模擬集成電路設(shè)計(jì)——以LDO設(shè)計(jì)為例(原書(shū)第2版)
定 價(jià):99 元
叢書(shū)名:國(guó)際電氣工程先進(jìn)技術(shù)譯叢
- 作者:[美] 林康-莫萊(Gabriel Alfonso Rincon-Mora) 著
- 出版時(shí)間:2016/5/1
- ISBN:9787111534969
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TH-39
- 頁(yè)碼:372
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16K
模擬集成電路設(shè)計(jì)——以LDO設(shè)計(jì)為例(原書(shū)第2版)借由集成線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì),全面介紹了模擬集成電路的設(shè)計(jì)方法,包括固態(tài)半導(dǎo)體理論、電路設(shè)計(jì)理論、模擬電路基本單元分析、反饋和偏置電路、頻率響應(yīng)、線性穩(wěn)壓器集成電路設(shè)計(jì)以及電路保護(hù)和特性等。模擬集成電路設(shè)計(jì)——以LDO設(shè)計(jì)為例(原書(shū)第2版)從面向設(shè)計(jì)的角度來(lái)闡述模擬集成電路的設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)直覺(jué)和直觀、系統(tǒng)目標(biāo)、可靠性和設(shè)計(jì)流程,借助大量的實(shí)例,向初學(xué)者介紹整個(gè)模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程,并引導(dǎo)其熟悉應(yīng)用,同時(shí)本書(shū)也適用于有經(jīng)驗(yàn)的電源集成電路設(shè)計(jì)工程師,不僅能幫助他們對(duì)模擬電路和線性穩(wěn)壓器的理論有更深刻的理解,而且書(shū)中所呈現(xiàn)的線性穩(wěn)壓器的技術(shù)發(fā)展也可以給予他們很多啟發(fā),是一本兼具實(shí)用性和學(xué)術(shù)價(jià)值的模擬集成電路和集成線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)秀教科書(shū)和參考書(shū)。
《模擬集成電路設(shè)計(jì)——以LDO設(shè)計(jì)為例》(原書(shū)第2版)進(jìn)行了全面修訂并擴(kuò)充了大量?jī)?nèi)容,旨在滿足新興的混合信號(hào)系統(tǒng)需求。本書(shū)講述了模擬集成電路設(shè)計(jì)的概念,并詳細(xì)闡述了如何用這些概念來(lái)指導(dǎo)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)集成電路的設(shè)計(jì)、分析以及如何基于雙極、CMOS和BiCMOS半導(dǎo)體工藝技術(shù)來(lái)構(gòu)建LDO電路系統(tǒng)。本書(shū)十分重視對(duì)電路洞察力的培養(yǎng),對(duì)提出的課題進(jìn)行直觀分析并得出結(jié)論。本書(shū)還展示了如何開(kāi)發(fā)和評(píng)估針對(duì)當(dāng)今日益增長(zhǎng)的無(wú)線和移動(dòng)市場(chǎng)應(yīng)用的模擬集成電路芯片。另外,書(shū)中大量的實(shí)例和章末復(fù)習(xí)思考題幫助讀者加深對(duì)這一前沿指導(dǎo)中所發(fā)展出的重要概念和技術(shù)的理解。
通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí),讀者將學(xué)會(huì)如何:
1)評(píng)估供電電源系統(tǒng);
2)預(yù)測(cè)并制定線性穩(wěn)壓器的性能指標(biāo)以及其對(duì)電源、負(fù)載和工作條件變化的響應(yīng)特性;
3)更好地利用半導(dǎo)體器件——電阻、電容、二極管和晶體管;
4)通過(guò)組合微電子元件設(shè)計(jì)電流鏡、差動(dòng)對(duì)、差動(dòng)放大器、線性穩(wěn)壓器以及這些電路的變體;
5)閉合和穩(wěn)定調(diào)整電壓和電流的反饋控制環(huán)路;
6)設(shè)計(jì)可靠的偏置電流和電壓基準(zhǔn)電路;
7)確定模擬集成電路和模擬系統(tǒng)的小信號(hào)動(dòng)態(tài)響應(yīng);
8)建立獨(dú)立、穩(wěn)定、無(wú)噪聲和可預(yù)測(cè)的供電電壓;
9)實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)、熱關(guān)斷、反向電池保護(hù)和ESD保護(hù)電路;
10)測(cè)試、測(cè)量和評(píng)估線性穩(wěn)壓器芯片。
譯者序片上系統(tǒng)(System on Chip,SoC)集成需求正不斷增大,由于線性穩(wěn)壓器具有噪聲小、對(duì)負(fù)載突變的響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),在模擬和混合信號(hào)芯片中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。
