集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源9787030367143 科学出版社 (美 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美林康-莫莱 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030367143

商品编码：29454235698

包装：平装

出版时间：2013-04-01

图书基本信息
图书名称	集成基准源电路设计——从二极管到高阶带隙基准源
作者	(美)林康-莫莱
定价	32.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030367143
出版日期	2013-04-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.241Kg

内容简介

本书是集成电压基准源（VoltageReference）设计的经典参考书籍和教程，阐述了集成电压基准源大量设计实例背后蕴藏的理念以及更多的思考。全书共分为5章，详细介绍了基准源设计相关的基础知识、电流基准源设计、电压基准源设计、高精度基准源电路设计，以及系统和应用环境分析等方面的内容。 全书以理论分析作为基础，结合工程产品开发的实际情况，从产品的性能、成本和应用多方面讨论产品开发过程中的细节问题。书中各章节具有较强的独立性，可以满足读者不同方面的需求，对于刚入门的数字和模拟电路设计师以及经验丰富的工程师均具有重要的借鉴意义。 本书可作为高等院校电气工程、微电子和集成电路设计等相关专业师生的参考用书，也可以供相关科研工作者和工程人员参考阅读。

作者简介

Gabriel AlfonsoRincón-Mora（B.S.,M.S.,Ph.D.）博士,1994年加入业界的德州仪器公司（TexasInstruments,TI）,1999年被聘任为佐治亚理工学院（GeorgiaTech）教授,并且在2001年受聘为全职教授,其间仍在TI,作为原来所属部门和TI公司的技术顾问。其学术成就包括5本著作、1本书的部分章节（onebook chapter）、26个和超过100篇学术论文,而且他还成功设计了26款商用功率管理芯片,在全世界销售。他是IEEECASS的杰出演讲人（Distinguished Lecturer）,IEEE TCASII的副主编（AssociateEditor）和IEEE SSCS-CASS分部的主席,并获得多项奖励。

目录

绪论 Chapter 1 基础知识 1.1 二极管 1.1.1 击穿区域 1.1.2 正向偏置区域 1.2 电流镜 1.2.1 简单电流镜 1.2.2 共源共栅电流镜 设计实例 1.1 1.2.3 调整型共源共栅电流镜 1.3 小结 附录 二极管电压的温度特性 参考文献 Chapter 2 电流基准源 2.1 PTAT电流基准源 2.1.1 双极工艺实现方式 2.1.2 CMOS实现方式 2.2 启动电路和频率补偿 2.2.1 连续导通启动电路 2.2.2 与电路状态有关的启动电路 2.2.3 频率补偿 2.3 CTAT电流基准源 2.4 与温度无关的电流基准源 2.5 PTAT2电流源产生电路 2.5.1 双极工艺实现方式 2.5.2 CMOS工艺实现方式 设计实例 2.1 2.6 小结 参考文献 Chapter 3 电压基准源 3.1 零阶基准源 3.1.1 正向偏置二极管基准源 3.1.2 齐纳电压基准源 设计实例 3.1 3.2 一阶基准源 3.2.1 正向偏置二极管基准源 3.2.2 齐纳基准源 设计实例 3.2 3.3 二阶电压基准源(曲率校正) 3.4 曲率校正技术当前的发展情况 3.4.1 与温度相关电阻比例技术 3.4.2 二极管环路技术 3.4.3 β补偿技术 3.4.4 分段线性电流模技术 3.4.5 非线性匹配校正(Matched-Nonlinear Correction) 3.4.6 补偿方法 3.5 小结 参考文献 Chapter 4 高精度基准源电路的设计 4.1 误差来源 4.1.1 定性的影响 设计实例 4.1 4.2 输出级 4.2.1 电压模式输出级 4.2.2 电流模式输出级 4.2.3 混合模式输出级 4.2.4 稳压基准源和未稳压基准源 设计实例 4.2 4.3 电源电压抑制和线性调整性能的设计 4.3.1 共源共栅技术 4.3.2 伪电源电压技术 设计实例 4.3 4.4 小结 附录1 典型一阶带隙基准源的误差来源 附录2 电阻温度系数对电流模式输出级基准源的影响 参考文献 Chapter 5 系统和应用环境分析 5.1 修调网络的设计 5.1.1 修调范围 5.1.2 修调技术 设计实例 5.1 5.2 封装应力的影响 5.3 系统相关的问题 5.3.1 电路设计考虑 5.3.2 版图设计考虑 设计实例 5.2 5.4 特征描述 5.5 小结 附录1 带有混合模式(同时具有电压和电流模式)输出级的带隙基准源的修调流程 附录2 封装应力对带隙基准源电路的影响 附录3 基准源电路对输入阶跃信号的有限冲激响应所需时间的讨论 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

