使用CMOS集成电路需注意的几个问题
集成电路按晶体管的性质分为TTL和CMOS两大类，TTL以速度见长，CMOS以功耗低而著称，其中CMOS电路以其优良的特性成为目前应用最广泛的集成电路。在电子制作中使用CMOS集成电路时，除了认真阅读产品说明或有关资料，了解其引脚分布及极限参数外，还应注意以下几个问题：
1、电源问题
（1） CMOS集成电路的工作电压一般在3－18V，但当应用电路中有门电路的模拟应用（如脉冲振荡、线性放大）时，最低电压则不应低于4．5V。由于CMOS集成电路工作电压宽，故使用不稳压的电源电路CMOS集成电路也可以正常工作，但是工作在不同电源电压的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗是不相同的，在使用中一定要注意。
（2）CMOS集成电路的电源电压必须在规定范围内，不能超压，也不能反接。因为在制造过程中，自然形成许多寄生二极管，如图1所示为反相器电路，在正常电压下，这些二极管皆处于反偏，对逻辑功能无影响，但是由于这些寄生二极管的存在，一旦电源电压过高或电压极性接反，就会使电路产生损坏。
2、驱动能力问题
CMOS电路的驱动能力的提高，除选用驱动能力较强的缓冲器来完成之外，还可将同一个芯片几个同类电路并联起来提高，这时驱动能力提高到N倍（N为并联门的数量）。如图2所示。
3、输入端的问题
（1）多余输入端的处理。CMOS电路的输入端不允许悬空，因为悬空会使电位不定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空时输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路产生误动作，而且也极易造成栅极感应静电而击穿。所以“与”门，“与非”门的多余输入端要接高电平，“或”门和“或非”门的多余输入端要接低电平。若电路的工作速度不高，功耗也不需特别考虑时，则可以将多余输入端与使用端并联。
（2）输入端接长导线时的保护。在应用中有时输入端需要接长的导线，而长输入线必然有较大的分布电容和分布电感，易形成LC振荡，特别当输入端一旦发生负电压，极易破坏CMOS中的保护二极管。其保护办法为在输入端处接一个电阻，如图3所示， R＝VDD／1mA。
（3）输入端的静电防护。虽然各种CMOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。
（4） 输入信号的上升和下降时间不易过长，否则一方面容易造成虚假触发而导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。对于74HC系列限于0．5us以内。若不满足此要求，需用施密特触发器件进行输入整形，整形电路如图4所示。
（5）CMOS电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以为了保护CMOS管的氧化层不被击穿，一般在其内部输入端接有二极管保护电路，如图5所示。
其中R约为1．5－2．5KΩ。输入保护网络的引入使器件的输入阻抗有一定下降，但仍在108Ω以上。这样也给电路的应用带来了一些限制：
（A）输入电路的过流保护。CMOS电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为1mA?在可能出现过大瞬态输入电流（超过10mA）时，应串接输入保护电阻。例如，当输入端接的信号，其内阻很小、或引线很长、或输入电容较大时，在接通和关断电源时，就容易产生较大的瞬态输入电流，这时必须接输入保护电阻，若VDD＝10V，则取限流电阻为10KΩ即可。
（B） 输入信号必须在VDD到VSS之间，以防二极管因正向偏置电流过大而烧坏。因此在工作或测试时，必须按照先接通电源后加入信号，先撤除信号后关电源的顺序进行操作。在安装，改变连接，拔插时，必须切断电源，以防元件受到极大的感应或冲击而损坏。
（C）由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。
（D）要防止用大电阻串入VDD或VSS端，以免在电路开关期间由于电阻上的压降引起保护二极管瞬时导通而损坏器件。
4、CMOS的接口电路问题
（1）CMOS电路与运放连接。当和运放连接时，若运放采用双电源，CMOS采用的是独立的另一组电源，即采用如图6所示电路，电路中，VD1、VD2为钳位保护二极管，使CMOS输入电压处在10V与地之间。15KΩ的电阻既作为CMOS的限流电阻，又对二极管进行限流保护。若运放使用单电源，且与CMOS使用的电源一样，则可直接相连。
（2）CMOS与TTL等其它电路的连接。在电路中常遇到TTL电路和CMOS电路混合使用的情况，由于这些电路相互之间的电源电压和输入、输出电平及负载能力等参数不同，因此他们之间的连接必须通过电平转换或电流转换电路，使前级器件的输出的逻辑电平满足后级器件对输入电平的要求，并不得对器件造成损坏。逻辑器件的接口电路主要应注意电平匹配和输出能力两个问题，并与器件的电源电压结合起来考虑。下面分两种情况来说明：
（A）TTL到CMOS的连接。用TTL电路去驱动CMOS电路时，由于CMOS电路是电压驱动器件，所需电流小，因此电流驱动能力不会有问题，主要是电压驱动能力问题，TT L电路输出高电平的最小值为2．4V，而CMOS电路的输入高电平一般高于3．5V，这就使二者的逻辑电平不能兼容。为此可采用图7所示电路，在TTL的输出端与电源之间接一个电阻R（上拉电阻）可将TTL的电平提高到3．5V以上。
