模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第1章绪论
拉扎维模拟集成电路精讲ppt第一讲mos器件特性分析.
gmb = gm
γ 2 2ΦF +VSB
= ηgm
MOSFET的沟道调制效应
L
L’
L = L - L
1 1 = (1 + VDS ), L L
ID
1 1 L = (1 + ) L L L
VDS
L = L
μnCox W = (VGS - VTH ) 2 (1 + λVDS ) 2L
MOS管深线性区时: CGD=CGS=C1/2+CovW, CGB=0, 沟道屏蔽 MOS管饱和时: CGS= 2C1/3+CovW ,和CGD=CovW, CGB=0, 沟道屏蔽
栅极电阻
MOS 低频小信号模型
VDS 1 1 1 ro = = = = ID ID/ VDS μnCox W (VGS - VTH)2 λ λID 2 L
Ron = 1 W nCox (VGS - VTH ) L
等效为一个 压控电阻
I/V特性的推导（3）
W 1 2 I D = nCox [(VGS - VTH )VDS - VDS ] L 2
三极管区(线性区) 每条曲线在VDS＝VGS－VTH时取 最大值，且大小为：
nCox W ID = (VGS - VTH )2 2 L
I D gm = VGS
MOSFET的跨导gm
VDS=const
W = μnCox (VGS - VTH ) L
W g m = 2μቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCox ID L 2I D = VGS - VTH
2.3 二级效应
• 体效应 • 沟道长度调制
• 亚阈值导电性
• 电压限制
MOS管的开启电压VT及体效应
模拟CMOS集成电路设计 第1章 模拟集成电路设计绪论
模拟设计困难的原因是什么？
E. 模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在问题 ，模拟设计需要设计者利用经验和直觉来分析 仿真结果。 F. 现代集成电路制造的主流技术是为数字电路开 发的，它不易被模拟电路设计所利用（如特征 尺寸减小导致器件迁移率下降、沟道调制效应 增大；电源电压的下降使以前的一些电路设计 技术受到限制等），为了设计高性能的模拟电 路，需不停开发新的电路和结构。
A. 模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电 源电压等多种因素间进行折衷，而数字电路只需 在速度和功耗之间折衷。 B. 模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要 敏感得多。 C. 器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要 严重得多。
模拟设计困难的原因是什么（1） ？
D. 高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多 数字电路都是自动综合和布局的。
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 9
光接收机
转换为一个小电流 高速电流处理器
激光二极管
光敏二极管
光纤系统
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 10
传感器
(a) 简单的加速度表
(b) 差动加速度表
汽车触发气囊的加速度检测原理图
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 11
为什么要学模拟CMOS集成电路设计？
组合二进制数据 DAC
传送端
多电平信号
ADC
接收端
确定所传送电平
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 7
磁盘驱动电子学的数据
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 8
无线接受机
无线接收天线接收到的信号(幅度只有几微伏)和噪声频谱
接收机放大低电平信号时必须具有极小噪 声、工作在高频并能抑制大的有害成分。
模拟cmos集成电路设计拉扎维MOS器件物理基础PPT课件
第23页/共61页
跨导gm
VGS对IDS的控制能力 IDS对VGS变化的灵敏度
gm ID VGS VDS cons tant
• 直流关系式－I/V特性 • 交流关系式－小信号电路中的参数
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MOS管简化模型
简化模型——开关 由VG控制的一个开关
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MOS管的结构
Bulk（body）
源漏在物理结构上是完全对称的，靠什么区分开？
提供载流子的端口为源，收集载流子的端口为漏
最重要的工作区域？
受VG控制的沟道区
