数字集成电路设计/中国科学技术大学精品教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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金西 著

图书标签:

• 数字电路
• 集成电路
• VLSI
• 设计
• 中国科学技术大学
• 教材
• 电子学
• 计算机硬件
• 半导体
• 数字系统

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312032981

版次：1

商品编码：11333997

包装：平装

丛书名： 中国科学技术科学精品教材

开本：16开

出版时间：2013-08-01

用纸：胶版纸

页数：483

字数：735000

正文语种：中文

内容简介

　　《数字集成电路设计/中国科学技术大学精品教材》主要介绍了数字集成电路的设计理论与技术，内容包括：数字集成电路的发展趋势、数字集成电路的设计流程、VHDL和Veril09的数字集成电路描述、数字集成电路前端设计、可编程的数字集成电路测试平台、数字集成电路后端设计、数字集成电路的可靠性设计。《数字集成电路设计/中国科学技术大学精品教材》既来源于工程实际又结合了多年的教学实践，书中数字集成电路的设计以CPU核等作为实例讲解，板级系统设计基于XilinxVx系列FPGA开发板进行，与数字集成电路有关的设计规范和验收标准、库单元设计、硬件测试环境的建立等以业界标准来组织设计实例和教学内容。同时，作者结合了诸如科学院先导专项中芯片设计及其在航天工程中的应用等积累多年的项目经验来编写《数字集成电路设计/中国科学技术大学精品教材》，本着理实交融、学以致用的原则，向从事数字集成电路设计的相关人员提供设计方法与实例。
　　《数字集成电路设计/中国科学技术大学精品教材》可作为高等院校电子科学与技术、电子与信息工程、计算机科学与技术等专业的苯科生或研究生教材，也可作为相关专业的教师、科研人员及数字集成电路设计工程师的学习参考。

目录

总序
前言
第1章 集成电路发展与数字集成电路概论
1.1 集成电路的回顾
1.1.1 数字集成电路溯源
1.1.2 电子设计发展阶段
1.1.3 计算机在集成电路设计发展阶段的作用
1.1.4 人才、工具和库
1.2 纳米时代的数字集成电路设计策略
1.2.1 数字集成电路设计的要求
1.2.2 核高基助力集成电路芯片设计
1.2.3 设计自动化
1.3 数字集成电路的设计方法
1.3.1 自顶向下设计流程
1.3.2 自底向上设计流程
1.3.3 正向设计和逆向设计
1.3.4 著名公司推荐的设计流程
1.4 数字集成电路设计的学习方法
1.4.1 选用合适的EDA工具
1.4.2 了解和适应集成电路设计产业
1.5 数字集成电路设计的项目管理
1.5.1 可靠性设计
1.5.2 代码版本管理SVN
1.5.3 代码质量nLint

第2章 数字集成电路设计基础
2.1 数字集成电路的基本电路
2.1.1 数字集成电路分类与特点
2.1.2 各类数字集成电路的性能指标
2.1.3 CMOS基本门电路的分类与扩展
……
第3章 硬件描述语言VHDL
第4章 硬件描述语言Verilog HDL
第5章 数字集成电路的前端设计
第6章 数字集成电路的FPGA设计
第7章 数字集成电路的后端设计
第8章 数字集成电路的可靠性设计
附录
参考文献

