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模拟集成电路设计：以LDO设计为例 图书分享
在模拟集成电路设计的学习过程中，想必每一位初学者都会经历一段迷茫的“阵痛期”。你可能已经熟读了拉扎维（Razavi）等大师的经典教材，然而，当你真正面对一个工业级的项目需求，试图从零开始搭建一个完整的芯片系统时，却发现自己依然无从下手。那些孤立的电路模块如何通过电压电流的血脉连接成一个有机整体？书本上的理论参数在面对真实工艺角的偏差时为何如此脆弱？正因如此，我们需要一本能够架起“学院派理论”与“工程实战”之间桥梁的指南，而林康-莫莱（Gabriel Alfonso Rincón-Mora）博士所著的《模拟集成电路设计：以LDO设计为例》（Analog IC Design with Low-Dropout Regulators）正是这样一位不可多得的引路人。
林康-莫莱博士，1994～2003年供职于德州仪器公司，担任一个高级集成电路设计团队的领导。1999年林康-莫莱博士受聘为佐治亚理工学院的兼职教授，并在2001年受聘为全职教授，自2011年起，受聘为台湾成功大学的客座教授。他是IEEE和IET院士，同时也是38项专利的发明人/共同发明人和超过160篇论文的作者/共同作者。林康-莫莱博士已经写过8本著作，成功设计26余款商用电源芯片，并且获得了多项奖励。目前他主要致力于利用微型电池和环境能量为无线和移动设备供电的集成电路系统的研究。
《模拟集成电路设计：以LDO设计为例》一书最核心的价值，在于它极其巧妙地选择了低压差线性稳压器（LDO）作为切入点。乍看之下，LDO似乎只是电源管理中的一个基础模块，但深究其理，它实则是一个“麻雀虽小，五脏俱全”的微观模拟宇宙。它涵盖了带隙基准、误差放大器、功率管驱动、反馈环路以及复杂的频率补偿技术。作者没有像传统教科书那样枯燥地罗列各类电路拓扑，而是以设计一个高性能LDO为终极目标，层层剥茧，倒逼读者去理解每一个子模块存在的意义。当你跟随着书中的逻辑走完一遍流程，你收获的绝不仅仅是设计一个稳压器的能力，而是通过LDO对稳定性要求的苛刻性，彻底参透了负反馈系统的本质。
此外，该书在写作风格上极其务实，它省略了许多在学术界看似严谨但工业界极少用到的冗长推导，转而使用大量的图解和定性分析来阐述问题。这种“抓大放小”的策略，使得读者能够迅速抓住电路设计的“脊梁”。书中花费了大量笔墨讨论了工程实践中的权衡艺术，不断提醒读者模拟设计从来没有完美的解，只有最合适的妥协。你想要更快的瞬态响应，就可能要牺牲静态功耗；你想要更高的电源抑制比（PSRR），就可能需要更大的芯片面积。通过对不同LDO拓扑结构的对比分析，读者可以清晰地看到每一个设计决策背后的代价，这种关于“代价与收益”的工程思维训练，其价值远远超过了电路图本身。
图书目录
第1章电源系统1
1.1电源管理中的稳压器1
1.2线性稳压器和开关稳压器的对比2
1.2.1响应时间的折中3
1.2.2噪声4
1.2.3功率转换效率4
1.3市场需求5
1.3.1系统5
1.3.2集成6
1.3.3工作寿命6
1.3.4电源净空7
1.4电源8
1.4.1早期电池8
1.4.2锂离子电池9
1.4.3燃料电池9
1.4.4核能电池10
1.4.5能量收集器10
1.5计算机仿真11
1.6总结12
1.7复习题13
第2章线性稳压器14
2.1工作区域14
2.2性能指标15
2.2.1精度15
2.2.2功率转换效率25
2.2.3工作要求27
2.2.4品质因子29
2.3工作环境30
2.3.1负载31
2.3.2稳压点32
2.3.3寄生效应33
2.4分类34
2.4.1输出电流34
2.4.2压差34
2.4.3补偿34
2.4.4类别35
2.5模块级构成36
2.6总结37
2.7复习题38
第3章微电子器件39
3.1电阻39
3.1.1工作原理39
3.1.2寄生元件40
3.1.3版图40
3.1.4绝对精度和相对精度42
3.2电容43
3.2.1工作原理43
3.2.2寄生元件44
3.2.3版图45
3.2.4绝对精度和相对精度45
3.3PN结二极管46
3.3.1工作原理46
3.3.2寄生元件49
3.3.3版图和匹配50
3.3.4小信号模型52
3.4双极型晶体管（BJT）53
3.4.1工作原理53
3.4.2纵向BJT56
3.4.3横向BJT57
3.4.4衬底BJT58
3.4.5小信号模型59
3.5金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）61
3.5.1工作原理61
3.5.2寄生电容66
3.5.3P沟道MOSFET67
3.5.4晶体管变化67
3.5.5版图和匹配69
3.5.6小信号模型71
3.5.7MOS电容73
3.5.8沟道电阻73
3.6结型场效应晶体管(JFET)73
3.6.1工作原理73
3.6.2P沟道JFET75
3.6.3大信号模型75
3.6.4版图和匹配76
3.6.5小信号模型76
3.6.6相对性能78
3.7绝对精度和相对精度78
3.8总结79
3.9复习题80
第4章单晶体管基本单元82
4.1二端口模型82
4.2频率响应83
4.2.1极点84
4.2.2零点85
4.2.3米勒分裂87
4.2.4电容-分流-电阻法88
4.3信号流89
4.3.1输入和输出89
4.3.2极性89
4.3.3单晶体管基本单元90
4.4共发射极/共源极跨导器90
4.4.1大信号工作90
4.4.2小信号模型91
4.4.3频率响应93
