大規模集成電路設計 陳貴燦,張瑞智,程軍 9787040166026 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳貴燦，張瑞智，程軍 著

圖書標籤:

• 集成電路設計
• 大規模集成電路
• 數字電路
• VLSI
• EDA
• 陳貴燦
• 張瑞智
• 程軍
• 電子工程
• 計算機科學

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040166026

商品編碼：29577364782

包裝：平裝

齣版時間：2005-07-01

基本信息

書名：大規模集成電路設計

定價：45.20元

作者：陳貴燦,張瑞智,程軍

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2005-07-01

ISBN：9787040166026

字數：900000

頁碼：575

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書根據SOC設計的基礎知識和電路技術的新發展，係統地介紹模擬集成電路與數字集成電路中各種功能模塊的原理、分析與設計。內容包括：MOS晶體管模型；CMOS工藝與版圖；各種模擬功能塊和運算放大器；開關電容電路與開關電容濾波器；模/數與數/模轉換器；集成鎖相環；靜態與動態CMOS數字電路的基本單元；加法器、乘法器和存儲器等數字電路；可編程器件FPGA/CPLD與SOPC。
　　本書取材新穎，由淺入深、循序漸進，側重原理分析工程設計，是現代模擬與數字集成電路設計的教材或參考書。可供與集成電路領域有關的各電類專業高年級本科生和研究生使用，也可供從事這一領域的工程技術人員自學和參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《半導體器件物理與工藝》 第一章 半導體材料基礎 本章將深入探討構成現代電子工業基石的半導體材料。我們將從原子結構入手，詳細闡述矽（Si）作為最主流半導體材料的獨特優勢，包括其在地殼中的豐度、成熟的製備工藝以及優異的熱學和電學特性。我們將深入剖析矽的晶體結構，特彆是金剛石立方結構，以及其與電子性能的關聯。 接著，本章將引齣其他重要的半導體材料，例如鍺（Ge），闡述其早期在晶體管中的應用及其局限性，並與矽進行性能對比。隨後，我們將重點介紹化閤物半導體，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）以及氮化鎵（GaN）。我們將詳細講解這些材料的能帶結構，包括直接帶隙和間接帶隙的區彆，以及它們如何決定瞭材料的光電特性。例如，GaAs因其高電子遷移率，在高速電子器件中展現齣巨大潛力，而GaN則因其寬禁帶特性，成為高功率、高溫和高頻電子器件以及發光器件（LED、激光器）的關鍵材料。 此外，本章還將介紹半導體材料的摻雜理論。我們將區分本徵半導體和雜質半導體，並詳細解釋N型摻雜（如添加磷、砷）和P型摻雜（如添加硼、鋁）的原理，包括施主能級和受主能級，以及它們如何改變半導體的導電類型和載流子濃度。載流子（電子和空穴）的産生、復閤機製，以及它們的漂移和擴散運動，也將是本章的重點內容。最後，本章還將簡要介紹半導體材料的缺陷，如空位、間隙原子和位錯，以及它們對器件性能的影響。 第二章 PN結理論與二極管 PN結是幾乎所有半導體器件的核心，本章將對其進行全麵而深入的分析。我們將從P型和N型半導體接觸開始，詳細闡述PN結的形成過程，包括擴散和遷移機製如何導緻耗盡層的形成。耗盡層中內建電場的産生及其對載流子運動的阻礙作用將是重點講解內容。 本章將基於載流子的熱平衡和非平衡狀態，推導齣PN結在不同偏壓下的伏安特性麯綫。我們將詳細分析正嚮偏壓下載流子的注入和復閤，以及電流如何隨電壓指數級增長。反嚮偏壓下，耗盡層會加寬，漏電流的産生機製，包括少數載流子擴散和産生-復閤，也將被深入探討。雪崩擊穿和齊納擊穿等反嚮擊穿現象的物理機理也將進行詳細的闡釋。 基於PN結的原理，本章將介紹各種類型的二極管。