Рекомендуем

ЭлектроникаСоколов С.В., Титов Е.В. Электроника
Аналоговая и цифровая электроника (полный курс)Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс)
Униполярные интегральные микросхемыАванесян Г.Р., Беспалов А.А. Униполярные интегральные микросхемы

Книга

Проектирование аналоговых КМОП-микросхем

Краткий справочник разработчика / Под редакцией В.И. Эннса
2-е изд., стереотип.
Первое издание вышло в свет в 2005 г.
2015 г.
454 стр.
Тираж 500 экз.
Формат 60х90/16 (145x215 мм)
Исполнение: в мягкой обложке
ISBN 978-5-9912-0551-1
ББК 32.844.1
УДК 621.3.049.77
Аннотация

Приведена информация по схемотехнике и топологии аналоговых КМОП интегральных микросхем. Описаны принципы построения согласованных элементов, особенности размещения аналоговых блоков на кристалле, методы защиты выводов микросхем от воздействия статического электричества. Рассмотрена схемотехника операционных усилителей, компараторов, источников опорного напряжения и других аналоговых блоков. Изложены принципы расчета аналоговых фильтров, схем на переключаемых конденсаторах, дельта-сигма модуляторов, систем фазовой автоподстройки частоты. Дана информация по архитектуре и основным параметрам АЦП и ЦАП, аналоговым сигналам и системам.

Для инженерно-технических работников и студентов, связанных с разработкой и применением аналоговых интегральных микросхем.

Оглавление

Содержание

Предисловие

1. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ТОПОЛОГИИ И КОРПУСИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ
1.1. Согласование интегральных элементов
Выражения для расчета показателей рассогласования элементов
Основные правила построения согласованных элементов
Размещение согласованных элементов в массив с общим центром
Уменьшение влияния механического напряжения и его градиента
Уменьшение влияния температурного градиента
Уменьшение электростатического взаимодействия
Особенности пересечения металлом согласованных резисторов
Уменьшение влияния соседних структур на согласование элементов
Согласование МОП-транзисторов
Согласование резисторов
Согласование конденсаторов
1.2. Методы экранирования схем от шумов по подложке
Экранирование схем от шумов по подложке в стандартной КМОП-технологии
Экранирование схем от шумов по подложке в технологии КНИ
Сравнительные данные по степени подавления шумов по подложке
Влияние размеров и расположения охранных колец на степень экранирования шумов в стандартной КМОП-технологии
Влияние концентрации примеси в подложке на степень экранирования шумов
1.3. Проектирование шин и размещение блоков в цифроаналоговых схемах
Проектирование шин
Размещение блоков
1.4. Принципы масштабирования КМОП-микросхем
Общие сведения
Основные факторы, учитываемые при проектировании масштабируемых аналоговых блоков
λ-проектирование топологии микросхем
1.5. Нормы проектирования топологии
1.6. Методы защиты от включения паразитного тиристора (защелкивания) в КМОП-технологии
Общие сведения
Критерий возможности проявления тиристорного эффекта
Механизмы возникновения эффекта защелки
Способы защиты от включения паразитного тиристора
Защита узлов входа/выхода
Защита внутренних блоков
Разделение узлов входа/выхода и внутренних блоков
Испытания КМОП-микросхем на устойчивость к тиристорному эффекту
1.7. Защита выводов микросхем от статического электричества
Общие сведения
Модели воздействия статического электричества
Цепи защиты выводов микросхемы от воздействия электростатического разряда
Диодно-резистивные элементы защиты
Элементы защиты на МОП-транзисторе с заземленным затвором (MGG)
Элементы защиты на МОП-транзисторе с полевым окислом в качестве подзатворного диэлектрика (TFO)
Элемент защиты на основе цепи диодов
Динамический элемент защиты входов/выходов микросхем
Динамический элемент защиты шин земли и питания
Особенности конструкции и топологии элементов защиты
1.8. Размещение кристаллов на пластине
1.9. Сведения по корпусам и тепловому расчету микросхем
Пластмассовые корпуса
Керамические корпуса
Максимальный ток вывода
Модель вывода корпуса
Тепловые характеристики микросхемы
Тепловой расчет микросхемы

