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Duran Leblebici 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030315199

商品编码：29250622205

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：高频CMOS模拟集成电路基础

定价：60.00元

作者：Duran Leblebici

出版社：科学出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787030315199

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页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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莱布莱比吉编著的《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》是“国外电子信息精品著作”系列之一，系统地介绍了高频集成电路体系的构建与运行，重点讲解了晶体管级电路的工作体系，设备性能影响及伴随响应，以及时域和频域上的输入输出特性。

内容提要

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莱布莱比吉编著的《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》以设计为核心理念从基础模拟电路讲述到射频集成电路的研发。系统地介绍了高频集成电路体系的构建与运行，重点讲解了晶体管级电路的工作体系，设备性能影响及伴随响应，以及时域和频域上的输入输出特性。
《高频CMOS模拟集成电路基础（影印版）》适合电子信息专业的高年级本科生及研究生作为RFCMOS电路设计相关课程的教材使用，也适合模拟电路及射频电路工程师作为参考使用。

目录

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Preface1 Components of analog CMOS ICs 1.1 MOS transistors 1.1.1 Current-voltage relations of MOS transistors 1.1.1.1 The basic current-voltage relations without velocitysaturation 1.1.1.2 Current-voltage relations under velocity saturation 1.1.1.3 The sub-threshold regime 1.1.2 Determination of model parameters and related secondaryeffects 1.1.2.1 Mobility 1.1.2.2 Gate capacitance 1.1.2.3 Threshold voltage 1.1.2.4 Channel length modulation factor 1.1.2.5 Gate length （L） and gate width （W） 1.1.3 Parasitics of MOS transistors 1.1.3.1 Parasitic capacitances 1.1.3.2 The high-frequency figure of merit 1.1.3.3 The parasitic resistances 1.2 Passive on-chip ponents 1.2.1 On-chip resistors 1.2.2 On-chip capacitors 1.2.2.1 Passive on-chip capacitors 1.2.2.2 Varactors 1.2.3 On-chip inductors2 Basic MOS amplifiers: DC and low-frequency behavior 2.1 Common source （grounded source） amplifier 2.1.1 Biasing 2.1.2 The small-signal equivalent circuit 2.2 Active transistor loaded MOS amplifier（CMOS inverter asanalog amplifier） 2.3 Common-gate （grounded-gate） amplifier 2.4 Common-drain amplifier （source follower） 2.5 The long tailed pair 2.5.1 The large signal behavior of the long tailed pair 2.5.2 Common-mode feedback3 High-frequency behavior of basic amplifiers 3.1 High-frequency behavior of a mon-source amplifier 3.1.1 The R-C load case 3.2 The source follower amplifier at radio frequencies 3.3 The mon-gate amplifier at high frequencies 3.4 The cascode amplifier 3.5 The CMOS inverter as a transimpedance amplifier 3.6 MOS transistor with source degeneration at high frequencies 3.7 High-frequency behavior of differential amplifiers 3.7.1 The R-C loaded long tailed pair 3.7.2 The fully differential, current-mirror loaded amplifier 3.7.3 Frequency response of a single-ended output long tailedpair 3.7.4 On the input and output admittances of the long tailedpair 3.8 Gain enhancement techniques for high-frequency amplifiers 3.8.1 Additive approach: distributed amplifiers 3.8.2 Cascading strategies for basic gain stages 3.8.3 An example: the Cherry-Hooper amplifier4 Frequency-selective RF circuits 4.1 Resonance circuits 4.1.1 The parallel resonance circuit 4.1.1.1 The quality factor of a resonance circuit 4.1.1.2 The quality factor from a different point of view 4.1.1.3 The Q enhancement 4.1.1.4 Bandwidth of a parallel resonance circuit 4.1.1.5 Currents of L and C branches of a parallel resonancecircuit 4.1.2 The series resonance circuit 4.1.2.1 Component voltages in a series resonance circuit 4.2 Tuned amplifiers 4.2.1 The mon-sot/rce tuned amplifier 4.2.2 Thi tuned cascode amplifier 4.3 Cascaded tuned stages and the staggered tuning 4.4 Amplifiers loaded with coupled resonance circuits 4.4.1 Magic coupling 4.4.2 Capacitive coupling 4.5 The gyrator: a valuable tool to realize high-value on-chipinductances 4.5.1 Parasitics of a non-ideal gyrator 4.5.2 Dynamic range of a gyrat0r-based inductor 4.6 The low-noise amplifier （LNA） 4.6.1 Input impedance matching 4.6.2 Basic circuits suitable for LNAs 4.6.3 Noise in amplifiers 4.6.3.1 Thermal noise of a resistor 4.6.3.2 Thermal noise of a MOS transistor 4.6.4 Noise in LNAs 4.6.5 The differential LNA5 L-C oscillators 5.1 The negative resistance approach to L-C oscillators 5.2 The feedback approach to L-C oscillators 5.3 Frequency stability of L-C oscillators 5.3.1 Crystal oscillators 5.3.2 The phase-lock technique 5.3.3 Phase noise in oscillators6 Analog-digital interface and system-level design considerations 6.1 General observations 6.2 Discrete-time sampling 6.3 Influence of sampling clock jitter 6.4 Quantization noise 6.5 Converter specifications 6.5.1 Static specifications 6.5.2 Frequency-domain dynamic specifications 6.6 Additional observations on noise in high-frequency ICsAppendix A Mobility degradation due to the transversal fieldAppendix B Characteristic curves and parameters of AMS 0.35 micronNMOS and PMOS transistorsAppendix C BSIM3-v3 parameters of AMS 0.35 micron NMOS and PMOStransistorsAppendix D Current sources and current mirrors D.1 DC current sources D.2 Frequency characteristics of basic current mirrors D.2.1 Frequency characteristics for normal saturation D.2.2 Frequency characteristics under velocity saturationReferencesIndex

