CMOS数字集成电路精选 9787512316409 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肖景和 著

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• 数字电路
• 集成电路
• 微电子学
• 电子工程
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• VLSI
• 模拟电路
• 电路分析

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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512316409

商品编码：29596530232

包装：平装

出版时间：2012-01-01

图书基本信息
图书名称	CMOS数字集成电路精选	作者	肖景和
定价	39.00元	出版社	中国电力出版社
ISBN	9787512316409	出版日期	2012-01-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	12k	商品重量	0.481Kg

内容简介

《CMOS数字集成电路精选》属于数字电子技术类的科普性读物，介绍了CMOS数字集成电路的原理与应用。本书按照集成电路的功能分成CMOS集成门电路及其应用、CMOS触发器及其应用、CMOS集成计数器及其应用、CMOS数字电路中的特殊电路及其应用共4个部分。本书通过电路实例介绍数字集成电路的工作原理及使用，使读者通过实例掌握各类集成电路在电子电路中的使用方法。 　　《CMOS数字集成电路精选》可供有电子基础知识的电子技术爱好者自学，也可供有关技术人员在电路设计选型中参考。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

CMOS数字集成电路精选 深度解析现代数字设计的基石 本书旨在为广大电子工程、微电子学专业的研究生、高年级本科生以及从事集成电路设计与研发的工程师们，提供一本系统、深入且紧扣业界前沿的 CMOS 数字集成电路设计参考。我们并非简单罗列知识点，而是致力于构建一个连贯的学习路径，帮助读者深刻理解 CMOS 数字集成电路的设计原理、工艺实现、性能优化以及可靠性保障等关键环节。全书内容经过精心筛选和组织，力求涵盖现代数字集成电路设计中最核心、最常遇的挑战与解决方案，为读者打下坚实的理论基础，并培养解决实际问题的能力。 第一部分：CMOS 器件与基础电路 本部分将从最基本的 CMOS 器件入手，详细阐述其工作原理、特性曲线以及在不同工作模式下的行为。我们将深入剖析 NMOS 和 PMOS 晶体管的物理结构、沟道电荷运动机制，以及影响其性能的关键参数，如阈值电压、迁移率、氧化层厚度等。在此基础上，我们会系统介绍各种基本的 CMOS 逻辑门电路，包括反相器、NAND 门、NOR 门、XOR 门等。我们将重点分析这些基本门电路的结构、传播延迟、功耗特性以及噪声容限，并探讨如何通过设计优化来提升其性能。 此外，我们还会详细介绍 CMOS 电路设计中至关重要的传输门（Transmission Gate）及其互补式传输门（Complementary Transmission Gate）的工作原理和应用。这些结构在构建更复杂的逻辑功能和实现高速信号传输方面扮演着重要角色。最后，本部分还将涵盖 CMOS 电路中的关键的互连线效应，包括电阻、电容以及串扰等对信号完整性的影响，并介绍初步的缓解策略。 第二部分：组合逻辑电路设计 在掌握了基本的 CMOS 器件和逻辑门之后，本部分将聚焦于更复杂的组合逻辑电路设计。我们将从最基础的逻辑化简和卡诺图、真值表等方法开始，逐步引入更高级的设计技巧，例如使用硬件描述语言（HDL），如 Verilog 或 VHDL，进行行为级和寄存器传输级（RTL）建模。读者将学习如何将高层次的功能描述转化为具体的逻辑门实现，以及如何理解和优化 HDL 代码以获得高效的硬件结构。 我们会详细讲解组合逻辑电路的设计流程，包括功能定义、逻辑综合、技术映射等关键步骤。在本部分，读者还将深入学习各种常见的组合逻辑功能模块的设计，例如加法器（全加器、超前进位加法器）、多路选择器、译码器、编码器、比较器等。我们将不仅关注其逻辑功能，还会深入分析其在速度、面积和功耗方面的权衡。 