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高勇，乔世杰，陈曦 著

图书标签:

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

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030317971

版次：1

商品编码：12017598

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2011-07-01

用纸：胶版纸

页数：228

字数：303000

正文语种：中文

内容简介

　　《集成电路设计技术》系统介绍了集成电路设计的基本方法，在体系结构上分为三部分。第1部分为集成电路设计概述和集成电路设计方法，主要讲述集成电路的发展历史、发展方向，集成电路EDA的基本概念，集成电路正向和反向、自底向上和自顶向下的设计方法，以及全定制、半定制和可编程逻辑器件的设计方法。第二部分为SPICE模拟技术和SPICE器件模型，详细介绍SIPCE语句，以及二极管、双极晶体管、MOS场效应管的SIPCE模型。第三部分为硬件描述语言、逻辑综合及版图技术，结合实例讲述利用Verilog硬件描述语言对电路进行建模及仿真测试的方法，利用DesignCompiler进行逻辑综合的过程和方法，以及全定制版图和基于标准单元的版图设计方法。
　　《集成电路设计技术》注重实践，用具体的实例介绍集成电路设计的基本方法，各章均附有适量的习题，以帮助读者学习和理解各章的内容。
　　《集成电路设计技术》可作为电子科学与技术、微电子学与固体电子学、通信工程、电子信息工程等专业高年级本科生的教材，也可供相关工程技术人员参考。

内页插图

目录

丛书序
前言

第1章 集成电路设计概述
1．1 集成电路的发展历史
1．2 微电子技术的主要发展方向
1．2．1 增大晶圆尺寸并缩小特征尺寸
1．2．2 集成电路走向系统芯片
1．2．3 微机电系统和生物芯片
1．3 电子设计自动化技术
习题

第2章 集成电路设计方法
2．1 集成电路的分层分级设计
2．2 集成电路设计步骤
2．2．1 正向设计和反向设计
2．2．2 自底向上设计和自顶向下设计
2．3 集成电路设计方法分述
2．3．1 全定制设计方法
2．3．2 半定制设计方法
习题

第3章 集成电路模拟与SPICE
3．1 电路模拟的概念和作用
3．2 SPICE简介
3．2．1 通用电路模拟程序的基本组成
3．2．2 电路模拟的流程
3．2．3 SPICE软件功能介绍
3．3 SPICE程序结构
3．3．1 SPICE简单程序举例
3．3．2 节点描述
3．3．3 标题语句、注释和结束语句
3．3．4 基本元件描述语句
3．3．5 电源描述语句
3．3．6 半导体器件描述语句
3．3．7 模型描述语句
3．3．8 子电路描述语句
3．3．9 库文件调用语句
3．3．10 文件包含语句
3．4 SPICE分析与控制语句
3．4．1 分析语句
3．4．2 控制语句
3．5 SPICE分析及仿真举例
习题

第4章 半导体器件模型
4．1 二极管模型
4．1．1 二极管直流模型
4．1．2 二极管瞬态模型
4．1．3 二极管噪声模型
4．1．4 二极管语句及模型参数
4．2 双极晶体管模型
4．2．1 双极晶体管EM1模型
4．2．2 双极晶体管EM2模型
4．2．3 双极晶体管EM3模型
4．2．4 双极晶体管GP模型
4．2．5 双极晶体管语句及模型参数
4．3 MOSFET模型
4．3．1 MOSFET模型等效电路
4．3．2 MOSFET模型分述
4．3．3 MOSFET语句与模型参数
习题

