芯片設(shè)計——CMOS模擬集成電路設(shè)計與仿真實例:基于Cadence IC 617
定 價:109 元
叢書名:“十四五”時期國家重點出版物出版專項規(guī)劃項目半導(dǎo)體與集成電路關(guān)鍵技術(shù)叢書微電
本書介紹CMOS模擬與射頻集成電路的基本知識,著重講述了利用Cadence ADE軟件進(jìn)行集成電路設(shè)計的仿真方法和操作流程。本書包含多種集成電路中常見電路單元的實例分析,包括運(yùn)算放大器、低噪聲放大器、射頻功率放大器、混頻器、帶隙基準(zhǔn)源、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器等內(nèi)容。本書注重選材,內(nèi)容豐富,在基本概念和原理的基礎(chǔ)上,通過實例分析詳細(xì)講述了CMOS模擬與射頻集成電路關(guān)鍵單元的設(shè)計方法。本書為北京理工大學(xué)集成電路設(shè)計實踐課程教材,并且可作為CMOS模擬與射頻集成電路設(shè)計初學(xué)者,以及高等院校電子科學(xué)與技術(shù)、集成電路科學(xué)與工程等專業(yè)的學(xué)習(xí)用書,也可供從事微電子與集成電路領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員參考。
本書注重選材,內(nèi)容豐富,在基本概念和原理的基礎(chǔ)上,通過實例分析詳細(xì)講述了CMOS模擬與射頻集成電路關(guān)鍵單元的設(shè)計方法,包含多種集成電路中常見電路單元的實例分析。
在政策引領(lǐng)和產(chǎn)業(yè)需求背景下,集成電路、5G、新能源汽車、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展,不斷涌現(xiàn)出多元化應(yīng)用場景的技術(shù)融合和產(chǎn)品創(chuàng)新。其中,集成電路是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心,是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,也是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵技術(shù)。目前,集成電路不僅在計算機(jī)、通信、消費電子、工業(yè)控制等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中不可或缺,同時覆蓋了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線充電、新能源汽車、可穿戴設(shè)備等新興領(lǐng)域。隨著器件特征尺寸減小,MOS器件的特征頻率、最高頻率和噪聲系數(shù)等大幅提高。硅基CMOS工藝的功耗比較低、工藝十分成熟、成本較低,并且能夠?qū)?shù)字電路、模擬電路和射頻電路等集成在同一個芯片上,是實現(xiàn)數(shù)字與射頻系統(tǒng)單片集成的重要技術(shù)。硅基模擬和射頻集成電路技術(shù)不斷提高,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,對集成電路設(shè)計者提出了更大的挑戰(zhàn)。由Cadence公司開發(fā)的集成電路設(shè)計與仿真工具,具有豐富的功能,廣泛應(yīng)用于模擬和射頻集成電路設(shè)計中。本書為北京理工大學(xué)集成電路設(shè)計實踐課程教材,其內(nèi)容從CMOS集成電路的基礎(chǔ)以及Cadence仿真軟件的基本操作入手,融合模擬和射頻集成電路中的幾種常見電路單元的實例分析,詳細(xì)講述了仿真操作與設(shè)計流程。全書共分為9章,第1章是CMOS模擬集成電路設(shè)計流程簡介。第2章詳細(xì)說明了Cadence仿真軟件ADE的使用界面和常用操作,并以CMOS共源放大器為例,講述了電路搭建和仿真驗證的基本操作流程。第3章主要對ADE的直流仿真、交流仿真、瞬態(tài)仿真、噪聲仿真、S參數(shù)仿真等基本仿真功能,以及參數(shù)掃描、蒙特卡洛仿真等高階仿真功能進(jìn)行概述說明,并介紹基本設(shè)置方式,每個仿真方法均通過實例進(jìn)行分析。第4~9章分別講述了幾種常見電路單元的基本原理、主要性能參數(shù)、常見電路結(jié)構(gòu),然后通過實例進(jìn)行詳細(xì)說明。其中,第4章講解了單級全差分折疊共源共柵運(yùn)算放大器和閉環(huán)運(yùn)算放大器;第5章介紹了S波段低噪聲放大器的設(shè)計方法;第6章通過S波段功率放大器介紹了電路搭建、參數(shù)仿真、匹配方法和優(yōu)化設(shè)計;第7章設(shè)計了一款S波段Gilbert雙平衡下變頻混頻器;第8章介紹了帶隙基準(zhǔn)源的電路搭建、參數(shù)仿真、設(shè)計及優(yōu)化方法;第9章講述了并行式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計和仿真流程。本書的第1、4章由王興華編寫;第2、5章由陳志銘編寫;第3、6、7章由李瀟然編寫;第8、9章由張蕾編寫,陳鋮穎和呂世東對技術(shù)和書稿也提供了大量幫助。感謝仲順安教授對本書內(nèi)容提出的寶貴意見;感謝在站博士后萬嘉月、齊全文,資深工程師劉自成、韓放,以及在讀研究生王瑛澤、鄂川源、李佳嶧、朱宇哲、劉曉凡、卓恩銳、王超等在書稿整理和圖片繪制等工作中給予的大力支持。由于作者水平有限,加之時間較為倉促,書中難免存在疏漏和不妥之處,懇請同行和讀者不吝賜教。
