大規(guī)模集成電路原理與設(shè)計(jì)

前言

　　近20年里，計(jì)算機(jī)學(xué)科有了很大的發(fā)展，人們普遍認(rèn)為，“計(jì)算機(jī)科學(xué)”這個(gè)名字已經(jīng)難以涵蓋該學(xué)科的內(nèi)容，因此，改稱其為計(jì)算學(xué)科（Computing Discipline）。在我國(guó)本科教育中，1996年以前曾經(jīng)有計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)和計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)，之后被合并為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。2004年以來，教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)根據(jù)我國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育和計(jì)算學(xué)科的現(xiàn)狀，為更好地滿足社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求，發(fā)布了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），提出在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)名稱之下，構(gòu)建計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程和信息技術(shù)四大專業(yè)方向?！兑?guī)范》中四大專業(yè)方向的分類，在于鼓勵(lì)辦學(xué)單位根據(jù)自己的情況設(shè)定不同的培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)更具針對(duì)性和特色的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才?！　榕浜稀兑?guī)范》的實(shí)施，落實(shí)中央“提高高等教育質(zhì)量”的精神，我們規(guī)劃了“面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范系列教材”。本系列教材面向全新的計(jì)算學(xué)科，針對(duì)我國(guó)高等院校逐步向新的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系過渡的趨勢(shì)編寫，在知識(shí)選擇、內(nèi)容組織和教學(xué)方法等方面滿足《規(guī)范》的要求，并與國(guó)際接軌。本套教材具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：　　（1）體現(xiàn)《規(guī)范》的基本思想。滿足其課程要求。為使教材符合我國(guó)高等院校的教學(xué)實(shí)際，編委會(huì)根據(jù)《規(guī)范》的要求規(guī)劃本套教材，廣泛征集在國(guó)內(nèi)知名高校中從事一線教學(xué)和科研工作、經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)秀教師承擔(dān)編寫任務(wù)。　?。?）圍繞“提高教育質(zhì)量”的宗旨開發(fā)教材。為了確保“精品”，本系列教材的出版不走盲目擴(kuò)大的路子，每本教材的選題都將由編委會(huì)集體論證，并由一名編委擔(dān)任責(zé)任編委，最大程度地保證這套教材的編寫水準(zhǔn)和出版質(zhì)量?！　。?）教材內(nèi)容的組織科學(xué)、合理，體系得當(dāng)。本套教材的編寫注重研究學(xué)科的新發(fā)展和新成果，能夠根據(jù)不同類型人才培養(yǎng)需求，合理地進(jìn)行內(nèi)容取舍、組織和敘述，還精心設(shè)計(jì)了配套的實(shí)驗(yàn)體系和練習(xí)體系。　?。?）教材風(fēng)格鮮明。本套教材按4個(gè)專業(yè)方向統(tǒng)一規(guī)劃，分批組織，陸續(xù)出版。教材的編寫體現(xiàn)了現(xiàn)代教育理念，探討先進(jìn)的教學(xué)方法?！　。?）開展教材立體化建設(shè)。根據(jù)需要配合主教材的建設(shè)適時(shí)開發(fā)實(shí)驗(yàn)教材、教師參考書、學(xué)生參考書、電子參考資料等教輔資源，為教學(xué)實(shí)現(xiàn)多方位服務(wù)。　　我們衷心希望本系列教材能夠?yàn)槲覈?guó)高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的教學(xué)作出貢獻(xiàn)，歡迎廣大讀者廣為選用。

內(nèi)容概要

本教材本著從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的循序漸進(jìn)的原則，先從構(gòu)成集成電路的主要器件MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本工作原理開始，再深入分析CMOS基本單元電路，基于對(duì)單元電路的討論，分析一些重要的數(shù)字子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，最后討論集成電路的設(shè)計(jì)方法。在每一章都有相應(yīng)的例題和習(xí)題引導(dǎo)和幫助學(xué)生掌握電路的工作原理和設(shè)計(jì)思路。本書在編寫過程中充分考慮了計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的需求，重點(diǎn)放在電路基本原理和設(shè)計(jì)方法上，目的在于使計(jì)算機(jī)專業(yè)背景的學(xué)生也能夠掌握集成電路的設(shè)計(jì)方法。    本書可以作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)等非微電子專業(yè)的高年級(jí)本科生學(xué)習(xí)集成電路原理與設(shè)計(jì)的教材，也可以作為信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員了解CMOS集成電路的入門參考書。

作者簡(jiǎn)介

甘學(xué)溫，北京大學(xué)教授。長(zhǎng)期從事教學(xué)和教學(xué)管理工作。曾獲北京大學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)、北京大學(xué)摩托羅拉獎(jiǎng)教金、北京大學(xué)華為獎(jiǎng)教金、北京大學(xué)深圳研究生院教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)。與賈嵩、陳中建等共同建設(shè)的“集成電路原理與設(shè)計(jì)”系列課程被評(píng)為2008年北京市高等教育精品課程，“集成電路原