前言/序言

《现代电子元器件基础与应用》 第一章 绪论：电子世界的基础砖石 本章旨在为读者构建一个宏观的电子元器件认知框架，从最基本的概念入手，逐步深入到集成电路的广阔领域。我们将探讨电子元器件在现代科技中所扮演的不可或缺的角色，揭示它们如何成为驱动信息时代飞速发展的核心动力。从无源器件（如电阻、电容、电感）的基本原理、特性到有源器件（如二极管、三极管、场效应管）的工作机制，我们将一一剖析。理解这些基础元器件的物理特性、电气参数以及它们之间的相互作用，是掌握更复杂电子系统设计的前提。此外，本章还将简要介绍半导体材料的特性，以及它们是如何被加工成各种功能元器件的，为后续章节深入探讨集成电路打下坚实的基础。我们将强调，每一个微小的电子元器件都蕴含着深刻的物理原理和精湛的工程技术，是现代电子科技得以实现的基石。 第二章 半导体物理基础：电子的奇妙旅程 本章将深入探究构成现代电子元器件核心的半导体材料的奥秘。我们将从原子结构和能带理论出发，阐述导体、绝缘体和半导体之间的本质区别。通过对本征半导体的载流子（电子和空穴）的产生和运动机制的分析，以及掺杂（N型和P型）对半导体导电性能的改变，我们将深入理解PN结的形成及其单向导电特性。这为理解二极管等基本器件的工作原理奠定了理论基础。本章还将介绍少数载流子的概念，以及在不同温度和电场下的行为。此外，我们还将初步探讨载流子扩散和漂移的物理过程，这些过程是PN结形成和工作的微观基础。理解半导体物理，如同理解化学元素周期表一样，是深入掌握电子元器件工作原理的关键钥匙，为后续理解更为复杂的半导体器件和集成电路打下坚实的理论基础。 第三章 分立半导体器件：从基础到应用 在本章中，我们将聚焦于构成电子电路基本单元的各种分立半导体器件。首先，我们将详细讲解二极管的种类（如整流二极管、稳压二极管、发光二极管、肖特基二极管）及其工作原理、伏安特性曲线和关键参数。随后，我们将深入探讨双极结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）的结构、工作模式（如截止区、放大区、饱和区）、输入输出特性曲线以及它们在放大和开关电路中的应用。我们将分析不同类型的BJT（NPN和PNP）和FET（JFET和MOSFET）之间的差异及其各自的优缺点。此外，本章还将介绍一些特殊的半导体器件，如可控硅（SCR）、光电晶体管等，并简述它们在特定领域的应用。通过本章的学习，读者将能够熟练掌握这些基本器件的电气特性，并初步具备利用它们构建简单电子电路的能力。 第四章 放大器电路：信号的增益与处理 放大器是电子电路中最基本也是最重要的功能单元之一。本章将系统地介绍各种放大器电路的原理、设计和分析。我们将从单级放大器入手，详细分析BJT和MOSFET单管放大器的不同组态（如共射、共集、共基；共源、共漏、共栅），深入理解它们的电压增益、输入阻抗、输出阻抗以及频率响应特性。随后，我们将转向多级放大器，探讨耦合方式（直接耦合、RC耦合、变压器耦合）对放大器性能的影响，以及如何通过多级放大来获得更高的增益和更好的稳定性。本章还将介绍反馈技术在放大器设计中的作用，包括负反馈对增益、带宽、失真和噪声的影响。我们将讲解各种反馈组态，以及如何通过反馈来实现特定的放大器性能。此外，还将涉及功率放大器的设计，包括AB类、B类、C类放大器的原理和效率问题。通过本章的学习，读者将能够理解放大器的工作原理，并掌握设计和分析各种放大器电路的基本方法。 第五章 振荡器与波形发生器：周期信号的产生 振荡器是能够产生周期性电信号的电子电路，在通信、测量、时钟电路等领域有着广泛的应用。本章将深入探讨各种振荡器电路的设计与原理。我们将从正弦波振荡器开始，介绍LC振荡器（如哈特莱、科皮茨）和RC振荡器（如韦恩桥、移相）的工作原理，分析振荡条件（幅度条件和相位条件），并讨论振荡频率的确定。我们将深入剖析晶体振荡器的特性及其在高精度振荡中的优势。随后，我们将转向非正弦波振荡器，包括方波、锯齿波、三角波等波形发生器的设计。我们将介绍多谐振荡器、施密特触发器等关键电路，以及它们如何用于产生非正弦波。本章还将探讨压控振荡器（VCO）和锁相环（PLL）等高级振荡器技术，并简要介绍其在频率合成和通信系统中的应用。通过本章的学习，读者将能够理解不同类型振荡器的工作原理，并具备设计和分析振荡器电路的能力。 第六章 信号调理与滤波：信号的净化与整形 在许多电子系统中，原始信号往往包含噪声或不需要的频率成分，需要进行调理和滤波以提取有用信息。本章将专注于信号调理和滤波技术。