模拟集成电路设计——以LDO设计为例（原书第2版）_[美] 林康-莫莱（Gabriel Alfonso Rincon-Mora）著_9787111534969

模拟集成电路设计——以LDO设计为例（原书第2版）借由集成线性稳压器的设计，全面介绍了模拟集成电路的设计方法，包括固态半导体理论、电路设计理论、模拟电路基本单元分析、反馈和偏置电路、频率响应、线性稳压器集成电路设计以及电路保护和特性等。模拟集成电路设计——以LDO设计为例（原书第2版）从面向设计的角度来阐述模拟集成电路的设计，强调直觉和直观、系统目标、可靠性和设计流程，借助大量的实例，向初学者介绍整个模拟集成电路的设计流程，并引导其熟悉应用，同时本书也适用于有经验的电源集成电路设计工程师，不仅能帮助他们对模拟电路和线性稳压器的理论有更深刻的理解，而且书中所呈现的线性稳压器的技术发展也可以给予他们很多启发，是一本兼具实用性和学术价值的模拟集成电路和集成线性稳压器设计的优秀教科书和参考书。

译者序片上系统（System on Chip，SoC）集成需求正不断增大，由于线性稳压器具有噪声小、对负载突变的响应速度快等优点，在模拟和混合信号芯片中占据越来越重要的地位。
  本书是佐治亚理工学院Rincón-Mora教授的最新著作，是作者20多年的商用电源微电子芯片开发经验以及引领电源和能量调节集成电路领域技术发展的杰出研究工作的总结。本书组织严谨，内容丰富，涵盖了包括固态半导体理论、电路设计、模拟电路基本单元分析、反馈和偏置电路、频率响应、集成电路设计以及电路保护等模拟集成电路设计的所有基本方面。并且，在讲授这些内容时，本书十分强调直觉和直观，通过本书的学习，可以培养读者对于模拟电路的洞察力。本书的另一个特色是，整本书就是一个自顶向下再到顶（top-down-top）的设计实例，以线性稳压器设计的角度，从抽象视角开始系统分析，然后进入器件级进行基础分析，之后逐渐上升到电路设计，最后再到系统设计，但最终设计以晶体管级的形式实现。因此，本书是一本十分难得的兼具实用性和学术价值的参考书籍。
  本书由华中科技大学的陈晓飞组织翻译，参加翻译工作的人员主要有陈晓飞、邹望辉、刘政林和邹雪城。在本书的翻译工作中，华中科技大学超大规模集成电路与系统研究中心的刘小瑞、张缨洁、王玄、许泽华、资海平、董一帆、邹大鹏等研究生同学提供了许多帮助并参加了部分内容的翻译，机械工业出版社刘星宁老师给予了很大支持，在此一并表示衷心的感谢。
译者2016年4月模拟集成电路设计以LDO设计为例（原书第2版）原书前言原书前言我写作本书第1版的初衷是为了介绍、讨论并分析怎样设计、仿真、构建、测试和评估线性低压差（Low DropOut，LDO）稳压器集成电路。LDO稳压器集成电路在现代生活和新兴的最先进应用中起到了重要的作用，并且随着片上系统（SoC）集成需求的不断增大，在持续推动已有市场的同时，开创出更多新市场，这些因素构成了写作本书第1版的动力。事实上，由于噪声的普遍性，输入信号的未知性，以及功能负载要求负载点（Point of Load，PoL）稳压器消耗极少的功率就可以产生精确且快速响应的电源电压，因此，现在不包含功率调整特性的传统混合信号芯片必须将系统和PoL电源整合在一起。在稳压器选择方面，由于开关稳压器的输出包含了大量噪声，而这是不能容忍的，因此线性稳压器在模拟和混合信号芯片中占据了重要地位。
  然而，对于线性稳压器的教学，若没有相关模拟集成电路基础的介绍，将是不完整的。因此，与业界流行书籍的写作方式类似，本书也介绍模拟集成电路的基本理论，但是本书将从模拟集成电路直观、面向设计的角度来介绍模拟集成电路设计，我认为这在设计芯片时是非常有用和必要的。该理念是，不需要借助于工具书上的公式（这些公式的成立前提并非总是适用，特别是在开发新技术时），对预测半导体器件的各自特性和在电路中的组合特性有必要的认识。当然，具备了这样的洞察力，读者将可能具备重现和验证教科书上已有的公式和理论的能力。
关于本书第2版