書籍目錄

出版者的話序言前言教學(xué)建議符號(hào)表第1章 緒論  1.1 集成電路的發(fā)展歷史  1.2 集成電路的發(fā)展規(guī)律  1.3 集成電路的分類  1.4 集成電路的發(fā)展趨勢(shì)  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第2章 CMOS集成電路中的基本元件  2.1 硅材料的基本特性    2.1.1 載流子和費(fèi)米能級(jí)    2.1.2 pn結(jié)    2.1.3 MIS(MOS)結(jié)構(gòu)  2.2 MOSFET器件    2.2.1 MOSFET器件結(jié)構(gòu)    2.2.2 MOSFET器件特性    2.2.3 MOSFET按比例縮小理論    2.2.4 小尺寸MOSFET的二級(jí)效應(yīng)    2.2.5 MOSFET的SPICE器件模型  2.3 CMOS集成電路中的無源元件    2.3.1 電容器    2.3.2 電阻器    2.3.3 互連線  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第3章 CMOS反相器的分析與設(shè)計(jì)  3.1 CMOS反相器的結(jié)構(gòu)和基本特性  3.2 CMOS反相器的直流特性    3.2.1 CMOS反相器的直流電壓傳輸特性    3.2.2 CMOS反相器的直流轉(zhuǎn)移特性    3.2.3 CMOS反相器的直流噪聲容限  3.3 CMOS反相器的瞬態(tài)特性    3.3.1 CMOS反相器的負(fù)載電容    3.3.2 CMOS反相器輸出電壓的上升時(shí)間和下降時(shí)間    3.3.3 反相器傳輸延遲時(shí)間的計(jì)算    3.3.4 電路的最高工作頻率  3.4 CMOS反相器的設(shè)計(jì)  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第4章 基本單元電路  4.1 靜態(tài)CMOS邏輯電路    4.1.1 靜態(tài)CMOS邏輯門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    4.1.2 靜態(tài)CMOS邏輯門的分析方法    4.1.3 靜態(tài)CMOS邏輯門的設(shè)計(jì)    4.1.4 用靜態(tài)CMOS邏輯門實(shí)現(xiàn)組合邏輯  4.2 MOS傳輸門邏輯電路    4.2.1 傳輸門的基本特性    4.2.2 用傳輸門實(shí)現(xiàn)組合邏輯    4.2.3 傳輸門陣列邏輯    4.3 動(dòng)態(tài)CMOS邏輯電路    4.3.1 預(yù)充一求值的動(dòng)態(tài)CMOS電路    4.3.2 多米諾CMOS電路    4.3.3 時(shí)鐘同步CMOS電路  ……第5章 數(shù)字集成電路子系統(tǒng)設(shè)計(jì)第6章 CMOS集成電路制造工藝第7章 集成電路的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)附錄A SPICE仿真基礎(chǔ)附錄B Verilog HDL基礎(chǔ)知識(shí)附錄C CMOS集成電路常用參數(shù)表附錄D 集成電路發(fā)展歷史的大事記

章節(jié)摘錄

　　集成電路的發(fā)展一直以縮小器件尺寸、提高集成度為推動(dòng)力。通過縮小尺寸，不僅使集成度提高，也使電路性能不斷提高，從而提高產(chǎn)品的性價(jià)比，使產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力。這樣就可以吸引更多的投資，開發(fā)新的技術(shù)和產(chǎn)品，使集成電路的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)?！　〈鎯?chǔ)器和微處理器是數(shù)字集成電路的典型代表產(chǎn)品，它們的發(fā)展充分說明了集成電路迅猛發(fā)展的速度。1970年第一塊1024位存儲(chǔ)器芯片誕生，到1995年已經(jīng)研制出1Gb DRAM，在一個(gè)芯片里集成了約11億個(gè)MOS晶體管。也就是說25年的時(shí)間里集成度增長(zhǎng)了100萬倍，這樣的發(fā)展速度是任何其他產(chǎn)業(yè)無法比擬的。目前DRAM的生產(chǎn)水平在2～4Gb，采用NAND結(jié)構(gòu)的閃存器（flash memory）已經(jīng)做出32Gb的產(chǎn)品。預(yù)計(jì)到2031年將做到1Tb（1Tb=10（12）bit），到2051年可能做到1Pb（1Pb一10（15）bit）的存儲(chǔ)器。人腦的記憶容量約為0.1Pb，也就是說幾十年后將會(huì)出現(xiàn)記憶容量超過人腦的存儲(chǔ)器件。從1971年研制出第一塊微處理器芯片。　　……

編輯推薦

　　《大規(guī)模集成電路原理與設(shè)計(jì)》主要特色　　內(nèi)容先進(jìn)：讓學(xué)生了解集成電路的發(fā)展，了解縮小到納米尺度的CMOS器件和電路面臨的挑戰(zhàn)，了解先進(jìn)的CMOS器件結(jié)構(gòu)和工藝?！　‰y度適中：考慮到非微電子專業(yè)的學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件物理，《大規(guī)模集成電路原理與設(shè)計(jì)》不過多地進(jìn)行理論推導(dǎo)，重點(diǎn)放在電路基本原理和設(shè)計(jì)方法學(xué)上。在內(nèi)容安排上本著從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的循序漸進(jìn)的原則，加強(qiáng)對(duì)基本單元電路的分析?！　「采w面廣：讓學(xué)生對(duì)集成電路有一個(gè)全面的了解，從MOS器件到CMOS電路結(jié)構(gòu)、從單元電路到子系統(tǒng)分析、從集成電路的版圖設(shè)計(jì)到芯片制作以及芯片的封裝和測(cè)試。　　理論與實(shí)踐相結(jié)合：通過實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)集成電路分析與設(shè)計(jì)方法。每一章都有相應(yīng)的例題和習(xí)題引導(dǎo)和幫助學(xué)生掌握電路的工作原理和設(shè)計(jì)。以附錄的形式介紹了Verilog語言和電路分析軟件SPICE的使用，并給出了一些電路版圖的例子，以便幫助學(xué)生掌握一些常用的EDA工具，使學(xué)生可以在不同層級(jí)完成集成電路設(shè)計(jì)。　　北京市高等教育精品教材立項(xiàng)項(xiàng)目

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