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朱恩，胡庆生 著

图书标签:

• 集成电路设计
• 专用集成电路
• 数字电路
• 模拟电路
• VLSI
• 芯片设计
• EDA
• IC设计
• 半导体
• 电子工程

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121261923

版次：1

商品编码：11785185

包装：平装

丛书名： 微电子与集成电路设计系列规划教材

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：轻型纸

页数：192

正文语种：中文

内容简介

本书涵盖数字集成电路和专用集成电路设计的基本流程和主要设计方法，共8章，主要内容包括：集成电路发展趋势及专用集成电路基本设计方法、集成电路工艺基础及版图、MOS晶体管与电路设计基础、CMOS数字集成电路常用基本电路、半定制电路设计、全定制电路设计、集成电路的测试技术、集成电路的模拟与验证技术等，每章后附习题与思考题。提供电子课件和习题参考答案。

作者简介

朱恩，东南大学教授、博士生导师，陈莹梅，东南大学大学教授、博士生导师。两位作者都有丰富的科研和教学经验，集成电路设计方向。

目录

目 录
第1章 概论 1
1．1 集成电路工艺发展趋势 1
1．1．1 特征尺寸的发展 1
1．1．2 晶圆尺寸 2
1．1．3 铜导线 3
1．1．4 新型器件不断涌现 3
1．1．5 新材料新工艺的不断应用 4
1．2 专用集成电路基本设计方法 5
1．3 ASIC设计涉及的主要问题 6
1．3．1 设计过程集成化和自动化 6
1．3．2 可测试性设计问题 7
1．3．3 成本问题 7
习题 7
第2章 集成电路工艺基础及版图 8
2．1 引言 8
2．2 集成电路制造基础 8
2．2．1 氧化工艺 9
2．2．2 光刻工艺 9
2．2．3 掺杂工艺 10
2．2．4 金属化工艺 11
2．3 CMOS电路加工工艺 12
2．4 设计规则与工艺参数 20
2．4．1 设计规则的内容与作用 20
2．4．2 设计规则的描述 21
2．5 电学参数 27
2．5．1 分布电阻 27
2．5．2 分布电容 29
习题 32
第3章 MOS晶体管与电路设计基础 34
3．1 MOS晶体管的基本模型 34
3．1．1 NMOS管的I～V特性 34
3．1．2 PMOS管的I～V特性 36
3．2 CMOS反相器直流特性 37
3．3 信号传输延迟 39
3．3．1 CMOS反相器的延迟时间 39
3．3．2 连线延迟 44
3．3．3 电路扇出延迟 45
3．3．4 大电容负载驱动电路 47
3．4 功耗 52
3．4．1 金属导线宽度的确定 53
3．4．2 CMOS功耗 53
习题 55
第4章 CMOS数字集成电路常用基本电路 57
4．1 组合逻辑 57
4．1．1 CMOS组合逻辑的一般结构 57
4．1．2 CMOS组合逻辑的几种基本门 59
4．1．3 CMOS传输门 64
4．2 时序逻辑 68
4．3 动态逻辑电路 70
