CMOS數字集成電路設計+集成電路靜態時序分析與建模+CMOS集成電路後端設計與實戰3本書

CMOS數字集成電路設計+集成電路靜態時序分析與建模+CMOS集成電路後端設計與實戰3本書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

圖書標籤:
  • CMOS
  • 數字電路
  • 集成電路
  • 時序分析
  • 後端設計
  • VLSI
  • 芯片設計
  • EDA
  • IC設計
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店鋪: 義博圖書專營店
齣版社: 機械工業齣版社
ISBN:bm036154
商品編碼:10523771528

具體描述

bm036154  9787111529330  9787111537779         9787111514404


集成電路靜態時序分析與建模

定價:  ¥79.00 作者: 
  • I S B N :978-7-111-53777-9
  • 條碼書號:9787111537779
  • 上架日期:2016-7-7
  • 齣版日期:2016-7-1
  • 版       次:1-1
  • 齣 版 社:
  • 叢 書 名: 
  • 頁     數:312    

由於芯片尺寸的減小、集成度密集化的增強、電路設計復雜度的增加、電路性能要求的提高等因素,對芯片內的時序分析提齣瞭更高的要求。靜態時序分析是大規模集成電路設計中非常重要的一個環節,它能驗證設計在時序上的正確性,並決定設計是否能夠在要求的工作頻率下運行。本書由集成電路設計專業論壇www.icdream.com站長劉峰編著,共11章,基於廣度和深度兩個方麵來闡述整個CMOS集成電路靜態時序分析流程與時序建模技術,並通過實踐案例對技術應用進行更深入的講解,使初學者在靜態時序分析與建模兩方麵得到理論與實戰的雙重提高。本書適閤作為微電子與集成電路相關專業的研究生、本科生、職業技術類學生的教材和教輔書,也可作為電子、自控、通信、計算機類工程技術人員學習使用集成電路設計軟件和進修集成電路設計的專業技術參考書與工具書。

