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第一部分 CMOS基础1

第1章 概述1

1.1 CMOS集成电路的设计流程1

1.2 在Windows环境下使用LASI软件3

1.2.1 LASI中的单元4

1.2.2 浏览LASI的画图窗口6

1.2.3 添加对象6

1.2.4 编辑对象6

1.2.5 放置单元7

1.2.6 常见问题9

1.3 MOSIS10

参考文献13

习题13

第2章 阱16

2.1 衬底16

2.1.1 图形转移17

2.1.2 n阱图形的转移19

2.2 n阱的版图设计19

2.2.1 n阱的设计规则20

2.2.2 LasiDrc程序的使用21

2.3 n阱电阻阻值的计算21

2.4 n阱／p衬底二极管23

2.4.1 耗尽层电容23

2.4.2 存储电容25

2.4.3 SPICE建模26

2.5 n阱的RC延迟28

参考文献30

习题30

第3章 金属层33

3.1 压焊点33

3.1.1 压点的版图设计33

3.1.2 压点的设计规则35

3.2 金属层的版图设计37

3.2.1 金属层的设计规则37

3.2.2 与金属层相关的寄生效应38

3.2.3 电流承载极限39

3.2.4 与通孔层相关的寄生效应40

3.3 串扰和地线扰动41

3.4 层级化的版图设计43

参考文献46

习题46

第4章 有源区层和多晶硅层48

4.1 设计规则48

4.1.1 n+/p＋有源区的设计规则49

4.1.2 polyl的设计规则51

4.2 标准单元框的版图53

4.3 有源区层的图形转移54

4.4 MOSFET的版图57

参考文献59

习题59

第5章 MOSFET61

5.1 MOSFET电容61

5.1.1 情形一：积累62

5.1.2 情形二：耗尽63

5.1.3 情形三：强反型63

5.1.4 小结64

5.2 阈值电压65

5.3 MOSFET的I-V特性69

5.3.1 工作于线性区的MOSFET69

5.3.2 工作于饱和区的MOSFET71

5.4 MOSFET的SPICE模型73

5.4.1 Level 1模型中与VTHN相关的参数73

5.4.2 Level 1模型中与跨导相关的参数75

5.4.3 与源／漏注入区相关的SPICE模型参数75

5.4.4 MOSFET的版图76

参考文献77

习题77

第6章 BSIM SPICE模型80

6.1 BSIM1模型参数81

6.2 BSIM1直流公式83

6.2.1 阈值电压83

6.2.2 漏电流85

6.2.3 亚阈值电流87

6.3 短沟道MOSFET90

6.3.1 MOSFET的按比例缩小90

6.3.2 短沟道效应91

6.4 BSIM3 SPICE模型93

6.5 收敛性95

参考文献96

习题97

第7章 CMOS无源元件99

7.1 第二层多晶硅99

7.1.1 多晶硅电容的设计规则99

7.1.2 多晶硅电容的寄生效应99

7.1.3 其他类型的电容100

7.2 电阻、电容与温度和电压的关系101

7.2.1 电阻101

7.2.2 电容106

7.3 电阻的噪声107

参考文献112

习题112

第8章 用LasiCkt做设计验证114

8.1 LasiCkt基础114

8.2 反相器115

8.3 用LasiCkt做设计验证120

8.4 更高层级的单元：OR门123

参考文献126

第9章 MOSFET的模拟模型127

9.1 MOSFET的低频模型127

9.2 MOSFET的高频模型131

9.3 MOSFET的温度效应135

9.4 MOSFET的噪声137

参考文献140

习题140

第10章 MOSFET的数字模型143

10.1 MOSFET的数字模型143

10.1.1 电容的影响144

10.1.2 MOS管的时间常数145

10.1.3 延迟时间和转换时间146

10.2 串联连接的MOSFET148

10.2.1 串联MOSFET的直流特性148

10.2.2 串联MOSFET的延迟149

参考文献151

习题151

课堂训练项目151

第二部分 CMOS数字电路155

第11章 反相器155

11.1 直流特性155

11.1.1 噪声容限157

11.1.2 反相器的转换点157

