简介:面向使用Razavi《模拟CMOS集成电路设计》教材的高校学生与模拟IC从业者,这份习题解答PDF用于对照课后题、核对推导过程,并厘清新版与预览版之间的题号差异。压缩包仅含1个PDF文件,大小约12.95MB,便于在电脑或平板上查阅。内容围绕教材各章习题展开,给出解答线索与结果,并附新版题号、预览版题号及图号、公式编号的对应修正,例如第4章4.18对应预览版4.5、图4.38与图4.35的替换关系,方便读者按章快速检索。资料还突出图形与公式在电路分析中的作用,适合用来检验概念理解、复盘信号处理与电路设计思路。目前已有4018人学习,可作为课程复习和习题查漏的参考。
1. 一本「题号全错位」的解答手册,先认清它是什么
翻开这份 328 页的模拟CMOS集成电路设计习题解答,第一页不会给你答案,给的是一张修正表。原因很直接:这份解答手册是按教材的预览版编写的,而市面上的正版教材已经把章节顺序、题号、公式编号和图号全部重排过一轮。于是新书第 4.18 题在手册里根本不存在这个编号,对应的其实是 4.5;新书第 6 章引用的 eq (6.23),在解答里写的是 eq (6.20)。这不是缺页,是版本错位。
它真正解决的是模拟集成电路设计刷题时最耗时间的两件事:题号对不上、对上了又发现公式和插图引用全是旧编号。适合正在啃这本经典教材、准备课程考核或面试复盘的人,尤其是已经自己做过一遍题、需要拿标准推导校准过程的自学者。不适合想直接抄答案交差的用法,错位编号会让抄都抄错位置。
2. 版本映射表:NEW 与 PREVIEW 双编号怎么对齐
2.1 错位从哪来:章节增补把编号整体推后
教材改版时做了两类动作,一类是结构性增补,一类是章节内重排。结构性增补的影响最大:新版把振荡器和锁相环单独拆成两章插进正文,导致后面所有章节整体后移。修订说明里写得很清楚——新版第 14 章是新增的 Oscillators,第 15 章是新增的 Phase-Locked Loops,原来的第 14 章变成第 16 章,原来的第 15 章变成第 17 章,原来的第 16 章变成第 18 章。这意味着解答手册里所有写着「第 14 章」「第 15 章」「第 16 章」的交叉引用,全部要手工加 2。
章节内重排则是局部动作。第 3 章新版的 3.1 对应预览版的 3.8,3.2 对应 3.9,一路推到 3.7 对应 3.15;然后新版 3.8 又跳回对应预览版 3.16。第 4 章更典型:新版 4.1 到 4.13 对应预览版 4.12 到 4.24,新版 4.14 反而对应预览版 4.1。看清楚这个规律——某一段是整体平移,平移段之外再单独挂几条。第 5 章、第 6 章、第 8 章都是这个套路,第 7 章则只有公式引用变化、题号完全不动。
提示:判断某章属于「整章位移」还是「章内重排」,最快的办法是看新版题号和预览版题号的差值是否恒定。差值恒定就是平移,差值跳变就说明有单独调整的条目。
2.2 把映射表拆成三类记录
原始修订说明是一段一段贴的对照,直接照着翻很容易串行。我一般会把它拆成三类独立记录,分开维护,因为这三类的处理时机完全不同:题号映射在「找题」时用,公式引用替换在「读推导」时用,图号替换在「画小信号模型」时用。
| 类型 | 典型条目 | 出现章节 | 处理时机 |
|---|---|---|---|
| 题号整体平移 | 新 5.1 → 旧 5.16,新 5.23 → 旧 5.15 | 第 3、4、5、6、8 章 | 翻页找答案之前 |
| 题号单独对调 | 新 4.14 → 旧 4.1,新 3.15 → 旧 3.1 | 第 3、4 章 | 同上,但需单独核对 |
| 公式编号替换 | 6.23 → 6.20,6.80 → 6.76,7.59 → 7.57 | 第 3、6、7、18 章 | 推导链条接不上时 |
| 图号替换 | 4.38 → 4.35,4.39 → 4.36,18.12(c) → 16.13(c) | 第 4、8、18 章 | 画等效电路之前 |
| 页码引用替换 | p. 4.6 → p. 4.17,p. 4.9 → p. 4.20 | 第 4 章 | 回查教材正文时 |
第三类和第四类容易被忽略,因为它们不改题号,只改解答内部的一句话。你翻到正确的那道题,读着读着发现解答里说「由式 (6.23) 可得」,回头翻教材第 6 章根本没有这个编号的式子,推导就断在这里。
2.3 用一段脚本把对照表变成可查询字典
手抄映射表最大的问题是查得慢、还容易抄错一位数字。常见做法是把已经确认过的条目写成字典,用的时候直接查,未命中的题号原样返回。
