低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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瑞士Christian Piguet，陳力穎 著

圖書標籤:

• CMOS電路
• 低功耗設計
• 邏輯設計
• CAD工具
• 集成電路
• 數字電路
• VLSI
• 芯片設計
• 電子工程
• 電路設計

店鋪： 世紀擺渡人專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030315687

商品編碼：29740194514

包裝：平裝

齣版時間：2011-07-01

基本信息

書名：低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具

定價：65.00元

作者：(瑞士)Christian Piguet,陳力穎

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2011-07-01

ISBN：9787030315687

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.663kg

編輯推薦

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，包括工藝與器件、邏輯電路以及CAD設計工具三個方麵的內容。在工藝器件方麵，描述瞭低功耗電子學的曆史、深亞微米體矽SOI技術的進展、CMOS納米工藝中的漏電、納米電子學與未來發展趨勢、以及光互連技術；在低功耗電路方麵，描述瞭深亞微米設計建模、低功耗標準單元、高速低功耗動態邏輯與運算電路、以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術，包括時鍾、互連、弱反型超低功耗設計和絕熱電路；在低功耗CAD設計工具方麵，描述瞭功耗模型與高層次功耗估計，國際上主要CAD公司的功耗設計工具以及低功耗設計流程。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

內容提要

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，部分概述低功耗電子技術和深亞微米下體矽sOI技術的進展、CMOS納米技術中的漏電流及光互連技術等；第二部分闡述深亞微米設計模型、低功耗標準單元、低功耗超高速動態邏輯與運算電路，以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術；第三部分主要針對CAD設計工具及低功耗設計流程進行闡述。本書的內容來自低功耗集成電路設計領域三十多位學者和專傢的具體實踐，包括學術界與工業界多年來的研究設計成果與經驗，所介紹的技術可以直接應用於産品設計。
《低功耗CMOS電路設計》可以作為微電子、電子科學與技術、集成電路等領域的研發、設計人員及工科院校相關專業師生的實用參考資料。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

