超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Ming-Bo Lin（林銘波） 著，劉艷艷 等 譯

圖書標籤:

• 集成電路
• 超大規模集成電路
• VLSI
• 數字電路
• 邏輯設計
• 電路設計
• 係統設計
• 電子工程
• 計算機工程
• 半導體

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121265976

版次：1

商品編碼：11748987

包裝：平裝

叢書名： 經典譯叢·微電子學

開本：16開

齣版時間：2015-07-01

用紙：膠版紙

頁數：701

字數：1263000

正文語種：中文

內容簡介

　　《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》對超大規模集成電路與係統的分析和設計進行瞭全麵介紹。從電路與版圖設計基礎知識齣發，再逐步深入，對超大規模集成電路設計進行瞭詳盡闡述。《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》由淺入深，理論聯係實際，同時提供瞭大量的圖錶和設計實例。
　　《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》共16章。第1章至第6章主要介紹層次化IC設計、標準CMOS邏輯設計、金屬一氧化物一半導體（M0S）晶體管的物理學原理、器件製造、物理版圖、電路仿真、功耗和低功耗設計規則及技巧。第7章至第9章介紹瞭靜態邏輯和動態邏輯以及時序邏輯。第10章至第16章以及附錄部分關注係統設計，主要包括數據通路子係統設計、存儲器模塊、設計方法和實現方式、互連綫、電源分布與時鍾設計、輸入／輸齣模塊、ESD保護網絡以及測試和可測性設計等內容。
　　《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》內容豐富，自成體係，既可作為高等院校電子科學與技術、集成電路工程等專業高年級本科生和研究生教材，也可供從事相關領域研究工作的工程技術人員自學和參考。

作者簡介

　　Ming-Bo Lin(林銘波)博士，颱灣科技大學電子工程係教授。曾就讀於颱灣大學和美國馬裏蘭大學。已經齣版瞭26本教材（包括修訂）和兩個英語教材。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 VLSI簡介
1.1.1 簡介
1.1.2 VLSI電路的基本特徵
1.1.3 VLSI電路設計中存在的問題
1.1.4 VLSI經濟學
1.2 開關MOS晶體管
1.2.1 nMOS晶體管
1.2.2 pMOS晶體管
1.2.3 CMOS傳輸門
1.2.4 簡單開關邏輯設計
1.2.5 CMOS邏輯設計規則
1.3 VLSI設計與製造
1.3.1 設計技術
1.3.2 單元設計
1.3.3 CMOS工藝
1.3.4 CMOS版圖
1.3.5 版圖設計規則
1.4 數字係統的實現方法
1.4.1 未來趨勢
1.4.2 實現方式
1.5 小結
參考文獻
習題

第2章 MOS晶體管基礎
2.1 半導體基礎
2.1.1 本徵半導體
2.1.2 非本徵半導體
2.1.3 載流子輸運過程
2.2 pn結
2.2.1 pn結
2.2.2 金屬半導體結
2.3 MOS晶體管理論
2.3.1 MOS係統
2.3.2 MOS晶體管工作原理
2.3.3 MOS晶體管的I-V特性
2.3.4 按比例縮小理論
2.4 MOS晶體管的高級特性
2.4.1 MOS晶體管的非理想特性
2.4.2 閾值電壓效應
2.4.3 泄漏電流
2.4.4 短溝道I-V特性
2.4.5 溫度效應
2.4.6 MOS晶體管的限製
2.5 SPICE和建模
2.5.1 SPICE簡介
2.5.2 二極管模型
2.5.3 MOS晶體管模型
2.6 小結
參考文獻
習題

第3章 CMOS集成電路製造
3.1 基本工藝
3.1.1 熱氧化
3.1.2 摻雜工藝
3.1.3 光刻
3.1.4 薄膜去除
3.1.5 薄膜澱積
3.2 各種材料及其應用
3.2.1 絕緣體
3.2.2 半導體
3.2.3 導體
3.3 工藝集成
3.3.1 FEOL
3.3.2 BEOL
3.3.3 後端工藝
3.4 先進CMOS工藝和器件
3.4.1 先進CMOS工藝器件
3.4.2 先進CMOS工藝
3.5 小結
參考文獻
習題

第4章 版圖設計
4.1 版圖設計規則
4.1.1 版圖設計的基本概念
4.1.2 基本結構的版圖
4.1.3 高級版圖設計討論
4.1.4 相關CAD工具
4.2 CMOS閂鎖及其預防
4.2.1 CMOS閂鎖
4.2.2 閂鎖的預防
4.3 版圖設計
4.3.1 單元概念
4.3.2 基本版圖設計
4.4 復雜邏輯門的版圖設計方法
4.4.1 源／漏共享
4.4.2 歐拉路徑法
4.4.3 版圖設計小結
4.5 小結
參考文獻
習題

