本书阐述如何使用估计技术来分析和解决集成电路设计中使用简化建模方法的复杂问题。从集成电路设计、简单电路理论到电磁效应和高频设计，以及数据转换器和锁相环等系统，应用实例丰富地说明了其应用。从而使读者能深化对复杂系统的理解，高效地设计集成电路。

无

本书是我多年来在半导体行业从事设计工作的成果。我的职业生涯始于理论物理学，研究稠密物质理论和天体物理环境中的电磁场。几年后，我的兴趣转向了集成电路设计，其中也有电磁场，于是就一直工作于这个领域。作为一个理论物理学家，我总是试图通过简单的数学建模来获得实验和观测结果。20世纪90年代，我在加州理工学院的理论物理小组做博士后的时候，参与了数量级物理学项目103c班。该班要求同学们估计一些事物，比如洛杉矶高速公路上汽车排放到空气中的废胶量，以及在一定的降水和阳光下，一根草茎一周能生长多长。该班由Peter Goldreich教授和Sterl Phinney教授执教，这让我见识到了估计的力量。在我的职业生涯中，总是试图通过先评估某种影响，然后再验证它来理解事物。这种分析方法对我个人和我指导的人都有很大的帮助。我还遇到了许多其他工程师和学术专家，他们都非常善于遵循同样的原则。本书就是一个尝试，把这种思维方式应用于通用设计，特别是面向更广泛受众的电路设计。我将这种分析方法称为估计分析，但是许多人使用“手工计算”这个术语，我认为这是一种误导。简单而言，就是人们考虑复杂问题的方式不需要精确的完整解决方案。本书将表明这种方法可以适用于几乎所有问题，如电路分析、高频现象、采样概念或抖动等。本书的领域涵盖大多数工程师熟悉的简单电路理论、以集成电路应用为重点的高频理论以及数据转换器和锁相环(PLL)等系统。与其他类似书籍相比，本书的不同之处在于它采用了一种严谨的物理方法，在这种方法中所有情况都经过仔细建模，通常是从基本原理开始，然后是实用性的解决方案和用以说明解释的关系代数式。一旦建立了这样的模型，就可以将其作为模拟仿真的起点，采用模拟仿真对设计进行微调。
假设读者熟悉基本的电磁学和电路理论，对高级电路系统（如锁相环和模数转换器）等不需要有任何前期的接触与了解。同时假设读者的微积分和向量分析等数学能力应达到大学一年级水平。
本书开篇是简短的一章，概述基本的建模概念，接着两章用这种建模方法来描述基本电路分析。大多数读者应该熟悉这些内容，目的是在一个熟悉的环境中使用分析技术作为例证。然后，在第4～6章中将建模概念重点应用于高频集成电路。在这里，也将借此机会定义电容和电感的概念，在某种程度上显示了它们的二元（对偶）性。通过使用建模技术，可以进一步重点讨论高频问题的其他有趣且较少讨论的方面。本书的最后一章描述了应用相同原理的更高级别的系统应用，涵盖了PLL和ADC及其标准模块和属性。希望这将有助于电子工程师减少对模拟仿真器的需求，并帮助他们更快地聚焦关键问题。每一章还包含一套练习，帮助读者加深对概念的理解，并验证对知识要点的掌握程度。
这些章之间或多或少是相互独立的，在一个学期的学习中，可以很轻松地学完所有知识。对于兴趣在于电磁学和应用的学生而言，第4～6章将非常有用。第7章介绍了更多关于估计分析技术的系统级方面的知识。第2章和第3章中带非线性效应的电路分析对于简单的通用性知识介绍是有帮助的。
没有大家的帮助，本书的写作是不可能完成的。我的家人Nancy和Nicole，对我的耐心和支持从未动摇。我的经理Pirooz Hojabri和泰克公司的技术人员也是本书的支持者。特别感谢Vincent Tso和Behdad Youssefi阅读了本书的初稿并提出了修改意见，Garen Hovakimyan和Patrik Satarzadeh对一些数学公式推导提供了反馈意见。我非常感谢他们的支持和帮助。此外，来自剑桥大学出版社审稿者的意见使本书从纯粹的理论提升为对工程技术人员更有用的知识。最后，我要感谢剑桥大学出版社的编辑们在整个出版过程中给予的鼓励和支持。他们的协作风格和对写作的许多有益的注释大大提高了本书的质量，这远远超过了我一个人所能取得的成就。