目錄

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部分 概述
章 低功耗電子技術的發展曆史
1.1 引言
1.2 早期的計算機
1.3 晶體管和集成電路
1.4 低功耗消費類電子産品
1.5 功耗的快速增加
1.6 結論
參考文獻
第2章 深亞微米下體矽技術與SOI技術的進展
2.1 引言
2.2 ITRS概述
2.3 晶體管的飽和電流和亞閾值電流
2.4 柵和其他隧道電流
2.5 晶體管電氣參數的統計離差
2.6 柵氧化層物理厚度和電氣厚度
2.7 晶體管的新結構
2.8 結論
參考文獻
第3章 CMOS納米技術中的漏電流
3.1 引言
3.2 MOSFET器件的ILEAK構成
3.3 尺寸縮放
3.4 電路級
3.5 結論
參考文獻
第4章 微電子學、納電子學及電子學的未來
4.1 引 言
4.2 作為納電子器件的矽MOSFET
4.3 矽MOSFET的限
4.4 矽MOSFET的應用極限
4.5 矽MOSFET以外的晶體管
4.6 FET以外的晶體管
4.7 從微電子學到納電子學
4.8 結論
4.9 緻謝
參考文獻
第5章 片上光互連的高級研究
5.1 互連問題
5.2 自頂嚮下的互連設計
5.3 信號通路中的無源光子器件
5.4 用於信號轉換的有源器件
5.5 轉換電路
5.6 鍵閤問題
5.7 互連性能(光學係統與電學係統的比較)
5.8 研究方嚮
5.9 緻 謝
參考文獻
第2部分 低功耗電路
第6章 深亞微米工藝設計模型
6.1 引 言
6.2 電流模型
6.3 描述性能所使用單位的定義
6.4 在標準單元庫中的應用
6.5 在低功耗設計中的應用
6.6 結 論
參考文獻
第7章 邏輯電路和標準單元
7.1 引言
7.2 邏輯族
7.3 低功耗和標準單元庫
7.4 對於特定應用的邏輯類型
7.5 結論
參考文獻
第8章 低功耗超高速動態邏輯電路
8.1 引 言
8.2 單相時鍾鎖存器和觸發器
8.3 高通量CMOS電路技術
8.4 快速有效的CMOS功能電路
8.5 動態邏輯的前景
8.6 結 論
參考文獻
第9章 低功耗算法運算器
9.1 引 言
9.2 加 法
9.3 乘 法
9.4 其他運算器、數字係統和限製
參考文獻
0章 降低動態功耗的電路設計方法
10.1 引 言
10.2 動態功耗的形成
10.3 電路結構的平行化
10.4 改變固定電壓降低功耗技術
10.5 不改變電路主體設計技術方法來降低電路的功耗
10.6 改變電路主體結構的設計技術
10.7 結 論
參考文獻
1章 低功耗設計中的硬件描述語言
11.1 引 言
11.2 基礎知識
11.3 減少毛刺
11.4 時鍾門控技術
11.5 有限狀態機
11.6 數據通路
11.7 總綫編碼
11.8 結 論
11.9 緻 謝
參考文獻
2章 工作時鍾頻率在數GHZ下的係統設計
12.1 引言
12.2 連續係統中的時鍾設計注意事項
12.3 異步係統
12.4 全局異步一局部同步係統
12.5 結 論
參考文獻
3章 減小漏電流的電路設計方法
13.1 引言
13.2 漏電流的組成
13.3 邏輯電路設計中減小漏電流的技術
13.4 時序設計技術
13.5 運行狀態下閑置漏電流減小技術
13.6 運行狀態時漏電流減小技術
13.7 減小高速緩存中的漏電流技術
參考文獻
4章 SoC的低功耗和低電壓通信
14.1 引 言
14.2 互連綫的基礎理論
14.3 與互連綫相關的功耗
14.4 減小互連綫功耗的辦法
14.5 光互連綫的分析
14.6 結論
參考文獻
5章 絕熱與時鍾供電電路
15.1 引言
15.2 絕熱充電技術的原理
15.3 實現問題
15.4 結論
參考文獻
6章 用於基本低功耗邏輯的弱反型
16.1 引言
16.2 MOS弱反型區模型和假設
16.3 靜態MOS反相器
16.4 CMOS反相器的動態特性
16.5 標準傳輸下反相器的特性
16.6 進入中等反型區與強反型區的效應
16.7 邏輯門和數值實例擴展
16.8 實際考慮和條件限製
16.9 結論
參考文獻
7章 低電壓下數字電路的魯棒性
17.1 引言
17.2 信號完整性
17.3 可靠性
17.4 結論
17.5 緻謝
參考文獻
第3部分 低功耗設計的CAD工具
8章 高級功耗估計與分析
18.1 引言
18.2 低功耗應用的通用設計流程
18.3 係統級功耗分析
18.4 算法級功耗估計與分析
18.5 ORINOCO：一種算法級功耗估計工具
18.6 結論
參考文獻
9章 高級功耗估計的功耗宏模型
19.1 引言
19.2 RTL功耗建模
19.3 RTL功耗宏建模和估計
19.4 現實設置的RTL功耗估計
19.5 結論
19.6 緻謝
參考文獻
第20章 Synopsys低功耗設計流程
20.1 引 言
20.2 時鍾門控
20.3 寄存器級的自動時鍾門控
20.4 操作數隔離
20.5 邏輯優化
20.6 泄漏控製一一閾值管理
20.7 電壓縮放
20.8 建模基礎
20.9 分析流程
20.10 結論
參考文獻
第21章 Magma低功耗流程
21.1 引言
21.2 功耗
21.3 功耗分析
21.4 功耗優化
21.5 供電軌分析
21.6 電源網絡綜閤
21.7 結論
第22章 功耗敏感設計的時序設計流程
22.1 引言
22.2 設計流程概述
22.3 用於功耗敏感設計的時序工具
22.4 設計實例
22.5 結論
參考文獻

作者介紹

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ChristianPiguet，瑞士Nyon人，分彆在1974年和1981年獲得洛桑聯邦瑞士大學(EPFL)的電子工程碩士與博士學位。Piguet博士於1974年加入瞭瑞士納沙泰爾Centre Electronique HorlogerS.A.實驗室。主要研究鍾錶業的CMOS數字集成電路和嵌入式低功耗微處理器，以及基於門陣列方法的CAD工具。他目前是納沙泰爾CSEMCentre Suisse d'Electronique et de MicrotechniqueS.A.實驗室超低功耗部門的負責人，並參與低功耗和高速CMOS集成電路的設計與管理。他的主要興趣包括低功耗微處理器與DSP、低功耗標準單元庫、門控時鍾和低功耗技術及異步設計。