目 錄

前 言

第1章 引論  1

1.1 集成電路發展史簡介  1

1.2 國內集成電路的發展現狀  2

1.3 國際集成電路的發展態勢  4

1.4 靜態時序分析技術  4

1.4.1 靜態時序分析簡介  4

1.4.2 靜態時序分析背景  4

1.4.3 靜態時序分析的優缺點  5

1.5 主流靜態時序分析與建模工具介紹  6

第2章 靜態時序分析的基礎知識  9

2.1 邏輯門單元  9

2.2 門單元的時序計算參數  10

2.3 時序單元相關約束  12

2.4 時序路徑  14

2.5 時鍾特性  17

2.6 時序弧  19

2.7 PVT環境  24

2.8 時序計算單位  28

第3章 單元庫時序模型  29

3.1 基本時序模型簡介  29

3.2 Synopsys工藝庫模型  33

3.3 延時計算模型  38

3.4 互連綫計算模型  45

3.4.1 互連綫計算模型  45

3.4.2 綫負載時序模型  47

3.5 引腳電容值的計算  49

3.6 功耗模型的計算  50

3.7 時序信息建模基本方法  51

第4章 時序信息庫文件  54

4.1 非綫性延時模型  54

4.1.1 庫組  54

4.1.2 因子  57

4.1.3 輸入電壓組  59

4.1.4 輸齣電壓組  59

4.1.5 功耗查找錶模闆組  59

4.1.6 操作條件組  60

4.1.7 綫負載組  60

4.1.8 延時查找錶模闆組  61

4.1.9 單元組  62

4.1.10 引腳組  64

4.1.11 觸發器組  67

4.1.12 邏輯狀態錶組  68

4.1.13 電源引腳組  69

4.1.14 延時組  69

4.1.15 單元上拉延時組  70

4.1.16 單元下拉延時組  71

4.1.17 上拉轉換組  71

4.1.18 下拉轉換組  72

4.1.19 上拉約束組  72

4.1.20 下拉約束組  73

4.1.21 內部功耗組  73

4.1.22 啞閾漏流功耗組  74

4.2 復閤電流源延時模型  75

4.2.1 輸齣電流查找錶模闆組  75

4.2.2 輸齣上拉電流組  75

4.2.3 輸齣下拉電流組  76

4.2.4 嚮量組  76

4.2.5 接收電容組  77

第5章 靜態時序分析的基本方法  79

5.1 時序圖  79

5.2 時序分析策略  80

5.3 時序路徑延時計算方法  81

5.4 時序路徑的分析方法  83

5.5 時序路徑分析模式  88

5.5.1 單一分析模式  90

5.5.2-分析模式  91

5.5.3 芯片變化相關分析模式  94

5.6 時序減免  96

5.7 其他芯片變化相關分析模式  98

5.8 時鍾路徑悲觀移除  103

5.9 時序優化  105

第6章 時序約束  107

6.1 時鍾約束  107

6.1.1 創建時鍾  107

6.1.2 生成時鍾  111

6.1.3 虛擬時鍾  114

6.1.4 小時鍾脈寬  116

6.2 I/O延時約束  117

6.3 I/O環境建模約束  119

6.4 時序例外  121

6.5 恒定狀態約束  125

6.6 屏蔽時序弧  126

6.7 時序設計規則約束  127

第7章 串擾噪聲  129

7.1 噪聲的定義  129

7.2 噪聲的來源  130

7.3 噪聲惡化的原因  133

7.4 噪聲的體現形式  134

7.5 噪聲相互作用形式  135

7.6 NLDM噪聲模型的計算  136

7.7 噪聲延時計算方法  141

7.8 時間窗口  143

7.9 優化噪聲的物理方法  145

7.10 CCS噪聲模型  148

第8章 單元時序建模實戰  153

8.1 時序信息提取實現  153

8.1.1 時序信息特徵化實現流程  153

8.1.2 時序信息特徵化數據準備  154

8.1.3 標準單元時序信息提取  158

8.2 SiliconSmart工具的使用流程簡介  162

8.3 時序信息提取內容  163

第9章 靜態時序分析實戰(ETS篇)  170

9.1 靜態時序分析的基本流程  170

9.2 建立靜態時序分析的工作環境  171

9.3 靜態時序分析實現  174

9.3.1 建立時間分析  174

9.3.2 保持時間分析  192

9.3.3 時序設計規則分析  201

9.3.4 時序違反復  204

第10章 Tcl腳本編程  207

10.1 Tcl語法  207

10.1.1 命令格式  207

10.1.2 替換  209

10.1.3 雙引號和花括號  211

10.1.4 注釋  211

10.2 數據結構  212

10.2.1 簡單變量  212

10.2.2 數組  212

10.3 錶達式  212

10.3.1 操作數  213

10.3.2 運算符和優先級  213

10.3.3 數學函數  214

10.3.4 列錶集閤  215

10.4 控製流  219

10.4.1 if命令  219

10.4.2 循環命令  220

10.5 eval命令  223

10.6 source命令  223

10.7 過程  223

10.7.1 過程定義和返迴值  224

10.7.2 局部變量和全局變量  224

10.7.3 默認參數和可變個數參數  225

10.8 引用  226

10.9 字符串操作  228

10.10 文件訪問  234

10.10.1 文件名  234

10.10.2 基本文件輸入/輸齣命令  234

第11章 Tcl腳本編程應用實例(PT篇)  237

11.1 get_failing_paths_high_slew  237

11.2 get_interclock_skew  241

11.3 report_unclocked  244

11.4 get_buffers  248

11.5 get_ports_edge_sense  255

11.6 report_clock_endpoint_skew  260

11.7 report_violations  264

11.8 eco_fix_violations  271

附錄  290

參考文獻313

CMOS集成電路後端設計與實戰

定價:  ¥69.00 作者: 
  • I S B N :978-7-111-51440-4
  • 條碼書號:9787111514404
  • 上架日期:2015-9-25
  • 齣版日期:2015-9-1
  • 版       次:1-1
  • 齣 版 社:
  • 叢 書 名: 

本書詳細介紹整個後端設計流程,分為概述、全定製設計、半定製設計、時序分析四大部分。本書同時基於廣度和深度兩個方麵來闡述整個CMOS集成電路後端設計流程與設計技術,並通過實戰案例進行更深入地技術應用講解,使集成電路後端設計初學者同時得到理論與實戰兩方麵的雙重提高。

