拉扎維教授編著的《模擬CMOS集成電路設計》一書出版于2001年。由于其內(nèi)容編排合理，講述方式由淺入深，注重電路直觀分析能力的培養(yǎng)，并安排了大量的例題及課后習題，該書一經(jīng)面世，即在世界范圍內(nèi)引起了強烈反響，迅速被國內(nèi)外各大高校采用為微電子、電子工程等專業(yè)的本科生或研究生教材，成為與P.R.Gray等編著的Analysis and Design of Analog Integrated Circuits齊名的模擬集成電路經(jīng)典教材。
但是，從2001年至今，CMOS工藝已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，晶體管特征尺寸不斷縮小，導致衡量晶體管性能的電路參數(shù)（跨導效率、特征頻率和本征增益）發(fā)生了很大變化，加之電源電壓不斷下降導致傳統(tǒng)電路拓撲結(jié)構(gòu)的應用受到限制，期間也出現(xiàn)了新的模擬集成電路分析與設計方法，以上的這些因素都要求對原來的教材內(nèi)容進行改寫。本書第二版正是在此背景下編寫的。該版在保留第一版編寫特色的前提下，大幅增加了電路設計的敘述篇幅，如第11章專門討論了納米CMOS工藝下的電路設計策略和循序漸進的運算放大器設計方法，有利于培養(yǎng)讀者的電路設計能力。該版本還引入了波特圖和MiddleBrook分析法來分析反饋網(wǎng)絡的特性，增加了奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)、鰭式晶體管（FinFET）、新偏置電路技術及低壓能隙基準源等內(nèi)容，有利于讀者跟蹤最新的模擬集成電路設計技術。該版本還增加了很多新的例題，并更新了課后習題。我相信改版后的這本教材更加適合于現(xiàn)階段相關專業(yè)本科生和研究生課程教學的需要，也適合作為一線工作的集成電路設計工程師的常用參數(shù)書。
由McGraw-Hill出版社出版的《模擬CMOS集成電路設計（第2版）》共包含19章內(nèi)容。清華大學出版社在引進影印版本時，根據(jù)國內(nèi)教育教學情況進行了刪減：（1）考慮到振蕩器和鎖相環(huán)屬于高頻電路內(nèi)容，專門的通信電路或射頻電路教材均會對其進行詳細介紹，將原版本中的第15章“振蕩器”和第16章“鎖相環(huán)”相關內(nèi)容刪除；（2）考慮到國內(nèi)相關專業(yè)普遍開設了專門的“半導體器件物理”“集成電路工藝”等課程，將原版本中的第16章“MOS器件與模型”和第17章“CMOS制造工藝”相關內(nèi)容刪除。
第2版前言
當我將這本書第1版的出版提案交給出版商時，他們向我提出了兩個問題： ①在數(shù)字化世界中，模擬電路書籍有什么樣的未來需求？②出版一本僅介紹CMOS工藝的電路設計書籍是否明智？這本書標題中的關鍵詞“模擬”和CMOS正好反映了他們的問題。
幸運的是，這本書出版后受到了學生、教師和工程師的熱烈歡迎，已經(jīng)被世界范圍內(nèi)的數(shù)百所高校采用為教材或參考書，翻譯成五種語言，并被引用6500余次。
從這本書的第1版出版至今，盡管模擬電路設計的許多基本原理沒有變化，但由于下面的這些原因，需要對這本書進行改版： CMOS工藝向更小尺寸、更低電源電壓的技術遷移，新的分析與設計方法以及某些內(nèi)容需要更詳細的闡述。這次改版主要體現(xiàn)在如下方面：
更加強調(diào)現(xiàn)代CMOS工藝，并匯聚成新增加的一章(第11章)，該章討論了納米CMOS工藝下的設計策略和循序漸進的運算放大器設計方法；
通過引入波特圖和Middlebrook分析法，擴展了反饋內(nèi)容；
考慮到通常使用的波特圖判據(jù)無法用來判斷某些通用系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了使用奈奎斯特判據(jù)進行穩(wěn)定性分析的新章節(jié)；
增加了鰭式晶體管(FinFET)的內(nèi)容；
增加了邊欄突出納米CMOS電路設計的重要知識點；
增加了偏置電路技術的新章節(jié)；
增加了介紹低壓能隙基準源的內(nèi)容；
