2011-7-双极型模拟集成电路
模拟集成电路设计
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
关键字分析思维导图
集成电路
集成电路
通过
读者
深入
大家
理论
设计
设计
模拟 能够
掌握
内容摘要
《模拟集成电路设计》是一本全面介绍模拟集成电路设计的著作，涵盖了从基础知识到高级设计 技术的各个方面。本书首先介绍了模拟集成电路的基本概念和设计流程，然后详细阐述了各种模 拟电路元件的设计和特性，包括电阻、电容、电感、二极管、晶体管等。接下来，本书深入探讨 了模拟集成电路的设计技巧，包括反馈设计、频率响应优化、噪声抑制等。本书还涵盖了模拟集 成电路的版图设计和测试方法，为读者提供了全面的设计工具。
本书的一大亮点是它的理论与实践相结合的方法。它不仅提供了大量的理论分析，还通过实例演 示了如何将理论应用到实际设计中。这种方法使得读者能够更好地理解并掌握模拟集成电路设计 的精髓。
《模拟集成电路设计》是一本非常优秀的教材，无论是对初学者还是对有一定经验的工程师来说， 都是一本极有价值的参考书籍。本书不仅介绍了模拟集成电路的基本知识和技术，还通过实例和 案例分析，使读者能够深入了解并掌握模拟集成电路设计的关键技术和实际应用。
书中另一句引人注目的话是：“在所有的电子系统中，模拟电路是心脏。” 这句话强调了模拟集成电路在电子系统中的核心地位。无论是信号的输入、放大、 处理，还是最后的输出，都离不开模拟集成电路的强大功能。
还有一句令人印象深刻的话：“模拟集成电路设计的挑战在于平衡性能、功 耗和成本。”这是对模拟集成电路设计复杂性的最好诠释。设计师需要在满足性 能要求的还要考虑功耗和成本的问题，这需要他们具备深厚的专业知识和丰富的 实践经验。
数字集成电路的分类
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
集成电路教案
《半导体集成电路》课程教学教案课程总体介绍：教材：选用清华大学出版社出版的朱正涌编写的高等学校电子信息类规划教材《半导体集成电路》一书。
根据同学的基础情况参考了上海科技出版社张延庆，张开华编写《半导体集成电路》。
1．该教材参考教学学时为120学时。
2．本教案按教学学时数：64学时编制。
3．教学内容学时分配：第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时第0章绪论2学时第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时第二章集成电路的寄生效应4学时第二篇双极型逻辑集成电路21学时第三章TTL集成电路11学时第四章TTL中大规模集成电路设计与版图设计8学时第五章ECL电路与IIL电路2学时第三篇MOS 逻辑集成电路24学时第六章MOS反相器与传输们10学时第七章MOS基本逻辑门与版图设计8学时第八章MOS存储器6学时第四篇模拟集成电路8学时第九章模拟集成电路中的元器件与基本单元8学时教案结构：课程内容；课程重点；课程难点；基本概念；基本要求。
基本概念视同学的基础可以适当删减。
：课程教案:第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时第0章绪论2学时第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时第二章集成电路的寄生效应4学时绪论2学时课程内容: 认识集成电路；集成电路的定义：集成电路的应用特点；集成电路分类。
1 半导体集成电路的发展史2 集成电路发展的特点3 半导体集成电路的分类4 课程内容介绍及要求课程重点：介绍了何谓集成电路，集成电路发展过程，集成电路是如何分类的（即可分为膜集成电路.半导体集成电路和混合集成电路。
半导体集成电路）是以制造工艺分类的，以集成电路的发展史集成电路有何特点；介绍了何谓半导体集成电路，半导体集成电路的分类（即按照电路中晶体管的导电载流子状况分类，可分为双极型集成电路和单极型集成电路两种；按照电路工作性质分类，可分为数字集成电路和模拟集成电路两种），半导体集成电路的重要概念-集成度，以及半导体集成电路的优点（即体积小重量轻；技术指标先进可靠性高以及便于大批量生产和成本低等）。
集成电路型号含义
集成电路型号含义1．国产集成电路第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分国产IC类型系列与序号工作温度范围封装符号意义符号意义符号意义符号意义符号意义C 中国制造T TTL材料数字与国际同类品种一致C0~70W陶瓷扁平H HTL材料E-40~85B塑料扁平E ECL材料R-55~85F全密封扁平C CMOS材料M-55~125D陶瓷双列直插F放大器P塑料双列直插D音晌、电视器件H玻璃扁平W稳压器件J黑陶瓷双列直插J接口器件K金属菱形B非线性器件T金属圆形M存储器U 微处理器国产IC各厂家会采用不同的前缀作为本厂标志（详情请看IC前缀与厂家介绍），同类产品序号也不一样，有的IC型号、序号与引进的一样。
2．日本松下公司半导体集成电路型号的命名1). 双极型线性集成电路：第1部分第2部分第3 部分第4 部分2个字母2个数字2个数字1个字母例AN 12 34 Sa.第1部分：双极型集成电路有两个标志（包括AN及DN）是按照电路类型而划分的，双极型集成电路、线性集成电路（模拟电路）：AN 、数字集成电路：DN、MOS电路：MN、EP两个字母表示微型计算机或小批量生产b.第2部分：这部分数字与应用领域有关（有一些例外），对于专用集成电路，在数字后面加上1～2个字母作为特性的区分（常规的集成电路不用这些字母。
