Berkeley牛人新书：Analog Integrated Circuit for Communication

eeruri · 发表于 2008-10-24 11:24:00

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x

很全面，非常有用的参考书。
第一部分：

eeruri · 发表于 2008-10-24 11:26:21

第二部分
不知道为什么不能一次上传多个附件，不好意思！

eeruri · 发表于 2008-10-24 11:28:02

part 3 of 3

xyj107 · 发表于 2008-10-24 11:36:04

kankan

soochowren · 发表于 2008-10-24 12:12:12

楼主，介绍太少了，之前有过这样的帖子，不知道是不是同一本书哦

eeruri · 发表于 2008-10-24 12:20:30

Contents 
1 Review
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
1.2 Amplitude and Frequency Modulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
1.3 The Super-Heterodyne Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 
1.4 Transistor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 
1.4.1 Bipolar Junction Transistor (BJT) Model . . . . . . . . . . . . 5 
1.4.2 MOSFET Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 
1.5 Distortion Generation and Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . 8 
1.6 Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 
2 Large-Signal Performance of the Basic Gain Stages 
in Analog ICs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.1 The Emitter-Coupled Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.2 Large-Signal DC Transfer Characteristic of the ECP . . . . . . . . 17 
2.3 Large-Signal Circuit Analysis of the ECP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 
2.4 Series Expansions to Obtain Distortion Components . . . . . . . . 27 
2.5 The Source-Coupled Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
2.6 A Series Expansion to Obtain Distortion Components 
for the SCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 
3 Ampliﬁer Power Series and Distortion
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 
3.1 General Power Series Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 
3.2 Common-Emitter Stage Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 
3.3 The Ideal CE Stage with a Large Sinusoidal Input Voltage . . . 49 
3.4 Power Series and Fourier Series Characterizations . . . . . . . . . . . 54 
3.5 The Common-Source MOS Ampliﬁer Stage . . . . . . . . . . . . . . . . 59 
3.6 Intermodulation Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 
3.7 Compression and Intercept Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
XIV Contents 
4 Distortion Generation with Source Resistance 
and Nonlinear Beta
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 
4.1 Linearization of a Bipolar Stage Due to Source Resistance . . . 73 
4.2 Distortion Reduction with Source Resistance . . . . . . . . . . . . . . . 75 
4.3 The ECP with Source Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 
4.4 Nonlinear Beta and Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 
4.5 Example of Distortion due to Beta(IC
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 
5 Distortion in Feedback Ampliﬁers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 
5.1 Eﬀects of Negative Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 
5.2 Feedback for a General Ampliﬁer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 
5.3 A CE Stage with Shunt Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 
5.4 The CE Stage With Emitter Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 
5.5 Alternative Loop-Gain Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 
5.6 Emitter Feedback in the ECP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 
5.7 Internal Feedback in the ECP and the SCP . . . . . . . . . . . . . . . . 128 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 
6 Basic IC Output Stages
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 
6.1 Requirements for an Output Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 
6.2 The Emitter Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 
6.3 Distortion Calculation using Diﬀerential Error . . . . . . . . . . . . . . 145 
6.4 Power-Conversion Eﬃciency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 
6.5 The Source Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 
6.6 Push-Pull Emitter Followers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 
6.7 The Push-Pull Source Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 
6.8 Push-Pull, Single-Polarity Output Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 
7 Transformers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 
7.2 Elementary Coupled Coils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 
7.3 Circuit Model for a Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 
7.4 Inductive Two-Port Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 
7.5 A Transformer-Coupled, Class-A BJT Output Stage . . . . . . . . . 194 
7.6 Maximum Power Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 
7.7 Class-A Push-Pull Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 
7.8 Class-AB Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 
8 Tuned Circuits in Bandpass Ampliﬁers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 
8.2 The Single-Tuned Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 
8.3 Lowpass Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Contents XV 
8.4 Transformer-Coupled Single-Tuned Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . 228 
8.5 Single-Tuned, Bandpass Circuits with Loosely Coupled 
Transformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 
8.6 Double-Tuned Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 
8.7 Parallel-to-Series/Series-to-Parallel Transformations . . . . . . . . . 239 
8.8 Tuned Circuits as Impedance Transformers . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 
9 Simple Bandpass Ampliﬁers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 
9.1 Simple Active RC Bandpass Ampliﬁers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 
9.2 An ECP Bandpass Ampliﬁer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 