第5章 Verilong硬件描述语言
5．1 VerilogHDL模块的基本概念
5．2 VerilogHDL的要素
5．2．1 标识符
5．2．2 注释
5．2．3 VerilogHDL的4种逻辑值
5．2．4 编译指令
5．2．5 系统任务和函数
5．2．6 数据类型
5．2．7 位选择和部分选择
5．2．8 参数
5．3 运算符
5．3．1 算术运算符
5．3．2 位运算符
5．3．3 逻辑运算符
5．3．4 关系运算符
5．3．5 等式运算符
5．3．6 移位运算符
5．3．7 位拼接运算符
5．3．8 缩减运算符
5．3．9 条件运算符
5．4 结构建模方式
5．4．1 内建基本门
5．4．2 门延时
5．4．3 门级建模
5．4．4 模块实例化
5．5 数据流建模方式
5．5．1 连续赋值语句
5．5．2 延时
5．5．3 数据流建模
5．6 行为建模方式
5．6．1 initial语句
5．6．2 always语句
5．6．3 条件语句
5．6．4 多分支语句
5．6．5 循环语句
5．6．6 阻塞赋值和非阻塞赋值
5．7 混合建模方式
5．8 任务和函数
5．8．1 任务
5．8．2 函数
5．9 组合逻辑建模
5．10 时序逻辑建模
5．11 ROM建模
5．12 有限状态机建模
5．13 测试平台
习题

第6章 逻辑综合
6．1 逻辑综合的基本步骤和流程
6．2 综合工具Design Compiler
6．3 指定库文件
6．4 读人设计
6．5 DC中的设计对象
6．6 定义工作环境
6．6．1 定义工作条件
6．6．2 定义线负载模型
6．6．3 定义系统接口
6．7 定义设计约束
6．7．1 定义设计规则约束
6．7．2 定义设计优化约束
6．8 选择编译策略
6．9 优化设计
6．10 综合举例
6．11 静态时序分析
6．12 系统分割
习题

第7章 版图设计
7．1 版图设计规则
7．1．1 设计规则的定义
7．1．2 设计规则的表示方法
7．1．3 MOSIS设计规则
7．2 版图设计方法
7．3 版图检查与验证
7．4 全定制版图设计
7．4．1 反相器原理图设计
7．4．2 反相器版图设计
7．4．3 设计规则检查
7．4．4 LVS
7．5 基于标准单元的版图设计
7．5．1 准备门级网表和时序约束文件
7．5．2 添加焊盘单元
7．5．3 定义IO约束文件
7．5．4 数据准备
7．5．5 布局规划
7．5．6 标准单元自动布局
7．5．7 时钟树综合
7．5．8 自动布线
7．5．9 设计输出
习题

参考文献

前言/序言

　　自从1959年世界上第一块集成电路诞生以来，集成电路经历了从小规模集成电路一直到特大规模集成电路的发展过程，在单个芯片上集成了上亿个晶体管，并一直遵从摩尔定律。随着信息技术的发展，电子信息类产品的复杂性显著增加，集成电路设计行业需要大批的集成电路设计人才。为了帮助读者掌握集成电路设计方面的知识，我们编写了本书。
　　本书编写的基本指导思想是理论和实践相结合，用具体的实例介绍集成电路设计的基本方法。本书在体系结构上分为三部分。第一部分为集成电路设计概述和集成电路设计方法介绍，包含第1章和第2章。其中，第1章简述集成电路的发展过程，讨论集成电路的发展方向，并给出集成电路EDA的基本概念。第2章讲述集成电路设计方法，包括正向和反向设计、自底向上和自顶向下的设计方法，并讲述全定制、半定制及可编程逻辑器件的设计方法。第二部分为SPICE模拟技术及SPICE器件模型，包含第3章和第4章。其中，第3章给出电路模拟的基本思想，对SPICE的语句进行详细描述。第4章主要讲述SPICE器件模型，包括二极管、三极管及MOS器件的模型。第三部分为硬件描述语言、逻辑综合及版图技术，包含第5章～第7章。其中，第5章对Verilog硬件描述语言的基本语法进行详细描述，并给出大量实例，以帮助读者掌握利用Verilog硬件描述语言对电路进行建模和仿真测试的基本方法。第6章主要讲述利用DesignCompiler进行逻辑综合的过程和方法，给出综合的实例，并简述了静态时序分析和系统分割的基本方法。第7章讲述集成电路版图的基本知识，并利用实例讲述全定制版图设计方法和基于标准单元的版图设计方法。通过以上内容的学习，读者可以掌握集成电路设计的基本方法，为将来从事集成电路设计行业打下基础。
　　本书每一章都配有习题，可以帮助读者学习和理解教材的内容；同时还提供电子课件，方便教师教学。本书可作为电子科学与技术、微电子学与固体电子学、通信工程、电子信息工程等专业高年级本科生的教材，也可供相关工程技术人员参考。
　　高勇教授主持了全书的编写工作，组织讨论了教材大纲，并提供大量的素材。本书第1章、第2章由高勇教授编写，第3章、第4章由陈曦编写，第5章～第7章由乔世杰编写，全书由高勇教授统稿。本书编写过程中得到了科学出版社编辑的大力支持，在此表示感谢。
　　由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，欢迎读者批评指正。

