MicroElectronic Circuit Design
微电子电路设计第五版,Richard C. Jaeger, Traveis N. Blalock编著。FIETH EDITIONMICROELECTRONICHM-M- CIRCUIT DESIGNRICHARD C. JAEGERAuburn UniversityTRAVIS N. BLALOCKUniversity of VirginiaMcGrawEducationGrawEducationMICROELECTRONIC CIRCUIT DESIGN. FIFTH EDITIOPublished by McGraw-Hill Education, 2 Penn Plaza, New York, NY 10121 CopyrightC 2016 by McGraw-Hill EducationAll rights reserved. Printed in the United States of America. Previous editions 2011, 2008, and 2004. No part of thispublication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a database or retrieval system,without the prior written consent of McGraw-Hill Education, including, but not limited to, in any network or otherelectronic storage or transmission, or broadcast for distance learninSome ancillaries, including electronic and print components, may not be available to customers outside the United StatesThis book is printed on acid-free pape1234567890DOw/DOw1098765ISBN978-0-07-352960-8MHID0-07-352960-5sident Products markets Kurt LVice President, General Manager, Products Markets: Marty Langece President, Content Design Delivery: Kimberly Meriwether DavidManaging director: Thomas TimpGlobal Publisher Raghu srinivasanDirector. Prodrelopment: RoDirector, Digital Content Development: Thomas Scaife, Ph DProduct develoVincent brashMarketing manager: Nick Mc faddenDirector, Content Design Delivery: Linda avenariusProgram meSchillingContent Project Managers: Jane Mohr, Tammy Juran, and Sandra M. SchneeBuyer: Jennifer PickelDesign: Studio Montage, St Louis, MOContent Licensing Specialist: DeAnna DausenerCompositor: MPS LimitedPrinter.R. DonnellAll credits appearing on page or at the end of the book are considered to be an extension of the copyright pageLibrary of Congress Cataloging-in-Publication DataJaeger. Richard cMicroelectronic circuit design/Richard C. Jaeger, Auburn University,Travis N. Blalock, University of Virginia. --Fifth editionpages cmIncludes bibliographical references and indexISBN978-0-07-352960-8(alk. paper)-ISBN0-07-338045-8(alk. paper)d 1. Integrated circuits--Design and construction. 2. Semiconductors--Design and construction. 3. Electronic circuitesign. I. Blalock, Travis N. Il. TitleTK7874.J3332015621.3815-dc232014040020The Internet addresses listed in the text were accurate at the time of publication. The inclusion of a website does not indicatean endorsement by the authors or McGraw-Hill Education, and McGraw-Hill Education does not guarantee the accuracy ofthe information presented at these siteswww.mhhe.comTOTo Joan, my loving wife and life long partnerRichard C. JaegerIn memory of my father, Professor