正版L CMOS集成电路后端设计与实战 刘峰 机械工业出版社 9787111514404 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘峰 著

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• CMOS集成电路
• 后端设计
• 刘峰
• 机械工业出版社
• 集成电路
• 芯片设计
• 数字电路
• EDA工具
• 实战
• 9787111514404

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111514404

商品编码：27600335197

包装：平装

出版时间：2015-10-01

图书基本信息
图书名称	CMOS集成电路后端设计与实战
作者	刘峰
定价	69.00元
出版社	机械工业出版社
ISBN	9787111514404
出版日期	2015-10-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

集成电路后端设计流程长、环节多，而且每个环节、每个工种都涉及非常多的背景知识和技能。为了让读者能够系统地掌握后端设计的基础知识，本书不仅在广度上全面覆盖集成电路后端设计的三个重要设计大方向：全定制、半定制和静态时序分析，而且在深度上覆盖了后端三大重要设计方向之间相互关联的技术点。并以此来贯穿整个后端设计流程，使读者在广度和技术点衔接两方面深入理解整个后端设计技术和流程细节。本书不拘泥于枯燥理论的灌输，把整个集成电路后端设计过程通过结合业内主流EDA设计工具和实践操作的形式进行讲解，终以理论联系实际的方法来真正地提高读者学以致用的工程技术设计能力。本书是任何想要学习集成电路后端设计的读者必读的。 　　本书特点： 　　系统而且深入，既对后端设计知识的广度有足够的覆盖，同时也不乏深度和细致。 　　从完整工程设计的角度出发，结合主流工具，实操性强。 　　涉及的实验技术资料可以在相关EETOP【后端设计】分论坛下载。 　　作者将定期在EETOP分论坛与本书读者进行互动和交流，解答读者问题。

作者简介

刘 峰　EETOP社区【后端设计】设计分论坛版主，拥有10年以上集成电路后端设计工程经验。目前主要从事集成电路后端设计的研究和开发工作，先后供职于多家外知名集成电路设计公司和科研院所，参与了多项国家863计划、核高基重大科技项目和重要的产品的研发。