11.2 开关特性159

11.2.1 环路振荡器161

11.2.2 动态功耗161

11.3 反相器的版图163

11.4 驱动大电容负载时反相器的设计165

11.4.1 分布式驱动器170

11.4.2 驱动较长的互连线171

11.5 其他类型的反相器171

11.5.1 仅由NMOS管构成的输出驱动器172

11.5.2 三态输出反相器173

11.5.3 自举NMOS反相器173

参考文献175

习题175

第12章 静态逻辑门177

12.1 NAND和NOR逻辑门的直流特性177

12.1.1 NAND逻辑门的直流特性177

12.1.2 NOR逻辑门的直流特性179

12.2 NOR门和NAND门的版图设计180

12.3 开关特性181

12.3.1 NAND门182

12.3.2 输入信号的数目185

12.4 复杂的CMOS逻辑门186

12.4.1 级联电压开关逻辑189

12.4.2 差分分级逻辑190

12.4.3 三态输出191

参考文献192

习题192

第13章 传输门和触发器194

13.1 传输管194

13.2 CMOS传输门195

13.2.1 CMOS传输门的版图设计197

13.2.2 传输门的级联197

13.3 传输门的应用198

13.4 触发器201

参考文献206

习题206

第14章 动态逻辑电路208

14.1 动态电路基础208

14.1.1 电荷泄漏208

14.1.2 动态电路的仿真209

14.1.3 不交迭时钟的产生211

14.1.4 动态电路中的CMOS传输门212

14.2 时钟控制的CMOS逻辑212

参考文献216

习题217

第15章 VLSI版图设计219

15.1 VLSI版图219

15.2 版图设计流程227

参考文献234

习题234

第16章 BiCMOS逻辑门237

16.1 结型隔离的双极晶体管版图238

16.2 NPN晶体管模型240

16.3 BiCMOS反相器242

16.4 其他的BiCMOS逻辑门245

16.5 BiCMOS电平转换电路247

参考文献249

习题250

第17章 存储电路251

17.1 RAM存储单元251

17.1.1 DRAM存储单元252

17.1.2 SRAM存储单元255

17.2 灵敏放大器256

17.3 行／列译码器258

17.4 DRAM的工作时序260

17.5 现代DRAM电路262

17.5.1 DRAM存储单元的版图设计262

17.5.2 折叠位线结构和开放位线结构263

17.6 其他类型的存储单元266

参考文献268

习题268

第18章 专用数字电路270

18.1 施密特触发器270

18.1.1 施密特触发器的设计271

18.1.2 开关特性273

18.1.3 施密特触发器的应用273

18.1.4 高速施密特触发器275

18.2 多频振荡器275

18.2.1 单稳态多频振荡器276

18.2.2 非稳态多频振荡器276

18.3 电压产生电路277

18.3.1 提高效率279

18.3.2 更高电压的产生279

18.3.3 实例280

参考文献282

习题282

第19章 数字锁相环284

19.1 鉴相器285

19.1.1 XOR鉴相器285

19.1.2 鉴频鉴相器289

19.2 压控振荡器292

19.2.1 电流饥饿型VCO292

19.2.2 源耦合VCO295

19.3 环路滤波器298

19.3.1 XOR DPLL298

19.3.2 鉴频鉴相器DPLL303

19.4 系统考虑307

19.5 延迟锁环318

参考文献322

习题323

第三部分 CMOS模拟电路325

第20章 电流源和电流沉325

20.1 电流镜325

20.1.1 共源共栅接法330

20.1.2 敏感度分析333

20.1.3 温度特性335

20.1.4 瞬态响应337

20.1.5 简单电流镜的版图339

20.1.6 电流镜中的匹配问题340

20.2 其他类型的电流源／沉342

参考文献349

习题349

第21章 基准源353

21.1 分压器353

21.1.1 电阻-MOS管型分压器353

21.1.2 MOS管型分压器354

21.2 自偏置电流源358