• 小信号模型 • 信号相对于偏置工作点而言比较小、不会显著影响偏置工作点时用该模型简化计算 • 由gm、 gmb、rO等构成低频小信号模型，高频时还需加上 CGS等寄生电容、寄生电阻（接触孔电阻、 导电层电阻等）
沟道电荷的产生
当VG大到一定 程度时，表面势 使电子从源流向 沟道区 VTH定义为表面电 子浓度等于衬底 多子浓度时的VG
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阈值电压
0 栅与衬底功函数差
COX
OX
TOX
常通过沟道注入把VTH0调节到合适值 工艺确定后，VTH0就固定了，设计者无法改变
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I/V特性－沟道随VDS的变化
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掌握器件物理知识的必要性
• 数字电路设计师一般不需要进入器件内部，只把它当开关用即可 • AIC设计师必须进入器件内部，具备器件物理知识
• MOS管是AIC的基本元件 • MOS管的电特性与器件内部的物理机制密切相关，设计时需将两者结
模拟cmos集成电路设计拉扎维第1章绪论
总结词
拉扎维模拟方法在CMOS比较器设计中 具有重要作用，可以预测比较器的性能 和行为。
VS
详细描述
CMOS比较器是模拟集成电路中的关键元 件，用于信号的阈值检测和整形。拉扎维 模拟方法可以准确地模拟CMOS比较器的 静态和动态特性，包括响应时间、失调电 压、比较精度等参数，有助于设计者优化 比较器的性能，提高整个电路的稳定性。
应用实例二：模拟CMOS滤波器设计
总结词
利用拉扎维模拟方法，可以高效地设计和优化CMOS滤波器的性能。
详细描述
CMOS滤波器在通信、音频处理等领域有广泛应用。通过拉扎维模拟方法，可以快速设计和优化 CMOS滤波器的性能，包括频率响应、群延迟、线性相位等参数，从而缩短设计周期并提高滤波器的 性能。
应用实例三：模拟CMOS比较器设计
拉扎维模拟方法的优缺点
优点
拉扎维模拟方法基于物理模型，能够精确模拟CMOS集成电路的性能，对于复杂电路和新型器件具有较高的预测 精度。此外，该方法还支持多物理效应和多尺度模拟，能够模拟电路在不同工艺、温度和电压条件下的性能。
缺点
由于拉扎维模拟方法基于物理模型，因此需要较长的计算时间和较大的计算资源，对于大规模电路的模拟可能会 面临性能瓶颈。此外，该方法需要手动设定电路元件的参数，对于不同工艺和不同设计需求需要进行相应的调整 和优化。
04
拉扎维模拟方法的应用实例
应用实例一：模拟CMOS放大器设计
总结词
通过拉扎维模拟方法，可以有效地模拟CMOS放大器的性能，包括增益、带宽、 噪声等参数。
详细描述
CMOS放大器是模拟集成电路中的基本元件，其性能对于整个电路的性能至关 重要。拉扎维模拟方法可以准确地模拟CMOS放大器的直流和交流特性，包括 增益、带宽、噪声等参数，为设计者提供可靠的参考依据。
南邮拉扎维模拟cmos前两章课件
其中， 2qsi Nsub / COX ，称为体效应系数
沟道长度调制效应
描述： 当栅漏之间的电压差增大时，实际的反型沟道长度逐渐减小。
由式
ID
1 2
nCOX
W L
(VGS
VTHΒιβλιοθήκη )2可知，L是
VDS
的函数
,即上述的沟道长度调制效应
若定义 L L L（L 较小）且L / L 和VDS 之间的关系是线性的,则
ID
1 2
nCOX
W L
(VGS
VTH
)2 (1 VDS )
是沟道长度调制系数，表示给定的 VDS 增量所引起的沟道长度的相对变化量
COX W (VGS VTH )
(b) VDS 0
时,源漏存在电压差，因此，
沿沟道x点处的电荷密度为
Qd (x) COX W (VGS VTH V (x))
I D WC OX [VGS VTH V (x)]
ID
WCOX [VGS
VTH
V (x)]n
dV (x) dx
对应的边界条件为 V (0) 0,V (L) VDS ,两边积分得
• 模拟电路对噪声、串扰和其他干扰比数字电路要敏感的多。
• 器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重的多。
• 高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都 是自动综合和布局的。
• 模拟电路的许多效应的建模和仿真仍然存在问题，模拟设计 需要设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。
CMOS模拟集成电路设计ch绪论实用PPT课件
模 拟 集 成 电 路 的 设 计 开 发 流 程
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电路 设计
版图 设计
封装 测试
电路设计
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版图设计
