CMOS电路活用技巧 (日)大幸秀成著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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日大幸秀成著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030341365

商品编码：29659114444

包装：平装

出版时间：2012-06-01

基本信息

书名：CMOS电路活用技巧

定价：35.00元

作者：(日)大幸秀成著

出版社：科学出版社

出版日期：2012-06-01

ISBN：9787030341365

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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内容提要

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本书以CMOS的小构成电路反相器为焦点，介绍CMOS器件的特点、结构、设计规则及制造方法。以标准逻辑电路为例，介绍了组合逻辑电路、时序逻辑电路的定义、基本电路结构及其应用举例。进而，介绍了接口的技巧和目前备受关注的模拟技术等。本书还涉及大规模集成电路（LSI）的话题，介绍其分类及发展趋势，以及ASIC和存储器的基本技术。
本书可供半导体制造行业的技术人员阅读，也可供电子等相关专业师生参考。

目录

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章 CMOS器件的现状
1.1 半导体器件的分类
1.2 CMOS器件的特征
1.3 CMOS产品的种类和特点
第2章 CMOS的结构
2.1 CMOS的结构
2.2 设计规则
2.3 CMOS的制造工程
2.3.1 衬底材料的制作
2.3.2 前工序
2.3.3 后工序
第3章 CMOS的基本特性与逻辑电路的基本结构
3.1 CMOS的基本特性
3.1.1 N-ch MOS FET的特性表达式
3.1.2 P-ch MOS FET的特性表达式
3.1.3 CMOS反相器的特性
3.1.4 逻辑阈值电压
3.1.5 过渡区中的输出电压
3.1.6 电阻近似
3.2 CMOS的特点
3.2.1 功率消耗小
3.2.2 能够在低电压下工作/工作电压范围宽
3.2.3 噪声余量大
3.2.4 容易集成化
3.2.5 输入阻抗高
3.2.6 基于输入电容的初次记忆
3.3 基本逻辑电路
3.4 正逻辑与负逻辑
3.5 基本电路
3.5.1 反相器
3.5.2 NAND门
3.5.3 NOR门
3.5.4 AND,OR门
3.5.5 传输门
3.5.6 时钟脉冲门
3.5.7 Exclusive OR/NOR门
3.5.8 触发器
3.6 CMOS的保护电路
3.6.1 输入保护电路
3.6.2 输出的保护
3.6.3 电源/GND浮动时的保护
第4章 CMOS器件的种类与特征
4.1 CMOS标准逻辑
4.1.1 双极逻辑的诞生
4.1.2 CMOS逻辑的诞生
4.2 74***型的魅力
4.2.1 BiCMOS逻辑的特征
4.2.2 ECL的特征
4.2.3 ASIC的问世与标准逻辑的需要
4.2.4 单门逻辑的诞生
4.2.5 低电压化的趋势
4.2.6 封装的发展趋势
4.3 存储器
4.3.1 ROM
4.3.2 RAM
4.4 ASIC的种类与特征
4.4.1 ASIC化的潮流
4.4.2 半定制
4.4.3 PLD
4.4.4 门阵列
4.4.5 标准单元
4.4.6 全定制LSI
4.5 半定制LSI的设计方法
第5章 标准逻辑IC的功能与使用方法
5.1 组合逻辑电路
5.1.1 门电路
5.1.2 门电路的应用举例
5.1.3 特殊门电路
5.1.4 开路漏极
5.1.5 模拟开关
5.1.6 总线缓冲器
5.1.7 双向总线缓冲器
5.1.8 总线缓冲器与总线的连接
5.1.9 多路转换器/逆多路转换器/选择器
5.1.10 在多变数1输出逻辑电路中的应用
5.1.11 译码器/编码器
5.1.12 使用译码器的CPU周边LSI的选择
5.2 时序逻辑电路
5.2.1 锁存器
5.2.2 锁存器的应用举例
5.2.3 总线数据的暂存记忆
5.3 触发器
5.3.1 触发器的动作
5.3.2 触发器的应用举例
5.3.3 总线的数据分配和保持电路
5.3.4 计数器
5.3.5 计数器的串级连接举例
5.3.6 移位寄存器
5.3.7 移位寄存器的应用举例
5.3.8 单稳多谐振荡器
5.3.9 单稳多谐振荡器的应用举例
第6章 CMOS逻辑IC的特性
6.1 CMOS器件的接口
6.2 CMOS器件的标准接口
6.2.1 CMOS的输入输出特性
6.2.2 CMOS电平与TTL电平
6.2.3 CMOS电平的趋势
6.3 接口的专门技术
6.3.1 扇出端数
6.3.2 三态输出与输出冲突
6.3.3 上冲/下冲,反射,激振噪声
6.3.4 线连“或”电路与从低电压向高电压的电平变换
6.4 电压变换接口
6.4.1 从高电压向低电压变换的接口
6.4.2 输出的容忍功能
6.4.3 从低电压向高电压变换的接口
6.4.4 高→低/低→高双向电压变换接口
6.5 冒险
6.5.1 冒险引起的故障
6.5.2 晶体管与CMOS逻辑的接口
6.5.3 高速接口(单端与差动传送)概要
6.5.4 单端
6.5.5 差动传送(异动)
第7章 CMOS器件的失效模式
7.1 器件自身的失效
7.1.1 早期失效
7.1.2 偶然失效
7.1.3 耗损失效
7.2 失效模式
7.3 外来因素引起的失效
7.3.1 ESD造成的损伤
7.3.2 闩锁造成的损伤
第8章 器件模拟与传输模拟
8.1 SPICE与IBIS
8.1.1 SPICE
8.1.2 IBIS
8.1.3 IMIC
8.2 LSI设计流程
8.3 基于SPICE的器件/电路模拟
8.3.1 器件模拟
8.3.2 电路模拟
8.3.3 SPICE模拟器的功能
8.4 传输模拟
8.4.1 数字信号的误解
8.4.2 信号完整的基础——方波是危险的
8.4.3 传输信号的高速化技巧
8.4.4 传输线的等效电路
8.4.5 基于IBIS的传输模拟
8.4.6 EMI的法规
参考文献

