高性能集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 埃姆雷·萨尔曼（EmreSalman），(美 著

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• EDA工具
• 低功耗设计
• 电路优化
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121250903

商品编码：1467786448

出版时间：2015-01-01

作  者:(美)埃姆雷·萨尔曼(Emre Salman),(美)伊比·G·弗里德曼(Eby G.Friedman) 著；范宝峡 等 译 定  价:98 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2015年01月01日 页  数:421 装  帧:平装 ISBN:9787121250903 ●第Ⅰ部分背景知识
●第1章引言
●1.1历史简介
●1.1.1晶体管
●1.1.2集成电路
●1.2多样的摩尔和超YUE摩尔
●1.3IC设计目标回顾
●1.4本书架构
●第2章缩放技术
●2.1器件缩放
●2.1.1MOS器件原理
●2.1.2恒定电场缩放
●2.1.3恒定电压缩放
●2.1.4器件的缩放方案比较
●2.2小尺寸效应
●2.2.1阈值电压滚降
●2.2.2漏感应势垒降低
●2.2.3速度饱和
●2.2.4迁移率退化
●2.3器件优化
●部分目录

内容简介

本书旨在整合目前纳米级集成电路主要关注的以互连为中心的设计方法。全书分为五个部分，从互连网络、电源管理、时钟同步、噪声隔离等几个方面来介绍以互连为中心的集成电路设计。靠前部分主要介绍集成电路的发展史以及从晶体管和互连的角度来看工艺缩放技术；第二部分主要介绍互连网络，包括互连的一般特性、大型网络中的互连传输特性、串扰以及全局信号传输方法；第三部分主要介绍跟互连相关的电源管理，具体为电源的产生、分布、计算机辅助设计、降低供电噪声的方法以及功耗；第四部分主要介绍同步系统，包含同步过程、片上时钟的生成、同步系统、片上时钟分布等；第五部分主要探讨大规模混合信号系统，分析了集成电路中的衬底耦合噪声并介绍了降低该类噪声的方法。 (美)埃姆雷·萨尔曼(Emre Salman),(美)伊比·G·弗里德曼(Eby G.Friedman) 著；范宝峡 等 译 EmreSalman(埃姆雷·萨尔曼）于2004年在土耳其伊斯坦布尔的萨班哲大学获得微电
子工程理学学士学位，并分别于2006年和2009年在纽约罗切斯特大学电气工程专业获得硕士和博士学位。2009年5月到2010年9月，在罗彻斯特大学进行博士后研究。2004年，任职于意法半导体集团，在那里开发了一个用于光纤收发器的时钟数据恢复电路。2005年夏，在Synopsys进行时序分析的研究。2006年和2007年夏，在飞思卡尔半导体公司负责应用于单片收发器的信号隔离方法研究。2010年9月至今，作为纽约石溪大学电气与计算机工程系的助理教授，担任纳米电路与系统（NanoCAS)实验室主任。他的等
    本书的主要目的是为了整合目前纳米级集成电路（IC）主要关注的以互连为中心的设计方法。在过去的十五年， IC设计过程已经从以逻辑驱动为中心转移到以互连为中心的范式。片上互连对系统速度、 功耗、 可靠性和耐用性的影响越来越重要。尽管在这一领域有大量的研究， 然而据我们所知， 本书是靠前本既专注于这种新技术， 同时也包括近期新的发展、 未来趋势和方向的图书， 内容广泛且兼具教程风格。
    大多数现有的集成电路书籍主要集中在以逻辑为中心的超大规模集成电路（VLSI）系统的设计， 很少强调与互连相关的问题。现有资源的不足了可能想要超YUE传统超大规模集成电路设计的理念或者想理解高性能纳米级集成电路设计过程的学生、等