  本书第2版旨在扩充、提高和更新第1版的描述，以使概念和研究进展更加清晰和深刻。从很多角度来看，本版都是一本全新的书。首先，我重组了章节并重写了内容，同时更新了几乎全部的公式和图标，增加了实例和思考题，并几乎在每个章节都增加了新的内容。此外，本书还包括关于偏置电流和基准电路的一个章节，像大部分的模拟系统一样，线性稳压器必须依靠它们才能被唤醒和正常工作。
  举例来说，第1版的第1章，在本版中被分为两个部分：一个部分介绍电源系统；另一部分更具体地介绍线性稳压器。类似地，第3章也被分为两个部分：一个部分介绍单晶体管基本单元；另一部分介绍模拟电路基本模块。第1~3章中新的内容包括带宽延时、品质因子、开放式设计变量、偏置点、小信号、绝对和相对精度，以及金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）中的亚阈值、弱反型、MOS电容和沟道电阻等内容。第4章和第5章中新的内容包括二端口模型、频率响应、信号流、信号延时、增益分析、直接转换、基极退化、基极/栅极耦合差分对和折叠式共源共栅放大器等，其中包括关于转换速度、电源抑制、输入参考失调和噪声的讨论。
除了一些基本概念之外，第6章中关于负反馈的描述完全是新的。关于灵敏度、频率响应、噪声、线性度、反馈结构、嵌入式和并行式反馈环的内容都是新的，同时本章还介绍了13个反馈实例，并对负反馈环路的设计进行了深入解析。第7章也是新章节，内容包括带隙电路中的正温度系数（Proportional To Absolute Temperature，PTAT）和负温度系数（Complementary To Absolute Temperature，CTAT）电流、温度补偿、启动、频率补偿和噪声抑制。第10章和第11章介绍了电源抑制性能提高技术和基准电压修调技术。
目标读者
本书从线性稳压器的角度，借助大量的实例，向初级微电子工程师介绍了整个模拟集成电路的设计流程，并引导其熟悉应用。同时，本书也可以对几乎没有线性稳压器和集成电路设计概念的电力电子领域模拟电路工程师起到启蒙引导作用。当然，本书也适用于有经验的电源集成电路设计工程师，相信本书不仅能帮助他们在回顾模拟电路和线性稳压器的理论时有更深刻的理解，而且能从最新的线性稳压器的技术发展中得到启发和激励。
组织
本书分为11个章节。第1章和第2章类似于产品定义阶段（但是以更偏向学术的方式），这个阶段，半导体公司通过定义产品的作用和工作目标来评估设计工作的难度，在此处，针对的是线性稳压器。然而，在承担某项设计工作之前，一个没有经验的工程师必须在模拟集成电路设计领域得到适当的训练，这也是第3~7章讨论的内容，即固态电子学理论和器件、单晶体管基本单元、模拟电路基本模块、负反馈和偏置电路。有了这些背景知识，第8章又回到了线性稳压器，更具体地介绍了线性稳压器的小信号响应，这对应于原型开发周期的第二阶段，在此阶段，设计者可以运用第3~6章中讨论的电路和反馈理论着手设计系统，以满足第1~2章提出的要求。
第9~10章结合第3章的器件知识、第4~6章的电路理论和第8章的补偿策略设计实际的稳压器电路，首先是第9章器件级设计，然后进入第10章系统级设计。从设计者的角度来看，因为所有的模拟电路的设计训练以及芯片设计都会重点关注这部分内容，所以这两章就是开发流程的重点。本书的最后一章即第11章讨论集成电路的保护和特性，这也是产品设计周期的最后两个步骤。整体来看，本书是一个自顶向下再到顶（Top-Down-Top）的设计实例，全书从抽象视角开始系统分析，然后进入器件级进行基础分析，之后逐渐上升到电路设计，最后再到系统设计，但最终设计以晶体管级的形式实现。
  初级工程师可以按照顺序学习本书全部11章的内容，回顾整体设计流程，充分学习模拟集成电路设计；也可以只看特定的章节以加强对特定模拟电路设计原则的理解，比如第3~7章关于器件、电路、反馈与偏置，第1~2章和第8~10章关于线性稳压器集成电路，第11章关于保护与特性。对于一个几乎未涉足过稳压器设计领域但有一定经验的模拟电路设计工程师，可以不需要回顾基本模拟电路原理，直接参考第1~2章和第8~11章学习稳压器的特定知识。另外，资深稳压器芯片设计者也可以通过第1~2章和第8~11章加深对现有技术的理解，同时在第3~7章中回顾模拟集成电路的设计原则。