集成电路设计

想加深对复杂系统的理解并更敏捷地设计集成电路吗？读者可以学习本书中循序渐进的方法，从基本的规则开始，使用估计分析技术并利用简化的建模方法来分析和解决集成电路设计中的复杂问题。
本书基于丰富的案例展示了整个集成电路设计的实际应用，涵盖从简单电路理论到电磁效应，从高频电路设计到数据转换器和锁相环等系统。电感和电容等基本概念彼此关联，也与现代芯片内的其他射频现象相关，不需要仿真器即可加深理解。
本书适合相关专业的研究人员、研究生，以及希望减少对商业EDA软件依赖的资深IC工程师。

[美]迈克尔·萨林（Mikael Sahrling） 著：迈克尔·萨林（Mikael Sahrling）是泰克公司的ASIC设计总工程师，在开发集成电路方面，以及模拟和混合信号电路设计方面有20多年的经验。

21世纪以来， “超越摩尔定律”时代继续推动集成电路（IC）行业的创新和发展。尽管集成电路设计流程及设计方法日新月异，但系统越来越复杂，设计周期也越来越长。是否能找到更快速、更敏捷的方法来完成复杂的集成电路及系统的设计呢？本书试图通过简单的数学建模来获得复杂系统的设计实验和测试结果。为了将作者的这种思维方式传授给广大电路设计工程师，在机械工业出版社华章分社的大力支持下，华中科技大学在集成电路领域长期从事一线科研及教学研究的教师们特意翻译了本书。
本书采用一种严谨的物理方法，即所有情况都经过仔细建模，从基本原理开始，然后提出实用性的解决方案和用以说明解释的关系代数式。以模型作为复杂系统设计的起点，采用模拟仿真对设计进行微调，从而快速完成复杂系统的设计。采用估计技术来分析和解决集成电路设计中的复杂问题。本书基于丰富的案例展示了整个集成电路设计的实际应用，涵盖从简单电路理论到电磁效应，从高频电路设计到数据转换器和锁相环等系统，一些基本概念不需要仿真器即可增进系统理解。本书适合微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统、电子科学与技术等电子信息大类工程领域的研究人员和专业工程技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业的研究生及高年级本科生的教材和专业参考书。
本书由华中科技大学武汉国际微电子学院副院长雷鑑铭博士负责组织并完成全书翻译工作，参与本书翻译工作的还有华中科技大学光学与电子信息学院刘冬生教授和武汉工商学院汪少卿老师，硕士生李辰阳、夏吕、阮鑫、孔超、陈艺天等对翻译工作提供了帮助。本书在翻译过程中得到了华中科技大学光学与电子信息学院邹雪城教授等诸多老师的帮助及支持，在此一并表示感谢。特别感谢文华学院外国语学院英语系肖艳梅老师的审校。
集成电路敏捷设计技术涉及的专业面广，鉴于译者水平有限，书中难免有不足及疏漏之处，敬请广大读者批评指正，在此表示衷心的感谢。

雷鑑铭
2021年10月于华中科技大学光电信息大楼C752

译者序
前言
第1章集成电路估计分析
11简介
12原理
13集成电路应用
第2章基本放大级
21简介
22单晶体管增益级
23双晶体管级
24本章小结
25练习
26参考文献
第3章高级放大级
31简介
32五晶体管放大器
33带有源反馈的共源共栅级放大
34比较器电路
35级联放大级
36本章小结
37练习
38参考文献
第4章电磁学：基础
41简介
42麦克斯韦方程
43电容
44电感
45各种高频现象
46本章小结
47练习
48参考文献
第5章电磁学：电路应用
51简介
52与PCB设计的关系
53片上信号完整性相关文献最新进展
54传输线理论
55S参数
56集成电路中的电容
57集成电路中的电感
58设计示例
59本章小结
510练习
511参考文献
第6章电磁场仿真器
61简介
62仿真器基本原理
63长波长仿真器
64矩量法
65本章小结
66练习
67参考文献
第7章系统级方面
71简介
72抖动与相位噪声
73锁相环
74压控振荡器
75模数转换器
76本章小结
77练习
78参考文献
附录A 基本晶体管与工艺模型
附录B 常用的数学关系式