低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具 9787030315687 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[瑞士] Christian Piguet，陳力穎 著

圖書標籤:

• CMOS電路
• 低功耗設計
• 邏輯設計
• CAD工具
• 集成電路
• 數字電路
• 電子學
• 高等教育
• 教材
• 計算機硬件

店鋪： 小馬奔騰圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030315687

商品編碼：11049270024

包裝：平裝

齣版時間：2011-07-01

基本信息

書名：低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具

：65.00元

作者：(瑞士)Christian Piguet,陳力穎

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2011-07-01

ISBN：9787030315687

字數：528000

頁碼：397

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.663kg

編輯推薦

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，包括工藝與器件、邏輯電路以及CAD設計工具三個方麵的內容。在工藝器件方麵，描述瞭低功耗電子學的曆史、深亞微米體矽SOI技術的進展、CMOS納米工藝中的漏電、納米電子學與未來發展趨勢、以及光互連技術；在低功耗電路方麵，描述瞭深亞微米設計建模、低功耗標準單元、高速低功耗動態邏輯與運算電路、以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術，包括時鍾、互連、弱反型超低功耗設計和絕熱電路；在低功耗CAD設計工具方麵，描述瞭功耗模型與高層次功耗估計，國際上主要CAD公司的功耗設計工具以及低功耗設計流程。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

內容提要

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，部分概述低功耗電子技術和深亞微米下體矽sOI技術的進展、CMOS納米技術中的漏電流及光互連技術等；第二部分闡述深亞微米設計模型、低功耗標準單元、低功耗超高速動態邏輯與運算電路，以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術；第三部分主要針對CAD設計工具及低功耗設計流程進行闡述。本書的內容來自低功耗集成電路設計領域三十多位國際知名學者和專傢的具體實踐，包括學術界與工業界多年來的研究設計成果與經驗，所介紹的技術可以直接應用於産品設計。
《低功耗CMOS電路設計》可以作為微電子、電子科學與技術、集成電路等領域的研發、設計人員及工科院校相關專業師生的實用參考資料。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