《微观世界的奇迹：晶体管的演变与现代电子器件的诞生》 内容梗概 这本书并非一本关于集成电路设计流程、布局布线、物理验证或特定EDA工具使用的手册。它将带您踏上一段穿越时空的旅程，深入探索电子世界最微小的基石——晶体管——的起源、发展与革命性影响。我们不谈及芯片上的逻辑门如何连接，不讨论时序分析的复杂性，也不深入探讨制程节点的演进对产品性能的直接贡献。取而代之的，我们将聚焦于构成这一切的基础：那个能够放大、开关和控制电流的半导体神奇装置。 本书的第一部分，将从晶体管的“前世今生”开始。我们会回溯到真空管时代，了解那些笨重、耗电但却开启了电子革命的先行者。我们将详细介绍真空管的工作原理，以及它们在无线电、早期计算机等领域所扮演的关键角色。然后，笔锋一转，我们将聚焦于那个划时代的发现——晶体管的发明。这不是一个简单的技术迭代，而是一场颠覆性的革命。我们会深入探讨其背后的物理原理，了解为什么锗和硅会成为半导体行业的宠儿，以及点接触晶体管和结型晶体管的出现如何彻底改变了电子器件的体积、功耗和可靠性。我们会生动地描绘出那个充满激情与探索的年代，科学家们如何克服重重困难，将理论转化为现实，以及这些微小的半导体器件如何逐渐取代庞大的真空管，为未来的电子设备奠定坚实的基础。 第二部分，我们将深入解析不同类型晶体管的“内在乾坤”。虽然我们不直接讨论集成电路的逻辑功能，但理解构成逻辑功能的这些基本单元至关重要。我们将详细介绍双极结型晶体管（BJT）的工作原理，包括其电流放大作用和开关特性，并解析其结构、载流子迁移以及各种工作模式。接着，我们将重点转向场效应晶体管（FET），特别是MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。我们会详尽阐述MOSFET的结构，包括栅极、源极、漏极和沟道，以及电场如何控制沟道的导电性。我们将深入剖析MOSFET的两种主要类型：NMOS和PMOS，以及它们的功耗与开关速度特点。虽然我们不绘制电路图，但我们将通过对这些基本单元的深入理解，为读者勾勒出电子信号控制的微观世界。我们会解释为什么MOSFET在现代电子设备中占据主导地位，而不仅仅是提及它在集成电路中的应用。 第三部分，本书将视野拓展到晶体管的“生态系统”。这意味着我们将探讨制造晶体管所涉及的关键工艺，但侧重点在于基础的物理和化学原理，而不是复杂的设备和流程控制。我们将介绍半导体材料的提纯过程，如何获得高纯度的硅晶圆。我们会详述光刻技术的核心概念，虽然不涉及掩模版设计或对准精度，但我们会解释光敏材料和紫外光如何被用来在硅片上“雕刻”出极其精密的图案，为晶体管的形成打下基础。我们会介绍掺杂技术，理解为何以及如何通过引入其他元素来改变半导体的导电性能，形成PN结。