4．3．1 动态存储电路 70
4．3．2 简单移位寄存器 72
4．3．3 预充电逻辑 75
4．3．4 多米诺CMOS逻辑 78
4．3．5 多米诺CMOS逻辑的改进电路――TSPC逻辑电路 81
4．4 存储电路 84
习题 86
第5章 半定制电路设计 88
5．1 引言 88
5．2 门阵列设计 90
5．2．1 门阵列母片结构 91
5．2．2 门阵列基样元的 92
5．3 标准单元设计 93
5．3．1 标准单元库 94
5．3．2 标准单元设计流程 94
5．3．3 标准单元设计中的EDA工具 95
5．4 可编程逻辑器件设计 96
5．4．1 可编程器件的编程原理 97
5．4．2 典型的PLD器件 98
5．5 FPGA设计 105
5．5．1 Xilinx FPGA的结构和工作原理 106
5．5．2 Xilinx FPGA的设计流程 111
习题 112
第6章 全定制电路设计 114
6．1 全定制电路设计与半定制电路设计的主要区别 114
6．2 全定制电路的结构化设计特征 115
6．2．1 层次性 115
6．2．2 模块性 116
6．2．3 规则性 117
6．2．4 局部性 117
6．2．5 手工参与 118
6．3 全定制电路的阵列逻辑设计形式 118
6．3．1 Weinberger阵列结构与栅列阵版图 119
6．3．2 存储器结构 120
6．4 全定制电路设计举例――加法器设计 129
6．4．1 单位加法器 129
6．4．2 多位加法器 130
6．5 单元在全定制设计中的作用与单元设计 132
习题 133
第7章 集成电路的测试技术 134
7．1 测试的重要性和基本方法 134
7．2 故障模型 135
7．2．1 固定型故障 136
7．2．2 短路和开路故障 136
7．2．3 桥接故障 137
7．2．4 存储器故障 137
7．2．5 其他类型故障 137
7．3 测试向量生成 138
7．4 可测性设计 141
7．4．1 扫描路径法 142
7．4．2 内建自测试（BIST） 145
7．4．3 边界扫描测试 147
习题 151
第8章 集成电路的模拟与验证技术 153
8．1 设计模拟与验证的意义 153
8．2 电路模拟 154
8．3 逻辑模拟与时序模拟 160
8．3．1 逻辑模拟 160
8．3．2 时序模拟 160
8．3．3 建立时间与保持时间 161
8．3．4 时钟周期 162
8．4 定时分析 163
8．4．1 定时分析原理 163
8．4．2 定时分析举例 165
8．5 电路验证 166
8．5．1 版图验证系统的发展 167
8．5．2 几何图形运算 168
8．5．3 设计规则检查（DRC） 169
8．5．4 电路网表提取（NPE） 171
8．5．5 版图参数提取方法 172
8．5．6 电学规则检查（ERC） 175
8．5．7 版图与原理图一致性检查 175
8．5．8 逻辑提取 178
8．5．9 深亚微米版图的物理验证 179
8．6 逻辑综合技术 180
8．6．1 逻辑综合的原理 182
8．6．2 逻辑综合流程 182
习题 184
参考文献 185

