CMOS运算放大器和比较器的设计及应用 Roubik Gregorian pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Roubik Gregorian 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030406224

商品编码：29317949814

包装：平装

出版时间：2014-07-01

基本信息

书名:CMOS运算放大器和比较器的设计及应用

定价：52.00元

售价：41.1元,便宜10.9元,折扣79

作者:Roubik Gregorian

出版社：科学出版社

出版日期：2014-07-01

ISBN：9787030406224

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》分为5章。章描述了参考源的基本原理以及模拟电路的基础知识；第2章分析了参考电流源的设计，包括基本的CMOSPTAT电路和复杂的biCMOS电流源；第3章在前两章的基础上，讲解了电压参考源的设计，包含了从零阶到高阶补偿电路的实现；第4章分析了高精度基准源设计的考虑因素，包括工艺偏差、负载效应和工作环境等；第5章从工程和应用的角度讨论了修调、版图设计和封装等对电路性能的影响。《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》内容全面，包含了从参考源设计的理论基础到工程实践的内容。分析深刻、实用性强，具有的指导意义。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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CMOS运算放大器和比较器的设计及应用 前言 在现代电子工程的广阔领域中，运算放大器（Op-Amp）和比较器扮演着至关重要的角色。它们是构成各种复杂模拟和混合信号电路的核心构件，从精密的测量仪器到高速通信系统，再到消费电子产品，无处不在。随着集成电路技术的飞速发展，CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺因其低功耗、高集成度和良好的线性度等优势，已成为设计和制造高性能运算放大器和比较器的首选技术。 本书旨在深入探讨CMOS技术在运算放大器和比较器设计中的应用，为读者提供一套全面、系统且实用的理论知识和设计方法。本书不仅会涵盖运算放大器和比较器的基本原理和常用结构，还会深入解析CMOS工艺特性对电路性能的影响，并详细介绍多种现代设计技术和优化策略。通过理论分析、电路仿真和实际应用案例的结合，本书将帮助读者掌握从概念到实现的完整设计流程，理解不同设计权衡的含义，并能够根据具体需求选择和优化电路拓扑。 本书的目标读者包括但不限于： 电子工程专业的学生： 为正在学习模拟电路、集成电路设计和数字信号处理的学生提供坚实的理论基础和实践指导。 集成电路设计工程师： 为致力于模拟和混合信号IC设计的研究院和工业界的工程师提供最新的设计理念、技术和工具。 系统工程师： 为需要理解和应用运算放大器和比较器到具体系统设计的工程师提供必要的背景知识和器件选型指南。 对模拟电路设计感兴趣的业余爱好者： 为有志于深入了解模拟电路原理和设计技巧的爱好者提供一个学习平台。 本书的结构安排紧凑而逻辑清晰。首先，我们将从运算放大器和比较器的基本概念和核心性能指标入手，建立读者对这些基本单元的初步认识。接着，我们将重点阐述CMOS工艺的原理及其对电路设计的影响，这是理解CMOS运算放大器和比较器设计的关键。随后的章节将深入探讨各类CMOS运算放大器和比较器的具体设计，包括单级、多级放大器，以及不同类型的比较器架构，并分析它们各自的优缺点和适用场景。本书还将详细讨论一些关键的设计挑战，例如噪声、失调、功耗和稳定性问题，并介绍相应的解决策略。 在理论讲解之外，本书还将穿插大量的实际设计实例和仿真结果。通过对典型电路的分析，读者可以更直观地理解设计原理的实现方式，并学习如何利用EDA工具进行电路仿真和验证。