拉扎维《模拟CMOS集成电路设计》第二版学习笔记
一、绪论
1.1 参考书目
建议读 Rincon Mora 的这本(左边大图)。
1.2 准备知识
- 电路理论
- PN 结工作原理
- 信号与系统
1.3 电路理论基本知识梳理
基本元件：
电容：
- 隔直通交
- 定义式 (单位：F)
$$
C={Q \over U}
$$ - 并联电容相加，串联电容倒数相加
- I/V 特性
$$
i(t)=C{du(t)\over dt}
$$ - 频域特性：电流超前电压 90 度
电感：
- 隔交通直
- 单位：H
- 并联电感倒数相加，串联电感相加
- I/V 特性
$$
u(t)=L{di(t)\over dt}
$$ - 频域特性：电压超前电流 90 度
1.4 PN 结知识回顾
1.4.1 载流子的扩散与漂移运动
- 扩散运动是由浓度差引起的载流子从高浓度向低浓度的定向运动，漂移运动是载流子在电场作用下的定向运动。
- 漂移运动的速度对应载流子的迁移率 μ，扩散运动的速度对应载流子的扩散系数 D。自由电子的迁移率大于空穴的迁移率，前者几乎是后者的三倍。
1.4.2 PN 结形成的过程
- P 型区的多子为空穴，N 型区的多子为自由电子；由于两者在交界处的浓度差，有一些电子从 N 型区向 P 型区扩散，也有一些空穴从 P 型区向 N 型区扩散；从而 P 型区留下了带负电的杂质离子，N 型区留下了带正电的杂质离子，形成了空间电荷区 (耗尽区)。
- 在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区形成了从 N 区指向 P 区的内电场。内电场在阻止扩散的同时，也使 N 区的少数载流子 (空穴) 向 P 区漂移，使 P 区的少数载流子 (电子) 向 N 区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。漂移运动让 P 区重新获得了少数空穴、N 区重新获得了少数电子，从而空间电荷区变窄、内电场减弱、扩散运动加强。
- 在扩散运动和漂移运动达到动态平衡、即扩散电流和漂移电流相等的时候，若给 PN 结加上正偏电压 (即 P 区接正极，N 区接负极)，内建电场的作用被抵消，载流子的扩散电流增加，从而引起正向电流；若给 PN 结加上反偏电压，空间电荷区扩大，从而进一步阻碍扩散运动，只有少数载流子的漂移运动形成了反向饱和电流；当反偏电压很大时，因少子的数量和能量都增大，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终PN结将被击穿 (变为导体) 损坏，反向电流急剧增大。
- 综上，PN 结可以视为一个由 P 指向 N 的二极管，实际上二极管也是由 PN 结封装、引线而制成的。
在后续的学习中，凡是出现了 PN 结的地方都可以将其视作一个近似的二极管。
1.5 知识点杂记
- 什么是 rail to rail ？
例如单电源供电，其 Vdd 即为 “上轨”，GND 即为 “下轨”；而 rail to rail 指的就是输入或输出电压的摆幅范围都能够达到甚至是超过电源电压。而在常规放大器中，如果输入信号的幅度接近电源电压的上下限，会发生截止或饱和失真。 - 为什么需要 CMOS？
数字信号处理需要开关电路，我们希望开关电路在静态时 (维持开或者关) 功耗为 0 。而 NPN 和 PNP 管 (Bipolar 工艺) 由于是基极电流驱动型的器件，电流驱动器件一定会有静态功耗。CMOS 器件是电压驱动型的，是可以做到静态功耗为 0 的。
二、参考文献
PN结-百度百科
二极管-百度百科
电源二极管PN结，扩散运动与漂移运动的区别
三、后记
配置了那么久的 mermaid，居然最后渲染出来还有问题……看来 yilia 主题确实有很多地方需要优化，不知道是不是所有的 yilia 主题在配置 mermaid 的时候都会渲染混乱，但是如果做成 next 那么简单，就能省好多事。这个问题暂时先搁置在这了，毕竟以后也有可能切换到 next 主题 (虽然自己整了这么些美化的博客，说换就换还不太舍得)。先把配置 mermaid 的链接放在这，以后有需要再来找。