數字集成電路設計/中國科學技術大學精品教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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金西 著

圖書標籤:

• 數字電路
• 集成電路
• VLSI
• 設計
• 中國科學技術大學
• 教材
• 電子學
• 計算機硬件
• 半導體
• 數字係統

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312032981

版次：1

商品編碼：11333997

包裝：平裝

叢書名： 中國科學技術科學精品教材

開本：16開

齣版時間：2013-08-01

用紙：膠版紙

頁數：483

字數：735000

正文語種：中文

內容簡介

　　《數字集成電路設計/中國科學技術大學精品教材》主要介紹瞭數字集成電路的設計理論與技術，內容包括：數字集成電路的發展趨勢、數字集成電路的設計流程、VHDL和Veril09的數字集成電路描述、數字集成電路前端設計、可編程的數字集成電路測試平颱、數字集成電路後端設計、數字集成電路的可靠性設計。《數字集成電路設計/中國科學技術大學精品教材》既來源於工程實際又結閤瞭多年的教學實踐，書中數字集成電路的設計以CPU核等作為實例講解，闆級係統設計基於XilinxVx係列FPGA開發闆進行，與數字集成電路有關的設計規範和驗收標準、庫單元設計、硬件測試環境的建立等以業界標準來組織設計實例和教學內容。同時，作者結閤瞭諸如科學院先導專項中芯片設計及其在航天工程中的應用等積纍多年的項目經驗來編寫《數字集成電路設計/中國科學技術大學精品教材》，本著理實交融、學以緻用的原則，嚮從事數字集成電路設計的相關人員提供設計方法與實例。
　　《數字集成電路設計/中國科學技術大學精品教材》可作為高等院校電子科學與技術、電子與信息工程、計算機科學與技術等專業的苯科生或研究生教材，也可作為相關專業的教師、科研人員及數字集成電路設計工程師的學習參考。

目錄

總序
前言
第1章 集成電路發展與數字集成電路概論
1.1 集成電路的迴顧
1.1.1 數字集成電路溯源
1.1.2 電子設計發展階段
1.1.3 計算機在集成電路設計發展階段的作用
1.1.4 人纔、工具和庫
1.2 納米時代的數字集成電路設計策略
1.2.1 數字集成電路設計的要求
1.2.2 核高基助力集成電路芯片設計
1.2.3 設計自動化
1.3 數字集成電路的設計方法
1.3.1 自頂嚮下設計流程
1.3.2 自底嚮上設計流程
1.3.3 正嚮設計和逆嚮設計
1.3.4 著名公司推薦的設計流程
1.4 數字集成電路設計的學習方法
1.4.1 選用閤適的EDA工具
1.4.2 瞭解和適應集成電路設計産業
1.5 數字集成電路設計的項目管理
1.5.1 可靠性設計
1.5.2 代碼版本管理SVN
1.5.3 代碼質量nLint

第2章 數字集成電路設計基礎
2.1 數字集成電路的基本電路
2.1.1 數字集成電路分類與特點
2.1.2 各類數字集成電路的性能指標
2.1.3 CMOS基本門電路的分類與擴展
……
第3章 硬件描述語言VHDL
第4章 硬件描述語言Verilog HDL
第5章 數字集成電路的前端設計
第6章 數字集成電路的FPGA設計
第7章 數字集成電路的後端設計
第8章 數字集成電路的可靠性設計
附錄
參考文獻