作者介绍

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大幸秀成
1982年毕业于爱媛大学电气工程专业，进入东京芝浦电气株式会社（现在的东芝）半导体事业本部，从事CMOS技术的标准逻辑工作。致力于推进日本与欧美厂商的产品共同开发及全球标准化。现在依然从事和CMOS相关的产品开发及技术市场工作。
主要著作：
《基本·C-MOS標準ロジックIC活用マスタ》（CQ出版社）

文摘

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序言

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《深入解析：现代集成电路设计中的关键技术与实践》 在飞速发展的电子科技浪潮中，集成电路（IC）作为现代信息社会的核心驱动力，其设计与制造水平的不断提升直接关系到技术革新的步伐。从我们日常使用的智能手机、高性能电脑，到尖端的通信设备、汽车电子以及医疗器械，无一不依赖于日益复杂和强大的集成电路。理解和掌握集成电路设计的精髓，已成为电子工程领域专业人士不可或缺的技能。 本书旨在为有志于深入探索集成电路设计世界的工程师、研究人员以及相关专业的学生提供一个全面而深入的视角。我们不局限于某一特定领域或技术，而是着眼于集成电路设计过程中普遍存在且至关重要的核心概念、通用技术以及前沿实践，力求构建一个坚实的设计理论基础，并辅以贴近实际的工程经验。 一、 基石：理解与建模 任何复杂系统的构建都始于对其基础单元的深刻理解。对于集成电路而言，这意味着需要深入掌握半导体器件的物理特性、工作原理以及其在电路中的行为表现。我们将从晶体管——CMOS技术中最基本也最核心的构建模块——出发，详细解析其工作机制，包括阈值电压、跨导、寄生效应等关键参数如何影响电路性能。在此基础上，我们将探讨如何对这些器件进行精确的电路建模，以数学和物理的语言描述其行为，为后续的电路设计和仿真提供可靠依据。 理解器件模型并非终点，而是起点。集成电路设计需要将数以百万计甚至数十亿计的晶体管组合成功能强大的系统。这就要求我们掌握不同层级的抽象和建模方法。从最底层的晶体管模型，到门级逻辑电路，再到寄存器传输级（RTL）描述，最后达到系统级建模，每一种抽象都服务于在不同设计阶段进行有效的分析和验证。本书将详细介绍这些层级的建模语言和方法，如Verilog或VHDL，并阐述它们在描述数字逻辑、处理时序以及构建复杂功能模块中的应用。 二、 构建：设计流程与方法 集成电路的设计是一个多阶段、高度迭代的过程，其复杂性要求系统化的设计流程和方法论。本书将详细剖析一个典型的集成电路设计流程，从需求分析、规格定义，到逻辑设计、物理设计，再到验证和流片（tape-out）。我们将深入探讨各个阶段的关键活动和技术要点。 逻辑设计（Logic Design）：在这一阶段，我们将数字系统的功能用逻辑门和寄存器来描述。重点将放在组合逻辑和时序逻辑的设计，包括状态机的设计、数据通路的设计以及控制逻辑的实现。我们还将介绍逻辑综合（Logic Synthesis）的概念，即如何将高层次的HDL描述自动转化为门级网表，以及如何优化逻辑以满足时序、面积和功耗的要求。 物理设计（Physical Design）：这是将逻辑设计转化为可制造的物理布局的过程。本书将全面介绍物理设计的各个环节，包括： 布局（Placement）：决定了设计中每个逻辑门和存储单元在芯片上的位置，直接影响布线长度和时序。我们将探讨不同的布局策略和优化算法。 布线（Routing）：连接各个布局好的单元，将信号从源端引向目标端。我们将讨论多层金属布线技术、布线算法以及信号完整性（Signal Integrity）问题，如串扰（Crosstalk）和信号延迟。 时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）：为了保证时序的稳定，时钟信号需要以最小的偏斜（Skew）和抖动（Jitter）到达芯片的每一个寄存器。我们将深入讲解CTS的原理、算法以及优化技术。 电源和地网格设计（Power and Ground Network Design）：稳定的电源和地供应是电路正常工作的关键。我们将探讨如何设计有效的电源和地网格，以降低压降（IR Drop）和电源噪声。 版图规则检查（Design Rule Checking, DRC） 和 寄生参数提取（Parasitic Extraction）：在完成物理布局和布线后，需要进行DRC检查以确保版图符合制造工艺的要求，并提取电路的寄生参数（电阻和电容），用于后续的精确仿真。 