# 映射表:key 为新版题号,value 为 (预览版题号, [(解答中旧引用, 应替换为)]) # 只录入已从修订说明中确认的条目,未录入的题号视为未变化 remap = { "3.1": ("3.8", []), "3.7": ("3.15", [("From 3.6", "From 3.14")]), "4.14": ("4.1", [("(4.52)", "(4.51)"), ("(4.53)", "(4.52)")]), "4.18": ("4.5", [("Fig. 4.38", "Fig. 4.35"), ("Fig. 4.39", "Fig. 4.36")]), "6.13": ("6.6", [("eq (6.56)", "eq (6.53)"), ("problem 3", "problem 9")]), "18.8": ("16.8", [("Fig. 18.33", "Fig. 16.34")]), } def locate(new_no): """返回 (解答手册中的题号, 需要做的引用替换)""" hit = remap.get(new_no) if hit is None: return new_no, [] # 修订说明未列出的题号,编号和引用都没变 return hit def apply_fix(text, fixes): """按顺序替换旧引用,避免新旧编号互相污染""" for old, new in fixes: text = text.replace(old, new) return text preview_no, fixes = locate("4.18") print(preview_no) # 4.5 -> 去手册里翻 4.5 的解答 print(fixes) # 把解答里的图 4.38、4.39 改读成 4.35、4.36 sample = "As shown in Fig. 4.38 and Fig. 4.39, the small-signal gain is..." print(apply_fix(sample, fixes))这段代码的价值不在复杂度,在于把「查表」这件事从人工记忆变成一次函数调用。locate的默认分支很关键:修订说明开头就写了「Chapters and problems not listed are unchanged」,所以未命中不能报错,必须原样返回题号,否则大部分正常题目反而查不到。apply_fix里必须按顺序逐条替换,因为像(4.52) → (4.51)、(4.53) → (4.52)这种链式替换,如果一次性用正则批量处理,第二条会把你刚写进去的 4.52 再改一遍。
3. 公式与图号偏移:解答里引用的不是新书页码
3.1 偏移量怎么估:先算差值再定位
公式编号的替换没有映射表逐条列出,只能靠规律推。观察第 6 章:新 6.23 对应旧 6.20,新 6.80 对应旧 6.76,差值是 3 和 4,不完全一致;第 7 章新 7.59 对应旧 7.57,新 7.66/7.67 对应旧 7.60/7.61,差 2 和 6。这说明新版在第 7 章删减了多段推导,公式压缩比较狠。
实操上我是这么估的:先在解答里找到那句引用,看它上下文在推什么,再回教材对应小节里找形式相同的那条式子。比如解答里写「利用式 (7.79)」,那一定落在第 7 章讲噪声或反馈的那一节,去那一节找结构最接近的编号式子,通常就是新编号。差几个不重要,重要的是找到结构对应的那一条。
| 章节 | 新版公式 | 解答中写作 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 3 | Eq. (3.123) | Eq. (3.119) | 4 |
| 6 | (6.23) | (6.20) | 3 |
| 6 | (6.52) | (6.49) | 3 |
| 6 | (6.56) | (6.53) | 3 |
| 6 | (6.80) | (6.76) | 4 |
| 7 | (7.59) | (7.57) | 2 |
| 7 | (7.70)(7.71) | (7.64)(7.65) | 6 |
| 7 | (7.79) | (7.73) | 6 |
同一章内部差值不一致,说明不能简单加减,只能逐条确认。这也解释了为什么很多人用「整体加 3」这种粗暴办法会翻车——第 7 章加到一半就对不上。
3.2 图号偏移比公式更危险
公式引用错了,推导看不懂,你会停下来查。图号引用错了,人往往不会停下来,而是直接照着错图去画小信号等效电路,画完算出来的增益和解答对不上,还以为是自己的模型有问题。
典型例子是新版 4.18 题。解答里说「见 Fig. 4.35 和 Fig. 4.36」,但新书里对应的是 Fig. 4.38 和 Fig. 4.39。三张图差一位编号,中间那张可能是另一道题的电路,参数完全不一样。第 18 章的例子更绕:新版 18.12(c) 在解答里写作 Fig. 16.13(c),因为整章从 16 挪到了 18,图号前缀也得跟着换。