9.3 Synchronous Tuning, Cascading, and Bandwidth Shrinkage . . . 258 
9.4 Eﬀects of Internal Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 
9.5 Multistage Bandpass Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 
9.6 Cross Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 
10 Basic Electronic Oscillators
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 
10.1 Instabilities, Oscillations and Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 
10.2 The Ideal Electronic Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 
10.3 A Tunnel-Diode Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 
10.4 The van der Pol Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 
10.5 Tunnel-Diode Oscillator Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 
10.6 Wien-Type Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 
10.7 Transformer-Coupled ECP Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 
10.8 Transformerless ECP Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 
11 Electronic Oscillators with Bias-Shift Limiting
. . . . . . . . . . . . . 331 
11.1 Bias Shift during Oscillator Buildup in an ECP Oscillator . . . . 331 
11.2 The Basic Oscillator Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 
11.3 Single-Device, Transformer-Coupled Oscillators . . . . . . . . . . . . . 339 
11.4 Bias Shift and Harmonic Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 
11.5 Transformer-Coupled MOS Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 
11.6 Squegging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 
11.7 Phase-Shift Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 
11.8 The Colpitts Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 
11.9 Crystal-Controlled Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 
12 Relaxation and Voltage-Controlled Oscillators
. . . . . . . . . . . . . 377 
12.1 Relaxation-Mode Oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 
12.2 Oscillator Graphical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 
12.3 Regenerative Switching in a Relaxation Oscillator . . . . . . . . . . . 386 
12.4 Recovery Analysis in a BJT Relaxation Feedback Oscillator . . 390
XVI Contents 
12.5 Other Astable Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 
12.6 A CMOS Relaxation Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 
12.7 Voltage- and Current-Controlled Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . 400 
12.8 An Astable Schmitt Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 
12.9 Equivalence of the Schmitt and Loop-Coupled Bistable 
Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 
12.10 A BJT VCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 
13 Analog Multipliers, Mixers, Modulators
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 
13.1 The Emitter-Coupled Pair as a Simple Analog Multiplier . . . . 417 
13.2 A Subtraction Improvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 
13.3 Predistortion and Linearity Improvement in the ECP . . . . . . . . 425 
13.4 The Gilbert Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 
13.5 MOS Analog Multipliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 
13.6 Mixing, Modulation and Frequency Translation . . . . . . . . . . . . . 434 
13.7 The Fully Balanced (Quad) Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 
13.8 Single-Device Mixers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 
13.8.1 BJT Mixers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 
13.8.2 MOSFET Mixers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 
13.9 Modulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 
14 Demodulators and Detectors
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 
14.1 AM Demodulation using Analog Multipliers . . . . . . . . . . . . . . . . 457 
14.2 Synchronous AM Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 
14.3 Peak Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 
14.4 Automatic Gain Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 
14.5 FM Demodulation, Oﬀ-Peak Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 
14.6 Discriminators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 
14.7 FM Demodulators using Multipliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 
15 Phase-Locked Loops
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 
15.1 Basic Conﬁgurations and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 
15.2 A Simple Circuit Model of a PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488 
15.2.1 Voltage-Controlled Oscillator (VCO) . . . . . . . . . . . . . . . . 490 
15.2.2 Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 
15.2.3 Phase Comparator (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 
15.2.4 PLL Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 
15.3 The Small-Signal Analysis of the PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 
15.4 Dynamics of the PLL in the Locked Condition . . . . . . . . . . . . . . 499 
15.4.1 One-Pole Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 
15.4.2 One-Zero, One-Pole Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 
15.5 The Lock and Capture Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 
15.5.1 Lock Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
Contents XVII 
15.5.2 Capture Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 
15.5.3 Capture Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 
15.6 PLLs with Overdriven PCs and Relaxation Oscillators . . . . . . . 512 
15.7 PLL Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 
15.8 PLL Parameters for a Typical IC Realization . . . . . . . . . . . . . . . 516 
15.9 A PLL Example with a FM input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519 
References
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 
Index
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529