我们还会简要触及蚀刻和沉积等基本工艺，强调它们在层层叠加、构建三维结构中的作用。这段内容将帮助读者理解，一个微小的晶体管是如何通过一系列精妙的物理化学过程“生长”出来的。 第四部分，我们将着眼于晶体管对“世界的影响”。尽管我们不会分析具体的芯片设计，但我们可以从更宏观的角度来审视晶体管的革命性力量。我们会回顾晶体管的发明如何催生了计算机的微型化和普及，从笨重的巨型机到个人电脑，再到如今的智能手机和平板电脑，每一次飞跃都离不开晶体管技术的进步。我们会探讨晶体管在通信领域的应用，从收音机到无线网络，再到我们日常使用的各种通信设备，晶体管是如何实现信号的传输、接收和处理的。我们还会提及晶体管在消费电子产品中的广泛应用，例如电视、相机、音频设备等，以及它们如何让这些产品更加智能、便捷、高效。这段内容将帮助读者建立起晶体管与我们日常生活息息相关的认知，理解这些微小元件如何构成了现代社会运行的基石。 最后，本书的第五部分，将展望晶体管的“未来之路”。我们不会讨论下一代制程的命名和工艺参数，而是聚焦于驱动未来发展的核心科学问题和技术瓶颈。我们会探讨材料科学的探索，例如如何寻找比硅更优越的半导体材料，以克服当前材料的物理极限。我们会简要介绍量子效应的出现，以及科学家们如何利用量子力学原理来设计和制造更小、更快、更节能的晶体管，例如量子点晶体管或碳纳米管晶体管。我们还会探讨新的器件结构和工作原理的可能性，例如三维堆叠技术或新型的开关机制。这段内容将激发读者对电子科学未来发展方向的思考，以及那些可能将继续推动技术进步的未知领域。 总而言之，《微观世界的奇迹：晶体管的演变与现代电子器件的诞生》是一本关于基础电子元件的科普读物。它旨在为读者揭示构成现代电子设备核心的微小神奇装置——晶体管——的深层奥秘。我们不提供具体的集成电路设计方法，而是通过深入浅出的讲解，让您理解晶体管的物理原理、发展历程、制造工艺基础以及其对人类社会产生的巨大而深远的影响。本书将是一次关于科学发现、技术创新和未来展望的精彩探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨集成电路的设计方法论方面，给我留下了深刻的印象。它不仅仅局限于描述各种设计工具的使用，更是深入分析了不同设计阶段所面临的挑战和权衡。例如，在进行前端设计时，作者详细介绍了RTL（寄存器传输级）建模的各种技巧，以及如何通过良好的代码风格来保证设计的可读性和可维护性。接着，在后端设计方面，书中详细讲解了物理实现的过程，包括综合、布局、布线以及后布局布线分析等关键步骤。让我印象深刻的是，作者强调了功耗、性能和面积（PPA）之间的相互制约关系，并提供了多种优化策略。

