大規(guī)模集成電路原理與設(shè)計

前言

　　近20年里，計算機學(xué)科有了很大的發(fā)展，人們普遍認為，“計算機科學(xué)”這個名字已經(jīng)難以涵蓋該學(xué)科的內(nèi)容，因此，改稱其為計算學(xué)科（Computing Discipline）。在我國本科教育中，1996年以前曾經(jīng)有計算機軟件專業(yè)和計算機及應(yīng)用專業(yè)，之后被合并為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。2004年以來，教育部計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會根據(jù)我國計算機專業(yè)教育和計算學(xué)科的現(xiàn)狀，為更好地滿足社會對計算機專業(yè)人才的需求，發(fā)布了《高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》（以下簡稱《規(guī)范》），提出在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)名稱之下，構(gòu)建計算機科學(xué)、計算機工程、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)更具針對性和特色的計算機專業(yè)人才?！　榕浜稀兑?guī)范》的實施，落實中央“提高高等教育質(zhì)量”的精神，我們規(guī)劃了“面向計算機科學(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算學(xué)科，針對我國高等院校逐步向新的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系過渡的趨勢編寫，在知識選擇、內(nèi)容組織和教學(xué)方法等方面滿足《規(guī)范》的要求，并與國際接軌。本套教材具有以下幾個特點：　?。?）體現(xiàn)《規(guī)范》的基本思想。滿足其課程要求。為使教材符合我國高等院校的教學(xué)實際，編委會根據(jù)《規(guī)范》的要求規(guī)劃本套教材，廣泛征集在國內(nèi)知名高校中從事一線教學(xué)和科研工作、經(jīng)驗豐富的優(yōu)秀教師承擔編寫任務(wù)?！　。?）圍繞“提高教育質(zhì)量”的宗旨開發(fā)教材。為了確?！熬贰保鞠盗薪滩牡某霭娌蛔呙つ繑U大的路子，每本教材的選題都將由編委會集體論證，并由一名編委擔任責任編委，最大程度地保證這套教材的編寫水準和出版質(zhì)量?！　。?）教材內(nèi)容的組織科學(xué)、合理，體系得當。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，合理地進行內(nèi)容取舍、組織和敘述，還精心設(shè)計了配套的實驗體系和練習(xí)體系?！　。?）教材風格鮮明。本套教材按4個專業(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)適時開發(fā)實驗教材、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)實現(xiàn)多方位服務(wù)?！　∥覀冎孕南Ｍ鞠盗薪滩哪軌驗槲覈叩仍盒Ｓ嬎銠C科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的教學(xué)作出貢獻，歡迎廣大讀者廣為選用。

內(nèi)容概要

本教材本著從簡單到復(fù)雜的循序漸進的原則，先從構(gòu)成集成電路的主要器件MOS場效應(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)計思路。本書在編寫過程中充分考慮了計算機專業(yè)學(xué)生的需求，重點放在電路基本原理和設(shè)計方法上，目的在于使計算機專業(yè)背景的學(xué)生也能夠掌握集成電路的設(shè)計方法。    本書可以作為計算機科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)等非微電子專業(yè)的高年級本科生學(xué)習(xí)集成電路原理與設(shè)計的教材，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。

作者簡介

甘學(xué)溫，北京大學(xué)教授。長期從事教學(xué)和教學(xué)管理工作。曾獲北京大學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎、北京大學(xué)摩托羅拉獎教金、北京大學(xué)華為獎教金、北京大學(xué)深圳研究生院教學(xué)優(yōu)秀獎。與賈嵩、陳中建等共同建設(shè)的“集成電路原理與設(shè)計”系列課程被評為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  參考文獻  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 載流子和費米能級    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  習(xí)題第3章 CMOS反相器的分析與設(shè)計  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反相器的負載電容    3.3.2 CMOS反相器輸出電壓的上升時間和下降時間    3.3.3 反相器傳輸延遲時間的計算    3.3.4 電路的最高工作頻率  3.4 CMOS反相器的設(shè)計  參考文獻  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    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    4.1.4 用靜態(tài)CMOS邏輯門實現(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 用傳輸門實現(xiàn)組合邏輯    4.2.3 傳輸門陣列邏輯    4.3 動態(tài)CMOS邏輯電路    4.3.1 預(yù)充一求值的動態(tài)CMOS電路    4.3.2 多米諾CMOS電路    4.3.3 時鐘同步CMOS電路  ……第5章 數(shù)字集成電路子系統(tǒng)設(shè)計第6章 CMOS集成電路制造工藝第7章 集成電路的設(shè)計方法與實現(xiàn)附錄A SPICE仿真基礎(chǔ)附錄B Verilog HDL基礎(chǔ)知識附錄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)品的性價比，使產(chǎn)品更有競爭力。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)展進入一個良性循環(huán)?！　〈鎯ζ骱臀⑻幚砥魇菙?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位存儲器芯片誕生，到1995年已經(jīng)研制出1Gb DRAM，在一個芯片里集成了約11億個MOS晶體管。也就是說25年的時間里集成度增長了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）的存儲器。人腦的記憶容量約為0.1Pb，也就是說幾十年后將會出現(xiàn)記憶容量超過人腦的存儲器件。從1971年研制出第一塊微處理器芯片?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《大規(guī)模集成電路原理與設(shè)計》主要特色　　內(nèi)容先進：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)，了解先進的CMOS器件結(jié)構(gòu)和工藝。　　難度適中：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》不過多地進行理論推導(dǎo)，重點放在電路基本原理和設(shè)計方法學(xué)上。在內(nèi)容安排上本著從簡單到復(fù)雜的循序漸進的原則，加強對基本單元電路的分析?！　「采w面廣：讓學(xué)生對集成電路有一個全面的了解，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)計到芯片制作以及芯片的封裝和測試。　　理論與實踐相結(jié)合：通過實例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)集成電路分析與設(shè)計方法。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。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)生可以在不同層級完成集成電路設(shè)計?！　”本┦懈叩冉逃方滩牧㈨楉椖?/pre>





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