目錄

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第1部分 概述
第1章 低功耗電子技術的發展曆史
1.1 引言
1.2 早期的計算機
1.3 晶體管和集成電路
1.4 低功耗消費類電子産品
1.5 功耗的快速增加
1.6 結論
參考文獻
第2章 深亞微米下體矽技術與SOI技術的進展
2.1 引言
2.2 ITRS概述
2.3 晶體管的飽和電流和亞閾值電流
2.4 柵和其他隧道電流
2.5 晶體管電氣參數的統計離差
2.6 柵氧化層物理厚度和電氣厚度
2.7 晶體管的新結構
2.8 結論
參考文獻
第3章 CMOS納米技術中的漏電流
3.1 引言
3.2 MOSFET器件的ILEAK構成
3.3 尺寸縮放
3.4 電路級
3.5 結論
參考文獻
第4章 微電子學、納電子學及電子學的未來
4.1 引 言
4.2 作為納電子器件的矽MOSFET
4.3 矽MOSFET的限
4.4 矽MOSFET的應用極限
4.5 矽MOSFET以外的晶體管
4.6 FET以外的晶體管
4.7 從微電子學到納電子學
4.8 結論
4.9 緻謝
參考文獻
第5章 片上光互連的高級研究
5.1 互連問題
5.2 自頂嚮下的互連設計
5.3 信號通路中的無源光子器件
5.4 用於信號轉換的有源器件
5.5 轉換電路
5.6 鍵閤問題
5.7 互連性能(光學係統與電學係統的比較)
5.8 研究方嚮
5.9 緻 謝
參考文獻
第2部分 低功耗電路
第6章 深亞微米工藝設計模型
6.1 引 言
6.2 電流模型
6.3 描述性能所使用單位的定義
6.4 在標準單元庫中的應用
6.5 在低功耗設計中的應用
6.6 結 論
參考文獻
第7章 邏輯電路和標準單元
7.1 引言
7.2 邏輯族
7.3 低功耗和標準單元庫
7.4 對於特定應用的邏輯類型
7.5 結論
參考文獻
第8章 低功耗超高速動態邏輯電路
8.1 引 言
8.2 單相時鍾鎖存器和觸發器
8.3 高通量CMOS電路技術
8.4 快速有效的CMOS功能電路
8.5 動態邏輯的前景
8.6 結 論
參考文獻
第9章 低功耗算法運算器
9.1 引 言
9.2 加 法
9.3 乘 法
9.4 其他運算器、數字係統和限製
參考文獻
第10章 降低動態功耗的電路設計方法
10.1 引 言
10.2 動態功耗的形成
10.3 電路結構的平行化
10.4 改變固定電壓降低功耗技術
10.5 不改變電路主體設計技術方法來降低電路的功耗
10.6 改變電路主體結構的設計技術
10.7 結 論
參考文獻
第11章 低功耗設計中的硬件描述語言
11.1 引 言
11.2 基礎知識
11.3 減少毛刺
11.4 時鍾門控技術
11.5 有限狀態機
11.6 數據通路
11.7 總綫編碼
11.8 結 論
11.9 緻 謝
參考文獻
第12章 工作時鍾頻率在數GHZ下的係統設計
12.1 引言
12.2 連續係統中的時鍾設計注意事項
12.3 異步係統
12.4 全局異步一局部同步係統
12.5 結 論
參考文獻
第13章 減小漏電流的電路設計方法
13.1 引言
13.2 漏電流的組成
13.3 邏輯電路設計中減小漏電流的技術
13.4 時序設計技術
13.5 運行狀態下閑置漏電流減小技術
13.6 運行狀態時漏電流減小技術
13.7 減小高速緩存中的漏電流技術
參考文獻
第14章 SoC的低功耗和低電壓通信
14.1 引 言
14.2 互連綫的基礎理論
14.3 與互連綫相關的功耗
14.4 減小互連綫功耗的辦法
14.5 光互連綫的分析
14.6 結論
參考文獻
第15章 絕熱與時鍾供電電路
15.1 引言
15.2 絕熱充電技術的原理
15.3 實現問題
15.4 結論
參考文獻
第16章 用於基本低功耗邏輯的弱反型
16.1 引言
16.2 MOS弱反型區模型和假設
16.3 靜態MOS反相器
16.4 CMOS反相器的動態特性
16.5 標準傳輸下反相器的特性
16.6 進入中等反型區與強反型區的效應
16.7 邏輯門和數值實例擴展
16.8 實際考慮和條件限製
16.9 結論
參考文獻
第17章 低電壓下數字電路的魯棒性
17.1 引言
17.2 信號完整性
17.3 可靠性
17.4 結論
17.5 緻謝
參考文獻
第3部分 低功耗設計的CAD工具
第18章 高級功耗估計與分析
18.1 引言
18.2 低功耗應用的通用設計流程
18.3 係統級功耗分析
18.4 算法級功耗估計與分析
18.5 ORINOCO：一種算法級功耗估計工具
18.6 結論
參考文獻
第19章 高級功耗估計的功耗宏模型
19.1 引言
19.2 RTL功耗建模
19.3 RTL功耗宏建模和估計
19.4 現實設置的RTL功耗估計
19.5 結論
19.6 緻謝
參考文獻
第20章 Synopsys低功耗設計流程
20.1 引 言
20.2 時鍾門控
20.3 寄存器級的自動時鍾門控
20.4 操作數隔離
20.5 邏輯優化
20.6 泄漏控製一一閾值管理
20.7 電壓縮放
20.8 建模基礎
20.9 分析流程
20.10 結論
參考文獻
第21章 Magma低功耗流程
21.1 引言
21.2 功耗
21.3 功耗分析
21.4 功耗優化
21.5 供電軌分析
21.6 電源網絡綜閤
21.7 結論
第22章 功耗敏感設計的時序設計流程
22.1 引言
22.2 設計流程概述
22.3 用於功耗敏感設計的時序工具
22.4 設計實例
22.5 結論
參考文獻

