本书是邹志革副教授从事;CMOS模拟集成电路设计课程教学20年的阶段性总结，也是其为企业合作完成20余颗模拟芯片设计的总结。作者站在了教授、学生、工程等多个角度，介绍模拟集成电路设计中最核心、最基础的概念和电路，力求去繁求简、力求深入浅出。最吸引读者的是，本书既适合课堂教学，也适合读者自学。本书约200个知识点，且每个知识点均安排了两个二维码，扫描相应二维码，可以看到该知识点的慕课课程视频，也可以登录云平台实时开展该电路的实时在线仿真。该仿真云平台，是符合业界标准的工业用EDA软件平台。针对每个电路，教材还提出了多个思考问题，读者在自行仿真时，可以验证这些问题的答案。为方便读者自行仿真并验证问题，本书还提供了所有案例的仿真电路图、部分电路网表、仿真波形。特别的，本书还特别提示读者可以修改电路中的部分参数，观看仿真结果的变化，并和之前的仿真结果进行比较，更加有利于初学者掌握电路的原理。这对于无法完全用理论公式推导来指导设计的模拟集成电路而言，表现出了特殊的意义。

内 容 简 介本书从CMOS集成电路设计的基本理论中精炼出119个知识点，结合微课和案例仿真的多种形式，深入浅出地讲解了CMOS模拟集成电路的基本原理、分析和设计方法。本书采用湖北九同方微电子有限公司提供的云平台EDA软件完成了所有电路的仿真。全书分为十章，基本涵盖了国内普通高校讲授模拟集成电路的课程大纲。第1章至第9章介绍MOS工艺中的器件、单管放大器、差分放大器、电流源和电流镜、放大器的频率特性、反馈结构、讲述运算放大器、频率稳定性和频率补偿、基准电压源和电流源；第10章讲述了一个实际带隙基准源电路的设计流程和仿真方法。全书提供了240余个二维码，读者扫码可以观看微课视频以及电路仿真案例。本书可以作为高等院校电子信息类本科生的教材，也可以作为国外经典教材的补充阅读材料和参考书。

邹志革，男，华中科技大学光电学院副教授，负责和参与了国家自然科学基金、国家"863"计划项目、湖北省科技攻关计划项目、湖北省自然科学基金项目、武汉市科技攻关计划项目、校级自主创新基金、校交叉基金等多项，作为项目负责人完成国际、国内企业合作项目20余项，不少项目已经得到产业化验证。在国内外核心期刊上发表论文20余篇，申请发明专利30余项，出版教材3本。1.深入浅出学习CMOS模拟集成电路，机械工业出版社，邹志革，2018年6月出版2.射频微电子学，Razavi著，邹志革、雷鑑铭、邹雪城译，机械工业出版社，2016年8月出版3.VLSI电路设计与项目实施，邹雪城、雷鑑铭、邹志革著，科学出版社，2007年8月出版