2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
2.1. Электрофизические свойства интегральных структур
2.2. МОП-транзисторы
Общие сведения
Выражения для оценочных расчетов по постоянному току
Эффект насыщения скорости дрейфа носителей
Малосигнальные эквивалентные схемы МОП-транзисторов в пологой области ВАХ
Малосигнальная эквивалентная схема МОП-транзистора в крутой области ВАХ
Малосигнальные эквивалентные схемы МОП-транзисторов в режиме отсечки
Шумовые свойства МОП-транзисторов
Spice – модели МОП-транзисторов
Параметры моделей МОП-транзисторов
2.3. Особенности построения интегральных резисторов
Расчет номиналов интегральных резисторов
Расчет сопротивлений интегральных резисторов
Правила проектирования топологии резисторов
Температурные вариации сопротивления резисторов
Факторы, влияющие на линейность резисторов
Саморазогрев
Насыщение скорости носителей
Влияние конечных размеров зерен
Модуляция обедненной области
Модуляция проводимости проходящими шинами
Сопротивление контактов
Металлические резисторы
Диффузионные резисторы
Резисторы, выполненные слоем кармана
Поликремневые резисторы
Прецизионная коррекция номинала резисторов
Импульсные свойства резисторов
2.4. Интегральные конденсаторы и емкость межсоединений
Общие сведения
Эквивалентная схема интегрального конденсатора
Емкость межсоединений
2.5. Интегральная индуктивность

3.БАЗОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ
3.1. Токовые зеркала
Общие сведения
Примеры построения токовых зеркал
3.2. Дифференциальные пары
Общие сведения
Примеры построения дифференциальных пар
3.3. Источники тока
Общие сведения
Примеры построения источников тока
Примеры построения блоков автозапуска
3.4. Аналоговые ключи
Общие сведения
Примеры построения аналоговых ключей
3.5. Компараторы
Общие сведения
Блоки компараторов
Примеры построения предусилителя
Примеры построения блоков принятия решения
Примеры построения выходного буфера
Примеры электрических схем компараторов
3.6. Операционные усилители
Основные термины, понятия и характеристики
Классификация ОУ
Элементы схемотехнического построения КМОП ОУ
Входной дифференциальный каскад
Выходной каскад
Промежуточные каскады
Элементы сопряжения промежуточных и выходных каскадов ОУ
Элементы для построения ОУ с повышенной скоростью нарастания выходного напряжения
Элементы для построения полностью дифференциальных ОУ
Частотная коррекция операционных усилителей
Частотная коррекция двухкаскадных ОУ
Коррекция Миллера
Соотношения, используемые при расчете ОУ с коррекцией Миллера
Каскодная коррекция Миллера
Соотношения, используемые при расчете двухкаскадного ОУ с каскодной коррекцией Миллера
Вложенная каскодная коррекция Миллера
Соотношения, используемые при расчете двухкаскадного ОУ с вложенной каскодной коррекцией Миллера
Частотная коррекция трехкаскадных ОУ
Вложенная коррекция Миллера
Соотношения, используемые при расчете трехкаскадного ОУ с вложенной коррекцией Миллера
Разветвленная вложенная коррекция Миллера
Соотношения, используемые при расчете трехкаскадного ОУ с разветвленной вложенной коррекцией Миллера
Частотная коррекция четырехкаскадных ОУ
Примеры построения КМОП ОУ
3.7. Источники опорного напряжения
Общие сведения
Простейшие источники опорного напряжения
Источники опорного напряжения равные ширине запрещенной зоны
Построение PTAT генераторов
Примеры простейших электрических схем ИОН с выходным напряжением равным ширине запрещенной зоны
3.8. Схемы выборки–хранения
Общие сведения
Основные причины неидеальности УВХ
Примеры схемотехнических решений УВХ
Тестирование УВХ
3.9. Цифровые элементы
Комбинационные логические элементы
Некоторые параметры логических элементов схем для различных технологий
Классификация триггеров
Триггеры R–S-типа
Триггеры D-типа
Триггеры D–V-типа
Триггеры S-типа
Триггеры R-типа
Триггеры Е-типа
Триггеры Т-типа
Триггеры T–V-типа
Триггеры R–S–T-типа
Триггеры J–K-типа
Триггеры, построенные по схеме «M–S» (ведущий–ведомый)
Триггеры R–St -типа с инвертором
Триггеры R–St -типа с запрещающими связями
Триггеры R–St -типа с разнополярным управлением
Триггеры Dt-типа, построенные по схеме «M–S»
Триггеры D-типа, построенные по схеме «M–S»
Триггеры J–Kt-типа, построенные по схеме «M–S» с запрещающими связями
Параллельные регистры
Последовательные (сдвигающие) регистры
Счетчики
3.10. Упрощенный малосигнальный анализ элементарных узлов

4. СЛОЖНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ
4.1. АЦП
Основные параметры АЦП
Основные типы АЦП
АЦП с временным перемежением
Параллельный АЦП
1,5-шаговый параллельный АЦП
Интерполирующий АЦП
2-шаговый параллельный АЦП
АЦП сложенного сигнала
АЦП с увеличенным разрешением
Конвейерный АЦП
АЦП последовательного приближения
АЦП последовательного приближения с перераспределением заряда
Алгоритмический АЦП
Интегрирующий АЦП (однотактный)
АЦП двойного интегрирования
4.2. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)
Общие сведения
ЦАП на основе цепи резисторов
Двухкаскадный ЦАП
ЦАП на основе резистивной матрицы
ЦАП на основе R–2R-матрицы
ЦАП с использованием источников тока
ЦАП с перераспределением зарядов
Комбинированный ЦАП
Последовательный ЦАП
4.3. Активные фильтры
Общие сведения
Основные параметры фильтров
Фильтры нижних частот
Фильтр Баттерворта
Фильтр Чебышева
Фильтр Бесселя
Фильтр Кауэра (эллиптический фильтр)
Определение порядка фильтра
Схемы каскадов ФНЧ 1-го и 2-го порядка
Методика расчета ФНЧ Баттерворта, Чебышева и Бесселя
Методика расчета эллиптического ФНЧ
Фильтры верхних частот
Схемы каскадов ФВЧ 1-го и 2-го порядка
Методика расчета ФВЧ Баттерворта, Чебышева и Бесселя
Схемы каскадов ФВЧ Кауэра 1-го и 2-го порядка
Методика расчета ФВЧ Кауэра
Полосовые фильтры
Заграждающие фильтры
Фазовые фильтры
4.4. Схемы с переключаемыми конденсаторами (ПК)
Замещение резисторов схемами с переключаемыми конденсаторами
Типовые схемы на переключаемых конденсаторах
Проектирование фильтров на переключаемых конденсаторах
Масштабирование цепей
Парафазный ФНЧ 1-го порядка
Обобщенное ПК-звено 2-го порядка
4.5. Дельта-сигма АЦП
Структурная схема и основные характеристики DS АЦП
Основные этапы проектирования DS АЦП
DS модулятор 1-го порядка с однофазным входом
DS модулятор 2-го порядка с парафазным входом
DS модулятор 3-го порядка с парафазным входом
Факторы, влияющие на характеристики DS модулятора
4.6. Элементы систем фазовой автоподстройки частоты
Общие положения
Примеры построения петлевых фильтров
Фазовый детектор на элементе исключающее ИЛИ
Фазочастотный детектор
Примеры построения генераторов управляемых напряжением
4.7. Аналоговые вычислительные блоки
Интегратор
Дифференциатор
Логарифмический усилитель
Антилогарифмический усилитель
Логарифмический умножитель
Логарифмический делитель
Дифференциальный усилитель
Суммирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель
Преобразователь ток–напряжение (усилитель тока)
Преобразователь напряжение–ток
Логарифмический преобразователь ток–напряжение
Инструментальный усилитель на двух ОУ
Инструментальный усилитель на трех ОУ (электрометрический вычитатель)
Двухполупериодный выпрямитель с незаземленной нагрузкой
Двухполупериодный выпрямитель с заземленной нагрузкой

5. АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ И СИСТЕМЫ
5.1. Представление аналоговых сигналов
Представление сигналов во временной и частотной областях
Дискретные сигналы
Частотно-временные характеристики системы
Применение преобразования Лапласа для анализа аналоговых цепей
Применение z–преобразования для анализа дискретных цепей
Соотношения между характеристиками аналоговых и дискретных цепей
5.2. Устойчивость систем с обратной связью
Общие сведения
Критерий устойчивости Найквиста
Запас устойчивости операционных схем 2-го порядка и методы его оценки
5.3. Методы оценки граничных частот
Общие сведения
Метод оценки верхней граничной частоты
Метод оценки нижней граничной частоты
Соотношения частотных и временных характеристик для малого сигнала
5.4. Краткие сведения по шумам
Общие сведения
Шумящие двух- и четырехполюсники
Коэффициент шума четырехполюсника
МОП-транзистор, как шумящий четырехполюсник
5.5. Нелинейные искажения. Динамический диапазон многокаскадной системы
Общие сведения
Коэффициент шума многокаскадной системы
Продукты нелинейных искажений
Коэффициент гармоник
Параметры для оценки интермодуляционных искажений
Оценка интермодуляционных искажений в многокаскадной системе
Оптимизация динамического диапазона многокаскадной системы

ПРИЛОЖЕНИЯ
П1. Цифроаналоговая библиотека ОАО «Ангстрем»
П2. Некоторые из аналоговых и цифроаналоговых КМОП-интегральных схем серии 1446, серийно выпускаемых ОАО «Ангстрем»
П3. Некоторые русскоязычные термины и их англоязычные эквиваленты
П4. Единицы измерения, приставки и множители

Список литературы