对于稳压电源，根据其输出电流值使用L、M及N中的一个字母或根本不用字母，例：AN78L04。
对于三极管阵列，根据其电流值或耐压值使用字母A、B、C等中的一个字母，例ANB00。
第2部分的数字与其应用领域有关,例：第2部分数字应用领域10～19 运算放大器、比较电路20～25 摄像机26～29 电视唱片30～39 录像机40～49 运算放大器50～59 电视机60～64 录像机及音响65 运算放大器及它66～68 工业用及家用电器69 比较器及其它70～76 音响方面的用途78～80 稳压器81～83 工业用及家用电器90 三极管阵列c.第3部分：用二位数字，其范围一般为00～99，例如AN4321d.第4部分：一般不用这部分，但在集成电路功能几乎相同而封装不同时或者是改进型，这种情况下大致用大致字母S、P、N。
第八章双极型集成电路1
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接触孔和通孔
金属2
金属1
金属1
通
孔
接触 孔
金属2
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补充2：芯片封装工艺
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（1）封装工序流程
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（2）管芯分割工艺
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（3）芯片粘贴
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（4）引线键合
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（5）模压（塑封） （6）封装分类
• 氮化硅的化学气相淀积：中等温度(780～ 820℃)的LPCVD或低温(300℃) PECVD方法 淀积
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3、物理气相淀积(PVD)
• 蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的 能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽 原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同 ，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种
• 热分解淀积法
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进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图
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2、化学气相淀积(CVD)
• 化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition)：通 过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材 料的过程
• CVD技术特点：
– 具有淀积温度低、不消耗衬底材料、薄膜成分 和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆 盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点
• 作为集成电路的隔离介质材料
• 作为电容器的绝缘介质材料
• 作为多层金属互连层之间的介质材料
• 作为对器件和电路进行钝化的钝化层 材料
第六章-双极型模拟集成电路
1 2
AUd
(双)
其中 RL' Rc // RL
AUc
Rb
hfeRL' hie (1 hfe )2Ree
RL' 2Ree
Rid 2(Rb hie )
Rod RC //(1/ hoe )
CMRR h feRee /(Rb hie )
二、恒流源差分放大电路
由上述分析可知： • Ree 的接入可有效地抑制共模信号，对差模没有影响。 • Ree越大、CMRR越大，效果越好。
Uc1
Uc2
+
URe
-
-
Ie1
Ie2
+
双端输入双端输出差放
•据此，可画出差放在差模输入情况下的交流等效电路（如图）
•由差模输入等效电路可求得:
1. 差模电压增益Aud：
与单边电路的 增益相同
双端输入双端输出时：
A Ud
U c1 U c2 U id 1 U id 2
2U c1 2Uid
hfeRL' Rb hie
其中 RL' Rc //(RL / 2)
2. 差模输入电阻 Rid：
Rid 2Uid Iid 2(Rb hie )
3. 差模输出电阻Rod： 双端输出时，Rod =2Rc//(2 /hoe) 2Rc； (当1/ hoe >>Rc时)