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Why CMOS？
与双极工艺(BJT)相比 • 优点
• 输入阻抗大，加工成本低，低功耗，易于按比例缩小，易于实现数模混合电 路（是SOC较佳选择），设计自由度大（小信号特性依赖于器件尺寸和直 流偏量，双极只依赖于直流偏量）
15
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感谢您的欣赏！
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— 模拟电路的重要性和应用领域
自然界信号 （模拟量）
信号太小 时需要先 放大
4
滤除信号频带外的干扰
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高速度、 高精度、 低功耗的 模数转换器
模拟集成电路的应用
5
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结论
• 模拟电路是现代电路系统中必不可少的部分 • 数字电路无法完全取代模拟电路 • 电子产业需要大量优秀的模拟电路设计师
6
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模拟电路设计的难点
• 设计关注点多：包括速度、功耗、增益、精度、电源 电压等；数字电路主要是速度、功耗
• 高精度模拟电路对低噪声、低串扰、抗干扰等要求很 高；数字电路在这方面要求低很多
• 器件的二阶效应对电路性能影响大；对工艺参数变化 的敏感度比数字电路高很多
• 设计的自动化程度低，很多靠手工设计；数字电路设 计自动化程度高
• 缺点 • 低增益，速度慢（在改善，几十GHz），噪声大（也在改善）
11
CMOS 模拟集成电路课件完整
• SPICE仿真器：
– HSPICE；SPECTRE；PSPICE；ELDO – WinSPICE；Spice OPUS
2020/5/9
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2.5 SPICE仿真
2020/5/9
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– 例子: 采用SPICE仿真MOSFET的I/V特性
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
– MOS器件的寄生电容
• CBD和CBS是漏区/源区与衬底之间的PN结耗尽区电 • C2是栅与沟道之间的氧化层电容 • C4是沟道与衬底之间的耗尽层电容，其会随偏压的变化而变化 • C1、C3和C5是多晶硅栅与源区或漏区交叠而产生的交叠电容
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等效电容:
D
rD
CBD
CGD
vBD
G CGS
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1.1 模拟电路与数字电路
Why Analog Integrated Circuits?
Why CMOS Analog Integrated Circuits?
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• 1.2 电路抽象层次
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• 1.3 模拟集成电路设计
分析
系统/电路
属性/规范
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VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
.op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe
*model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
模拟集成电路拉扎维01课程介绍
2009-2-23清华大学微纳电子系1模拟集成电路分析与设计Analysis and Design of AnalogIntegrated Circuit（40260033）2009-2-23清华大学微纳电子系2内容n 课程信息n课程内容介绍课程信息2009-2-23清华大学微纳电子系32009-2-23清华大学微纳电子系4n 任课教师：王自强n 办公地点：清华大学东主楼9区205n 电话：62781991nEmail ：wangziq@ n 助教：祁楠n 办公地点：清华大学东主楼9区205n 电话：62781991nEmail ：qin05@任课教师和助教2009-2-23清华大学微纳电子系5教材和参考书n教材：nBehzad Razavi ，Design of Analog CMOS Integrated Circuitsn参考书：nP.R. Gray ，Analysis