4.4.4发射极/源极负反馈95
4.5共基极/共栅极电流缓冲器99
4.5.1大信号工作99
4.5.2小信号模型100
4.5.3频率响应103
4.5.4基极负反馈104
4.6共集电极/共漏极电压跟随器104
4.6.1大信号工作104
4.6.2小信号模型105
4.6.3频率响应108
4.7小信号概括和近似109
4.7.1功能109
4.7.2电阻110
4.7.3频率响应112
4.8总结113
4.9复习题114
第5章模拟电路基本单元115
5.1电流镜115
5.1.1工作原理115
5.1.2小信号模型118
5.1.3带基极电流校正的电流镜119
5.1.4电压校正共源共栅/共射共基（Cascode）电流镜120
5.1.5低电压Cascode电流镜121
5.2差动对123
5.2.1大信号工作124
5.2.2差分信号125
5.2.3共模信号127
5.2.4发射极/源极负反馈128
5.2.5CMOS差动对129
5.3基极/栅极耦合对130
5.3.1大信号工作130
5.3.2小信号响应132
5.3.3输入参考失调和噪声134
5.4差动级136
5.4.1大信号工作137
5.4.2差分信号138
5.4.3共模信号140
5.4.4输入参考失调和噪声143
5.4.5电源抑制145
5.4.6折叠式Cascode147
5.5总结151
5.6复习题152
第6章负反馈154
6.1反馈环路154
6.1.1环路构成154
6.1.2调整155
6.1.3输出转化156
6.2反馈效应156
6.2.1灵敏度156
6.2.2阻抗157
6.2.3频率响应160
6.2.4噪声162
6.2.5线性度163
6.3负反馈结构166
6.3.1跨导放大器166
6.3.2电压放大器167
6.3.3电流放大器168
6.3.4跨阻放大器169
6.4分析170
6.4.1分析过程170
6.4.2叠加器173
6.4.3采样器174
6.4.4跨导放大器175
6.4.5电压放大器179
6.4.6电流放大器183
6.4.7跨阻放大器188
6.5稳定性193
6.5.1频率响应193
6.5.2补偿195
6.5.3反相零点200
6.5.4嵌入式环路202
6.6设计202
6.6.1设计概念202
6.6.2系统结构设计203
6.6.3频率补偿204
6.7总结204
6.8复习题205
第7章偏置电流和基准电路207
7.1电压基元207
7.2PTAT电流208
7.2.1交叉耦合四管单元209
7.2.2锁存单元210
7.3CTAT电流213
7.3.1电流采样BJT214
7.3.2电压采样二极管214
7.4温度补偿215
7.4.1带误差补偿的BJT电流基准源216
7.4.2基于二极管的电流基准源217
7.4.3带误差补偿的基于二极管的电流基准源218
7.5启动电路218
7.5.1连续导通启动电路219
7.5.2按需导通启动电路220
7.6频率补偿222
7.7电源噪声抑制223
7.8带隙电流基准源224
7.8.1基于BJT的带隙电流基准源224
7.8.2基于二极管的带隙电流基准源225
7.9带隙电压基准源226
7.9.1电流-电压转换226
7.9.2输出电压调整227
7.10精度230
7.11总结231
7.12复习题232
第8章小信号响应234
8.1小信号等效电路234
8.2无补偿时的响应236
8.2.1相关电容和电阻236
8.2.2环路增益236
8.3频率补偿239
8.3.1输出端补偿240
8.3.2内部补偿242
8.4电源抑制245
8.4.1分压器模型246
8.4.2馈通噪声247
8.4.3米勒电容253
8.4.4分析255
8.4.5结论261
8.5补偿策略对比261
8.6总结262
8.7复习题264
第9章集成电路设计265
9.1设计流程265
9.2功率晶体管266
9.2.1备选方案266
9.2.2版图269
9.3缓冲器276
9.3.1驱动N型功率晶体管276
9.3.2驱动P型功率晶体管278
9.3.3版图290
9.4误差放大器290
9.4.1净空291
9.4.2电源抑制294
9.4.3输入参考失调296
9.4.4版图299
9.5总结307
9.6复习题309
第10章线性稳压器310
10.1低压差稳压器310
10.1.1输出端补偿的PMOS稳压器310
10.1.2米勒补偿的PMOS稳压器314
10.2宽带稳压器318
10.2.1内部补偿的NMOS稳压器319
10.3自参考稳压器322
10.3.1零阶温度无关性322
10.3.2温度补偿323
10.4性能增强330
10.4.1功率晶体管330
10.4.2缓冲器333
10.4.3环路增益335
10.4.4负载调整率336
10.4.5负载突变响应339
10.4.6电源抑制340
10.5电流调整343
10.5.1电流源343
10.5.2电流镜344
10.6总结347
10.7复习题347
第11章保护与特性349
11.1保护349
11.1.1过电流保护349
11.1.2热关断353
11.1.3反向电池保护355
11.1.4静电放电保护356
11.2特性358
11.2.1模拟负载359
11.2.2调整性能360
11.2.3功率性能366
11.2.4工作要求368
11.2.5启动370
11.3总结371
11.4复习题
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