譯者序片上系統(tǒng)（System on Chip，SoC）集成需求正不斷增大，由于線性穩(wěn)壓器具有噪聲小、對負(fù)載突變的響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在模擬和混合信號芯片中占據(jù)越來越重要的地位。
      本書是佐治亞理工學(xué)院Rincón-Mora教授的最新著作，是作者20多年的商用電源微電子芯片開發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及引領(lǐng)電源和能量調(diào)節(jié)集成電路領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的杰出研究工作的總結(jié)。本書組織嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容豐富，涵蓋了包括固態(tài)半導(dǎo)體理論、電路設(shè)計(jì)、模擬電路基本單元分析、反饋和偏置電路、頻率響應(yīng)、集成電路設(shè)計(jì)以及電路保護(hù)等模擬集成電路設(shè)計(jì)的所有基本方面。并且，在講授這些內(nèi)容時，本書十分強(qiáng)調(diào)直覺和直觀，通過本書的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)讀者對于模擬電路的洞察力。本書的另一個特色是，整本書就是一個自頂向下再到頂（top-down-top）的設(shè)計(jì)實(shí)例，以線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的角度，從抽象視角開始系統(tǒng)分析，然后進(jìn)入器件級進(jìn)行基礎(chǔ)分析，之后逐漸上升到電路設(shè)計(jì)，最后再到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但最終設(shè)計(jì)以晶體管級的形式實(shí)現(xiàn)。因此，本書是一本十分難得的兼具實(shí)用性和學(xué)術(shù)價(jià)值的參考書籍。
      本書由華中科技大學(xué)的陳曉飛組織翻譯，參加翻譯工作的人員主要有陳曉飛、鄒望輝、劉政林和鄒雪城。在本書的翻譯工作中，華中科技大學(xué)超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心的劉小瑞、張纓潔、王玄、許澤華、資海平、董一帆、鄒大鵬等研究生同學(xué)提供了許多幫助并參加了部分內(nèi)容的翻譯，機(jī)械工業(yè)出版社劉星寧老師給予了很大支持，在此一并表示衷心的感謝。
      譯者2016年4月模擬集成電路設(shè)計(jì)以LDO設(shè)計(jì)為例（原書第2版）原 書 前 言原 書 前 言我寫作本書第1版的初衷是為了介紹、討論并分析怎樣設(shè)計(jì)、仿真、構(gòu)建、測試和評估線性低壓差（Low DropOut，LDO）穩(wěn)壓器集成電路。LDO穩(wěn)壓器集成電路在現(xiàn)代生活和新興的最先進(jìn)應(yīng)用中起到了重要的作用，并且隨著片上系統(tǒng)（SoC）集成需求的不斷增大，在持續(xù)推動已有市場的同時，開創(chuàng)出更多新市場，這些因素構(gòu)成了寫作本書第1版的動力。事實(shí)上，由于噪聲的普遍性，輸入信號的未知性，以及功能負(fù)載要求負(fù)載點(diǎn)（Point of Load，PoL）穩(wěn)壓器消耗極少的功率就可以產(chǎn)生精確且快速響應(yīng)的電源電壓，因此，現(xiàn)在不包含功率調(diào)整特性的傳統(tǒng)混合信號芯片必須將系統(tǒng)和PoL電源整合在一起。在穩(wěn)壓器選擇方面，由于開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出包含了大量噪聲，而這是不能容忍的，因此線性穩(wěn)壓器在模擬和混合信號芯片中占據(jù)了重要地位。
      然而，對于線性穩(wěn)壓器的教學(xué)，若沒有相關(guān)模擬集成電路基礎(chǔ)的介紹，將是不完整的。因此，與業(yè)界流行書籍的寫作方式類似，本書也介紹模擬集成電路的基本理論，但是本書將從模擬集成電路直觀、面向設(shè)計(jì)的角度來介紹模擬集成電路設(shè)計(jì)，我認(rèn)為這在設(shè)計(jì)芯片時是非常有用和必要的。該理念是，不需要借助于工具書上的公式（這些公式的成立前提并非總是適用，特別是在開發(fā)新技術(shù)時），對預(yù)測半導(dǎo)體器件的各自特性和在電路中的組合特性有必要的認(rèn)識。當(dāng)然，具備了這樣的洞察力，讀者將可能具備重現(xiàn)和驗(yàn)證教科書上已有的公式和理論的能力。
關(guān)于本書第2版