本書(shū)是佐治亞理工學(xué)院Rincón-Mora教授的最新著作,是作者20多年的商用電源微電子芯片開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及引領(lǐng)電源和能量調(diào)節(jié)集成電路領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的杰出研究工作的總結(jié)。本書(shū)組織嚴(yán)謹(jǐn),內(nèi)容豐富,涵蓋了包括固態(tài)半導(dǎo)體理論、電路設(shè)計(jì)、模擬電路基本單元分析、反饋和偏置電路、頻率響應(yīng)、集成電路設(shè)計(jì)以及電路保護(hù)等模擬集成電路設(shè)計(jì)的所有基本方面。并且,在講授這些內(nèi)容時(shí),本書(shū)十分強(qiáng)調(diào)直覺(jué)和直觀,通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí),可以培養(yǎng)讀者對(duì)于模擬電路的洞察力。本書(shū)的另一個(gè)特色是,整本書(shū)就是一個(gè)自頂向下再到頂(top-down-top)的設(shè)計(jì)實(shí)例,以線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的角度,從抽象視角開(kāi)始系統(tǒng)分析,然后進(jìn)入器件級(jí)進(jìn)行基礎(chǔ)分析,之后逐漸上升到電路設(shè)計(jì),最后再到系統(tǒng)設(shè)計(jì),但最終設(shè)計(jì)以晶體管級(jí)的形式實(shí)現(xiàn)。因此,本書(shū)是一本十分難得的兼具實(shí)用性和學(xué)術(shù)價(jià)值的參考書(shū)籍。
本書(shū)由華中科技大學(xué)的陳曉飛組織翻譯,參加翻譯工作的人員主要有陳曉飛、鄒望輝、劉政林和鄒雪城。在本書(shū)的翻譯工作中,華中科技大學(xué)超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心的劉小瑞、張纓潔、王玄、許澤華、資海平、董一帆、鄒大鵬等研究生同學(xué)提供了許多幫助并參加了部分內(nèi)容的翻譯,機(jī)械工業(yè)出版社劉星寧老師給予了很大支持,在此一并表示衷心的感謝。
譯者2016年4月模擬集成電路設(shè)計(jì)以LDO設(shè)計(jì)為例(原書(shū)第2版)原 書(shū) 前 言原 書(shū) 前 言我寫(xiě)作本書(shū)第1版的初衷是為了介紹、討論并分析怎樣設(shè)計(jì)、仿真、構(gòu)建、測(cè)試和評(píng)估線性低壓差(Low DropOut,LDO)穩(wěn)壓器集成電路。LDO穩(wěn)壓器集成電路在現(xiàn)代生活和新興的最先進(jìn)應(yīng)用中起到了重要的作用,并且隨著片上系統(tǒng)(SoC)集成需求的不斷增大,在持續(xù)推動(dòng)已有市場(chǎng)的同時(shí),開(kāi)創(chuàng)出更多新市場(chǎng),這些因素構(gòu)成了寫(xiě)作本書(shū)第1版的動(dòng)力。事實(shí)上,由于噪聲的普遍性,輸入信號(hào)的未知性,以及功能負(fù)載要求負(fù)載點(diǎn)(Point of Load,PoL)穩(wěn)壓器消耗極少的功率就可以產(chǎn)生精確且快速響應(yīng)的電源電壓,因此,現(xiàn)在不包含功率調(diào)整特性的傳統(tǒng)混合信號(hào)芯片必須將系統(tǒng)和PoL電源整合在一起。在穩(wěn)壓器選擇方面,由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出包含了大量噪聲,而這是不能容忍的,因此線性穩(wěn)壓器在模擬和混合信號(hào)芯片中占據(jù)了重要地位。
然而,對(duì)于線性穩(wěn)壓器的教學(xué),若沒(méi)有相關(guān)模擬集成電路基礎(chǔ)的介紹,將是不完整的。因此,與業(yè)界流行書(shū)籍的寫(xiě)作方式類似,本書(shū)也介紹模擬集成電路的基本理論,但是本書(shū)將從模擬集成電路直觀、面向設(shè)計(jì)的角度來(lái)介紹模擬集成電路設(shè)計(jì),我認(rèn)為這在設(shè)計(jì)芯片時(shí)是非常有用和必要的。該理念是,不需要借助于工具書(shū)上的公式(這些公式的成立前提并非總是適用,特別是在開(kāi)發(fā)新技術(shù)時(shí)),對(duì)預(yù)測(cè)半導(dǎo)體器件的各自特性和在電路中的組合特性有必要的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然,具備了這樣的洞察力,讀者將可能具備重現(xiàn)和驗(yàn)證教科書(shū)上已有的公式和理論的能力。
關(guān)于本書(shū)第2版
本書(shū)第2版旨在擴(kuò)充、提高和更新第1版的描述,以使概念和研究進(jìn)展更加清晰和深刻。從很多角度來(lái)看,本版都是一本全新的書(shū)。首先,我重組了章節(jié)并重寫(xiě)了內(nèi)容,同時(shí)更新了幾乎全部的公式和圖標(biāo),增加了實(shí)例和思考題,并幾乎在每個(gè)章節(jié)都增加了新的內(nèi)容。此外,本書(shū)還包括關(guān)于偏置電流和基準(zhǔn)電路的一個(gè)章節(jié),像大部分的模擬系統(tǒng)一樣,線性穩(wěn)壓器必須依靠它們才能被喚醒和正常工作。