目 錄

前言

第1章    引論  1

1.1 集成電路發展史簡介  1

1.2 國內集成電路發展現狀  2

1.3 國際集成電路發展趨勢  4

第2章    集成電路後端設計方法  5

2.1 集成電路後端設計  5

2.2 後端全定製設計方法  5

2.2.1 後端全定製設計流程介紹  6

2.2.2 主流後端全定製設計工具介紹  6

2.2.3 後端全定製設計小結  13

2.3 後端半定製設計方法  13

2.3.1 後端半定製設計流程介紹  13

2.3.2 主流後端半定製設計工具介紹  14

2.3.3 後端半定製設計小結  21

一部分 後端全定製設計及實戰

第3章    後端全定製設計之標準單元設計技術  24

3.1 設計標準單元庫的重要性  24

3.2 標準單元設計技術  25

3.2.1 標準單元的基本介紹  25

3.2.2 標準單元的基本類型  27

3.2.3 標準單元庫提供的數據  29

3.2.4 標準單元設計參數  29

3.3 標準單元設計流程  39

3.3.1 方案設計  40

3.3.2 標準單元電路及版圖設計  43

3.3.3 標準單元庫版圖和時序信息的提取  45

3.3.4 庫模型與庫文檔生成  47

3.3.5 設計工具流程驗證  48

3.3.6 測試電路設計及工藝流片驗證  49

3.4 標準單元設計需要的數據  49

3.5 標準單元設計EDA工具  50

第4章    後端全定製設計之標準單元電路設計技術  51

4.1 CMOS工藝數字電路實現結構  51

4.1.1 靜態電路實現結構  51

4.1.2 僞NMOS電路實現結構  52

4.1.3 傳輸管與傳輸門電路  53

4.1.4 動態電路實現結構  54

4.1.5 高扇入邏輯電路的實現結構  55

4.2 CMOS數字電路優化  60

4.3 標準單元庫中幾種時序單元介紹  61

4.3.1 C2MOS觸發器  62

4.3.2 真單相觸發器  62

4.3.3 脈衝觸發器  63

4.3.4 數據流觸發器  64

第5章    後端全定製設計之標準單元電路設計實戰  65

5.1 電路設計流程  65

5.2 時序單元HLFF的電路設計  65

5.2.1 建立庫及電路設計環境  65

5.2.2 Vituoso Schematic Composer使用基礎  68

5.2.3 時序單元HLFF電路實現  69

5.2.4 時序單元HLFF電路元件的産生  70

5.2.5 時序單元HLFF電路網錶輸齣  71

5.3 時序單元HLFF的電路仿真  72

5.3.1 設置帶激勵輸入的仿真電路圖  73

5.3.2 使用Virtuoso Spectre Circuit Simulator進行電路仿真  74

第6章    後端全定製設計之標準單元版圖設計技術  80

6.1 基本CMOS工藝流程  80

6.2 基本版圖層  82

6.2.1 NMOS/PMOS晶體管的版圖實現  83

6.2.2 串聯晶體管的版圖實現  83

6.2.3 並聯晶體管的版圖實現  84

6.2.4 CMOS反相器的版圖實現  85

6.2.5 緩衝器的版圖實現  85

6.2.6 CMOS二輸入與非門和或非版圖實現  86

6.3 版圖設計規則  87

6.4 版圖設計中晶體管布局方法  93

6.4.1 基本歐拉路徑法  94

6.4.2 歐拉路徑法在動態電路中的應用  95

6.4.3 晶體管尺寸對版圖的影響  97

6.5 標準單元版圖設計的基本指導  97

6.5.1 優化設計標準單元  98

6.5.2 標準單元PIN腳的設計  100

第7章    後端全定製設計之標準單元版圖設計實戰  104

7.1 版圖設計流程  104

7.2 時序單元HLFF版圖實現  105

7.2.1 建立項目庫及版圖設計環境  105

7.2.2 Vituoso Layout Editor使用基礎  106

7.2.3 時序單元HLFF版圖實現  111

7.2.4 時序單元HLFF版圖GDS輸齣  115

7.3 版圖設計規則檢查  116

7.3.1 執行版圖設計規則檢查  116

7.3.2 基於版圖設計規則結果的調試  119

7.4 版圖與電路等價性檢查  120

7.4.1 執行版圖與電路等價性檢查  120

7.4.2 基於版圖與電路等價性檢查結果的調試  124

7.5 版圖寄生參數提取  126

第8章    後端全定製設計之標準單元特徵化技術  129

8.1 標準單元時序模型介紹  129

8.1.1 基本的時序模型歸納  129

8.1.2 時序信息建模方法  130

8.1.3 時序信息文件基本內容  131

8.2 標準單元物理格式LEF介紹  136

8.2.1 LEF文件中重要參數詳細說明  136

8.2.2 LEF文件全局設置  139

8.2.3 LEF文件中工藝庫物理信息設置  139

8.2.4 LEF文件中單元庫物理信息設置  142

8.2.5 LEF對應的圖形視圖  144

第9章    後端全定製設計之標準單元特徵化實戰  145

9.1 時序信息提取實現  145

9.1.1 時序信息特徵化的實現流程  145

9.1.2 時序信息特徵化的數據準備  146

9.1.3 標準單元HLFF的時序信息特徵化  149

9.1.4 SiliconSmart工具流程介紹  155

9.2 物理信息抽象化實現  155

9.2.1 物理信息抽象化實現流程  156

9.2.2 建立物理信息抽象化工作環境  156

9.2.3 標準單元HLFF的物理信息抽象化  161

9.2.4 版圖抽象化後LEF數據輸齣  174

第二部分 後端半定製設計及實戰

第10章 後端半定製設計之物理實現技術  178

10.1 半定製物理實現工程師應該具備的能力  178

10.2 半定製物理實現流程  179

10.3 半定製物理實現使用的EDA工具  181

10.4 半定製物理實現需要的數據  182

10.5 布局規劃  182

10.6 電源規劃  188

10.6.1 電壓降與電遷移  188

10.6.2 電源規劃前的功耗預估方法  193

10.6.3 電源條帶的基本設置方法  194

10.6.4 電源環的基本設置方法  197

10.6.5 電源網絡分析的基本方法  197

10.7 時鍾樹的實現  199

10.7.1 常見時鍾網絡的實現方法  199

10.7.2 時鍾樹的綜閤策略  201

10.7.3 時鍾樹的基本性能參數  202

10.7.4 時鍾樹的綜閤流程  205

10.7.5 門控時鍾  209

10.7.6 時鍾樹優化基本指導  210

10.8 布綫  214

10.8.1 天綫效應  214

10.8.2 串擾噪聲  220

10.8.3 數模混閤信號綫走綫的基本方法  224

10.9 ECO  226

第11章 後端半定製設計之Open-SparcT1-FPU布局布綫實戰  229

11.1 布局布綫的基本流程  229

11.2 布局布綫工作界麵介紹  230

11.3 建立布局布綫工作環境  231

11.4 布局布綫實現  236

11.4.1 芯片布局  236

11.4.2 電源網絡實現  238

11.4.3 自動放置標準單元  244

11.4.4 時鍾樹綜閤  247

11.4.5 布綫  252

11.4.6 芯片版圖完整性實現  256

11.4.7 布局布綫數據輸齣  259

第12章 後端半定製設計之Open-SparcT1-FPU電壓降分析實戰  262

12.1 電壓降分析的基本流程  262

12.2 建立電壓降分析的工作環境  262

12.3 電壓降分析實現  266

12.3.1 設置電源網格庫  266

12.3.2 功耗計算  269

12.3.3 電壓降分析  271

第三部分 靜態時序分析及實戰

第13章 靜態時序分析技術  278

13.1 靜態時序分析介紹  278

13.1.1 靜態時序分析背景  278

13.1.2 靜態時序分析優缺點  279

13.2 靜態時序分析基本知識  280

13.2.1 CMOS邏輯門單元時序參數  280

13.2.2 時序模型  281

13.2.3 互連綫模型  282

13.2.4 時序單元相關約束  283

13.2.5 時序路徑  284

13.2.6 時鍾特性  287

13.2.7 時序弧  289

13.2.8 PVT環境  292

13.3 串擾噪聲  293

13.3.1 串擾噪聲惡化原因  293

13.3.2 串擾噪聲的體現形式  294

13.3.3 串擾噪聲相互作用形式  295

13.3.4 時間窗口  296

13.4 時序約束  298

13.4.1 時鍾約束  298

13.4.2 I/O延時約束  308

13.4.3 I/O環境建模約束  309

13.4.4 時序例外  311

13.4.5 恒定狀態約束  315

13.4.6 屏蔽時序弧  316

13.4.7 時序設計規則約束  317

13.5 靜態時序分析基本方法  318

13.5.1 時序圖  318

13.5.2 時序分析策略  320

13.5.3 時序路徑延時的計算方法  321

13.5.4 時序路徑的分析方法  323

13.5.5 時序路徑分析模式  327

第14章 靜態時序分析實戰  339

14.1 靜態時序分析基本流程  339

14.2 建立靜態時序分析工作環境  339

14.3 靜態時序分析實現  343

14.3.1 建立時間分析  344

14.3.2 保持時間分析  360

14.3.3 時序設計規則分析  369

14.3.4 時序違反修  371

參考文獻  374

  圖書基本信息
圖書名稱 CMOS數字集成電路設計
作者 (美)查爾斯.霍金斯(Charles Hawkins)等
定價 69.00元
齣版社 機械工業齣版社
ISBN 9787111529330
齣版日期 2016-04-01
字數 252000
頁碼 242
版次 1
裝幀 平裝
開本 16開
商品重量 0.4Kg


   內容簡介

本書中文簡體字版由IET授權機械工業齣版社齣版。未經齣版者書麵許可,不得以任何方式復製或抄襲本書內容。

本書涵蓋瞭CMOS數字集成電路的設計技術,教材的編寫采用新穎的講述方法,並不要求學生已經學習過模擬電子學的知識,有利於教師靈活地安排教學計劃。本書完全放棄瞭涉及雙極型器件的內容,隻關注數字集成電路的主流工藝——CMOS數字電路設計。書中引入大量的實例,每章後也給齣瞭豐富的習題,使得學生能夠將學到的知識與實際結閤。本書可作為CMOS數字集成電路的本科教材。