Theron vaughnBlalock, an inspiration to me and to the countlessstudents whom he mentored both in electronicdesign and in life.Travis n blalockBRIEF CONTENTSPreface xxChapter-by-Chapter Summary XXV12 Operational Amplifier Applications 685PART ONE13 Small-Signal Modeling and LinearSOLID-STATE ELECTRONICS AND DEVICESAmplification 77014 Single-Transistor Amplifiers 8411 Introduction to Electronics 32 Solid-State Electronics 4115 Differential Amplifiers and Operational Amplifier3 Solid-state Diodes and Diode circuits 72Design 9524 Field-Effect Transistors 14416 Analog Integrated Circuit Design Techniques 10315 Bipolar Junction Transistors 21517 Amplifier Frequency Response 111318 Transistor Feedback Amplifiers andPART TWOOscillators 1217DIGITAL ELECTRONICSAPPENDICES6 Introduction to Digital Electronics 2837 Complementary MOS (CMOS) Logic Design 359A Standard Discrete Component Values 12918 MOS Memory Circuits 414B Solid-State Device Models and sPIce simulationParameters 12949 Bipolar Logic Circuits 455C TWo-Port Review 1299PART THREIndex 1303ANALOG ELECTRONICS10 Analog Systems and Ideal OperationalAmplifiers 51711 Nonideal Operational Amplifiers and FeedbackAmplifier Stability 587CONTENTSPreface xxCHAPTER 2Chapter-by-Chapter Summary XXVSOLID-STATE ELECTRONICS 41PART ONE2.1 Solid-State Electronic materials 432.2 Covalent bond model 44SOLID-STATE ELECTRONICS2.3 Drift Currents and mobility inAND DEVICES 1Semiconductors 472.3.1 Drift Currents 47CHAPTER 12.3.2 Mobility 48INTRODUCTION TO ELECTRONICS 32.3.3 Velocity Saturation 482.4 Resistivity of Intrinsic Silicon 491.1 A Brief History of Electronics: From2.5 Impurities in Semiconductors 50Vacuum Tubes to Giga-Scale Integration 52.5.1 Donor Impurities in silicon 511.2 Classification of Electronic Signals 82.5.2 Acceptor Impurities in Silicon 511.2.1 Digital signals 92.6 Electron and hole concentrations in1.2.2 Analog Signals 9Doped semiconductors 511.2.3 A/D and D/A Converters--Bridging2.6.1Type Material (ND >NA)52the analog and Digital2.6.2 p-Type Material (N,A>ND)53Domains 102.7 Mobility and Resistivity in Doped1.3 Notational conventions 12Semiconductors 541.4 Problem-Solving Approach 132.8 Diffusion currents 581.5 Important Concepts from Circuit2. 9 Total Current 59Theory 152.10 Energy Band Model 601.5.1 Voltage and current Division 152.10.1 Electron-Hole pair generation in1.5.2 Thevenin and norton circuitan intrinsic semiconductor 60Representations 162.10.2 Energy Band Model for a Doped1.6 Frequency Spectrum of ElectronicSemiconductor 61Signals 212.10.3 Compensated semiconductors 611.7 Amplifiers 222.11 Overview of Integrated circuit1.7.1 Ideal operational