微电子电路 microelectronic circuit 标准 sedra著作共64页文档

Introduction to Microelectronics第三章设计技术§3.1 集成电路的分类§3.2 集成电路设计基础§3.3 集成电路设计方法33§3.4 集成电路设计验证技术§3.5 GaAs电路设计技术§3.6 集成电路设计技术的挑战36第三章设计技术Æ通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件，电阻、电容等无源器件，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，Æ随着集成电路集成度的不断提高以及工艺技术不断进步，设计方法面临着很大的挑战特别是技术的出现设计技术已经从“电路集成”发展到“系统集执行特定的电路或系统功能，称为集成电路（IC ）。

的挑战，特别是SoC 技术的出现，设计技术已经从电路集成发展到系统集成”。

传统的手工绘图、原理图输入等设计方法已经被替代，设计方法学和EDA 工具已经在集成电路设计中发挥着越来越大的作用，以保障设计成本和提高设计效率。

¦1952年5月，英国科学家G. W. Dummer第一次提出了集成电路的设想。

¦1958年德克萨斯仪器公司（TI）的Clair Kilby发明了集成电路，该电路在锗衬底上集成了12个器件，该发明获得了2000年诺贝尔物理学奖。

¦1965年Intel公司的创始人Gorden E. Moore提出了著名的摩尔定律：集成电路的集成度，即芯片上晶体管数目每隔18个月增加一倍或每3年翻两倍。

Æ40多年来，以动态存储器（DRAM）和Intel公司的微处理器为代表的两大类集成电路的规模几乎是准确按照摩尔定律发展。

ÆIC技术成为近50多年来发展最快的技术，以Intel公司的微处理器为例，1971年推出第一代四位微处理器产品4004，集成了2300只晶体管，采用10μm工艺实现，时钟频率为108kHz；2000年推出的Pentium 4微处理器，集成了4200万只晶体管，采用Pentium4微处理器集成了万只晶体管采用0.18 μm工艺，时钟频率为1.5GHz。

单片微波集成电路（MMIC），有时也称射频集成电路(RFIC)，它是随着半导体制造技术的发展，特别是离子注入控制水平的提高和晶体管自我排列工艺的成熟而出现的一类高频放大器件。

微波集成电路 Microwave Integrated Circuit工作在300M赫～300G赫频率范围内的集成电路。

简称MIC。

分为混合微波集成电路和单片微波集成电路。

前者是用厚膜技术或薄膜技术将各种微波功能电路制作在适合传输微波信号的介质(如高氧化铝瓷、蓝宝石、石英等)上，再将分立有源元件安装在相应位置上组成微波集成电路。

这种电路的特点是根据微波整机的要求和微波波段的划分进行设计和制造，所用集成电路多是专用的。

单片微波集成电路则是将微波功能电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体芯片上的集成电路。

这种电路的设计主要围绕微波信号的产生、放大、控制和信息处理等功能进行，大部分电路都是根据不同整机的要求和微波频段的特点设计的，专用性很强。

在这类器件中，作为反馈和直流偏置元件的各个电阻器都采用具有高频特性的薄膜电阻，并且与各有源器件一起封装在一个芯片上，这使得各零件之间几乎无连线，从而使电路的感抗降至最低，且分布电容也极小，因而可用在工作频率和频宽都很高的MMIC放大器中。

目前，MMIC的工作频率已可做到40GHz，频宽也已达到15GHz，因而可广泛应用于通信和GPS, 等各类设备的射频、中频和本振电路中。

根据制作材料和内部电路结构的不同，MMIC可以分成两大类：一类是基于硅Silicon晶体管的MMIC，另一类是基于砷化镓场效应管（GaAs FET）的MMIC。

GaAs FET类MMIC具有工作频率高、频率范围宽、动态范围大、噪声低的特点，但价格昂贵，因此应用场合较少；而硅晶体管的MMIC性能优越、使用方便，而且价格低廉，因而应用非常广泛.微波集成电路是工作在微波波段和毫米波波段，由微波无源元件、有源器件、传输线和互连线集成在一个基片上，具有某种功能的电路。