若采用的是OC门驱动，则可采用如图8所示电路。其中R为其外接电阻。R的取值一般在1－4．7KΩ。
（B） CMOS到TTL的连接。CMOS电路输出逻辑电平与TTL电路的输入电平可以兼容，但CMOS电路的驱动电流较小，不能够直接驱动TTL电路。为此可采用CMOS／TTL专用接口电路，如CMOS缓冲器CC4049等，经缓冲器之后的高电平输出电流能满足TTL电路的要求，低电平输出电流可达4mA。实现CMOS电路与TTL电路的连接，如图9所示。 需说明的时，CMOS与TTL电路的接口电路形式多种多样，实用中应根据具体情况进行选择。
5、输出端的保护问题
（1）MOS器件输出端既不允许和电源短接，也不允许和地短接，否则输出级的MOS管就会因过流而损坏。
（2）在CMOS电路中除了三端输出器件外，不允许两个器件输出端并接，因为不同的器件参数不一致，有可能导致NMOS和PMOS器件同时导通，形成大电流。但为了增加电路的驱动能力，允许把同一芯片上的同类电路并联使用。
（3）当CMOS电路输出端有较大的容性负载时，流过输出管的冲击电流较大，易造成电路失效。为此，必须在输出端与负载电容间串联一限流电阻，将瞬态冲击电流限制在10mA以下。
CMOS模拟集成电路设计的目录
这种问题应该多问问eetop或者度娘会更好一些。转一下eetop的链接，以供参考：
模拟集成电路设计三本经典教材学习经验
分割线以下来自eetop论坛中模拟集成电路设计三本经典教材学习经验的回帖内容，作者：eetop论坛ID为“飞天白狐”。（不知道这个ID是不是真正的作者，也许是该ID引用自网络其他地方吧，总之向“模拟电路的四重境界”的作者致敬！）
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三本书后，基本上你算入门了，可以跟大牛做项目了，然后多看IEEE的资料，（基准源，运放，比较器）是要继续训练的，（有位大侠谈过了，看帖子，模拟电路的四重境界--文章结尾有）。然后再从CMOS 到BICMOS等等！！
我再推荐两本好书（专业性更强）introducation to cmos op-amps and comparators;design of analogy chip
本人刚刚学习，说得不好，不专业，还请各位朋友多多提醒
模拟电路的四重境界
复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享。
我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时惘然。电路和系统，看上去是两个概念， 两个层次。 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的，那时候知道他们是“系统”的， 而我们呢，是做模拟“电路”设计的，自然要偏向电路。而模拟芯片设计初学者对奇思*巧的电路总是很崇拜，尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC （IEEE Journal of solid state circuits）， 以前非常喜欢看， 当时立志看完近二十年的文章，打通奇经八脉，总是憧憬啥时候咱也灌水一篇， 那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角， 就是在国外读博士，能够在上面发一篇也属优秀了。
读研时，我导师是郑增钰教授，李联老师当时已经退休，逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导。郑老师治学严谨，女中豪杰。李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物，现在在很多公司被聘请为专家或顾问。 李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作。李老师和郑老师是同班同学，所以很要好，我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点。李老师和郑老师给我的培养方案是：先从运算放大器学起。所以我记得我刚开始从小电流源开始设计。那时候感觉设计就是靠仿真调整参数。但是我却永远记住了李老师语重心长的话：运放是基础，运放设计弄好了，其他的也就容易了。
当时不大理解，我同学的课题都是AD/DA，锁相环等“高端”的东东，而李老师和郑老师却要我做“原始”的模块，我仅有的在(固体电子学) （国内的垃圾杂志）发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器。 做的过程中很郁闷，非常羡慕我同学的项目，但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理，所以我就专门看JSSC运放方面的文章，基本上近20多年的全看了。当时以为很懂这个了，后来工作后才发现其实还没懂。 所谓懂，是要真正融会贯通，否则塞在脑袋里的知识再多，也是死的。但是运算放大器是模拟电路的基石，只有根基扎实方能枝繁叶茂，两位老师的良苦用心工作以后才明白。总的来说，在复旦，我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话。