前言/序言

《現代電子元器件基礎與應用》 第一章 緒論：電子世界的基礎磚石 本章旨在為讀者構建一個宏觀的電子元器件認知框架，從最基本的概念入手，逐步深入到集成電路的廣闊領域。我們將探討電子元器件在現代科技中所扮演的不可或缺的角色，揭示它們如何成為驅動信息時代飛速發展的核心動力。從無源器件（如電阻、電容、電感）的基本原理、特性到有源器件（如二極管、三極管、場效應管）的工作機製，我們將一一剖析。理解這些基礎元器件的物理特性、電氣參數以及它們之間的相互作用，是掌握更復雜電子係統設計的前提。此外，本章還將簡要介紹半導體材料的特性，以及它們是如何被加工成各種功能元器件的，為後續章節深入探討集成電路打下堅實的基礎。我們將強調，每一個微小的電子元器件都蘊含著深刻的物理原理和精湛的工程技術，是現代電子科技得以實現的基石。 第二章 半導體物理基礎：電子的奇妙旅程 本章將深入探究構成現代電子元器件核心的半導體材料的奧秘。我們將從原子結構和能帶理論齣發，闡述導體、絕緣體和半導體之間的本質區彆。通過對本徵半導體的載流子（電子和空穴）的産生和運動機製的分析，以及摻雜（N型和P型）對半導體導電性能的改變，我們將深入理解PN結的形成及其單嚮導電特性。這為理解二極管等基本器件的工作原理奠定瞭理論基礎。本章還將介紹少數載流子的概念，以及在不同溫度和電場下的行為。此外，我們還將初步探討載流子擴散和漂移的物理過程，這些過程是PN結形成和工作的微觀基礎。理解半導體物理，如同理解化學元素周期錶一樣，是深入掌握電子元器件工作原理的關鍵鑰匙，為後續理解更為復雜的半導體器件和集成電路打下堅實的理論基礎。 第三章 分立半導體器件：從基礎到應用 在本章中，我們將聚焦於構成電子電路基本單元的各種分立半導體器件。首先，我們將詳細講解二極管的種類（如整流二極管、穩壓二極管、發光二極管、肖特基二極管）及其工作原理、伏安特性麯綫和關鍵參數。隨後，我們將深入探討雙極結型晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）的結構、工作模式（如截止區、放大區、飽和區）、輸入輸齣特性麯綫以及它們在放大和開關電路中的應用。我們將分析不同類型的BJT（NPN和PNP）和FET（JFET和MOSFET）之間的差異及其各自的優缺點。此外，本章還將介紹一些特殊的半導體器件，如可控矽（SCR）、光電晶體管等，並簡述它們在特定領域的應用。通過本章的學習，讀者將能夠熟練掌握這些基本器件的電氣特性，並初步具備利用它們構建簡單電子電路的能力。 第四章 放大器電路：信號的增益與處理 放大器是電子電路中最基本也是最重要的功能單元之一。本章將係統地介紹各種放大器電路的原理、設計和分析。我們將從單級放大器入手，詳細分析BJT和MOSFET單管放大器的不同組態（如共射、共集、共基；共源、共漏、共柵），深入理解它們的電壓增益、輸入阻抗、輸齣阻抗以及頻率響應特性。隨後，我們將轉嚮多級放大器，探討耦閤方式（直接耦閤、RC耦閤、變壓器耦閤）對放大器性能的影響，以及如何通過多級放大來獲得更高的增益和更好的穩定性。本章還將介紹反饋技術在放大器設計中的作用，包括負反饋對增益、帶寬、失真和噪聲的影響。我們將講解各種反饋組態，以及如何通過反饋來實現特定的放大器性能。此外，還將涉及功率放大器的設計，包括AB類、B類、C類放大器的原理和效率問題。通過本章的學習，讀者將能夠理解放大器的工作原理，並掌握設計和分析各種放大器電路的基本方法。 第五章 振蕩器與波形發生器：周期信號的産生 振蕩器是能夠産生周期性電信號的電子電路，在通信、測量、時鍾電路等領域有著廣泛的應用。本章將深入探討各種振蕩器電路的設計與原理。我們將從正弦波振蕩器開始，介紹LC振蕩器（如哈特萊、科皮茨）和RC振蕩器（如韋恩橋、移相）的工作原理，分析振蕩條件（幅度條件和相位條件），並討論振蕩頻率的確定。我們將深入剖析晶體振蕩器的特性及其在高精度振蕩中的優勢。隨後，我們將轉嚮非正弦波振蕩器，包括方波、鋸齒波、三角波等波形發生器的設計。我們將介紹多諧振蕩器、施密特觸發器等關鍵電路，以及它們如何用於産生非正弦波。本章還將探討壓控振蕩器（VCO）和鎖相環（PLL）等高級振蕩器技術，並簡要介紹其在頻率閤成和通信係統中的應用。通過本章的學習，讀者將能夠理解不同類型振蕩器的工作原理，並具備設計和分析振蕩器電路的能力。 第六章 信號調理與濾波：信號的淨化與整形 在許多電子係統中，原始信號往往包含噪聲或不需要的頻率成分，需要進行調理和濾波以提取有用信息。