我们将首先介绍各种滤波器类型，包括低通、高通、带通和带阻滤波器，并详细讲解它们在时域和频域的特性。我们将分析有源滤波器和无源滤波器的设计方法，以及它们的优缺点。我们将深入探讨巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等不同逼近滤波器类型及其在不同应用场景下的选择。此外，本章还将介绍信号放大、衰减、钳位、包络检波等信号调理技术，以及它们在信号处理中的作用。我们将讨论如何在实际电路中实现这些功能，并分析它们对信号性能的影响。通过本章的学习，读者将能够掌握信号调理和滤波的基本原理和设计方法，为后续的信号处理和数据采集打下基础。 第七章 运算放大器（Op-Amp）电路：模拟计算的核心 运算放大器（Op-Amp）是一种高度集成的模拟电子器件，凭借其高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特性，成为构建各种模拟电路的基石。本章将深入探讨运算放大器的基本原理、特性以及在各种应用电路中的使用。我们将首先分析理想运算放大器的特性，然后介绍实际运算放大器的非理想因素及其对电路性能的影响。我们将详细讲解运算放大器在基本运算电路中的应用，如同相放大器、反相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器。此外，本章还将涵盖运算放大器在比较器、滤波电路、振荡器以及直流电源等方面的应用。我们将分析这些电路的工作原理，并探讨其设计要点和局限性。通过本章的学习，读者将能够深刻理解运算放大器在模拟电路设计中的强大能力，并熟练掌握利用运算放大器构建复杂模拟系统的技巧。 第八章 数字逻辑基础：二进制世界的规则 本章将带领读者进入数字逻辑的世界，学习构成所有数字系统的基本构件。我们将从二进制数制及其与十进制、十六进制之间的转换开始，为后续理解数字信号打下基础。我们将深入讲解逻辑门（AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR）的真值表、逻辑符号和布尔代数表达式。在此基础上，我们将介绍布尔代数的化简方法，如卡诺图（Karnaugh Map）和布尔代数定理，以简化复杂的逻辑表达式。我们将详细讲解组合逻辑电路的设计，包括编码器、译码器、数据选择器（Multiplexer）、数据分配器（Demultiplexer）等。这些电路是实现数据选择、地址译码等功能的基础。本章还将初步介绍时序逻辑电路的概念，为后续章节的深入学习奠定基础。通过本章的学习，读者将掌握数字逻辑的基本原理和设计方法，为理解和设计数字系统打下坚实的基础。 第九章 组合逻辑电路设计：并行处理的基石 在本章中，我们将进一步深化对组合逻辑电路的理解和设计。组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，不受历史状态的影响。我们将重点关注如何根据给定的逻辑功能需求，设计出满足要求的组合逻辑电路。我们将详细介绍如何利用布尔代数和卡诺图等工具，对复杂的逻辑函数进行化简和优化，从而获得最经济、最高效的电路实现。本章还将深入讲解实际的组合逻辑电路模块，如全加器、半加器、减法器、比较器等，并分析它们在算术运算中的应用。我们将探讨多路选择器（MUX）和译码器（Decoder）等通用组合逻辑模块的内部结构和工作原理，以及它们如何被广泛应用于数据路由和控制。此外，本章还将介绍组合逻辑电路的实现方式，包括使用逻辑门芯片和可编程逻辑器件（PLD）等。通过本章的学习，读者将能够独立完成具有一定复杂度的组合逻辑电路的设计任务。 第十章 时序逻辑电路：存储与状态的艺术 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路过去的输入序列（即电路的状态）有关。本章将深入探讨时序逻辑电路的设计与原理。我们将从最基本的时序单元——触发器（Flip-Flop）开始，详细讲解D触发器、JK触发器、T触发器、SR触发器等的结构、工作原理、状态转换图和时序图。我们将分析同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别。随后，我们将介绍寄存器（Register）和计数器（Counter）等重要的时序逻辑模块，并分析它们在数据存储、定时和顺序控制等方面的应用。我们将讲解移位寄存器、二进制计数器、十进制计数器等不同类型的计数器。