數(shù)字集成電路

前言

　　自從美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Jan M. Rabaey教授所著的《數(shù)字集成電路——電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》一書的第一版于1996年出版以來(lái)，一直深受國(guó)內(nèi)外廣大讀者（包括本科生、研究生、教師和工程技術(shù)人員）的歡迎。然而自那時(shí)侯起，CMOS的制造工藝?yán)^續(xù)以驚人的步伐前進(jìn)，目前已經(jīng)達(dá)到了前所未有的深亞微米的精度。進(jìn)入到深亞微米范圍后，器件特性的變化引起了一系列的問(wèn)題，它影響到數(shù)字集成電路的可靠性、成本、性能以及功耗。對(duì)這些問(wèn)題的深入討論是本書第二版（以0.25微米的CMOS工藝作為討論的基礎(chǔ)）與第一版（以1.2微米工藝作為討論的基礎(chǔ)）之間的主要區(qū)別?？紤]到MOS電路現(xiàn)已占有99%的數(shù)字集成電路市場(chǎng)份額，第二版刪去了第一版中有關(guān)雙極型和GaAs的內(nèi)容，從而完全集中在CMOS集成電路上?！　〉诙姹Ａ袅说谝话娴膶懽骰揪窈途帉懩康摹跀?shù)字設(shè)計(jì)中建立起電路和系統(tǒng)之間的橋梁。不同于其他有關(guān)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的教科書，本書不是孤立地介紹“數(shù)字電路”、“數(shù)字系統(tǒng)”和“設(shè)計(jì)方法”，而是把這三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。全書共12章，分為三部分：基本單元、電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在對(duì)MOS器件和連線的特性做了簡(jiǎn)要的介紹之后，深入分析了數(shù)字設(shè)計(jì)的核心——反相器，并逐步將這些知識(shí)延伸到組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路（鎖存器與寄存器）、控制器、運(yùn)算電路（加法器、乘法器）以及存儲(chǔ)器這些復(fù)雜數(shù)字電路單元的設(shè)計(jì)。為了反映數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入深亞微米領(lǐng)域后正在發(fā)生的深刻變化，第二版增加了許多新的內(nèi)容，包括深亞微米器件效應(yīng)、電路最優(yōu)化、互連線建模和優(yōu)化、信號(hào)完整性、時(shí)序分析、時(shí)鐘分配、高性能和低功耗設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、對(duì)實(shí)際制造芯片的確認(rèn)和測(cè)試。在闡述所有這些內(nèi)容時(shí)都列舉了現(xiàn)今最先進(jìn)的設(shè)計(jì)例子，以著重說(shuō)明深亞微米數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)和啟示。本書特別把設(shè)計(jì)方法學(xué)單獨(dú)列出并分插在有關(guān)的各章之后，以強(qiáng)調(diào)復(fù)雜電路設(shè)計(jì)者共同面臨的感興趣的問(wèn)題，即起決定作用的設(shè)計(jì)參數(shù)是什么，設(shè)計(jì)的哪些部分需要著重考慮而哪些部分又可以忽略，此外還強(qiáng)調(diào)了在進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)一定要同時(shí)注意電路和系統(tǒng)兩方面的問(wèn)題。每章后面都對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)給出了綜述和展望。通過(guò)這一獨(dú)特的介紹分析技術(shù)和綜合技術(shù)的方法，第二版最有效地為讀者帶來(lái)了處理復(fù)雜問(wèn)題所需要的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)技能?！　”緯勺鳛楦叩仍盒ｋ娮涌茖W(xué)與技術(shù)（包括微電子與光電子）、電子與信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生有關(guān)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方面課程的教科書。由于涉及面廣并且增加了當(dāng)前最先進(jìn)的內(nèi)容，也使這本教材成為對(duì)這一領(lǐng)域的工程技術(shù)人員非常有用的參考書?！　”緯诜g過(guò)程中得到了電子工業(yè)出版社的大力支持，得到了清華大學(xué)微電子學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)和多位教師的關(guān)心，特別是得到了朱鈞教授、賀祥慶教授、吳行軍副教授、李樹國(guó)副教授以及海燕、韋瑩、錢欣、郝效孟、陸自強(qiáng)、郭磊等多位老師的幫助與指正。我的博士研究生戴宏宇、張盛、王乃龍、楊騫、肖勇、張建良以及博士研究生董良等在完成譯稿過(guò)程中給予了我很大的支持。我的妻子金申美和女兒周曄不僅幫助翻譯修改了部分章節(jié)，而且完成了全部的文字輸入和文稿整理。在此一并深表謝意?！　∽詈?，本書雖經(jīng)仔細(xì)校對(duì)，但由于譯者水平有限，文中定會(huì)有不當(dāng)或欠妥之處，望讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校經(jīng)典教材。