新增加了100多個例題。
一些任課教師問我們?yōu)楹稳砸云椒铰势骷䜩黹_始講解。這主要有兩個原因： ① 這樣的安排作為一個直觀的切入點，為分析放大器的可允許電壓擺幅等性能提供了特別的價值； ②盡管16nm及更先進工藝的FinFET器件具有非常短的溝道長度，這些器件仍近似表現(xiàn)出平方率器件特性。
本書附有課后習題解答和一套新的課件，可以從www.mhhe.com/razavi下載。
畢查德·拉扎維
2015年7月
第1版前言
在過去的20年中，CMOS工藝在模擬集成電路領域得到廣泛應用，提供了低成本、高性能的實現(xiàn)方案，并逐漸占據(jù)主流市場位置。雖然硅基雙極型工藝和ⅢⅤ族器件仍能發(fā)現(xiàn)應用商機，但對于目前復雜的混合信號系統(tǒng)集成來說，只有CMOS工藝是一種可行的實現(xiàn)方案。隨著溝道長度逐步縮小到0.05μm，CMOS工藝將在未來的20年中繼續(xù)在電路設計中得到廣泛應用。
模擬電路設計技術也隨著工藝技術的發(fā)展而發(fā)展。包含幾十個晶體管、處理微弱連續(xù)時間信號的高壓、高功耗模擬電路已經(jīng)逐漸被包含數(shù)千個器件、以處理強離散時間信號為主的低壓、低功耗系統(tǒng)所代替。舉例來說，10年前使用的許多模擬電路技術由于無法適應在低壓下工作而不再被采用。
本書講述模擬CMOS集成電路的分析與設計方法，重點闡述當前產(chǎn)業(yè)背景下學生和一線工作的工程師需要掌握的基本原理和新理念新方法。由于模擬電路設計同時強調(diào)直觀認識和嚴密分析，每一個概念都先從直觀認識的角度引入，然后進行仔細的分析。目標是打下堅固的基礎，并培養(yǎng)通過審視來分析電路的方法，從而使讀者能了解在哪些電路中可以做何種簡化，并預期每一步簡化中引入的誤差大小。這種處理方式也使讀者不需花費額外的精力就可以用這本書中學到的概念來分析雙極型電路。
我已經(jīng)在UCLA和工業(yè)界講授過這本書中的絕大部分內(nèi)容，每一次授課時都會對講授的順序、方式和內(nèi)容進行重新梳理。就像讀者能從此書中看到的那樣，我在編著或講授時遵從了四條黃金法則： ①我會就讀者為什么需要了解即將要學習的概念進行解釋； ②我將自己放在讀者的位置，預測他/她在第一次閱讀各部分內(nèi)容時可能會遇到的問題； ③考慮到第二條規(guī)則，我假設自己只掌握了讀者第一次閱讀時所擁有的知識，并盡力和讀者一起成長，因此會經(jīng)歷與讀者同樣的思索過程； ④我先以簡單但可能不太精確的語言來介紹核心概念，并逐漸增加必要的修正來達到最終精確的想法。最后一條規(guī)則在講授電路課時尤為重要，因為它允許讀者觀察拓撲的演變，從而能夠同時學會電路的分析與綜合。
這本教材包含有16章，每章內(nèi)容和章節(jié)順序都經(jīng)過仔細衡量，從而為無論是自學還是3個月或6個月的學期課程學習提供自然的流程。與一些其他的模擬電路設計教科書不同，我們在開始時僅介紹最少量的MOS器件物理的內(nèi)容，而將更深入的器件特性和制造工藝細節(jié)分配到了后面的各章中。對于一個專家來說，這本書介紹的初級器件物理內(nèi)容可能顯得過度簡化了，但是我的經(jīng)驗表明： ①初次接觸本書內(nèi)容的讀者在他們學習電路知識前并不能領會高階器件效應和制造工藝，因為他們不明白其中的相關性； ②如果表達合適，這種簡單闡述也包含了學習基本電路所需要的足夠知識； ③在讀者進行了大量的電路分析和設計之后，能夠更加有針對性地學習先進的器件機理和工藝步驟。
第1章為讀者提供了學習這本書的背景。
第2章講述了MOS器件的基本物理知識和工作原理。
第3~5章分別講述單級放大器、差分放大器和電流鏡，介紹了通過有效的分析工具來審視定量分析基本電路的行為。
第6~7章介紹了噪聲和頻率響應這兩個電路的非理想特性。比較早地介紹噪聲有利于讀者領會在后續(xù)電路分析時考慮其影響。
第8~10章分別講述了反饋、運算放大器和反饋系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。通過對反饋特性的分析，激勵讀者去設計高性能、穩(wěn)定的運算放大器并理解在速度、精度和功耗等方面的折中考慮。