《模拟电路设计精要：精巧的基准源电路设计策略》 第一章：模拟电路设计的基石——精确与稳定的力量 在浩瀚的电子技术领域，模拟电路以其对现实世界信号的直接处理能力，扮演着至关重要的角色。从传感器捕捉到的微弱信号，到音频设备的功率放大，再到射频通信中的信息调制解调，模拟电路无处不在，支撑着我们现代生活的方方面面。然而，模拟电路设计的核心挑战之一，便是如何确保电路工作的稳定性和精确性。而在这稳定与精确的背后，一个默默无闻却又至关重要的环节——基准源电路，承担着定义一切信号“零点”和“标尺”的重任。 本章将深入探讨模拟电路设计中对精确度和稳定性的根本需求，并引出基准源电路在满足这些需求中的不可替代的地位。我们将解析为何一个不稳定的基准源会导致整个系统的性能大幅下降，甚至彻底失效。通过对几种常见模拟电路应用场景的剖析，例如高精度数据采集、低噪声放大器以及功耗敏感的嵌入式系统，来凸显基准源稳定性的关键性。我们将详细阐述，为什么在这些对精度要求极高的应用中，一个微小的电压漂移都会被放大，并最终影响到输出结果的准确性。 本章还将初步介绍基准源电路的几种基本类型，以及它们在不同应用中所扮演的角色。我们会从最简单的电压基准概念入手，逐步引入电流基准的概念，并为后续章节中更复杂的基准源设计打下坚实的基础。此外，我们将探讨影响基准源稳定性的关键因素，包括温度变化、电源电压波动、器件老化以及噪声干扰等，并简要提及一些初步的对抗这些因素的设计思路。目标是让读者深刻理解，在设计任何一款高性能模拟电路之前，首先需要牢固掌握并精心设计好其核心的基准源部分，因为它是整个模拟电路大厦最坚实的地基。 第二章：从基础到精细——二极管基准源的原理与实践 二极管，这个看似简单却又蕴含丰富物理特性的电子元件，是构建基准源电路的最基础模块之一。本章将从二极管的PN结特性入手，深入解析其在产生稳定电压方面所扮演的角色。我们将详细讲解齐纳二极管（Zener Diode）的工作原理，特别是其反向击穿区域的电压稳定性。我们会详细分析齐纳二极管击穿电压的形成机制，以及影响其稳定性的各项因素，如击穿电流、温度系数和噪声等。 本章将详细介绍基于齐纳二极管的最简单的电压基准源电路结构，包括电阻限流、齐纳二极管稳压以及输出电容滤波等基本组成部分。我们将通过详细的公式推导和理论分析，说明在不同工作条件下，该简单电路的输出电压稳定性如何。同时，我们将深入探讨这种简单基准源的局限性，例如其温度系数较大、输出阻抗较高以及对电源噪声敏感等问题。 为了克服这些局限，本章将进一步引入更精细化的设计策略。我们将探讨如何通过并联多个齐纳二极管来降低噪声，以及如何通过串联或分压电阻来调整输出电压。更重要的是，我们将引入二极管的“正温度系数”和“负温度系数”特性，并以此为基础，讲解如何巧妙地利用不同二极管的特性进行补偿，从而显著改善基准源的温度稳定性。例如，我们会详细分析如何利用一个具有正温度系数的二极管和一个具有负温度系数的器件（如双极结型晶体管的发射结）相结合，形成一个温漂极低的基准源。 本章还将涉及二极管基准源的实际应用中的一些考虑因素，如器件的选择、PCB布局的优化以及如何通过外部元件来进一步提升性能。我们将提供一些实际的设计案例和电路图，帮助读者理解理论知识如何在实践中得到应用。