文摘

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工具書>百科全書

序言

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工具書>百科全書

芯片世界的脈搏：探索數字邏輯的精妙與實現 在這個信息爆炸、科技日新月異的時代，我們身邊無處不見微電子芯片的身影。從智能手機到高性能計算機，從醫療設備到航空航天，芯片如同心髒般驅動著現代文明的運行。而構成這些強大計算能力的基石，正是那錯綜復雜卻又邏輯嚴謹的數字電路。本書將帶您深入探尋數字邏輯設計的奧秘，並介紹實現這些設計的關鍵工具，為您揭示芯片世界中那些看不見的“脈搏”。 第一部分：數字邏輯的基石——從開關到運算 我們首先要理解，構成數字電路的基本單元是什麼。數字世界的基礎是“0”和“1”，它們代錶著電路的“關”和“開”，或者說是低電壓和高電壓。這種二元化的錶達方式，帶來瞭前所未有的精確性和可靠性。 二進製與邏輯門： 您將學習二進製數係的原理，以及它如何成為數字電路的語言。在此基礎上，我們將介紹構成所有復雜邏輯電路的“積木”——基本邏輯門，如與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）。您將理解這些簡單門電路如何根據輸入的信號組閤，輸齣特定的結果。例如，與門隻有在所有輸入都為“1”時，輸齣纔為“1”，這就像是“並且”的關係。非門則簡單地將輸入信號反轉，輸入“0”輸齣“1”，輸入“1”輸齣“0”，扮演著“非”的角色。 組閤邏輯電路： 在掌握瞭基本邏輯門之後，我們就可以將它們組閤起來，構建更復雜的邏輯功能。您將瞭解組閤邏輯電路的特點——其輸齣僅取決於當前的輸入，而不受過去輸入的影響。我們將深入探討幾種關鍵的組閤邏輯電路： 編碼器與譯碼器： 編碼器負責將一組輸入信號轉換為一種更緊湊的錶示形式（例如，將多個輸入按鈕的狀態轉換為一個二進製碼），而譯碼器則相反，將二進製碼擴展成一組單獨的輸齣信號，用於選擇或控製特定的設備。 多路選擇器（Multiplexer, MUX）與多路分配器（Demultiplexer, DEMUX）： MUX就像一個“數據路由器”，它可以根據選擇信號，從多個輸入通道中選擇一個，將其傳遞到唯一的輸齣通道。DEMUX則扮演著相反的角色，它將一個輸入信號，根據選擇信號，導嚮多個輸齣通道中的一個。 加法器與減法器： 這是實現算術運算的核心。您將學習如何使用邏輯門構建半加器（處理兩位二進製數相加）、全加器（處理三位二進製數相加，並考慮進位）以及更復雜的並行加法器。這些電路是CPU中進行計算的基礎。 時序邏輯電路： 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的輸入，還受到電路狀態（即過去輸入的影響）的影響。這種“記憶”能力，使得時序邏輯電路能夠處理需要時間序列信息的任務。 觸發器（Flip-Flop）： 這是時序邏輯電路中最基本的存儲單元，能夠存儲一位二進製信息。您將瞭解不同類型的觸發器，如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應用。觸發器是構建寄存器、計數器和狀態機的核心。 寄存器（Register）： 寄存器是將多個觸發器組閤起來，用於存儲一組二進製數據（例如，一個字節或一個字）。它們是CPU中臨時存放數據的重要場所。 計數器（Counter）： 計數器能夠按照特定的時鍾信號，依次記錄輸入脈衝的數量。您將學習異步計數器和同步計數器，以及它們在定時、頻率分頻等方麵的應用。 狀態機（Finite State Machine, FSM）： 狀態機是一種描述係統行為的模型，它具有有限數量的狀態，並且根據輸入信號和當前狀態，在不同狀態之間進行轉換，並産生相應的輸齣。狀態機是設計控製器、順序邏輯等復雜數字係統的強大工具。 第二部分：實現數字邏輯的工具——從理論到實踐 紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。理解瞭數字邏輯的原理之後，如何將其轉化為實際的硬件設計，就成為瞭關鍵。現代集成電路的設計已經高度自動化，離不開強大的計算機輔助設計（CAD）工具。 硬件描述語言（HDL）： HDL是設計和驗證數字電路的“編程語言”。它們允許工程師以文本的方式描述電路的功能和結構，從而實現高度抽象的設計。 Verilog與VHDL： 您將接觸到兩種最流行的HDL——Verilog和VHDL。您將學習它們的語法、數據類型、結構化描述方式以及如何使用它們來描述邏輯門、組閤邏輯和時序邏輯電路。通過HDL，我們可以清晰地錶達設計意圖，並與仿真器配閤進行功能驗證。 EDA工具鏈： EDA（Electronic Design Automation）工具是實現集成電路設計和製造的完整工具集。它們將HDL代碼轉化為最終的物理版圖，並確保設計的正確性、性能和可製造性。 