目录

前言 章引论 1.1集成电路发展史简介 1.2集成电路发展现状 1.3国际集成电路发展趋势 第2章集成电路后端设计方法 2.1集成电路后端设计 2.2后端全定制设计方法 2.2.1后端全定制设计流程介绍 2.2.2主流后端全定制设计工具介绍 2.2.3后端全定制设计小结 2.3后端半定制设计方法 2.3.1后端半定制设计流程介绍 2.3.2主流后端半定制设计工具介绍 2.3.3后端半定制设计小结 **部分后端全定制设计及实战 第3章后端全定制设计之标准单元设计技术 3.1设计标准单元库的重要性 3.2标准单元设计技术 3.2.1标准单元的基本介绍 3.2.2标准单元的基本类型 3.2.3标准单元库提供的数据 3.2.4标准单元设计参数 3.3标准单元设计流程 3.3.1方案设计 3.3.2标准单元电路及版图设计 3.3.3标准单元库版图和时序信息的提取 3.3.4库模型与库文档生成 3.3.5设计工具流程验证 3.3.6测试电路设计及工艺流片验证 3.4标准单元设计需要的数据 3.5标准单元设计EDA工具 第4章后端全定制设计之标准单元电路设计技术 4.1CMOS工艺数字电路实现结构 4.1.1静态电路实现结构 4.1.2伪NMOS电路实现结构 4.1.3传输管与传输门电路 4.1.4动态电路实现结构 4.1.5高扇入逻辑电路的实现结构 4.2CMOS数字电路优化 4.3标准单元库中几种时序单元介绍 4.3.1C2MOS触发器 4.3.2真单相触发器 4.3.3脉冲触发器 4.3.4数据流触发器 第5章后端全定制设计之标准单元电路设计实战 5.1电路设计流程 5.2时序单元HLFF的电路设计 5.2.1建立库及电路设计环境 5.2.2VituosoSchematicComposer使用基础 5.2.3时序单元HLFF电路实现 5.2.4时序单元HLFF电路元件的产生 5.2.5时序单元HLFF电路网表输出 5.3时序单元HLFF的电路仿真 5.3.1设置带激励输入的仿真电路图 5.3.2使用VirtuosoSpectreCircuitSimulator进行电路仿真 第6章后端全定制设计之标准单元版图设计技术 6.1基本CMOS工艺流程 6.2基本版图层 6.2.1NMOS/PMOS晶体管的版图实现 6.2.2串联晶体管的版图实现 6.2.3并联晶体管的版图实现 6.2.4CMOS反相器的版图实现 6.2.5缓冲器的版图实现 6.2.6CMOS二输入与非门和或非版图实现 6.3版图设计规则 6.4版图设计中晶体管布局方法 6.4.1基本欧拉路径法 6.4.2欧拉路径法在动态电路中的应用 6.4.3晶体管尺寸对版图的影响 6.5标准单元版图设计的基本指导 6.5.1优化设计标准单元 6.5.2标准单元PIN脚的设计 第7章后端全定制设计之标准单元版图设计实战 7.1版图设计流程 7.2时序单元HLFF版图实现 7.2.1建立项目库及版图设计环境 7.2.2VituosoLayoutEditor使用基础 7.2.3时序单元HLFF版图实现 7.2.4时序单元HLFF版图GDS输出 7.3版图设计规则检查 7.3.1执行版图设计规则检查 7.3.2基于版图设计规则结果的调试 7.4版图与电路等价性检查 7.4.1执行版图与电路等价性检查 7.4.2基于版图与电路等价性检查结果的调试 7.5版图寄生参数提取 第8章后端全定制设计之标准单元特征化技术 8.1标准单元时序模型介绍 8.1.1基本的时序模型归纳 8.1.2时序信息建模方法 8.1.3时序信息文件基本内容 8.2标准单元物理格式LEF介绍 