目标是让读者掌握利用二极管构建基本且高性能电压基准源的能力，并为理解更复杂的基准源设计奠定坚实的基础。 第三章：晶体管的精妙运用——BJT基准源的探索 双极结型晶体管（BJT）以其电流放大和电压控制特性，为设计更高性能的基准源电路提供了更广阔的空间。本章将聚焦于如何利用BJT的独特属性来构建稳定且具有特定性能要求的基准源。我们将从BJT的基本工作原理入手，特别是其基极-发射极（BE）结的电压特性，以及这一特性如何受到温度的影响。 本章将详细介绍基于BJT的基准源电路设计。一种常见的实现方式是利用BJT的PN结的负温度系数特性，结合正温度系数的电阻，来构建一个温度补偿的基准源。我们将深入分析这种补偿机制的原理，通过数学模型来量化其温度补偿效果。我们将详细讲解如何选择合适的BJT型号和电阻值，以获得最佳的温度稳定性。 另一种重要的BJT基准源设计是基于“基极电流补偿”的思路。我们将分析BJT的基极电流如何影响其集电极电流，以及如何通过精心设计的电路来补偿基极电流的变化，从而获得更稳定的输出。这一部分将涉及对BJT的直流模型和交流模型的深入理解，以及如何将这些模型应用于基准源电路的设计。 本章还将探讨如何利用BJT构建电流基准源。电流基准源在许多应用中同样至关重要，例如为其他电路提供恒定的偏置电流。我们将介绍几种典型的BJT电流基准源电路，并分析它们的优缺点。我们会详细讲解这些电路如何通过控制BJT的集电极电流来产生精确的恒定电流，以及如何通过选择合适的参数来调整输出电流值。 此外，本章还将讨论在实际设计中需要考虑的BJT基准源的局限性，例如器件间的参数离散性、电源电压的敏感性以及噪声表现等。我们将提供一些实践性的建议，例如如何通过多管并联来降低噪声，以及如何优化电路布局来提高稳定性。通过本章的学习，读者将能够熟练掌握利用BJT构建各种类型的基准源电路，并能够根据具体应用需求进行设计和优化。 第四章：MOSFET基准源的独特优势 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）凭借其高输入阻抗、低功耗以及良好的可扩展性，在现代模拟集成电路设计中占据着越来越重要的地位。本章将深入探讨如何利用MOSFET的特性来设计高性能的基准源电路。我们将从MOSFET的基本工作原理入手，特别是其阈值电压（Threshold Voltage）和跨导（Transconductance）等关键参数，以及这些参数如何受到温度和其他因素的影响。 本章将重点介绍基于MOSFET的电压基准源设计。一种常见且高效的MOSFET基准源是利用其“二次击穿”区域的负温度系数特性，并结合其他元件进行补偿。我们将详细解析这一工作原理，并分析如何通过精心设计的电路来实现稳定的输出电压。我们会探讨如何选择合适的MOSFET型号，以及如何通过外部电阻和电容来优化其温度稳定性和输出阻抗。 另一种重要的MOSFET基准源设计思路是利用其“亚阈值区”工作特性。我们将分析在亚阈值区工作的MOSFET的对数电压-电流特性，并讲解如何利用这一特性来设计具有极低功耗和良好温度稳定性的基准源。这一部分将涉及对MOSFET亚阈值区行为的深入理解，以及如何将其应用于基准源电路的优化。 本章还将深入探讨如何利用MOSFET构建高精度的电流基准源。