仿真（Simulation）： 在將設計轉化為硬件之前，仿真器是驗證設計功能是否符閤要求的“試金石”。您將瞭解仿真器如何模擬電路的行為，檢查邏輯錯誤，並驗證時序特性。 綜閤（Synthesis）： 綜閤工具是將HDL代碼轉化為門級網錶（Gate-level Netlist）的過程。網錶是一種用標準邏輯門和連接關係來描述電路的錶示形式。綜閤過程會根據目標工藝庫和設計約束，選擇最優的邏輯實現。 布局與布綫（Place and Route）： 這一階段是將門級網錶映射到具體的芯片物理版圖。布局（Place）負責將邏輯門放置在芯片的閤適位置，而布綫（Route）則負責連接這些邏輯門，形成實際的電路互連。這一過程直接影響到芯片的性能、麵積和功耗。 靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）： 芯片的運行速度至關重要，STA工具用於在不進行仿真的情況下，分析電路中的所有時序路徑，確保它們滿足時序要求，避免齣現時序違例。 設計規則檢查（Design Rule Checking, DRC）與版圖物理驗證（Layout Versus Schematic, LVS）： 在完成物理版圖設計後，DRC和LVS工具用於確保設計的可製造性，檢查版圖是否符閤半導體製造工藝的約束，以及版圖是否與原理圖邏輯一緻。 FPGA與ASIC設計流程： 您將瞭解兩種主要的數字集成電路實現方式——FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）。 FPGA： FPGA是一種可編程邏輯器件，可以在生産後對其邏輯功能進行重新配置。這使得FPGA成為原型開發、小批量生産和需要靈活性的應用場景的理想選擇。您將瞭解FPGA的設計流程，包括HDL編碼、綜閤、實現（映射到FPGA資源）和下載配置。 ASIC： ASIC是為特定應用而設計的專用集成電路。雖然設計周期長、成本高，但ASIC能夠提供最佳的性能、最低的功耗和最小的芯片麵積，適用於大規模生産和高性能要求的場景。您將瞭解ASIC從RTL（Register Transfer Level）設計到最終製造的完整流程。 第三部分：走嚮高效——設計中的考量與實踐 數字邏輯設計不僅僅是實現功能，更要追求高效。在芯片設計中，性能、麵積和功耗是相互製約的關鍵指標。 性能優化： 您將學習如何通過優化邏輯結構、減少關鍵路徑延遲、利用流水綫技術等方法來提高電路的工作速度。 麵積優化： 芯片麵積直接關係到生産成本。您將瞭解如何通過使用更高效的邏輯單元、優化布綫策略、避免冗餘邏輯等方式來減小芯片尺寸。 功耗分析與優化： 功耗是現代電子設備麵臨的重要挑戰。您將初步接觸到靜態功耗和動態功耗的概念，並瞭解一些基本的功耗優化技術，為設計齣更節能的芯片打下基礎。 本書的目標 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字邏輯設計入門。無論您是電子工程專業的學生，還是對芯片設計充滿好奇的技術愛好者，本書都將為您搭建一座堅實的橋梁，讓您能夠理解數字電路的精妙之處，並掌握使用現代EDA工具實現這些設計的核心技能。通過對本書的學習，您將能夠： 深刻理解數字邏輯的基本原理和各種邏輯門的組閤應用。 掌握組閤邏輯和時序邏輯電路的設計方法。 熟悉硬件描述語言（HDL）在數字設計中的應用。 瞭解EDA工具鏈在集成電路設計流程中的作用。 初步認識FPGA和ASIC的設計差異與流程。 建立起在設計中權衡性能、麵積和功耗的基本意識。 讓我們一起踏上這段探索數字邏輯與芯片實現的精彩旅程，揭開現代科技背後那無形的智慧之光。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直是一場視覺盛宴，那深邃的藍色調配上簡潔有力的白色字體，立刻就給人一種專業、嚴謹又不失現代感的印象。我記得當時在書店裏一眼就被它吸引瞭，那種低飽和度的色彩搭配，讓我想起瞭精密儀器上那些冷靜的數據流，精準而富有科技感。 光是看著這個封麵，我就仿佛能感受到它內部蘊含的深厚技術底蘊。它沒有采用那種老套的、堆砌著復雜電路圖的封麵，而是用瞭一種更具抽象美學的方式來傳達主題，仿佛在暗示這本書不僅僅是教科書，更是一本引領未來設計理念的指南。 翻開扉頁，印刷質量也相當齣色，紙張的觸感細膩，油墨的著色均勻，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。這種對細節的極緻追求，從外在的裝幀上就預示瞭內容本身的嚴謹性。這種對品質的堅持，讓這本書在眾多技術書籍中脫穎而齣，成為瞭我書架上一個低調而又閃耀的存在。 我特彆欣賞它在標題選擇上的剋製與精準，沒有使用過於誇張的詞匯，而是直接點明瞭核心——“低功耗”、“邏輯設計”、“CAD工具”，每一個詞都像一塊精確切割的基石，奠定瞭全書的基調：務實、前沿、麵嚮實踐。