and Design of Analog Integrated Circuits ，4thn P.E. Allen ，CMOS Analog Circuit Design ，2nd n 王自强，CMOS 放大器设计n其它参考书：网络学堂上电子版2009-2-23清华大学微纳电子系6课程安排n 学分：3n 学时：48n 上课时间：周二第2大节n 上课地点：六教6A213n 答疑时间：待定n 答疑地点：东主楼9区205n答疑方式：问答、习题课、邮件2009-2-23清华大学微纳电子系7补充内容n课上练习n准备纸笔n习题课n 2次n课程小结，作业讲解，集中答疑n上机实验n 使用Hspice ，自己上机n如果需要、安排机时2009-2-23清华大学微纳电子系8评分方法n作业：15分n15次作业，1次1分n实验：10分n10次实验，1次1分n课堂练习：5分n5次左右n期中考试：30分n闭卷，第9周，1－8周内容n期末考试：40分n闭卷，1－16周内容，9－16周为主2009-2-23清华大学微纳电子系9作业、实验要求n作业：n 手写n第1周留，第2周课上交，第3周课上取n 按时完成：1分n补交（最迟到16周）：0.5分n抄袭：0分n实验：n 交电子版n 提交到网络学堂n第1周留，第2周周二以前交，第3周给成绩n 按时完成：1分n补交（最迟到16周）：0.5分n 抄袭：0分n实验报告要求见说明文档课程内容简介2009-2-23清华大学微纳电子系102009-2-23清华大学微纳电子系11学科之间2009-2-23清华大学微纳电子系12电路设计n 分立电路设计n集成电路设计n 混合集成电路设计n单片集成电路设计n 数字集成电路n模拟集成电路n GaAs 、InP 工艺nSi 工艺：CMOS 、Bipolar 、BiCMOS2009-2-23清华大学微纳电子系13混合集成电路单片2009-2-23清华大学微纳电子系143个问题n为什么需要模拟电路？n 自然界是模拟的n 频率资源是有限的n数字电路也是特殊的模拟电路n为什么采用集成电路？n 性能提高n成本降低n为什么使用CMOS 工艺？n 对于数字电路：无静态功耗、等比例缩尺n对于模拟电路：可以代替其它工艺2009-2-23清华大学微纳电子系15课程内容n 电路分析，主要部分n电路设计，重要部分2009-2-23清华大学微纳电子系162009-2-23清华大学微纳电子系17设计不止于此…n构造和前仿n版图和后仿n生产n封装和测试2009-2-23清华大学微纳电子系182009-2-23清华大学微纳电子系19例－集成电路原理图2009-2-23清华大学微纳电子系20例－集成电路版图2009-2-23清华大学微纳电子系21例－包含集成电路的测试电路2009-2-23清华大学微纳电子系22课程目的n 模拟集成电路的分析n公式推导n 直观理解n 模拟集成电路的设计—折中n没有最好！n只有更好？n 模拟集成电路设计是一门艺术，优秀的模拟电路设计工程师是一个艺术家2009-2-23清华大学微纳电子系23本课程的先修知识n 电路原理n 欧姆定律n 基尔霍夫定律n 戴维南－诺顿定理n 信号与系统n 拉普拉斯变换－s 域n 零极点、波特图n 傅立叶变换－频域n 离散信号处理－z 域n 模拟电子技术n 晶体管模型n 简单电路n 直流分析n 交流小信号分析n 反馈2009-2-23清华大学微纳电子系24与前后课程之间的关系2009-2-23清华大学微纳电子系25本课程的学习方法n 怎么听课n 怎么看书n 怎么学习结束2009-2-23清华大学微纳电子系26。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第1章绪论
自然界信号的处理
自然界信号是模拟量
声音、光、震动等
速度、精度、功耗 信号处理
探测器输出信号太小 时需要先 放大滤除信 号频带 外的干 扰
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
16
数字通信
电缆数据传输
长距离、高速时
有限带宽，大衰减，不适于高速远距离传输
解决办法？
信号衰减、 失真
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
数字电路的信号处理能力不断增强 再强大也无法完全取代模拟电路在电路系统中的角 色
RF、ESD、ADC、DAC、PLL
应用实例
自然界信号的处理 数字通信 磁盘驱动电路 无线接收器 光接收器 传感器 微处理器和存储器
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计 15
24
微处理器和存储器
微处理器
典型的数字电路 高端CPU的设计离不开资深AIC设计师的参 与
寄生电容/电阻/电感、封装等对电路性能指标 （速度等）的影响 高速数据线、时钟线的时序正确
必须把很多数字信号当作模拟信号来考虑、 处理
存储器
存储单元、灵敏放大器等都必须由AIC设计 师设计。高速、大规模存储器更是如此
逆向电路提取
解剖照相 拼图
版图编辑
dracula DRC和LVS dracula 寄生提取LPE 后仿真 GDSII
电路提取