特别地，本部分将花大力气探讨组合逻辑电路中的关键挑战，例如关键路径分析（Critical Path Analysis）和时序收敛（Timing Closure）。我们将介绍如何识别和优化关键路径，以满足设计的时间约束，并探讨各种时序优化技术，如逻辑门替换、缓冲器插入、重定时等。同时，我们也会深入分析组合逻辑电路中的功耗问题，包括动态功耗和静态功耗，并介绍降低功耗的常用方法，例如门控时钟、数据依赖时钟等。 第三部分：时序逻辑电路设计 时序逻辑电路是现代数字系统设计的基石，本部分将全面深入地探讨时序逻辑电路的设计。我们将从最基础的触发器（Flip-Flop）和锁存器（Latch）开始，详细讲解它们的工作原理、状态转移特性以及在不同触发时钟沿下的行为。我们将详细介绍主从触发器、边沿触发触发器等常见触发器结构，并分析其在保持数据稳定性和实现时序控制方面的作用。 在此基础上，我们将系统地介绍各种常见的时序逻辑电路模块，例如移位寄存器、计数器（同步计数器、异步计数器）、状态机（有限状态机 FSM）等。我们将重点分析这些模块的时序行为、状态转移图以及如何用 HDL 进行建模和实现。 本部分将特别强调时序逻辑电路设计中的时序约束和时序分析。我们将深入讲解时钟周期（Clock Period）、建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）等关键时序参数，并介绍如何进行时序路径分析，识别建立时间和保持时间违例。读者将学习如何通过调整电路结构、插入延迟单元、优化时钟树等方法来满足设计的时间要求。 此外，我们还将探讨时序逻辑电路中的竞争（Race Condition）和亚稳态（Metastability）问题。我们将详细解释这些现象产生的原因，以及如何设计和实现鲁棒的时序电路以避免或减轻这些问题的发生。同步和异步复位机制、握手信号等也将是本部分的重点内容。 第四部分：存储器结构与设计 存储器是数字集成电路中不可或缺的一部分，本部分将深入探讨各种存储器结构的设计与应用。我们将首先介绍静态随机存取存储器（SRAM）的基本单元，包括 6T SRAM 单元和 4T/2T SRAM 单元，并分析其读写操作的时序和性能。我们将详细讲解 SRAM 的阵列组织、译码器设计、读写驱动电路以及输出缓冲器设计，并讨论如何优化 SRAM 的速度、面积和功耗。 接着，我们将深入介绍动态随机存取存储器（DRAM）的原理，包括电容存储单元、读出和刷新操作。我们将分析 DRAM 的行地址选通（RAS）和列地址选通（CAS）机制，以及其在密度和成本方面的优势。 除了 SRAM 和 DRAM，我们还将简要介绍其他类型的存储器，例如只读存储器（ROM）、闪存（Flash Memory）及其在不同应用场景下的特点和设计考量。 第五部分：功耗分析与优化 随着集成电路规模的不断增大和器件密度的提高，功耗已成为制约数字系统性能和可靠性的关键因素。本部分将系统地分析 CMOS 数字集成电路的功耗来源，包括动态功耗（开关功耗、短路功耗）和静态功耗（漏电流功耗）。我们将详细阐述影响各项功耗的因素，例如电源电压、时钟频率、电路复杂度、器件参数以及环境温度等。 在此基础上，我们将重点介绍各种先进的功耗优化技术。这包括自顶向下的功耗预算分配、低功耗设计方法学，以及具体的硬件级功耗降低策略。我们将详细讲解门控时钟（Clock Gating）技术，如何选择性地关闭不活动的模块以降低动态功耗。数据依赖时钟（Data-Dependent Clocking）和自适应电压/频率调节（AVFS）也将是本部分的重点内容。 此外，我们还会探讨低功耗设计中的电源管理技术，例如多电压域设计、低功耗状态（如睡眠模式、待机模式）的实现。对于静态功耗，我们将讨论高阈值电压（High-Vt）和低阈值电压（Low-Vt）器件的选择，以及漏电流抑制技术。读者将学习如何利用仿真工具进行功耗分析，并结合设计实践来选择最有效的功耗优化方案。 第六部分：时序分析与优化（进阶） 在本部分，我们将对时序分析和优化进行更深入的探讨，以应对日益复杂的时序挑战。我们将详细介绍各种静态时序分析（STA）工具的工作原理和基本使用方法，包括如何设置时序约束（SDC 文件）、如何解读时序报告，以及如何识别并解决各种时序违例。 我们将深入讲解各种高级时序优化技术，例如多电压域（Multi-Voltage Domain）设计中的电平转换器（Level Shifter）设计，以及时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）的原理和优化。