評分☆☆☆☆☆

我不得不提到這本書的語言風格，它有一種奇特的“冷靜的激情”。作者在闡述技術細節時，用詞極其精確，幾乎沒有齣現任何模棱兩可的錶達，每一個參數、每一個約束條件的引用都仿佛經過瞭韆錘百煉的驗證。然而，這種嚴謹背後，卻隱藏著一種對低功耗設計藝術的深深熱愛。它不是那種冰冷的、純粹的學術論文集，在一些關鍵的“經驗之談”部分，比如如何處理亞閾值漏電或如何進行電源門控的邊界條件設計時，字裏行間流露齣的那種“過來人”的智慧，非常鼓舞人心。每次我被復雜的工藝參數搞得焦頭爛額時，翻到這些段落，總能找到一種錨定感，仿佛作者在告訴我：“是的，這很難，但這是可以被係統性攻剋的。” 這種既有深度又有溫度的寫作風格，讓一本技術書讀起來竟有瞭些許史詩般的史詩感，讓人願意反復研讀，去挖掘那些隱藏在公式背後的工程哲學。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個充滿挑戰的項目瓶頸期接觸到這套書的。當時我們團隊正在為一個移動設備的核心模塊做功耗優化，遇到瞭一個跨越瞭傳統架構思維的死結。坦白講，我原本對“邏輯設計”這種偏理論的部分興趣不大，更傾嚮於直接看具體實現和代碼庫。然而，這本書的敘事方式完全顛覆瞭我的固有印象。它並沒有把邏輯設計講成枯燥的布爾代數復習，而是將其置於整個係統功耗預算的宏觀框架下去討論。作者似乎有一種神奇的能力，能把那些原本需要復雜數學推導纔能理解的功耗陷阱，用非常直觀的、接近於工程直覺的方式闡述齣來。例如，在討論時序違例導緻的功耗浪費時，書中通過一係列精心繪製的時序圖和狀態機轉換的動畫效果（想象中的動態演示，但文字描述得極其生動），讓我豁然開朗。它教會我的不是“怎麼做”，而是“為什麼這樣做會更省電”，這種思維深度的引導，對於解決真正的工程難題至關重要，遠超齣瞭任何快速入門手冊的價值。

評分☆☆☆☆☆

在我看來，這本書的真正價值在於它為行業設立瞭一個極高的標杆，尤其是在“麵嚮未來的設計”這一塊的探討上。它沒有停留在當前主流工藝節點的優化上，而是花瞭不少篇幅前瞻性地討論瞭新型存儲器結構、類腦計算架構對低功耗邏輯提齣的新要求，以及如何將軟件定義的功耗管理策略嵌入到硬件設計流程中去。這使得這本書具有瞭極強的生命力，即便幾年後，書中的核心邏輯和方法論依然適用，隻需在CAD工具的使用細節上做微調即可。它培養的不是一個能套用現有工具的工程師，而是一個能夠預判下一代挑戰並主動構建解決方案的設計者。這種前瞻性和戰略高度的把握，是很多專注於特定工具或特定工藝的書籍所不具備的。購買這本書，就像是為自己的職業生涯購買瞭一份長期的技術視野和解決問題的“元認知能力”，這筆投資絕對是值得的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構布局堪稱一絕，簡直是為自學者量身定做的路綫圖。我通常習慣於先瀏覽目錄，判斷作者的邏輯走嚮。這本書的章節過渡極其自然，從最基礎的CMOS器件功耗模型開始，像剝洋蔥一樣，一層層深入到復雜的係統級功耗管理策略。最讓我印象深刻的是它對“CAD工具鏈”的介紹部分。很多書籍在講工具時，往往隻是羅列功能，或者乾脆用官方文檔的語言搪塞過去。但在這裏，作者似乎是帶著我們親手操作過每一個EDA流程一樣，詳盡地分析瞭不同優化階段（如綜閤、布局布綫、靜態時序分析）對最終功耗的影響因子。特彆是對於如何利用高級綜閤（High-Level Synthesis, HLS）工具來指導底層邏輯的修改以降低動態功耗的論述，那種手把手的指導感，讓我覺得我不是在讀一本印刷品，而是在和一位經驗豐富的老工程師進行一對一的輔導。這種知識的密度與實操性的完美結閤，極大地縮短瞭理論到實踐的轉化周期。