三、 验证：确保设计的正确性 集成电路的复杂性使得任何设计都可能存在潜在的错误。因此，验证在整个设计流程中占据着至关重要的地位。本书将重点阐述各种验证技术和方法，以确保设计的正确性和鲁棒性。 仿真（Simulation）：我们将详细介绍不同层次的仿真技术，包括晶体管级仿真、门级仿真和RTL仿真。重点将放在如何编写有效的测试平台（Testbench），设计全面的测试向量（Test Vectors），以及利用高级仿真器来加速验证过程。 形式验证（Formal Verification）：与传统的仿真验证不同，形式验证利用数学方法来证明或证伪设计属性。我们将介绍模型检测（Model Checking）和等价性检查（Equivalence Checking）等形式验证技术，以及它们在查找潜在错误和保证设计一致性方面的优势。 静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）：STA是一种无需测试向量的验证方法，用于检查设计在所有可能的工艺、电压和温度（PVT）条件下是否满足时序要求。我们将深入讲解STA的基本原理、关键指标（如建立时间和保持时间），以及如何解读STA报告并解决时序违例。 物理验证（Physical Verification）：除了DRC，物理验证还包括版图与原理图的电学一致性检查（Layout Versus Schematic, LVS），确保物理版图准确地映射了逻辑设计。 四、 性能优化与挑战 现代集成电路设计面临着多重性能指标的权衡，包括速度（Performance）、功耗（Power）和面积（Area），即PPA。本书将深入探讨在设计过程中如何进行PPA优化。 时序优化（Timing Optimization）：如何通过改进逻辑设计、调整布局布线、优化时钟树等手段来提高电路的工作频率。 功耗优化（Power Optimization）：包括动态功耗和静态功耗的分析与降低。我们将介绍门控时钟（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、动态电压频率调整（DVFS）等先进的低功耗设计技术。 面积优化（Area Optimization）：如何在保证性能和功耗的前提下，尽可能减小芯片的面积，降低制造成本。 除了PPA的挑战，本书还将探讨集成电路设计中的其他重要议题： 信号完整性（Signal Integrity, SI）：分析和解决高速信号传输过程中出现的信号衰减、反射、串扰等问题，确保信号的质量。 电源完整性（Power Integrity, PI）：确保芯片在各种工作状态下都能获得稳定可靠的电源供应，避免由电源噪声引起的电路故障。 可靠性设计（Reliability Design）：考虑芯片在长期工作过程中可能遇到的各种可靠性问题，如热失效、电迁移（Electromigration）、量子隧穿等，并提出相应的预防措施。 工艺技术与设计协同（Process Technology and Design Co-optimization）：理解先进半导体工艺技术（如FinFET、GAAFET）的特点，以及如何在这种技术下进行最优化的电路设计。 设计自动化（Design Automation, EDA）工具：介绍集成电路设计中常用的EDA工具，以及它们如何在逻辑综合、物理设计、验证等环节发挥关键作用。 五、 前沿技术与发展趋势 集成电路设计领域正以前所未有的速度发展，新的技术和设计理念不断涌现。本书将对当前和未来的集成电路设计前沿进行展望： 异构集成（Heterogeneous Integration）：如何将不同工艺、不同功能的芯片通过先进封装技术集成在一起，以实现更高的性能和更低的功耗。 人工智能在IC设计中的应用：探讨如何利用机器学习等AI技术来加速设计收敛、优化设计结果，以及实现更智能的设计流程。 新型存储器和计算架构：介绍当前正在研究和发展的新型存储器技术（如ReRAM, MRAM）以及面向特定应用的新型计算架构（如AI芯片、量子计算处理器）的设计挑战。 安全与隐私设计：在日益复杂的数字环境中，如何设计具备硬件安全和隐私保护功能的集成电路。 结论 本书力求为读者提供一个系统、全面且实用的集成电路设计知识体系。我们不仅会深入讲解核心理论，还会结合工程实践，分享设计中的常见问题和解决方案。