8.2.1LEF文件中重要参数详细说明 8.2.2LEF文件全局设置 8.2.3LEF文件中工艺库物理信息设置 8.2.4LEF文件中单元库物理信息设置 8.2.5LEF对应的图形视图 第9章后端全定制设计之标准单元特征化实战 9.1时序信息提取实现 9.1.1时序信息特征化的实现流程 9.1.2时序信息特征化的数据准备 9.1.3标准单元HLFF的时序信息特征化 9.1.4SiliconSmart工具流程介绍 9.2物理信息抽象化实现 9.2.1物理信息抽象化实现流程 9.2.2建立物理信息抽象化工作环境 9.2.3标准单元HLFF的物理信息抽象化 9.2.4版图抽象化后LEF数据输出 第二部分后端半定制设计及实战 0章后端半定制设计之物理实现技术 10.1半定制物理实现工程师应该具备的能力 10.2半定制物理实现流程 10.3半定制物理实现使用的EDA工具 10.4半定制物理实现需要的数据 10.5布局规划 10.6电源规划 10.6.1电压降与电迁移 10.6.2电源规划前的功耗预估方法 10.6.3电源条带的基本设置方法 10.6.4电源环的基本设置方法 10.6.5电源网络分析的基本方法 10.7时钟树的实现 10.7.1常见时钟网络的实现方法 10.7.2时钟树的综合策略 10.7.3时钟树的基本性能参数 10.7.4时钟树的综合流程 10.7.5门控时钟 10.7.6时钟树优化基本指导 10.8布线 10.8.1天线效应 10.8.2串扰噪声 10.8.3数模混合信号线走线的基本方法 10.9ECO 1章后端半定制设计之Open-SparcT1-FPU布局布线实战 11.1布局布线的基本流程 11.2布局布线工作界面介绍 11.3建立布局布线工作环境 11.4布局布线实现 11.4.1芯片布局 11.4.2电源网络实现 11.4.3自动放置标准单元 11.4.4时钟树综合 11.4.5布线 11.4.6芯片版图完整性实现 11.4.7布局布线数据输出 2章后端半定制设计之Open-SparcT1-FPU电压降分析实战 12.1电压降分析的基本流程 12.2建立电压降分析的工作环境 12.3电压降分析实现 12.3.1设置电源网格库 12.3.2功耗计算 12.3.3电压降分析 第三部分静态时序分析及实战 3章静态时序分析技术 13.1静态时序分析介绍 13.1.1静态时序分析背景 13.1.2静态时序分析优缺点 13.2静态时序分析基本知识 13.2.1CMOS逻辑门单元时序参数 13.2.2时序模型 13.2.3互连线模型 13.2.4时序单元相关约束 13.2.5时序路径 13.2.6时钟特性 13.2.7时序弧 13.2.8PVT环境 13.3串扰噪声 13.3.1串扰噪声恶化原因 13.3.2串扰噪声的体现形式 13.3.3串扰噪声相互作用形式 13.3.4时间窗口 13.4时序约束 13.4.1时钟约束 13.4.2I/O延时约束 13.4.3I/O环境建模约束 13.4.4时序例外 13.4.5恒定状态约束 13.4.6屏蔽时序弧 13.4.7时序设计规则约束 13.5静态时序分析基本方法 13.5.1时序图 13.5.2时序分析策略 13.5.3时序路径延时的计算方法 13.5.4时序路径的分析方法 13.5.5时序路径分析模式 4章静态时序分析实战 14.1静态时序分析基本流程 14.2建立静态时序分析工作环境 14.3静态时序分析实现 14.3.1建立时间分析 14.3.2保持时间分析 14.3.3时序设计规则分析 14.3.4时序违反修复 参考文献