《精微入里：现代电子元器件的原理与应用》 内容梗概 本书旨在深入剖析现代电子元器件的核心原理，揭示其精妙结构如何支撑起日益复杂的电子系统。我们将从最基础的半导体物理出发，逐步深入到各种主流元器件的内部机制，并探讨其在实际电路设计中的关键应用。全书共分为五个部分，层层递进，力求为读者构建一个全面而深刻的认知体系。 第一部分：半导体物理基石 本部分是理解后续所有元器件的基础。我们将首先回顾经典电磁理论在描述材料电学特性时的局限性，进而引入量子力学在微观层面的必要性。 能带理论与载流子行为： 详细阐述晶体材料中电子能级的形成，以及价带、导带和禁带的概念。解释本征半导体中载流子的产生与复合机制，区分自由电子和空穴的形成过程。重点介绍费米能级在不同掺杂状态下的移动规律，这是理解PN结特性的关键。 掺杂与杂质能级： 深入讲解N型和P型半导体的掺杂原理，介绍施主能级和受主能级，以及它们对载流子浓度的影响。分析不同掺杂浓度对材料导电性的影响，并为后续介绍PN结的形成打下理论基础。 PN结的形成与特性： 详细讲解PN结的形成过程，包括扩散电流和漂移电流的相互作用，以及内建电势的形成。分析PN结在无偏置、正向偏置和反向偏置状态下的伏安特性曲线，解释击穿现象（雪崩击穿和齐纳击穿）的机理。 第二部分：离散半导体器件 在理解了半导体基石后，本部分将聚焦于最基本但不可或缺的离散半导体器件。 二极管家族： PN结二极管： 回顾PN结的伏安特性，重点介绍其在整流、钳位、箝位等电路中的应用。讨论不同材料（如硅、锗、砷化镓）和不同结构（如平面二极管、合金二极管）的特性差异。 稳压二极管（齐纳管）： 详细介绍其反向击穿特性，以及如何利用齐纳效应实现稳压功能。分析稳压管的动态电阻、温度系数等关键参数，探讨其在电源稳压、参考电压等电路中的应用。 发光二极管（LED）： 解释发光原理，即载流子复合时辐射出光子的过程。介绍不同发光材料（如GaN、AlGaAs）对应不同颜色的发光原理，以及LED的电学特性（正向压降、亮度与电流的关系）。探讨LED在指示、照明、显示等领域的应用。 光电二极管（PD）： 解释光电效应，即光照引起PN结内载流子产生和分离的机制。介绍光电导模式和光伏模式的工作原理，以及其响应速度、灵敏度等关键参数。探讨PD在光通信、光传感器、光电耦合器等领域的应用。 双极结型晶体管（BJT）： 结构与工作原理： 深入分析NPN型和PNP型BJT的结构，重点讲解基区掺杂浓度低且薄是其关键特性。解释BJT的工作模式（截止、放大、饱和），以及电流放大系数（β）的物理意义。 电学特性与模型： 介绍BJT的输入、输出和转移特性曲线。推导Ebers-Moll模型和混合π模型，分析其在放大电路设计中的作用。讨论BJT的频率响应、噪声特性以及各种非理想效应。 BJT在电路中的应用： 详细介绍BJT作为开关和放大器的应用，包括共发射极放大器、共集电极放大器、共基极放大器的基本电路结构、增益分析和输入输出阻抗特性。 场效应晶体管（FET）： 结型场效应晶体管（JFET）： 解释JFET的工作原理，即通过栅极电压控制沟道区域的载流子浓度来改变沟道的导电性。分析其跨导（gm）和输出电阻（rds）等关键参数。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）： NMOS和PMOS： 详细介绍增强型和耗尽型MOSFET的结构（栅极、源极、漏极、衬底），以及其工作原理。重点讲解阈值电压（Vt）的形成和栅极电压对沟道电导的控制作用。 MOSFET的工作区域： 分析MOSFET的截止区、线性区（欧姆区）和饱和区，以及各区域的输出特性曲线。 MOSFET参数与模型： 介绍跨导（gm）、输出电导（gds）、氧化层电容等关键参数。推导MOSFET的平方律模型（DC模型）和混合-π模型（AC模型），分析其在放大电路设计中的应用。 