拉扎維教授編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》一書(shū)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(xí)題，該書(shū)一經(jīng)面世，即在世界范圍內(nèi)引起了強(qiáng)烈反響，迅速被國(guó)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(dǎo)致衡量晶體管性能的電路參數(shù)（跨導(dǎo)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(dǎo)致傳統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到限制，期間也出現(xiàn)了新的模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)方法，以上的這些因素都要求對(duì)原來(lái)的教材內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)。本書(shū)第二版正是在此背景下編寫(xiě)的。該版在保留第一版編寫(xiě)特色的前提下，大幅增加了電路設(shè)計(jì)的敘述篇幅，如第11章專門(mén)討論了納米CMOS工藝下的電路設(shè)計(jì)策略和循序漸進(jìn)的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)方法，有利于培養(yǎng)讀者的電路設(shè)計(jì)能力。該版本還引入了波特圖和MiddleBrook分析法來(lái)分析反饋網(wǎng)絡(luò)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(shù)及低壓能隙基準(zhǔn)源等內(nèi)容，有利于讀者跟蹤最新的模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)。該版本還增加了很多新的例題，并更新了課后習(xí)題。我相信改版后的這本教材更加適合于現(xiàn)階段相關(guān)專業(yè)本科生和研究生課程教學(xué)的需要，也適合作為一線工作的集成電路設(shè)計(jì)工程師的常用參數(shù)書(shū)。
由McGraw-Hill出版社出版的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)（第2版）》共包含19章內(nèi)容。清華大學(xué)出版社在引進(jìn)影印版本時(shí)，根據(jù)國(guó)內(nèi)教育教學(xué)情況進(jìn)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(mén)的通信電路或射頻電路教材均會(huì)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹，將原版本中的第15章“振蕩器”和第16章“鎖相環(huán)”相關(guān)內(nèi)容刪除；（2）考慮到國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)了專門(mén)的“半導(dǎo)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(guān)內(nèi)容刪除。
第2版前言
當(dāng)我將這本書(shū)第1版的出版提案交給出版商時(shí)，他們向我提出了兩個(gè)問(wèn)題： ①在數(shù)字化世界中，模擬電路書(shū)籍有什么樣的未來(lái)需求？②出版一本僅介紹CMOS工藝的電路設(shè)計(jì)書(shū)籍是否明智？這本書(shū)標(biāo)題中的關(guān)鍵詞“模擬”和CMOS正好反映了他們的問(wèn)題。
幸運(yùn)的是，這本書(shū)出版后受到了學(xué)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(shū)，翻譯成五種語(yǔ)言，并被引用6500余次。
從這本書(shū)的第1版出版至今，盡管模擬電路設(shè)計(jì)的許多基本原理沒(méi)有變化，但由于下面的這些原因，需要對(duì)這本書(shū)進(jìn)行改版： CMOS工藝向更小尺寸、更低電源電壓的技術(shù)遷移，新的分析與設(shè)計(jì)方法以及某些內(nèi)容需要更詳細(xì)的闡述。這次改版主要體現(xiàn)在如下方面：
更加強(qiáng)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(shè)計(jì)策略和循序漸進(jìn)的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)方法；
通過(guò)引入波特圖和Middlebrook分析法，擴(kuò)展了反饋內(nèi)容；
考慮到通常使用的波特圖判據(jù)無(wú)法用來(lái)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(jìn)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(shè)計(jì)的重要知識(shí)點(diǎn)；
增加了偏置電路技術(shù)的新章節(jié)；
增加了介紹低壓能隙基準(zhǔn)源的內(nèi)容；
新增加了100多個(gè)例題。