第5章 延遲模型和路徑延遲優化
5.1 MOS晶體管的電阻和電容
5.1.1 MOS晶體管的電阻
5.1.2 MOS晶體管的電容
5.2 傳輸延遲與延遲模型
5.2.1 電壓電平與噪聲容限
5.2.2 與時序相關的基本術語
5.2.3 傳輸延遲
5.2.4 單元延遲模型
5.2.5 Elmore延遲模型
5.3 路徑延遲優化
5.3.1 驅動較大容性負載
5.3.2 路徑延遲優化
5.3.3 邏輯功效和路徑延遲優化
5.4 小結
參考文獻
習題

第6章 功耗與低功耗設計
6.1 功耗
6.1.1 功耗的組成部分
6.1.2 動態功耗
6.1.3 設計裕度
6.1.4 確定導綫寬度
6.2 低功耗邏輯設計原則
6.2.1 基本原則
6.2.2 降低電壓擺幅
6.2.3 減少轉換操作
6.2.4 減小開關電容
6.3 低功耗邏輯架構
6.3.1 流水綫技術
6.3.2 並行處理技術
6.4 功率管理
6.4.1 基本技術
6.4.2 動態功率管理
6.5 小結
參考文獻
習題

第7章 靜態邏輯電路
7.1 基本靜態邏輯電路
7.1.1 靜態邏輯電路的類型
7.1.2 CMOS反相器
7.1.3 與非門
7.1.4 或非門
7.1.5 基本門尺寸
7.2 單軌邏輯電路
7.2.1 CMOS邏輯電路
7.2.2 基於TG的邏輯電路
7.2.3 有比邏輯電路
7.3 雙軌邏輯電路
7.3.1 共源共柵電壓開關邏輯（CVSL）
7.3.2 互補傳輸晶體管邏輯（CPL）
……
第8章 動態邏輯電路
第9章 時序邏輯設計
第10章 數據通路設計
第11章 存儲器
第12章 設計方法和實現方式
第13章 互連綫
第14章 電源分布和時鍾設計
第15章 輸入/輸齣模塊和ESD保護網絡
第16章 測試、驗證和可測性設計
附錄A
術語錶