我一般会在画图之前做一次确认:把解答里提到的图号念一遍,然后在教材目录里找同一小节,看这一小节下面有几张图,编号是不是连续。连续就基本对上了,不连续就说明还有偏移没修正。
3.3 反向索引:从解答页码倒推新书位置
有时候顺序是反的——你在解答手册里随手翻到一道题,解法很漂亮,想回到教材看原题。这时候需要反向查。修订说明只给了 NEW → PREVIEW 的正向对照,反向要自己建。
做法是把正向表整体翻转:遍历每一个新题号,把 (旧题号, 新题号) 作为键值对存进另一个字典。注意第 3 章和第 4 章里存在新旧编号对调的情况,翻转时不会有冲突,因为每个预览版题号在新版里依然只对应一道题。真正需要小心的是那些带撇号的编号,比如预览版 3.2',这种是原书里的补充题,翻转时要保留撇号,否则会撞上 3.2。
注意:反向查到的题号只是「教材第几题」,不代表这道题的解答在手册第几页。手册的页码顺序是按预览版排的,和教材页码没有线性关系,不要拿教材页码去估算手册页码。
4. 按知识点推进:从器件模型到运放的刷题顺序
4.1 第 3~4 章:先把手工计算的手感找回来
第 3 章讲器件模型,第 4 章讲单级放大器,这两章是整个模拟集成电路设计的地基,也是错位最严重的两章。第 3 章新版 3.1 到 3.7 对应预览版 3.8 到 3.15,等于把原来靠后的七道题提到了最前面;第 4 章新版 4.14 直接对到预览版 4.1,中间还夹着公式编号从 (4.52) 改成 (4.51) 这种细碎修正。
刷这两章我建议按「先算后查」的顺序:自己在纸上把 MOS 管的工作区判断、跨导 gm 的三种表达、体效应项 γ 的贡献写一遍,然后拿解答对。对的时候重点看两处——一是解答用的公式编号,二是它假设的近似条件。比如解答里直接写 gm = 2ID/(VGS−VTH),说明它工作在强反型且忽略了速度饱和;如果题目给的过驱动电压很小,这个近似就要打问号。
第 4 章的重点是共源、共栅、源跟随、共源共栅四种单级结构的增益、输入输出阻抗和极点位置。解答手册里这一章的推导比较完整,但图号偏移集中,务必要按第 3 章的方法先把图号修正一遍再对着看。
4.2 第 5~7 章:电流镜、差分对、频响与噪声
第 5 章新版 5.1 到 5.9 对应预览版 5.16 到 5.1,这是一个完整的对调:原来排在后面的题现在排前面了。这一章的题目集中在电流镜的失配和输出阻抗上,常见问法是给定沟道长度调制系数 λ,求镜像误差。解答里的标准套路是先算 ro = 1/(λID),再用电阻分压求电流偏差,最后讨论共源共栅把 ro 抬高多少倍。
第 6 章是差分对和频率响应,也是公式偏移最密集的一章。新 6.13 对应旧 6.6,解答里的 eq (6.56) 要读成 eq (6.53),题内引用的「problem 3」要读成「problem 9」。这类题内交叉引用最容易误读——你以为它指向第 3 章,实际上指向本章第 9 题。做这一章时我习惯先在题目边上写清楚「本题引用:旧编号 → 新编号」,再动手推。
第 7 章讲噪声和反馈,题号完全没变,只有公式编号偏移。这反而更容易松懈:翻开发现题号对得上,就以为整章可以直接用,结果推到一半发现式 (7.60) 在教材里是式 (7.66)。第 7 章的偏移量最大到 6,说明新版在这一章精简的推导最多,遇到接不上的地方不要硬套,回去看教材对应小节的完整推导更快。
4.3 第 8 章与新增两章:反馈稳定性和两个空白区
第 8 章新版 8.1 到 8.4 对应预览版 8.5 到 8.8,8.8 到 8.12 对应预览版 8.1 到 8.4,是标准的首尾对调。这一章的核心是反馈网络的环路增益计算和相位裕度判断,解答里对二极点和密勒补偿的处理值得细看。
真正需要提醒的是新增的两章:振荡器和锁相环。这两章是新版才有的,解答手册出版时还没写,所以完全没有对应解答。这不是缺页,是物理上不存在。遇到这两章的习题,只能回到教材正文和课程讲义,把交叉耦合对、环形振荡器的起振条件、电荷泵 PLL 的环路带宽和相位裕度自己推一遍。第 18 章因为整章从 16 挪过来,解答里所有「第 16 章」的交叉引用要统一改成「第 18 章」,图号前缀同理。
5. 避坑:五条踩过的坑
5.1 按新书题号直接翻,翻到的是另一道题
现象:新书第 5.3 题的解答在手册里找不到,翻到 5.3 页看到的是一道完全不同的题。
原因:第 5 章新版 5.3 对应预览版 5.18,而手册按预览版顺序排页,第 3 页附近放的是预览版 5.x 前面几题。手册里印着「5.3」的那道题,其实是新版 5.9 的解答。