舉例來(lái)說(shuō),第1版的第1章,在本版中被分為兩個(gè)部分:一個(gè)部分介紹電源系統(tǒng);另一部分更具體地介紹線性穩(wěn)壓器。類似地,第3章也被分為兩個(gè)部分:一個(gè)部分介紹單晶體管基本單元;另一部分介紹模擬電路基本模塊。第1~3章中新的內(nèi)容包括帶寬延時(shí)、品質(zhì)因子、開(kāi)放式設(shè)計(jì)變量、偏置點(diǎn)、小信號(hào)、絕對(duì)和相對(duì)精度,以及金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)中的亞閾值、弱反型、MOS電容和溝道電阻等內(nèi)容。第4章和第5章中新的內(nèi)容包括二端口模型、頻率響應(yīng)、信號(hào)流、信號(hào)延時(shí)、增益分析、直接轉(zhuǎn)換、基極退化、基極/柵極耦合差分對(duì)和折疊式共源共柵放大器等,其中包括關(guān)于轉(zhuǎn)換速度、電源抑制、輸入?yún)⒖际д{(diào)和噪聲的討論。
除了一些基本概念之外,第6章中關(guān)于負(fù)反饋的描述完全是新的。關(guān)于靈敏度、頻率響應(yīng)、噪聲、線性度、反饋結(jié)構(gòu)、嵌入式和并行式反饋環(huán)的內(nèi)容都是新的,同時(shí)本章還介紹了13個(gè)反饋實(shí)例,并對(duì)負(fù)反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入解析。第7章也是新章節(jié),內(nèi)容包括帶隙電路中的正溫度系數(shù)(Proportional To Absolute Temperature,PTAT)和負(fù)溫度系數(shù)(Complementary To Absolute Temperature,CTAT)電流、溫度補(bǔ)償、啟動(dòng)、頻率補(bǔ)償和噪聲抑制。第10章和第11章介紹了電源抑制性能提高技術(shù)和基準(zhǔn)電壓修調(diào)技術(shù)。
目標(biāo)讀者
本書(shū)從線性穩(wěn)壓器的角度,借助大量的實(shí)例,向初級(jí)微電子工程師介紹了整個(gè)模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程,并引導(dǎo)其熟悉應(yīng)用。同時(shí),本書(shū)也可以對(duì)幾乎沒(méi)有線性穩(wěn)壓器和集成電路設(shè)計(jì)概念的電力電子領(lǐng)域模擬電路工程師起到啟蒙引導(dǎo)作用。當(dāng)然,本書(shū)也適用于有經(jīng)驗(yàn)的電源集成電路設(shè)計(jì)工程師,相信本書(shū)不僅能幫助他們?cè)诨仡櫮M電路和線性穩(wěn)壓器的理論時(shí)有更深刻的理解,而且能從最新的線性穩(wěn)壓器的技術(shù)發(fā)展中得到啟發(fā)和激勵(lì)。
組織
本書(shū)分為11個(gè)章節(jié)。第1章和第2章類似于產(chǎn)品定義階段(但是以更偏向?qū)W術(shù)的方式),這個(gè)階段,半導(dǎo)體公司通過(guò)定義產(chǎn)品的作用和工作目標(biāo)來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)工作的難度,在此處,針對(duì)的是線性穩(wěn)壓器。然而,在承擔(dān)某項(xiàng)設(shè)計(jì)工作之前,一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的工程師必須在模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到適當(dāng)?shù)挠?xùn)練,這也是第3~7章討論的內(nèi)容,即固態(tài)電子學(xué)理論和器件、單晶體管基本單元、模擬電路基本模塊、負(fù)反饋和偏置電路。有了這些背景知識(shí),第8章又回到了線性穩(wěn)壓器,更具體地介紹了線性穩(wěn)壓器的小信號(hào)響應(yīng),這對(duì)應(yīng)于原型開(kāi)發(fā)周期的第二階段,在此階段,設(shè)計(jì)者可以運(yùn)用第3~6章中討論的電路和反饋理論著手設(shè)計(jì)系統(tǒng),以滿足第1~2章提出的要求。
第9~10章結(jié)合第3章的器件知識(shí)、第4~6章的電路理論和第8章的補(bǔ)償策略設(shè)計(jì)實(shí)際的穩(wěn)壓器電路,首先是第9章器件級(jí)設(shè)計(jì),然后進(jìn)入第10章系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)者的角度來(lái)看,因?yàn)樗械哪M電路的設(shè)計(jì)訓(xùn)練以及芯片設(shè)計(jì)都會(huì)重點(diǎn)關(guān)注這部分內(nèi)容,所以這兩章就是開(kāi)發(fā)流程的重點(diǎn)。本書(shū)的最后一章即第11章討論集成電路的保護(hù)和特性,這也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的最后兩個(gè)步驟。整體來(lái)看,本書(shū)是一個(gè)自頂向下再到頂(Top-Down-Top)的設(shè)計(jì)實(shí)例,全書(shū)從抽象視角開(kāi)始系統(tǒng)分析,然后進(jìn)入器件級(jí)進(jìn)行基礎(chǔ)分析,之后逐漸上升到電路設(shè)計(jì),最后再到系統(tǒng)設(shè)計(jì),但最終設(shè)計(jì)以晶體管級(jí)的形式實(shí)現(xiàn)。