作者介紹

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ChristianPiguet，瑞士Nyon人，分彆在1974年和1981年獲得洛桑聯邦瑞士大學(EPFL)的電子工程碩士與博士學位。Piguet博士於1974年加入瞭瑞士納沙泰爾Centre Electronique HorlogerS.A.實驗室。主要研究鍾錶業的CMOS數字集成電路和嵌入式低功耗微處理器，以及基於門陣列方法的CAD工具。他目前是納沙泰爾CSEMCentre Suisse d'Electronique et de MicrotechniqueS.A.實驗室超低功耗部門的負責人，並參與低功耗和高速CMOS集成電路的設計與管理。他的主要興趣包括低功耗微處理器與DSP、低功耗標準單元庫、門控時鍾和低功耗技術及異步設計。

文摘

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序言

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《低功耗CMOS電路設計——邏輯設計與CAD工具》這本書，如同其書名所揭示的，深入探討瞭在當今電子設備日益追求便攜、續航和小型化趨勢下，CMOS電路設計的核心挑戰——功耗問題，並聚焦於實現低功耗的兩種關鍵途徑：邏輯設計優化與先進CAD工具的應用。它並非僅僅是一本堆砌概念的技術手冊，而更像是一本精心編織的指南，引導讀者從理論根基齣發，逐步掌握實戰技巧，最終能夠設計齣高效、節能的CMOS集成電路。 全書的宏大脈絡清晰可見，首先，它將讀者引入低功耗CMOS電路設計的宏觀背景。在開篇之處，作者不會泛泛而談，而是會通過列舉當下熱門的電子産品，如智能手機、可穿戴設備、物聯網終端、高性能計算芯片等，生動地闡釋為何低功耗設計是這些領域發展的關鍵驅動力。從電池續航的限製，到散熱問題的嚴峻，再到環境友好和成本效益的考量，作者會層層遞進，為讀者建立起對低功耗設計重要性的深刻認知。這種引入方式，能夠迅速抓住讀者的興趣，讓他們明白學習本書內容的實際價值和緊迫性。 接著，本書將深入剖析CMOS電路功耗的來源。讀者將不再僅僅模糊地知道“功耗大”，而是能具體地理解CMOS電路中存在哪些功耗成分。這通常會包括動態功耗和靜態功耗。動態功耗部分，書中會詳細講解開關功耗（充放電電容的能量損耗）和短路功耗（在信號轉換過程中，上下管同時導通造成的電流直通）。作者會用清晰的圖示和數學模型，解釋這些功耗與電路的開關頻率、電源電壓、負載電容以及晶體管的幾何尺寸等參數之間的定量關係。例如，對於開關功耗，讀者會學習到 $P_{dynamic} = alpha cdot C_{L} cdot V_{DD}^2 cdot f$ 這個核心公式，並理解其中各個參數的含義及其對功耗的影響。 而對於靜態功耗，書中則會聚焦於漏電流的産生機製。讀者會瞭解到，即使在電路處於不活動狀態，晶體管的亞閾值漏電、柵氧化層漏電、穿通漏電等都會消耗能量。作者會深入講解這些漏電機製的物理成因，以及它們如何受到工藝參數（如溝道長度、氧化層厚度、摻雜濃度等）和工作電壓的影響。通過對功耗來源的細緻分解，本書為後續的低功耗設計策略奠定瞭堅實的理論基礎。 在掌握瞭功耗的成因之後，本書便會重點轉嚮“邏輯設計”這一核心內容。邏輯設計層麵的低功耗優化，是直接作用於電路結構和算法的，其效果通常更為顯著。本書會係統地介紹多種行之有效的邏輯設計策略。 首先，電源電壓優化（Voltage Scaling）是基本但極其重要的一種方法。書中會詳細闡述如何通過降低電源電壓來顯著降低動態功耗，因為動態功耗與電壓的平方成正比。讀者將學習到如何在滿足時序要求的前提下，選擇最優的電源電壓，以及如何實現動態電壓調整（Dynamic Voltage Scaling, DVS）技術，根據電路的實際負載和性能需求，動態地改變工作電壓，從而實現功耗和性能的權衡。 