前言/序言

《芯片的脉动：从概念到实体的电子脉络探索》 在这瞬息万变的数字时代，信息如同潮水般涌来，而这一切的源头，正是那些隐藏在精密电路板上，却又驱动着我们生活方方面面的微小芯片。它们是现代科技的基石，是连接虚拟与现实的桥梁，是智能社会的神经中枢。然而，究竟是什么样的智慧与工艺，才将一块块不起眼的硅片，塑造成能够执行复杂运算、承载海量信息、甚至模拟人类思考能力的“大脑”？《芯片的脉动：从概念到实体的电子脉络探索》将带领您深入这场令人着迷的科技之旅，揭示芯片诞生的每一个关键环节，勾勒出从最初的构想到最终的实体，那条充满智慧与挑战的电子脉络。 本书并非聚焦于某一特定类型的集成电路设计，例如专用集成电路（ASIC）的特定方法论或设计流程。相反，它以更为宏观和普遍的视角，审视了整个半导体集成电路从无到有的演进过程。我们将从电子元件的基本原理出发，逐步构建起理解复杂数字系统的基石。从最基础的晶体管，这个微观世界的开关，如何通过精妙的组合演变成逻辑门，再到逻辑门如何编织成更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，最终形成能够执行指令、处理数据、控制流程的通用计算单元。 您将了解到，芯片的诞生并非一蹴而就，而是经历了一系列严谨的规划、设计、验证和制造过程。我们将探讨逻辑设计的艺术，理解如何将抽象的算法和功能需求，转化为结构化的逻辑门网络。这其中包括了对各种逻辑器件的深入剖析，例如组合逻辑（如加法器、多路选择器）和时序逻辑（如触发器、寄存器、计数器）的运作机制，以及它们在构建复杂处理单元中所扮演的角色。我们会触及到基本的状态机设计概念，理解如何通过有限状态机来控制和协调系统的行为。 随后，我们将步入架构设计的殿堂。在这里，我们不再仅仅关注局部的逻辑功能，而是着眼于整个芯片的宏观蓝图。这包括如何划分不同的功能模块，例如中央处理器（CPU）、内存控制器、输入输出接口、图形处理单元（GPU）等，以及如何高效地连接这些模块，形成一个协调运作的整体。我们将深入探讨流水线技术的原理，理解它如何通过并行处理大幅提升运算效率；介绍缓存（Cache）的设计理念，以及它在缩短数据访问延迟方面的重要性；还会探讨指令集架构（ISA）的多样性，以及不同的ISA如何影响芯片的性能和兼容性。 在设计过程中，验证是确保芯片功能正确性的生命线。本书将详细阐述多种验证技术，从早期的逻辑仿真，到后来的形式化验证，再到覆盖率分析和测试平台的设计。您将认识到，一个微小的设计缺陷，都可能导致整个芯片的失败，因此，如何全面、高效地发现并修复这些缺陷，是设计者面临的巨大挑战。我们将介绍约束随机验证（CRV）和验证IP（VIP）等先进的验证方法，它们是如何极大地提高验证的效率和全面性。 当然，任何电子产品的最终实现，都离不开物理实现的环节。虽然本书不深入讨论专用集成电路的版图设计细节，但我们会为您揭示其背后的宏观流程。从逻辑设计到物理实现，需要将逻辑门转化为实际的晶体管和连接导线，这个过程涉及综合（Synthesis），将高层描述的逻辑转化为门级网表；再到布局（Placement），将逻辑门放置在芯片的特定位置；以及布线（Routing），连接这些逻辑门形成电路。我们将探讨这些物理实现的挑战，例如信号延迟、功耗、信号完整性等问题，以及它们如何影响芯片的性能和可靠性。 此外，本书还会涉及半导体制造的基本概念。虽然我们不会深入到光刻、蚀刻、掺杂等微观的工艺细节，但您将了解到，一片芯片是如何从原材料（如高纯度硅晶圆）经过数百道复杂的工艺步骤，最终被切割、封装，成为我们手中熟悉的电子元件。我们将简要介绍CMOS（互补金属氧化物半导体）技术作为主流的半导体制造技术，以及其基本工作原理。 《芯片的脉动》的另一大特色在于，它将通过丰富的案例分析，将抽象的概念具象化。我们将选取一些具有代表性的通用处理器、嵌入式系统核心，或者简单的数字逻辑芯片，对其内部结构和设计思路进行剖析。例如，我们会分析一个简单的RISC（精简指令集计算机）处理器的工作原理，讲解其指令解码、执行、访存等阶段的流程；或者分析一个基本的数字信号处理器（DSP）在音频处理中的应用，展示其独特的架构优势。这些案例将帮助您更直观地理解前面所学的理论知识，并看到它们在实际应用中的威力。 本书的目标读者是对电子工程、计算机体系结构、数字逻辑设计感兴趣的初学者、学生，以及希望拓宽技术视野的行业从业者。我们力求用通俗易懂的语言，辅以清晰的图示和流程图，将复杂的技术概念深入浅出地呈现出来。我们不回避技术细节，但更注重逻辑的连贯性和知识的系统性，旨在为读者构建一个完整、清晰的芯片设计认知框架。 阅读《芯片的脉动》，您将不再只是一个被动的信息使用者，而是能够初步理解驱动这个数字世界运转的“引擎”是如何被创造和优化的。您将能够洞察到不同芯片设计选择背后的权衡与取舍，理解它们在性能、功耗、成本之间的平衡。这本书将点燃您对电子脉络的好奇心，激发您探索更深层技术奥秘的渴望。它是一扇窗，让您得以窥见那藏匿于方寸之间的宏伟世界，感受芯片设计中蕴含的科学智慧与工程艺术的完美结合。这是一场关于如何将思想转化为物质，将指令转化为行动的壮丽史诗，等待着您亲自去翻阅和品味。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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