amplifiers 23Fabrication 631.7.2 Amplifier Frequency Response 25Summary 661.8 Element Variations in Circuit Design 26Key Terms 671.8.1 Mathematical modeling ofReference 68Tolerances 26Additional Reading 681.8.2 Worst-Case Analysis 27Problems 688.3 Monte Carlo analysis 291.8.4 Temperature Coefficients 32CHAPTER 31.9 Numeric Precision 34SOLID-STATE DIODES AND DIODE CIRCUITS 72Summary 34Key Terms 353.1 The pn Junction Diode 73References 363.1.1 pn Junction Electrostatics 73Additional Reading 363.1.2 nternal diode currents 77Problems 363.2 The i-v Characteristics of the diode 78VIllContents3.3 The Diode Equation: A Mathematica3.15 Full-Wave Bridge Rectification 123Model for the diode 803.16 Rectifier Comparison and Design3.4 Diode Characteristics under reverse, ZeroTradeoffs 124and forward bias 833.17 Dynamic Switching Behavior of the Diode 1283.4.1 Reverse bias 833.18 Photo diodes, solar cells, and3. 4.2 Zero bias 83Light-Emitting Diodes 1293.4.3 Forward Bias 843.18.1 Photo diodes and3.5 Diode Temperature Coefficient 86Photodetectors 1293.6 Diodes under reverse bias 863.18.2 Power Generation from Solar Cells 1303.6.1 Saturation Current in real3.18. 3 Light-Emitting Diodes(LEDs)13Diodes 87Summary 1323.6.2 Reverse Breakdown 89Key Terms 1333.6.3 Diode model for the breakdownReference 134Region 90Additional Reading 1343.7 pn Junction Capacitance 90Problems 1343.7.1 Reverse bias 903.7.2 Forward Bias 91CHAPTER 43.8 Schottky Barrier Diode 933.9 Diode SPICE Model and layout 93FIELD-EFFECT TRANSISTORS 1443.9.1 Diode Layout 944.1 Characteristics of the MOS Capacitor 1453.10 Diode Circuit Analysis 954.1.1 Accumulation Region 1463.10.1 Load-Line Analysis 964.1.2 Depletion Region 1473.10.2 Analysis Using the Mathematical4.1.3 Inversion Region 147Model for the diode 974.2 The nmos transistor 1473.10.3 The Ideal diode model 1014.2.1 Qualitative i-v Behavior of the3.10.4 Constant Voltage Drop Model 103NMOS Transistor 1483.10.5 Model Comparison and4.2.2 Triode Region Characteristics ofDiscussion 104the nmos transistor 1493.11 Multiple-Diode Circuits 1054.2.3 On Resistance 1523.12 Analysis of Diodes Operating in the4.2.4 Transconductance 153Breakdown Region 1084.2.5 Saturation of the i-v3.12.1 Load-Line Analysis 108Characteristics 1543.12.2 Analysis with the Piecewise4.2.6 Mathematical model in theLinear model 108Saturation (Pinch-off)3.12.3 Voltage regulation 109Region 1553.12.4 Analysis Including Zener4.2.7 Transconductance in saturation 156Resistance 1104.2.8 Channel-Length Modulation 1563.12.5 Line and Load Regulation 1114.2.9 Transfer characteristics and3.13 Half-Wave Rectifier Circuits 112Depletion-Mode MosFETs 1573.13.1 Half-Wave Rectifier with resistor4.2.10 Body Effect or SubstrateLoad 112Sensitivity 1593.13.2 Rectifier Filter Capacitor 1134.3 PMOS Transistors 1603.13.3 Half-Wave Rectifier with rc load 1144.4 MOSFET Circuit Symbols 1623. 