前言第章CMOS模擬集成電路設(shè)計流程簡介11.1設(shè)計要求與方案選擇21.2交互式電路設(shè)計與仿真21.3版圖設(shè)計與驗證31.4芯片流片與測試51.5本章小結(jié)7第章ADE仿真概述82.1基本界面與操作82.1.1軟件啟動82.1.2庫管理器112.1.3電路圖編輯器152.1.4ADE仿真設(shè)置192.1.5波形輸出顯示與計算222.2實例分析:共源放大器312.3本章小結(jié)37第章ADE仿真功能基礎(chǔ)383.1直流仿真383.1.1直流仿真基本設(shè)置383.1.2實例分析393.2交流仿真463.2.1交流仿真基本設(shè)置463.2.2實例分析473.3瞬態(tài)仿真503.3.1瞬態(tài)仿真基本設(shè)置503.3.2實例分析513.4噪聲仿真533.4.1噪聲仿真基本設(shè)置533.4.2實例分析543.5S參數(shù)仿真563.5.1S參數(shù)仿真基本設(shè)置563.5.2實例分析573.6參數(shù)掃描623.6.1參數(shù)掃描基本設(shè)置623.6.2實例分析633.7蒙特卡洛仿真653.8本章小結(jié)73第章運(yùn)算放大器744.1運(yùn)算放大器簡介744.1.1運(yùn)算放大器概述744.1.2常見運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)754.2單級全差分折疊共源共柵運(yùn)算放大器774.2.1結(jié)構(gòu)原理圖和參數(shù)774.2.2電路圖繪制814.2.3仿真驗證854.3閉環(huán)運(yùn)算放大器984.3.1開關(guān)電容積分器984.3.2瞬態(tài)特性仿真和頻率特性仿真984.4本章小結(jié)103第章低噪聲放大器1045.1低噪聲放大器概述1045.1.1低噪聲放大器性能參數(shù)1045.1.2低噪聲放大器結(jié)構(gòu)分類1115.2實例分析:S波段低噪聲放大器1145.2.1電路搭建1145.2.2阻抗匹配及噪聲系數(shù)仿真1175.2.3大信號噪聲仿真1225.2.4穩(wěn)定性仿真1245.2.5線性度仿真1255.3本章小結(jié)134第章射頻功率放大器1356.1功率放大器概述1356.1.1功率放大器性能參數(shù)1356.1.2功率放大器類型1366.1.3負(fù)載線匹配1376.2實例分析:S波段功率放大器1386.2.1電路搭建1386.2.2電路參數(shù)仿真1436.2.3負(fù)載牽引效應(yīng)及最佳負(fù)載阻抗的匹配1526.2.4指標(biāo)測試及電路優(yōu)化1576.3本章小結(jié)159第章混頻器1607.1混頻器設(shè)計概述1607.1.1混頻器基本原理1607.1.2混頻器性能參數(shù)1617.1.3混頻器分類和常見結(jié)構(gòu)1627.2實例分析:S波段Gilbert雙平衡下變頻混頻器1647.2.1電路搭建1647.2.2諧波失真仿真1707.2.3噪聲系數(shù)仿真1747.2.4轉(zhuǎn)換增益仿真1797.2.5線性度仿真1837.3本章小結(jié)193第章帶隙基準(zhǔn)源1948.1帶隙基準(zhǔn)源概述1948.1.1帶隙基準(zhǔn)源性能參數(shù)1948.1.2帶隙基準(zhǔn)源的基本原理1968.2實例分析:帶隙基準(zhǔn)電壓源2018.2.1電路搭建2018.2.2電路參數(shù)仿真2088.3本章小結(jié)220第章模-數(shù)轉(zhuǎn)換器2219.1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器概述2219.1.1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理2219.1.2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)2229.1.3模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)2259.2實例分析1:并行式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器2309.2.1并行式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計與時域仿真2309.2.2并行式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的頻域仿真2389.3實例分析2:逐次逼近式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器2409.3.1逐次逼近式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計與時域仿真2409.3.2逐次逼近式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的頻域仿真2489.4本章小結(jié)249參考文獻(xiàn)250