我們將從最基本的整流二極管齣發，討論其在交流電整流電路中的應用。接著，我們將深入研究穩壓二極管（Zener Diode），闡述其穩壓原理，並介紹其在電源管理電路中的重要作用。發光二極管（LED）的pn結發光原理，包括電子-空穴復閤時能量的釋放形式（光子），以及不同材料LED的發光顔色和效率，都將是本章的重點。光電二極管（Photodiode）的感光原理，即光生載流子在pn結內建電場作用下的分離和收集，以及其在光信號檢測中的應用，也將被詳細介紹。肖特基二極管（Schottky Diode）作為金屬-半導體接觸，因其低正嚮壓降和快速開關速度，在高速電路和電源電路中的優勢也將被充分論述。 第三章 雙極型晶體管（BJT） 本章將聚焦於雙極型晶體管（Bipolar Junction Transistor, BJT），一種經典的電流控製型半導體器件。我們將從BJT的結構入手，區分NPN型和PNP型晶體管，詳細解析其由兩個PN結組成的內部結構，包括發射區、基區和集電區。 BJT的工作原理將是本章的核心。我們將深入分析載流子的注入、擴散和收集過程。在活性區，發射結正偏，集電結反偏，少量電子（NPN型）或空穴（PNP型）從發射區注入基區，在基區擴散，其中大部分會到達集電區被收集，從而形成集電極電流。我們將詳細解釋電流放大作用的來源，即基極電流控製集電極電流的機製，並推導齣電流增益係數β（共發射極電流增益）和α（共基極電流增益）的定義及其關係。 本章還將詳細討論BJT的各種工作區域：截止區、放大區、飽和區和反嚮放大區。我們將分析每個區域下BJT的載流子行為和電特性，並給齣相應的等效電路模型。電阻模型和混閤-π模型等BJT的小信號等效電路模型也將被介紹，它們是分析放大電路的重要工具。 此外，本章還將介紹BJT的輸齣特性麯綫和輸入特性麯綫，並分析基極電流、集電極電壓等參數對集電極電流的影響。BJT的結電容效應及其對晶體管高頻響應的影響也將被探討。最後，我們將簡要介紹BJT的開關特性，以及其在數字電路中的應用。 第四章 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET） MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是現代集成電路中應用最廣泛的器件之一，本章將對其進行深入解析。我們將從MOSFET的結構入手，區分N溝道MOSFET和P溝道MOSFET，並重點介紹其由柵極（Gate）、源極（Source）、漏極（Drain）和襯底（Substrate）組成的結構。我們將詳細闡述柵氧化層（通常為二氧化矽）的重要作用，它實現瞭柵極與半導體襯底之間的電隔離。 本章的核心將是MOSFET的工作原理，即電場效應控製溝道導電。我們將詳細分析MOSFET在不同柵源電壓（Vgs）下的電導率變化。在閾值電壓（Vt）以下，溝道不存在，器件處於截止狀態。當Vgs超過Vt時，柵極電場會在襯底錶麵感應齣反型層（溝道），從而連接源極和漏極，器件開始導通。我們將詳細分析載流子在溝道中的運動，以及漏源電壓（Vds）對其電流（Ids）的影響。 本章將詳細討論MOSFET的兩種工作模式：綫性區（或稱歐姆區）和飽和區。在綫性區，Ids近似與Vds成綫性關係，器件錶現齣電阻特性。在飽和區，Ids基本不受Vds影響，而主要由Vgs決定，此時MOSFET可以作為放大器使用。閾值電壓的産生機製，以及各種工藝參數（如氧化層厚度、襯底摻雜濃度）對其的影響，將進行詳細的講解。 我們將介紹MOSFET的各種類型，包括增強型MOSFET和耗盡型MOSFET。增強型MOSFET是目前最主流的類型。耗盡型MOSFET則可以通過改變柵極電壓來控製溝道的導通與否。此外，本章還將簡要介紹NMOS和PMOS器件，以及它們在CMOS（Complementary MOS）電路設計中的互補應用。MOSFET的結電容效應，特彆是柵極電容、結電容等，以及它們對高頻性能的影響，也將被探討。最後，本章還將簡要介紹MOSFET的開關特性，以及其在數字邏輯門和存儲單元中的廣泛應用。 第五章 集成電路製造工藝基礎 本章將帶領讀者走進微電子製造的神秘世界，深入瞭解集成電路是如何在矽片上“生長”齣來的。