拉扎维模集英文原版阅读笔记1_拉扎维张鸿学习笔记

第一章 模拟设计介绍

现如今数字ic设计越来越普及，为什么模拟ic设计还有这么大的需求？尽管很多信号处理过程转到了数字设计之中，但很多复杂设计以及高性能设计仍需要模拟电路实现，不论数字设计有多么高级，有些部分模拟电路发挥着不可替代的作用。

自然信号是模拟的，比如声光电都是模拟的多少多少毫伏，毫安，我们需要将模拟信号通过数模转换器转换成数字信号，再对数字信号进行DSP（数字信号处理）。同时，由于模拟信号是十分微小的，同时也带有很多干扰，所以需要对模拟信号使用放大器（Amplifier）进行放大，放大后，使用滤波器对带外信号进行抑制，再通过adc进入数字信号处理。因此，模拟信号的放大器和滤波器也是一大重要研究课题。

在数字通信中，由于长距离信号传输带有损耗，为了减少信号衰减和失真，我们将二进制数据的电平数提升，转换为多进制电平，数模转换器DAC应运而生。电平数提升减缓了带宽需求，然而也需要高精度的ADC和DAC来帮助完成转换的实现。

其他应用场景有:无线接收机、光接收机、传感器、微处理器和存储器。

第二章 基本MOS器件物理

在学模拟集成电路设计之前，最好先学习量子力学，固体物理学，半导体物理学和器件。但在学习电路时我们只需将半导体器件当作一个黑盒子，只需要关注他的终端电压和电流即可。

第二章介绍了MOS管结构，推导了IV电流特性，介绍了二级效应（体效应和沟道长度调制效应）以及亚阈值传导，寄生电容，小信号模型怎么推导。

首先MOS管到底是什么？我们其实可以将MOS管看成一个开关，当Vg电压高的时候开关导通，电流从S极流向D极，当Vg电压低的时候，S极和D极之间没有电流。那么电压为多少的时候判断电压是高还是低呢?也就是阈值电压是多少呢？电流导通的时候源和漏之间的等效电阻又是多少呢？等效电阻跟栅极电压大小的关系又如何呢？这是我们要学习的内容。

由漏电流公式可知：Vds一定时，栅极电压越大，漏电流越大；栅极电压一定时，漏电流随漏电压呈抛物线变化趋势，当漏电压等于过驱动电压时抛物线达到最高点，漏电流最大。Id的电流公式每个人随时都要会默写。

三极管区：漏极电压从0到抛物线顶点的范围内称为三极管区，三极管区的电流变化是线性的，也就是说漏电流Id随漏电压Vds的增大而增大（因此三极管区也被称为线性区）。这时mos管可以等效成一个电阻，等效电阻阻值大小由1.1表示。

深三极管区：当漏电压Vds远小于过驱动电压（Vgs-Vth）时，同样也是线性的，此时我们称mos管工作在深三极管区（deep triode region）。其I-V特性曲线如图所示，在Vds<<2（Vgs-Vth）时，特性曲线近似为直线。

此时，mos管可以作为一个阻值由过驱动电压控制的电阻进行使用。其等效阻值由宽长比和过驱动电压影响。与双极型晶体管不同的是，mos管即使没有传输电流也有可能导通。

线性区等效阻值

深三极管区的mos管等效为可控线性电阻

mos管作为电阻的使用，在模拟电路中经常会用到。

饱和区：当源漏电压进一步增大时，漏电流并不像理论公式一样会下降，而是进入稳定不变的状态，在这个区域我们称其为饱和区。

饱和区的特性曲线

如阴影部分所示，当Vds>Vgs-Vth，即漏源电压大于过驱动电压时，mos管的漏电流Id并不像线性区一样以抛物线的形式变化，而是以某个值稳定不变，这个值的大小取决于很多因素，其中一个因素即是图中的三条曲线，栅源电压Vgs，在饱和区，Vgs越大，漏电流Id就越大。Id的值为：

nmos饱和电流大小

pmos饱和电流大小

为什么pmos这里用的是负号，区别在于nmos中流动的是电子，电子从D流向S。而pmos中流动的是空穴，pmos中的空穴从S流向D。我们假设Id流动的方向是D向S，因此pmos中Id的大小带有负号。

由于空穴的迁移率比电子低，因此pmos管的驱动能力比nmos管低。

饱和区的mos管可以作为电流源使用。电流源是模拟电路中一个非常重要的元件。要么向地注入电流，要么从Vdd抽取电流。

跨导：在饱和区工作时。我们需要一个系数来定义mos管电压到电流的转化能力，这个系数就叫跨导gm。gm越大，Vgs变化引起Id变化越大；gm越小，Vgs变化引起Id变化越小。