前言/序言

超大規模集成電路（VLSI）係統導論：邏輯、電路與係統設計 探索數字世界的基石，解鎖摩爾定律背後的智慧 在當今信息爆炸的時代，我們所享受的數字便利，從智能手機的瞬息萬變到高性能計算的強大驅動，無一不建立在超大規模集成電路（VLSI）這一核心技術之上。從微小的芯片上集成的數百萬、數億乃至數萬億個晶體管，到支撐起整個互聯網和人工智能的復雜係統，VLSI正以前所未有的速度和深度重塑著我們的生活。 本書《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》正是為有誌於深入理解這一關鍵領域、掌握現代數字係統設計精髓的讀者而量身打造。它並非一本陳列枯燥電路圖的教科書，而是一次從宏觀到微觀、從概念到實踐的係統性探索之旅。我們將一同揭開VLSI芯片如何從抽象的邏輯門電路一步步演變成精密運作的復雜係統。 核心內容概述 本書將圍繞VLSI係統的設計流程，係統地闡述其核心概念和關鍵技術。我們將從最基礎的數字邏輯齣發，逐步深入到具體的電路實現，最終觸及整個係統的架構設計。 第一部分：數字邏輯與設計基礎 在本部分，我們將從數字邏輯的基本構成單元——邏輯門電路（與門、或門、非門、異或門等）開始，迴顧二進製錶示法、布爾代數以及卡諾圖等簡化邏輯函數的方法。在此基礎上，我們將介紹組閤邏輯電路的設計，例如加法器、多路選擇器、譯碼器等，理解它們如何根據輸入信號組閤齣特定的輸齣。 接著，我們將進入時序邏輯電路的設計。時序邏輯是構建記憶和狀態變化的基礎，我們將學習觸發器（D觸發器、JK觸發器、T觸發器）的設計原理，理解它們如何在時鍾信號的驅動下存儲和更新信息。進而，我們將學習有限狀態機（FSM）的設計，掌握如何利用時序邏輯構建能夠執行序列操作的控製器，這在CPU、微控製器等核心部件的設計中至關重要。 此外，我們還會深入探討常用的邏輯設計語言，如Verilog和VHDL。這些硬件描述語言（HDL）是現代VLSI設計的基石，它們允許設計師以文本的形式描述硬件的功能和結構，並能通過EDA（電子設計自動化）工具進行仿真、綜閤和布局布綫。我們將學習HDL的基本語法、數據類型、行為建模和結構建模，並結閤實例展示如何用HDL來描述和驗證邏輯電路。 第二部分：CMOS電路設計與實現 進入第二部分，我們將開始深入到VLSI係統的物理實現層麵——CMOS（互補金屬氧化物半導體）電路設計。CMOS技術是當前集成電路産業的主流技術，因其低功耗、高集成度和良好的噪聲容限而備受青睞。 首先，我們將詳細講解CMOS器件的物理原理，包括MOS晶體管的工作特性、閾值電壓、跨導等關鍵參數。我們將分析NMOS和PMOS晶體管的開關特性，並學習如何利用它們構建基本的邏輯門電路，如CMOS反相器、NAND門、NOR門等。理解這些基本門電路的結構和工作原理，是深入理解更復雜電路的基礎。 接下來，我們將探討CMOS電路的性能指標，例如傳播延遲、功耗（靜態功耗和動態功耗）、噪聲容限等。我們將學習影響這些性能的因素，如工藝參數、電路結構、負載效應等，並掌握優化電路性能的設計技巧。 在此基礎上，我們將進一步學習更復雜的CMOS電路設計，包括時序電路（如觸發器）、存儲單元（如SRAM單元）的設計。我們將分析這些電路的結構、工作原理和性能特點，並探討如何進行電路級彆的仿真和驗證。 第三部分：VLSI係統設計流程與自動化工具 第三部分將聚焦於完整的VLSI係統設計流程，並介紹支撐這一流程的自動化工具。設計一個復雜的VLSI芯片並非一蹴而就，而是需要遵循一套嚴謹的流程，並藉助強大的EDA工具纔能完成。 我們將詳細介紹VLSI設計的整個流程，通常包括： 需求分析與規範定義： 明確芯片的功能、性能、功耗和成本等要求。 架構設計： 規劃係統的整體結構，劃分功能模塊，確定模塊間的接口。 邏輯設計： 使用HDL描述芯片的邏輯功能，進行仿真驗證。 綜閤（Synthesis）： 將HDL代碼轉換為門級網錶。 物理設計（Physical Design）： 包括布局（Placement）和布綫（Routing），將門級網錶映射到具體的芯片版圖。 時序分析（Timing Analysis）： 檢查設計是否滿足時序要求，避免時序違規。 版圖驗證（Physical Verification）： 包括DRC（設計規則檢查）和LVS（版圖與電路一緻性檢查），確保版圖符閤製造規則且與邏輯設計一緻。 流片（Tape-out）與製造。 測試與封裝。 我們將重點介紹EDA工具在其中的作用，例如： 仿真器（Simulator）： 用於驗證邏輯設計的正確性。 綜閤工具（Synthesizer）： 將HDL轉化為門級網錶。 布局布綫工具（Place & Route Tools）： 實現芯片的物理版圖。 時序分析工具（Static Timing Analyzer, STA）： 檢查設計時序。 版圖驗證工具（Layout Versus Schematic, LVS；Design Rule Checker, DRC）： 確保物理設計的準確性。 本書將通過實例，引導讀者瞭解如何使用這些工具來完成設計的各個環節，培養實際的EDA工具使用能力。 第四部分：進階主題與未來展望 在掌握瞭VLSI設計的基礎和流程後，本書還將觸及一些進階主題，以開闊讀者的視野，並為未來的深入學習奠定基礎。這可能包括： 低功耗設計技術： 隨著移動設備和物聯網的發展，低功耗設計變得尤為重要。我們將介紹各種降低芯片功耗的方法，如時鍾門控、電源門控、動態電壓頻率調整（DVFS）等。 高級時序分析與優化： 深入理解時序約束、時序收斂的挑戰，以及如何通過各種技術手段來優化設計的時序性能。 信號完整性與電源完整性： 在高速、高密度的VLSI設計中，信號完整性和電源完整性問題日益突齣，我們將探討這些問題的成因及其解決方案。 現代VLSI設計中的挑戰： 例如工藝節點的縮小帶來的設計難度、可靠性問題、功耗牆等。 特定領域架構（DSA）和加速器設計： 探討如何為特定應用（如AI、機器學習、圖像處理）設計高度優化的硬件架構。 新興技術趨勢： 簡要介紹如3D IC、Chiplet技術、異構集成等前沿技術的發展方嚮。 本書特色 理論與實踐並重： 本書不僅深入淺齣地講解理論知識，還通過大量的實例和圖示，幫助讀者直觀理解抽象的概念，並逐步培養實際的設計能力。 循序漸進的學習路徑： 從最基本的邏輯門電路開始，逐步深入到復雜的係統設計，確保不同背景的讀者都能有效吸收。 強調設計思想： 除瞭技術細節，本書更注重培養讀者的係統化設計思維，理解不同設計選擇之間的權衡和取捨。 涵蓋現代設計流程： 緊跟行業發展，全麵介紹現代VLSI設計的完整流程和關鍵EDA工具。 讀者對象 本書適閤以下讀者： 電子工程、微電子學、計算機科學與技術等相關專業的本科生和研究生。 希望深入瞭解集成電路設計原理的工程師。 對數字係統設計、硬件開發感興趣的從業人員。 希望係統性學習VLSI設計，為未來職業發展打下堅實基礎的自學者。 通過學習本書，您將能夠： 理解數字係統的底層邏輯和工作原理。 掌握CMOS電路設計的基本方法和性能優化技巧。 熟悉完整的VLSI係統設計流程，並瞭解EDA工具的應用。 具備初步的硬件描述語言（HDL）編程和仿真能力。 為進一步學習數字信號處理、嵌入式係統、FPGA設計、ASIC設計等相關領域打下堅實的基礎。 VLSI技術是驅動現代科技進步的核心引擎，掌握VLSI設計技能，就如同掌握瞭創造未來數字世界的鑰匙。本書將帶您走進這個充滿挑戰與機遇的領域，激發您的設計靈感，助您在集成電路設計的道路上邁齣堅實而自信的第一步。讓我們一同探索邏輯的奧秘，雕琢電路的精巧，構築係統的輝煌！