我們將從矽片製備開始，介紹單晶矽的生長方法，如柴可拉斯基法（Czochralski method），以及矽片的外延生長技術，它能夠形成高質量的單晶矽薄膜。 接著，我們將詳細介紹光刻（Photolithography）技術，這是集成電路製造中最關鍵的步驟之一。我們將闡述光刻的原理，包括光刻膠的塗覆、曝光（通過掩模版），以及顯影過程，這些步驟決定瞭電路圖案的精確轉移。不同波長的光源，如紫外光（UV）、深紫外光（DUV）和極紫外光（EUV），以及它們在提高分辨率方麵的作用，都將進行討論。 離子注入（Ion Implantation）和擴散（Diffusion）是實現半導體摻雜的關鍵工藝。我們將詳細解釋這兩種技術的原理、優缺點以及它們在精確控製摻雜濃度和分布方麵的作用。例如，離子注入可以實現更精確的摻雜，而擴散則是一種高溫過程。 金屬化（Metallization）是連接器件和形成電路導綫的必要步驟。本章將介紹常用的金屬材料，如鋁、銅和鎢，以及它們的沉積技術，如物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。金屬互連的形成，包括通孔（Via）的製作和金屬層的圖案化，也將是重點內容。 此外，本章還將介紹其他重要的製造工藝，如氧化（Oxidation）——二氧化矽等絕緣層的形成，刻蝕（Etching）——去除不需要的材料以形成特定圖案（乾法刻蝕和濕法刻蝕），以及鍵閤（Bonding）和封裝（Packaging）——將製造好的芯片與外界連接並保護起來。本章將強調每一步工藝的精度要求和對最終器件性能的影響。 第六章 模擬集成電路基礎 本章將聚焦於模擬集成電路的設計與分析。我們將從基本的模擬電路元件入手，包括電阻、電容和電感在集成電路中的實現方式及其局限性。接著，我們將重點分析模擬集成電路的核心構建模塊，如差分放大器（Differential Amplifier）。我們將深入講解差分放大器的基本結構、共模抑製比（CMRR）以及其在抑製噪聲方麵的優勢。 共源放大器（Common-Source Amplifier）、共漏放大器（Common-Drain Amplifier，也稱源極跟隨器）和共柵放大器（Common-Gate Amplifier）是單級放大器的三種基本形式。本章將詳細分析它們各自的電壓增益、輸入阻抗、輸齣阻抗和頻率響應特性，並探討它們在不同應用場景下的選擇。 多級放大器（Multi-stage Amplifier）的級聯技術，如何通過連接多個單級放大器來獲得更高的整體增益和更好的性能，將是本章的重要內容。我們將介紹阻容耦閤、直接耦閤和變壓器耦閤等耦閤方式。 運算放大器（Operational Amplifier, Op-Amp）是模擬集成電路中最通用和功能最強大的器件之一。我們將深入分析運算放大器的內部結構，包括輸入級（差分放大器）、中間級（增益級）和輸齣級（緩衝器）。理想運算放大器的特性，如無窮大的開環增益、無窮大的輸入阻抗和零輸齣阻抗，將作為分析的基礎。我們將詳細推導反相放大器、同相放大器、加法器、減法器、積分器和微分器等基本運算放大器電路的傳遞函數，並探討其在信號處理、濾波和控製係統中的應用。 本章還將觸及濾波器（Filters）的設計，包括低通、高通、帶通和帶阻濾波器，以及它們在頻率選擇性信號處理中的作用。補償技術（Compensation Techniques）用於穩定運算放大器，避免其在高頻下的振蕩，也將被介紹。 第七章 數字集成電路基礎 本章將全麵介紹數字集成電路的原理和設計方法。我們將從二進製數係統和邏輯運算入手，迴顧邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的基本概念和真值錶。 本章的核心內容將是組閤邏輯電路（Combinational Logic Circuits）的設計。我們將學習如何使用真值錶、卡諾圖（Karnaugh Map）以及布爾代數簡化布爾錶達式，從而設計齣最優化的邏輯電路。各種常用的組閤邏輯模塊，如編碼器（Encoder）、譯碼器（Decoder）、多路選擇器（Multiplexer, MUX）和數據分配器（Demultiplexer, DEMUX）的設計與應用將得到詳細講解。 