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目 录1

符号表1

第一篇集成电路设计基础5

第一章集成电路引论5

1-1展望5

经济性6 可靠性7 性能7

1-2制造过程的定性说明8

单晶单块法8 介质隔离法8 薄膜法9 混合集成电路9

第二章制造的限制和一般设计准则11

2-1单晶单块电路的制造11

光刻和氧化物掩蔽11 扩散12 外延12 金属化13

2-2单晶单块电路的元件13

瞬态性质115功率－延迟时间乘积115

晶体管13 扩散电阻15 电容15

2-3单晶单块电路的制造步骤16

2-4相容薄膜电路20

2-5介质隔离的单块电路21

2-6多片混合电路22

2-7集成电路的寄生效应23

p-n结24 扩散电阻24 金属－氧化物－硅电容24 单块电路晶24

体管24 介质隔离晶体管和混合电路晶体管24 有源寄生（单块24

电路中的寄生晶体管作用）24

2-8一般设计准则25

单晶单块电路25 相容薄膜法26 介质隔离26 混合电路26

小结26

2-9电路设计准则26

单块电路26 混合电路27

2-10图形设计准则27

单块电路27 混合电路27

参考资料28

第三章大信号晶体管模型的概述29

3-1常用的晶体管模型29

3-2数学模型30

基本方程30 p-n结31

3-3均匀基区晶体管33

数学模型33 运用区33 基区的直接解34

3-4埃伯斯－莫尔模型35

有源区35

3-5电荷控制模型37

3-6集总模型39

3-7结电容40

3-8均匀基区晶体管各模型的比较41

3-9非线性模型引言42

参考资料44

4-1引言45

第四章 非线性晶体管模型45

4-2假设和近似46

4-3基区的分析48

连续性方程48 内建电场49 连续性方程的解50 结电流50

4-4集电区的分析52

4-5双结晶体管的完全解52

双结模型的某些性质53 短路电流增益54

4-6晶体管模型频率关系的简化54

极点和零点的分布55 泰勒展开 55 近似模型56 近似式的性57

质57

4-7多结器件58

三结n-p-n-p晶体管58 横向p-n-p晶体管60

4-8晶体管的频率关系61

4-9分段线性模型和小信号模型66

分段线性模型的讨论69

分段线性p-n结的V-I关系66 分段线性模型68 小信号模型69

4-10非线性模型参数的测量72

直流测量72 非线性模型时间常数的测量73

4-11小结78

参考资料78

第五章集成电路的寄生效应79

5-1结电容79

5-2扩散电阻81

扩散电阻的平均电容82扩散电阻的解83扩散电阻的集总近似84

5-3金属－氧化物－硅电容器86

5-4单晶单块集成电路晶体管的无源寄生87

集电极电阻88 衬底电阻92 集电极－衬底电容92 集电极寄95

生的计算实例93 集电极寄生模型的简化95

5-5混合集成电路晶体管和介质隔离集成电路晶体管中的寄生95

5-6有源寄生（寄生晶体管作用）96

5-7小结99

参考资料99

第二篇集成逻辑电路101

第六章逻辑电路的端参数表征101

6－1逻辑功能101

6-2实现逻辑操作的电路102

发射极耦合逻辑（ECL）102直接耦合晶体管逻辑（DCTL）103

二极管－晶体管逻辑（DTL）104 晶体管－晶体管逻辑（T2L）105

存储电路（触发器）105

6-3逻辑电路的表征106

直流端参数的表征107分析方法110瞬态响应的表征111

6-4性能估计111

工作点111 逻辑摆幅、阈点、单位增益点和过渡宽度112 噪声容115

限、噪声灵敏度和抗扰度113最坏情形特性114 功率损耗115

参考资料116

6-5小结116

第七章发射极耦合逻辑117

7-1发射极耦合逻辑门及其等效电路117

7-2 ECL门的直流特性118

转移特性119 噪声灵敏度、噪声容限和过渡宽度121 最坏情形下126

的转移特性124输入特性126输出特性126

7-3功率损耗127

7-4瞬态分析128

输入电容和基极响应129集电极电容132集电极响应133发射137

极跟随器响应137

7-5设计最佳化138

总开关时间138设计方程139

7-6设计实例140

延迟时间143

近）142 Rc1和Re的寄生电容（第一次逼近）143最终设计143

输入电容（耗尽层分量）141 集电极电容142 功率分配（第一次逼143

7-7 ECL门的变型144

7-8结论146

参考资料147

一般参考资料147

第八章直接耦合晶体管逻辑148

8-1集成DCTL图形设计考虑148

有源寄生149无源寄生149

8-2 DCTL的非线性直流分析153

反相器特性153 DCTL特性155

8-3分段线性分析157

一般程序158 折点158 近似159 折点方程161 分段线性特163

性163

8-4瞬态分析164

接通瞬态166关断瞬态171

8-5集成DCTL设计考虑176

逻辑摆幅和过渡宽度177噪声容限177最坏情形考虑178最大181

扇出179功率－延迟乘积181

8-6小结182

第九章二极管－晶体管逻辑183