分析与仿真
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
7
集成电路制造过程
集成电路设计 制版 流水加工 划片 封装
版图 layout 掩膜版 MASK 硅圆片 Wafer 裸片die
抽象级别 健壮性设计 符号
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
模拟CMOS集成电路设计(毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社) 绪论课件
模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计，毕查德.拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路，朱正涌，清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计（英文），P.E.Allen，D.R.Holberg，电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计，P.R.Gray等著，高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管（Ge NPN）半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展（材料由Ge→Si）半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明（集成度高，功耗低）n70年代MOS LSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）n80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现，并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限，对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺（或这些工艺的组合），把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
模拟集成电路n1967年国际电工委员会（IEC）正式提出模拟集成电路的概念，它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。
拉扎维带隙基准模拟cmos集成电路设计
华大微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 17
第18页/共29页
Bandgap Ref Ch. 11 # 18
PTAT电流的产生
第19页/共29页
P TAT 电 流 的 产 生
华大微电子：模拟集成电路原理
第20页/共29页
VREF
VBE3
R2 R1
VT
ln n
Bandgap Ref Ch. 11 # 19
第4页/共29页
与电源无关的偏置
如何产生IREF？
I out
VDD R1 1 g m1
W W
L1 L2
华大微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 4
第5页/共29页
与电源无关的偏置
华大微电子：模拟集成电路原理
2Iout
nCOX W
L
N
VTH 1
2I out nCOX K W
华大微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 10
第11页/共29页
与温度无关的偏置
华大微电子：模拟集成电路原理
Vout
VBE2
VT
ln n1
R2 R3
Bandgap Ref Ch. 11 # 11
第12页/共29页
与温度无关的偏置
华大微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 12
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实例分析
华大微电子：模拟集成电路原理
Bandgap Ref Ch. 11 # 27
第28页/共29页
感谢您的观看。
华大微电子：模拟集成电路原理
模拟CMOS集成电路设计-1
v E ，
L
0
I D dx
VDS
0
WC OX [VGS V ( x) VTH ]n dV ( x)
Derivation of I/V Characteristics
The integration of the channel current：
Transconductance in saturation regiongm： Can be proven：
I D W gm VDS ,const nCOX (VGS VTH ) VGS L
g m 2nCOX W 2I D ID L VGS VTH
Above gm expressions is very important!