MOSFET电流基准源在许多现代低功耗和高精度系统中尤为重要。我们将介绍几种经典的MOSFET电流基准源电路拓扑，例如“电流镜”（Current Mirror）和“Wilson电流镜”的改进型，并分析它们的优缺点。我们会详细讲解如何通过调整MOSFET的尺寸（W/L比）和偏置电流来精确控制输出电流，以及如何通过补偿技术来提高电流基准源的温度稳定性和电源抑制比（PSRR）。 本章还将讨论在实际设计中需要考虑的MOSFET基准源的挑战，例如器件参数的工艺依赖性、衬底效应以及噪声表现等。我们将提供一些实践性的设计技巧，例如如何通过多管并联或采用更先进的补偿技术来提升性能。通过本章的学习，读者将能够深刻理解MOSFET基准源设计的精髓，并能够根据具体应用需求，选择最适合的MOSFET基准源设计方案。 第五章：集成基准源的深化——从二极管到更高阶的架构 在前面的章节中，我们分别探讨了基于二极管、BJT和MOSFET的基准源电路。本章将超越单一器件的局限，深入探讨集成基准源的体系化设计理念。我们将回顾并整合前面章节的知识，重点关注如何将不同器件的优势结合起来，构建性能更加卓越的基准源。 本章将重点介绍“带隙基准源”（Bandgap Reference）的原理和设计。带隙基准源是目前应用最为广泛的高性能电压基准源之一，它巧妙地利用了BJT的PN结的负温度系数（PTAT）特性与另一类具有正温度系数（CTAT）的信号进行叠加，从而实现极低的温度系数。我们将从半导体物理的能带理论入手，深入解析半导体材料的带隙电压如何随温度变化，以及如何利用这种变化来产生PTAT和CTAT信号。 我们将详细剖析经典的Brannon型带隙基准源电路，解释其各个部分的组成功能，例如PTAT电流产生电路、CTAT电压产生电路以及求和电路。我们将通过详细的公式推导和仿真分析，说明该电路是如何实现超宽温度范围内的稳定输出电压的。同时，我们将讨论影响带隙基准源性能的关键因素，如器件的匹配精度、偏置电流的稳定性以及电源电压的变化等。 本章还将介绍更高级的带隙基准源架构，例如： 二阶补偿带隙基准源： 针对一阶补偿带隙基准源在极端温度下的漂移问题，我们将介绍如何通过引入额外的电路来提供二阶温度补偿，从而获得更高的精度。 低压带隙基准源： 随着现代电子设备对电源电压的要求越来越低，低压带隙基准源的设计变得尤为重要。我们将探讨如何设计能够在低至1V甚至更低电压下工作的带隙基准源。 可调带隙基准源： 在一些应用中，需要能够根据实际需求调整基准电压。本章将介绍如何通过引入可变增益放大器或电阻来设计可调带隙基准源。 此外，本章还将讨论与集成基准源设计相关的其他关键方面，例如： 噪声抑制技术： 如何通过滤波、屏蔽以及差分结构来降低基准源的输出噪声。 电源抑制比（PSRR）优化： 如何设计电路以减小电源电压波动对基准源输出的影响。 动态功耗管理： 在低功耗应用中，如何平衡基准源的性能与功耗。 片上集成考虑： 在实际的芯片设计中，如何处理器件匹配、版图布局以及工艺变化对基准源性能的影响。 通过本章的学习，读者将能够深入理解集成基准源设计中的复杂性和精妙之处，并能够根据不同的应用场景，设计出满足严苛性能要求的高阶基准源电路。本书的目标是为读者提供一个全面而深入的基准源设计知识体系，使其能够应对未来模拟电路设计中的挑战。

