原创 拉扎维的 《Analog CMOS集成电路设计》学习感受

从学校微电子专业毕业，工作已经五年了。最近终于完完整整地看完一遍拉扎维的《Design of Analog CMOS integrated circuits》。在此记一下学习本书的感受和心得。

1、《Analog CMOS集成电路设计》是一本很好的集成电路设计入门的书籍。其中涉及到许多的背景知识，随着读者的水平不一，看到的层次不一。有些第一次看没感受，多看几次会有感受；有些在经历相关工作前看没觉得，但有工作经验之后看有新的体会；还有一些，你看了之后会去查找相关的专业知识来进行补充。

第一章《绪论》讲述了模拟设计的应用场合，设计挑战及要求(如鲁棒性、PVT)。

第二章《MOS器件物理基础》是全书的基础，推导出器件的电流公式Id及跨导公式gm，后面的设计都紧紧围绕着两个公式展开。后面的习题对了解MOS管的行为，提升设计的直觉有很大的帮助。

第三章《单级放大器》基于MOS的三个端子讲述了三种单级放大器：共源级、共栅极、共漏级(源跟随)；和一种组合：共源共栅。其中例3.10涉及到50ohm高速传输线知识和实际的相关设计比较。

第四章《差动放大器》,描述了差动对信号具有抗噪声的优点（还有EMI降低），及差动对的分析、共模抑制比、吉尔伯特单元等。

第五章《电流镜》，分析了电流镜的特点和在差动电路中的应用。

第六章《放大器的频率特性》，介绍了密勒效应，每一级的极点的计算和评估。这章开始涉及频率响应。

第七章《噪声》，介绍了IC中的各种噪声：热噪声4kTR(4kTrgm)、闪烁噪声(1/f噪声)K/(CoxWLf).给出了多种电路的主要噪声的谱和RMS计算，相应的低噪声的要求和特征。

第八章《反馈》，系统地描叙了反馈的结构，种类(V-V,V-I,I-I,I-I)，环路增益计算，负反馈对电路性能带来的改变(增益灵敏度降低、阻抗有益改变、带宽增加，非线性减少)。

第九章《运算放大器》介绍运放中的一系列技术，最主要的事套筒式和折叠式；单级和多级运放，共模反馈，Rail-Rail介绍，大信号的转换速率slewing rate响应，电源抑制，注意Vdd至Vout约为1。

第十章《稳定性与频率补偿》，这章对于应用非常重要，也与振荡器一章相关。要透彻理解这一章需要系统控制理论的基础。比喻清楚多级点系统的响应特性与根轨迹的方法和实际意义。相位裕度的尖峰响应(例10.3)指出了峰值响应于相位的量化关系(45度为1.3；5度为11.5)；频率补偿技术(密勒补偿：补偿电容串联电阻)。

第11章《带隙基准》，介绍了基准源技术，包含启动和主基准产生电路。基于三极管特性(Vbe负温度系数-1.5mV/K;V_T的正温度系数0.087mV/K) 来进行0温度系数基准1.25V。基准源技术产生的衍生技术，PTAT电流的产生，恒定Gm偏置，最后给出了一个2.0Vref的设计实例。

第12章《开关电路导论》，因为工艺中电容的精度好，利用电容+开关来取代电阻来匹配运放的外围或进行反馈，此外电荷泵也用到开关和电容。

第13章《非线性和不匹配》讲述实际电路中的非理想性。如果做好的鲁棒性设计的考虑这些，在电路上和版图上实现容查设计。

第14章《振荡器》，与第10章相关，侧重不同。给出了振荡的条件，振荡器的类型(环形振荡器，LC振荡器：交叉耦合，科尔皮兹，单端口振荡器)。其中图14.17中Vp特性可以用于倍频器，而图14.22中相位的图的理解很重要，实际说明了LC振荡的优点，偏离振荡频率时相位裕度达到90度，并且与放大器的频率特性结合具有更好的频率单一性。最后介绍VCO.

第15章《锁相环》，介绍了锁相环的技术，由于处于系统级，详细的电路分析反而较少，介绍了实用的电荷泵锁相环。

第16章《短沟效应和模型》介绍了比例缩小和零静态功耗驱动CMOS的发展。

第17章《CMOS工艺技术》介绍了CMOS 集成电路的制造。

第18章《版图和封装》介绍了集成电路设计相关的版图和封装问题。

除了最后的三章和第13章没有仔细学习之外，其他的基本上学习了一遍，跟着书上的例题进行推导，并且做1-2各练习题。收获颇大。

2、看专业的书籍需要一定的毅力与兴趣，还要有好的时机与时间。当这些具备了，就要大胆地去完成学习目标。书在学校的时候就是教材，但在校时，从来没有好好地看完过，做过一个集成运放的课题设计，几经折腾，勉强完成。工作后的第一份工作是互连业务，超忙，所以只是在家的空余时间学习完了前面三章和习题，看到后面的章节也是零星间断的，对MOS的独特特性理解有了很好的认识。现在专职于硬件设计，工作时间相对比较自由，虽然有因工作间断，但通过坚持，还是把整书学习完毕，前后也花了近两个月时间。

3、由于自己并不是专职做IC设计，只是用芯片来做板级电路设计。因此，学习此书是当作一种兴趣来学习。对芯片内部的工作原理有一个更好的认识与理解，目标是能够更好的在板级电路中应用芯片。板级中实用最大的应该与板级应用相关的。如第8/10/15章《反馈》、《稳定性与频率补偿》、《锁相环》等等。

4、硬件工程师工作中，看得最多的技术文档应该是器件手册“datasheet”。这些datasheet就是描述芯片（绝大多数是集成电路，当然还有一些杂的和其他的）的性能。性能与里面的构造及电路是相关的。因而两者很多时候，互为验证。所以从微电子专业出身的，做板级硬件设计的优势在于更清楚芯片的内部结构与原理，所谓底层透明；而不足是缺少《信号与系统论》、《控制理论》、《计算机架构》等顶层知识的学习与基础。

学习完此书后，终于可以对自己说一声“微电子专业，我终于算毕业了”。