作者介绍

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文摘

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序言

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高频CMOS模拟集成电路设计要点解析 概述 随着通信系统向更高频率、更高集成度和更低功耗发展，高频CMOS模拟集成电路的设计面临着前所未有的挑战和机遇。传统的模拟电路设计方法在微观尺度和高速效应下逐渐暴露出局限性，迫切需要新的理论框架和设计技术来应对。本书旨在深入探讨高频CMOS模拟集成电路设计中的核心问题，从器件模型、电路拓扑、噪声分析、失真抑制到系统级集成等多个维度，为读者提供一套系统、深入的设计思路和实践指导。本书内容侧重于CMOS技术的特性在射频和微波频段的体现，以及如何通过电路设计来克服这些限制，实现高性能的模拟功能。 第一章：CMOS器件在高频下的行为特性 本章将聚焦于CMOS晶体管在高频下的非理想效应，这是进行高频电路设计的基础。我们将深入剖析MOSFET的寄生效应，包括栅极-源极电容 ($C_{gs}$)、栅极-漏极电容 ($C_{gd}$)、漏极-衬底电容 ($C_{db}$)、源极-衬底电容 ($C_{sb}$) 等，并探讨它们对电路性能的影响。特别地，将详细分析这些电容在高频下的频率依赖性和等效电路模型。 此外，载流子传输延迟效应，如沟道长度调制效应、短沟道效应、以及载流子漂移和扩散等在高频下的表现也将被深入讨论。这些效应直接影响器件的跨导 ($g_m$) 和输出电阻 ($r_o$) 的频率响应，是理解高频器件行为的关键。本书将介绍如何利用SPICE等仿真工具对这些寄生效应进行精确建模，并在设计中加以考虑。 第二章：高频CMOS低噪声放大器（LNA）设计 低噪声放大器是射频前端的核心组成部分，其噪声系数直接决定了整个接收机的灵敏度。本章将系统介绍高频CMOS LNA的设计原则和常用电路拓扑。 噪声模型与分析： 详细阐述CMOS器件的各种噪声源，包括热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）以及散粒噪声。我们将推导LNA的噪声系数（NF）和输入参考噪声密度，并分析不同电路结构对噪声性能的影响。 匹配网络设计： 输入匹配网络的设计对于最大化功率传输和最小化噪声至关重要。我们将深入探讨阻抗匹配的原理，包括使用L、C网络，以及更复杂的匹配网络设计技术。特别会关注在高频下，寄生电感和电容对匹配精度的影响。 常用LNA拓扑： 详细分析共源放大器、共栅放大器、Cascode LNA、以及具有源极退化（Degenerate）的LNA等经典拓扑。对于每种拓扑，将分析其噪声性能、增益、线性和输入阻抗特性，以及在高频下的优劣势。 噪声系数优化策略： 介绍如何通过调整器件尺寸、偏置电流、以及选择合适的匹配网络来实现最低的噪声系数。本书将提供具体的设计案例和优化流程。 第三章：高频CMOS功率放大器（PA）设计 功率放大器是射频发射端的关键组件，其效率、输出功率和线性度是设计中的主要考量。本章将重点介绍高频CMOS PA的设计方法。 功率传输和效率： 深入分析不同PA类别的原理，如AB类、B类、E类和F类PA，并比较它们在效率、输出功率和线性度方面的权衡。我们将探讨线性度和效率之间的基本矛盾，以及如何通过设计技术来缓解。 