本章將專注於信號調理和濾波技術。我們將首先介紹各種濾波器類型，包括低通、高通、帶通和帶阻濾波器，並詳細講解它們在時域和頻域的特性。我們將分析有源濾波器和無源濾波器的設計方法，以及它們的優缺點。我們將深入探討巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾等不同逼近濾波器類型及其在不同應用場景下的選擇。此外，本章還將介紹信號放大、衰減、鉗位、包絡檢波等信號調理技術，以及它們在信號處理中的作用。我們將討論如何在實際電路中實現這些功能，並分析它們對信號性能的影響。通過本章的學習，讀者將能夠掌握信號調理和濾波的基本原理和設計方法，為後續的信號處理和數據采集打下基礎。 第七章 運算放大器（Op-Amp）電路：模擬計算的核心 運算放大器（Op-Amp）是一種高度集成的模擬電子器件，憑藉其高增益、高輸入阻抗和低輸齣阻抗的特性，成為構建各種模擬電路的基石。本章將深入探討運算放大器的基本原理、特性以及在各種應用電路中的使用。我們將首先分析理想運算放大器的特性，然後介紹實際運算放大器的非理想因素及其對電路性能的影響。我們將詳細講解運算放大器在基本運算電路中的應用，如同相放大器、反相放大器、加法器、減法器、積分器和微分器。此外，本章還將涵蓋運算放大器在比較器、濾波電路、振蕩器以及直流電源等方麵的應用。我們將分析這些電路的工作原理，並探討其設計要點和局限性。通過本章的學習，讀者將能夠深刻理解運算放大器在模擬電路設計中的強大能力，並熟練掌握利用運算放大器構建復雜模擬係統的技巧。 第八章 數字邏輯基礎：二進製世界的規則 本章將帶領讀者進入數字邏輯的世界，學習構成所有數字係統的基本構件。我們將從二進製數製及其與十進製、十六進製之間的轉換開始，為後續理解數字信號打下基礎。我們將深入講解邏輯門（AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR）的真值錶、邏輯符號和布爾代數錶達式。在此基礎上，我們將介紹布爾代數的化簡方法，如卡諾圖（Karnaugh Map）和布爾代數定理，以簡化復雜的邏輯錶達式。我們將詳細講解組閤邏輯電路的設計，包括編碼器、譯碼器、數據選擇器（Multiplexer）、數據分配器（Demultiplexer）等。這些電路是實現數據選擇、地址譯碼等功能的基礎。本章還將初步介紹時序邏輯電路的概念，為後續章節的深入學習奠定基礎。通過本章的學習，讀者將掌握數字邏輯的基本原理和設計方法，為理解和設計數字係統打下堅實的基礎。 第九章 組閤邏輯電路設計：並行處理的基石 在本章中，我們將進一步深化對組閤邏輯電路的理解和設計。組閤邏輯電路的輸齣僅取決於當前的輸入，不受曆史狀態的影響。我們將重點關注如何根據給定的邏輯功能需求，設計齣滿足要求的組閤邏輯電路。我們將詳細介紹如何利用布爾代數和卡諾圖等工具，對復雜的邏輯函數進行化簡和優化，從而獲得最經濟、最高效的電路實現。本章還將深入講解實際的組閤邏輯電路模塊，如全加器、半加器、減法器、比較器等，並分析它們在算術運算中的應用。我們將探討多路選擇器（MUX）和譯碼器（Decoder）等通用組閤邏輯模塊的內部結構和工作原理，以及它們如何被廣泛應用於數據路由和控製。此外，本章還將介紹組閤邏輯電路的實現方式，包括使用邏輯門芯片和可編程邏輯器件（PLD）等。通過本章的學習，讀者將能夠獨立完成具有一定復雜度的組閤邏輯電路的設計任務。 第十章 時序邏輯電路：存儲與狀態的藝術 與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還與電路過去的輸入序列（即電路的狀態）有關。本章將深入探討時序邏輯電路的設計與原理。我們將從最基本的時序單元——觸發器（Flip-Flop）開始，詳細講解D觸發器、JK觸發器、T觸發器、SR觸發器等的結構、工作原理、狀態轉換圖和時序圖。我們將分析同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路的區彆。隨後，我們將介紹寄存器（Register）和計數器（Counter）等重要的時序邏輯模塊，並分析它們在數據存儲、定時和順序控製等方麵的應用。我們將講解移位寄存器、二進製計數器、十進製計數器等不同類型的計數器。此外，本章還將介紹有限狀態機（Finite State Machine, FSM）的概念，包括摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型狀態機的設計方法，以及如何利用時序邏輯電路來實現復雜的控製功能。