（三）对共模信号的抑制作用
共模信号：是指在差放两个输入端接入两个幅度相等、极性相同 的信号。
AUd
h fe RL' Rb hie
RL'
Rc
//
RL 2
+
-
Ui
AUc
U oc1 U oc2 U ic
微电子公司笔试(笔试和面试题集)
说明：1、笔试共分两部分：第一部分为基础篇（必答题）；第二部分为专业篇（选答题）。
2、应聘芯片设计岗位的同学请以书面形式回答问题并附简历参加应聘面试。
3、如不能参加现场招聘的同学，请将简历和答卷邮寄或发e-mail的形式（请注明应聘标题）给我们，以便我们对您作出客观、全面的评价。
******************************************************************************************** ************第一部分：基础篇（该部分共有试题8题,为必答题，每位应聘者按自己对问题的理解去回答，尽可能多回答你所知道的内容。
若不清楚就写不清楚）。
1、我们公司的产品是集成电路，请描述一下你对集成电路的认识，列举一些与集成电路相关的内容（如讲清楚模拟、数字、双极型、CMOS、MCU、RISC、CISC、DSP、ASIC、FPGA等的概念）。
数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。
模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。
例如，人对着话筒讲话，话筒输出的音频电信号就是模拟信号，收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号，也是模拟信号。
数字信号，是指在时间上和幅度上离散取值的信号，例如，电报电码信号，按一下电键，产生一个电信号，而产生的电信号是不连续的。
这种不连续的电信号，一般叫做电脉冲或脉冲信号，计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。
在电子技术中，通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号，统称为数字信号。
FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
双极型数字集成电路
双极型数字集成电路双极型数字集成电路（Bipolar Integrated Circuit）是指一类采用双极型晶体管（NPN或PNP）作为基本元件的集成电路。
这类电路通常包含多个晶体管、电阻、电容等元件，通过集成在同一芯片上实现特定的数字逻辑或模拟功能。
以下是一些关于双极型数字集成电路的基本信息：1.双极型晶体管：双极型晶体管是一种半导体器件，包括NPN 型和PNP型。
它们分别由一对P型- N型- P型或N型- P型- N型三层结构组成。
在数字集成电路中，这些晶体管被用于实现逻辑门、存储元件等。
2.集成度：双极型数字集成电路可以实现不同级别的集成度，从小规模集成电路（SSI，Small Scale Integration）到大规模集成电路（LSI，Large Scale Integration）和超大规模集成电路（VLSI，Very Large Scale Integration）。
这取决于芯片上包含的晶体管数量和功能的复杂性。
3.应用领域：双极型数字集成电路广泛应用于各种电子设备和系统，包括计算机、通信设备、控制系统、数字信号处理等。
它们被设计用于执行数字逻辑运算、存储数据、控制电子设备等任务。
4.功耗和速度：相较于其他技术（如CMOS），双极型数字集成电路通常在功耗方面相对较高，但在高速操作方面可能更有优势。
它们在一些需要高性能、高速度操作的应用中仍然具有一定的市场份额。
5.逐步淘汰：随着技术的发展，CMOS（亦称为互补金属氧化物半导体）技术在数字集成电路中逐渐占据主导地位，因为它在功耗、集成度和工艺成本等方面具有优势。
因此，双极型数字集成电路在某些领域逐渐被淘汰。
需要注意的是，随着技术的不断发展，数字集成电路的设计和制造技术也在不断演进，而CMOS技术目前已成为主流。
第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
2. 以多晶硅作为下极板的MOS电容器 以多晶硅作电容器下极板所构造的MOS电容器是无极性电
容器，如下图所示。这种电容器通常位于场区，多晶硅下极板 与衬底之间的寄生电容比较小。
（a）金属做上极板 （b）多晶硅做上极板 图7.2.3 多晶硅为下极板的MOS电容器结构
3.薄膜电容器 在某些电路中，需用较大的电容或对电容有某些特殊要求，
7.2 MOS模拟集成电路中的基本元器件
7.2.1 模拟集成电路中电阻器----无源电阻和有源电阻
1. 掺杂半导体电阻 (1)扩散电阻
所谓扩散电阻是指采用热扩散掺杂的方式构造而成的电阻。 这是最常用的电阻之一，工艺简单且兼容性好，缺点是精度稍 差。 (2)离子注入电阻
同样是掺杂工艺，由于离子注入工艺可以精确地控制掺杂 浓度和注入的深度，并且横向扩散小，因此，采用离子注入方 式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。
社，2004年5月（21世纪高等学校电子信息类教材）.