   作者簡介


   目錄

目 錄

齣版者的話

譯者序



前言

第1章 基本邏輯門和電路原理1

1.1 邏輯門和布爾代數1

1.2 布爾和邏輯門化簡3

1.3 時序電路4

1.4 電壓和電流定律6

1.4.1 端口電阻的觀察法分析6

1.4.2 基爾霍夫電壓定律與觀察法分析7

1.4.3 基爾霍夫電流定律與觀察法分析9

1.4.4 基於觀察法的分壓器和分流器混閤分析10

1.5 電阻的功率消耗11

1.6 電容13

1.6.1 電容器能量與功率14

1.6.2 電容分壓器15

1.7 電感16

1.8 二極管非綫性電路分析16

1.9 關於功率19

1.10 小結20

習題20

第2章 半導體物理24

2.1 材料基礎24

2.1.1 金屬、絕緣體和半導體24

2.1.2 半導體中的載流子:電子與空穴25

2.1.3 確定載流子濃度26

2.2 本徵半導體和非本徵半導體27

2.2.1 n型半導體28

2.2.2 p型半導體29

2.2.3 n型與p型摻雜半導體中的載流子濃度30

2.3 半導體中的載流子輸運30

2.3.1 漂移電流31

2.3.2 擴散電流32

2.4 pn結34

2.5 pn結的偏置35

2.5.1 pn結正偏壓36

2.5.2 pn結反偏壓36

2.6 二極管結電容37

2.7 小結38

參考文獻38

習題38

第3章 MOSFET40

3.1 工作原理40

3.1.1 作為數字開關的MOSFET40

3.1.2 MOSFET的物理結構41

3.1.3 MOS晶體管工作原理:一種描述性方法42

3.2 MOSFET輸入特性44

3.3 nMOS晶體管的輸齣特性與電路分析44

3.4 pMOS晶體管的輸齣特性與電路分析49

3.5 含有源極和漏極電阻的MOSFET53

3.6 MOS晶體管的閾值電壓54

3.7 小結55

參考文獻56

習題56

第4章 金屬互連綫性質60

4.1 金屬互連綫電阻60

4.1.1 電阻和熱效應62

4.1.2 薄膜電阻63

4.1.3 通孔電阻64

4.2 電容67

4.2.1 平行闆模型67

4.2.2 電容功率68

4.3 電感69

4.3.1 電感電壓69

4.3.2 導綫電感70

4.3.3 電感功率70

4.4 互連綫RC模型71

4.4.1 短綫的電容模型71

4.4.2 長綫的電阻電容模型72

4.5 小結74

參考文獻74

習題74

第5章 CMOS反相器77

5.1 CMOS反相器概述77

5.2 電壓轉移麯綫78

5.3 噪聲容限79

5.4 對稱電壓轉移麯綫81

5.5 電流轉移麯綫82

5.6 VTC圖形分析83

5.6.1 靜態電壓轉移麯綫83

5.6.2 動態電壓轉移麯綫85

5.7 反相器翻轉速度模型86

5.8 CMOS反相器功耗88

5.8.1 瞬態功耗88

5.8.2 短路功耗89

5.8.3 靜態泄漏功耗91

5.9 功耗與電源電壓調整91

5.10 調整反相器緩衝器尺寸以驅動大負載92

5.11 小結94

參考文獻94

習題94

第6章 CMOS“與非”門、“或非”門和傳輸門97

6.1 “與非”門97

6.1.1 電路行為98

6.1.2 “與非”門的非控製邏輯狀態98

6.2 “與非”門晶體管尺寸調整100

6.3 “或非”門102

6.3.1 電路行為102

6.3.2 “或非”門的非控製邏輯狀態102

6.4 “或非”門晶體管尺寸調整105

6.5 通過門與CMOS傳輸門108

6.5.1 通過門108

6.5.2 CMOS傳輸門109

6.5.3 三態邏輯門110

6.6 小結110

習題111

第7章 CMOS電路設計風格115

7.1 布爾代數到晶體管電路圖的轉換115

7.2 德摩根電路的綜閤118

7.3 動態CMOS邏輯門120

7.3.1 動態CMOS邏輯門的特性120

7.3.2 動態電路中的電荷共享121

7.4 多米諾CMOS邏輯門123

7.5 NORA CMOS邏輯門125

7.6 通過晶體管邏輯門125

7.7 CMOS傳輸門邏輯設計127

7.8 功耗及活躍係數128

7.9 小結132

參考文獻132

習題132

第8章 時序邏輯門設計與時序137

8.1 CMOS鎖存器138

8.1.1 時鍾控製的鎖存器138

8.1.2 門控鎖存器139

8.2 邊沿觸發的存儲元件140

8.2.1 D觸發器140

8.2.2 時鍾的邏輯狀態141

8.2.3 一種三態D觸發器設計141

8.3 邊沿觸發器的時序規則142

8.3.1 時序測量143

8.3.2 違反時序規則的影響144

8.4 D觸發器在集成電路中的應用145

8.5 帶延時元件的tsu和thold145

8.6 包含置位和復位的邊沿觸發器147

8.7 時鍾生成電路148

8.8 金屬互連綫寄生效應151

8.9 時鍾漂移和抖動151

8.10 芯片設計中的整體係統時序152

8.10.1 時鍾周期約束152

8.10.2 時鍾周期約束與漂移153

8.10.3 保持時間約束153

8.10.4 考慮漂移和抖動的時鍾周期約束154

8.11 時序與環境噪聲156

8.12 小結157

參考文獻157

習題158

第9章 IC存儲器電路163

9.1 存儲器電路結構164

9.2 存儲器單元165

9.3 存儲器譯碼器166

9.3.1 行譯碼器166

9.3.2 列譯碼器167

9.4 讀操作168

9.5 讀操作的晶體管寬長比調整169

9.6 存儲器寫操作170

9.6.1 單元寫操作170

9.6.2 鎖存器轉移麯綫170

9.7 寫操作的晶體管寬長比調整171

9.8 列寫電路173

9.9 讀操作與靈敏放大器174

9.10 動態存儲器177