      本書第2版旨在擴(kuò)充、提高和更新第1版的描述，以使概念和研究進(jìn)展更加清晰和深刻。從很多角度來看，本版都是一本全新的書。首先，我重組了章節(jié)并重寫了內(nèi)容，同時更新了幾乎全部的公式和圖標(biāo)，增加了實(shí)例和思考題，并幾乎在每個章節(jié)都增加了新的內(nèi)容。此外，本書還包括關(guān)于偏置電流和基準(zhǔn)電路的一個章節(jié)，像大部分的模擬系統(tǒng)一樣，線性穩(wěn)壓器必須依靠它們才能被喚醒和正常工作。
      舉例來說，第1版的第1章，在本版中被分為兩個部分：一個部分介紹電源系統(tǒng)；另一部分更具體地介紹線性穩(wěn)壓器。類似地，第3章也被分為兩個部分：一個部分介紹單晶體管基本單元；另一部分介紹模擬電路基本模塊。第1~3章中新的內(nèi)容包括帶寬延時、品質(zhì)因子、開放式設(shè)計(jì)變量、偏置點(diǎn)、小信號、絕對和相對精度，以及金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）中的亞閾值、弱反型、MOS電容和溝道電阻等內(nèi)容。第4章和第5章中新的內(nèi)容包括二端口模型、頻率響應(yīng)、信號流、信號延時、增益分析、直接轉(zhuǎn)換、基極退化、基極/柵極耦合差分對和折疊式共源共柵放大器等，其中包括關(guān)于轉(zhuǎn)換速度、電源抑制、輸入?yún)⒖际д{(diào)和噪聲的討論。
       除了一些基本概念之外，第6章中關(guān)于負(fù)反饋的描述完全是新的。關(guān)于靈敏度、頻率響應(yīng)、噪聲、線性度、反饋結(jié)構(gòu)、嵌入式和并行式反饋環(huán)的內(nèi)容都是新的，同時本章還介紹了13個反饋實(shí)例，并對負(fù)反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入解析。第7章也是新章節(jié)，內(nèi)容包括帶隙電路中的正溫度系數(shù)（Proportional To Absolute Temperature，PTAT）和負(fù)溫度系數(shù)（Complementary To Absolute Temperature，CTAT）電流、溫度補(bǔ)償、啟動、頻率補(bǔ)償和噪聲抑制。第10章和第11章介紹了電源抑制性能提高技術(shù)和基準(zhǔn)電壓修調(diào)技術(shù)。
目標(biāo)讀者
       本書從線性穩(wěn)壓器的角度，借助大量的實(shí)例，向初級微電子工程師介紹了整個模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程，并引導(dǎo)其熟悉應(yīng)用。同時，本書也可以對幾乎沒有線性穩(wěn)壓器和集成電路設(shè)計(jì)概念的電力電子領(lǐng)域模擬電路工程師起到啟蒙引導(dǎo)作用。當(dāng)然，本書也適用于有經(jīng)驗(yàn)的電源集成電路設(shè)計(jì)工程師，相信本書不僅能幫助他們在回顧模擬電路和線性穩(wěn)壓器的理論時有更深刻的理解，而且能從最新的線性穩(wěn)壓器的技術(shù)發(fā)展中得到啟發(fā)和激勵。
組織
      本書分為11個章節(jié)。第1章和第2章類似于產(chǎn)品定義階段（但是以更偏向?qū)W術(shù)的方式），這個階段，半導(dǎo)體公司通過定義產(chǎn)品的作用和工作目標(biāo)來評估設(shè)計(jì)工作的難度，在此處，針對的是線性穩(wěn)壓器。然而，在承擔(dān)某項(xiàng)設(shè)計(jì)工作之前，一個沒有經(jīng)驗(yàn)的工程師必須在模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，這也是第3~7章討論的內(nèi)容，即固態(tài)電子學(xué)理論和器件、單晶體管基本單元、模擬電路基本模塊、負(fù)反饋和偏置電路。有了這些背景知識，第8章又回到了線性穩(wěn)壓器，更具體地介紹了線性穩(wěn)壓器的小信號響應(yīng)，這對應(yīng)于原型開發(fā)周期的第二階段，在此階段，設(shè)計(jì)者可以運(yùn)用第3~6章中討論的電路和反饋理論著手設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以滿足第1~2章提出的要求。