此外，本书还会介绍一些实际应用场景，展示运算放大器和比较器在不同领域的具体应用，从而帮助读者将所学知识融会贯通，应用于解决实际工程问题。 我们相信，通过研读本书，读者将能够： 深刻理解CMOS运算放大器和比较器的基本工作原理和关键性能指标。 掌握CMOS工艺特性对电路设计的影响。 熟悉不同CMOS运算放大器和比较器的架构和设计方法。 学会分析和解决运算放大器和比较器设计中的常见挑战，如噪声、失调、功耗和稳定性。 能够利用EDA工具进行电路仿真、优化和验证。 理解运算放大器和比较器在各种实际应用中的作用。 本书的编写力求严谨、清晰，同时兼顾理论深度和实践指导性。我们希望它能成为您在CMOS运算放大器和比较器设计领域学习和探索的宝贵资源。 第一章：引言与基本概念 在现代电子技术体系中，集成电路（IC）无疑是最核心的基石之一。而在这庞大的IC家族中，模拟集成电路更是扮演着不可或缺的角色，它们负责处理现实世界中连续变化的模拟信号，如声音、光线、温度等。在模拟集成电路的设计中，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）和比较器（Comparator）是两种最基础、最通用且功能强大的构建模块。它们的设计与优化直接关系到整个模拟系统的性能，因此，深入理解它们的原理和设计方法，对于每一位模拟电路工程师都至关重要。 1.1 运算放大器 (Op-Amp) 的基本概念 运算放大器，顾名思义，是一种能够执行数学运算的放大器。然而，其核心功能远不止于此。它本质上是一个高增益的差分放大电路，其主要特点是具有极高的开环增益、极高的输入阻抗、极低的输出阻抗以及宽广的频率响应。正是这些理想化的特性，使得运算放大器在引入负反馈后，能够非常精确地实现各种线性运算，如加法、减法、积分、微分，以及非线性运算。 理想运算放大器模型： 为了便于理解和分析，我们首先介绍理想运算放大器的模型。理想运算放大器具备以下特性： 无限大的开环增益 ($A_{OL} o infty$)： 意味着输出电压的变化量远远大于输入电压的变化量，保证了闭环增益主要由外部反馈网络决定。 无限大的输入阻抗 ($R_{in} o infty$)： 意味着从输入端流入的电流为零，不会对输入信号源产生负载效应。 零输出阻抗 ($R_{out} o 0$)： 意味着输出端可以提供任意大小的电流而不引起输出电压下降。 无限大的带宽 ($BW o infty$)： 意味着运算放大器可以放大任意频率的信号，没有频率限制。 零输入失调电压 ($V_{os} = 0$)： 意味着当输入差分电压为零时，输出电压也为零。 零输入偏置电流 ($I_B = 0$)： 意味着流入或流出输入端的直流偏置电流为零。 无限大的共模抑制比 (CMRR $ o infty$)： 意味着运算放大器只对输入差模信号敏感，而完全抑制共模信号。 无限大的电源抑制比 (PSRR $ o infty$)： 意味着电源电压的变化不会影响输出信号。 实际运算放大器的局限性： 尽管理想模型非常有用，但实际的运算放大器总是存在各种非理想特性，这些非理想性是设计中需要重点关注和优化的方面。它们包括有限的开环增益、有限的输入阻抗、非零的输出阻抗、有限的带宽（即增益带宽积）、输入失调电压、输入偏置电流、有限的共模抑制比和电源抑制比，以及有限的输出电压摆幅和输出电流能力等。 基本应用电路： 运算放大器最经典的两个应用是构建同相放大器和反相放大器。 同相放大器： 输入信号同相输出，增益为 $1 + R_f/R_1$。 反相放大器： 输入信号反相输出，增益为 $-R_f/R_1$。 除了基本的放大功能，运算放大器还可以实现加法器、减法器、积分器、微分器、电压跟随器等多种电路功能，是模拟信号处理的万能工具。 1.2 比较器 (Comparator) 的基本概念 比较器是一种能够比较两个模拟电压大小的数字逻辑门电路。它的输出通常为两个离散的逻辑电平之一，代表输入信号的大小关系。简单来说，如果一个输入端电压高于另一个输入端电压，则输出一个逻辑高电平；反之，则输出一个逻辑低电平。 理想比较器模型： 无限大的增益： 极小的输入电压差就能引起输出状态的翻转。 无限大的输入阻抗： 不从输入端吸取电流。 