数据传输中光耦对通讯速率的影响摘要本文通过实验室测得的大量数据，来说明在485通讯中光耦器件及一些外围器件对485通讯速率的影响，为电路设计中对光耦选型提供一些参考意见及依据。

关键词通讯波特率；LTV-816D光耦；数据传输0 引言数据传输是现代通信过程中的一个重要环节，在数据传输过程中，不仅要求数据传输的准确率要高，而且要求速度快、连接过程简单。

并且对电路安全系数及抗干扰能力也提出了很高的要求，在这种现状下光耦就成了电路中常见的器件。

如何正确选择与电路需要相匹配的光耦是设计人员经常遇到的问题。

1 实际测试电路图及测试数据1）测试电路从以上测试数据看：在Rd一定的条件下，随着RL的增大，tr增大明显；td 在增大，但增大不明显；tf在减小，但减小不明显；te基本上无变化。

在RL一定的条件下，随着Rd的增大，tf、td、tr、te变化不大，且无规律（可能是读取数据的视觉误差所致）。

通讯位误差Δt 约等于（tf + td +tr - te）；由此可见提高通讯速率最有效的方法就是尽可能地减小RL。

2 以光耦LTV-816D为例，介绍如何进行电路参数选配光藕LTV-816D数据手册中的测试曲线图：从上图看常温下为保证低电平可靠有效应使IF尽可能大，Ic尽可能小。

一般I/O电平在0.6Vcc时为高电平，0.2Vcc以下为低电平，为使3.3V系统低电平的可靠有效，低电平值应不大于0.4V，从图上看IF比较合适的取值在2.5mA～3.5mA时Ic应不大于3mA。

从上图看在IF一定的条件下外界温度越低VF越大；在外界温度一定的条件下IF越大VF越大。

常温下IF = 2.5mA～3.5mA，VF约为1.1V，对3.3V系统限流电阻Rd为630Ω～880Ω，取Rd为820Ω，则IF在全温度范围内为2.56 mA～2.93mA，常温下为2.683mA；对5V系统限流电阻Rd为1.11KΩ～1.5KΩ，取Rd为1.2KΩ，则IF在全温度范围内为2.56mA～3.42mA，常温下为3.25mA。

浅析微电子电路的校准技术和自动测试郭松梅【摘要】With theprogress of society, whether it is a large plant or electrical equipment everyday household appliances will be used to microelectronic circuit technology,microelectronic circuit is a semiconductor device in a variety of high-tech electronic technology-based integrated circuits,having small size,light weight,high reliability,work fast and many other features.To ensure the quality of microelectronic circuits having electrical,and we must be rigorous testing,quality control so as to achieve its objectives.To ensure the safety and reliability of electrical equipment in microelectronic circuits, this paper mainly for microelectronic circuit technology calibration and automated testing techniques have been studied. The paper is divided into five parts: The first part of the introduction of microelectronic circuits were introduced;second microelectronic circuit section analyzes the importance of the study;the third part describes the detection method microelectronic circuit;the fourth part explores the specific methods microelectronic circuit test and calibration;the fifth part of the paper are summarized.At the same time we also hope that through this research to better promote the development of China's microelectronics electrical equipment, promote the progress of China's microelectronics technology.%随着社会的不断进步，无论是工厂的大型电器设备还是日常生活的家用电器都会使用到微电子电路技术，微电子电路是一种以多种半导体器件为基础的高新电子技术集成电路，其具有体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快等多种特点。

学好模电必看这七本书“模电真难学要想学好必看经典书模电的书遍地都是，但是真正要找干货，还要看几本经典的书。

这里推荐的都是网友一致认可的好书，只不过都是老外写的，要啃起来有点费劲，只想玩玩的，就自动跪安吧。

1 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits模拟集成电路的分析与设计作者Paul R.Gray这本书被称为模电领域的圣经。