FET在电路中的应用： 介绍JFET和MOSFET作为开关和放大器的应用，包括共源放大器、共漏放大器、共栅放大器。对比BJT和FET在性能、功耗、输入阻抗等方面的优劣。 第三部分：集成电路中的基本构建块 本部分将从离散器件的视角，深入到集成电路（IC）中构成基本功能的电路模块。 运算放大器（Op-Amp）： 理想运放模型： 介绍理想运放的两个基本特性（无穷大的开环增益、无穷大的输入阻抗，零输出阻抗）以及虚短、虚断的概念。 基本运放电路： 详细分析同相比例放大器、反相比例放大器、加法器、减法器、积分器、微分器等经典电路的原理和功能。 实际运放特性与局限性： 讨论实际运放的有限开环增益、有限输入阻抗、非零输出阻抗、失调电压、失调电流、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）、压摆率（Slew Rate）等参数对电路性能的影响。 运放的应用： 概述运放在信号调理、滤波器、振荡器、电压比较器等广泛应用。 滤波器： 滤波器类型： 介绍低通、高通、带通、带阻等基本滤波器类型。 无源滤波器与有源滤波器： 分析由电阻、电容、电感组成的无源滤波器与利用运放等有源器件构建的有源滤波器的区别、优缺点及适用场景。 经典滤波器设计： 简要介绍巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、贝塞尔（Bessel）等不同响应特性的滤波器设计理念。 振荡器： 振荡器原理： 讲解正弦波振荡器的基本原理——正反馈与增益，以及Barkhausen判据。 经典振荡器电路： 介绍RC振荡器（移相、文氏电桥）、LC振荡器（哈特莱、科勒皮茨）以及晶体振荡器的工作原理。 非正弦波振荡器： 简要介绍方波、三角波等发生器的基本原理。 第四部分：数字逻辑门与基本电路 本部分转向数字电路，介绍构成数字系统的最基本逻辑单元。 逻辑门： 基本逻辑门： 详细介绍AND（与）、OR（或）、NOT（非）门的真值表、逻辑符号和功能。 复合逻辑门： 介绍NAND（与非）、NOR（或非）、XOR（异或）、XNOR（同或）门的逻辑功能和实现方式。 逻辑门族的实现： 简要介绍TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑门的基本电路结构和工作原理，对比其速度、功耗、驱动能力等特性。 组合逻辑电路： 译码器与编码器： 介绍它们的逻辑功能和在地址译码、数据选择等方面的应用。 多路选择器（Multiplexer/Mux）与多路分配器（Demultiplexer/Demux）： 讲解它们的数据选择和信号分配功能。 加法器： 介绍半加器、全加器及其在算术逻辑单元（ALU）中的应用。 时序逻辑电路： 触发器（Flip-Flop）： 讲解RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器的结构、工作原理、状态转移图和特性表。 寄存器（Register）： 介绍移位寄存器和存储寄存器的功能。 计数器（Counter）： 讲解异步计数器和同步计数器的工作原理，以及其在分频、定时等方面的应用。 第五部分：传感器与执行器接口 本部分将讨论如何将物理世界中的信号转化为电子信号，以及如何通过电子信号控制物理世界的设备。 传感器接口： 常见传感器原理： 介绍电阻式、电容式、电感式、压电式、热敏电阻、光敏电阻等多种传感器的工作原理。 信号调理： 讲解如何使用放大器、滤波器、ADC（模数转换器）等电路对传感器输出的微弱、噪声较大的信号进行处理，使其适合后续的数字处理或显示。 ADC与DAC： 介绍常用的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型）和DAC（如R-2R梯形DAC、权电阻DAC）的原理、分类和关键参数。 