      第9~10章結(jié)合第3章的器件知識、第4~6章的電路理論和第8章的補(bǔ)償策略設(shè)計(jì)實(shí)際的穩(wěn)壓器電路，首先是第9章器件級設(shè)計(jì)，然后進(jìn)入第10章系統(tǒng)級設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)者的角度來看，因?yàn)樗�有的模擬電路的設(shè)計(jì)訓(xùn)練以及芯片設(shè)計(jì)都會重點(diǎn)關(guān)注這部分內(nèi)容，所以這兩章就是開發(fā)流程的重點(diǎn)。本書的最后一章即第11章討論集成電路的保護(hù)和特性，這也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的最后兩個步驟。整體來看，本書是一個自頂向下再到頂（Top-Down-Top）的設(shè)計(jì)實(shí)例，全書從抽象視角開始系統(tǒng)分析，然后進(jìn)入器件級進(jìn)行基礎(chǔ)分析，之后逐漸上升到電路設(shè)計(jì)，最后再到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但最終設(shè)計(jì)以晶體管級的形式實(shí)現(xiàn)。
      初級工程師可以按照順序?qū)W習(xí)本書全部11章的內(nèi)容，回顧整體設(shè)計(jì)流程，充分學(xué)習(xí)模擬集成電路設(shè)計(jì)；也可以只看特定的章節(jié)以加強(qiáng)對特定模擬電路設(shè)計(jì)原則的理解，比如第3~7章關(guān)于器件、電路、反饋與偏置，第1~2章和第8~10章關(guān)于線性穩(wěn)壓器集成電路，第11章關(guān)于保護(hù)與特性。對于一個幾乎未涉足過穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域但有一定經(jīng)驗(yàn)的模擬電路設(shè)計(jì)工程師，可以不需要回顧基本模擬電路原理，直接參考第1~2章和第8~11章學(xué)習(xí)穩(wěn)壓器的特定知識。另外，資深穩(wěn)壓器芯片設(shè)計(jì)者也可以通過第1~2章和第8~11章加深對現(xiàn)有技術(shù)的理解，同時在第3~7章中回顧模擬集成電路的設(shè)計(jì)原則。
      為了方便讀者找到目標(biāo)章、節(jié)和小節(jié)，我盡量使每一章都獨(dú)立，將我認(rèn)為彼此相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容放在一起，且針對特定內(nèi)容劃分小節(jié)、合理命名。希望通過這樣的方式，工程師們可以更容易地找到他們感興趣的部分，并且通過內(nèi)容導(dǎo)航到相關(guān)章節(jié)。
關(guān)于寫作
      總體而言，本書全面介紹了模擬集成電路的設(shè)計(jì)方法，包括固態(tài)半導(dǎo)體理論、電路設(shè)計(jì)、模擬電路基本模塊分析、反饋概念與偏置電路、頻率響應(yīng)、集成電路設(shè)計(jì)以及電路的保護(hù)與特性。與其他模擬電路書籍不同的是，本書強(qiáng)調(diào)模擬集成電路設(shè)計(jì)直觀，并將其應(yīng)用于基準(zhǔn)電路和線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)。本書呈現(xiàn)的風(fēng)格、形式和思想方式是我在該領(lǐng)域超過20年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)：作為一個模擬集成電路設(shè)計(jì)師，開發(fā)了多款商用電源微電子芯片；作為教授和研究員，在電源和能量調(diào)節(jié)集成電路領(lǐng)域引領(lǐng)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展。
      從工業(yè)界的角度，我發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的藝術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的價(jià)值，因此，本書強(qiáng)調(diào)直覺和直觀、系統(tǒng)目標(biāo)、可靠性和設(shè)計(jì)流程。作為一個學(xué)者，我堅(jiān)持學(xué)習(xí)教學(xué)展示的藝術(shù)，理解技術(shù)深度的價(jià)值，跳出慣性思維的束縛。因此讀者會在本書中發(fā)現(xiàn)，我試圖呈現(xiàn)一個兼具實(shí)用性和學(xué)術(shù)價(jià)值的模擬集成電路和線性穩(wěn)壓器集成電路設(shè)計(jì)方法。毋庸置疑，我還有許多東西需要學(xué)習(xí)，盡管如此，希望我對本書的付出和對該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)能夠贏得廣大讀者的充分支持，并希望讀者對于書中的不足、矛盾和不準(zhǔn)確描述給予諒解。
      GabrielAlfonso Rincón-Mora博士模擬集成電路設(shè)計(jì)以LDO設(shè)計(jì)為例（原書第2版）原書前言原書前言當(dāng)今電子工業(yè)中，迫切需要理解EOS源、識別EOS并提供EOS可靠產(chǎn)品。由于制造業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和系統(tǒng)不斷變化，可靠性的需求及EOS魯棒產(chǎn)品也在不斷變化。本書就是將基本EOS現(xiàn)象與當(dāng)今真實(shí)世界環(huán)境聯(lián)系起來。
