模拟CMOS集成电路设计复习提纲
一、 课程核心内容回顾
- CMOS工艺与器件基础
- CMOS工艺流程简介（光刻、刻蚀、注入、淀积等）。
- 长沟道MOSFET工作原理：结构、I-V特性方程（饱和区、线性区、亚阈值区）、跨导、输出阻抗、本征增益。
- 二级效应：体效应、沟道长度调制效应、亚阈值导电、速度饱和、短沟道效应等。
- 寄生电容与电阻的来源与建模。
- 单级放大器
- 共源极放大器：大信号与小信号分析、增益、输入输出阻抗、频率响应（米勒效应）。
- 源极跟随器（共漏极）：电平移位功能、增益、输入输出阻抗。
- 共栅极放大器：电流缓冲功能、增益、输入输出阻抗。
- 共源共栅（Cascode）结构：提高输出阻抗和增益的原理，折叠式共源共栅。
- 差分放大器：差模与共模信号分析、差模增益、共模抑制比、输入共模范围、输出摆幅。
- 电流镜与偏置电路
- 基本电流镜：匹配性、输出阻抗。
- Cascode电流镜：提高输出阻抗和匹配精度。
- Widlar电流源、带隙基准电压源原理（与温度无关的基准）。
- 各类放大器的偏置电路设计考虑。
- 频率响应与稳定性
- 系统传递函数与极零点分析。
- 主极点近似、增益带宽积、转换速率（压摆率）。
- 频率补偿技术：极点分离、米勒补偿、前馈补偿。
- 相位裕度与稳定性判据（奈奎斯特、波特图）。
- 噪声
- 噪声类型：热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）。
- MOSFET噪声模型（等效输入噪声电压/电流）。
- 单级放大器与差分对的噪声分析。
- 噪声系数与噪声温度的概念。
- 运算放大器
- 两级运放结构：第一级（差分输入，高增益），第二级（共源输出，大摆幅）。
- 运放性能参数：开环增益、单位增益带宽、相位裕度、转换速率、输入失调电压、共模抑制比、电源抑制比、输入输出范围。
- 套筒式与折叠式共源共栅运放。
- 运放的频率补偿与零极点分析。
- 反馈
- 反馈的基本概念与四种拓扑结构（电压-电压、电压-电流、电流-电压、电流-电流）。
- 反馈对增益、带宽、输入输出阻抗的影响。
- 环路增益计算与稳定性分析。
- 振荡器与数据转换器基础
- 振荡器起振条件（巴克豪森准则）。
- LC振荡器、环形振荡器原理。
- 数模转换器与模数转换器的基本类型与关键参数（分辨率、精度、速度、信噪比）。
二、 复习重点与方法
- 掌握核心推导：理解并能够推导关键公式（如本征增益、各类放大器增益、输出阻抗、主极点频率等）。
- 对比分析与记忆：对比不同放大器结构（共源、源随、共栅、差分）的性能特点（增益、输入/出阻抗、应用场景）。
- 图解理解：熟练绘制放大器的大信号转移特性曲线和小信号等效电路，结合波特图分析频率响应。
- 参数计算与设计：能够根据指标要求（增益、带宽、摆幅、功耗等）估算器件尺寸（W/L）、偏置电流等。
- 真题与习题练习：重点练习课后习题、往年考题，特别是涉及多知识点综合的分析与计算题。
三、 典型问题与设计思路
- 如何提高放大器的增益？
- 如何扩展放大器的输出摆幅或输入共模范围？
- 如何对一个给定的运放进行频率补偿以达到期望的相位裕度？
- 如何分析并降低电路的噪声？
- 给定一个系统指标，如何选择放大器拓扑并确定晶体管尺寸和偏置？
四、 考试注意事项
- 审题清晰，明确题目要求的分析内容（直流、交流、瞬态、噪声等）。
- 解题步骤完整：画出等效电路、列出方程、推导结果、必要时进行近似。
- 注意单位换算和数量级估算。
- 对于设计题，思路比单纯的计算结果更重要，需阐明设计权衡过程。
祝大家复习顺利，考试取得优异成绩！