1CMOS工艺中的器件/1

1.1MOS器件的IV特性/1

1.2MOS管跨导/8

1.3MOS管的衬底偏置效应/13

1.4沟长调制效应与小信号输出电阻/18

1.5三极管区MOS管的电阻/21

1.6沟长与沟长调制效应/23

1.7MOS器件电容/26

1.8MOS管的特征频率fT/32

1.9跨导效率gm/ID/34

1.10MOS管的本征增益/36

1.11MOS管内阻和传输门/38

1.12MOS管的并联与串联/43

1.13工艺角模型/46

1.14MOS工艺下的晶体管/49

1.15无源电阻/53

1.16无源电容/57

2单管放大器/61

2.1电阻负载共源极放大器/61

2.2电流源负载共源极放大器/68

2.3二极管连接MOS管负载的共源极放大器/73

2.4共源极放大器的线性度/77

2.5带源极负反馈的共源极放大器/80

2.6源极负反馈共源极放大器的跨导/82

2.7电阻负载共源极放大器的PSRR/86

2.8电流源负载共源极放大器的PSRR/89

2.9源极跟随器输入输出特性/91

2.10源极跟随器的增益/94

2.11源极跟随器的电平转移功能/99

2.12用作缓冲器的源极跟随器/100

2.13共栅极放大器/103

2.14电阻负载共源共栅放大器的大信号特性/108

2.15共源共栅级的小信号输出电阻/111

2.16共源共栅放大器的增益和摆幅/113

2.17折叠式共源共栅放大器/116

2.18共源共栅放大器的PSRR/119

2.19基于gm/ID的放大器设计方法/122

2.20反相器作为放大器/125

2.21理想电流源负载的源级负反馈放大器/128

2.22二极管和电流源并联的共源极放大器/130

3差分放大器/133

3.1差分放大器的基本概念/133

3.2全差分放大器的共模输入范围/136

3.3全差分放大器的差模增益/138

3.4全差分放大器的共模响应/141

3.5差分放大器失配时的共模响应/143

3.6差分放大器的CMRR/146

3.7全差分放大器的PSRR/149

3.8全差分放大器的输出共模电平/151

3.9交叉互连负载的差分放大器/155

3.10吉尔伯特单元/162

3.11差分放大器的优势/167

4电流源和电流镜/171

4.1基本电流镜/171

4.2共源共栅电流源/175

4.3共源共栅电流源的输出电压余度/177

4.4低压共源共栅电流镜/181

4.5一种简易低压共源共栅电流源/184

4.6一种改进的低压共源共栅电流源/186

4.7有源电流镜负载差分放大器差动特性/189

4.8有源电流镜负载差分放大器的大信号特性/193

4.9有源电流镜负载差分放大器的CMRR/195

4.10有源电流镜负载差分放大器的PSRR/197

4.11差分放大器的压摆率/200

4.12电流放大器/203

4.13差分输入电流放大器/207

4.14Wilson电流镜/209

5放大器的频率特性/212

5.1电路的频率响应/212

5.2共源极放大器的频率响应/218

5.3源极跟随器的频率响应/226

5.4共栅级放大器的频率效应/229

5.5共源共栅级放大器的密勒效应/233

5.6共源共栅放大器的频率响应/235

5.7全差分放大器的频率特性/238

5.8采用电容中和技术消除密勒效应/243

5.9有源电流镜负载差分放大器的频率特性/245

5.10放大器的增益带宽积/247

5.11考虑频率特性的放大器宏模型/250

5.12不同平面的零点/255

6反馈/258

6.1反馈电路/258

6.2反馈带来频率特性的变化/263

6.3反馈导致闭环阻抗变化/266

6.4反馈系统的反馈电路实现/269

6.5反馈的四种结构/273

6.6电压电压负反馈/277

6.7电流电压负反馈/281

6.8电流电流负反馈/286

6.9电压电流负反馈/290

6.10反馈系统中的负载效应/298

6.11反馈系统的开环、闭环和环路增益/303

7运算放大器/306

7.1理想的运算放大器/306

7.2实际的运算放大器/308

7.3单级运放/315

7.4折叠式共源共栅极运放/322

7.5二级放大器/326

7.6经典二级放大器设计/330

7.7经典二级放大器仿真/335

7.8增益提高技术/346

7.9共模负反馈技术/350

8稳定性和频率补偿/357

8.1闭环电路的稳定性问题/357

8.2频率补偿方法概述/361

8.3降低主极点频率的频率补偿方法/364

8.4极点分裂法/367

8.5串联电阻的零点消除法/372

8.6隔断前馈通道的零点消除法/375

9基准电压源和电流源/380

9.1基于阈值电压的电流源/380

9.2基于阈值电压的自偏置电流源/386

9.3Widlar自偏置电流源/388

9.4自偏置电流源的启动问题/392

9.5基于VBE的自偏置电流源/395

9.6Delta;VBE的正温度特性/398

9.7带隙基准源/399

9.8蔡湧达电压源/403

9.9另外一种带启动电路的自偏置电流源/406

10带隙基准源设计实例/409

10.1带隙基准源主体电路/409

10.2带隙基准源的软启动电路/415

10.3带隙基准源的精度/417

10.4带隙基准源的静态电流/421

10.5PTAT电流的温度特性/423

10.6带隙基准源的环路稳定性/425