時序邏輯電路（Sequential Logic Circuits）是能夠存儲信息並具有記憶功能的電路。我們將重點分析觸發器（Flip-Flop）的基本類型，包括SR觸發器、JK觸發器、D觸發器和T觸發器，以及它們的工作原理和狀態轉換。寄存器（Register）作為多個觸發器的組閤，用於存儲一組數據，也將被詳細介紹。計數器（Counter）是另一種重要的時序邏輯電路，我們將分析同步計數器和異步計數器的設計，以及它們的進製（二進製、十進製等）和功能。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）作為描述和設計時序邏輯電路的強大工具，也將被引入。我們將區分Mealy型和Moore型有限狀態機，並學習如何根據狀態轉移圖設計相應的邏輯電路。 本章還將介紹數字集成電路設計中常用的EDA（Electronic Design Automation）工具，以及硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL，它們是描述和驗證數字電路的標準語言。最後，我們將簡要迴顧數字集成電路的典型應用，如微處理器、存儲器和數字信號處理器。 第八章 數模混閤集成電路基礎 數模混閤集成電路（Mixed-Signal Integrated Circuits, MSICs）是集成電路領域的一個重要分支，它們集成瞭模擬和數字電路的功能，能夠實現更復雜的信號處理和係統集成。本章將深入探討數模混閤集成電路的設計挑戰和關鍵技術。 模數轉換器（Analog-to-Digital Converter, ADC）是數模混閤電路中的核心組件，它將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號。我們將介紹幾種主流的ADC架構，包括逐次逼近型ADC（SAR ADC）、雙積分型ADC、流水綫型ADC和Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC。每種架構的原理、優缺點、分辨率、采樣率和功耗等關鍵性能參數都將進行詳細分析。 數模轉換器（Digital-to-Analog Converter, DAC）則是ADC的逆嚮過程，它將數字信號轉換為模擬信號。本章將介紹DAC的幾種基本結構，如電阻梯型DAC、權電流型DAC和R-2R DAC。我們將分析它們的轉換精度、建立時間、單調性和功耗等指標。 除瞭ADC和DAC，本章還將介紹數模混閤電路中的其他重要模塊。鎖相環（Phase-Locked Loop, PLL）是一種用於産生穩定時鍾信號和進行頻率閤成的關鍵電路，我們將分析其反饋機製和應用。電壓基準源（Voltage Reference）是提供穩定參考電壓的電路，其精度直接影響ADC和DAC的性能。振蕩器（Oscillators）用於産生時鍾信號，也將被提及。 本章將強調數模混閤集成電路設計中的特殊挑戰，例如模擬電路和數字電路之間的相互乾擾（串擾），以及如何通過布局布綫和隔離技術來減小這些影響。電源完整性（Power Integrity）和信號完整性（Signal Integrity）在數模混閤電路設計中的重要性也將被突齣。最後，本章將展望數模混閤集成電路在通信、消費電子、汽車電子和工業控製等領域的廣闊應用前景。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的感覺就像是在攀登一座巍峨的山峰，每翻開一頁，都感覺自己嚮著知識的高處邁進瞭一步。書中的語言風格非常嚴謹，邏輯性極強，每一個概念的提齣都經過瞭細緻的鋪墊和論證，讓人在理解的過程中能夠循序漸進。我特彆欣賞作者在解釋復雜原理時所使用的類比和實例，它們就像是黑暗中的燈塔，指引我穿過迷霧，抵達理解的彼岸。有時候，一個看似晦澀的術語，經過作者的巧妙闡釋，便會豁然開朗，展現齣其內在的邏輯和重要性。雖然其中一些部分的確需要反復推敲，甚至需要查閱一些輔助資料，但這正是學習的樂趣所在，每一次的突破都帶來巨大的滿足感。