初級(jí)工程師可以按照順序?qū)W習(xí)本書(shū)全部11章的內(nèi)容,回顧整體設(shè)計(jì)流程,充分學(xué)習(xí)模擬集成電路設(shè)計(jì);也可以只看特定的章節(jié)以加強(qiáng)對(duì)特定模擬電路設(shè)計(jì)原則的理解,比如第3~7章關(guān)于器件、電路、反饋與偏置,第1~2章和第8~10章關(guān)于線性穩(wěn)壓器集成電路,第11章關(guān)于保護(hù)與特性。對(duì)于一個(gè)幾乎未涉足過(guò)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域但有一定經(jīng)驗(yàn)的模擬電路設(shè)計(jì)工程師,可以不需要回顧基本模擬電路原理,直接參考第1~2章和第8~11章學(xué)習(xí)穩(wěn)壓器的特定知識(shí)。另外,資深穩(wěn)壓器芯片設(shè)計(jì)者也可以通過(guò)第1~2章和第8~11章加深對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的理解,同時(shí)在第3~7章中回顧模擬集成電路的設(shè)計(jì)原則。
為了方便讀者找到目標(biāo)章、節(jié)和小節(jié),我盡量使每一章都獨(dú)立,將我認(rèn)為彼此相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容放在一起,且針對(duì)特定內(nèi)容劃分小節(jié)、合理命名。希望通過(guò)這樣的方式,工程師們可以更容易地找到他們感興趣的部分,并且通過(guò)內(nèi)容導(dǎo)航到相關(guān)章節(jié)。
關(guān)于寫(xiě)作
總體而言,本書(shū)全面介紹了模擬集成電路的設(shè)計(jì)方法,包括固態(tài)半導(dǎo)體理論、電路設(shè)計(jì)、模擬電路基本模塊分析、反饋概念與偏置電路、頻率響應(yīng)、集成電路設(shè)計(jì)以及電路的保護(hù)與特性。與其他模擬電路書(shū)籍不同的是,本書(shū)強(qiáng)調(diào)模擬集成電路設(shè)計(jì)直觀,并將其應(yīng)用于基準(zhǔn)電路和線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)。本書(shū)呈現(xiàn)的風(fēng)格、形式和思想方式是我在該領(lǐng)域超過(guò)20年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié):作為一個(gè)模擬集成電路設(shè)計(jì)師,開(kāi)發(fā)了多款商用電源微電子芯片;作為教授和研究員,在電源和能量調(diào)節(jié)集成電路領(lǐng)域引領(lǐng)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展。
從工業(yè)界的角度,我發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的藝術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的價(jià)值,因此,本書(shū)強(qiáng)調(diào)直覺(jué)和直觀、系統(tǒng)目標(biāo)、可靠性和設(shè)計(jì)流程。作為一個(gè)學(xué)者,我堅(jiān)持學(xué)習(xí)教學(xué)展示的藝術(shù),理解技術(shù)深度的價(jià)值,跳出慣性思維的束縛。因此讀者會(huì)在本書(shū)中發(fā)現(xiàn),我試圖呈現(xiàn)一個(gè)兼具實(shí)用性和學(xué)術(shù)價(jià)值的模擬集成電路和線性穩(wěn)壓器集成電路設(shè)計(jì)方法。毋庸置疑,我還有許多東西需要學(xué)習(xí),盡管如此,希望我對(duì)本書(shū)的付出和對(duì)該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)能夠贏得廣大讀者的充分支持,并希望讀者對(duì)于書(shū)中的不足、矛盾和不準(zhǔn)確描述給予諒解。
GabrielAlfonso Rincón-Mora博士模擬集成電路設(shè)計(jì)以LDO設(shè)計(jì)為例(原書(shū)第2版)原書(shū)前言原書(shū)前言當(dāng)今電子工業(yè)中,迫切需要理解EOS源、識(shí)別EOS并提供EOS可靠產(chǎn)品。由于制造業(yè)的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和系統(tǒng)不斷變化,可靠性的需求及EOS魯棒產(chǎn)品也在不斷變化。本書(shū)就是將基本EOS現(xiàn)象與當(dāng)今真實(shí)世界環(huán)境聯(lián)系起來(lái)。