其次，時鍾門控（Clock Gating）技術是邏輯設計中降低動態功耗的另一利器。本書會詳細講解時鍾門控的原理，即在電路的某些部分不需要運行時，通過控製時鍾信號的傳遞，使其停止工作，從而節省瞭這部分電路的動態功耗。讀者將學習到如何識彆可以進行時鍾門控的邏輯塊，以及如何設計高效的時鍾門控邏輯，包括其潛在的時序問題和如何解決。 接著，狀態編碼優化（State Encoding Optimization）也是一個不可忽視的方麵。書中會講解如何通過選擇閤適的二進製編碼方式來減少觸發器之間的切換次數，從而降低由觸發器狀態變化引起的動態功耗。例如，在有限狀態機（FSM）設計中，使用格雷碼（Gray Code）或優化的狀態編碼，可以顯著減少不必要的位翻轉，從而降低功耗。 此外，數據路徑優化（Data Path Optimization）也是降低功耗的關鍵。書中會探討如何通過改進算術運算單元、數據選擇器等模塊的設計，減少內部信號的切換活動。例如，使用低功耗加法器、乘法器，或者采用更高效的算法實現，都可以顯著降低數據處理過程中的功耗。 本書還會涵蓋譯碼器優化（Decoder Optimization），分析不同譯碼器結構（如多級譯碼器）對功耗的影響，並給齣優化的建議。例如，如何根據實際需求選擇閤適的譯碼器深度和寬度，以及如何結閤時鍾門控技術進一步降低功耗。 在邏輯設計策略的介紹中，本書會注重理論與實踐的結閤。書中將穿插大量的電路示例和邏輯圖，幫助讀者直觀理解各種優化方法的具體實現。同時，也會分析這些方法在實際設計中所麵臨的挑戰，例如時序違例、麵積增加等，並提供相應的解決方案。 除瞭邏輯設計層麵的優化，本書的另一大重點是CAD工具的應用。在現代集成電路設計流程中，CAD工具扮演著至關重要的角色，尤其是在功耗分析和優化方麵。本書會詳細介紹各種用於低功耗CMOS電路設計的CAD工具及其使用方法。 首先，功耗分析工具將是重點講解對象。讀者將學習如何使用這些工具來精確地測量和預測電路的動態功耗和靜態功耗。這包括在 RTL（Register Transfer Level）階段進行初步的功耗估計，以及在門級網錶和布局布綫之後的精確功耗分析。書中會介紹一些業界主流的功耗分析工具，如Synopsys PrimeTime PX、Cadence Joules、Mentor Graphics Calypto Power Pro等，並詳細講解其輸入要求、仿真設置、輸齣報告解讀等關鍵環節。通過這些工具，讀者可以量化不同設計方案的功耗差異，從而做齣明智的設計決策。 其次，邏輯綜閤工具在低功耗設計中的作用也不容忽視。本書會講解如何通過配置邏輯綜閤工具的選項，引導其進行低功耗綜閤。例如，如何設置功耗約束，如何在麵積和功耗之間進行權衡，以及如何有效地利用時鍾門控和電源門控（Power Gating）等技術。讀者將學習到如何編寫綜閤腳本，以達到預期的低功耗設計目標。 再者，布局布綫工具也對功耗産生直接影響。書中會分析布局布綫過程中可能導緻功耗增加的因素，如過長的連綫延遲（導緻需要更高的驅動能力）、不閤理的時鍾樹（CK Tree）設計等，並介紹如何通過優化布局布綫策略來降低功耗。例如，如何進行綫延遲優化、功耗感知的布局布綫、以及如何有效地應用電源分割（Power Grid）和時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis, CTS）技術。 本書還會介紹物理驗證工具在功耗設計中的作用。雖然物理驗證主要關注設計的正確性，但其報告中也可能包含一些與功耗相關的錯誤，例如時序違例、信號完整性問題等，這些問題如果不解決，可能會導緻功耗的增加。 在CAD工具的應用部分，本書會采用案例分析的方式，通過一個完整的低功耗CMOS電路設計流程，展示如何將邏輯設計策略與CAD工具有機結閤。例如，作者可能會選擇一個實際的數字信號處理模塊（如濾波器、FFT單元）作為例子，從RTL設計開始，通過功耗分析工具進行初步估計，然後進行邏輯綜閤，再進行詳細的功耗分析和時序優化，最後進行布局布綫和物理驗證。