      鑒于有意義的書籍就是在今天對于片上ESD設(shè)計(jì)的教授也是有用的，本書就是使讀者對EOS有一個基本的了解。對于專家、 非專家、非技術(shù)人員及普通人,了解當(dāng)今世界問題也是有必要的。今天，我們周圍的現(xiàn)實(shí)世界的EOS問題無處不在，會發(fā)生在制造環(huán)境、電源、機(jī)械、執(zhí)行器、電磁閥、電烙鐵、電纜和照明各行各業(yè)中。當(dāng)有開關(guān)、接地不良,接地回路,噪聲和瞬變現(xiàn)象時，將會在EOS器件和印制電路板上產(chǎn)生一個電勢。因此，對于專家及非專家，都需要了解并處理身邊的EOS問題，進(jìn)而來避免它。
      圍繞該主題的第一個關(guān)鍵問題是觀念，EOS難以量化和定義。在ESD開發(fā)早期,這種看法也是真實(shí)的。結(jié)果是當(dāng)今就沒有關(guān)于EOS的教科書，據(jù)了解，系統(tǒng)與產(chǎn)品良率效益的較顯著的百分比是與EOS相關(guān)的。
第二個關(guān)鍵問題是信念，即EOS中很難區(qū)分的ESD失效。但該區(qū)分對于定義器件或系統(tǒng)失效的根源很重要。因此，在本書中，將會再次強(qiáng)調(diào)。
      第三個關(guān)鍵問題是不可能在相同的講座、教程、資源或教科書中將EOS和ESD魯棒產(chǎn)品的技術(shù)與方法一起探討。實(shí)際情況是關(guān)于電磁兼容（EMC）和ESD的探討及培訓(xùn)通常是分別講授的。
本書有多個目標(biāo)。
1)講授EOS的基礎(chǔ)與概念，以及與它們相關(guān)的半導(dǎo)體制造、操作及封裝中真實(shí)世界中的工序。
2)為EOS量化提供雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，突出數(shù)學(xué)和物理分析。在這種方式中，理解熱物理作用和關(guān)系是至關(guān)重要的。
3)區(qū)分EOS和ESD。通過重點(diǎn)關(guān)注脈沖波形和時間尺度來實(shí)現(xiàn)。本書將不斷通過從源到數(shù)學(xué)模型來強(qiáng)化它們之間的差異。
4)討論與其他學(xué)科的交叉，如電磁干擾（EMI）、EMC和閂鎖。
5)向讀者揭示EOS測試以及半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。我們將再次區(qū)分EOS和ESD之間的測試和標(biāo)準(zhǔn),同時揭示如何進(jìn)行半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)的EOS保護(hù)。
6)展示如何對半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)同時進(jìn)行EOS和ESD事件保護(hù)。
7)講授在不同工藝類型（如數(shù)字、模擬功率電子）下的EOS問題。
8)要突出電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）方法設(shè)計(jì)EOS魯棒性產(chǎn)品。我們將再次明確區(qū)別EOS、ESD和閂鎖的EDA解決方案。
9)從測量到審核，討論制造環(huán)境相關(guān)的EOS項(xiàng)目管理，以確保EOS保護(hù)區(qū)。
10)初步了解當(dāng)前和未來的新的納米結(jié)構(gòu)和納米系統(tǒng),同時提供對未來需求的洞察，以及在未來數(shù)年中對EOS關(guān)注的程度。
本書將包含如下內(nèi)容：
第1章簡要介紹EOS相關(guān)的基礎(chǔ)與術(shù)語。在第1章中，奠定了EOS基礎(chǔ)。第1章開啟了EOS定義以及和其他現(xiàn)象的關(guān)系（如ESD、EMI、EMC和閂鎖）的對話。在我們的討論中，重點(diǎn)是從ESD區(qū)分EOS。因此，將通過本書區(qū)別失效分析、時間常數(shù)與其他識別和分類的手段的差異。同時也強(qiáng)調(diào)了定義EOS中安全工作區(qū)（SOA）及其作用的計(jì)劃。
      在第2章中，介紹理解EOS的數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)。本章的目標(biāo)是闡述功率失效、時間常數(shù)及材料相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理模型。本章將提供必要的工具了解方程和過去推導(dǎo)的電熱模型的物理限制。本章的關(guān)鍵點(diǎn)是，ESD時域?qū)�從EOS時域中分出，提請注意這些處理中區(qū)分功率失效的解決方案。進(jìn)行深入討論的主要原因是為了表明EOS現(xiàn)象能夠進(jìn)行量化和理解——要針對懷疑論者，他們認(rèn)為這種量化不是一門科學(xué)。