评分☆☆☆☆☆

从排版和装帧来看，这本书显得非常专业和严谨，这在技术书籍中是相当重要的品质。字体选择适中，行间距合理，让人长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是，它体现了一种对知识的尊重。毕竟，集成电路设计，尤其是高性能模拟电路设计，是一个容错率极低、对精度要求极高的领域。如果书籍本身在印刷和装订上都粗制滥造，那读者难免会怀疑其内容的可靠性。科学出版社的出品，通常在这一点上是让人放心的。我个人非常欣赏那种能够将复杂的数学推导和直观的物理模型结合起来的表达方式。希望作者在解释带隙基准源中的PTAT（与温度成正比）和CTAT（与温度成反比）电压的精确合成时，能用非常清晰的图示来阐述，让抽象的温度系数处理过程变得可视化，这才是真正的高水平技术写作。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我本来对这类专门介绍单一电路模块的书籍持保留态度，总觉得内容会比较单薄，难以支撑起一本厚厚的著作。然而，这本书的目录结构却彻底打消了我的疑虑。它显然不是泛泛而谈，而是深入到集成电路设计领域最核心、最需要精雕细琢的部分。从对噪声、温度漂移这些关键参数的分析，到对工艺角变化的仿真和应对策略，每一章节的标题都直指痛点。我猜想，作者一定是在一线设计岗位上积累了多年的实战经验，才能如此精准地把握到工程师们在实际项目中遇到的每一个难点。特别是关于“高阶”带隙基准源的部分，这通常是衡量一个设计团队技术水平的关键指标，能够详尽阐述其内部补偿机制和多级反馈结构，这本书的价值就体现出来了。我希望它能提供一些超越标准教科书的“秘诀”或“经验之谈”，比如在特定制程下如何优化器件尺寸，如何巧妙地利用寄生效应来提升性能，这些才是真正有价值的知识财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的潜在价值远超出了单纯的技术手册范畴，它更像是一张通往高端模拟IC设计世界的门票。对于那些渴望从数字领域转向模拟领域深耕的工程师，或者正在攻读相关硕士、博士学位的研究生来说，这本书提供了一个极好的学习路径。它不仅仅是告诉你如何“画”出电路图，更重要的是，它教会你如何“思考”电路的稳定性和鲁棒性。基准源作为系统的心脏，它的设计哲学深刻影响着整个芯片的性能边界。我非常期待书中能包含一些关于ESD（静电放电）保护、电源抑制比（PSRR）优化方面的实践经验，因为这些往往是在仿真阶段被忽视，但在实际流片中暴露问题的关键环节。一本真正优秀的专业书籍，应该能够预见并解决读者在实际工作中即将遇到的陷阱，而这本书的厚度和深度，让我相信它具备这样的能力。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，我非常看重图文并茂的程度。对于电路设计书籍而言，如果只有密密麻麻的文字和公式，读起来会非常枯燥，也难以理解复杂的信号流。我期望这本书中的电路图布局清晰、标注规范，最好能有大量的仿真波形和实测数据对比图。这样，读者不仅能理解“为什么”要这样设计，还能直观地看到“效果”如何。好的技术书籍应该像一位耐心的导师，不仅告诉你公式是什么，还告诉你这个公式在实际电路中对应的是哪个器件的哪种行为。如果书中能够穿插一些历史上的经典设计案例或者不同设计流派之间的优劣对比，那就更棒了。这能帮助我们建立起更宏观的视角，理解为什么现在的设计会演变成这个样子，而不是被局限在某一种特定的技术路径上。一本好的书，应该是能够激发读者思考，而不是简单地提供答案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计颇具匠心，那种深邃的蓝色调与电路图的白色线条交织在一起，一下子就抓住了我的眼球。拿到手里沉甸甸的感觉，就知道内容肯定很扎实。我一直对模拟电路设计充满热情，尤其是那些看似简单实则精妙的基准源电路，它们是整个电子系统稳定性的基石。这本书的标题——“集成基准源电路设计”，听起来就让人觉得专业且权威，仿佛能从字里行间感受到设计者那种对细节的执着和对性能的极致追求。我尤其期待看到作者如何从最基础的二极管模型出发，一步步构建出复杂的高阶带隙基准源，这中间必然包含了大量工程实践中的取舍和智慧。对于我这样的初学者来说，这种由浅入深、循序渐进的讲解方式无疑是最好的指引，它不像有些教科书那样只堆砌公式，而是更注重将理论与实际应用紧密结合，让人读起来心里踏实，知道自己学到的知识是真正能够落地的。这本书的出版单位是著名的科学出版社，这更增添了一份信赖感，它承诺了内容的严谨性和学术的深度，绝对是案头必备的参考书。