评分☆☆☆☆☆

我最近读了一本关于微电子技术设计的书，内容涉及了从基本的半导体物理原理到复杂的芯片架构。书中详细阐述了MOSFET器件的特性，以及CMOS技术在集成电路中的应用。我特别喜欢关于逻辑门和时序电路的部分，作者通过大量的例子和图示，将抽象的概念变得非常直观。读到关于时序分析和时钟树综合时，我才真正体会到芯片设计中对时间和信号同步的严苛要求。书中还提到了EDA（电子设计自动化）工具的重要性，并介绍了几种主流EDA工具的功能和应用场景，这让我对现代集成电路设计流程有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨集成电路设计中的验证和测试策略时，给我带来了很多启发。作者强调了“设计一次，成功验证”的理念，并详细介绍了各种验证方法，如功能验证、形式验证和性能验证。他通过列举实际案例，阐述了为什么充分的验证是保证芯片质量的关键。书中还讨论了芯片制造完成后，如何通过各种测试手段来确保其功能正常，并满足设计规格。这让我意识到，集成电路设计并非一蹴而就，而是一个需要持续投入精力进行验证和测试的迭代过程。

评分☆☆☆☆☆

我一直对集成电路的物理实现过程感到好奇，这本书在这方面给予了我极大的满足。它从最基础的晶圆制造工艺开始，逐步深入到芯片的封装和测试。书中对光刻、刻蚀、离子注入等关键制造工艺的描述非常详细，让我得以窥见将数百万甚至数十亿晶体管集成到方寸芯片上的精妙之处。此外，关于良率分析和失效机理的章节也让我受益匪浅，它让我理解了为何在芯片制造过程中，每一个环节都至关重要，任何微小的失误都可能导致产品失败。

评分☆☆☆☆☆

这本书，虽然书名看起来挺硬核的，叫做《集成电路设计技术》，但读起来却意外地生动有趣。我本以为会是一本充斥着冷冰冰的公式和晦涩术语的枯燥读物，结果完全出乎我的意料。作者并没有直接抛出大量的专业知识，而是从一个更宏观的角度切入，仿佛在讲述一个宏大的故事。他首先描绘了集成电路在现代社会中的地位，从我们日常使用的智能手机，到庞大的数据中心，再到精密的医疗设备，几乎无处不在。这种铺垫非常有感染力，让我开始意识到，原来我平时习以为常的科技产品背后，蕴藏着如此复杂且令人惊叹的设计智慧。 接着，书的内容开始深入到集成电路设计的具体流程。但依然保持了一种循序渐进的方式，并没有一开始就堆砌大量的技术细节。比如，在讲解逻辑设计时，作者用了许多生动的比喻，将抽象的逻辑门电路形象化，让我这个门外汉也能大概理解其工作原理。他提到了各种不同的设计工具和方法，但并没有让我感到眼花缭乱，反而像是在参观一个精密的工厂，了解每一道工序是如何协同工作的。尤其是关于验证的部分，作者强调了其重要性，并用了一些实际的案例来阐述错误验证可能带来的严重后果，这让我对设计的严谨性有了更深的认识。 让人印象深刻的是，书中对不同类型集成电路的介绍。从最基础的数字电路，到更复杂的模拟电路，以及将两者结合的混合信号电路，作者都进行了细致的讲解。而且，他还会提到不同类型电路在实际应用中的特点和挑战，比如模拟电路对噪声的敏感性，数字电路的功耗问题等等。这让我不仅仅是了解了“是什么”，更开始思考“为什么”和“怎么样”。书中的配图也很丰富，各种流程图、框图、电路图都清晰明了，大大降低了理解的难度。我甚至觉得，即便不是专业的工程师，也能从中获得不少有益的启发。 总的来说，这本书在理论深度和实践指导性之间找到了一个很好的平衡点。它不仅仅是停留在概念层面，而是会深入到一些具体的设计考量。例如，在讨论芯片的物理设计时，作者提到了布局布线、时序收敛等关键环节，并解释了它们对芯片性能和功耗的影响。虽然有些术语对我来说还是需要查阅资料才能完全理解，但整体的逻辑和思路是清晰的。让我感觉，这本书不仅仅是传授知识，更是在培养一种解决问题的思维方式，一种对细节的关注和对整体的把握。 最后，这本书的语言风格也非常值得称赞。作者的表达方式清晰、简洁，并且充满了热情。他并没有采用枯燥、刻板的教科书式语言，而是用一种更具引导性的方式来阐述复杂的概念。读起来一点都不费力，反而让人想要继续往下读。书中穿插了一些行业发展的历史故事和未来趋势的展望，这让我感觉这本书不仅仅是关于“技术”，更是关于“技术背后的故事”和“未来的可能性”。这对于我这样希望了解集成电路领域发展脉络的读者来说，非常有价值。