本書分三部分：基本單元、電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在對(duì)MOS器件和連線的特性做了簡(jiǎn)要介紹之后，深入分析了反相器，并逐步將這些知識(shí)延伸到組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、控制器、運(yùn)算電路及存儲(chǔ)器這些復(fù)雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。本書以0.25微米CMOS工藝的實(shí)際電路為例，討論了深亞微米器件效應(yīng)、電路最優(yōu)化、互連線建模和優(yōu)化、信號(hào)完整性、時(shí)序分析、時(shí)鐘分配、高性能和低功耗設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、芯片測(cè)試和可測(cè)性設(shè)計(jì)等主題，著重探討了深亞微米數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)和啟示。    本書可作為高等院校電子科學(xué)與技術(shù)、電子與信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生有關(guān)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方面課程的教科書，也可作為從事這一領(lǐng)域的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第一部分  基 本 單 元　第1章  引論　  1.1  歷史回顧　  1.2  數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題　  1.3  數(shù)字設(shè)計(jì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)　  1.4  小結(jié)　  1.5  進(jìn)一步探討 　第2章  制造工藝　  2.1  引言 　  2.2  CMOS集成電路的制造　  2.3  設(shè)計(jì)規(guī)則——設(shè)計(jì)者和工藝工程師之間的橋梁 　  2.4  集成電路封裝　  2.5  綜述：工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)　  2.6  小結(jié) 　  2.7  進(jìn)一步探討　  設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明A——IC版圖　第3章  器件　  3.1  引言　  3.2  二極管　  3.3  MOS（FET）晶體管　  3.4  關(guān)于工藝偏差　  3.5  綜述：工藝尺寸縮小　  3.6  小結(jié)　  3.7  進(jìn)一步探討 　  設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明B——電路模擬　第4章  導(dǎo)線　  4.1  引言　  4.2  簡(jiǎn)介　  4.3  互連參數(shù)——電容、電阻和電感　  4.4  導(dǎo)線模型　  4.5  導(dǎo)線的SPICE模型　  4.6  小結(jié)　  4.7  進(jìn)一步探討第二部分  電 路 設(shè) 計(jì)　第5章  CMOS反相器　  5.1  引言　  5.2  靜態(tài)CMOS反相器——直觀綜述　  5.3  CMOS反相器穩(wěn)定性的評(píng)估——靜態(tài)特性　  5.4  CMOS反相器的性能——?jiǎng)討B(tài)特性　  5.5  功耗、能量和能量延時(shí)　  5.6  綜述：工藝尺寸縮小及其對(duì)反相器衡量指標(biāo)的影響　  5.7  小結(jié)　  5.8  進(jìn)一步探討　第6章  CMOS組合邏輯門的設(shè)計(jì)　  6.1  引言　  6.2  靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)　  6.3  動(dòng)態(tài)CMOS設(shè)計(jì)　  6.4  設(shè)計(jì)綜述　  6.5  小結(jié)　  6.6  進(jìn)一步探討　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明C——如何模擬復(fù)雜的邏輯電路　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明D——復(fù)合門的版圖技術(shù)　第7章  時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)　  7.1  引言　  7.2  靜態(tài)鎖存器和寄存器　  7.3  動(dòng)態(tài)鎖存器和寄存器　  7.4  其他寄存器類型 　  7.5  流水線：優(yōu)化時(shí)序電路的一種方法 　  7.6  非雙穩(wěn)時(shí)序電路 　  7.7  綜述：時(shí)鐘策略的選擇　  7.8  小結(jié)　  7.9  進(jìn)一步探討 第三部分  系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)　第8章  數(shù)字IC的實(shí)現(xiàn)策略　  8.1  引言　  8.2  從定制到半定制以及結(jié)構(gòu)化陣列的設(shè)計(jì)方法　  8.3  定制電路設(shè)計(jì)　  8.4  以單元為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法　  8.5  以陣列為基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方法　  8.6  綜述：未來(lái)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)　  