13.4 Ripple Voltage and Conduction4.5 Capacitances in MOS Transistors 165Interval 1154.5.1 NMOs Transistor Capacitances in3.13.5 Diode Current 117the Triode region 1653.13.6 Surge Current 1194.5.2 Capacitances in the Saturation3.13.7 Peak-Inverse-Voltage(PlV)Rating 119Region 1663.13.8 Diode Power Dissipation 1194.5.3 Capacitances in Cutoff 1663.13.9 Half-Wave Rectifier with Negative4.6 MOSFET Modeling in SPICE 167Output Voltage 1204.7 MOS Transistor Scaling 1683.14 Full-Wave Rectifier Circuits 1224.7.1 Drain Current 1693. 14.1 Full-Wave Rectifier with Negative4.7.2 Gate Capacitance 169Output Voltage 1234.7.3 Circuit and power densities 169ContentsIX4.7.4 Power-Delay Product 1705.3 The pnp Transistor 2234.7.5 Cutoff Frequency 1705.4 Equivalent Circuit Representations for the4.7.6 High Field Limitations 171Transport Models 2254.7.7 The unified mos transistor model5.5 The i-v Characteristics of the bipolarIncluding High Field Limitations 172Transistor 2264.7.8 Subthreshold conduction 1735.5.1 Output Characteristics 2264.8 MOs Transistor Fabrication and layout5.5.2 Transfer characteristics 227Design Rules 1745.6 The Operating Regions of the Bipolar4.8.1 Minimum Feature size andTransistor 227Alignment Tolerance 1745.7 Transport Model Simplifications 2284.8.2 Mos Transistor Layout 1745.7.1 Simplified Model for the Cutoff4.9 Biasing the NMOS Field-EffectRegion 229Transistor 1785.7.2 Model Simplifications for the4.9.1 Why Do We Need Bias? 178Forward-Active Region 2314.9.2 Four-Resistor Biasing 1805.7.3 Diodes in Bipolar Integrated4.9.3 Constant Gate-Source VoltageCircuits 237Bias 1845.7.4 Simplified Model for the4.9.4 Graphical analysis for theReverse-Active Region 238Q-Point 1845.7.5 Modeling Operation in the4.9.5 Analysis Including Body Effect 184Saturation Region 2404.9.6 Analysis Using the Unified5.8 Nonideal Behavior of the bipolarModel 187Transistor 2434.10 Biasing the PMos Field-Effect Transistor 1885.8.1 Junction Breakdown Voltages 2444.11 The junction Field-Effect Transistor5.8.2 Minority-Carrier Transport in theUFET190Base Region 2444.11.1 The JFET With Bias Applied 195.8.3 Base Transit time 2454.11.2 JFET Channel with Drain-Source5.8.4 Diffusion Capacitance 247Bias 1935.8.5 Frequency Dependence of the4.11.3 n-Channel jfet i-v Characteristics 193Common-Emitter current gain 2484.11.4 The p-Channel JFET 1955.8.6 The Early Effect and Early4.11.5 Circuit Symbols and JFET