評分☆☆☆☆☆

這本書是一本非常有價值的學習工具。它的結構清晰，內容組織有序，從基礎概念到高級應用，層層遞進，邏輯嚴密。我發現，書中的每一個章節都緊密關聯，互相呼應，形成瞭一個完整的知識體係。我尤其欣賞作者在處理細節上的嚴謹性，對於每一個公式、每一個定義，都力求準確無誤。這對於我這樣追求精確性的讀者來說，無疑是最大的福音。雖然有些地方需要花費一些時間和精力去理解，但一旦掌握，便能感到收獲頗豐。我相信，隨著我對書中內容的深入學習，它將成為我學術和職業生涯中不可或缺的參考書。

評分☆☆☆☆☆

每次讀這本書，都像是在與一位博學多纔的長者對話。作者的寫作風格親切而不失專業，仿佛在娓娓道來，將那些原本枯燥的專業知識，賦予瞭生命和溫度。我特彆喜歡那些章節中穿插的作者的個人見解和思考，它們不僅僅是知識的傳遞，更是智慧的啓迪。在閱讀的過程中，我常常會停下來，反復咀嚼作者的觀點，甚至會在紙邊寫下自己的感悟和疑問。這種互動式的閱讀體驗，讓我感覺自己不再是被動地接受信息，而是積極地參與到知識的構建過程中。這本書讓我對這個領域有瞭更深刻的理解，也激發瞭我進一步探索的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的包裝讓我眼前一亮，厚實的紙闆封套，搭配著沉靜的藍色調，封麵上的燙金字體在燈光下閃爍著低調的光芒，仿佛預示著這是一本值得細細品味的著作。翻開扉頁，紙張的質感溫潤而富有彈性，沒有絲毫廉價感，觸感很舒服。我尤其喜歡它內文的排版設計，字體大小適中，行間距也恰到好處，閱讀起來非常流暢，長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。書中的插圖和圖錶也做得十分精美，綫條清晰，色彩運用得體，雖然我還沒有深入研究其內容，但僅僅從這兩點來看，就已經能感受到齣版方在細節上的用心，這無疑會大大提升閱讀的沉浸感。我迫不及待地想一頭紮進書中，去探索那些深奧的技術奧秘。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都令我印象深刻。它不僅僅是在介紹基礎概念，更是在引導讀者去思考更深層次的問題，去探索事物發展的規律。作者在書中展現齣的紮實的理論功底和豐富的實踐經驗，通過文字的力量，淋灕盡緻地傳遞齣來。我注意到，書中常常會將理論與實際應用相結閤，這讓我在學習理論知識的同時，也能感受到它們在現實世界中的價值和意義。我尤其喜歡作者對於一些關鍵技術演進曆程的梳理，這不僅讓我瞭解瞭“是什麼”，更讓我理解瞭“為什麼”和“如何”。這種宏觀的視角，對於我理解整個領域的發展趨勢非常有幫助。