硕士毕业，去找工作，当时有几个offer。 我师兄孙立平， 李老师的关门弟子，推荐我去新涛科技，他说里面有个常仲元，鲁汶天主教大学博士，很厉害。我听从师兄建议就去了。新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了，成为国内第一家成功的芯片公司。面试我的是公司创始人之一的总经理Howard. C. Yang（杨崇和）。 Howard是Oregon State University 的博士，锁相环专家。面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的， 我很熟练。他说你面有个零点，我很奇怪，从没听过，云里雾里，后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的， 等效模型中有个电阻，他自己命名为杨氏电阻。 当时出于礼貌，不断点头。不过他们还是很满意，反正就这样进去了。我呢，面试的惟一的遗憾是没见到常仲元， 大概他出差了。
进入新涛后，下了决心准备术业有专攻。因为本科和研究生时喜欢物理，数学和哲学，花了些精力在这些上面。工作后就得真刀真枪的干了。每天上班仿真之余和下班后，就狂看英文原版书。第一本就是现在流行的Razavi的那本书。读了三遍。感觉大有收获。那时候在新涛，初生牛犊不怕虎，应该来说，我还是做得很出色的，因此得到常总的赏识，被他评价为公司内最有potential的人。偶尔常总会过来指点一把，别人很羡慕。其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得， 他大意是说做模拟电路设计有三个境界：第一是会手算，意思是说pensile-to-paper， 电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。第二是，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。 第三就是创造电路。
我大体上按照这三部曲进行的。Razavi的那本书后面的习题我仔细算了。公司的项目中，我也力图首先以手算为主， 放大器的那些参数，都是首先计算再和仿真结果对比。久而久之，我手计算的能力大大提高，一些小信号分析计算，感觉非常顺手。这里讲一个小插曲，有一次在一个项目中，一个保护回路AC仿真总不稳定， 调来调去，总不行，这儿加电容，那儿加电阻，试了几下都不行，就找常总了。因为这个回路很大，所以感觉是瞎子摸象。常总一过来三下五除二就摆平了， 他仔细看了，然后就导出一个公式，找出了主极点和带宽表达式。通过这件事，我对常总佩服得五体投地， 同时也知道直观的威力。所以后来看书时，都会仔细推导书中的公式，然后再直观思考信号流， 不直观不罢手。一年多下来， 对放大器终于能够透彻理解了，感觉学通了， 通之后发现一通百通。最后总结：放大器有两个难点，一个是频率响应，一个是反馈。其实所谓电路直观，就是用从反馈的角度来思考电路。每次分析了一些书上或者JSSC上的“怪异”电路后，都会感叹：反馈呀，反馈！然后把分析的心得写在paper上面。 学通一个领域后再学其他相关领域会有某种“加速”作用。
常总的方式是每次做一个新项目时，让下面人先研究研究。我在离开新涛前，做了一个锁相环。 我以前没做过，然后就把我同学的硕士论文，以及书和很多paper弄来研究，研究了一个半月，常总过来问我：锁相环的3dB带宽弄懂了吧？ 我笑答：早就弄懂了。我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上，小菜了。我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了。之后不久，一份30多页的英文研究报告发出来，常总大加赞赏！。
后来在COMMIT时，有个项目是修改一个RF Transceiver芯片， 使之从WCDMA到TD-SCDMA。里面有个基带模拟滤波器。我以前从没接触过滤波器，就花了两个月时间，看了三本英文原版书，第一本有900多页，和N多paper， 一下子对整个滤波器领域，开关电容的，GmC的，Active RC的都懂了。提出修改方案时， 由于我运放根基扎实，看文章时对于滤波器信号流很容易懂，所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案。最后报告写出来（也是我的又一个得意之作），送给TI. TI那边对这边一下子肃然起敬，Conference call时， 他们首先说这份报告是“Great job!”，我英文没听懂，Julian对我夸大拇指，说“他们对你评价很高呢”。后来去Dallas， TI那边对我们很尊敬， 我做报告时，很多人来听。总之，现在知道，凡事情，基础很重要，基础扎实学其他的很容易切入， 并且越学越快。