Basic concept MOS I/V Characteristics Second-Order Effects MOS Device Models
Basic concept
MOS Switch
con in out S G
D
Ideal switch symbol
NMOS switch symbol
ADC D SP DAC
Typical VLSI circuit structure
Basic MOS Device Physics
Basic concept MOS I/V Characteristics Second-Order Effects MOS Device Models
Basic MOS Device Physics
CMOS模拟集成电路设计 拉扎维课件
1st 代：MOS1，MOS2，MOS3； 2nd代：BSIM，HSPICE level＝28，BSIM2 3rd代：BSIM3，MOS model9，EKV(Enz-Krummenacher-Vittoz)
目前工艺厂家最常提供的MOS SPICE模型为BSIM3v3 （UC Berkeley）
CMOS模拟集成电路设计
绪论、MOS器件物理基础
王永生 Harbin Institute of Technology Microelectronics Center
2009-1-16
提纲
2
提纲
1、绪论 2、MOS器件物理基础
HIT Microelectronics
王永生
2009-1-16
2.3.1体效应
对于NMOS，当VB<VS时，随VB下降，在没反型前， 耗尽区的电荷Qd增加，造成VTH增加，也称为“背栅 效应”
其中，γ为体效应系数
HIT Microelectronics
VTH 0
VTH
王永生
2009-1-16
MOS器件物理基础
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2.3.2 沟道长度调制效应
当沟道夹断后，当VDS增大时，沟道长度逐渐减小， 即有效沟道长度L’是VDS的函数。
定义L’=L-ΔL， ΔL/L=λVDS
λ为沟道长度调制系数。
HIT Microelectronics
王永生
2009-1-16
MOS器件物理基础
16
2.3.3亚阈值导电性
当VGS≈VTH时和略小于VTH ，“弱”反型层依然存在， 与VGS呈现指数关系。当VDS大于200mV时，
这里ζ>1，VT＝kT/q
拉扎维的《AnalogCMOS集成电路设计》学习感受
拉扎维的《AnalogCMOS集成电路设计》学习感受从学校微电子专业毕业，工作已经五年了。
最近终于完完整整地看完一遍拉扎维的《Design of Analog CMOS integrated circuits》。
在此记一下学习本书的感受和心得。
1、《Analog CMOS集成电路设计》是一本很好的集成电路设计入门的书籍。
其中涉及到许多的背景知识，随着读者的水平不一，看到的层次不一。
有些第一次看没感受，多看几次会有感受；有些在经历相关工作前看没觉得，但有工作经验之后看有新的体会；还有一些，你看了之后会去查找相关的专业知识来进行补充。
第一章《绪论》讲述了模拟设计的应用场合，设计挑战及要求(如鲁棒性、PVT)。
第二章《MOS器件物理基础》是全书的基础，推导出器件的电流公式Id及跨导公式gm，后面的设计都紧紧围绕着两个公式展开。
后面的习题对了解MOS管的行为，提升设计的直觉有很大的帮助。
第三章《单级放大器》基于MOS的三个端子讲述了三种单级放大器：共源级、共栅极、共漏级(源跟随)；和一种组合：共源共栅。
其中例3.10涉及到50ohm高速传输线知识和实际的相关设计比较。
第四章《差动放大器》,描述了差动对信号具有抗噪声的优点（还有EMI降低），及差动对的分析、共模抑制比、吉尔伯特单元等。
第五章《电流镜》，分析了电流镜的特点和在差动电路中的应用。
第六章《放大器的频率特性》，介绍了密勒效应，每一级的极点的计算和评估。
这章开始涉及频率响应。
第七章《噪声》，介绍了IC中的各种噪声：热噪声4kTR(4kTrgm)、闪烁噪声(1/f噪声)K/(CoxWLf).给出了多种电路的主要噪声的谱和RMS计算，相应的低噪声的要求和特征。
第八章《反馈》，系统地描叙了反馈的结构，种类(V-V,V-I,I-I,I-I)，环路增益计算，负反馈对电路性能带来的改变(增益灵敏度降低、阻抗有益改变、带宽增加，非线性减少)。
第九章《运算放大器》介绍运放中的一系列技术，最主要的事套筒式和折叠式；单级和多级运放，共模反馈，Rail-Rail介绍，大信号的转换速率slewing rate响应，电源抑制，注意Vdd至Vout约为1。
模拟CMOS集成电路设计（毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社）绪论课件
模拟CMOS集成电路设计（毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社）绪论课件模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计，毕查德.拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路，朱正涌，清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计（英文），P.E.Allen，D.R.Holberg，电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计，P.R.Gray等著，高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管（Ge NPN）半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展（材料由Ge→Si）半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明（集成度高，功耗低）n70年代MOS LSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）n80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现，并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限，对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺（或这些工艺的组合），把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