第七章 MOS管模拟集成电路设计基础 7.1 引言
1、采用数字系统实现模拟信号处理 现实世界中的各种信号量通常都是以模拟信号的形式出现
的，设计一个电路系统的基本要求，就是采集与实现系统功能 相关的模拟信号，按系统的功能要求对采集的信号进行处理， 并输出需要的信号（通常也是模拟量）。
1、电流偏置电路
在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流
镜。所谓的电流镜是由两个
或多个并联的相关电流
支路组成，各支路的电
流依据一定的器件比例
关系而成比例。
Hale Waihona Puke 1) NMOS基本电流镜NMOS基本电流镜
由两个NMOS晶体管组 成，如图7.3.1所示。
图7.3.1 NMOS基本电流镜
双极型集成电路
双极型集成电路双极型集成电路，简称双极型IC，是一种晶体管集成电路，其特征是只有两对对极：负极（集电极）和正极（发射极）。
它以一种传统的放大方式，经常与双极型放大器、单稳放大器、一步放大器配套使用，广泛应用在电子设备和功能性元件电路中。
双极型IC的特点在于只有两对对极，而且由晶体管构成，所以它是半导体器件中一种重要的产品，也是电子器件制造的重要组成部分。
双极型IC可以完成一些复杂的功能，比如比较、空间位置检测、模拟信号处理和数字信号处理等。
双极型的晶体管装置可以进行非常复杂的处理，因此双极型IC在许多电子设备中得到广泛应用，比如电脑、手机、数码摄像机、游戏机等。
双极型集成电路模块是半导体封装的重要产品，它利用半导体封装技术，将数据、电源和信号线装载到一个封装模块中，进行多层的封装。
它的优势在于封装物的体积小，性能稳定，使用广泛，可以简化原有的电路，减少电路的故障，从而提高整个系统的可靠性。
此外，双极型集成电路的制造工艺也十分重要，一般来讲，当双极型集成电路组成比较复杂时，就需要采用更加精细、先进的制造工艺，比如利用贴片技术，单片机技术，及其他微系统技术，确保双极型集成电路的性能达到设计要求。
在量产双极型IC时，还要注意对其进行测试，以确保其性能满足设计要求。
除了本身的生产厂商外，还需要第三方的检测机构进行测试，检查双极型IC的可靠性、可用性和可编程等性能参数。
双极型集成电路是一种重要的晶体管装置，也是电子设备的重要组成部分。
它的特点是只有两对对极，并且由晶体管构成，配合双极型放大器、单稳放大器、一步放大器等电子设备，可以完成复杂的功能。
在双极型集成电路的制造过程中，除了采用先进的制造工艺之外，还需要重视测试工作，以保证可靠性和可用性。
专用集成电路设计基础教程第5章 模拟集成电路设计技术 共329页
(5-37)
当β＝100，n＝5时相对误差仅为0.06％。当β＝5, n＝5时， 相对误差为16％。现在再回头看，如果不用V0管，而用基本型 电流源，即把V管b、c极短接，此时有如下关系：
38
ir ic (n1)ib
ic(1
n1 )
io(1
n1 )
(5-38)
n1
io (1n1)ir
29
6. 横向PNP管电流源 横向PNP管在模拟集成电路中已得到广泛应用。所谓横向 PNP管，是指以N型外延层作为PNP管基区，其发射区和集电 区由硼扩散同时实现的，因此在工艺上容易制造出多个发射区 和集电区的晶体管。基本型电流源电路的两个晶体管的基区是 连在一起的，发射极也接相同电位，这样就可以用一个多集电 极的横向PNP管构成多个电流源。图5-6就是用一个多集电极 横向PNP管作为基本型电流源的电路，它的等效电路如图5-7 所示。
24
(5-26) (5-27)
现在来计算一下相对误差值。当β＝100时，相对误差仅 为2％；当β＝5时，相对误差约为29％。因此用β值很大的管 子作基本型电流源时，其误差可以忽略不计，但对β值很小的 管子来说，其误差就相当大了。为了减小输出电流io和参考电 流ir间的误差，需要对基本型电流源进行改进，改进后的电流 源电路如图5-5所示。这种改进型电流源又称为Wilson电流源。
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在集成电路版图设计时，常把V1、V2两管靠得很近，加上 工艺相同，掺杂浓度相同，因此两个管子单位面积的反相漏电
流可以认为相同，即 is1 is2 。另外，由图5-2电路可知，V1、
V2两管的正向压降也相同，即UBE1=UBE2。这样由上面几个公 式可以得出
io Ae1 ir Ae2
实验四
华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）4 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
EEHQU
集成电路设计与分析实验B（四）
单级电流源负载共源放大器设计
华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）5 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
EEHQU
集成电路设计与分析实验B（四）
单级电流源负载共源放大器设计
3.跨导
gm
dI ，所以可以先扫描出 I-VG 曲线 dVGS
然后在 Tools 中选择 Calculator…工具（计算器）
华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）6 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）2 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
EEHQU
2.估算静态工作电压：
集成电路设计与分析实验B（四）
单级电流源负载共源放大器设计
共源放大器的输入电压 VG 0.35 VthN 0.35 0.55 0.9
华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）3 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
EEHQU