此书是UC Berkeley的电子工程系为EE140和EE240专门指定的教材，可以说是汇聚了该校的精华，berkeley之精华乃硅谷之精华，硅谷之精华乃IC之精华。

阅读此书（英文版），你一定能体会到作者思维之严谨、论证之严密，条理之清晰。

该书的一大亮点就是把bipolar和CMOS作为counterpart很好地结合在了一起讲，能带给读者完整的晶体管级IC的概念。

该书对基本电路的分析细致深刻，但是个人觉得它写的最为引人入胜的是反馈和补偿两章，讲的很透，还有噪声一章也是几本书中讲得最详细的。

对英文比较好的初学者，建议读这本书。

当然作者出于某些考虑，在题材的选取上BJT和CMOS并重，对很多只作CMOS的人来说，可能感觉有点烦。

这本书的英文原版在亚马逊上已经卖到了2300，不过万能的X宝也有，价格很亲民。

2 CMOS analog circuitdesignCMOS模拟集成电路设计作者Phillip E. Allen此书工程性很强，适合有一定CMOS模电理论基础的人读。

书中很多公式横空出世，叫人初看之下摸不着头脑，所以不太适合初学者。

该书最大的特点是从正向介绍和讲述电路的设计，关于运算放大器的设计是该书最精彩的部分，可以使很多人的思维从分析电路转换到设计电路。

书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen教授求全的风格。

不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。

Allen教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。

Lecture 1 固体晶格结构OUTLINE-半导体材料概述-固体类型-空间晶格结构-原子价键参阅教材第1章：1.1,1.2,1.3,1.4IC2020半导体材料特性1室温电阻率(纯净半导体)半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的一种材料。

电阻率小于10-6Ωcm的称为导体，EX 纯铜3X10-6/Ωcm电阻率大于1012Ωcm称为绝缘体， EX 金刚石1016/Ωcm电阻率位于10-3Ωcm~ 106Ωcm之间称为半导体，EX纯硅的电阻率约为105Ωcm 。

IC2020纯净的半导体有负的电阻温度系数金属：T ↑，ρ↑半导体：T ↑，ρ↓温度能使半导体导带能力增强EX：纯硅，T上升8℃，电导率升50%IC2020IC2020高的温差电动势α温差电效应1T 2T 当T 1≠T 2时，半导体两端有电势差半导体：α为几百uV/K ，可负可正金属：α为0-10uV/K ，负半导体-金属接触或半导体pn结具有整流特性半导体具有光敏特性(光电导)合适频率的光照半导体，半导体电阻率下降.光照、高能电子注入，电场和磁场会影响半导体的电阻率EX：硫化镉无光照下，电阻为几十MΩ，有光照为几十kΩ。

IC2020半导体中有两种载流子-电子和空穴，而金属只有一种载流子-电子。

杂质可以改变半导体的导电类型和电阻。

室温下纯净Si为本征半导体，载流子浓度n i∼1010/cm3，电阻率ρ∼2.3×105Ω〃cm掺入5×1016/cm3砷杂质的Si为n型半导体：载流子浓度n∼5×1016/cm3，电阻率ρ∼0.1Ω〃cmIC2020通过在半导体中添加数量可控的杂质原子，使其电阻率可以在几个数量级范围内变化。

IC2020元素半导体半导体分为两大类：①IV族元素半导体材料②化合物半导体材料由一种元素构成的半导体称为元素半导体。

IC2020常见半导体材料元素半导体材料Si 硅Ge 锗SiC 碳化硅GeSi 锗硅IV族化合物半导体材料III-V族化合物半导体II-VI族化合物半导体AlAs 砷化铝AlP 磷化铝AlSb 锑化铝GaAs 砷化镓GaP 磷化镓Gasb 锑化镓InAs 砷化铟InP 磷化铟CdS 硫化镉CdTe 碲化镉HgS 硫化汞ZnS 硫化锌ZnTe 锑化锌半导体器件中使用的半导体材料硅Si：＞96%III-V族化合物半导体材料：约3%II-VI族化合物半导体材料：约0.1%IC2020IV族元素半导体Si: 是目前应用最为广泛的半导体材料原料丰富；禁带宽度适中；器件能在较高温度下使用；高质量的氧化膜（SiO2）Ge: 最早被提纯，最早被研究的半导体.已能制备同位素纯的晶体（天然Ge有5种同位素）高的空穴迁移率（Ge-pMOSFET）Ge/Si异质结、GexSi1-x 、GOI、……IC2020III-V族化合物半导体1III族元素： Al Ga InV族元素： P As Sb可组成9种化合物半导体，其中应用和研究比较多的有4种。