零输出阻抗： 能够驱动任何负载。 极快的响应速度： 能够快速响应输入信号的变化。 实际比较器的局限性： 实际的比较器同样存在非理想特性，例如有限的增益、有限的输入阻抗、有限的响应速度（传播延迟）、输入失调电压、输入滞回（回差）等。 基本工作原理： 比较器通常有一个“+”（非反相）输入端和一个“-”（反相）输入端。 当 $V_+ > V_-$ 时，输出高电平。 当 $V_+ < V_-$ 时，输出低电平。 当 $V_+ = V_-$ 时，输出状态是不确定的（在理想模型中）。 输入滞回（回差）： 为了克服噪声干扰，许多比较器都设计有滞回（Hysteresis），也称为施密特触发器（Schmitt Trigger）特性。滞回意味着比较器的翻转阈值取决于输出状态。例如，从低电平翻转到高电平的阈值电压高于从高电平翻转到低电平的阈值电压。这可以有效地防止在阈值电压附近信号抖动时引起的输出振荡。 基本应用： 比较器广泛应用于： 阈值检测： 检测输入信号是否超过预设阈值。 模数转换（ADC）： 在逐次逼近型ADC和Flash ADC中起关键作用。 波形整形： 将不规则的模拟信号转换为标准的方波信号。 电平判决： 在数字系统中作为模拟信号与数字信号的接口。 1.3 CMOS工艺简介 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术是当前集成电路制造中最主流的技术之一。它利用场效应管（FET）作为基本开关元件，并结合了P沟道MOSFET (PMOS) 和N沟道MOSFET (NMOS) 的互补特性。CMOS工艺的显著优点包括： 低静态功耗： 在静态工作状态下，CMOS电路中只有很少的电流流动（漏电流），因此功耗极低。这使得CMOS技术非常适合电池供电设备和大规模集成电路。 高集成度： CMOS器件的尺寸可以做得非常小，允许在一个芯片上集成更多的晶体管，实现更高的功能密度。 良好的线性度： 在某些工作区域，CMOS晶体管表现出较好的线性度，这对于模拟电路设计尤为重要。 抗噪声能力强： CMOS电路的逻辑摆幅较大，使其对噪声的容忍度较高。 工艺成熟且成本效益高： 经过多年的发展，CMOS工艺已经非常成熟，生产成本相对较低。 然而，CMOS工艺也存在一些挑战： 迁移率差异： NMOS晶体管的电子迁移率通常高于PMOS晶体管的空穴迁移率，这导致两种晶体管在导通电阻和速度方面存在差异，需要仔细设计来补偿。 衬底注入效应（Substrate Injection Effect）： 在某些情况下，衬底中的寄生二极管可能被激活，导致漏电流增加或器件损坏。 寄生效应： 随着器件尺寸的缩小，寄生电阻、寄生电容和寄生电感等寄生效应变得越来越显著，需要仔细考虑。 本书将重点关注CMOS工艺在设计高性能运算放大器和比较器中的应用。我们将深入探讨CMOS晶体管的特性，以及如何利用这些特性来构建满足各种性能要求的电路。 1.4 本书结构与学习建议 本书将从基础理论入手，逐步深入到高级设计技术和实际应用。每一章节都力求内容翔实、逻辑清晰，并辅以必要的图示和公式推导。 学习建议： 掌握基础： 在深入学习本书内容之前，建议读者对基础的模拟电子技术，如二极管、BJT、MOSFET基本原理，以及基本的放大电路、滤波器等有一定了解。 重视仿真： 学习电路设计离不开仿真工具。本书中的许多概念和设计技巧，都需要通过EDA（Electronic Design Automation）工具（如Cadence Virtuoso, Synopsys HSPICE, LTspice等）进行验证和优化。建议读者积极动手进行仿真实验。 理论联系实际： 尝试将书中的设计方法应用到实际的芯片设计项目或学习板上，通过实践加深理解。 批判性思维： 任何设计都有其权衡。在学习过程中，要思考不同设计方案的优缺点，以及它们适用于何种场景。 通过对CMOS运算放大器和比较器设计的深入研究，我们不仅能掌握现代模拟集成电路设计的核心技术，更能为开发更复杂、更高性能的电子系统打下坚实的基础。接下来的章节，我们将一步步揭开CMOS运算放大器和比较器设计的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