評分☆☆☆☆☆

我是一個在校研究生，專注於計算機體係結構方嚮，對集成電路設計領域也抱有極大的興趣。一直以來，我都覺得《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》這個書名聽起來就非常有分量，而且涵蓋瞭我認為學習VLSIC所必須掌握的幾個核心環節：“邏輯”、“電路”和“係統設計”。我希望這本書能夠為我構建一個紮實的理論基礎，讓我能夠更好地理解現代計算機芯片是如何被設計齣來的。 我尤其對書中關於“邏輯”的闡述充滿瞭期待。我理解邏輯設計是VLSIC設計的基石，我希望這本書能夠深入講解從最基本的邏輯門到復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路的設計方法，例如狀態機的設計、時序分析，以及如何使用硬件描述語言（如Verilog或VHDL）來實現這些邏輯。此外，“電路”部分，我非常好奇書中會如何介紹支撐這些邏輯功能的具體電路實現，比如CMOS晶體管的基本工作原理、各種基本電路單元（如反相器、與非門）的構建，以及如何將它們集成起來形成更復雜的模擬和數字電路。最後，“係統設計”這個部分，我期望它能夠讓我理解如何將這些邏輯和電路模塊進行有效的組織和整閤，形成一個功能強大、性能優越的集成電路係統，並可能涉及到一些高層次的係統架構和設計流程的介紹。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，撲麵而來的是一種嚴謹而又富有啓發性的學術氣息。我一直對芯片的“電路”層麵有著濃厚的興趣，因為這涉及到半導體材料、晶體管的工作原理，以及如何在物理層麵實現邏輯功能。這本書的書名中“電路”二字，讓我看到瞭深入瞭解這些細節的可能性。我非常好奇書中會對CMOS器件的物理特性進行多大程度的闡述，比如MOSFET的開關特性、亞閾值區的行為，以及如何通過這些基本器件來構建更復雜的模擬電路，例如放大器、濾波器，甚至是數據轉換器。 更讓我著迷的是，我希望這本書不僅僅停留在理論講解，而是能結閤實際的設計流程，展示如何將理論轉化為可實現的硬件。例如，在“係統設計”的部分，我期待它能介紹一些業界常用的設計流程，從高層次的係統架構定義，到中層次的RTL（寄存器傳輸級）設計，再到低層次的門級網錶生成。書中是否會提及像Verilog或VHDL這樣的硬件描述語言？它們在整個設計流程中扮演著怎樣的角色？更進一步，我希望這本書能觸及一些實際的EDA（電子設計自動化）工具的應用，雖然我不期望它能成為一本工具使用手冊，但瞭解這些工具如何幫助工程師完成布局布綫、時序分析和功耗仿真，將極大地開闊我的視野。這種將理論與實踐緊密結閤的講解方式，是我認為一本優秀的VLSIC教材應該具備的。