集成电路设计与分析实验B（四）
集成电路及其分类
集成电路及其分类集成电路是在一块较小的单晶硅片上，采纳特殊的半导体制作工艺，制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并依照多层布线或遂道布线的方式将元器件组合成完整的电子电路。
它在电路顶用字母“IC”（也有效文字符号“N”等）表示。
集成电路的种类很多，分类方式也有多种。
一、按功能结构分类集成电路按其功能、结构的不同，能够分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
模拟集成电路用来产生、放大和处置各类模拟信号（指幅度随时刻转变的信号。
例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），而数字集成电路用来产生、放大和处置各类数字信号（指在时刻上和幅度上离散取值的信号。
例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。
二、按制作工艺分类集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。
膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。
三、按集成度高低分类集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。
小规模集成（SSI）:内含10-100个元件;中规模集成（MSI）:内含100-1000个元件;大规模集成（LSI）:内含个元件;超大规模集成（VLSI）:内含100000个以上元件。
四、按导电类型不同分类集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。
双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。
单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。
TTL电路是晶体管—晶体管逻辑电路，它由NPN或PNP型晶体管组成，由于电路中载流子有电子和空穴两种极性，因此是一种双极性晶体管集成电路。
TTL电路工作速度快（传输延迟时刻短），但功耗较大、抗干扰能力较差（1V左右）、扇出系数（一个门输出能驱动门的个数）较小（一样≥8）、电源电压窄（5V，一样可—）。
集成电路的种类与用途
集成电路的种类与用途在电子行业，集成电路的应用非常广泛，每年都有许许多多通用或专用的集成电路被研发与生产出来，本文将对集成电路的知识作一全面的阐述。
一、集成电路的种类集成电路的种类很多，按其功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号；后者则用来产生、放大和处理各种数字电信号。
所谓模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。
例如，人对着话筒讲话，话筒输出的音频电信号就是模拟信号，收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号，也是模拟信号。
所谓数字信号，是指在时间上和幅度上离散取值的信号，例如，电报电码信号，按一下电键，产生一个电信号，而产生的电信号是不连续的。
这种不连续的电信号，一般叫做电脉冲或脉冲信号，计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。
在电子技术中，通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号，统称为数字信号。
目前，在家电维修中或一般性电子制作中，所遇到的主要是模拟信号；那么，接触最多的将是模拟集成电路。
集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。
半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路；膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。
无源元件的数值范围可以作得很宽，精度可以作得很高。
但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件，因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。
在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是混合集成电路。
根据膜的厚薄不同，膜集成电路又分为厚膜集成电路（膜厚为1μm～10μm）和薄膜集成电路（膜厚为1μm以下）两种。
在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。
第七章 模拟集成电路中常用的单元电路
Io2
16
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 Ir 1. 基本电流镜恒流源（续2）
Io1 M2
Io2 M3
电流源输出电阻(MOS管饱 和导通电阻)： -1 1 X rds= I = Ids V d） （L DS DS
M1
Vcc
因此，沟道长度选大一 些，还有利于提高输出电阻 。M1 另外，小电流工作时输出阻 抗更高。
18
M1
M2
Ir
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 3. Wilson(威尔逊）恒流源
Ir
Io M3 M1
M1
M2
Ir
MOS管均工作在饱和区。 Vcc 该电流源的输出阻抗较高 （与级联结构相似）。 M2 该电流源具有负反馈作 用，使Io 的变化能得到补偿， M3 提高了输出电流的稳定性。 增加M3的W/L可以增强 Io 对输出电流变化的调节能力。
Io
T1 T2