ModelVoltage 248Summary 1955.8.7 Modeling the Early Effect 2494.11.6 JFET Capacitances 1965.8.8 Origin of the Early Effect 2494.12 JFET Modeling in Spice 1965.9 Transconductance 2504.13 Biasing the JFET and Depletion-Mode5.10 Bipolar Technology and sPiCe Model 251MOSFET 1975.10.1 Qualitative Description 251Summary 2005.10.2 SPICE Model Equations 252Key Terms 2025.10.3 High-Performance BipolarReferences 202Transistors 253Problems 2035.11 Practical bias circuits for the bjt 2545.11.1 Four-Resistor bias network 256CHAPTER 55.11.2 Design Objectives for theBIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS 215Four-Resistor bias network 2585.11.3 terative Analysis of the5.1 Physical Structure of the BipolarFour-Resistor bias circuit 262Transistor 2165.12 Tolerances in bias circuits 2625.2 The Transport Model for the npn5. 12.1 Worst-Case Analysis 263Transistor 2175. 12.2 Monte Carlo Analysis 2655.2.1 Forward Characteristics 218Summary 2685.2.2 Reverse Characteristics 220Key Terms 2705.2.3 The Complete Transport ModelReferences 270Equations for Arbitrary BiasProblems 271Conditions 221
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地理信息系统二次开发实例教程-c#+ArcGis
地理信息系统二次开发实例教程-c#+ArcGis面,包括需求分析、数据管理设计、用户界面设计、设计模式在软件开发中的应用。在开发过程中应用软件工程技术,可以提高软件开发效率和质量。第章“需求分析”介纽了“北京市地理信息公众查询系统”的需求分析,包括需求概述、功能需求以及功能需求详细描述。第章“系统总体设计”介绍了系统平台选择、系统总体框架、系统数据组织及系统开发进度安排等。第章“系统详细设计”根据系统的总体设计结构分别从北京市地理信息公众查询系统的数据库设计和一些相关类的设计两方面米详细阐述系统的设计。第章“系统主界面的实现”首先简单介绍的功能、特点、结构及其数据源,然后介绍如何设计系统的主界面及主要实现代码。第章“选择与査询功能的实现”主要介绍如何通过查询与数据集有关的衣从数据中获取信息,以及如何通过空间和逻辑的查询方法从数据中获取信息。第章“系统其他辅助功能”介绍了系统中其他一些辅助功能的实现,例如当鼠标移动到某地物上并稍做停留后,岀现一个小标签,显示该地物的名称,以及距离量算、面积量算的实现,等等。为了让读者更加全面地掌握的廾发,第章介绍了“北京市地理信息公众査询系统”开发过稈中没有涉及到的一些对象,包括投影对象、地址匹配对象、动态跟踪层(对象与地理事件()对象。科海网站提供了本书涉及的所有源代码,以及实现书中内容所需的所有组件。读者可以从中下载这些资料。由于时间仓促,书中难免有一些错误、遺漏,恳请读者谅解,并提出批评和指正编者2004年5月日录第章地理信息系统软件工程软件工程简介基本概念软件系统开发过程开发过程模型需求分析需求获取需求规约数据管理设计全部采用文件管理文件结合关系数据库管理全部采用关系数据库合理采用面向对象数据库管理用户界面设计界面设计原则界面设计中的要素界面样式应用模式与开发方式应用模式开发方式“北京市地理信息公众查询系统”介绍第章需求分析需求概述功能性需求系统体系结构用户描述具体功能需求非功能性需求功能需求详细描述第章系统总体设计系统平台选择便件平台目录系统操作平台数据库平台系统川发模式与组件选择开发工具系统总体框架系统功能框架系统数据库系统的川发结构系统界面组织系统数据组织系统数据的逻辑组织系统的主要数据类型进度规划第章系统详细设计数据库详细设计地名分类编码元数据表结构电子地图数据系统相关类的详细设计辅助类的详细设计类的详细设计类的详细设计类的详细设计类的详细设计第章系统主界面的实现简介的功能的特点的结构的数据源建立项目加入地图控件加入其他引用创建位图资源主窗体的实现界面设汁基本编码类的初步实现目录辅助类的实现类的成员变量读取元数据创建主窗口中的工作区创建I作区创建“地图”选项卡创建“查询”选项卡创建“帮助”选项卡图层的加入与控制在地图中加入图层依据比例尺控制图层显小通过“地图”选项卡控制地图显示控制显示的地物类型控制地图显示区域地图的放大、缩小、全图显示和漫游其他辅助功能的实现鹰眼功能的实现显示经纬度第章选择与查询功能的实现选择地物查询地物信息地名查询查找最近地物公交查询公交站点与线路查询乘车路线询地名索引查洎绀果的定位与更详细信息最短路径查询第章系统其他辅助功能地名的快速显示距离量算与面积量算其他工具栏按钮功能的实现地图输出子系统的实现在线帮助子系统的实现第章的其他对象动态跟踪层对象与对象目录对象的属性对象的方法对象的属性对象的方法实例应用投影对象坐标系地图投影地理编码用于地址匹配的专用文件绘制街道文件地理编码对象地址定位对象地址标准化对象交耳式地址兀配批地址匹配第章地理信息系统软件⊥程在地理信息系统(开发过程中应用软件工程技术,可以提高软件开发效率和质量。