通過本章的學習，讀者將能夠理解和設計各種時序邏輯電路，為構建復雜的數字係統奠定基礎。 第十一章 存儲器與接口技術：數據的永恒與溝通的橋梁 存儲器是數字係統的關鍵組成部分，負責數據的長期或短期保存。本章將深入介紹各種類型的存儲器技術。我們將從半導體存儲器開始，詳細講解隨機訪問存儲器（RAM），包括靜態RAM（SRAM）和動態RAM（DRAM）的工作原理、特性和應用。我們還將介紹隻讀存儲器（ROM），包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory等，並分析它們在程序存儲和數據存儲中的作用。此外，我們將介紹非易失性存儲器，如磁存儲器和光盤存儲器。本章還將探討存儲器的組織結構、地址譯碼和數據總綫。除瞭存儲器，本章還將涵蓋接口技術，介紹不同的接口標準（如SPI, I2C, UART, USB）及其在器件之間數據通信中的作用。我們將分析這些接口的工作原理、數據傳輸方式和時序控製。通過本章的學習，讀者將全麵瞭解存儲器的工作原理和各類存儲器的特性，並掌握常見接口技術的設計和應用。 第十二章 可編程邏輯器件（PLD）與FPGA入門：靈活設計的利器 可編程邏輯器件（PLD）為數字電路設計提供瞭極大的靈活性和集成度。本章將介紹PLD的基本概念和常見類型，包括復雜可編程邏輯器件（CPLD）和現場可編程門陣列（FPGA）。我們將深入講解PLD的內部結構，如查找錶（LUT）、觸發器和布綫資源，並介紹硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL，在PLD設計中的應用。我們將演示如何使用HDL語言描述組閤邏輯和時序邏輯電路，並通過綜閤、布局布綫等工具將其映射到PLD器件上。本章還將介紹FPGA的基本架構，包括可配置邏輯塊（CLB）、輸入/輸齣塊（IOB）和片上路由資源。我們將通過具體的實例，展示如何利用FPGA實現復雜的數字係統，如微處理器、DSP單元或通信協議接口。通過本章的學習，讀者將掌握使用PLD和FPGA進行數字係統設計的入門知識，並能夠利用這些強大的工具實現更靈活、更高效的電子係統。 第十三章 電路闆級設計與EMI/EMC基礎：從理論到實踐的飛躍 將離散的元器件或集成的芯片連接起來，形成一個完整的電子係統，需要進行電路闆級設計。本章將引導讀者從微觀的元器件和邏輯電路，走嚮宏觀的電路闆設計。我們將介紹電路闆（PCB）的結構、層疊設計、走綫規則以及關鍵的布局原則，以確保信號的完整性和電源的穩定性。本章還將引入電磁乾擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）的基本概念。我們將分析EMI的産生原因，如信號反射、串擾、地彈等，並介紹相應的抑製和濾波技術。同時，我們將闡述EMC的重要性，以及如何通過良好的電路闆設計來避免對周圍環境産生乾擾，並保證自身不受外部電磁場的影響。我們將討論屏蔽、濾波、接地等EMC設計中的關鍵策略。通過本章的學習，讀者將能夠理解電路闆設計的基本原則，並對EMI/EMC問題有初步的認識，為設計可靠、穩定的電子産品打下實踐基礎。 第十四章 典型應用實例分析：理論指導實踐 在本章中，我們將通過分析一些實際的電子係統應用案例，將前麵章節所學的理論知識融會貫通。我們將選取具有代錶性的應用領域，如數字信號處理器（DSP）在音頻和圖像處理中的應用，微控製器（MCU）在嵌入式係統中的應用，以及通信係統中的射頻前端設計等。對於每個案例，我們將深入剖析其係統框圖，識彆關鍵的元器件選擇和電路設計思路，並分析其中的技術挑戰和解決方案。例如，在介紹DSP的應用時，我們將著重講解其架構特點、指令集以及如何通過硬件和軟件協同實現高效的信號處理。在討論嵌入式係統時，我們將關注MCU的選型、外設接口的設計以及實時操作係統的應用。這些案例分析將幫助讀者將抽象的理論知識轉化為具體的工程實踐，理解如何在實際項目中綜閤運用各種電子元器件和設計技術，培養解決實際工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我一種在“宏觀層麵”進行指導的感覺，它更多地是在描繪數字集成電路設計的整個“生態圈”，以及在這個生態圈中各個部分是如何協同工作的。在內容上，它並沒有深入到某個具體技術細節的“微觀”層麵，而是著重於介紹不同的設計方法學、各個階段的任務以及它們之間的相互關係。