因此：Ir= Ic1+ Ib1+Ib2 则:Ir =Io (AE1/AE2+AE1/AE2+1)/
Ib1 Ib2
因为： >>1， AE1/AE2值较小
所以：Ir IoAE1/AE2 即： Io / Ir = AE2/AE1
5
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.1 npn恒流源电路 3. 电阻比恒流源
19
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 4. 改进的Wilson(威尔逊）恒流源
集成电路的检测及识别
一、 集成电路的类型和封装
1、类型 集成电路按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路主 要有运算放大器、功率放大器、集成稳压电路、自动控制集成电路和信 号处理集成电路等；数字集成电路按结构不同可分为双极型和单极型电 路。其中，双极型电路有：DTL TTL ECL HTL等；单极型有：JFET NMOS PMOS CMOS四种。
三、 常用数字集成电路
数字集成电路主要用来处理与存储二进制信号（数字信号），可归纳为 两大类：一种为组合逻辑电路，用于处理数字信号，俗称（Logic IC）； 另一种为时序逻辑电路，具有时序与记忆功能，并需要由时钟信号驱动， 主要用于产生或存储数字信号。 最常用的数字集成电路主要有TTL(晶体管晶体管电平：5V-1）和CMOS两大系列。
成电路的好坏。
测得的数据与集成电路资料上数据相符，则可判定集成电路是好的。
2、在线检测得技巧 在线检测集成电路各引脚的直流电压，为防止表笔在集成电路各引脚间 滑动造成短路，可将万用表的黑表笔与直流电压的“地”端固定连接， 方法是在“地”端焊接一段带有绝缘层的铜导线，将铜导线的裸露部分 缠绕在黑表棒上，放在电路板的外边，防止与板上的其他地方连接。这 样用一只手握住红表棒，找准欲测量集成电路的引脚，另一只手可扶住 电路板，保证测量时表笔不会滑动。
运算放大器，直流稳压器，功率放大器和电压比较器。
1、集成运算放大器 （1） 定义 简称运放，运算放大器就是一种高放大倍数的直流放大器，
（或是一种高电压增益、高输入电阻、和低输出电阻的多级耦合放大器）。 工作在放大区时，输入与输出呈线性关系，（所以又被称为线性集成电 路）。 （2）组成 运放一般由输入级、中间级、输出级、偏置电路四部分组成。 输入级：差分放大电路，利用其对称性提高整个电路的共模抑制比； 中间级：电压放大级，提高电压增益，可由一级或多级放大电路组成； 输出级：互补对称电路或射极跟随器组成，可降低输出电阻，提高带负
集成电路器件模型课件
器件模型的参数与特性
参数
器件模型的参数反映了器件的电气特 性，如电流、电压、电容、电阻等。
特性
器件模型的特性包括静态特性和动态 特性，静态特性指器件在工作点附近 的电气特性，动态特性指器件在输入 信号变化时的响应特性。
版图验证
生成的版图需要进行验证，以确保其与器件模型的一致性 和正确性。这一过程通常需要使用仿真软件进行模拟和分 析。
优化设计
在版图设计过程中，可以利用器件模型进行优化设计。例 如，可以优化版图的布局、布线和参数，以提高电路的性 能和可靠性。
05
集成电路器件模型的发展趋
势与挑战
新型器件材料的模型研究
高性能计算在器件模型中的应用
数值模拟
高性能计算为集成电路器件模型的数值 模拟提供了强大的计算能力。通过数值 模拟，可以更精确地预测器件性能，优 化设计参数，缩短研发周期。
VS
并行计算
为了提高计算效率和精度，并行计算在高 性能计算中扮演着重要角色。通过并行计 算，可以实现大规模集成电路器件模型的 快速求解，提高计算结果的可靠性。
集成电路器件模型课 件
• 集成电路器件模型概述 • 常用集成电路器件模型 • 集成电路器件模型的建立与验证 • 集成电路器件模型的仿真与应用
目录
• 集成电路器件模型的发展趋势与 挑战
• 集成电路器件模型案例分析
目录
01
集成电路器件模型概述
定义与分类
定义
集成电路器件模型是描述集成电 路中各种器件电气特性的数学模 型，用于模拟和预测器件在实际 工作条件下的行为和性能。
分类
根据器件类型和应用领域，集成 电路器件模型可分为二极管模型 、晶体管模型、电阻器模型、电 容器模型等。
3、cadence仿真
dc（直流分析） （直流分析）
dc（直流分析）可以在直流条 件下对temperature，Design Variable，Component Parameter，Model Parameter 进行扫描仿真 举例:对温度的扫描（测量温 度系数） 电路随电源电压变化的变化 曲线等
2011-7-14
ac（交流分析） （交流分析）
退出
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Setup菜单
Setup菜单 菜单
Design Simulator/directory/host Temperature Model Library Environment
选择所要 模拟的线 路图
选择模拟使用 的模型一般有 cdsSpice hspiceS spectre等
设置模拟 时的温度
2、点击Tools-> Parametric Analysis设置负载电容的扫描范 围和扫描步长，其中Range Type选择From/To，Step Control选择Linear Steps
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相位裕度与负载电容的关系曲线仿真
3、点击Parametric Analysis中的Analysis->Start得到相位裕 度与负载电容的关系曲线如图：
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5 运放直流仿真示例
目标：仿真输出电压与输入电压的变化曲线 方法：采用直流仿真（dc） 仿真参数设置 1、在仿真电路图中将信号源的输入 电压定义为变量Vin 2、在仿真环境界面中选择Variables ->Copy From Cellview,将电路中设 置的变量集中在Design Variables栏中， 初始化Vin和Cload变量， 其中Vin=0 V，Cload=5p F