一些任課教師問(wèn)我們?yōu)楹稳砸云椒铰势骷䜩?lái)開(kāi)始講解。這主要有兩個(gè)原因： ① 這樣的安排作為一個(gè)直觀的切入點(diǎn)，為分析放大器的可允許電壓擺幅等性能提供了特別的價(jià)值； ②盡管16nm及更先進(jìn)工藝的FinFET器件具有非常短的溝道長(zhǎng)度，這些器件仍近似表現(xiàn)出平方率器件特性。
本書(shū)附有課后習(xí)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(guò)去的20年中，CMOS工藝在模擬集成電路領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，提供了低成本、高性能的實(shí)現(xiàn)方案，并逐漸占據(jù)主流市場(chǎng)位置。雖然硅基雙極型工藝和ⅢⅤ族器件仍能發(fā)現(xiàn)應(yīng)用商機(jī)，但對(duì)于目前復(fù)雜的混合信號(hào)系統(tǒng)集成來(lái)說(shuō)，只有CMOS工藝是一種可行的實(shí)現(xiàn)方案。隨著溝道長(zhǎng)度逐步縮小到0.05μm，CMOS工藝將在未來(lái)的20年中繼續(xù)在電路設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。
模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)也隨著工藝技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。包含幾十個(gè)晶體管、處理微弱連續(xù)時(shí)間信號(hào)的高壓、高功耗模擬電路已經(jīng)逐漸被包含數(shù)千個(gè)器件、以處理強(qiáng)離散時(shí)間信號(hào)為主的低壓、低功耗系統(tǒng)所代替。舉例來(lái)說(shuō)，10年前使用的許多模擬電路技術(shù)由于無(wú)法適應(yīng)在低壓下工作而不再被采用。
本書(shū)講述模擬CMOS集成電路的分析與設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)闡述當(dāng)前產(chǎn)業(yè)背景下學(xué)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(shè)計(jì)同時(shí)強(qiáng)調(diào)直觀認(rèn)識(shí)和嚴(yán)密分析，每一個(gè)概念都先從直觀認(rèn)識(shí)的角度引入，然后進(jìn)行仔細(xì)的分析。目標(biāo)是打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)通過(guò)審視來(lái)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(jiǎn)化，并預(yù)期每一步簡(jiǎn)化中引入的誤差大小。這種處理方式也使讀者不需花費(fèi)額外的精力就可以用這本書(shū)中學(xué)到的概念來(lái)分析雙極型電路。
我已經(jīng)在UCLA和工業(yè)界講授過(guò)這本書(shū)中的絕大部分內(nèi)容，每一次授課時(shí)都會(huì)對(duì)講授的順序、方式和內(nèi)容進(jìn)行重新梳理。就像讀者能從此書(shū)中看到的那樣，我在編著或講授時(shí)遵從了四條黃金法則： ①我會(huì)就讀者為什么需要了解即將要學(xué)習(xí)的概念進(jìn)行解釋； ②我將自己放在讀者的位置，預(yù)測(cè)他/她在第一次閱讀各部分內(nèi)容時(shí)可能會(huì)遇到的問(wèn)題； ③考慮到第二條規(guī)則，我假設(shè)自己只掌握了讀者第一次閱讀時(shí)所擁有的知識(shí)，并盡力和讀者一起成長(zhǎng)，因此會(huì)經(jīng)歷與讀者同樣的思索過(guò)程； ④我先以簡(jiǎn)單但可能不太精確的語(yǔ)言來(lái)介紹核心概念，并逐漸增加必要的修正來(lái)達(dá)到最終精確的想法。最后一條規(guī)則在講授電路課時(shí)尤為重要，因?yàn)樗试S讀者觀察拓?fù)涞难葑儯瑥亩軌蛲瑫r(shí)學(xué)會(huì)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(guò)仔細(xì)衡量，從而為無(wú)論是自學(xué)還是3個(gè)月或6個(gè)月的學(xué)期課程學(xué)習(xí)提供自然的流程。與一些其他的模擬電路設(shè)計(jì)教科書(shū)不同，我們?cè)陂_(kāi)始時(shí)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(xì)節(jié)分配到了后面的各章中。對(duì)于一個(gè)專家來(lái)說(shuō)，這本書(shū)介紹的初級(jí)器件物理內(nèi)容可能顯得過(guò)度簡(jiǎn)化了，但是我的經(jīng)驗(yàn)表明： ①初次接觸本書(shū)內(nèi)容的讀者在他們學(xué)習(xí)電路知識(shí)前并不能領(lǐng)會(huì)高階器件效應(yīng)和制造工藝，因?yàn)樗麄儾幻靼灼渲械南嚓P(guān)性； ②如果表達(dá)合適，這種簡(jiǎn)單闡述也包含了學(xué)習(xí)基本電路所需要的足夠知識(shí)； ③在讀者進(jìn)行了大量的電路分析和設(shè)計(jì)之后，能夠更加有針對(duì)性地學(xué)習(xí)先進(jìn)的器件機(jī)理和工藝步驟。
第1章為讀者提供了學(xué)習(xí)這本書(shū)的背景。
第2章講述了MOS器件的基本物理知識(shí)和工作原理。