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3
与其他课程的关系
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4
模拟电路的分析与设计
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5
集成电路的特点
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6
集成电路设计的基本流程
正向设计过程
composer 电路输入 Hspice 电路仿真 源码输入 Verilog 逻辑仿真 Verilog-xl Design 逻辑综合 Compiler 布局布线 Silicon Ensemble 制版和加工 电原理图 schematic 版图 layout 芯片 die
CMOS工艺的核心元件——MOSFET
金属-氧化物-半导体场效应晶体管 发明早（1930），在IC上实用晚（1960’s初 期）
CMOS工艺
发明于60年代中期 特点：低功耗、高集成度、制造成本低 首先用于DIC，再用于AIC
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用CMOS工艺实现AIC的优势？
模拟集成电路设计
第1章 绪论
董刚 gdong@
微电子学院
1
模拟集成电路设计
任课教师 董刚 办公地点：老校区科技楼A710B 电话：88202562 Email：gdong@
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2
课程概况
专业核心课程之一 4学分 46＋24学时 目标 培养学生具有初步的CMOS模拟集成电路 分析能力，了解模拟集成电路基本模块的 分析方法和设计过程 答疑：课间或Email
逆向电路提取
解剖照相 拼图
版图编辑
dracula DRC和LVS dracula 寄生提取LPE 后仿真 GDSII
电路提取
分析与仿真
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7
集成电路制造过程
集成电路设计 制版 流水加工 划片 封装
版图 layou器和存储器
微处理器
典型的数字电路 高端CPU的设计离不开资深AIC设计师的参 与
寄生电容/电阻/电感、封装等对电路性能指标 （速度等）的影响 高速数据线、时钟线的时序正确
必须把很多数字信号当作模拟信号来考虑、 处理
存储器
存储单元、灵敏放大器等都必须由AIC设计 师设计。高速、大规模存储器更是如此
17
数字通信
用下图示接收电路
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18
数字通信
采用多电平传输以降低信号带宽
降低了发送和接收电路的带宽要求 发送端增加DAC，接收端用ADC识别
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19
磁盘驱动电路
磁盘数据读取
磁性信号数据——磁头——电信号数据 读取方法：放大——滤波——数字化
抽象级别 健壮性设计 符号
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35
抽象级别
抽象
从不同高度（角度）“观察”同一个事物
为什么要抽象？
我们关心的对象或感兴趣的程度是变化的 把复杂度控制在一定范围内
抽象级别
器件级 晶体管级（电路级） 结构级 系统级
AIC设计师应能在不同抽象级间自由切换 成功的高性能IC都是分工协作、优势汇总的结 果，IC设计师需要学会协作
关注点、噪声和干扰、器件二阶效应、设计 自动化程度、建模和仿真、工艺、数模混合
AIC具有高速度、高精度、低功耗、大 批量时成本等优点 用CMOS工艺设计、加工AIC具有加工 成本低、易实现数模混合等优点，被广 泛采用
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下一讲
绪论 器件物理基础 单级放大器 差动放大器 无源/有源电流镜 放大器的频率特性 噪声 反馈 运算放大器 稳定性和频率补偿 带隙基准源 重要性、一般概念 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 共源、共漏、共栅、共源共栅 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 基本/共源共栅/有源电流镜 弥勒效应、极点与节点关系、各类单级放大 器频率特性分析 统计特性、类型、电路表示、各类单级放 大器噪声分析、噪声带宽 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 多极点系统、相位裕度、频率补偿 与电源无关、与温度无关、PTAT电流、 恒Gm、速度与噪声
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结论
模拟电路是现代电路系统中必不可少的 一部分 数字电路无法完全取代模拟电路 电子产业需要大量优秀的模拟电路设计 师