9.10.1 3晶體管DRAM單元177

9.10.2 1晶體管DRAM單元178

9.11 小結179

參考文獻179

習題179

第10章 PLA、CPLD與FPGA181

10.1 一種簡單的可編程電路——PLA181

10.1.1 可編程邏輯門182

10.1.2 “與”/“或”門陣列183

10.2 下一步:實現時序電路——CPLD184

10.2.1 引入時序模塊——CPLD184

10.2.2 更先進的CPLD186

10.3 先進的可編程邏輯電路——FPGA190

10.3.1 Actel ACT FPGA191

10.3.2 Xilinx Spartan FPGA192

10.3.3 Altera Cyclone Ⅲ FPGA194

10.3.4 如今的FPGA196

10.3.5 利用FPGA工作——設計工具196

10.4 理解編程寫入技術196

10.4.1 反熔絲技術196

10.4.2 EEPROM技術198

10.4.3 靜態RAM開關技術199

參考文獻199

第11章 CMOS電路版圖200

11.1 版圖和設計規則200

11.2 版圖設計方法:布爾方程、晶體管原理圖和棒圖201

11.3 利用PowerPoint進行電路版圖布局202

11.4 設計規則和小間距203

11.5 CMOS反相器的版圖布局204

11.5.1 pMOS晶體管的版圖204

11.5.2 重溫pMOS晶體管版圖的設計規則205

11.5.3 nMOS晶體管版圖205

11.5.4 將晶體管閤並到共同的多晶矽柵下206

11.6 根據設計規則小間距繪製完整的CMOS反相器207

11.7 多輸入邏輯門的版圖207

11.8 閤並邏輯門標準單元版圖209

11.9 更多關於版圖的內容210

11.10 版圖CAD工具211

11.11 小結211

第12章 芯片是如何製作的212

12.1 集成電路製造概覽212

12.2 矽晶圓片的製備213

12.3 生産綫的前端和後端213

12.4 生産綫前端工藝技術214

12.4.1 矽的氧化214

12.4.2 光刻214

12.4.3 蝕刻216

12.4.4 沉積和離子注入216

12.5 清潔和安全性操作217

12.6 晶體管的製造218

12.7 生産綫後端工藝技術218

12.7.1 濺射工藝219

12.7.2 雙金屬鑲嵌法(大馬士革工藝)219

12.7.3 層間電介質及終鈍化220

12.8 CMOS反相器的製造220

12.8.1 前端工藝操作220

12.8.2 後端工藝操作221

12.9 芯片封裝221

12.10 集成電路測試222

12.11 小結222

參考文獻222

章末偶數編號習題參考答案223

索引228


深入探索集成電路設計與分析的奧秘:從前端到後端的全麵解析 在瞬息萬變的科技浪潮中,集成電路(Integrated Circuit, IC)作為現代電子設備的核心,其設計、分析與製造過程的精深程度,對整個電子産業的發展起著至關重要的作用。本書係,匯集瞭多本關於CMOS數字集成電路設計、靜態時序分析與建模以及CMOS集成電路後端設計的經典著作,旨在為讀者提供一個從概念到實現的全麵、深入的學習路徑。我們並非僅僅羅列技術名詞,而是試圖構建一個嚴謹且富有實踐指導意義的知識體係,幫助讀者理解和掌握現代集成電路設計中的核心挑戰與前沿技術。 第一部分:CMOS數字集成電路設計——奠定堅實的基礎 本書係的首要重點,在於打下紮實的CMOS數字集成電路設計基礎。CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)技術憑藉其低功耗、高集成度和優異的性能,已成為數字集成電路設計領域的主流技術。深入理解CMOS的設計原理,是後續高級主題學習的基石。 我們將從最基本的CMOS器件模型入手,解析MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的工作原理,包括其電壓-電流特性、亞閾值區行為、短溝道效應以及各種寄生參數對器件性能的影響。在此基礎上,讀者將學習如何利用這些器件構建基本的邏輯門(如NOT, NAND, NOR, XOR等)及其組閤邏輯電路,理解其在晶體管層麵的實現細節,以及如何權衡速度、功耗和麵積等設計指標。 進階部分將深入探討時序電路設計,包括D觸發器、JK觸發器、寄存器、計數器等基本時序單元的設計與分析。我們將詳細闡述時鍾信號的生成與分配(Clock Tree Synthesis, CTS),以及時鍾抖動(Clock Jitter)、時鍾偏移(Clock Skew)等對電路時序性能帶來的影響。此外,邏輯綜閤(Logic Synthesis)作為將高層次的RTL(Register Transfer Level)描述轉化為門級網錶(Netlist)的關鍵步驟,也將得到詳盡的介紹。讀者將學習如何使用EDA(Electronic Design Automation)工具進行邏輯綜閤,理解其背後的優化算法,例如麵積優化、時序優化和功耗優化等。 本書係特彆強調對實際設計流程的模擬和理解。從行為級建模(如使用Verilog或VHDL描述功能)到邏輯綜閤,再到靜態時序分析(Static Timing Analysis, STA)和物理設計,每一個環節都至關重要。我們不僅會介紹理論知識,更會結閤實際案例,展示如何應用這些知識來解決復雜的電路設計問題。對於讀者而言,掌握CMOS數字集成電路設計的核心原理,意味著能夠理解數字電路的“語言”,並能用這種語言來構建功能強大的集成電路。 第二部分:集成電路靜態時序分析與建模——精細化時序控製的藝術 在現代集成電路設計中,時序的精確控製是實現高頻率、低功耗和可靠工作的關鍵。傳統的仿真方法難以在短時間內覆蓋所有可能的工作模式和工藝角,靜態時序分析(STA)應運而生,成為驗證電路時序性能不可或缺的手段。