此外，本章还将介绍有限状态机（Finite State Machine, FSM）的概念，包括摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的设计方法，以及如何利用时序逻辑电路来实现复杂的控制功能。通过本章的学习，读者将能够理解和设计各种时序逻辑电路，为构建复杂的数字系统奠定基础。 第十一章 存储器与接口技术：数据的永恒与沟通的桥梁 存储器是数字系统的关键组成部分，负责数据的长期或短期保存。本章将深入介绍各种类型的存储器技术。我们将从半导体存储器开始，详细讲解随机访问存储器（RAM），包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的工作原理、特性和应用。我们还将介绍只读存储器（ROM），包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory等，并分析它们在程序存储和数据存储中的作用。此外，我们将介绍非易失性存储器，如磁存储器和光盘存储器。本章还将探讨存储器的组织结构、地址译码和数据总线。除了存储器，本章还将涵盖接口技术，介绍不同的接口标准（如SPI, I2C, UART, USB）及其在器件之间数据通信中的作用。我们将分析这些接口的工作原理、数据传输方式和时序控制。通过本章的学习，读者将全面了解存储器的工作原理和各类存储器的特性，并掌握常见接口技术的设计和应用。 第十二章 可编程逻辑器件（PLD）与FPGA入门：灵活设计的利器 可编程逻辑器件（PLD）为数字电路设计提供了极大的灵活性和集成度。本章将介绍PLD的基本概念和常见类型，包括复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）。我们将深入讲解PLD的内部结构，如查找表（LUT）、触发器和布线资源，并介绍硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，在PLD设计中的应用。我们将演示如何使用HDL语言描述组合逻辑和时序逻辑电路，并通过综合、布局布线等工具将其映射到PLD器件上。本章还将介绍FPGA的基本架构，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）和片上路由资源。我们将通过具体的实例，展示如何利用FPGA实现复杂的数字系统，如微处理器、DSP单元或通信协议接口。通过本章的学习，读者将掌握使用PLD和FPGA进行数字系统设计的入门知识，并能够利用这些强大的工具实现更灵活、更高效的电子系统。 第十三章 电路板级设计与EMI/EMC基础：从理论到实践的飞跃 将离散的元器件或集成的芯片连接起来，形成一个完整的电子系统，需要进行电路板级设计。本章将引导读者从微观的元器件和逻辑电路，走向宏观的电路板设计。我们将介绍电路板（PCB）的结构、层叠设计、走线规则以及关键的布局原则，以确保信号的完整性和电源的稳定性。本章还将引入电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）的基本概念。我们将分析EMI的产生原因，如信号反射、串扰、地弹等，并介绍相应的抑制和滤波技术。同时，我们将阐述EMC的重要性，以及如何通过良好的电路板设计来避免对周围环境产生干扰，并保证自身不受外部电磁场的影响。我们将讨论屏蔽、滤波、接地等EMC设计中的关键策略。通过本章的学习，读者将能够理解电路板设计的基本原则，并对EMI/EMC问题有初步的认识，为设计可靠、稳定的电子产品打下实践基础。 第十四章 典型应用实例分析：理论指导实践 在本章中，我们将通过分析一些实际的电子系统应用案例，将前面章节所学的理论知识融会贯通。我们将选取具有代表性的应用领域，如数字信号处理器（DSP）在音频和图像处理中的应用，微控制器（MCU）在嵌入式系统中的应用，以及通信系统中的射频前端设计等。对于每个案例，我们将深入剖析其系统框图，识别关键的元器件选择和电路设计思路，并分析其中的技术挑战和解决方案。例如，在介绍DSP的应用时，我们将着重讲解其架构特点、指令集以及如何通过硬件和软件协同实现高效的信号处理。在讨论嵌入式系统时，我们将关注MCU的选型、外设接口的设计以及实时操作系统的应用。这些案例分析将帮助读者将抽象的理论知识转化为具体的工程实践，理解如何在实际项目中综合运用各种电子元器件和设计技术，培养解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我翻阅了其中的一部分，感觉内容还是挺充实的，特别是对于初学者来说，它提供了一个比较扎实的基础。