执行器接口： 电机驱动： 介绍如何使用晶体管、MOSFET、H桥电路等驱动直流电机、步进电机等。 继电器与固态继电器： 解释其隔离控制功能，以及在功率开关中的应用。 LED与显示器驱动： 介绍如何通过DAC或PWM（脉冲宽度调制）信号驱动LED阵列或LCD显示屏。 DAC与信号输出： 讲解DAC如何将数字信号转化为模拟信号，驱动扬声器、执行器等。 目标读者 本书适合电子工程、计算机科学、自动化及相关领域的本科生、研究生，以及从事电子产品研发、硬件设计、嵌入式系统开发等工作的工程师。对于希望深入理解电子元器件背后原理，并将其应用于实际电路设计的读者，本书将提供极具价值的参考。 学习方法建议 在阅读本书时，建议读者结合电路仿真软件（如PSPICE, LTspice, Multisim等）进行实际电路的搭建和验证。理论结合实践，才能更深刻地理解电子元器件的工作机制和电路设计的奥秘。对于书中涉及的数学公式和物理概念，鼓励读者花时间深入理解其推导过程和物理意义。 结语 《精微入里：现代电子元器件的原理与应用》不仅仅是一本技术手册，更是一次对电子世界精妙运行机制的探索之旅。通过掌握这些基础元器件的原理，读者将能够更好地理解当今世界蓬勃发展的电子科技，并为未来的创新设计奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书更像是一次对“效率”的深度哲学思考，而不仅仅是技术层面的指导。我翻开它，期待的是那些能够直接提升电路设计效率的技巧和工具。然而，它却将我的注意力引导向了“为什么”和“如何思考”。作者并没有直接给出“如何才能更快地完成设计”的答案，而是深入剖析了“效率”本身的内涵。他探讨了时间、精力、资源以及创新等多个维度，来衡量真正的“高性能设计”。我尤其对书中关于“避免不必要的复杂性”的论述印象深刻。作者认为，很多时候，设计效率的低下并非来源于技术难题，而是源于过度设计、信息不对称或者沟通不畅。他用许多生动的案例，说明了如何通过简化流程、清晰沟通以及授权赋能来提升整体的设计效率。书中还强调了“学习和适应”的重要性，认为在快速变化的半导体行业，设计师必须不断学习新知识、掌握新工具，并能够快速适应新的挑战。这种对于“软技能”和“思维方式”的强调，让我认识到，真正的“高性能集成电路设计”，不仅需要技术功底，更需要灵活的思维和持续的学习能力。这本书更像是为设计师提供了一套“内功心法”，帮助他们在纷繁复杂的设计过程中，保持清晰的头脑和高效的执行力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的扉页赫然印着“高性能集成电路设计”，我带着几分期待翻开了它，希望能在浩瀚的半导体领域找到通往卓越设计的捷径。然而，读过之后，我感到似乎走入了一个别样的天地。开篇的章节，并没有直奔那些令人眼花缭乱的晶体管模型和寄生效应的详尽分析，而是娓娓道来集成电路产业波澜壮阔的发展史，从最初的真空管到如今的摩尔定律所描绘的微缩疆域。作者以一种宏大的视角，勾勒出半导体技术如何一步步颠覆了现代社会，从通信、计算到人工智能，几乎无处不在。我仿佛看到了一位老者，在讲述他亲历的那个时代，那些伟大的工程师如何用智慧和汗水，将一个个看似不可能的想法变为现实。书中穿插着不少关于那些奠基性人物的小故事，比如戈登·摩尔的观察，罗伯特·诺依斯的发现，以及那些鲜为人知的早期探索者。这些故事，虽然与具体的电路设计技术看似无关，却为理解“高性能”背后的精神内核提供了深远的背景。我意识到，设计不仅仅是算法和物理定律的堆砌，更是一种对人类进步的渴望和对技术极限的挑战。这种叙事方式，对于我这样背景相对初浅的读者来说，既减轻了初入集成电路设计领域的畏惧感，又激发了我对这个行业深层价值的思考。它让我明白，每一块闪耀着科技光芒的芯片，都承载着无数人的梦想和不懈的努力。