鑒于有意義的書(shū)籍就是在今天對(duì)于片上ESD設(shè)計(jì)的教授也是有用的,本書(shū)就是使讀者對(duì)EOS有一個(gè)基本的了解。對(duì)于專家、 非專家、非技術(shù)人員及普通人,了解當(dāng)今世界問(wèn)題也是有必要的。今天,我們周?chē)默F(xiàn)實(shí)世界的EOS問(wèn)題無(wú)處不在,會(huì)發(fā)生在制造環(huán)境、電源、機(jī)械、執(zhí)行器、電磁閥、電烙鐵、電纜和照明各行各業(yè)中。當(dāng)有開(kāi)關(guān)、接地不良,接地回路,噪聲和瞬變現(xiàn)象時(shí),將會(huì)在EOS器件和印制電路板上產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)。因此,對(duì)于專家及非專家,都需要了解并處理身邊的EOS問(wèn)題,進(jìn)而來(lái)避免它。
圍繞該主題的第一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是觀念,EOS難以量化和定義。在ESD開(kāi)發(fā)早期,這種看法也是真實(shí)的。結(jié)果是當(dāng)今就沒(méi)有關(guān)于EOS的教科書(shū),據(jù)了解,系統(tǒng)與產(chǎn)品良率效益的較顯著的百分比是與EOS相關(guān)的。
第二個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是信念,即EOS中很難區(qū)分的ESD失效。但該區(qū)分對(duì)于定義器件或系統(tǒng)失效的根源很重要。因此,在本書(shū)中,將會(huì)再次強(qiáng)調(diào)。
第三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是不可能在相同的講座、教程、資源或教科書(shū)中將EOS和ESD魯棒產(chǎn)品的技術(shù)與方法一起探討。實(shí)際情況是關(guān)于電磁兼容(EMC)和ESD的探討及培訓(xùn)通常是分別講授的。
本書(shū)有多個(gè)目標(biāo)。
1)講授EOS的基礎(chǔ)與概念,以及與它們相關(guān)的半導(dǎo)體制造、操作及封裝中真實(shí)世界中的工序。
2)為EOS量化提供雄厚的技術(shù)基礎(chǔ),突出數(shù)學(xué)和物理分析。在這種方式中,理解熱物理作用和關(guān)系是至關(guān)重要的。
3)區(qū)分EOS和ESD。通過(guò)重點(diǎn)關(guān)注脈沖波形和時(shí)間尺度來(lái)實(shí)現(xiàn)。本書(shū)將不斷通過(guò)從源到數(shù)學(xué)模型來(lái)強(qiáng)化它們之間的差異。
4)討論與其他學(xué)科的交叉,如電磁干擾(EMI)、EMC和閂鎖。
5)向讀者揭示EOS測(cè)試以及半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。我們將再次區(qū)分EOS和ESD之間的測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)揭示如何進(jìn)行半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)的EOS保護(hù)。
6)展示如何對(duì)半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行EOS和ESD事件保護(hù)。
7)講授在不同工藝類型(如數(shù)字、模擬功率電子)下的EOS問(wèn)題。
8)要突出電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)方法設(shè)計(jì)EOS魯棒性產(chǎn)品。我們將再次明確區(qū)別EOS、ESD和閂鎖的EDA解決方案。
9)從測(cè)量到審核,討論制造環(huán)境相關(guān)的EOS項(xiàng)目管理,以確保EOS保護(hù)區(qū)。
10)初步了解當(dāng)前和未來(lái)的新的納米結(jié)構(gòu)和納米系統(tǒng),同時(shí)提供對(duì)未來(lái)需求的洞察,以及在未來(lái)數(shù)年中對(duì)EOS關(guān)注的程度。
本書(shū)將包含如下內(nèi)容:
第1章簡(jiǎn)要介紹EOS相關(guān)的基礎(chǔ)與術(shù)語(yǔ)。在第1章中,奠定了EOS基礎(chǔ)。第1章開(kāi)啟了EOS定義以及和其他現(xiàn)象的關(guān)系(如ESD、EMI、EMC和閂鎖)的對(duì)話。在我們的討論中,重點(diǎn)是從ESD區(qū)分EOS。因此,將通過(guò)本書(shū)區(qū)別失效分析、時(shí)間常數(shù)與其他識(shí)別和分類的手段的差異。同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了定義EOS中安全工作區(qū)(SOA)及其作用的計(jì)劃。
在第2章中,介紹理解EOS的數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)。本章的目標(biāo)是闡述功率失效、時(shí)間常數(shù)及材料相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理模型。本章將提供必要的工具了解方程和過(guò)去推導(dǎo)的電熱模型的物理限制。本章的關(guān)鍵點(diǎn)是,ESD時(shí)域?qū)腅OS時(shí)域中分出,提請(qǐng)注意這些處理中區(qū)分功率失效的解決方案。進(jìn)行深入討論的主要原因是為了表明EOS現(xiàn)象能夠進(jìn)行量化和理解——要針對(duì)懷疑論者,他們認(rèn)為這種量化不是一門(mén)科學(xué)。