本部分內容將深入剖析STA的原理、方法和應用。 我們將首先闡述STA的基本概念,包括時鍾周期、建立時間(Setup Time)、保持時間(Hold Time)、傳播延遲(Propagation Delay)以及各種時序路徑(Timing Path)的定義。讀者將學習如何從門級網錶中提取時序信息,並利用這些信息來計算時序裕量(Timing Margin)。 STA的核心在於對各種時序約束(Timing Constraints)的處理。本書係將詳細介紹如何定義時鍾、輸入/輸齣端口的時序約束,以及如何處理多時鍾域交互(Multi-Clock Domain Crossing, CDC)等復雜場景。我們將深入探討工藝、電壓和溫度(PVT)的角(Process, Voltage, Temperature corners)對時序的影響,以及如何通過PVT角分析來確保電路在各種極端條件下的時序收斂。 建模是STA準確性的重要保障。我們將介紹各種寄生參數提取(Parasitic Extraction)技術,包括LVS(Layout Versus Schematic)和DRC(Design Rule Checking)在物理驗證中的作用,以及如何從物理版圖中提取電阻和電容信息,並將其用於精確的時序建模。讀者將學習如何利用標準的時序模型格式(如lib文件)來描述標準單元(Standard Cells)和IP(Intellectual Property)模塊的時序特性,以及如何將這些模型集成到STA流程中。 此外,針對復雜的時序問題,我們將探討高級STA技術,例如時鍾門控(Clock Gating)對時序的影響,如何分析和優化功耗相關的時序問題,以及如何使用STA來輔助設計優化,例如識彆關鍵路徑(Critical Path)並指導設計者進行優化。掌握STA,意味著能夠從宏觀到微觀地審視電路的性能,並具備解決時序瓶頸的能力,為後續的後端設計打下堅實的性能基礎。 第三部分:CMOS集成電路後端設計與實戰——將藍圖變為現實 當數字集成電路的前端設計和時序分析完成後,接下來的挑戰是將這些邏輯和時序約束轉化為物理上可製造的芯片版圖。CMOS集成電路後端設計(Physical Design)是將電路的邏輯功能和時序要求映射到矽片上的關鍵過程,它直接關係到芯片的最終性能、功耗和良率。本書係將帶領讀者深入瞭解後端設計的各個階段,並結閤實戰經驗,揭示其中的奧秘。 後端設計通常包括布局(Placement)、布綫(Routing)和時鍾樹綜閤(Clock Tree Synthesis, CTS)等主要階段。我們將詳細介紹布局的策略和算法,包括標準單元的宏單元布局、IP模塊的放置,以及如何優化布局以最小化布綫長度、減少信號延遲和功耗。讀者將理解影響布局質量的關鍵因素,以及如何使用EDA工具進行有效的布局優化。 布綫是將芯片上的所有信號連接起來的過程。我們將深入講解布綫的多層金屬層設計、布綫擁塞(Routing Congestion)的産生原因和解決策略,以及如何進行優化布綫以滿足時序要求和減少功耗。讀者將瞭解不同布綫算法的優劣,以及如何處理關鍵信號的布綫,例如時鍾信號和復位信號。 時鍾樹綜閤(CTS)是確保芯片時鍾信號穩定、低偏斜地到達所有時序單元的關鍵步驟。本書係將詳細介紹CTS的設計目標、常用算法和優化技術,以及如何平衡時鍾延遲、時鍾抖動和功耗。我們將深入分析CTS過程中可能遇到的挑戰,例如時鍾扇齣(Clock Fanout)和時鍾功率。 除瞭上述核心階段,後端設計還涉及物理驗證(Physical Verification),包括設計規則檢查(DRC)和版圖與原理圖一緻性檢查(LVS)。DRC確保版圖符閤製造工藝的要求,防止齣現製造錯誤;LVS則驗證版圖邏輯與前端設計生成的邏輯是否一緻,防止齣現邏輯錯誤。我們將強調物理驗證的重要性,並介紹其在後端設計流程中的作用。 本書係尤其注重實戰操作。通過分析實際的後端設計案例,讀者將能夠理解如何在EDA工具中進行後端設計流程的設置、執行和優化。我們將分享在實際項目中遇到的常見問題及其解決方案,例如如何處理信號完整性(Signal Integrity, SI)和電源完整性(Power Integrity, PI)問題,以及如何優化芯片的功耗和散熱。掌握CMOS集成電路後端設計,意味著能夠將抽象的邏輯轉化為實體,將設計夢想變為可製造的芯片。 總結 本套圖書係通過對CMOS數字集成電路設計、靜態時序分析與建模以及CMOS集成電路後端設計的深入剖析,為讀者構建瞭一個完整的集成電路設計知識體係。從理解CMOS器件的基本工作原理,到掌握邏輯綜閤與時序分析的核心技術,再到將設計轉化為物理版圖的實戰經驗,每一個環節都環環相扣,共同構成瞭現代集成電路設計的完整圖景。本書係不僅提供瞭必要的理論基礎,更強調瞭實際操作和問題解決能力。我們期望通過這些內容,能夠幫助讀者全麵掌握集成電路設計的精髓,並在未來的學習和職業生涯中,能夠設計齣更先進、更高效的集成電路産品,推動電子技術的不斷進步。

用戶評價

評分

關於集成電路靜態時序分析與建模,這本書的講解方式,讓我感覺像是在與一位經驗豐富的設計師一起工作,他會時刻提醒我“時間就是金錢,時間就是功能”。作者在引入建立時間和保持時間的概念時,並沒有直接給齣定義,而是通過一個生動的小故事,讓我深刻體會到這些參數的重要性。他會用形象的比喻來解釋時鍾抖動和相位誤差,讓我不再覺得這些是抽象的數學概念,而是真實影響電路行為的因素。在STA部分,我尤其欣賞他對“時序路徑”的詳細剖析。他不僅僅是簡單地列齣各種路徑,而是會分析每條路徑上的延遲構成,以及如何通過優化器件、優化布局和布綫來縮短延遲。書中對“時序約束”的講解,更是讓我認識到,STA並非是隨意進行的,而是需要事先設定明確的目標。作者給齣瞭非常全麵的約束設置指南,從基本的時鍾定義到復雜的時鍾組定義,都進行瞭詳細的說明。我甚至還從書中學習到瞭如何處理多時鍾域係統中的時序問題,這對於我未來的項目設計將非常有幫助。總而言之,這本書讓我從一個隻關注功能實現的設計者,變成瞭一個同時關注功能和時序的全麵型設計者。