评分☆☆☆☆☆

我带着对“高性能”的憧憬，翻开这本书，本以为会是一场深入微观世界的探索之旅。然而，它却将我的视野拉升到了一个更为宏观的尺度。与其说是介绍具体的电路设计方法，不如说它是在“讲故事”，讲述的不是芯片本身，而是芯片所处的“生态”。作者用大量的篇幅，描绘了整个半导体产业的供应链，从上游的材料和设备供应商，到中游的芯片设计和制造，再到下游的设备厂商和终端消费者，以及它们之间错综复杂的关系。他深入浅出地分析了不同环节的驱动因素，比如市场需求如何影响设计方向，法规政策又如何塑造产业格局。我尤其对书中关于“知识产权保护”和“人才流动”的章节印象深刻。作者并没有简单地罗列法律条文，而是通过分析一些标志性的事件，揭示了这些因素对技术创新和产业竞争的深刻影响。他甚至探讨了全球地缘政治如何渗透到芯片制造和供应链的每一个角落，这种宏观的视角，让我第一次感受到，一块小小的芯片，竟然与如此宏大的世界紧密相连。这本书让我意识到，要真正理解“高性能集成电路设计”，绝不能仅仅局限于电路图和仿真结果，更需要理解它所处的经济、政治和技术大环境。它是一种产业的智慧，一种跨领域的融合。

评分☆☆☆☆☆

这本书以一种极为务实且富有启发性的方式，探讨了集成电路设计的“哲学”层面。我本以为会看到无数的公式和图表，但出乎意料的是，它更多地聚焦于在有限资源下如何最大化性能的“思维艺术”。书中反复强调的，并非是掌握某种特定设计工具的技巧，而是培养一种“权衡”的智慧。例如，在讨论功耗管理时，作者并没有直接给出各种低功耗技术的详细实现细节，而是深入剖析了不同应用场景下，功耗、性能、成本以及可靠性之间的微妙平衡。他用生动的比喻，将复杂的工程决策过程具象化，让我深刻理解到，每一个设计选择都可能是一场博弈，需要根据目标需求进行精妙的取舍。我印象最深的一段，是关于“意想不到的副作用”的讨论。作者列举了一些历史上的案例，说明即使是最精心的设计，也可能因为对系统整体的理解不够深入，或者对某些非线性效应的忽视，而导致性能下降甚至系统崩溃。这迫使我重新审视“设计”的定义，它不再仅仅是技术层面的实现，而更像是一门预测未来、规避风险的艺术。书中提出的“反向思考”和“假设检验”等方法论，虽然抽象，却为我提供了一种全新的解决问题的方式。读完这部分，我感觉自己的工程思维得到了极大的拓展，不再局限于线框图和波形图，而是开始从更高的维度去理解设计的本质。

评分☆☆☆☆☆

我曾以为“高性能集成电路设计”的书籍，必然充斥着繁复的数学公式和深奥的物理理论，但这本书却以一种出人意料的“轻松”风格，打开了我对这个领域的认知。它没有直接抛出晦涩难懂的理论，而是从“用户体验”的角度切入，探讨了“高性能”到底意味着什么。作者用大量贴近生活的例子，说明了用户对速度、响应时间、流畅度的感知，是如何与底层的电路设计息息相关的。比如，他会分析一个简单的APP打开速度，背后可能涉及到的CPU调度、内存访问、缓存命中率等一系列复杂的计算和数据传输过程。这种“自下而上”的讲解方式，将抽象的技术概念，转化为用户能够直接感受到的体验，让我觉得“高性能”不再是遥不可及的术语，而是实实在在的“好用”。书中还提到了“用户期望值”的重要性，认为设计者需要预测用户未来的需求，并在此基础上进行前瞻性的设计。这种以人为本的设计理念，对于我这样的技术小白来说，极具吸引力。它让我明白，技术进步的最终目的，是为了更好地服务人类，而“高性能”正是这种服务能力的体现。这本书的语言风格也十分平易近人，没有过多的专业术语，即使是初学者也能轻松阅读，并且从中获得启发。