本章首先介绍了软件工程的基本概念、软件系统开发过程和开发过程模型。然后讲述了软件工程技术在系统廾发中的应用:需求分析、数据管理设计、用户界面设计、设计模式在软件开发中的应用。这些方面涉及了开发过程中的不同阶段及不同层次,有些方法之间是互斥的,如和方法,但是软件工程技术最重要的特点是实用,开发者可以根据只体情况选用不同的技术。软件工程简介基本概念计算机软件工程是一类求解工程。它应用计算机科学、数学、工程科学及管理科学等原理,借鉴传统工程的原则、方法创建软件,以达到提高软件质量、降低开发成本的目的。其中,讣算杋科学、数学用于构造模型与算法,工程科学用于制定规范、设计范型、评估成本及确定权衡,管理科学用于管理计划、资源、质量、成本等。从学科角度来看,软件⊥程是·门指导计算机软件开发和维护的上程学科。软件工程的提出是为了解决世纪年代出现的软件危机,当时在大型软件开发项日中存在着成本髙、开发进程不易控制、开发工作量难于估算、软件质量低、项目失败率高等诸多闩题,给软件行业带来了巨大的沖击。软件工程提出了一系列理论、原则、方法及工具,试图解决这种软件危机。和其他工程一样,软件工程有自己的目标、活动和原则,其框架可以概括为图所示的内容。分多//算持开发范型需现设计方法支持过程求管理过程图软什工稈框架第章地理信息系统软件工程软件工程的目标可以概括为“生产具有正确性、可用性及开销合宜的宀品”,其活动包括需求、改计、实现、确认及支持等。围绕工程设计、支持及管理,软件工程有以下条基本原则:)选取适宜的廾发模型。选取适宜的廾发模型可以利」认识需求易变性并加以控制以保证软件产品满足用户的需求〔)采用合适的设计方法。通常要考虑实现软件的模块化、抽象与信息隐藏、本地化致性及适应性等特征。()提供高质量的工程支持。在软件工程中,软件工具与环境对软件过程的支持颇为重要。()重视开发过稈的管理。开发过程的管理直接影响可用资溟的有效利用、最终的软件产品的满意度,软件组织的生产能力等问题。只有对开发过程实施有效管理,才能实现有效的软件工程软件工程把软件工程的思想和方法应用于软件的开发过程。如前所述,软件工程活动包括需求、设计、实现、确认及支持等,它们对应」软件廾发过程的不同阶段。般来说,软件开发都要经历从分析设计到实现确认的过程。每个阶段按照相应的规范进行工作,并得到该阶段的成果,是保证整个开发过程戊功的关键。软件系统开发过程前面讲过,软件工程活动包括需求、设计、实现、确认及支持,它们对应于整个软件开发过程的不同阶段。需求分析需求分析阶段处于软件开发过程的前期,其基本活动是准确定义未来系统的目标,确定为满足用户的需求必须做什么。需求分析又划分为两个阶段,即需求获取和需求规约前者用自然语言清楚地描述用广的需求,而后者的目的是消除获取需求的二义性和不致性。在软件项目的生命周期中,一个错误发现得越晩,修复错误的代价也越髙,所以,高质量的需求工程是软件项目得以正确、高效完成的前提。对于系统分析人员,建立需求面临着以下个方面的困难:·问题空间的理解系统开发人员通常是计算机专业人员,难以深入理解各种业务系统所憂解决的问题空间。人与人之间的通信对于系统分析人员而言,通信主要包括同用户的通信以及同事之间的通信,由于自然语言的二义性,会给准确刻田需求造成障碍。·需求的不断变化造成需求变化的原因很多,包括技术、用户方、市场等等。作为分析人员,必须采用些策咯以适应变化。面向对象的分析方法被认为是解决上述闲难的较好技术,但是完整、准确地刻划问题空间始终是分析人员所面临的挑战第章地理信息系统软件工程系统设计一般来说,需求分析阶段的主要任务是确定系统“做什么”,而系统设计阶段则要解决“怎么倣”的问题。系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型,其设计的内容随系统的目标、数据的性质和系统的不同而有很大的差异。一般前言,首先应根据系统的目标,确定系统必须具备的空间操作功能,称为功能设计;其次是系统的建模和产品的输出,称为应用设计。系统设计是系统整个开发工作的核心,不但要完成熤辑模型所规定的任务,而且要使所改计的系统达到优化。所谓优化,就是选择最优方案,使系统具有运行效率高、控制性能好和可变性强等特点。要提高系统的运行效率,般要尽量避免中问文件的建立,减少文件扫摧的遍薮,并尽量采用优化的数据处理算法为增强系统的搾制能丿,要拟定对数字和字符岀错时的校验方法;在使用数据文件时,要设置口令,防止数据泄密和被非法修改,保证只能通过特定的通道存取数据。为了提高系统的可变性,最有效的方法是釆用模块化的方法,即先将氅个系统看成一个模块,然后按功能分解为若干个子模块。一个模只执行一种功能,一种功能只用一个模垗实现,这样设计出来的系统才能做到可变性好并具有生命力。功能设计又称为系统的总体设计,它的主要仟务是根据系统的目标来规划系统的规模,确定系统的各个组成部分,并说明它们在整个系统中的作用与相互关系,以及确定系统的硬件軋置,规定系统采用的合适技术规范,以保证系统总体目标的实现。图给出了通用的总体设计结构图。因此,系统的总体设计大致包括数据库设计硬件配置与选购软件设计等应用设计又称详细设计。详细设计包括详细的算法、数据表示和数据结构、实施的功能和使用数据之间的关系。详细改计过程中采用了一些工只,以便对数据、算法等进行描述,包括流程图、,问题分析图)、盒图(图)、伪码实现阶段软件实现阶段将设计的结果变换成程序设计语言编写的程序。一般情况下在实现阶段,首先要确定程序改计语言,其影响因素包括:开发人员对语言的熟悉程度、语言的可移植性、编译程序的效率、编译工具的支持等等。目前,语言是被普遍采用的构造系统软件的编程语言,而则更多地应用于编写网络应用程序。无论采用哪一种编程语言,都要求编写高质量的源稈序代码,稈序质量通常包含正确性、可读性、可移植性、程序效率等指标。考虑到系统的维护和演化,提髙源程序的可读性是实觋阶段的一个重要目标,其途径包括添加注释、规范书写格式、确定标认符命名原则、采用结构化的程序设计方法(不用或减少使用语句)等。
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