读者将了解如何通过优化时钟树来减小时钟偏斜（Clock Skew）和时钟抖动（Clock Jitter），以确保全局时序的稳定性。 此外，本部分还将探讨动态时序分析（DTA）的概念，以及如何结合仿真和STA 来更全面地评估设计的时序性能。我们还会介绍一些针对特定应用场景的时序优化策略，例如用于高性能计算的流水线（Pipelining）技术，以及用于低功耗设计的时序借位（Timing Borrowing）技术。 第七部分：可靠性与可制造性设计（DFM） 集成电路的可靠性是保障产品长期稳定运行的关键。本部分将从多个维度深入探讨 CMOS 数字集成电路的可靠性问题。我们将详细分析各种导致失效的物理机制，包括热电子注入（Hot Carrier Injection, HCI）、氧化层击穿（Dielectric Breakdown）、电迁移（Electromigration）等，并介绍如何通过设计来减缓这些效应。 我们将深入探讨电压降（IR Drop）和时序裕度（Timing Margin）对电路可靠性的影响，并介绍如何进行电源完整性（Power Integrity）分析。交叉电容（Crosstalk）引起的信号干扰也是本部分的重要内容，我们将讨论其对数字信号完整性和逻辑功能的影响，以及如何通过物理设计和布局布线来加以缓解。 此外，本部分还将介绍可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）的概念。我们将探讨如何考虑制造工艺的限制因素，例如线宽、间距、掩膜层数等，并在设计早期就做出合理的权衡，以确保芯片能够顺利、高良率地流片。我们还将讨论版图规则检查（DRC）、物理验证（LVS）等关键的物理设计流程，以及它们在保障电路正确性和可靠性方面的重要作用。 第八部分：现代设计流程与工具 本部分将带领读者了解当前集成电路设计领域的主流设计流程和关键工具。我们将介绍从规格定义、架构设计、逻辑设计、物理设计到流片和测试的完整流程。读者将对 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）和 FPGA（Field-Programmable Gate Array）的设计流程有所了解，并能区分它们各自的特点和适用场景。 我们将介绍主流的EDA（Electronic Design Automation）工具，例如逻辑综合工具（如 Synopsys Design Compiler, Cadence Genus）、布局布线工具（如 Synopsys IC Compiler, Cadence Innovus）、时序分析工具（如 Synopsys PrimeTime, Cadence Tempus）、物理验证工具（如 Synopsys IC Validator, Cadence Pegasus）等。我们将简要介绍这些工具的功能和在设计流程中的作用，并鼓励读者通过实际操作来加深理解。 结语 《CMOS数字集成电路精选》是一本集理论深度、工程实用性和前沿性于一体的参考书。我们希望通过本书，能够帮助读者建立起对 CMOS 数字集成电路设计的全面认知，掌握解决复杂设计问题的关键技能，并为未来在集成电路设计领域的深入探索奠定坚实的基础。本书的每一章节都力求内容翔实，逻辑严谨，并在可能的情况下，融入最新的行业发展趋势和技术理念，以期为读者提供最具价值的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构有一种独特的“抽丝剥茧”的美感。它不是按照功能模块（如译码器、触发器）来划分章节，而是按照“物理效应”——比如寄生电容、串扰、时序裕度——来组织内容。这种结构非常适合那些希望从根源上理解电路行为的读者。我记得在讲解互连延迟时，作者不仅计算了RC延迟，还引入了更复杂的非线性传输线模型对信号完整性的影响，这在很多基础教材中是直接被忽略的。阅读过程中，我发现自己对许多过去凭直觉处理的信号完整性问题有了更清晰的认识。唯一让我感到遗憾的是，书中对设计验证和形式化验证方法的探讨略显保守，似乎更侧重于电路本身的仿真和分析，而对现代EDA流程中的软件验证环节着墨不多。对于希望全面了解数字IC设计生态系统的读者来说，这可能是一个小小的缺憾，但就核心电路理论的深度而言，这本书绝对是顶尖的。