  为了方便读者找到目标章、节和小节，我尽量使每一章都独立，将我认为彼此相关联的内容放在一起，且针对特定内容划分小节、合理命名。希望通过这样的方式，工程师们可以更容易地找到他们感兴趣的部分，并且通过内容导航到相关章节。
关于写作
  总体而言，本书全面介绍了模拟集成电路的设计方法，包括固态半导体理论、电路设计、模拟电路基本模块分析、反馈概念与偏置电路、频率响应、集成电路设计以及电路的保护与特性。与其他模拟电路书籍不同的是，本书强调模拟集成电路设计直观，并将其应用于基准电路和线性稳压器的设计。本书呈现的风格、形式和思想方式是我在该领域超过20年的设计经验的总结：作为一个模拟集成电路设计师，开发了多款商用电源微电子芯片；作为教授和研究员，在电源和能量调节集成电路领域引领当前的技术发展。
  从工业界的角度，我发现了设计的艺术和产品开发的价值，因此，本书强调直觉和直观、系统目标、可靠性和设计流程。作为一个学者，我坚持学习教学展示的艺术，理解技术深度的价值，跳出惯性思维的束缚。因此读者会在本书中发现，我试图呈现一个兼具实用性和学术价值的模拟集成电路和线性稳压器集成电路设计方法。毋庸置疑，我还有许多东西需要学习，尽管如此，希望我对本书的付出和对该领域的贡献能够赢得广大读者的充分支持，并希望读者对于书中的不足、矛盾和不准确描述给予谅解。
  GabrielAlfonso Rincón-Mora博士模拟集成电路设计以LDO设计为例（原书第2版）原书前言原书前言当今电子工业中，迫切需要理解EOS源、识别EOS并提供EOS可靠产品。由于制造业的不断发展，半导体网络规模和系统不断变化，可靠性的需求及EOS鲁棒产品也在不断变化。本书就是将基本EOS现象与当今真实世界环境联系起来。
  鉴于有意义的书籍就是在今天对于片上ESD设计的教授也是有用的，本书就是使读者对EOS有一个基本的了解。对于专家、非专家、非技术人员及普通人,了解当今世界问题也是有必要的。今天，我们周围的现实世界的EOS问题无处不在，会发生在制造环境、电源、机械、执行器、电磁阀、电烙铁、电缆和照明各行各业中。当有开关、接地不良,接地回路,噪声和瞬变现象时，将会在EOS器件和印制电路板上产生一个电势。因此，对于专家及非专家，都需要了解并处理身边的EOS问题，进而来避免它。
  围绕该主题的第一个关键问题是观念，EOS难以量化和定义。在ESD开发早期,这种看法也是真实的。结果是当今就没有关于EOS的教科书，据了解，系统与产品良率效益的较显著的百分比是与EOS相关的。
第二个关键问题是信念，即EOS中很难区分的ESD失效。但该区分对于定义器件或系统失效的根源很重要。因此，在本书中，将会再次强调。
  第三个关键问题是不可能在相同的讲座、教程、资源或教科书中将EOS和ESD鲁棒产品的技术与方法一起探讨。实际情况是关于电磁兼容（EMC）和ESD的探讨及培训通常是分别讲授的。
本书有多个目标。
1)讲授EOS的基础与概念，以及与它们相关的半导体制造、操作及封装中真实世界中的工序。
2)为EOS量化提供雄厚的技术基础，突出数学和物理分析。在这种方式中，理解热物理作用和关系是至关重要的。
3)区分EOS和ESD。通过重点关注脉冲波形和时间尺度来实现。本书将不断通过从源到数学模型来强化它们之间的差异。
4)讨论与其他学科的交叉，如电磁干扰（EMI）、EMC和闩锁。
5)向读者揭示EOS测试以及半导体芯片和系统的标准。我们将再次区分EOS和ESD之间的测试和标准,同时揭示如何进行半导体芯片和系统的EOS保护。
6)展示如何对半导体芯片和系统同时进行EOS和ESD事件保护。
7)讲授在不同工艺类型（如数字、模拟功率电子）下的EOS问题。
8)要突出电子设计自动化（EDA）方法设计EOS鲁棒性产品。我们将再次明确区别EOS、ESD和闩锁的EDA解决方案。
9)从测量到审核，讨论制造环境相关的EOS项目管理，以确保EOS保护区。
10)初步了解当前和未来的新的纳米结构和纳米系统,同时提供对未来需求的洞察，以及在未来数年中对EOS关注的程度。