第3~5章分別講述單級(jí)放大器、差分放大器和電流鏡，介紹了通過(guò)有效的分析工具來(lái)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(yīng)這兩個(gè)電路的非理想特性。比較早地介紹噪聲有利于讀者領(lǐng)會(huì)在后續(xù)電路分析時(shí)考慮其影響。
第8~10章分別講述了反饋、運(yùn)算放大器和反饋系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)反饋特性的分析，激勵(lì)讀者去設(shè)計(jì)高性能、穩(wěn)定的運(yùn)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(zhǔn)源、基本的開(kāi)關(guān)電容電路、非線性和失配效應(yīng)。這些內(nèi)容在目前絕大多數(shù)的模擬和混合信號(hào)系統(tǒng)中非常重要，因此被納入本書(shū)中。
第14章涉及高階MOS器件效應(yīng)和模型，重點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)方面的含義。如果喜歡，這一章可以直接跟在第2章之后學(xué)習(xí)。
第15章描述了CMOS制造工藝，并簡(jiǎn)單介紹了版圖設(shè)計(jì)規(guī)則。
第16章講述了模擬和混合信號(hào)電路的版圖設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)，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(shù)。
讀者需要具有電子電路和器件的基本知識(shí)，包括pn結(jié)、小信號(hào)工作的概念、等效電路和簡(jiǎn)單偏置。如果用作高年級(jí)本科生的選修課程，3個(gè)月學(xué)期的課程可以講授第1~8章的內(nèi)容，6個(gè)月學(xué)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(jí)的課程，3個(gè)月學(xué)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(gè)月學(xué)期的課程可以講授本書(shū)的全部?jī)?nèi)容。
每一章內(nèi)容后的課后習(xí)題可以擴(kuò)展讀者對(duì)本章內(nèi)容的理解，并補(bǔ)充對(duì)實(shí)際工程因素的認(rèn)識(shí)。授課教師可以獲取課后習(xí)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(xué)取得電子工程學(xué)士學(xué)位，1988年和1992年在斯坦福大學(xué)取得電子工程碩士學(xué)位和電子工程博士學(xué)位。畢業(yè)后至1996年期間，他在AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室和惠普實(shí)驗(yàn)室工作。從1996年開(kāi)始，他先后以副教授和教授身份在加州大學(xué)洛杉磯分校工作。他當(dāng)前的研究領(lǐng)域包括無(wú)線收發(fā)機(jī)、頻率合成器、應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)通信的鎖相環(huán)、時(shí)鐘恢復(fù)電路和數(shù)據(jù)變換器。
拉扎維教授在1992—1994年擔(dān)任普林斯頓大學(xué)的兼職教授，在1995年擔(dān)任斯坦福大學(xué)的兼職教授。1993—2002年，他擔(dān)任國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）的技術(shù)程序委員會(huì)委員，1998—2002年，他擔(dān)任超大規(guī)模集成電路會(huì)議（VLSI）的技術(shù)程序委員會(huì)委員。他也曾擔(dān)任IEEE固態(tài)電路雜志（JSSC）、IEEE電路和系統(tǒng)匯刊、國(guó)際高速電子學(xué)雜志的客座編輯和副主編。
拉扎維教授獲得過(guò)1994年ISSCC會(huì)議Beatrice卓越編輯獎(jiǎng)、1994年歐洲固態(tài)電路會(huì)議上*佳論文獎(jiǎng)、1995年和1997年ISSCC會(huì)議*佳專題研討會(huì)獎(jiǎng)、1997年TRW創(chuàng)新教學(xué)獎(jiǎng)、1998年IEEE定制集成電路會(huì)議*佳論文獎(jiǎng)、2001年McGraw-Hill年度*佳新書(shū)獎(jiǎng)。他是2001年ISSCC Jack Kilby優(yōu)秀學(xué)生論文獎(jiǎng)和Beatrice卓越編輯獎(jiǎng)的共同獲獎(jiǎng)人。他獲得過(guò)2006年Lockheed Martin卓越教學(xué)獎(jiǎng)、2007年UCLA教員Senate教學(xué)獎(jiǎng)、2009年和2012年CICC*佳邀請(qǐng)論文獎(jiǎng)。他是2012年VLSI電路會(huì)議*佳學(xué)生論文獎(jiǎng)和2013年CICC*佳論文獎(jiǎng)的共同獲獎(jiǎng)人。他還是ISSCC 50年歷史上發(fā)表論文*多的10個(gè)作者之一。他獲得過(guò)2012年固態(tài)電路Donald Pederson獎(jiǎng)和2014年美國(guó)工程教育協(xié)會(huì)PSW教學(xué)獎(jiǎng)。
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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