評分

這本書的實戰性是我最看重的一點,它就像一個詳盡的“操作手冊”,手把手教你如何將理論知識轉化為實際的芯片設計。它並沒有迴避實際工程中會遇到的種種挑戰,而是直麵問題,並提供切實可行的解決方案。從版圖繪製的細節到物理驗證的注意事項,這本書幾乎覆蓋瞭CMOS集成電路後端設計的全過程。我尤其喜歡它在版圖設計部分提供的詳細指導。從單元庫的實例化到布綫策略的製定,作者都給齣瞭清晰的步驟和實用的建議。例如,在講解電源和地綫的布綫時,它不僅強調瞭低阻抗的重要性,還給齣瞭具體的版圖結構和布綫技巧,以確保信號的完整性和器件的可靠性。書中的物理驗證部分更是讓我受益匪淺。寄生參數提取、設計規則檢查(DRC)、版圖與原理圖一緻性檢查(LVS)等關鍵環節,都被詳細地闡述瞭其目的、方法和常見問題。作者通過分析實際的DRC和LVS報錯信息,教會我如何快速定位問題並進行修復,這大大縮短瞭我從設計到可製造性之間的摸索時間。我還特彆欣賞它對功耗和熱效應的考慮。在後端設計階段,如何有效地管理功耗並散熱,是影響芯片性能和可靠性的重要因素。這本書就提供瞭許多在版圖層麵進行功耗優化的方法,例如門控時鍾、低功耗工藝的使用等,這讓我意識到後端設計絕不僅僅是“畫圖”,而是需要綜閤考慮各種物理效應。

評分

這本書的開篇便以一種非常務實的方式,直接切入瞭CMOS數字集成電路設計的核心。作者並沒有花費過多的篇幅去渲染集成電路發展的曆史或是宏大的未來願景,而是聚焦於最基礎、最實用的設計理念和流程。我尤其欣賞它對CMOS器件物理特性的講解,雖然不是直接的晶體管手冊,但它以一種易於理解的方式,將亞閾值區、溝道調製效應等關鍵概念與實際電路行為聯係起來,這讓我這個初學者不再是死記硬背理論,而是能更深入地理解為什麼某些電路結構會錶現齣特定的性能。接下來的邏輯門設計部分,更是把理論付諸實踐的絕佳範例。從最簡單的反相器到復雜的邏輯組閤,書中詳細闡述瞭如何權衡麵積、速度和功耗,並提供瞭大量的設計技巧和優化方法。例如,在講解CMOS傳輸門時,作者不僅給齣瞭電路圖,還深入分析瞭其導通電阻、電容負載以及在不同電壓下的行為,這對於我理解其優缺點和適用場景至關重要。後續的順序邏輯設計,如觸發器、寄存器等,也同樣遵循瞭這種“理論+實踐+分析”的模式,讓我能夠清晰地看到如何將組閤邏輯構建成具有記憶功能的時序電路。書中對電路圖的繪製和標注也十分清晰,配閤詳細的文字說明,即使是復雜的電路塊,我也能一步步地將其分解理解。最讓我驚喜的是,它並沒有止步於單個模塊的設計,而是開始探討如何將這些模塊有機地組閤成一個完整的係統,以及在係統層麵上需要考慮的各種問題,例如時鍾樹的構建、復位信號的設計等。這讓我對整個CMOS數字集成電路設計的宏觀框架有瞭更清晰的認識,不再是零散的知識點堆砌,而是一個有機的整體。

評分

這本書對我而言,更像是一位經驗豐富的老工匠在傳授他的秘籍,尤其是關於集成電路靜態時序分析與建模的部分。一開始,我以為時序分析會是一堆枯燥的公式和圖錶,但這本書用一種非常生動的方式,將抽象的時序概念具象化。例如,在講解建立時間和保持時間時,作者並沒有簡單地給齣定義,而是通過詳細的波形圖和實際操作場景,讓我深刻體會到這些參數對電路穩定運行的重要性。他甚至會列舉一些實際設計中常見的時序違例場景,並分析其根源,這對於避免我犯同樣的錯誤非常有幫助。靜態時序分析(STA)的部分,是本書的重中之重。作者循序漸進地介紹瞭時鍾域、時序路徑、時序約束等基本概念,然後深入講解瞭如何使用STA工具來檢查這些約束是否滿足。我特彆喜歡書中對各種STA報告的解讀,它詳細說明瞭如何從報告中識彆關鍵路徑、違例點,以及如何根據報告信息來優化電路。他甚至會提到一些高級的STA技巧,比如如何處理時鍾抖動、延時變化等不確定性因素,這讓我看到瞭STA在實際項目中的深度和廣度。模型的部分也同樣精彩,作者並沒有簡單地羅列各種模型,而是從物理層麵齣發,解釋瞭為什麼需要不同的模型,以及這些模型在STA中的作用。他對各種庫單元的特性和建模方式的講解,讓我能更好地理解不同廠商提供的庫文件,以及如何在設計中使用它們。這本書讓我明白,時序分析不僅僅是工具的使用,更是一種思維方式,一種對電路運行過程精細入微的把控能力。

評分

CMOS集成電路後端設計與實戰這本書,對我來說,更像是一本“實踐指導手冊”,它將那些理論上的“高大上”的概念,轉化成瞭可以觸摸、可以實現的具體操作。我一直以為版圖設計隻是簡單的“畫綫”,但這本書讓我看到瞭它背後蘊含的深厚物理原理和工程智慧。作者在講解版圖布局時,不僅僅是給齣瞭一個“好看”的版圖,而是深入分析瞭如何根據電路的功能、性能要求以及工藝限製,來做齣最優的布局決策。他對電源和地綫網絡的構建,更是讓我印象深刻。他詳細解釋瞭為什麼需要多條電源和地綫,如何閤理地連接它們,以及如何通過版圖結構來降低電阻和提高供電的穩定性,這些細節對於我理解一個可靠的芯片設計至關重要。在布綫方麵,本書同樣提供瞭大量的實用技巧,例如如何處理信號綫的交叉、如何優化布綫長度以減少延遲,以及如何進行抗串擾的布綫。我特彆喜歡他對於物理驗證的講解,DRC和LVS不再是令人生畏的錯誤信息,而是變成瞭指引我改進設計的“導航儀”。通過對這些驗證報告的深入分析,我能夠發現設計中的潛在問題,並及時進行修正,這大大提高瞭我的設計效率和最終的芯片良率。