      在第3章中，本書重點(diǎn)將回到EOS相關(guān)的源和失效機(jī)制實(shí)踐探討。EOS源包括機(jī)械、電磁閥、執(zhí)行器、電纜和照明。區(qū)別來自元器件的失效、焊盤、鍵合線、封裝等EOS失效機(jī)制。在這一章中，對于來自ESD的EOS特定失效也將給予關(guān)注。
第4章重點(diǎn)關(guān)注EOS失效機(jī)制和失效分析。本章簡要介紹失效分析過程、失效分析技術(shù)和工具。同時展示了通過不同的失效分析工具得到的ESD和EOS失效結(jié)果的實(shí)例。
      在第5章中，將討論EOS和ESD測試技術(shù)和測試標(biāo)準(zhǔn)。EOS測試方法包括系統(tǒng)級測試（如IEC61000-4-2）和與EOS有關(guān)的瞬態(tài)浪涌標(biāo)準(zhǔn)（IEC61000-4-5）。本章還探討ESD測試實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，如人體模型（HBM）、機(jī)器模型（MM）、充電裝置模型（CDM）、傳輸線脈沖（TLP）和超快傳輸線脈沖（VF-TLP）以及系統(tǒng)測試。系統(tǒng)級測試開始向EOS現(xiàn)象過渡（例如，電纜放電事件和CDE），因此測試將是我們討論的一部分。
      第6章將針對不同的半導(dǎo)體工藝（從CMOS、雙極型、LDMOS到BCD）中的EOS以及不同的應(yīng)用空間產(chǎn)生的問題展開討論。關(guān)注點(diǎn)主要是什么技術(shù)可以解決功率與EOS魯棒性的問題。
      EOS設(shè)計(jì)是第7章的重點(diǎn)。一個關(guān)鍵的問題是如何區(qū)分ESD設(shè)計(jì)與EOS設(shè)計(jì);另一個關(guān)鍵的問題是在給定的芯片或系統(tǒng)中怎樣同時實(shí)現(xiàn)ESD設(shè)計(jì)和EOS設(shè)計(jì)。本章包括產(chǎn)品定義、規(guī)格、技術(shù)特征到自頂向下和自底向上的設(shè)計(jì)方法、布局規(guī)劃,同時也展示了處理過電流及過溫控制電路設(shè)計(jì)的用處。
      在第8章中，將討論EOS保護(hù)器件。這些包括轉(zhuǎn)折器件與電壓觸發(fā)器件等。采用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）、晶閘管浪涌保護(hù)器件（TSPD）、金屬氧化物壓敏電阻（MOV）、導(dǎo)電聚合物、氣體放電管（GDT）、熔斷器、斷路器和其他器件實(shí)現(xiàn)EOS保護(hù)。這些EOS保護(hù)器件與那些用于ESD的保護(hù)器件有明顯差別。
      在第9章中，討論了系統(tǒng)級的問題和解決方案。重點(diǎn)是量產(chǎn)與制造環(huán)境中的EOS控制。本章討論預(yù)防行動、后端工藝控制及產(chǎn)品區(qū)域操作。
      在第10章中，討論了EOS的EDA技術(shù)與方法。采用設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）、版圖與原理圖對照（LVS）及電氣規(guī)則檢查（ERC）方法進(jìn)行ESD和EOS檢查及驗(yàn)證。在本章中，展示了當(dāng)今應(yīng)用于EOS環(huán)境的方法。
      在第11章中，討論了EOS項(xiàng)目管理流程。本章將展示設(shè)計(jì)評審、設(shè)計(jì)檢查、糾正措施、審核及設(shè)計(jì)提交過程等主題，以確保產(chǎn)品的EOS魯棒性。
      在第12章中，討論未來結(jié)構(gòu)及納米器件中的EOS。本章討論磁記錄、FinFET、石墨、碳納米管及相變存儲器的EOS問題。本章也對微電機(jī)、微鏡、RF微電機(jī)開關(guān)以及許多新的器件進(jìn)行了簡單介紹。同時對2��5維和3維系統(tǒng)的硅內(nèi)插器和硅通孔（TSV）中的EOS也給予了重點(diǎn)關(guān)注。
      本書將打開你對EOS、ESD、EMI和EMC等領(lǐng)域的興趣，并論述該技術(shù)與當(dāng)今世界的相關(guān)性，建立了一個較強(qiáng)的ESD保護(hù)知識，同時也建議閱讀其他圖書,如《ESD揭秘：靜電防護(hù)原理和典型應(yīng)用》《ESD物理與器件》《ESD電路與工藝》《ESD射頻電路與工藝》《ESD失效機(jī)理和模型》《ESD設(shè)計(jì)與綜合》《閂鎖》。
      享受本書，享受EOS學(xué)科，而不要過于強(qiáng)調(diào)EOS。