编辑推荐

作者十年磨铁之作，Intel、睿晟微电子、复旦微电子多位专家联袂推荐。 　　首本由本土作者系统讲解集成电路后端设计的专著，集后端设计之大成。 　　结合后端设计的主流工具，理论联系实践，极具可操作性。

文摘

序言

电子设计自动化（EDA）的演进与应用 电子设计自动化（EDA）作为现代电子产业的基石，其发展历程与集成电路（IC）的进步息息相关。从最初的手工布线到如今高度智能化的自动化设计流程，EDA技术不断革新，为更复杂、更高性能的芯片设计提供了可能。 EDA的诞生与早期发展： EDA的萌芽可以追溯到上世纪60年代，随着集成电路规模的扩大，人工设计的方式变得越来越低效且容易出错。为了解决这一问题，科学家和工程师们开始尝试使用计算机辅助设计（CAD）工具。早期的CAD工具主要集中在电路原理图的绘制和简单的布局布线，功能相对有限。 集成电路设计的兴起与EDA的加速发展： 20世纪70年代和80年代，大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）的出现，极大地推动了EDA技术的发展。为了应对数万甚至数十万晶体管的设计挑战，EDA工具需要具备更强大的自动化能力，能够处理复杂的逻辑设计、时序分析、功耗优化以及版图验证等任务。这一时期， Synopsis、Cadence、Mentor Graphics（现已并入Siemens EDA）等EDA巨头逐渐崭露头角，奠定了行业格局。 EDA技术的核心模块与设计流程： 现代IC设计的流程是一个复杂而精密的系统工程，EDA工具贯穿其中，成为不可或缺的支撑。整个流程大致可以分为以下几个主要阶段： 1. 前端设计 (Front-end Design)： 规格定义与架构设计： 这是设计的起点，明确芯片的功能需求、性能指标、功耗预算以及成本目标。基于这些需求，工程师会设计芯片的整体架构，划分各个功能模块。 逻辑设计 (Logic Design)： 使用硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，将芯片的功能描述成行为级或RTL（Register Transfer Level）模型。这个阶段的重点在于逻辑功能的正确性。 逻辑综合 (Logic Synthesis)： 这是前端设计中至关重要的一步。逻辑综合工具会将HDL代码转化为门级网表（Netlist），即由基本逻辑门（如AND, OR, NOT, Flip-flops等）组成的电路描述。综合工具会根据时序、面积和功耗等约束条件，进行优化，选择最合适的逻辑门实现。 时序约束 (Timing Constraints)： 定义了芯片工作时钟频率、输入输出延迟等关键时序要求。综合工具会努力满足这些时序约束。 面积约束 (Area Constraints)： 限制了芯片的门数，从而影响芯片的物理尺寸和制造成本。 功耗约束 (Power Constraints)： 随着芯片功耗的日益受到重视，综合工具也需要进行功耗优化，例如采用低功耗逻辑门，或者通过门控时钟等技术降低动态功耗。 功能验证 (Functional Verification)： 在逻辑综合之前和之后，都需要进行严格的功能验证，确保芯片的逻辑功能符合设计规格。常用的验证方法包括仿真（Simulation）、形式验证（Formal Verification）和基于覆盖率的验证（Coverage-driven Verification）。仿真工具会模拟芯片在不同输入下的行为，而形式验证则通过数学方法证明设计的正确性。 2. 后端设计 (Back-end Design / Physical Design)： 布局 (Placement)： 将逻辑综合生成的门级网表中所有的逻辑单元（标准单元、宏单元等）放置到芯片的物理版图区域。布局的目标是优化单元之间的连接，减少信号传播延迟，并为后续的布线做好准备。 标准单元 (Standard Cells)： 预先设计好的基本逻辑功能单元，具有固定的高度和不同的宽度，方便布局和布线。 宏单元 (Macro Cells)： 预先设计好的大型功能模块，如RAM、ROM、PLL等，它们通常有固定的版图，在布局阶段被视为一个整体。 时钟树综合 (Clock Tree Synthesis, CTS)： 针对时钟信号，设计一个低延迟、低偏斜（skew）的时钟分配网络，以确保芯片内所有时序单元（如触发器）在同一时钟周期内接收到时钟信号。时钟树的质量对芯片的时序性能至关重要。 布线 (Routing)： 在已放置的单元之间，连接信号线，形成完整的电路。布线工具需要考虑多层金属互连线，并遵守设计规则（Design Rule Check, DRC）和设计约束。 物理设计规则 (Physical Design Rules)： 由晶圆厂规定，例如金属线宽、线间距、过孔尺寸等，必须严格遵守以确保芯片的可制造性。 设计规则检查 (Design Rule Check, DRC)： EDA工具会检查生成的版图是否符合物理设计规则，不符合的将标记出来并需要修改。 物理验证 (Physical Verification)： 布局后验证 (Post-placement Verification)： 在布局完成后，对布局进行时序和功耗分析，检查是否满足设计约束。 布线后验证 (Post-routing Verification)： 在布线完成后，进行更详细的时序分析、功耗分析，并执行DRC和LVS（Layout Versus Schematic）检查。LVS用于验证版图电路与原始网表在电气特性上是否一致。 提取寄生参数 (Parasitic Extraction)： 在布线完成后，EDA工具会根据金属线的尺寸、形状以及它们之间的相对位置，提取出线网的电阻和电容等寄生参数。