开篇的部分，对于数字电路的基本概念，比如逻辑门、布尔代数等，讲解得非常清晰，甚至有些地方用了比喻来帮助理解，这一点我挺喜欢的。它没有上来就抛出复杂的公式和概念，而是循序渐进，让我在消化每个知识点的时候都有足够的时间和空间。后面的章节，也涉及到了一些基本的组合逻辑和时序逻辑的设计方法，虽然还不是特别深入，但足以建立起一个初步的设计框架。我尤其欣赏的是，作者在讲解一些重要定理或原理的时候，都会附带一些简单易懂的例子，让我能够立刻将理论知识和实际应用联系起来，而不是仅仅停留在抽象的理论层面。整体来说，它像是一个引路人，为我推开了一扇了解数字集成电路设计的大门，让我知道从哪里开始，又该往哪个方向去探索。对于那些想要快速上手，或者对这个领域感到有些畏惧的读者，这本书的友好度还是相当高的。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的印象是非常“现代化”的，它在内容上融入了许多当前数字集成电路设计领域最新的技术和发展趋势。我注意到它不仅仅局限于传统的CMOS设计，还广泛地涉及了一些新兴的领域，比如低功耗设计、嵌入式系统设计，甚至是一些关于FPGA的应用。书中在讲解某个概念的时候，往往会结合一些最新的行业案例或者技术标准，这让我觉得内容非常“接地气”，并且能够紧跟时代发展的步伐。我从中学习到了一些关于如何处理复杂逻辑、如何进行低功耗优化、以及如何利用FPGA进行快速原型验证等方面的知识。它给我的感觉是，作者紧密地关注着行业的发展动态，并且将这些前沿的知识融入到教材中，让读者能够站在巨人的肩膀上，去理解和掌握最新的设计理念。对于那些希望了解行业前沿，并且希望在未来的职业发展中具备竞争力的读者，这本书的价值会非常显著。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我一种在“宏观层面”进行指导的感觉，它更多地是在描绘数字集成电路设计的整个“生态圈”，以及在这个生态圈中各个部分是如何协同工作的。在内容上，它并没有深入到某个具体技术细节的“微观”层面，而是着重于介绍不同的设计方法学、各个阶段的任务以及它们之间的相互关系。我从中了解到了很多关于系统级设计、架构选择、IP集成、以及最后到流片前的整体流程。它就像是一份“地图”，让我能够清晰地看到整个数字集成电路设计的“全貌”，知道在不同的阶段应该关注什么，以及如何去整合各种资源。它对于理解设计背后的“战略”非常有帮助，让我知道为什么我们要选择某种设计方案，以及这个方案在整个项目周期中扮演着怎样的角色。读这本书的时候，我感觉自己是在进行一次“高屋建瓴”的学习，能够从一个更广阔的视角来审视数字集成电路的设计。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是，它更偏向于理论的深度挖掘，而不是广度的铺展。在某些特定的专题上，比如时序逻辑的深入分析，或者某些高级的设计技巧，它会花大量的篇幅去阐述背后的原理和推导过程。有时候，我会觉得它在概念的阐述上非常严谨，甚至会涉及到一些数学建模和算法分析，这对于那些有一定数学基础，并且希望深入理解底层机制的读者来说，会非常有帮助。我注意到书中有很多公式和证明，这表明作者在内容组织上是下了功夫去追求科学性和严谨性的。读起来的时候，我需要花费更多的时间去理解那些推导过程，并且反复咀嚼其中的逻辑。虽然有时候会觉得有些晦涩，但一旦理解了，就会觉得收获很大，对这个领域的认识也更加深刻。它不是一本让你轻松阅读的书，更像是一本需要你投入时间和精力去钻研的“教科书”，适合那些目标明确，想要在这个领域打下坚实理论基础的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它更像是一本“工程师手册”，注重实际的操作和经验的传授。开篇并没有花太多时间去铺垫过于深奥的理论，而是直接切入了数字集成电路设计中最核心的几个方面，比如一些常用的设计流程、EDA工具的使用心得，以及一些在实际项目中经常遇到的问题和解决方案。我注意到书中有很多流程图和操作示例，甚至一些代码片段，这对于想要快速将知识转化为实践的读者来说，非常有价值。它更多地是在告诉你“怎么做”，而不是“为什么这样做”的深层理论。我从中学习到了一些关于如何构建模块、如何进行仿真验证、如何优化时序等等方面的实用技巧。读这本书的时候，我感觉自己就像是在和一个经验丰富的工程师交流，他会不厌其烦地告诉你各种“坑”在哪里，以及如何绕过它们。对于那些希望快速入门，并且希望在短时间内掌握一些实用技能的读者，这本书会是很好的选择。