我是02年 11月去的COMMIT，当时面试我的也是我现在公司老板Julian。 Julian问我：你觉得SOC (system on chip)设计的环节在哪儿？ 我说：应该是模拟电路吧，这个比较难一些。Julian说错了，是系统。我当时很不以为然， 觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上。 Julian后来自己run了现在这公司On-Bright，把我也带来， 同时也从TI拉了两个，有一个是方博士。我呢，给Julian推荐了朱博士。这一两年，我和朱博士对方博士佩服得五体投地。方博士是TI华人里面的顶级高手， 做产品能力超强。On-Bright现在做电源芯片，我和朱博士做了近两年，知道了系统的重要性。芯片设计最终一定要走向系统， 这个是芯片设计的第四重境界。电路如同砖瓦，系统如同大厦。芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就是只见树木，不见森林。电源芯片中，放大器，比较器都是最最普通的， 其难点在于对系统的透彻理解。在On-Bright，我真正见识了做产品，从定义到设计，再到debug， 芯片测试和系统测试，最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright，我和朱博士算是大开眼界，也知道了做产品的艰辛。
Analog Integrated Circuit Design, David Johns, Ken Martin, University of Toronto, John Wiley, Inc. A must read classic book on CMOS. Good circuit cook book and circuit theory. The part of Switched-capacitor PLL parts are very good and you must know it.
Microelectronic Circuits (the latest edition is 4th). Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, Oxford, 1998 (University of Toronto). A very good book! It is for undergraduates, easy to understand and the summery is very good and equation is very insightful. A must-read book before interview.
CMOS Analog Circuit Design, Phillip E. Allen and Douglas R. Holberg, Published in 1987. A little older but still worth to read. (It has a later edition (2002 ?, but I have not found time to read yet).
Design of analog CMOS Integrated Circuits, Behzad Razavi, McGraw-Hill, 2001. A textbook used by many schools. It helps you understanding lot of the circuits, but too simple to use in real design. I should say it is a very good theory book. Not ENGINEER book. Anyway IT ALL BEGINS FROM MAXWELL'S EQUATIONS, RIGHT?
第一章 绪论
1.1 模拟集成电路设计
1.2 字符、符号和术语
1.3 模拟信号处理
1.4 VLSI混合信号电路设计模拟举例
1.5 小结
习题
参考文献
第二章 CMOS技术
mos管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。
2.1 基本MOS半导体制造工艺
2.2 PN结
2.3 COM晶体管
2.4 无源元件
2.5 关于CMOS技术的其他考虑
2.6 集成电路版图
2.7 小结
习题
参考文献
第三章 CMOS器件模型
3.1 简单的MOS大信号模型
3.2 其他MOS管大信号模型的参数
3.3 MOS管的小信号模型
3.4 计算机仿真模型
3.5 亚阈值电压区MOS模型
3.6 MOS电路的SPICE模拟
3.7 小结
习题
参考文献
第四章 模拟CMOS子电路
4.1 MOS开关
4.2 MOS二极管/有源电阻
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。
4.3 电流漏和电流源
4.4 电流镜
4.5 基准电流和电压
4.6 带隙基准
4.7 小结
习题
参考文献
第五章 CMOS放大器
运放是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。
5.1 反相器
5.2 差分放大器
5.3 共源共栅放大器
5.4 电流放大器
5.5 输出放大器
5.6 商增益放大器结构
5.7 小结
习题
参考文献
第六章 CMOS运算放大器
6.1 CMOS运算放大器设计
6.2 运算放大器的补偿
6.3 两级运算放大器设计
6.4 两级运算放大器的电源抑制比
6.5 共源共栅运算放大器
6.6 运算放大器的仿真与测量
6.7 运算放大器的宏模型
6.8 小结
习题
参考文献
第七章 高性能CMOS运算放大器
……
第八章 比较器
第九章 开关电容电路
第十章 数模和模数转换器