这些寄生参数是导致信号延迟和功耗增加的重要因素，需要反馈到时序分析中。 签核 (Sign-off)： 这是后端设计的最后一个关键步骤，意味着设计已经准备好提交给晶圆厂进行制造。签核阶段的验证要求最严格，包括： 时序签核 (Timing Sign-off)： 确保芯片在所有工作条件下都能满足时序要求。 功耗签核 (Power Sign-off)： 确认芯片的功耗在可接受范围内，并且电源网络的设计是可靠的。 物理验证签核 (Physical Verification Sign-off)： 完成DRC和LVS检查，确保版图完全符合制造规则，并且与原理图一致。 可靠性分析 (Reliability Analysis)： 检查短路、开路、电迁移（Electromigration, EM）、IR Drop等潜在问题。 EDA工具的功能与类型： EDA工具种类繁多，功能各异，涵盖了IC设计的各个环节。它们通常可以被划分为以下几类： 逻辑综合工具： 将HDL代码转换为门级网表，例如Synopsys Design Compiler、Cadence Genus。 布局布线工具： 完成芯片的物理布局和布线，例如Synopsys IC Compiler II、Cadence Innovus。 验证工具： 包括仿真器（如Synopsys VCS、Cadence Incisive）、形式验证工具、静态时序分析（STA）工具（如Synopsys PrimeTime）等。STA工具在设计的各个阶段都扮演着重要角色，用于预测和分析芯片的时序性能。 物理验证工具： 用于DRC、LVS检查，例如Synopsys IC Validator、Cadence Pegasus。 功耗分析工具： 评估和优化芯片的功耗，例如Synopsys PrimeTime PX、Cadence Voltus。 IP（Intellectual Property）核： EDA工具也支持对预先设计好的IP核的集成和验证，这些IP核可以是标准单元库、存储器、处理器核等。 EDA的未来发展趋势： 随着摩尔定律的继续推进（尽管速度放缓）以及新兴应用（如人工智能、物联网、5G通信）对芯片性能和功耗提出更高要求，EDA技术正朝着以下几个方向发展： 人工智能与机器学习在EDA中的应用： AI和ML正被用于优化EDA工具的算法，例如在布局布线、时序预测、功耗优化等方面，以提高设计效率和结果质量。 先进工艺节点的设计挑战： 随着芯片制造工艺进入7nm、5nm甚至更小的节点，物理效应变得更加复杂（如量子效应、布线电阻电容的增加），EDA工具需要更精确的模型和更强大的分析能力来应对这些挑战。 异构计算与3D IC设计： 越来越多的芯片设计采用异构计算（CPU、GPU、NPU等集成）和3D集成（将多个芯片堆叠在一起）技术，这要求EDA工具能够更好地支持跨不同计算单元和多层结构的协同设计与验证。 设计自动化与智能化： EDA工具正变得越来越智能化，能够自动完成更多繁琐的设计任务，将工程师从重复性工作中解放出来，让他们更专注于创新性的设计。 面向特定领域的EDA（Domain-Specific EDA）： 针对AI芯片、通信芯片等特定应用领域，EDA工具也开始出现更加专业化的解决方案。 EDA的重要性与影响： EDA技术的发展是现代电子信息产业高速发展的关键驱动力之一。它使得设计复杂高性能的集成电路成为可能，从而催生了个人电脑、智能手机、高性能计算、通信设备等一系列革命性的产品。没有EDA技术，现代电子产品的设计周期将无限拉长，成本也将高得令人难以承受。可以说，EDA是连接理论设计与物理实现的桥梁，是集成电路产业蓬勃发展的幕后英雄。 从前端的逻辑描述到后端的物理实现，EDA工具链协同工作，确保着每一个芯片都能在无数次迭代和验证后，最终走向成熟。这个过程充满了挑战，也充满了智慧，是电子工程领域最核心也是最吸引人的部分之一。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对集成电路设计充满热情的学生，目前正在学习CMOS相关的课程，并希望能够通过阅读一些优秀的教材来加深理解。我一直对CMOS集成电路的后端设计流程感到好奇，尤其是从逻辑设计转化为物理版图的这个过程。我希望这本书能够用清晰易懂的语言，详细介绍物理设计的基本概念，例如工艺规则、设计规则、寄生参数提取等。我特别关注书中关于版图绘制和验证的部分，想知道如何将逻辑门和连线转化为符合工艺要求的物理结构，以及如何通过DRC和LVS检查来保证设计的正确性。如果书中能够提供一些简单的实例，指导读者一步步完成一个基础的CMOS电路的后端设计，那将是非常宝贵的学习资源。我希望这本书能够为我打下坚实的理论基础，为我未来从事集成电路设计行业做好铺垫。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有着多年后端设计经验的老兵，最近在负责一个高性能计算芯片的项目，对功耗优化和可靠性设计方面有非常高的要求。我一直在寻找一本能够提供深度洞察，并且能够帮助我解决实际问题的书籍。我希望这本书能够深入探讨CMOS工艺中的各种功耗损耗机制，例如动态功耗、静态功耗，以及如何通过架构设计、门级优化、动态电压频率调整（DVFS）等手段来有效降低功耗。在可靠性方面，我希望书中能够讲解诸如IR Drop、EM、TDDB等关键问题，并提供相应的仿真和设计策略。这本书的“实战”部分，我希望能够看到一些复杂的版图布局和布线技巧，例如针对信号完整性的关键信号处理，以及如何优化电源和地网络的分配，以保证芯片在极端工作条件下的稳定性。我非常期待作者能够分享一些他自己的经验和独到的见解，帮助我们这些老兵也能在技术上更进一步。