集成电路发展史
欢迎共阅集成电路发展史集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。
计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。
除此之外在航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输、武器装备等许多领域，几乎都离不开集成电路的应用，当今世界，说它无孔不入并不过分。
在当今这信息化的社会中,集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。
无论是在军事还是民用上,它已起着不可替代的作用。
放大或振荡的电子器件。
由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，很快就不适合发展的需求，被淘汰的命运就没躲过。
[4]晶体管，是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”，从而得到广泛的使用。
虽然晶体管的功能比电子管大了很多，但由于电子信息技术的发展，晶体管也越来越不适合科技的发展，随之出现的就是能力更强的集成电路了。
[5]（图1）老式电子管[6]（图2）晶体管[7]2.1.2集成电路的诞生几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起，不美观，但事实证明，-电容器等。
其实，在20世纪50年代，人罗伯特-“奖章”以后，构成整体立体结构的工艺。
这样物理的功能，使之转变为适用于整机或系统的形式，就大大加速了集成电路工艺的发展。
[10]随着电子技术的继续发展，超大规模集成电路应运而生。
1967年出现了大规模集成电路，集成度迅速提高；1977年超大规模集成电路面世，一个硅晶片中已经可以集成15万个以上的晶体管；1988年，16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（VLSI）阶段；1997年，300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹，至此，超大规模集成电路的发展又到了一个新的高度。
2009年，intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。
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所以 Ube1 -U be2 ≈ Io R2
由PN结电流方程可知： 一般Is1=Is2 ln (Ie1 /Ie2) = ln (Ir /Io) = IoR2/UT
Ube1 =UTln (Ie1 /Is1)
Ube2 =UTln (Ie2 /Is2)
由Ir=(Ec-Ube1)/R,而Io=Ube/R2,所以Io<<Ir ，且Io 比Ir的稳定性要好。
主讲:刘颖教授
第7章 双极型模拟集成电路
问题： 1. 如何用三极管构成基本放大电路？ 2. 三极管的三种基本放大电路各有什么特点？ 如何根据他们的特点组成派生电路？ 3. 如何评价放大电路的性能？用哪些指标？ 4. 如何分析放大电路？ 5. 在不同场合，应如何选择基本放大电路？
Hale Waihona Puke 3/210第7章 双极型模拟集成电路 7.1 电流源电路 7.2 差分放大电路 7.3 低频功率放大电路
若 1 ,则有：
2 Ic1 1
VT1
IB1
IB2
VT2
Ec Ube I o I c 2 I c1 I R R IO似IR的镜像故称为镜像电流源电路。
•电路优点：结构简单，两管参数对称符合集成电路特点、动态 电阻大。 •电路缺点： Ic1数值仍受电源电压、R和Ube影响，且不易得到 小电流（μA级)
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2.比例恒流源
在基本恒流源的T1 、T2管接入射 极电阻R1 、R2 ， 由于电路对称：UE1=UE2
所以 IE1R1=IE2R2 IC1R1=IC2R2
R2
R1 R1 Io Ic2 I c1 Ir R2 R2
•显然，调整R1/R2比值，即可调整I0与Ir的比例关系。所以称
+
工作原理
+
ie1
ie2
-
Ree上交流压降为0。 因此，画交流通路时，Re可视为短路，即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中 点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2。
22/210
（2） 动态分析（续）
1）对差模信号的放大作用分析
差模信号的交流通路如下。
电路参数对应相等。
18/210
一、差分放大电路的工作原理
1.差分电路的组成(续） 即：hfe1=hfe2=hfe UBE1=UBE2= UBE hie1= hie2= hie
ICBO1=ICBO2= ICBO
RC1=RC2= RC
Rb1=Rb2= Rb
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2. 差分电路的输入输出方式
输入方式 输出方式 单端输入 双端输入 单端输出 双端输出
14/210 2. 集成元器件的特点 (1) 电路中各元件在同一基片上，又是通过相同工艺过程制造 的，较容易制成特性相同的管子。 (2) 集成化元器件中最容易制造的是三极管，是最基本的元件， 二极管多用做温度补偿元件或电平移动元件，大多是有三极 管的发射结构成。
(3) 电阻元件由半导体的体电阻构成，阻值越大，占用的硅片 面积越大。通常的电阻范围几十 ~20k, 高阻值的电阻多用 半导体三极管等有源元件代替或外接。
29/210 （2） 动态分析（续） 3）共模抑制比CMRR
工作原理
共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。