解决:找题之前一律先过一遍映射表,把新题号换成旧题号再翻。查表这一步花十秒,跳过错位能省半小时。用 2.3 那个脚本,把常用章节的映射录全,比记在脑子里可靠。
5.2 公式编号差三四个,推导链条断在中间
现象:解答写到关键一步,说「代入式 (6.23)」,回教材第 6 章找不到这个编号的式子,后面全看不下去。
原因:新版删减了部分推导,后面的公式编号整体前移。第 6 章普遍差 3,个别差 4;第 7 章差 2 到 6 不等。
解决:不要在编号上死磕,改用「结构匹配」——看解答里这条式子的量纲和形式,去教材对应小节找长得一样的那条。同小节内连续三五条式子里,通常只有一条能和解答对上,就是它。对上之后在解答边上用铅笔标新编号,下次再看就不用重找。
5.3 图号对不上,照着错图画的等效电路是错的
现象:按解答里写的 Fig. 4.35 去教材翻,画出来的小信号模型和题目给的电路参数对不上,算出来的增益差一个数量级。
原因:新版 4.18 题的解答基于预览版 Fig. 4.35、4.36,新书里对应的是 Fig. 4.38、4.39。三张图编号只差一位,但分属不同题目。
解决:画图之前先确认图号偏移,把解答里的旧图号逐一替换成新图号。判断依据是这一小节下图的编号是否连续——不连续就说明还有没修正的偏移。第 18 章还要额外处理章节前缀,16 统一改 18。
5.4 新增两章完全没有解答,别浪费时间找
现象:教材第 14 章振荡器、第 15 章锁相环的习题,在手册里怎么翻都找不到,怀疑是扫描件缺页。
原因:这两章是新版才加的,解答手册编写的年代它们还不存在,自然没有内容。手册里所有「第 14 章」的引用都指向原来的运放章,不是新增的振荡器章。
解决:直接放弃在这份手册里找这两章的答案,转去教材正文的例题和课后推导。反过来利用这个信息——手册里凡是写「第 14 章」的地方,一律按第 16 章读;写「第 15 章」的按第 17 章读;写「第 16 章」的按第 18 章读。这个整体加 2 的规则,比逐条查表快。
5.5 扫描件的公式符号识别错,误以为是印刷错误
现象:解答里某些下标看起来像 r_o,实际是 r_on;有的 λ 看起来像 A;负号和小数点粘连。
原因:这份手册是扫描后整理的书签版,公式区域分辨率有限,希腊字母和下标容易糊在一起。
解决:遇到可疑符号,用上下文反推。比如 ro 和 ron 相差一个数量级,看它代入后的数值结果就能判断是哪一个。再不行就回到教材对应公式,教材排印质量通常更好。判断标准是量纲——算出来阻抗是几十千欧还是几百千欧,基本能倒推出正确符号。
6. 当验证器用:把解答变成自检清单
把这份手册当「答案书」用,效率其实不高,因为你要花大量时间处理编号错位。真正高效的做法是反过来:自己先做出结果,再拿解答当验证器,只比对关键中间量,不逐行对答案。这样编号偏移带来的干扰会小很多,因为你只需要定位到「这道题的解答」这一级,不需要跟着它的公式编号一步步走。
我一般会给自己列一张三列清单:左列写自己算出的关键量,中列写解答给出的对应值,右列写两者的差异原因。
| 题目类型 | 自检关键量 | 允许偏差 | 常见偏差来源 |
|---|---|---|---|
| 电流镜 | 镜像电流误差百分比 | 5% 以内 | 是否忽略 λ、是否计入体效应 |
| 差分对 | 差模增益 Av | 10% 以内 | 是否用 gm·ro 近似、ro 取值 |
| 频率响应 | 主极点位置 | 半数量级 | 是否计入负载电容、密勒倍增 |
| 噪声 | 输入参考噪声谱密度 | 20% 以内 | 是否计入闪烁噪声、γ 取值 |
| 反馈 | 相位裕度 | 5 度以内 | 第二极点位置估算偏差 |
偏差超标时,先怀疑三件事:单位(mA 和 A 混用、pF 和 fF 混用)、近似条件(强反型、忽略沟道长度调制、忽略体效应)、图号引用错了导致参数取错。这三类能解释八成以上的对不上。
另一个用法是把解答当作「近似条件的样本库」。同一道题的不同解法往往对应不同的近似层级,比如求共源级增益,解答可能同时给出手算近似式和更精确的表达式,两者差多少、在什么条件下接近,这些信息比最终答案有价值得多。做课程设计或写报告时,拿这两个层级的差异说明精度,比单纯堆公式更有说服力。
从那以后我每次拿到带修订说明的解答手册,第一件事都是把映射表抄成卡片贴在显示器边上,公式偏移量单独写一行,图号偏移再写一行——不是为了背下来,是为了逼自己承认「编号不能信,只能查」。这份手册的价值也确实在这里:它逼着你在每一个编号上停下来确认一次,反而让你把教材的结构摸得比看书时清楚。希望帮到你。
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