在第3章中,本書(shū)重點(diǎn)將回到EOS相關(guān)的源和失效機(jī)制實(shí)踐探討。EOS源包括機(jī)械、電磁閥、執(zhí)行器、電纜和照明。區(qū)別來(lái)自元器件的失效、焊盤(pán)、鍵合線、封裝等EOS失效機(jī)制。在這一章中,對(duì)于來(lái)自ESD的EOS特定失效也將給予關(guān)注。
第4章重點(diǎn)關(guān)注EOS失效機(jī)制和失效分析。本章簡(jiǎn)要介紹失效分析過(guò)程、失效分析技術(shù)和工具。同時(shí)展示了通過(guò)不同的失效分析工具得到的ESD和EOS失效結(jié)果的實(shí)例。
在第5章中,將討論EOS和ESD測(cè)試技術(shù)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。EOS測(cè)試方法包括系統(tǒng)級(jí)測(cè)試(如IEC61000-4-2)和與EOS有關(guān)的瞬態(tài)浪涌標(biāo)準(zhǔn)(IEC61000-4-5)。本章還探討ESD測(cè)試實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn),如人體模型(HBM)、機(jī)器模型(MM)、充電裝置模型(CDM)、傳輸線脈沖(TLP)和超快傳輸線脈沖(VF-TLP)以及系統(tǒng)測(cè)試。系統(tǒng)級(jí)測(cè)試開(kāi)始向EOS現(xiàn)象過(guò)渡(例如,電纜放電事件和CDE),因此測(cè)試將是我們討論的一部分。
第6章將針對(duì)不同的半導(dǎo)體工藝(從CMOS、雙極型、LDMOS到BCD)中的EOS以及不同的應(yīng)用空間產(chǎn)生的問(wèn)題展開(kāi)討論。關(guān)注點(diǎn)主要是什么技術(shù)可以解決功率與EOS魯棒性的問(wèn)題。
EOS設(shè)計(jì)是第7章的重點(diǎn)。一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是如何區(qū)分ESD設(shè)計(jì)與EOS設(shè)計(jì);另一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是在給定的芯片或系統(tǒng)中怎樣同時(shí)實(shí)現(xiàn)ESD設(shè)計(jì)和EOS設(shè)計(jì)。本章包括產(chǎn)品定義、規(guī)格、技術(shù)特征到自頂向下和自底向上的設(shè)計(jì)方法、布局規(guī)劃,同時(shí)也展示了處理過(guò)電流及過(guò)溫控制電路設(shè)計(jì)的用處。
在第8章中,將討論EOS保護(hù)器件。這些包括轉(zhuǎn)折器件與電壓觸發(fā)器件等。采用瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)、晶閘管浪涌保護(hù)器件(TSPD)、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、導(dǎo)電聚合物、氣體放電管(GDT)、熔斷器、斷路器和其他器件實(shí)現(xiàn)EOS保護(hù)。這些EOS保護(hù)器件與那些用于ESD的保護(hù)器件有明顯差別。
在第9章中,討論了系統(tǒng)級(jí)的問(wèn)題和解決方案。重點(diǎn)是量產(chǎn)與制造環(huán)境中的EOS控制。本章討論預(yù)防行動(dòng)、后端工藝控制及產(chǎn)品區(qū)域操作。
在第10章中,討論了EOS的EDA技術(shù)與方法。采用設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)、版圖與原理圖對(duì)照(LVS)及電氣規(guī)則檢查(ERC)方法進(jìn)行ESD和EOS檢查及驗(yàn)證。在本章中,展示了當(dāng)今應(yīng)用于EOS環(huán)境的方法。
在第11章中,討論了EOS項(xiàng)目管理流程。本章將展示設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)檢查、糾正措施、審核及設(shè)計(jì)提交過(guò)程等主題,以確保產(chǎn)品的EOS魯棒性。
在第12章中,討論未來(lái)結(jié)構(gòu)及納米器件中的EOS。本章討論磁記錄、FinFET、石墨、碳納米管及相變存儲(chǔ)器的EOS問(wèn)題。本章也對(duì)微電機(jī)、微鏡、RF微電機(jī)開(kāi)關(guān)以及許多新的器件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。同時(shí)對(duì)25維和3維系統(tǒng)的硅內(nèi)插器和硅通孔(TSV)中的EOS也給予了重點(diǎn)關(guān)注。