本书翻译自S edra和Smith的《Microelectronic Circuits(5th Edition)》，该书是电子和计算机工程专业的一本权威的经典教材。

全书分为上下两册：上册主要内容包括：运算放大器，二极管，场效应晶体管，双极型晶体管，单极集成放大器，差分和多级放大器，反馈放大器，运算放大器和数据变换电路；下册主要内容包括：数字CMOS逻辑电路，寄存器和高级数字电路，滤波和调谐放大器，信号发生器和波形整形电路，输出级和功率放大器。

本书有450道以上的练习。

每道练习的下面都给出了答案，学生可以检查他们是否理解了所阅读的内容。

求解这些练习题应该可以使读者估计出他们对所学内容的掌握和理解程度。

此外，还给出了1370道以上的章后习题，大约三分之一是本版新增习题。

这些习题是针对各自章节的关键问题的，它们的难易程度用下面的方法来表示：难的习题用星号（*）标注，较难的习题用两个星号标注（**）；非常难（和/或耗时）的习题用三个星号标注（***）。

和前面四个版本一样，本版中包含了许多例题。

这些例题以及大多数的习题和练习都基于实际电路和实际电路设计中碰到的应用。

第五版继续在许多例子的图形中使用数字来标注解答步骤，期望能增加课堂教学的互动性。

上册目录前言1 电子学简介1.1 信号1.2 信号频谱1.3 模拟信号与数字信号1.4 放大器1.5 放大器电路模型1.6 放大器频率响应1.7 数字逻辑反相器小结习题2 运算放大器2.1理想运算放大器2.2 反相组态2.3 同相组态2.4 差分放大器2.5 有限开环增益与带宽对电路性能的影响2.6 运算放大器的大信号工作性能2.7直流不完整性2.8 积分器与微分器2.9 运算放大器的SPICE模型与仿真实例小结习题3 二极管3.1 理想二极管3.2 结二极管端口特性3.3 二极管正向特性建模3.4 工作在反向击穿区域的二极管——齐纳二极管3.5 整流电路3.6 限幅电路与钳位电路3.7 二极管的物理特性3.8 特种二极管3.9 二极管的SPICE模型和仿真实例小结习题4 MOS场效应晶体管4.1 器件结构和物理特性4.2 电流－电压特性4.3 MOSFET直流电路4.4 作为放大器和开关的MOSFET4.5 MOS放大器电路的偏置4.6小信号工作与小信号模型4.7 单级MOS放大器4.8 MOSFET内部电容及高频模型4.9 CS放大器的频率响应4.10 CMOS数字逻辑反相器4.11 耗尽型MOSFET4.12 MOSFET的SPICE模型和仿真实例小结习题5 双极型晶体管5.1 器件结构与物理特性5.2 电流－电压特性5.3 作为放大器和开关的BJT5.4 BJT直流电路5.5 BJT放大器电路的偏置5.6 小信号工作与小信号模型5.7 单级BJT放大器5.8 BJT内部电容和高频模型5.9 共发射极放大器的频率响应5.10 基本BJT数字逻辑反相器5.11 BJT的SPICE模型和仿真实例小结习题6 单级集成电路放大器6.1 集成电路设计原则6.2 MOSFET与BJT的比较6.3 集成电路中的偏置——电流源、镜像电流源及电流导向电路6.4 高频响应——通论6.5 有源负载共源和共发射极放大器6.6 CS与CE放大器的高频响应6.7 有源负载共栅和共基放大器6.8 cascode放大器6.9 源极（射极）接负反馈的CS和CE放大器6.10 源极跟随器与射极跟随器6.11 一些实用的晶体管对放大器6.12 改进型镜像电流源电路6.13 SPICE仿真实例小结习题7 差分放大器与多级放大器7.1 MOS差分对7.2 MOS差分对的小信号工作特性7.3 BJT差分对7.4 差分放大器的其他非理想特性7.5 有源负载差分放大器7.6 差分放大器的频率响应7.7 多级放大器7.8 SPICE仿真实例小结习题8 反馈8.1 反馈放大器的基本结构8.2 负反馈的一些性质8.3 四种基本的反馈拓扑结构8.4 串连－并联反馈放大器8.5 串连－串联反馈放大器8.6 并联－并联和并连－并联反馈放大器8.7 环路增益的确定8.8 稳定性问题8.9 反馈对放大器极点的影响8.10 基于波特图的稳定性分析8.11 频率补偿小结习题9 运算放大器与数据转换电路9.1 两级CMOS运算放大器9.2 折叠cascode CMOS运算放大器9.3 741运算放大器电路9.4 741运算放大器的直流分析9.5 741电路的小信号分析9.6 741运算放大器的增益、频率响应和摆率9.7 数据转换器——导论9.8 D/A转换器电路9.9 A/D转换器电路9.