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模拟集成电路原理及设计


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王守国 编著
978-7-111-55802-6
45.00
304
2017年02月10日

计算机 > 电子工程 > 电子电气

230
简体中文
16

教材
高等院校电工电子技术规划教材








本书主要为从事模拟集成电路设计方向的学生,学习器件理论、电路设计、版图设计和工艺制程等内容,提高其设计能力;也可以为电子信息类专业的电路设计和集成电路的使用者,提供芯片级分析能力;本书可以作为电子科学与技术、微电子、集成电路工程等专业本科生的模拟集成电路设计课程的教材,也可以作为电子科学与技术专业研究生的教材。
本书涉及整个模拟集成电路实现过程中的元器件原理分析、电路设计、工艺制备等环节,讲述模拟集成电路中的无源元件、结型栅场效应晶体管、MOSFET和CCD;在电路方面,讲述CMOS单级放大器、集成运算放大器和集成功率放大器的分析和设计;在实现方面,讨论版图设计、制程设计、封装设计、PCB设计和半导体制造工艺等。本书旨在提高学生的芯片设计能力和芯片分析能力。
本书特色
完整性:各章内容自成体系,从工艺、版图、例题、原理图和设计上做到前后呼应。
可操作性:充分考虑设计过程的各种实际因素,讲述半导体材料、元器件物理特性、电路设计、工艺技术、封装以及PCB设计、测试等一系列IC技术。
易学性:书中包含例题,使学生容易掌握。
集成电路的制备已经进入纳米时代,随着集成电路技术的发展,器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起,使整机、电路与元器件之间的明确认知界限被突破,集成电路的设计越来越体现出在一块芯片上对整个系统的集成架构,这就形成了固体物理、器件工艺与电子学三者紧密联系和交叉的学科发展方向。
相较于数字集成电路,模拟电路的设计具有时间长、与元器件关系紧密、辅助工具不足和依靠长期工作经验积累等特点。模拟集成电路的初级设计者往往把大量时间用在无实际依托的仿真上,而认为仿真的结果是可靠的,并以此进行设计。实际上,模拟集成电路的功能实现与元器件参数、工作特性、寄生效应、版图布局、电路分析等有密切关系,仿真和模拟与实际测试情况有巨大差异。
模拟集成电路的设计是一个从参数设计、电路仿真到版图设计、制程设计等多次循环的过程。设计者首先要对使用的器件性能、在芯片上组成电路后的特性有充分的了解,学会使用辅助工具,并熟悉版图设计对电路的影响、半导体制造工艺对电路设计的限制等因素。其次,设计者需要熟悉从元器件设计开始到模拟集成电路流片结束的各个环节,清楚了解设计的全过程,这样模拟集成电路的设计者才能事半功倍、得心应手,提高工作效率和设计的成功率。
模拟集成电路设计涉及的内容包括材料制备、器件物理、电路设计、工艺技术、测试以及封装、组装等一系列技术。
全书共有9章内容。
第1章讲述模拟集成电路中的无源元件,综述在芯片上无源元件的所有可能实现方式及其特点。
第2章讲述结型栅场效应晶体管,包括JFET和MESFET,分析器件工作原理和应用特性,这也是第8章相关内容的基础。
第3章讲述MOSFET,讨论其工作原理和应用特性,这是后续章节的基础,提供模拟集成电路设计中器件的模型。
第4章讲述CCD,CCD是目前应用较广的一种模拟集成电路器件。
第5章分析模拟集成电路器件参数的提取,这是集成电路设计者进行实际设计工作的依据。
第6章讨论CMOS放大器,它是模拟集成电路的基本组成模块,详细介绍从器件特性出发如何分析电路的功能。
第7章讲述集成运算放大器,分析其组成模块和基本工作原理,详细讨论电路设计、版图设计、封装设计和测试等完整过程。
第8章讲述集成功率放大器,分析不同的工作类型和特点,同时讨论一个完整的设计和实现过程。
第9章讲述半导体制造技术,从设计者的角度,给出在设计中必须考虑的制程、工序特点和参数设计等内容。
本书编写时,力争做到内容自成体系且前后响应,使学习者不再借助其他书籍就能看懂、学会。为了便于学习,在内容上加入一些例题的讨论,并加入实际工作过程的考虑和论述。鉴于这一领域的飞速发展,本书还加入了对新材料、新器件和新技术的论述。
本书主要为学习模拟集成电路设计的学生编撰,学生从中可学习到器件理论、电路设计、版图设计和工艺制程等内容,提高设计能力;电子信息类专业的电路设计和集成电路的使用者也可学习本书,以提高芯片级分析能力。本书可以作为电子科学与技术、微电子、集成电路工程等专业本科生的相关教材,也可以作为电子科学与技术专业研究生的教材。
对于高等院校的本科学生,参考课时可以是40~60学时。
由于水平有限,书中难免有错误,欢迎读者批评指正。

编者
前言
教学建议
第1章 模拟集成电路中的无源元件1
 1.1 模拟集成电路的工艺基础1
 1.2 模拟集成电路中的电阻8
 1.3 模拟集成电路中的电容16
 1.4 模拟集成电路中的电感24
 习题35
第2章 结型栅场效应晶体管36
 2.1 JFET的基本原理36
 2.2 JFET的伏安特性40
 2.3 JFET的直流和交流参数43
 2.4 MESFET的特性46
 2.5 场相关迁移率特性48
 2.6 结型栅场效应管的频率特性53
 2.7 器件的噪声特性58
 2.8 JFET和MESFET的结构举例61
 习题66
第3章 MOSFET67
 3.1 MOSFET的结构和类型68
 3.2 MOSFET的阈值电压72
 3.3 MOSFET的伏安特性80
 3.4 MOSFET的交流小信号特性87
 3.5 MOSFET的交流小信号等效电路和频率特性96
 3.6 MOSFET的噪声特性101
 3.7 MOSFET的击穿特性104
 3.8 MOSFET的功率特性和功率MOS器件的结构111
 3.9 MOSFET的温度特性117
 3.10 短沟道效应120
 3.11 场效应晶体管的设计129
 习题134
第4章 CCD136
 4.1 CCD的工作原理136
 4.2 CCD的基本参数144
 4.3 成像原理148
 4.4 CCD的改进方式150
 4.5 CCD在模拟电路中的应用151
 习题153
第5章 模拟集成电路器件参数的提取154
 5.1 欧姆接触的有关参数154
 5.2 MOSFET的有关参数提取159
 5.3 MESFET的有关参数提取168
 习题175
第6章 CMOS放大器176
 6.1 模拟电路中的MOS器件模型177
 6.2 共源级放大器182
 6.3 共源共栅级198
 6.4 差分放大器204
 习题211
第7章 集成运算放大器212
 7.1 集成运算放大器的构建212
 7.2 集成运算放大器基本模块分析217
 7.3 集成运算放大器的设计223
 7.4 集成CMOS运算放大器版图设计227
 7.5 集成CMOS运算放大器的实现232
 习题237
第8章 集成功率放大器238
 8.1 功率放大器的特性和典型电路238
 8.2 集成功率放大器实现的制约分析与设计251
 8.3 全集成CMOS功率放大器的实现255
 8.4 功率放大器的尽限问题261
 8.5 功率放大器研制的新进展265
 习题268
第9章 半导体制造技术269
 9.1 半导体工艺的发展及CMOS工艺流程269
 9.2 半导体工艺主要工序280
 习题291
附录 常用物理参数292
参考文献293
电子与电气工程
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