21.2.1 以阈值电压为基准的自偏置电路358

21.2.2 以二极管为基准的自偏置电路359

21.2.3 以热电压为基准的自偏置电路362

21.3 带隙基准电压源364

21.4 β倍乘的基准自偏置电路366

21.4.1 一个基准电压源367

21.4.2 工作在亚阈区的电流源／沉369

参考文献370

习题370

第22章 放大器374

22.1 栅漏短接的有源负载374

22.1.1 共源放大器374

22.1.2 源跟随器382

22.1.3 共栅放大器383

22.2 电流源做负载的放大器383

22.2.1 共源共栅电流源／沉做负载的放大器388

22.2.2 推挽放大器391

22.3 放大器的噪声和失真392

22.4 甲乙类放大器396

参考文献399

习题400

第23章 反馈放大器403

23.1 反馈方程403

23.2 放大器设计中的负反馈特性404

23.2.1 增益的倒灵敏度404

23.2.2 扩展带宽405

23.2.3 减小非线性失真406

23.2.4 输入和输出电阻的控制407

23.3 反馈的类型407

23.3.1 输入混合408

23.3.2 输出采样409

23.3.3 反馈电路409

23.3.4 计算开环参数411

23.3.5 计算闭环参数413

23.4 电压放大器（串联-并联反馈）414

23.5 跨阻放大器（并联-并联反馈）419

23.6 跨导放大器（串联-串联反馈）426

23.7 电流放大器（并联-串联反馈）430

23.8 稳定性432

参考文献437

习题437

第24章 差分放大器443

24.1 源端耦合对443

24.1.1 电流源负载445

24.1.2 共模抑制比452

24.1.3 噪声453

24.1.4 匹配考虑454

24.2 源端交叉耦合对456

24.3 共源共栅负载461

24.4 宽摆幅差分放大器464

24.4.1 电流差分放大器465

24.4.2 恒定跨导的差分放大器466

参考文献468

习题469

第25章 运算放大器473

25.1 基本CMOS运算放大器的设计473

25.1.1 运算放大器的特性483

25.1.2 无缓冲级的运算放大器的补偿487

25.1.3 共源共栅输入级的运算放大器487

25.2 运算跨导放大器488

25.2.1 宽摆幅OTA492

25.2.2 折叠共源共栅OTA501

25.3 差分输出的运算放大器509

25.3.1 全差分折叠共源共栅OTA511

25.3.2 增益提升517

参考文献521

习题522

第四部分 混合信号电路525

第26章 非线性模拟电路525

26.1 基本的CMOS比较器的设计525

26.2 偏置自适应536

26.3 模拟乘法器539

26.3.1 四管乘子540

26.3.2 电压平移543

26.3.3 采用平方电路实现乘法器548

参考文献549

习题549

第27章 动态模拟电路551

27.1 MOS开关551

27.2 开关电容电路558

27.3 其他几个动态电路的实例570

参考文献576

习题577

第28章 数据转换器基础579

28.1 模拟信号和数字信号579

28.2 把模拟信号转换为数字信号579

28.3 采样-保持电路582

28.4 数模转换器的性能指标584

28.5 模数转换器的性能指标591

28.6 数模混合电路的版图设计599

参考文献603

习题603

第29章 数据转换器结构605

29.1 DAC的结构605

29.1.1 数字输入编码605

29.1.2 电阻串DAC605

29.1.3 R-2R梯形网络DAC609

29.1.4 电流导引DAC611

29.1.5 电荷比例DAC615

29.1.6 循环DAC619

29.1.7 流水线DAC620

29.2 ADC的结构621

29.2.1 全并行ADC621

29.2.2 两步全并行ADC625

29.2.3 流水线ADC628

29.2.4 积分ADC631

29.2.5 逐次逼近ADC635

29.2.6 过采样ADC638

参考文献645

习题647

附录651

附录A Orbit CN20工艺651

附录B MOSIS按比例设计规则665

附录C HP CMOS14TB工艺675

索引681