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26
本讲
研究模拟电路的重要性 模拟电路设计的难点 研究AIC的重要性 研究CMOS AIC的重要性 电路设计一般概念
光纤数据传输
极高带宽，很低损耗，适用于高速、远距离 传输 电信号数据——光信号数据——电信号数据 （小电流） 接收电路要低噪宽带，以高速检出小信号 10~40Gb/s
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22
传感器信号的处理电路
传感器系统
遍布生活各角落 力（加速度计），热（电子温度计），声（麦克风， 超声系统），光（数码相机），磁（磁头），高能 粒子（安检X光机）等
数字电路的信号处理能力不断增强 再强大也无法完全取代模拟电路在电路系统中的角 色
RF、ESD、ADC、DAC、PLL
应用实例
自然界信号的处理 数字通信 磁盘驱动电路 无线接收器 光接收器 传感器 微处理器和存储器
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本讲
研究模拟电路的重要性 模拟电路设计的难点 研究AIC的重要性 研究CMOS AIC的重要性 电路设计一般概念
抽象级别 健壮性设计 符号
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29
模拟电路为什么要走向IC？
模拟电路的实现方式
在PCB板上，用分离元件搭建电路系统 在一个衬底上加工出各类基本元件并实现元件间的 互连，构成整个电路系统——AIC
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本讲
研究模拟电路的重要性 模拟电路设计的难点 研究AIC的重要性 研究CMOS AIC的重要性 电路设计一般概念
抽象级别 健壮性设计 符号约定
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14
为什么要研究模拟电路？
现代电路系统不可或缺的一部分
B.Razavi, “Design of Analog Integrated Circuit Design”
电子工业出版社
清华大学出版社
西安交通大学出版社
P.Gray, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”
D.Johns, K.Martin, “Analog Integrated Circuit Design
12
授课内容
绪论 器件物理基础 单级放大器 差动放大器 无源/有源电流镜 放大器的频率特性 噪声 反馈 运算放大器 稳定性和频率补偿 带隙基准源 重要性、一般概念 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 共源、共漏、共栅、共源共栅 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 基本/共源共栅/有源电流镜 弥勒效应、极点与节点关系、各类单级放大 器频率特性分析 统计特性、类型、电路表示、各类单级放 大器噪声分析、噪声带宽 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 多极点系统、相位裕度、频率补偿 与电源无关、与温度无关、PTAT电流、 恒Gm、速度与噪声
自然界信号的处理
自然界信号是模拟量
声音、光、震动等
速度、精度、功耗 信号处理
探测器输出
信号太小 时需要先 放大
滤除信 号频带 外的干 扰
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16
数字通信
电缆数据传输
长距离、高速时
有限带宽，大衰减，不适于高速远距离传输
解决办法？
信号衰减、 失真
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高等教育出版社
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机械工业出版社
10
教材和参考书
电路设计与仿真-CMOS电路模拟与设计-基于Hspice
其他搜集整理的资料
科学出版社
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11
考核方式
总原则 学到东西、相对公平 考核方式 闭卷考试
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集成度在逐年增加，特征尺寸逐年下降（Moore定律）， 能集成的电路规模在增大
AIC的优点
高集成度 高速度 高精度 低功耗 大批量时成本低
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AIC的实现工艺
基于Si材料
双极工艺
核心元件为NPN、PNP晶体管
MOS工艺
核心元件为NMOS、PMOS晶体管 体硅工艺、SOI工艺等
幅度仅几mV；有较大噪声和失真
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20
无线接收器
RF接收器天线接收的信号
幅度仅几V，有很大干扰信号，中心频率 1GHz以上
对接收电路要求 •放大小信号，极 低噪声 •抑制干扰信号 •高频工作 •功耗，成本等
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21
光接收器
封装后的芯片
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CMOS集成电路的版图作用
芯片加工：从版图到裸片
制 版
加 工
是一种多层平面“印刷” 和叠加过程。
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