输出匹配与负载线： 介绍输出匹配网络的设计，以实现最大输出功率和最佳效率。我们将分析负载线理论在PA设计中的应用，并讨论如何通过选择合适的负载阻抗来优化性能。 失真分析与线性化技术： 详细研究高次谐波和互调失真（IMD）在高频PA中的产生机制，以及它们对信号质量的影响。我们将介绍各种线性化技术，如预失真（Pre-distortion）、反馈线性化和后失真（Post-distortion）等，并分析其在高频CMOS PA中的实现和效果。 CMOS PA的功耗管理： 探讨在高频下，CMOS PA的功耗特性，并介绍降低功耗的设计策略，如高效的偏置电路和动态功耗管理技术。 第四章：高频CMOS混频器设计 混频器是实现频率变换的关键电路，广泛应用于收发信机中。本章将聚焦于高频CMOS混频器的设计。 混频器工作原理与分类： 介绍不同类型的混频器，包括二极管混频器、MOSFET混频器（如Gilbert混频器、单平衡混频器、差分混频器等），并分析它们的优缺点。 互调失真和镜像抑制： 详细讨论混频器产生的三阶互调失真（3rd-order IMD）和镜像信号抑制（Image Rejection）问题。我们将推导相关的性能指标，并介绍如何通过电路设计来抑制这些非理想效应，例如采用差分结构和本地振荡器（LO）驱动优化。 LO驱动和泄漏： 分析本地振荡器（LO）信号的驱动强度对混频器性能的影响，以及LO泄漏如何影响接收机的前端。我们将介绍LO驱动优化和LO泄漏抑制的技术。 DC偏移和IP3： 讨论DC偏移的产生原因以及如何消除。同时，深入分析混频器的IP3（三阶交调失真截点），并提供提高IP3性能的设计方法。 第五章：高频CMOS振荡器和锁相环（PLL）设计 振荡器是产生高频信号的源泉，而锁相环（PLL）是实现频率合成和精确时钟控制的核心模块。本章将深入探讨高频CMOS振荡器和PLL的设计。 LC振荡器和环形振荡器： 详细分析基于电感-电容（LC）谐振和基于延迟单元的环形振荡器的设计原理。我们将重点关注LC振荡器中的Q值、损耗以及环形振荡器中的相位噪声特性。 相位噪声分析与抑制： 深入研究振荡器的相位噪声产生机制，包括器件噪声、电源噪声和耦合噪声。我们将介绍霍尔兹-戴维斯（Holtz-Davies）模型等相位噪声模型，并提出降低相位噪声的设计策略，例如通过优化耦合电容、选择合适的谐振回路和采用低噪声偏置电路。 锁相环（PLL）架构： 介绍压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）、电荷泵（CP）和低通滤波器（LPF）等PLL组成部分的原理和设计要点。 PLL的稳定性与瞬态响应： 分析PLL的稳定性条件（如环路增益、阻尼因子）以及瞬态响应特性（如锁定时间和抖动）。我们将讨论如何设计合适的环路滤波器以实现优异的性能。 CMOS PLL在集成电路中的应用： 探讨CMOS PLL在时钟发生、频率合成、数据恢复等方面的应用，并提供具体的集成设计案例。 第六章：高频CMOS电路的布局布线考虑 在高频电路设计中，布局布线（Layout and Routing）的质量直接影响电路的性能。本章将强调高频CMOS电路布局布线的特殊性。 寄生参数的提取与控制： 详细分析信号线、电源线、地线等产生的寄生电感和电容，以及它们对信号完整性、阻抗匹配和串扰的影响。我们将介绍差分走线、短而宽的走线、以及适当的接地技术等。 