8.7  小結(jié) 　  8.8  進(jìn)一步探討　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明E——邏輯單元和時(shí)序單元的特性描述　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明F——設(shè)計(jì)綜合 　第9章  互連問(wèn)題　  9.1  引言　  9.2  電容寄生效應(yīng)　  9.3  電阻寄生效應(yīng) 　  9.4  電感寄生效應(yīng)　  9.5  高級(jí)互連技術(shù)　  9.6  綜述：片上網(wǎng)絡(luò)　  9.7  小結(jié)　  9.8  進(jìn)一步探討　第10章  數(shù)字電路中的時(shí)序問(wèn)題　  10.1  引言　  10.2  數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)序分類　  10.3  同步設(shè)計(jì)——一個(gè)深入的考察　  10.4  自定時(shí)電路設(shè)計(jì)　  10.5  同步器和判斷器　  10.6  采用鎖相環(huán)進(jìn)行時(shí)鐘綜合和同步　  10.7  綜述：未來(lái)方向和展望　  10.8  小結(jié) 　  10.9  進(jìn)一步探討 　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明G——設(shè)計(jì)驗(yàn)證　第11章  設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊　  11.1  引言 　  11.2  數(shù)字處理器結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)通路　  11.3  加法器　  11.4  乘法器 　  11.5  移位器　  11.6  其他運(yùn)算器　  11.7  數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)中對(duì)功耗和速度的綜合考慮　  11.8  綜述：設(shè)計(jì)中的綜合考慮　  11.9  小結(jié)　  11.10　進(jìn)一步探討 　第12章  存儲(chǔ)器和陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　  12.1  引言　  12.2  存儲(chǔ)器內(nèi)核 　  12.3  存儲(chǔ)器外圍電路　  12.4  存儲(chǔ)器的可靠性及成品率　  12.5  存儲(chǔ)器中的功耗　  12.6  存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的實(shí)例研究　  12.7  綜述：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)與進(jìn)展 　  12.8  小結(jié) 　  12.9  進(jìn)一步探討 　設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明H——制造電路的驗(yàn)證和測(cè)試思考題答案

編輯推薦

　　《數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)（第2版）》：　　自《數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)（第2版）》第一版于1996年出版以來(lái)，CMOS制造工藝?yán)^續(xù)以驚人的速度向前推進(jìn)，工藝特征尺寸越來(lái)越小，而電路也變得越來(lái)越復(fù)雜，這對(duì)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。器件在進(jìn)入深亞微米范圍后有了很大的不同，從而帶來(lái)了許多影響數(shù)字集成電路的成本、性能、功耗和可靠性的新問(wèn)題。《數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)（第2版）》第二版反映了進(jìn)入深亞微米范圍后所引起的數(shù)字集成電路領(lǐng)域的深刻變化和新進(jìn)展，特別是深亞微米晶體管效應(yīng)、互連、信號(hào)完整性、高性能與低功耗設(shè)計(jì)、時(shí)序及時(shí)鐘分布等，起著越來(lái)越重要的作用。與第一版相比，這個(gè)版本更全面集中地介紹了CMOS集成電路?！　　稊?shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)（第2版）》特色　　只關(guān)注深亞微米CMOS器件。開發(fā)了一個(gè)用于手工分析的稱為“通用MOS模型”的晶體管簡(jiǎn)單模型，并在全書中采用　　設(shè)計(jì)舉例從實(shí)際出發(fā)，強(qiáng)調(diào)數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)。突出了設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。所有例子和思考題都采用0．25微米CMOS工藝　　“設(shè)計(jì)方法插入說(shuō)明”分散地穿插在書中，強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)方法學(xué)和設(shè)計(jì)工具在今天的設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要性每章末尾的綜述探討了未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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