通过学习本书，读者将能够更深刻地理解集成电路的设计原理，掌握现代IC设计流程中的关键技术，并具备应对未来技术挑战的能力。无论您是刚刚踏入集成电路设计领域的初学者，还是希望深化专业知识的资深工程师，本书都将是您宝贵的参考资源。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的价值，并不仅仅在于它传授的具体电路优化方法，更在于它培养了一种“工程师的直觉”。作者在书中多次强调了设计权衡（Trade-off）的重要性，并用大量的篇幅展示了在不同约束条件下，如何灵活调整设计策略。这种对全局观的引导，比任何单一的优化技巧都要宝贵得多。书中穿插的一些关于设计哲学和职业生涯规划的思考，也让我受益匪浅，它让我意识到，技术深度固然重要，但对整个系统和项目目标的理解同样不可或缺。这本书给我带来的，是一种从“执行者”向“思考者”转变的推动力，它激励我去质疑现有的设计范式，并主动去探索更优的解决方案。这已经超越了一本纯粹的技术手册的范畴，更像是一份对未来工程师的期许与指导。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我对这类偏向“技巧”的书籍总是抱持着一丝警惕，生怕它们流于表面，只是一些零散的“小窍门”的堆砌。然而，这本书却展现出一种罕见的系统性。它并非简单地罗列“该怎么做”，而是深入剖析了“为什么”要这么做。从底层物理原理出发，逐步推导出设计中的最佳实践路径，这种“知其所以然”的教育方式，彻底改变了我对一些传统电路设计的看法。书中提供的案例分析非常详尽，每一步操作都配有清晰的图示和参数说明，使得理论与实践之间的鸿沟被有效地弥合了。阅读过程中，我多次停下来，对照自己电脑上的EDA工具界面，尝试复现书中的操作和分析结果，这种即学即用的体验，极大地提升了学习的效率和乐趣。它提供的是一套解决问题的思维框架，而不是僵化的步骤指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧真是让人眼前一亮，那种沉甸甸的质感，拿在手里就不免对里面的内容产生莫名的期待。封面设计简洁却不失内涵，一看就知道是经过精心打磨的。书页的纸张质量也很好，即使用荧光笔做了很多标记，也不会显得油腻或者透墨，阅读体验非常舒适。作者的行文风格流畅自然，仿佛一位经验丰富的前辈在娓娓道来，没有那种教科书式的生硬和枯燥。特别是对于一些复杂概念的阐述，总能找到一个非常贴切的比喻来帮助理解，这在技术类书籍中实属难得。拿到这本书后，我立刻找了一个安静的下午，泡了杯茶，沉浸其中，感觉时间都慢了下来。不得不说，光是翻阅的过程本身，就是一种享受，让我对后续的学习充满了信心。它不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的工艺品，光是放在书架上，都能为我的工作区增添几分专业气息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，远远超出了我原先的预期。我原本以为它会侧重于基础理论的罗列，但实际上，作者巧妙地将晦涩的晶体管特性与实际应用场景紧密结合起来，形成了一种非常立体的知识结构。比如，书中对特定工艺节点下寄生效应的处理，没有停留在公式推导层面，而是深入探讨了在实际流片中，这些效应是如何影响最终芯片性能的，这对于我们这些做IC设计的人来说，无疑是极具价值的实战经验。每一次翻阅，都会有新的感悟，似乎总能在不经意间发现被之前忽略掉的细节。作者的叙述逻辑性极强，知识点的铺陈犹如搭建一座精密的大厦，层层递进，稳固可靠。这种严谨又不失灵活的写作方式，使得即便是初次接触这些前沿技术的人，也能沿着作者的思路，逐步构建起完整的认知框架。读完一部分后，那种豁然开朗的感觉，是其他同类书籍难以给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，很大程度上取决于作者的文字魅力，他似乎有一种魔力，能把原本枯燥的数字和波形变得生动起来。我尤其欣赏他那种略带幽默感的笔触，特别是在处理那些长期困扰工程师的“疑难杂症”时，作者总能用一种轻松的方式点明问题的关键所在，让读者在会心一笑中解决困惑。举个例子，书中描述某个噪声抑制技巧时，用了一个非常形象的比喻，我至今印象深刻。这种人文化的表达方式，极大地降低了技术阅读的门槛，也让整个学习过程充满了愉悦感。对于我这种偏爱以故事和情境来记忆知识点的人来说，这本书简直是量身定做。它读起来更像是一本高质量的技术随笔集，而不是冷冰冰的教材，让人愿意反复品读，而不是束之高阁。