10.7带隙基准源的电源抑制比/429

10.8带隙基准源的启动时间/430

10.9带隙基准源的快速启动电路/432

参考文献/435

前言目前，在模拟集成电路设计的教学中，国内高校使用的教材以国外引进为主。最常用的教材包括美国Razavi教授的《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》、Phillip E. Allen教授的《CMOS Analog Circuit Design》、Paul R. Gray教授的《Analysis and Design of Analog Integrated Circuits》等书或者其中文翻译版。这些教材系统性地介绍了模拟集成电路中的基本概念和相关知识，内容全面，逻辑严密，理论性强，是全球公认的模拟集成电路领域最经典的三本教材。然而，很多学生反映即使掌握了这些基础理论，依然难以开展实际的电路设计。原因是，学生对当前主流工艺下的器件特性，以及基于真实工艺能设计的电路性能指标不够清楚。学生在开展具体电路设计时，往往需要参考其他实验指导书。国内也出现了不少模拟集成电路方面的参考书和教材，但这类教材要么侧重理论讲授，要么纯粹介绍EDA工具的使用方法。既能立足课堂的理论教学，又能指导电路设计和仿真的教材还很少见！本书从CMOS集成电路设计的最基本知识点出发，深入浅出地讲解了CMOS模拟集成电路的基本原理、基本概念、分析和设计方法。全书分为十章，基本涵盖了国内普通高校讲授模拟集成电路课程大纲的主要内容。第1章介绍MOS工艺中的器件；第2章讲述单管放大器；第3章讲述差分放大器；第4章讲述电流源和电流镜；第5章讲述放大器的频率特性；第6章讲述反馈结构；第7章讲述运算放大器；第8章讲述频率稳定性和频率补偿；第9章讲述基准电压源和电流源；第10章讲述了一个实际带隙基准源电路的设计流程和仿真方法。本书可以作为电子信息类本科生学习模拟集成电路设计的教材，也可以作为经典教材的补充阅读和参考书。本书语言通俗易懂，重在引导读者理解CMOS工艺下模拟集成电路的基本概念和基本知识。为了便于自学，本书提供了微课视频，所有电路均是真实工艺下的真实电路。读者还可以修改电路参数或者电路结构，再次仿真观察电路特性的变化趋势，从而加深对电路的理解。读者刮开封底的刮刮卡，即可注册学习账号，扫码书中的二维码观看微课视频和查看电路仿真案例。读者还可以联系湖北九同方微电子有限公司，申请免费登录EDA云平台开展电路仿真。本书由华中科技大学国家集成电路学院的邹志革副教授和刘冬生教授共同编著。期间，华中科技大学邹雪城教授和雷鑑铭教授对本书给予了诸多关心和帮助，甚至在全书思路、内容安排上都给出了很多有益建议。硕士生谢子杭、吕知航、李龙迪、王攀潮、邹东方、龚子健等人参与了书中案例设计和仿真的工作。全书采用了湖北九同方微电子有限公司的云端EDA平台，感谢董事长万波博士、总经理李红先生，以及公司技术团队对本书的支持。华中科技大学出版社的汪粲、余涛、梁睿哲三位编辑在组织出版和编辑中给予了大力支持。在此对他们一并表示衷心的感谢！当然，模拟集成电路博大精深，而且还在不断发展，新技术、新方法、新问题层出不穷，加之作者水平有限，书中难免出现不妥或者错误，恳请广大读者批评指正，在此表示衷心感谢！邹志革、刘冬生2023年12月于喻家山下

目前，在模拟集成电路设计的教学中，国内高校使用的教材以国外引进为主。最常用的教材包括美国Razavi教授的《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》、Phillip E. Allen教授的《CMOS Analog Circuit Design》、Paul R. Gray教授的《Analysis and Design of Analog Integrated Circuits》等书或者其中文翻译版。这些教材系统性地介绍了模拟集成电路中的基本概念和相关知识，内容全面，逻辑严密，理论性强，是全球公认的模拟集成电路领域最经典的三本教材。然而，很多学生反映即使掌握了这些基础理论，依然难以开展实际的电路设计。原因是，学生对当前主流工艺下的器件特性，以及基于真实工艺能设计的电路性能指标不够清楚。学生在开展具体电路设计时，往往需要参考其他实验指导书。

国内也出现了不少模拟集成电路方面的参考书和教材，但这类教材要么侧重理论讲授，要么纯粹介绍EDA工具的使用方法。既能立足课堂的理论教学，又能指导电路设计和仿真的教材还很少见！

本书从CMOS集成电路设计的最基本知识点出发，深入浅出地讲解了CMOS模拟集成电路的基本原理、基本概念、分析和设计方法。全书分为十章，基本涵盖了国内普通高校讲授模拟集成电路课程大纲的主要内容。第1章介绍MOS工艺中的器件；第2章讲述单管放大器；第3章讲述差分放大器；第4章讲述电流源和电流镜；第5章讲述放大器的频率特性；第6章讲述反馈结构；第7章讲述运算放大器；第8章讲述频率稳定性和频率补偿；第9章讲述基准电压源和电流源；第10章讲述了一个实际带隙基准源电路的设计流程和仿真方法。本书可以作为电子信息类本科生学习模拟集成电路设计的教材，也可以作为经典教材的补充阅读和参考书。

本书语言通俗易懂，重在引导读者理解CMOS工艺下模拟集成电路的基本概念和基本知识。为了便于自学，本书提供了微课视频，所有电路均是真实工艺下的真实电路。读者还可以修改电路参数或者电路结构，再次仿真观察电路特性的变化趋势，从而加深对电路的理解。读者刮开封底的刮刮卡，即可注册学习账号，扫码书中的二维码观看微课视频和查看电路仿真案例。读者还可以联系湖北九同方微电子有限公司，申请免费登录EDA云平台开展电路仿真。