評分

當我翻開這本書,尤其是關於CMOS數字集成電路設計的這部分,我立刻被它那嚴謹而又富有邏輯的講解方式所吸引。作者似乎有一種魔力,能夠將那些看似復雜的概念,分解成易於理解的邏輯單元。我之前對CMOS器件的理解,可能還停留在教科書上的模型,但這本書通過引入實際的器件特性麯綫和對應的仿真結果,讓我看到瞭理論與實踐的完美結閤。它對於亞閾值區行為的解釋,讓我更深刻地理解瞭低功耗設計的挑戰和機遇。在邏輯門的設計方麵,作者並沒有止步於介紹基本門電路的功能,而是深入剖析瞭CMOS實現這些門電路時的結構特點,以及不同結構帶來的性能差異。例如,他詳細比較瞭傳輸門和多路選擇器在不同應用場景下的優劣,這讓我能夠根據具體需求,選擇最適閤的設計方案。當我看到書中關於順序邏輯設計的內容時,我更是感觸良多。從D觸發器到各種復雜的寄存器結構,作者都給齣瞭非常清晰的電路圖和詳細的解釋,讓我能夠理解它們是如何存儲和傳遞信息的。他甚至會提到一些高級的時序設計技巧,例如時鍾同步設計和異步復位設計,這讓我看到瞭在實際項目中,如何構建更 robust 的時序係統。

評分

CMOS集成電路後端設計與實戰這本書,為我打開瞭一扇通往“芯片製造”的大門。在閱讀之前,我可能覺得後端設計隻是工程師在電腦上畫圖,但讀完之後,我纔真正體會到它背後蘊含的精妙和復雜。作者在版圖設計部分,將看似靜態的電路圖,賦予瞭“生命力”。他對晶體管的版圖結構,以及如何閤理地布局和連接它們,都進行瞭深入的講解。我特彆注意到他對於電遷移(Electromigration)的討論,以及如何在版圖設計中采取措施來避免這一問題,這讓我看到瞭後端設計在保證芯片長期可靠性方麵的重要性。在布綫方麵,本書提供瞭大量實用技巧,例如如何進行抗串擾的布綫,如何優化綫寬和綫間距以滿足工藝要求。我甚至還從書中學習到瞭如何使用自動化布綫工具,並如何對其進行後處理,以達到最佳的布綫效果。物理驗證部分,更是將設計者和製造者之間的“溝通橋梁”搭建起來。DRC和LVS不再是令人頭疼的錯誤提示,而是變成瞭幫助我優化設計的“指南針”。作者詳細分析瞭各種常見錯誤的原因和解決方案,讓我能夠更有效地發現和修復設計中的缺陷。

評分

在靜態時序分析與建模方麵,這本書給我帶來的最大啓發是“預測性”和“可控性”。它讓我明白,在設計過程中,我們不僅僅是“做”,更重要的是“預測”和“控製”。作者在講解建立時間和保持時間時,並沒有僅僅停留在理論層麵,而是通過一係列的實驗和仿真例子,讓我直觀地看到瞭時序違例是如何發生的,以及它對電路功能造成的災難性後果。他對時鍾樹延遲、信號傳播延遲等概念的細緻分析,讓我開始意識到,一個電路的時序性能,並非由單個門的延遲決定,而是由整個係統中的時序路徑共同決定的。書中對STA工具的介紹和使用方法,也給我帶來瞭巨大的幫助。我過去常常以為,STA隻是一個“事後諸葛亮”的檢查工具,但通過這本書,我認識到STA實際上是一個“事前預測”和“事中優化”的強大武器。作者詳細講解瞭如何設置時序約束,如何解讀STA報告中的關鍵信息,以及如何根據這些信息來調整電路設計,從而滿足時序要求。他對各種時序分析模式的解釋,比如AC(All-Cycle)和POC(Positive-Only Cycle),讓我能夠更全麵地理解時序分析的各個方麵。總的來說,這本書讓我從一個被動接受時序結果的設計者,轉變為一個能夠主動預測、控製和優化時序的設計者。

評分

在CMOS數字集成電路設計的實踐過程中,這本書是我不可或缺的“導師”。它不僅僅是提供理論知識,更是通過大量的實際案例和設計流程,讓我能夠更快地掌握將理論轉化為實踐的方法。作者在處理邏輯門的設計時,並沒有簡單地給齣幾種實現方式,而是深入分析瞭不同實現方式的優缺點,以及在不同功耗、速度和麵積需求下的適用性。他甚至會討論如何在設計早期就考慮功耗和時序,以及如何通過架構層麵的優化來提升整體性能。在我學習組閤邏輯和時序邏輯設計時,本書提供瞭非常豐富的模塊庫和設計模闆,這讓我能夠站在巨人的肩膀上,快速構建齣復雜的數字功能。我尤其喜歡書中關於數據路徑和控製路徑協同設計的講解,讓我能夠清晰地看到在一個完整的係統中,數據是如何流動和處理的,以及控製信號是如何協調這些操作的。在學習有限狀態機(FSM)的設計時,本書提供瞭非常詳細的步驟和示例,從狀態圖的繪製到最終的硬件描述語言(HDL)代碼生成,都進行瞭細緻的說明。這讓我能夠自信地設計齣那些能夠根據不同狀態執行不同操作的復雜邏輯。

評分

這本書在講解CMOS數字集成電路設計時,給我最大的感受就是它的“結構性”和“係統性”。它不僅僅是羅列齣各種電路模塊,而是從最底層的邏輯門齣發,逐步構建起更復雜的組閤邏輯和時序邏輯,最終形成一個完整的數字係統。作者在處理邏輯門的設計時,並沒有停留在簡單的AND、OR、NOT等邏輯功能上,而是深入分析瞭CMOS實現這些邏輯門的具體結構,例如NMOS和PMOS的連接方式,以及由此産生的傳播延遲、靜態功耗等特性。他甚至會討論不同的邏輯風格,比如靜態邏輯、動態邏輯,以及它們的優缺點,這讓我能夠根據實際需求做齣更明智的選擇。接下來的章節,關於組閤邏輯和時序邏輯的設計,更是將這些基本邏輯門巧妙地組閤起來,形成瞭強大的計算和存儲能力。我特彆喜歡它對數據通路和控製通路的設計講解,清晰地展示瞭在一個數字係統中,數據是如何流動和處理的,以及控製信號是如何協調這些操作的。書中對有限狀態機(FSM)的設計也進行瞭詳細的闡述,從狀態編碼到狀態轉移圖的繪製,再到最終的電路實現,都給齣瞭清晰的步驟和實例,這讓我能夠更好地理解和設計那些需要根據不同狀態執行不同操作的復雜邏輯。總而言之,這本書讓我看到瞭一個宏大的圖景,即如何從微小的晶體管構建齣能夠執行各種復雜任務的數字電路。

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