评分☆☆☆☆☆

最近公司正在积极拥抱RISC-V架构，我们团队需要设计基于RISC-V核心的SoC。我一直对CMOS后端的具体实现细节感到好奇，尤其是在适配不同架构和工艺节点时，后端设计所面临的挑战。我希望这本书能够帮助我理解，在实现如RISC-V这样开放指令集架构时，后端设计有哪些需要特别注意的地方，比如指令缓存、流水线寄存器等关键模块的物理实现。同时，我也对书中关于多时钟域处理和异步设计方面的内容非常感兴趣，因为SoC中往往存在复杂的时钟管理和信号交互。我希望能够从中学习到如何有效地进行时钟树综合，并处理跨时钟域信号的同步问题，以避免潜在的时序冲突和数据丢失。书中如果能涉及一些关于面积优化和良率提升的策略，那就更好了，因为对于SoC设计来说，成本控制同样至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书我早就听说过，一直想找时间好好研究一下。我所在的团队最近在进行一个比较复杂的CMOS芯片项目，涉及到了很多精细的后端设计流程，从物理版图、时序收敛到功耗优化，每一个环节都至关重要。我希望通过阅读这本书，能够深入理解这些核心概念，并且学习到一些实用的技巧和经验，尤其是在处理大面积、高密度芯片时的挑战。我尤其关注书中关于布局布线策略的部分，想看看作者是如何应对信号完整性、功耗分布和时钟树设计的难题的。此外，书中提到的“实战”部分，如果能提供一些案例分析，或者实际项目中的一些“坑”和解决方案，那就太有价值了。我希望这本书的讲解能够循序渐进，即使是对于一些资深的工程师，也能从中获得新的启发。同时，我也非常期待书中能够提及一些最新的EDA工具和设计方法，这样可以帮助我跟上行业发展的步伐。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初入集成电路后端的工程师，我对于掌握扎实的理论基础和丰富的实践经验有着迫切的需求。市面上关于CMOS后端设计的书籍并不少，但很多都过于理论化，或者年代久远，难以满足当前快速发展的行业需求。我尤其关注的是书中对于物理设计流程的完整性介绍，包括从网表映射到最终GDSII文件的全过程。我希望能够清晰地理解每个阶段的目标、常用的EDA工具以及关键的约束设置。我对书中关于时序收敛的讲解特别感兴趣，因为在实际工作中，这是最容易出现问题也最耗费精力的环节。我希望作者能够详细介绍各种时序违例的类型，以及相应的优化方法，例如逻辑优化、时钟树综合、布线后修复等等。此外，如果书中能够提供一些关于版图规则检查（DRC）和版图着色（LVS）方面的实用技巧，以及如何有效解决这些问题，那对我来说将是巨大的帮助。