我從中瞭解到瞭很多關於係統級設計、架構選擇、IP集成、以及最後到流片前的整體流程。它就像是一份“地圖”，讓我能夠清晰地看到整個數字集成電路設計的“全貌”，知道在不同的階段應該關注什麼，以及如何去整閤各種資源。它對於理解設計背後的“戰略”非常有幫助，讓我知道為什麼我們要選擇某種設計方案，以及這個方案在整個項目周期中扮演著怎樣的角色。讀這本書的時候，我感覺自己是在進行一次“高屋建瓴”的學習，能夠從一個更廣闊的視角來審視數字集成電路的設計。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它更像是一本“工程師手冊”，注重實際的操作和經驗的傳授。開篇並沒有花太多時間去鋪墊過於深奧的理論，而是直接切入瞭數字集成電路設計中最核心的幾個方麵，比如一些常用的設計流程、EDA工具的使用心得，以及一些在實際項目中經常遇到的問題和解決方案。我注意到書中有很多流程圖和操作示例，甚至一些代碼片段，這對於想要快速將知識轉化為實踐的讀者來說，非常有價值。它更多地是在告訴你“怎麼做”，而不是“為什麼這樣做”的深層理論。我從中學習到瞭一些關於如何構建模塊、如何進行仿真驗證、如何優化時序等等方麵的實用技巧。讀這本書的時候，我感覺自己就像是在和一個經驗豐富的工程師交流，他會不厭其煩地告訴你各種“坑”在哪裏，以及如何繞過它們。對於那些希望快速入門，並且希望在短時間內掌握一些實用技能的讀者，這本書會是很好的選擇。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我翻閱瞭其中的一部分，感覺內容還是挺充實的，特彆是對於初學者來說，它提供瞭一個比較紮實的基礎。開篇的部分，對於數字電路的基本概念，比如邏輯門、布爾代數等，講解得非常清晰，甚至有些地方用瞭比喻來幫助理解，這一點我挺喜歡的。它沒有上來就拋齣復雜的公式和概念，而是循序漸進，讓我在消化每個知識點的時候都有足夠的時間和空間。後麵的章節，也涉及到瞭一些基本的組閤邏輯和時序邏輯的設計方法，雖然還不是特彆深入，但足以建立起一個初步的設計框架。我尤其欣賞的是，作者在講解一些重要定理或原理的時候，都會附帶一些簡單易懂的例子，讓我能夠立刻將理論知識和實際應用聯係起來，而不是僅僅停留在抽象的理論層麵。整體來說，它像是一個引路人，為我推開瞭一扇瞭解數字集成電路設計的大門，讓我知道從哪裏開始，又該往哪個方嚮去探索。對於那些想要快速上手，或者對這個領域感到有些畏懼的讀者，這本書的友好度還是相當高的。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感覺是，它更偏嚮於理論的深度挖掘，而不是廣度的鋪展。在某些特定的專題上，比如時序邏輯的深入分析，或者某些高級的設計技巧，它會花大量的篇幅去闡述背後的原理和推導過程。有時候，我會覺得它在概念的闡述上非常嚴謹，甚至會涉及到一些數學建模和算法分析，這對於那些有一定數學基礎，並且希望深入理解底層機製的讀者來說，會非常有幫助。我注意到書中有很多公式和證明，這錶明作者在內容組織上是下瞭功夫去追求科學性和嚴謹性的。讀起來的時候，我需要花費更多的時間去理解那些推導過程，並且反復咀嚼其中的邏輯。雖然有時候會覺得有些晦澀，但一旦理解瞭，就會覺得收獲很大，對這個領域的認識也更加深刻。它不是一本讓你輕鬆閱讀的書，更像是一本需要你投入時間和精力去鑽研的“教科書”，適閤那些目標明確，想要在這個領域打下堅實理論基礎的讀者。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的印象是非常“現代化”的，它在內容上融入瞭許多當前數字集成電路設計領域最新的技術和發展趨勢。我注意到它不僅僅局限於傳統的CMOS設計，還廣泛地涉及瞭一些新興的領域，比如低功耗設計、嵌入式係統設計，甚至是一些關於FPGA的應用。書中在講解某個概念的時候，往往會結閤一些最新的行業案例或者技術標準，這讓我覺得內容非常“接地氣”，並且能夠緊跟時代發展的步伐。我從中學習到瞭一些關於如何處理復雜邏輯、如何進行低功耗優化、以及如何利用FPGA進行快速原型驗證等方麵的知識。它給我的感覺是，作者緊密地關注著行業的發展動態，並且將這些前沿的知識融入到教材中，讓讀者能夠站在巨人的肩膀上，去理解和掌握最新的設計理念。對於那些希望瞭解行業前沿，並且希望在未來的職業發展中具備競爭力的讀者，這本書的價值會非常顯著。