本書(shū)將打開(kāi)你對(duì)EOS、ESD、EMI和EMC等領(lǐng)域的興趣,并論述該技術(shù)與當(dāng)今世界的相關(guān)性,建立了一個(gè)較強(qiáng)的ESD保護(hù)知識(shí),同時(shí)也建議閱讀其他圖書(shū),如《ESD揭秘:靜電防護(hù)原理和典型應(yīng)用》《ESD物理與器件》《ESD電路與工藝》《ESD射頻電路與工藝》《ESD失效機(jī)理和模型》《ESD設(shè)計(jì)與綜合》《閂鎖》。
享受本書(shū),享受EOS學(xué)科,而不要過(guò)于強(qiáng)調(diào)EOS。
譯者序
原書(shū)前言
作者簡(jiǎn)介
第1章電源系統(tǒng)1
1.1電源管理中的穩(wěn)壓器1
1.2線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的對(duì)比2
1.2.1響應(yīng)時(shí)間的折中3
1.2.2噪聲4
1.2.3功率轉(zhuǎn)換效率4
1.3市場(chǎng)需求5
1.3.1系統(tǒng)5
1.3.2集成6
1.3.3工作壽命6
1.3.4電源凈空7
1.4電源8
1.4.1早期電池8
1.4.2鋰離子電池9
1.4.3燃料電池9
1.4.4核能電池10
1.4.5能量收集器10
1.5計(jì)算機(jī)仿真11
1.6總結(jié)12
1.7復(fù)習(xí)題13
第2章線性穩(wěn)壓器14
2.1工作區(qū)域14
2.2性能指標(biāo)15
2.2.1精度15
2.2.2功率轉(zhuǎn)換效率25
2.2.3工作要求27
2.2.4品質(zhì)因子29
2.3工作環(huán)境30
2.3.1負(fù)載31
2.3.2穩(wěn)壓點(diǎn)32
2.3.3寄生效應(yīng)33
2.4分類34
2.4.1輸出電流34
2.4.2壓差34
2.4.3補(bǔ)償34
2.4.4類別35
2.5模塊級(jí)構(gòu)成36
2.6總結(jié)37
2.7復(fù)習(xí)題38
第3章微電子器件39
3.1電阻39
3.1.1工作原理39
3.1.2寄生元件40
3.1.3版圖40
3.1.4絕對(duì)精度和相對(duì)精度42
3.2電容43
3.2.1工作原理43
3.2.2寄生元件44
3.2.3版圖45
3.2.4絕對(duì)精度和相對(duì)精度45
3.3PN結(jié)二極管46
3.3.1工作原理46
3.3.2寄生元件49
3.3.3版圖和匹配50
3.3.4小信號(hào)模型52
3.4雙極型晶體管(BJT)53
3.4.1工作原理53
3.4.2縱向BJT56
3.4.3橫向BJT57
3.4.4襯底BJT58
3.4.5小信號(hào)模型59
3.5金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)61
3.5.1工作原理61
3.5.2寄生電容66
3.5.3P溝道MOSFET67
3.5.4晶體管變化67
3.5.5版圖和匹配69
3.5.6小信號(hào)模型71
3.5.7MOS電容73
3.5.8溝道電阻73
3.6結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)73
3.6.1工作原理73
3.6.2P溝道JFET75
3.6.3大信號(hào)模型75
3.6.4版圖和匹配76
3.6.5小信號(hào)模型76
3.6.6相對(duì)性能78
3.7絕對(duì)精度和相對(duì)精度78
3.8總結(jié)79
3.9復(fù)習(xí)題80
第4章單晶體管基本單元82
4.1二端口模型82
4.2頻率響應(yīng)83
4.2.1極點(diǎn)84
4.2.2零點(diǎn)85
4.2.3米勒分裂87
4.2.4電容-分流-電阻法88
4.3信號(hào)流89
4.3.1輸入和輸出89
4.3.2極性89
4.3.3單晶體管基本單元90
4.4共發(fā)射極/共源極跨導(dǎo)器90
4.4.1大信號(hào)工作90
4.4.2小信號(hào)模型91
4.4.3頻率響應(yīng)93
4.4.4發(fā)射極/源極負(fù)反饋95
4.5共基極/共柵極電流緩沖器99
4.5.1大信號(hào)工作99
4.5.2小信號(hào)模型100
4.5.3頻率響應(yīng)103
4.5.4基極負(fù)反饋104
4.6共集電極/共漏極電壓跟隨器104
4.6.1大信號(hào)工作104
4.6.2小信號(hào)模型105
4.6.3頻率響應(yīng)108
4.7小信號(hào)概括和近似109
4.7.1功能109
4.7.2電阻110
4.7.3頻率響應(yīng)112
4.8總結(jié)113
4.9復(fù)習(xí)題114
第5章模擬電路基本單元115
5.1電流鏡115
5.1.1工作原理115
5.1.2小信號(hào)模型118
5.1.3帶基極電流校正的電流鏡119
5.1.4電壓校正共源共柵/共射共基(Cascode)電流鏡120
5.1.5低電壓Cascode電流鏡121
5.2差動(dòng)對(duì)123
5.2.1大信號(hào)工作124
5.2.2差分信號(hào)125
5.2.3共模信號(hào)127
5.2.4發(fā)射極/源極負(fù)反饋128
5.2.5CMOS差動(dòng)對(duì)129
5.3基極/柵極耦合對(duì)130
5.3.1大信號(hào)工作130
5.3.2小信號(hào)響應(yīng)132
5.3.3輸入?yún)⒖际д{(diào)和噪聲134
5.4差動(dòng)級(jí)136
5.4.1大信號(hào)工作137
5.4.2差分信號(hào)138
5.4.3共模信號(hào)140