在這個過程中，書中會詳細展示每一步操作所需的CAD工具命令或GUI設置，以及如何根據工具輸齣的報告來調整設計。 此外，本書可能還會涉及一些先進的低功耗技術。例如，電源門控（Power Gating）技術，它允許將不使用的電路模塊完全斷電，從而消除靜態漏電功耗。書中會詳細講解電源門控的實現原理，包括如何設計電源門控開關（Power Gate Switch）、如何管理斷電和上電過程中的狀態保存和恢復，以及其在不同應用場景下的優缺點。 動態多電壓（Multi-Voltage Domains）技術也可能被涵蓋，即在同一芯片上使用不同電壓域來驅動不同部分的電路，從而實現功耗和性能的協同優化。 總而言之，《低功耗CMOS電路設計——邏輯設計與CAD工具》是一本內容詳實、結構嚴謹、理論與實踐並重的著作。它不僅會為讀者打下紮實的低功耗CMOS電路設計理論基礎，更會通過對先進CAD工具的深入講解和實戰演示，幫助讀者掌握如何在實際設計中有效運用這些工具，從而設計齣符閤時代需求的、高性能、低功耗的集成電路。本書的讀者群將涵蓋電子工程、微電子學、計算機體係結構等相關專業的本科生、研究生，以及從事集成電路設計的工程師，他們將從中獲益匪淺，能夠更好地應對日益嚴峻的功耗挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書《低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具》的齣版，對於我們這些在模擬和混閤信號領域工作的工程師來說，無疑是一場及時雨。雖然我的工作重心更多在於模擬電路，但理解數字部分的低功耗設計對於整個係統的能效優化至關重要。我希望書中能夠詳細闡述數字邏輯設計中那些對功耗影響最大的因素，例如時鍾樹的功耗，復位信號的功耗，以及數據路徑上的動態功耗。我非常期待書中關於門控時鍾和時鍾使能（Clock Enable）等技術在降低動態功耗方麵的具體實現細節和設計技巧。在CAD工具方麵，我希望這本書能提供一些關於如何利用仿真工具來分析和預測數字電路的功耗，以及如何通過設計空間的探索來找到最佳的功耗、性能和麵積摺衷點。我尤其感興趣的是，在模擬和數字混閤信號SoC設計中，如何有效地將數字部分的低功耗策略與模擬部分的低功耗設計相結閤，以實現整體最優的能效。如果書中能提供一些關於低功耗異步電路（Asynchronous Circuits）設計的討論，那將是極具吸引力的，因為異步電路在某些場景下具有天然的低功耗優勢。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究《低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具》這本書，它給我帶來瞭不少新的啓發。尤其是在邏輯設計這一塊，書中對功耗降低策略的講解，比如動態功耗和靜態功耗的成因及抑製方法，都寫得非常到位。我關注的是一些更細緻的內容，比如書中是否對不同工藝節點下的低功耗設計挑戰有所討論，例如隨著晶體管尺寸的縮小，漏電流的增加對靜態功耗的影響，以及如何在先進工藝下實現有效的功耗控製。另外，在CAD工具方麵，我希望書中能更深入地探討那些能夠實現自動化功耗優化的工具。例如，是否有關於功耗感知布局布綫（Power-aware Placement and Routing）的介紹，以及如何利用這些工具來最小化信號綫電容、減少串擾等，從而間接降低功耗。我特彆希望能看到書中包含一些關於低功耗IP（Intellectual Property）的設計和集成方麵的案例，這對於實際的SoC項目開發具有重要的指導意義。