AUd CMRR AUc
双端输出： AUc
或
AUd CMRR 20lg (dB) AUc
0
CMRR
AUd (单） 单端输出： CMRR(单） AUc (单）
30/210 小结： •差放对共模信号的抑制作用有重要的意义。 1.对电源扰动、及温度变化，在直接耦合放大电路中被逐 级放大，从而引起较大输出误差。(零点漂移) 2.对差放电路这些现象会引起两管同时产生同样的漂移， 这种大小相等、极性相同的漂移电压就是共模电压。 3.差放电路是利用电路对称的特点，将一个管子产生的漂 移用来补偿另一只管子产生的漂移，从而抑制漂移。
UCEQ EC I CQ Rc Ee 2I EQRee
21/210 （2） 动态分析 1）对差模信号的放大作用分析 双端输入的是一对差模信号： uid1= -uid2 电路差模输入电压为 uid= uid1-uid2=2uid1 ib1= -ib2 ie1= -ie2 ucd1= -ucd2 流过Ree上的总的交流电流： ie=ie1+ie2= 0
Io
电流源作直流偏置电路
6/210 利用电流源取代电阻RC作有源负载
+VCC +VCC RC uo ui VT ui VT uo Io +VCC VT2
RC ro
VT1 IR R
RC
Io=IC2 ui VT uo
(a) 共射极电路
(b) 共射极有源负载电路
(c) 镜像电流源作有源负载电路
7/210
4/210
7.1 电流源电路
一、电流源的主要应用 二、常用的电流源电路 三、集成化元器件的特点
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一、电流源的主要应用
电流源电路特点：输出直流电流、直流电阻小、交流电 阻大、温度特性好、受电源电压等因素的影响小。
+VCC
1.适用范围
RC
主要用集成工艺制造的放大电路中。
ui VT
uo
2.电流源主要应用 （1）作直流偏置电路 （2）取代电阻作有源负载。
差模输入信号 的放大输出值 uod为 uod= ucd1－ucd2 =2 ucd1
uid1
uod
Rb
T1Rc
RL 2
RL Rc T2 2
uid
Rb uid2
23/210 （2） 动态分析（续） 1）对差模信号的放大作用分析（续） R'L=Rc//(RL/2)
工作原理
uod ucd1 ucd2 AU d 2uid1 uid - hfe RL 与单管 AUd 增益相同 Rb hie
rid=2(Rb+hie) rod ≈ Rc
uod
Rb uid1 ie1
T1Rc
RL 2
RL Rc T2 2
uid
Rb
ie1
uid2
27/210 2）对共模信号的抑制作用分析 双端输入是一对共模信号时： uic1=uic2=uic 此时ibc1=ibc2 , iec1=iec2 流过Ree上的电流： iec=iec1+iec2=2 iec1 u Ree上的交流电压： Ree=iec12Ree 画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。 单端共模输出电压增益： iec1
uod
ucd2
- hfe RL ucd1 uid1 Rb hie - hfe RL ucd2 uid2 Rb hie
ucd1
Rb uid1
ie1
T1Rc
RL 2
RL Rc T2 2
uid
Rb iIe1 uid2
24/210 （2） 动态分析（续） 1）对差模信号的放大作用分析（续） 差模信号放大电路输入电阻 rid=2(Rb+hie)
二、常用的电流源电路
基本镜像电流源 比例电流源 微电流源 威尔逊电流源 …… 电流源电路特点：输出直流电流、直流电阻小、交流电 阻大、温度特性好、受电源电压等因素的影响小。
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1.基本镜像恒流源
若
1 2
EC
IB1= IB2, Ic1 = Ic2,
IR
R
Io
•则基准电流：
I R Ic1 I B1 I B 2
工作原理
rid=2(Rb+hie)
rod ≈2 Rc
ucd1
uod
ucd2
Rb
uid1
ie1
T1Rc
RL 2
RL Rc T2 2
uid
Rb ie1
uid2
26/210
（2） 动态分析（续）
1）对差模信号的放大作用分析（续）
工作原理
1 hfe RL 2 Rb hie
是单管增益的一半
uod ucd1 AUd 双端输入—单端输出 uid 2uid1
为比例恒流源。
10/210
复习： 结电流 I s e u / uT 1 I s e u / uT PN I
u u
T
3.微电流源
通过接入R2电阻得到一个比基 准电流小许多倍的微电流源（A级 ），适用微功耗的集成电路中。
Io
Ube1=Ube2+Ie2Re Io≈Ie2= (Ube1 -U be2)/R2=Ube /R2
对比：基本镜像电流源 I r I c1 (1
精度提高
2
)
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5.多路恒流源
镜像电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流， 即可构成多路电流源，一个基准电流Ir可获得多个恒定电 流Io1、Io2。
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三、集成化元器件的特点（了解）
1.集成电路组件： 将有源器件，无源器件电阻电容及电路 连线等都集中在一块半导体基片上，然后封装在一个外壳 内便形成一个完整的电路和系统。
（1） 静态分析 由于电路结构对称， 管子特性一致。
工作原理
IBQ1=IBQ2 = IBQ ICQ1=ICQ2=ICQ UC1=UC2
I B QRb U B E 2 I EQ Ree Ee
Ee - U B E IB Q Rb 2(1 β ) Ree
2IeQ ≈0
I CQ β I B Q
U ic
0
共模单端输入电阻：
ric (单） Rb hie (1 hfe ) 2Ree