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案下册目录10 数字CMOS逻辑电路10.1 数字电路设计——概述10.2 CMOS反相器设计与性能分析10.3 CMOS逻辑门电路110.4 伪NMOS逻辑电路10.5 传输晶体管逻辑电路10.6 动态逻辑电路10.7 SPICE仿真实例小结习题11 存储器与高级数字电路11.1 锁存器与触发器11.2 多谐振荡器电路11.3 半导体存储器的类型与结构随机存储器单元11.4 随机存储器单元11.5 读放大器与地址译码器11.6 只读存储器11.7 射频耦合逻辑11.8 BiCMOS数字电路11.9 SPICE仿真实例小结习题12 滤波器与调谐放大器12.1 滤波器传输、分类和规范12.2 滤波器传输函数12.3 巴特沃斯和切比雪夫滤波器12.4 一阶和二阶滤波器函数12.5 二阶LCR谐振器12.6 基于电感替代的二阶有源滤波器12.7 基于双积分环结构的二阶有源滤波器12.8 带单级放大的双二次有源滤波器12.9 灵敏度12.10 开关电容滤波器12.11 调谐放大器12.12 SPICE仿真实例小结习题13 信号发生器与波形整形电路13.1 正弦波振荡器的基本原理13.2 运算放大器RC振荡器电路13.3 LC振荡器和晶体振荡器13.4 双稳态多谐振荡器13.5 基于非稳态多谐振荡器的方波和三角波发生器13.6 标准脉冲发生器——单稳态多谐振荡器13.7 集成电路计时器13.8 非线性波形整形电路13.9 精密整流电路13.10 SPICE仿真实例小结习题14 输出级与功率放大器14.1 输出级的分类14.2 A类输出级14.3 B类输出级14.4 AB类输出级14.5 AB类电路的偏置14.6 BJT功率管14.7 各种不同结构的AB类电路14.8 集成功率放大器14.9 MOS功率晶体管14.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案附录A VLSI制造技术附录B 二端口网络附录C 一些有用的网络定理附录D 单时间常数电路附录E s域分析——极点、零点和波特图附录F 参考文献10 数字CMOS逻辑电路10.1 数字电路设计——概述10.2 CMOS反相器设计与性能分析10.3 CMOS逻辑门电路110.4 伪NMOS逻辑电路10.5 传输晶体管逻辑电路10.6 动态逻辑电路10.7 SPICE仿真实例小结习题11 存储器与高级数字电路11.1 锁存器与触发器11.2 多谐振荡器电路11.3 半导体存储器的类型与结构随机存储器单元11.4 随机存储器单元11.5 读放大器与地址译码器11.6 只读存储器11.7 射频耦合逻辑11.8 BiCMOS数字电路11.9 SPICE仿真实例小结习题12 滤波器与调谐放大器12.1 滤波器传输、分类和规范12.2 滤波器传输函数12.3 巴特沃斯和切比雪夫滤波器12.4 一阶和二阶滤波器函数12.5 二阶LCR谐振器12.6 基于电感替代的二阶有源滤波器12.7 基于双积分环结构的二阶有源滤波器12.8 带单级放大的双二次有源滤波器12.9 灵敏度12.10 开关电容滤波器12.11 调谐放大器12.12 SPICE仿真实例小结习题13 信号发生器与波形整形电路13.1 正弦波振荡器的基本原理13.2 运算放大器RC振荡器电路13.3 LC振荡器和晶体振荡器13.4 双稳态多谐振荡器13.5 基于非稳态多谐振荡器的方波和三角波发生器13.6 标准脉冲发生器——单稳态多谐振荡器13.7 集成电路计时器13.8 非线性波形整形电路13.9 精密整流电路13.10 SPICE仿真实例小结习题14 输出级与功率放大器14.1 输出级的分类14.2 A类输出级14.3 B类输出级14.4 AB类输出级14.5 AB类电路的偏置14.6 BJT功率管14.7 各种不同结构的AB类电路14.8 集成功率放大器14.9 MOS功率晶体管14.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案附录A VLSI制造技术附录B 二端口网络附录C 一些有用的网络定理附录D 单时间常数电路附录E s域分析——极点、零点和波特图附录F 参考文献。