信号完整性（SI）与电源完整性（PI）： 深入探讨信号完整性问题，如反射、振铃和串扰，以及电源完整性问题，如电压跌落（IR Drop）和电源噪声。我们将介绍常用的SI/PI仿真工具和优化方法。 接地和屏蔽技术： 强调在高频下，良好的接地和屏蔽是减少噪声耦合和干扰的关键。将介绍多种接地和屏蔽策略，如单点接地、多点接地、以及使用金属层进行屏蔽。 版图约束和设计规则： 讨论在高频设计中需要遵守的特殊版图约束，例如器件的相对位置、走线的长度和间距等。 第七章：CMOS工艺在射频和微波领域的挑战与机遇 本章将探讨CMOS工艺在高频应用中的局限性和不断发展的趋势。 CMOS器件的固有局限性： 分析CMOS工艺在高频下存在的不足，如较低的截止频率 ($f_T$) 和最大振荡频率 ($f_{max}$)，以及较高的电阻损耗。 先进CMOS工艺的进展： 介绍当前先进CMOS工艺（如FinFET, FD-SOI）在提升高频性能方面的改进，以及这些工艺如何支持更高频率的应用。 材料和封装技术的配合： 讨论在设计高频CMOS集成电路时，如何选择合适的材料（如低介电常数衬底）和封装技术来协同优化性能。 CMOS与其他工艺的比较： 将CMOS工艺在高频领域的性能与其他射频工艺（如SiGe, GaAs）进行比较，分析各自的优势和劣势，以及在不同应用场景下的选择。 第八章：系统级高频CMOS集成电路设计 本章将从系统级角度出发，探讨如何将各个功能模块有效地集成到单个CMOS芯片上。 模块间隔离与耦合： 分析不同功能模块（如LNA、PA、混频器、PLL）之间存在的相互干扰和耦合问题，并提出有效的隔离和耦合抑制技术。 电源管理和时钟分配： 强调在高频系统设计中，精细的电源分配网络（PDN）和低抖动时钟分配网络（CDN）的重要性。 射频前端与基带接口： 讨论RF前端与数字基带部分之间的接口设计，包括ADC/DAC的选择和匹配，以及如何减小数字噪声对模拟信号的影响。 测试和验证策略： 介绍高频CMOS集成电路在设计和生产过程中的测试和验证方法，以及可能遇到的挑战。 结论 本书旨在提供一个全面、深入、实用的高频CMOS模拟集成电路设计指南。通过对CMOS器件在高频下的行为、关键功能模块的设计原理、以及版图和系统级集成等方面的详细阐述，读者将能够掌握高频CMOS电路设计的核心技术，并为设计高性能、低功耗的射频和微波集成电路奠定坚实的基础。本书适合于高等院校相关专业的研究生、博士生，以及在射频和模拟集成电路设计领域工作的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常合理，循序渐进，对于我这样从零开始学习高频CMOS模拟集成电路的读者来说，简直是福音。它从最基本的CMOS器件在高频下的行为入手，逐步深入到更复杂的电路模块和系统设计。我特别欣赏书中对“频率响应”的讲解，它不仅仅是描述了幅度-频率曲线和相频曲线，更是深入分析了导致频率响应衰减的各种物理因素，比如载流子传输延迟、米勒效应等。书中对于“带宽”的提升策略，比如使用源跟随器、多级放大等，都进行了详细的推导和实例演示，让我对如何设计宽带高频电路有了更清晰的认识。另外，关于“非线性”的讨论也非常到位。在高频电路中，非线性效应往往比在低频电路中更为显著，它会导致信号失真、产生谐波和互调失真。书中详细分析了CMOS器件的各种非线性机制，并提供了抑制这些非线性效应的设计方法，比如使用差分结构、优化偏置点等。这本书让我深刻体会到，在高频模拟电路设计中，每一个细节都可能对最终的性能产生重大影响。