5.4.4輸入?yún)⒖际д{(diào)和噪聲143
5.4.5電源抑制145
5.4.6折疊式Cascode147
5.5總結(jié)151
5.6復(fù)習(xí)題152
第6章負(fù)反饋154
6.1反饋環(huán)路154
6.1.1環(huán)路構(gòu)成154
6.1.2調(diào)整155
6.1.3輸出轉(zhuǎn)化156
6.2反饋效應(yīng)156
6.2.1靈敏度156
6.2.2阻抗157
6.2.3頻率響應(yīng)160
6.2.4噪聲162
6.2.5線性度163
6.3負(fù)反饋結(jié)構(gòu)166
6.3.1跨導(dǎo)放大器166
6.3.2電壓放大器167
6.3.3電流放大器168
6.3.4跨阻放大器169
6.4分析170
6.4.1分析過(guò)程170
6.4.2疊加器173
6.4.3采樣器174
6.4.4跨導(dǎo)放大器175
6.4.5電壓放大器179
6.4.6電流放大器183
6.4.7跨阻放大器188
6.5穩(wěn)定性193
6.5.1頻率響應(yīng)193
6.5.2補(bǔ)償195
6.5.3反相零點(diǎn)200
6.5.4嵌入式環(huán)路202
6.6設(shè)計(jì)202
6.6.1設(shè)計(jì)概念202
6.6.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)203
6.6.3頻率補(bǔ)償204
6.7總結(jié)204
6.8復(fù)習(xí)題205
第7章偏置電流和基準(zhǔn)電路207
7.1電壓基元207
7.2PTAT電流208
7.2.1交叉耦合四管單元209
7.2.2鎖存單元210
7.3CTAT電流213
7.3.1電流采樣BJT214
7.3.2電壓采樣二極管214
7.4溫度補(bǔ)償215
7.4.1帶誤差補(bǔ)償?shù)腂JT電流基準(zhǔn)源216
7.4.2基于二極管的電流基準(zhǔn)源217
7.4.3帶誤差補(bǔ)償?shù)幕诙䴓O管的電流基準(zhǔn)源218
7.5啟動(dòng)電路218
7.5.1連續(xù)導(dǎo)通啟動(dòng)電路219
7.5.2按需導(dǎo)通啟動(dòng)電路220
7.6頻率補(bǔ)償222
7.7電源噪聲抑制223
7.8帶隙電流基準(zhǔn)源224
7.8.1基于BJT的帶隙電流基準(zhǔn)源224
7.8.2基于二極管的帶隙電流基準(zhǔn)源225
7.9帶隙電壓基準(zhǔn)源226
7.9.1電流-電壓轉(zhuǎn)換226
7.9.2輸出電壓調(diào)整227
7.10精度230
7.11總結(jié)231
7.12復(fù)習(xí)題232
第8章小信號(hào)響應(yīng)234
8.1小信號(hào)等效電路234
8.2無(wú)補(bǔ)償時(shí)的響應(yīng)236
8.2.1相關(guān)電容和電阻236
8.2.2環(huán)路增益236
8.3頻率補(bǔ)償239
8.3.1輸出端補(bǔ)償240
8.3.2內(nèi)部補(bǔ)償242
8.4電源抑制245
8.4.1分壓器模型246
8.4.2饋通噪聲247
8.4.3米勒電容253
8.4.4分析255
8.4.5結(jié)論261
8.5補(bǔ)償策略對(duì)比261
8.6總結(jié)262
8.7復(fù)習(xí)題264
第9章集成電路設(shè)計(jì)265
9.1設(shè)計(jì)流程265
9.2功率晶體管266
9.2.1備選方案266
9.2.2版圖269
9.3緩沖器276
9.3.1驅(qū)動(dòng)N型功率晶體管276
9.3.2驅(qū)動(dòng)P型功率晶體管278
9.3.3版圖290
9.4誤差放大器290
9.4.1凈空291
9.4.2電源抑制294
9.4.3輸入?yún)⒖际д{(diào)296
9.4.4版圖299
9.5總結(jié)307
9.6復(fù)習(xí)題309
第10章線性穩(wěn)壓器310
10.1低壓差穩(wěn)壓器310
10.1.1輸出端補(bǔ)償?shù)腜MOS穩(wěn)壓器310
10.1.2米勒補(bǔ)償?shù)腜MOS穩(wěn)壓器314
10.2寬帶穩(wěn)壓器318
10.2.1內(nèi)部補(bǔ)償?shù)腘MOS穩(wěn)壓器319
10.3自參考穩(wěn)壓器322
10.3.1零階溫度無(wú)關(guān)性322
10.3.2溫度補(bǔ)償323
10.4性能增強(qiáng)330
10.4.1功率晶體管330
10.4.2緩沖器333
10.4.3環(huán)路增益335
10.4.4負(fù)載調(diào)整率336
10.4.5負(fù)載突變響應(yīng)339
10.4.6電源抑制340
10.5電流調(diào)整343
10.5.1電流源343
10.5.2電流鏡344
10.6總結(jié)347
10.7復(fù)習(xí)題347
第11章保護(hù)與特性349
11.1保護(hù)349
11.1.1過(guò)電流保護(hù)349
11.1.2熱關(guān)斷353
11.1.3反向電池保護(hù)355
11.1.4靜電放電保護(hù)356
11.2特性358
11.2.1模擬負(fù)載359
11.2.2調(diào)整性能360
11.2.3功率性能366
11.2.4工作要求368
11.2.5啟動(dòng)370
11.3總結(jié)371
11.4復(fù)習(xí)題