Lecture 14 BJT直流偏置电路OUTLINE1.晶体管直流偏置电路2.交流负载线和直流负载线3.最大对称摆幅参阅教材第5章：5.1 5.2 5.4EE2020EE2020双极型晶体管的偏置1偏置就是在BJT 的集电极上建立恒定的直流电流，该电流必须可计算，可预计以及对温度变化和遇到相同类型晶体管较大变化范围的β不敏感。

偏置电路的另一个重要考虑是直流偏置点要位于i C -V CE 平面中合适的位置，使输出信号幅度能够达到最大。

EE2020双极型晶体管的偏置2①通过固定电压VBE 对BJT 进行偏置，如果利用电源两端使用电压分压器来固定VBE ，偏置电路一个很小的无法避免的VBE 变化会使得IC-VCE 产生很大的变化。

②通过在基极上建立一会恒定的电流对BJT 偏置，因为相同类型的不同器件之间会有较大变化的β值会导致IC 发生很大变化。

EE2020偏置点及负载线1CC CE C C CV v i R R=−在i C-v CE特性曲线中，工作点位于已经确定的基极电流对应的i C-v CE曲线上。

EE2020EE2020负载线A对应较大的R C值，Q A的V CEQA非常接近于0，导致负的信号幅度非常接近饱和区，造成负幅度受限。

负载线B对应较小的R C值，Q B的V CEQB非常接近于VCC，导致正的信号幅度非常接近截止区，造成正幅度受限。

EE2020EE2020单基极电阻偏置1EE2020Example 14.1参阅教材例题5.15如图所示电路，电路使用的电源电压为V CC =12V ，晶体管电流为I CQ =1mA ，并且NPN 的V CEQ =6V 。

NPN 管的器件参数β=100，正向导通电压为VBE(on)=0.7V 。

设计电路中的电阻RB 和RC 的值，使电路满足要求。

EE2020Example 14.1求解过程1() 1.13CC BE on B BQ V V R M I −==Ω10CQ BQ I I uA β==6CC CEQ C CQ V V R k I −==找出发射结的电压环路，然后根据KVL 定律进行计算根据欧姆定律EE2020单基极电阻偏置2CQ BQI I β=单基极电阻偏置是最近简单的晶体管电路之一，使用单电源供电，通过电阻R B 建立静态电流，交流信号通过耦合电容耦合到基极中，并隔绝直流信号。