此外，對於一些新興的低功耗技術，比如量化感知設計（Quantization-aware Design）在AI推理芯片中的應用，或者微能量采集（Micro-energy Harvesting）係統的電源管理，書中是否有所提及，或者至少為讀者指明瞭進一步探索的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本《低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具》確實如期而至，我早就對它期待已久瞭。從這本書的封麵和標題就能感受到它直指核心的專業性。我一直深耕於集成電路領域，尤其是在功耗優化方麵，總覺得有許多理論和實踐的鴻溝需要填補。對於CMOS電路，它的低功耗特性是其應用廣泛的基石，而如何在此基礎上進行更精細的邏輯設計，並藉助強大的CAD工具來輔助實現，這絕對是當今IC設計中最具挑戰性也最受關注的課題之一。我希望這本書能夠係統地梳理低功耗CMOS電路設計的理論框架，從基本的門電路功耗分析，到復雜的時鍾門控、電源門控、動態電壓頻率調整（DVFS）等高級技術，都能夠有深入淺齣的講解。同時，書中提到的CAD工具，我非常期待它們能在實際設計流程中扮演怎樣的角色，例如在功耗仿真、功耗分析、功耗優化等環節，是否有具體的案例分析，如何有效地利用這些工具來指導設計決策，從而最大限度地降低功耗，提升電路性能。我尤其關注書中是否會涉及最新的低功耗設計技術和前沿研究成果，例如新型低功耗邏輯風格、自適應體偏置技術，以及在人工智能、物聯網等新興應用場景下，對低功耗CMOS電路提齣的特殊需求和相應的解決方案。如果書中能夠提供一些實用的設計技巧和經驗分享，那將是錦上添花瞭。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具》後，我翻閱瞭其中的一些章節，其內容深度和廣度給我留下瞭深刻印象。在邏輯設計方麵，書中對於各種低功耗邏輯風格的介紹，如亞閾值擺幅（Subthreshold Swing）邏輯、多閾值電壓（Multi-threshold Voltage）CMOS、門控時鍾（Gated Clocking）技術等，都進行瞭相當詳盡的闡述。我特彆欣賞書中對這些技術背後的原理進行瞭清晰的分析，不僅僅是簡單地羅列，而是深入到晶體管層麵的功耗産生機製，以及如何在邏輯層麵進行有效的抑製。同時，在CAD工具的部分，書中似乎提供瞭一些關於如何使用EDA工具進行功耗建模和仿真的指導。我一直覺得，脫離瞭實際工具的理論指導是空中樓閣，而本書將理論與實踐相結閤，無疑會大大提升其價值。我希望書中能夠提供一些關於如何選擇閤適的CAD工具，以及如何配置仿真環境來進行準確的功耗評估。例如，在進行麵積、性能和功耗的權衡時，CAD工具是如何輔助設計師做齣最優決策的。如果書中能包含一些實際的仿真波形和分析報告，那將能更直觀地幫助讀者理解這些概念。我也期待書中能夠涵蓋一些關於層次化低功耗設計方法的內容，以及如何在SoC（System-on-Chip）設計中實現全局的功耗管理。

評分☆☆☆☆☆

從這本書《低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具》的標題來看，它顯然是奔著解決實際工程問題去的。我是一名剛剛接觸IC設計的學生，對於低功耗設計這一塊，一直感覺知識體係比較零散。我希望這本書能係統地介紹CMOS電路功耗的各個方麵，從基本的晶體管模型如何影響功耗，到更復雜的電路結構如何導緻功耗的增加，都有清晰的解釋。在邏輯設計層麵，我希望書中能用易於理解的方式解釋各種低功耗邏輯優化技術，比如如何通過邏輯綜閤（Logic Synthesis）和邏輯分割（Logic Partitioning）來降低功耗。同時，我非常期待書中關於CAD工具的介紹。我希望能瞭解這些工具是如何工作的，以及作為一名初學者，應該如何開始使用它們來輔助我的設計。例如，是否有關於功耗仿真和分析的入門指南，以及如何閱讀和理解仿真結果。我也希望能從書中學習到一些基礎的設計流程，瞭解在實際的IC設計項目中，低功耗設計是如何貫穿始終的。如果書中能包含一些簡單的教學案例，或者提供一些練習題，那將極大地幫助我鞏固所學的知識。