评分☆☆☆☆☆

这本《CMOS数字集成电路精选》的包装和印刷质量实在令人眼前一亮，那种厚重且细腻的纸张触感，以及清晰锐利的图文排版，立刻让人感受到这是一部精心制作的专业书籍。我特地翻阅了其中几章关于亚阈值电流和低功耗设计的内容，作者在理论推导上的严谨性毋庸置疑，每一个公式的引入都伴随着清晰的物理意义阐述，这对于初学者来说是极大的福音，避免了单纯的公式堆砌带来的枯燥感。特别是关于电路级功耗优化的实例分析，简直是教科书级别的典范。我记得有一节专门讲解了时钟树综合（CTS）在深亚微米工艺节点下面临的挑战，并详细对比了不同去耦技术的效果，那张对比图表做得极其直观。虽然我目前的工作主要集中在模拟前端，但对数字后端的基础理解也至关重要，这本书填补了我在这方面的知识空白。它不仅仅是一本“精选”，更像是一本“宝典”，很多设计中遇到的瓶颈问题，都能在这里找到理论支撑和可能的解决方案。如果你想在CMOS领域打下坚实的基础，或者想深入理解现代芯片设计中那些看似“理所当然”的设计选择背后的深层原理，这本书绝对值得你投入时间去研读。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书的初衷是想找一本能快速上手、侧重于实际工具应用的参考书，但阅读下来发现，它的侧重点显然更偏向于“为什么”而不是“怎么做”。例如，书中对几种新型晶体管结构，如FinFET和GAAFET的物理特性和电学模型的深入剖析，内容之详尽简直让人感到有些“超前”了。我的意思是，对于那些刚接触数字IC设计不久的工程师来说，可能需要先具备一定的半导体物理基础才能完全消化这些内容。不过，从学术价值的角度来看，这种深度是无可挑剔的。我尤其欣赏作者在介绍新工艺技术时，总是能将性能提升和功耗增加这两个矛盾点用非常精辟的语言进行平衡论述。它不像市面上很多教材那样把理想化的模型当作真理，而是非常诚实地展示了现代集成电路设计中总是要面对的各种权衡（Trade-offs）。我个人认为，这本书更适合研究生阶段或者已经工作几年、寻求设计思想升华的资深工程师作为进阶读物，它能帮你跳出工具的限制，从更底层的物理层面去审视设计决策。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术严谨性毋庸置疑，但从一个实际工作者的角度来看，它更像是一部需要反复查阅的“工具箱”，而不是一本可以一口气读完的“小说”。我特别喜欢它在引入新技术时那种批判性的眼光，它不会盲目吹捧某种技术的前景，而是会清晰列出其在制造难度、功耗、性能之间的权衡曲线。比如，在讨论低功耗设计时，作者详细分析了多阈值电压（Multi-Vt）策略在不同工艺节点下的适用性边界，这帮助我理解了为什么我们在特定项目阶段选择了某一种特定的Vt分配方案。这种深入到设计决策层面的探讨，远比单纯介绍“如何使用某个低功耗设计流程”要宝贵得多。当然，书中涉及的数学推导和建模相当密集，初读时可能会感觉信息密度过高，需要配合大量的笔记和辅助仿真工具进行验证。对于希望系统性梳理自己知识体系，并将其提升到工程实践高度的读者来说，这本书提供的思维框架是无价之宝。

评分☆☆☆☆☆

我尝试用它来辅助我正在进行的一个低压差（LDO）设计项目的数字控制部分。坦白讲，这本书对模拟电路的支持度相对有限，它的大部分篇幅都聚焦于数字电路的静态和动态特性分析。但是，它对电源完整性（PI）在数字侧的影响描述得非常到位。比如，如何通过优化时序单元的布局来减少对电源网络的瞬态电流冲击，以及如何精确建模SRAM的写入操作对VDD/VSS波动的影响，这些内容对于确保整个SoC的稳定性至关重要。书中的案例似乎都围绕着高速处理器或大型存储器的设计展开，这使得某些应用于低速、高精度传感器的场景时，我需要做大量的“逆向工程”来适应我的需求。总的来说，它是一块坚硬的基石，如果你知道如何将其应用到你的特定领域，它的价值是巨大的；但如果你期待的是一个“即插即用”的解决方案手册，可能会感到有些吃力，因为它提供的更多是设计哲学的指导，而非具体的配置参数。