模拟电路设计：线性区探索与CMOS集成电路

"模拟CMOS集成电路设计精粹" 模拟CMOS集成电路设计是一门融合了艺术与科学的学科，它涉及到复杂的电路分析和创新性设计。在许多应用中，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOST）常被用作开关，但在线性区，也即欧姆区，它表现出类似电阻的特性，提供了线性电压-电流（V-A）关系。在线性区，源极和漏极之间的沟道允许电子流动，形成一个可控的电阻。 线性区的电阻值计算是设计者需要掌握的关键技能。这个电阻值取决于晶体管的尺寸参数，如长度和宽度，以及偏置电压。设计者需要理解如何通过调整这些参数来控制晶体管的电阻特性，以满足特定应用的需求。 课程内容涵盖了模拟电路设计的多个核心主题，例如： 1. MOST与双极型晶体管模型的比较：讨论两种不同类型的晶体管在不同条件下的行为和适用场景。 2. 放大器、源跟随器及级联电路：讲解基本放大器结构及其在信号处理中的作用，源跟随器和级联电路是其中的重要组成部分。 3. 差分电压与电流放大器：这些电路可以提高信号的信噪比，对抑制共模噪声尤其有效。 4. 运算放大器的稳定性：探讨运算放大器在不同配置下的稳定性问题，包括负反馈对稳定性的贡献。 5. 运算放大器的系统化设计：介绍设计运放的步骤和策略，包括选择合适的拓扑结构。 6. 重要的运算放大器配置：如电压跟随器、反相放大器、非反相放大器等，它们在实际应用中具有广泛用途。 7. 全差分放大器：提供高共模抑制比，适用于高精度信号处理。 8. 电流输入运算放大器：这些放大器适合处理电流源信号，特别适用于低噪声和高增益应用。 9. 轨到轨输入和输出放大器：能够在电源电压范围内提供全范围的输入和输出电压摆幅。 10. 类AB和驱动放大器：用于功率输出和驱动负载。 11. 电压增益与跨导放大器：通过电压或电流反馈实现增益控制。 12. 跨阻抗与电流放大器：转换电压信号为电流信号，反之亦然。 13. 带隙基准和电流参考电路：提供稳定的电压或电流参考，对模拟电路的精度至关重要。 14. 开关电容滤波器：利用电容在不同时间状态的充放电进行信号滤波，适用于集成度高的系统。 15. 连续时间滤波器：设计和分析不涉及采样过程的滤波器。 模拟设计需要深入理解晶体管的工作原理以及它们在闭环反馈系统中的行为。通过使用简化模型，设计师可以快速估算电路性能，而仿真工具如SPICE则提供更准确的性能预测。然而，精简的模型与复杂的仿真模型各有优势，前者便于理解，后者则能捕捉更精细的动态行为。在实际设计过程中，设计师需灵活运用这些工具，寻找最佳设计平衡点。