 8.2  Gain Sensitivity  555
 8.3  Effect of Negative Feedback on Distortion  555
 8.4  Feedback Configurations  557
 8.4.1  Series-ShuntFeedback  557
 8.4.2  Shunt-ShuntFeedback  560
 8.4.3  Shunt-SeriesFeedback  561
 8.4.4  Series-SeriesFeedback  562
 8.5  Practical Configurations and the Effect of Loading 563
 8.5.1  Shunt-Shunt Feedback 563
 8.5.2  Series-SeriesFeedback  569
 8.5.3  Series-ShuntFeedback 579
 8.5.4  Shunt-SeriesFeedback 583
 8.5.5  Summary  587
 8.6  Single-Stage Feedback 587
 8.6.1  Local Series Feedback  587
 8.6.2  Local Shunt Feedback 591
 8.7  The Voltage Regulator as a Feedback Circuit 593
 8.8  Feedback Circuit Analysis Using Return Ratio 599
 8.8.1  Closed-Loop Gain Using Return Ratio  601
 8.8.2  Closed-Loop Impedance Formula Using Return Ratio  607
 8.8.3  Summary--Return-Ratio Analysis 612
 8.9  Modeling Input and Output Ports in Feedback Circuits 613
 CHAPTER 9
 Frequency Response and Stability of Feedback Amplifiers 624
 9.1  Introduction 624
 9.2  Relation Between Gain and Bandwidth in Feedback Amplifiers 624
 9.3  Instability and the Nyquist Criterion 626
 9.4  Compensation 633
 9.4.1  Theory of Compensation 633
 9.4.2  Methods of Compensation  637
 9.4.3  Two-Stage MOS Amplifier Compensation  644
 9.4.4  Compensation of Single-Stage CMOS OP Amps 652
 9.4.5  Nested Miller Compensation  656
 9.5  Root-Locus Techniques 664
 9.5.1  Root Locus for a Three-Pole Transfer Function  664
 9.5.2  Rules for Root-Locus Construction 667
 9.5.3  Root Locus for Dominant-Pole Compensation  675
 9.5.4  Root Locus for Feedback-Zero Compensation  676
 9.6  Slew Rate 680
 9.6.1  Origin of Slew-Rate Limitations 680
 9.6.2  Methods of Improving Slew-Rate 684
 9.6.3  Improving Slew-Rate in Bipolar Op Amps  685
 9.6.4  Improving Slew-Rate in MOS Op Amps 686
 9.6.5  Effect of Slew-Rate Limitations on Large-Signal Sinusoidal
 Performance  690
 A.9.1  Analysis in Terms of Return-Ratio Parameters 691
 A.9.2  Roots of a Quadratic Equation 692
 CHAPTER 10
 Nonlinear Analog Circuits 702
 10.1  Introduction 702
 10.2  Precision Rectification 702
 10.3  Analog Multipliers Employing the Bipolar Transistor 708
 10.3.1  The Emitter-Coupled Pair as a Simple Multiplier 708
 10.3.2  The dc Analysis of the Gilbert Multiplier Cell 710
 10.3.3  The Gilbert Cell as an Analog Multiplier 712
 10.3.4  A Complete Analog Multiplier 715
 10.3.5  The Gilbert Multiplier Cell as a Balanced Modulator and Phase Dectector 716
 10.4  Phase-LockedLoops(PLL) 720
 10.4.1  Phase-Locked Loop Concepts 720
 10.4.2  The Phase-Locked Loop in the Locked Condition 722
 10.4.3  Integrated-Circuit Phase-Locked Loops  731
 10.4.4  Analysis of the 560B Monolithic Phase-Locked Loop  735
 10.5  Nonlinear Function Symbols  743
 CHAPTER 11
 Noise in Integrated Circuits  748
 11.1  Introduction  748
 11.2  Sources of Noise  748
 11.2.1  Shot Noise  748
 11.2.2  Thermal Noise 752
 11.2.3  Flicker Noise (1/f Noise)  753
 11.2.4  Burst Noise (Popcorn Noise)  754
 11.2.5  Avalanche Noise  755
 11.3  Noise Models of Integrated-Circuit Components  756
 11.3.1  Junction Diode  756
 11.3.2  Bipolar Transistor  757
 11.3.3  MOS Transistor  758
 11.3.4  Resistors  759
 11.3.5  Capacitors and Inductors  759
 11.4  Circuit Noise Calculations  760
 11.4.1  Bipolar Transistor Noise Performance  762
 11.4.2  Equivalent Input Noise and the Minimum Detectable Signal  766
 11.5  Equivalent Input Noise Generators  768
 11.5.1  Bipolar Transistor Noise Generators  768
 11.5.2  MOS Transistor Noise Generators  773
 11.6  Effect of Feedback on Noise Performance  776
 11.6.1  Effect of Ideal Feedback on Noise Performance  776
 11.6.2  Effect of Practical Feedback on Noise Performance  776
 11.7  Noise Performance of Other Transistor Configurations 783
 11.7.1  Common-Base Stage Noise Performance  783
 11.7.2  Emitter-Follower Noise Performance  784
 11.7.3  Differential-Pair Noise Performance  785
 11.8  Noise in Operational Amplifiers  788
 11.9  Noise Bandwidth  794
 11.10  Noise Figure and Noise Temperature  799
 11.10.1  Noise Figure  799
 11.10.2  Noise Temperature  802
 CHAPTER 12
 Fully Differential Operational Amplifiers  808
 12.1  Introduction 808
 12.2  Properties of Fully Differential Amplifiers  808
 12.3  Small-Signal Models for Balanced Differential Amplifiers  811
 12.4  Common-Mode Feedback  816
 12.4.1  Common-Mode Feedback at Low Frequencies  817
 12.4.2  Stability and Compensation Considerations in a CMFB Loop  822
 12.5  CMFB Circuits  823
 12.5.1  CMFB Using Resistive Divider and Amplifier  824
 12.5.2  CMFB Using Two Differential Pairs  828
 12.5.3  CMFB Using Transistors in the Triode Region  830
 12.5.4  Switched-Capacitor CMFB 832
 12.6  Fully Differential Op Amps 835
 12.6.1  A Fully Differential Two-Stage Op Amp  835
 12.6.2  Fully Differential Telescopic Cascode Op Amp  845
 12.6.3  Fully Differential Folded-Cascode Op Amp  846
 12.6.4  A Differential Op Amp with Two Differential Input Stages  847
 12.6.5  Neutralization  849
 12.7  Unbalanced Fully Differential Circuits  850
 12.8  Bandwidth of the CMFB Loop  856
 Index  865

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