评分☆☆☆☆☆

我是一名研究生，正在进行射频前端的设计研究，这本书真的是帮了我大忙。它对高频CMOS器件模型的精确度和在高频下的非理想效应有着非常详尽的阐述。我之前一直困惑于为什么CMOS器件的S参数在高频下会发生如此大的变化，这本书通过对寄生电容、电感和沟道长度调制效应的深入分析，让我彻底理解了其背后的物理机制。书中关于“噪声”的章节，讲解得尤其精彩。它不仅仅停留在理论公式层面，更是详细地分析了各种噪声源（热噪声、闪烁噪声、散粒噪声）在高频电路中的影响，以及如何通过优化电路设计来抑制这些噪声。例如，关于低噪声放大器（LNA）的设计，书中提供了几种经典的拓扑结构，并对其在高频下的性能进行了详细的比较和分析。我还学到了很多关于“匹配网络”的设计技巧，比如使用集总参数和分布参数元件来构建匹配电路，以及如何利用ADS等仿真工具来进行优化。这本书的内容覆盖了从器件模型到系统级的诸多重要方面，为我进行高频CMOS模拟集成电路的设计提供了坚实的理论基础和丰富的实践指导。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《高频CMOS模拟集成电路基础》是一本非常实用的参考书，它对于理解高频CMOS电路的设计原理和技术细节有着极大的帮助。我尤其喜欢书中关于“寄生参数”的处理方法，在高频电路中，这些看似微小的寄生效应往往会成为限制性能的关键因素。书中详细阐述了如何在高频器件模型中考虑这些寄生参数，以及如何通过电路设计来减小它们的影响。例如，关于“电感”在高频电路中的作用，书中不仅仅将其视为连接线，更分析了其在高频下可能引起的谐振和阻抗匹配问题，并提供了相应的解决方案。我还对书中关于“噪声耦合”的讲解印象深刻，它揭示了在高频电路中，不同器件之间的电磁耦合是如何引入额外的噪声，并提出了有效的屏蔽和布局技巧。书中对于“稳定性分析”的讲解也相当深入，特别是在讨论振荡器设计时，它详尽地分析了各种可能导致振荡的因素，并给出了如何通过调整参数来改善稳定性的具体方法。这本书让我对高频CMOS模拟集成电路有了更系统、更全面的认识，为我未来的学习和工作打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本《高频CMOS模拟集成电路基础》简直是打开了新世界的大门！我一直对模拟电路颇感兴趣，但高频部分总是让我望而却步。它就像一本精心绘制的地图，将原本模糊不清的高频世界一点点清晰化。书中对于CMOS器件在高频下的各种特性，比如寄生参数、噪声模型、以及不同工作模式下的行为，都有非常深入浅出的讲解。我尤其喜欢它在讲解原理的同时，穿插了大量的实例分析。比如，在讲到差分放大器在高频下的增益衰减时，它不仅仅给出公式，还详细分析了是哪些寄生电容和电感在“捣鬼”，并提供了优化设计的思路。读完关于噪声的部分，我才真正理解了为什么在设计高频接收机时，低噪声放大器的重要性不仅仅在于放大信号，更在于避免自身引入过多的噪声，影响后续的处理。书中对各种匹配技术的讲解，从阻抗匹配到功率匹配，再到噪声匹配，都有详细的理论推导和实际应用分析，让我茅塞顿开。特别是关于史密斯圆图的应用，书中通过一系列例题，让我能够熟练地运用它来解决实际的阻抗匹配问题。感觉这本书像是为我量身定做的，让我能从“看不懂”到“看明白”，甚至“能应用”。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在理论深度和工程实用性之间找到了一个绝佳的平衡点。我之前读过一些理论性很强的模拟电路书籍，虽然概念扎实，但在实际的电路设计中却感到力不从心。而这本《高频CMOS模拟集成电路基础》则恰恰弥补了这一点。它在讲解CMOS器件在高频下的行为时，并没有回避复杂的物理效应，但同时又用非常直观的方式将其与电路的性能联系起来。比如，关于迁移率降的讨论，书中的讲解让我明白了为什么在更高的频率下，CMOS器件的性能会受到限制，以及如何通过工艺选择或电路结构设计来缓解这个问题。我印象特别深刻的是关于“反馈”在高频电路中的应用，书中详细剖析了不同类型的反馈（负反馈、正反馈）在高频放大器、振荡器中的作用，以及如何通过反馈来改善稳定性、提高增益和降低失真。书中对于“稳定性”的讲解也极为细致，特别是关于Nyquist判据和Bode图在分析高频电路稳定性时的应用，让我受益匪浅。它让我了解到，在高频设计中，稳定性是一个比在低频电路中更为复杂和关键的问题，需要仔细考虑所有可能导致振荡的因素。