我是一名硬件工程师，经常需要处理各种模拟信号的调理和比较任务。最近，我在寻找一本能够系统性地介绍CMOS运算放大器和比较器设计的书籍，以提升我的设计能力。《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》（作者：Roubik Gregorian）这本书引起了我的注意。我对它抱有很大的期望，希望它能够帮助我更深入地理解CMOS器件的工作原理，以及如何在实际应用中巧妙地设计出高性能的运算放大器和比较器。我希望书中能够提供一些实用的设计技巧和经验，例如如何选择合适的CMOS工艺参数，如何通过电路仿真来验证设计，以及如何对设计进行优化以满足特定的性能指标。此外，我也很想了解一些CMOS运算放大器和比较器在不同应用领域中的典型案例，比如在电源管理、传感器接口、音频处理等方面的应用。如果这本书能够提供详细的设计步骤和必要的理论背景，那将对我解决实际设计问题非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的模拟IC设计专家，我一直在追踪CMOS技术在运算放大器和比较器设计领域的最新进展。《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》（作者：Roubik Gregorian）这本书无疑是该领域的一本重要著作。鉴于作者在CMOS设计领域的深厚造诣，我预设这本书会带来一些独特的见解和创新的设计方法。我特别关注那些能够提升器件性能、降低功耗，同时又能在成本敏感的市场中实现的技术。例如，书中是否会深入探讨新型的CMOS差分对结构、输出级驱动能力提升技术，或者如何在有限的衬底噪声下实现高精度比较？我希望能看到一些针对特定应用场景的优化设计，例如在高速数据采集系统中，如何设计出具有宽带宽和低失真度的CMOS运算放大器；在低功耗无线通信系统中，如何实现具有极低静态电流的CMOS比较器。如果书中还能提供一些关于CMOS器件的工艺敏感性分析和版图设计建议，那将对我们这些一线设计者来说是极大的福音。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在模拟电路设计领域摸爬滚打多年的工程师，我一直对CMOS低功耗器件的精妙之处着迷。最近，一本名为《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》（作者：Roubik Gregorian）的新书引起了我的极大兴趣。虽然我还没有来得及细致翻阅，但从这本书的书名和作者的声誉来看，我对其寄予了厚望。我预期这本书将深入浅出地讲解CMOS工艺在运算放大器和比较器设计中的应用，特别是那些针对低功耗、高性能需求的具体实现。例如，我希望能看到关于如何优化电路拓扑以降低静态功耗，以及如何在高噪声环境中实现精确的比较阈值的讨论。对于我这种需要在产品设计中平衡功耗与性能的工程师来说，一本能够提供实际设计指导和深刻理论分析的书籍无疑是宝贵的财富。我尤其期待书中能涵盖一些前沿的CMOS运算放大器和比较器技术，比如零漂移技术、低电压摆幅设计，以及在特定应用场景下的优化策略，如在医疗设备、物联网传感器等领域。希望这本书能够为我带来新的设计思路和技术启发。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，正在为我的毕业设计项目收集相关的设计资料。由于我的项目涉及到使用运算放大器和比较器搭建一个信号处理模块，我对CMOS技术的相关应用特别感兴趣，因为它在现代集成电路中占据着核心地位。朋友向我推荐了《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》（作者：Roubik Gregorian）这本书。虽然我还没有阅读，但我对书中可能包含的内容感到非常好奇。我希望这本书能够帮助我理解CMOS器件的基本原理，以及如何将它们应用于实际的运算放大器和比较器设计中。我尤其希望能看到一些关于电路设计实例的介绍，包括具体的设计流程、元件选择的考量以及性能的评估方法。如果书中能够提供一些通俗易懂的讲解，并且配有清晰的图示和仿真结果，那将对我的学习和项目实施非常有帮助。我期待这本书能够让我对CMOS运算放大器和比较器的设计有更系统、更深入的认识，从而为我的毕业设计打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对微电子技术充满好奇的爱好者，我一直对模拟集成电路的设计抱有浓厚的兴趣，特别是那些在低功耗和高性能方面有突出表现的CMOS器件。《CMOS运算放大器和比较器的设计及应用》（作者：Roubik Gregorian）这本书的出现，无疑为我提供了一个深入了解这一领域的绝佳机会。虽然我还没有深入阅读，但我对其内容充满了期待。我希望这本书能够清晰地解释CMOS运算放大器和比较器的基本构建模块，以及它们如何通过巧妙的组合实现各种复杂的功能。我尤其想学习如何优化这些电路，使其在低电压下也能保持良好的性能，并且功耗降到最低。这本书是否会涵盖一些关于偏差电流生成、补偿技术、以及如何减小噪声和失真的方法？我还对书中可能出现的实际应用实例很感兴趣，比如如何利用CMOS运算放大器构建精密的传感器接口，或者如何设计出能够在各种环境下稳定工作的CMOS比较器。这本书的出现，让我看到了系统性学习CMOS模拟电路设计的希望。