第11~13章涵蓋了更深入的內(nèi)容： 能隙基準源、基本的開關電容電路、非線性和失配效應。這些內(nèi)容在目前絕大多數(shù)的模擬和混合信號系統(tǒng)中非常重要，因此被納入本書中。
第14章涉及高階MOS器件效應和模型，重點在電路設計方面的含義。如果喜歡，這一章可以直接跟在第2章之后學習。
第15章描述了CMOS制造工藝，并簡單介紹了版圖設計規(guī)則。
第16章講述了模擬和混合信號電路的版圖設計和封裝技術，描述了許多直接影響電路性能的工程性因素和各種解決技術。
讀者需要具有電子電路和器件的基本知識，包括pn結(jié)、小信號工作的概念、等效電路和簡單偏置。如果用作高年級本科生的選修課程，3個月學期的課程可以講授第1~8章的內(nèi)容，6個月學期的課程可以講授第1~10章的內(nèi)容。如果用作研究生一年級的課程，3個月學期的課程可以講授第1~11章及第12~14章中某一章的內(nèi)容，6個月學期的課程可以講授本書的全部內(nèi)容。
每一章內(nèi)容后的課后習題可以擴展讀者對本章內(nèi)容的理解，并補充對實際工程因素的認識。授課教師可以獲取課后習題的解答。
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畢查德·拉扎維(Behzad Razavi)，1985年在謝里夫理工大學取得電子工程學士學位，1988年和1992年在斯坦福大學取得電子工程碩士學位和電子工程博士學位。畢業(yè)后至1996年期間，他在AT&T貝爾實驗室和惠普實驗室工作。從1996年開始，他先后以副教授和教授身份在加州大學洛杉磯分校工作。他當前的研究領域包括無線收發(fā)機、頻率合成器、應用于高速數(shù)據(jù)通信的鎖相環(huán)、時鐘恢復電路和數(shù)據(jù)變換器。
拉扎維教授在1992—1994年擔任普林斯頓大學的兼職教授，在1995年擔任斯坦福大學的兼職教授。1993—2002年，他擔任國際固態(tài)電路會議（ISSCC）的技術程序委員會委員，1998—2002年，他擔任超大規(guī)模集成電路會議（VLSI）的技術程序委員會委員。他也曾擔任IEEE固態(tài)電路雜志（JSSC）、IEEE電路和系統(tǒng)匯刊、國際高速電子學雜志的客座編輯和副主編。
拉扎維教授獲得過1994年ISSCC會議Beatrice卓越編輯獎、1994年歐洲固態(tài)電路會議上*佳論文獎、1995年和1997年ISSCC會議*佳專題研討會獎、1997年TRW創(chuàng)新教學獎、1998年IEEE定制集成電路會議*佳論文獎、2001年McGraw-Hill年度*佳新書獎。他是2001年ISSCC Jack Kilby優(yōu)秀學生論文獎和Beatrice卓越編輯獎的共同獲獎人。他獲得過2006年Lockheed Martin卓越教學獎、2007年UCLA教員Senate教學獎、2009年和2012年CICC*佳邀請論文獎。他是2012年VLSI電路會議*佳學生論文獎和2013年CICC*佳論文獎的共同獲獎人。他還是ISSCC 50年歷史上發(fā)表論文*多的10個作者之一。他獲得過2012年固態(tài)電路Donald Pederson獎和2014年美國工程教育協(xié)會PSW教學獎。
拉扎維教授是IEEE杰出講演人，IEEE院士。他是Principles of Data Conversion System Design、RF Microelectronics、Design of Analog CMOS Integrated Circuits、Design of Integrated Circuits for Optical Communications和Fundamentals of Microelectronics的作者以及Monolithic Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits和Phase-Locking in High-Performance Systems的主編。
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