9-1集成电路二极管184

多层二极管组态184二极管直流特性184寄生晶体管作用185

正向压降187二极管电容189二极管存储时间190反向击穿电191

压191 DTL二极管的选择191

9-2集成DTL图形设计考虑192

有源寄生193无源寄生194输入二极管簇的制造194输入簇的197

附加寄生196补偿二极管、电阻和晶体管的寄生197

9-3 DTL的非线性直流分析199

9-4分段线性分析202

折点203近似203折点电流和折点电压205

9-5瞬态分析208

接通时间常数208二极管和晶体管近似209接通瞬态209关断211

瞬态211

9-6 DTL设计考虑213

逻辑摆幅和过渡宽度213噪声容限214最坏情形考虑214最大214

扇出214功率－延迟时间乘积214

9-7 DTL门的变型215

9-8小结216

参考资料216

第十章晶体管－晶体管逻辑217

10-1集成T2L的图形设计考虑217

有源寄生218无源寄生219

10-2 T2L的非线性直流分析219

T2L的特性曲线219 T2L的“抢电流”现象220

10-3分段线性分析225

10-4 T2L的瞬态分析228

接通瞬态228关断瞬态231

10-5T2L设计考虑232

10-6 T2L门的变型233

10-7小结234

第十一章集成逻辑电路的比较236

11-1直流端参数特性曲线的比较236

反向转移特性曲线242

11-2单晶单块数字电路的直流转移特性和电源特性242

11-3直流性能表245

11-4集成逻辑门瞬态特性的比较249

11-5延迟时间表253

11-6集成数字系统中的噪声257

串扰——集总参数法258实验结果（集总参数法）260 串扰——分271

布参数分析263 分布情形的实验结果265 电源噪声270外生噪271

声271

11-7数字集成电路的结束语272

超高速范围272 高速范围274 中速范围274 低功率范274

围274

参考资料275

第三篇线性集成电路277

第十二章集成晶体管的小信号特性277

12-1集成晶体管的小信号模型277

常用的小信号模型277交流电流集聚280交流集聚影响性能的条281

件281

12-2二对端增益和稳定度函数282

益285

12-3集成晶体管的增益函数和稳定度函数285

可用功率增益和增益-稳定度乘积284 可用功率增益和转换功率增285

单向功率增益283不变稳定度因子283最高振荡频率283最大285

单向功率增益和最高振荡频率285 稳定度因子288 增益－稳定度291

乘积和最大可用增益291

12-4集成电路晶体管的噪声292

集成晶体管的噪声模型292单级噪声指数294单级噪声指数的比296

较296最佳单级噪声指数296

12-5集成两级级联的噪声性能297

级联噪声指数298最佳级联噪声指数300最佳级联噪声指数的比302

较300变压器耦合302

12-6小结303

参考资料304

第十三章直流和差动放大器305

13-1差动放大器305

13-2集成晶体管对的优点306

13-3差动放大器分析307

分析程序307平衡放大器的分析309推广到不平衡电路309

13-4差动放大器的频率性能311

13-5差动放大器的噪声312

13-6集成与分立差动放大器的比较312

13-基本差动放大器的变型314

13-8图形设计考虑316

13-9小结317

参考资料318

第十四章高频调谐放大器319

14-1宽带放大器的设计319

噪声指数320 增益和稳定度320电路组态的选择320卡斯科级322

的分析321偏置和自动增益控制322

14-2中频放大器的设计323

中频级设计323 中频级的图形设计324检波器和视频放大器325

封装326完整的中频放大器的组装327 中频放大器的性能328

14-3窄带放大器的设计329

设计程序330 图解设计程序332负载导纳337输入导纳338

兰维耳图338

14-4窄带放大器的设计实例340

电路组态340 自动增益控制342小信号性能的计算342 120兆349

周放大器的设计345 带宽347 200兆周放大器的设计实例349

14-5小结350

参考资料351

第十五章不用电感的选频放大器352

15-1有源RC网络352

负导抗转换器352回转器354具有控制源的网络355

15-2利用单位增益控制源的RC有源网络356

15-3数字滤波器359

15-4小结361

参考资料362

第十六章回顾与展望364

16-1提要364

直流与低频放大器364带通放大器364

16-2集成电路对系统封装和设计的影响365

系统封装365系统设计371

16-3集成电路网络理论372

16-4微电路物理尺寸的理论限度372

16-5集成电路与神经元373

参考资料376

附录A埃伯斯－莫尔模型、电荷控制模型和集总模型的推导377

附录B发射极耦合逻辑的共发射极电流和饱和效应390

附录C用于分段线性瞬态分析的单指数近似395

附录D数字集成电路的测量方法402

附录E级联噪声指数的比较409

附录F控制源及非最佳网络412