本书将包含如下内容：
第1章简要介绍EOS相关的基础与术语。在第1章中，奠定了EOS基础。第1章开启了EOS定义以及和其他现象的关系（如ESD、EMI、EMC和闩锁）的对话。在我们的讨论中，重点是从ESD区分EOS。因此，将通过本书区别失效分析、时间常数与其他识别和分类的手段的差异。同时也强调了定义EOS中安全工作区（SOA）及其作用的计划。
  在第2章中，介绍理解EOS的数学及物理基础。本章的目标是阐述功率失效、时间常数及材料相关的数学和物理模型。本章将提供必要的工具了解方程和过去推导的电热模型的物理限制。本章的关键点是，ESD时域将从EOS时域中分出，提请注意这些处理中区分功率失效的解决方案。进行深入讨论的主要原因是为了表明EOS现象能够进行量化和理解——要针对怀疑论者，他们认为这种量化不是一门科学。
  在第3章中，本书重点将回到EOS相关的源和失效机制实践探讨。EOS源包括机械、电磁阀、执行器、电缆和照明。区别来自元器件的失效、焊盘、键合线、封装等EOS失效机制。在这一章中，对于来自ESD的EOS特定失效也将给予关注。
第4章重点关注EOS失效机制和失效分析。本章简要介绍失效分析过程、失效分析技术和工具。同时展示了通过不同的失效分析工具得到的ESD和EOS失效结果的实例。
  在第5章中，将讨论EOS和ESD测试技术和测试标准。EOS测试方法包括系统级测试（如IEC61000-4-2）和与EOS有关的瞬态浪涌标准（IEC61000-4-5）。本章还探讨ESD测试实验和标准，如人体模型（HBM）、机器模型（MM）、充电装置模型（CDM）、传输线脉冲（TLP）和超快传输线脉冲（VF-TLP）以及系统测试。系统级测试开始向EOS现象过渡（例如，电缆放电事件和CDE），因此测试将是我们讨论的一部分。
  第6章将针对不同的半导体工艺（从CMOS、双极型、LDMOS到BCD）中的EOS以及不同的应用空间产生的问题展开讨论。关注点主要是什么技术可以解决功率与EOS鲁棒性的问题。
  EOS设计是第7章的重点。一个关键的问题是如何区分ESD设计与EOS设计;另一个关键的问题是在给定的芯片或系统中怎样同时实现ESD设计和EOS设计。本章包括产品定义、规格、技术特征到自顶向下和自底向上的设计方法、布局规划,同时也展示了处理过电流及过温控制电路设计的用处。
  在第8章中，将讨论EOS保护器件。这些包括转折器件与电压触发器件等。采用瞬态电压抑制器（TVS）、晶闸管浪涌保护器件（TSPD）、金属氧化物压敏电阻（MOV）、导电聚合物、气体放电管（GDT）、熔断器、断路器和其他器件实现EOS保护。这些EOS保护器件与那些用于ESD的保护器件有明显差别。
  在第9章中，讨论了系统级的问题和解决方案。重点是量产与制造环境中的EOS控制。本章讨论预防行动、后端工艺控制及产品区域操作。
  在第10章中，讨论了EOS的EDA技术与方法。采用设计规则检查（DRC）、版图与原理图对照（LVS）及电气规则检查（ERC）方法进行ESD和EOS检查及验证。在本章中，展示了当今应用于EOS环境的方法。
  在第11章中，讨论了EOS项目管理流程。本章将展示设计评审、设计检查、纠正措施、审核及设计提交过程等主题，以确保产品的EOS鲁棒性。
  在第12章中，讨论未来结构及纳米器件中的EOS。本章讨论磁记录、FinFET、石墨、碳纳米管及相变存储器的EOS问题。本章也对微电机、微镜、RF微电机开关以及许多新的器件进行了简单介绍。同时对25维和3维系统的硅内插器和硅通孔（TSV）中的EOS也给予了重点关注。
  本书将打开你对EOS、ESD、EMI和EMC等领域的兴趣，并论述该技术与当今世界的相关性，建立了一个较强的ESD保护知识，同时也建议阅读其他图书,如《ESD揭秘：静电防护原理和典型应用》《ESD物理与器件》《ESD电路与工艺》《ESD射频电路与工艺》《ESD失效机理和模型》《ESD设计与综合》《闩锁》。
  享受本书，享受EOS学科，而不要过于强调EOS。

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