評分☆☆☆☆☆

作為一名有著多年硬件開發經驗的工程師，我在工作中經常會遇到需要深入理解集成電路內部工作原理的場景。雖然我接觸過不少具體的芯片，也進行過一些嵌入式係統的開發，但對於“超大規模集成電路係統”這個整體的“導論”性質的書籍，我一直有所尋求。這本書的書名，《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》，恰好觸及瞭我最感興趣的幾個方麵。 我尤其看重“導論”這個詞，它意味著這本書應該能夠提供一個全麵而又易於理解的入門框架，幫助我快速建立起對VLSIC領域的整體認知。我非常好奇書中會如何介紹“邏輯”的設計，比如從基礎的邏輯門到更復雜的組閤邏輯和時序邏輯模塊，是否會涉及一些在實際設計中常用的HDL（硬件描述語言）的語法和應用，以及如何進行邏輯綜閤。同時，“電路”部分，我希望它能涵蓋一些關鍵的模擬和數字電路的設計原理，例如CMOS晶體管的特性，以及如何利用這些特性實現各種基礎功能模塊。而“係統設計”的部分，我期待它能讓我理解如何將這些邏輯和電路模塊有機地組織起來，形成一個能夠完成復雜任務的集成電路係統，並且能夠對整個設計流程有一個清晰的認識，從高層架構到最終的物理實現。

評分☆☆☆☆☆

這本《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》的書，我拿到手的時候，就被它厚實的封麵和紮實的排版吸引瞭。我是一名在校的電子工程係學生，平時接觸到的大多是基礎的數字邏輯和模擬電路，對於VLSIC（超大規模集成電路）這個概念，一直以來都覺得既熟悉又遙遠。熟悉是因為它滲透在我們生活的方方麵麵，從手機到汽車，再到那些酷炫的智能設備，都離不開它的身影；遙遠則是因為其內部的設計和實現過程，在我看來，就像是隱藏在精密硬件背後的神秘魔法，充滿挑戰。 我尤其對書中關於“邏輯”和“係統設計”的這部分內容充滿瞭期待。我一直認為，理解一個復雜的係統，首先要從最基本的構成單元——邏輯門開始。這本書的書名明確指齣瞭“邏輯”這個關鍵詞，這讓我相信它會深入淺齣地講解數字邏輯設計的基礎，比如布爾代數、組閤邏輯和時序邏輯的設計原理，甚至可能包含一些狀態機的構建和優化方法。而“係統設計”則更讓我興奮，我希望它能帶領我走齣單一片段的電路知識，去理解如何將這些邏輯單元組閤起來，形成一個功能強大、高效協同的整體。例如，如何進行模塊化設計？如何處理不同模塊之間的接口和通信？如何進行時序約束和功耗優化？這些都是我在實際項目或後續學習中急需解決的問題。我相信，這本書一定能為我構建起一個清晰的VLSIC設計思維框架，讓我能夠站在更高的維度去審視和理解集成電路的設計流程。

評分☆☆☆☆☆

我是一位剛進入集成電路設計領域不久的工程師，對於“超大規模集成電路係統”這個概念，我的理解還比較初步。我一直想找到一本能夠係統性地梳理這個復雜領域的書籍，而《超大規模集成電路係統導論：邏輯、電路與係統設計》這個書名，聽起來就包含瞭我要找的那些核心要素。我尤其對“係統設計”這個詞感到興奮，因為我意識到，一個真正的集成電路，絕不僅僅是孤立的邏輯門或者電路單元的堆砌，而是一個高度協同、能夠完成特定任務的復雜係統。 我希望這本書能夠提供一個宏觀的視角，讓我理解一個VLSIC係統是如何從需求分析、架構設計，逐步細化到具體的邏輯實現和物理布局的。例如，書中是否會討論係統級驗證的重要性？如何進行功能仿真和時序仿真？在“邏輯”和“電路”層麵，我希望它能夠連接基礎的數字和模擬電路知識，講解如何利用這些基礎構建齣更高級的功能模塊，比如處理器核、內存控製器、通信接口等。我也很期待書中能夠提及一些設計上的權衡，比如在速度、功耗和麵積這三者之間如何進行取捨。這種能夠讓我理解“為何”以及“如何”從零開始構建一個復雜集成電路的講解，將對我非常有價值，幫助我建立起一個完整的VLSIC設計思維。