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： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030315687

商品編碼：29649607550

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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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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序言

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低功耗CMOS電路設計：邏輯設計與CAD工具 內容概述 本書深入探討瞭低功耗CMOS電路設計的核心理念、關鍵技術與實際應用。在當今移動化、智能化和物聯網飛速發展的時代，電子設備的便攜性、續航能力以及環境友好性已成為至關重要的考量因素。CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術因其固有的低靜態功耗和高集成度，成為設計現代低功耗電子係統的基石。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的知識體係，使其能夠掌握從邏輯設計到CAD工具應用的全流程，以期設計齣滿足嚴格功耗約束的CMOS電路。 第一部分：低功耗CMOS電路設計基礎 本部分奠定瞭低功耗CMOS電路設計的理論基礎。 CMOS基本原理與功耗分析： 詳細迴顧瞭CMOS晶體管的工作原理，包括其開關特性、跨導以及關鍵的柵極、源極、漏極等結構。在此基礎上，深入分析瞭CMOS電路中主要的功耗來源，包括動態功耗（充放電、短路功耗）和靜態功耗（亞閾值漏電、柵極氧化層漏電、結漏電等）。我們將量化這些功耗成分，並探討影響它們的關鍵工藝和設計參數。讀者將理解為何動態功耗在高速開關電路中占據主導，而靜態功耗在低頻率或待機模式下則日益凸顯其重要性。 功耗與性能的權衡： 強調瞭在實際設計中，功耗、性能（速度）、芯片麵積和成本之間的內在聯係和權衡。本書將介紹常用的功耗-性能指標，例如能量每操作、功耗每門等，並闡述如何在設計決策中進行優化。例如，降低工作電壓可以顯著降低動態功耗，但也會犧牲電路的速度；增加電路冗餘度以提高可靠性，但會增加麵積和功耗。通過分析不同設計場景下的功耗-性能麯綫，讀者將學會做齣明智的設計選擇。 功耗降低的基本策略： 引入瞭貫穿全書的低功耗設計策略。這些策略包括： 電壓縮減（Voltage Scaling）： 探討瞭動態電壓縮減（DVS）和靜態電壓縮減（SVS）的原理與實現。動態電壓縮減通過根據電路的計算負載動態調整工作電壓，在不影響性能的前提下最大限度地降低功耗。靜態電壓縮減則在芯片的不同功能模塊采用不同的固定電壓，實現整體功耗的優化。 頻率縮減（Frequency Scaling）： 介紹動態頻率縮減（DFS）技術，通過降低時鍾頻率來減少動態功耗，尤其適用於對實時性要求不高的應用。 時鍾門控（Clock Gating）： 詳細闡述瞭時鍾門控技術，通過在不需要的模塊上關閉時鍾信號，徹底消除瞭該模塊的時鍾驅動功耗。我們將探討不同粒度的時鍾門控，從門級到寄存器級再到模塊級。 功率門控（Power Gating）： 介紹功率門控技術，通過在模塊不工作時將其電源斷開，從而消除靜態功耗。本書將分析功率門控的設計挑戰，如恢復延遲和狀態保持。 架構級優化： 簡要介紹通過優化算法、並行處理、流水綫技術等架構層麵的改進來降低整體功耗。 第二部分：低功耗邏輯設計技術 本部分聚焦於在邏輯設計層麵實現低功耗的具體技術和方法。 低功耗邏輯門設計： 探索瞭各種低功耗邏輯門（如多閾值電壓CMOS - MTCMOS，動態閾值電壓CMOS - DTCMOS，雙閾值電壓CMOS - DTMOS）的結構、工作原理和功耗特性。這些技術通過優化晶體管的閾值電壓，在保證正常工作速度的同時，顯著降低漏電流。我們將對比分析不同低功耗邏輯門在功耗、速度、噪聲容限和工藝兼容性方麵的優劣。 亞閾值漏電控製： 深入研究瞭導緻靜態功耗的重要因素——亞閾值漏電。本書將講解亞閾值漏電的物理機製，以及如何通過工藝選項（如提高閾值電壓、縮小溝道長度）和設計技術（如選擇閤適的工藝節點、采用精細的閾值電壓控製）來加以緩解。 短路功耗的降低： 分析瞭在信號轉換過程中産生的短路功耗，以及如何通過優化邏輯門的尺寸、輸入信號的轉換速率和驅動能力來降低短路功耗。 時序優化與功耗： 探討瞭時序約束對功耗的影響。例如，在滿足時序要求的條件下，選擇更短的臨界路徑，可以允許更低的電壓工作；避免競爭冒險（Races and Hazards）也是降低不必要的信號跳變和功耗的關鍵。 數據相關的功耗優化： 介紹瞭如何利用數據輸入的統計特性來降低功耗。例如，當輸入數據變化不大時，某些電路單元的功耗可以降低。我們將討論基於數據相關的時鍾門控和功耗門控技術。 低功耗狀態機的設計： 針對有限狀態機（FSM）的功耗優化，介紹如何通過選擇閤適的編碼方式（如二進製編碼、格雷碼編碼）、狀態轉移優化以及引入待機模式來降低功耗。 第三部分：低功耗CMOS電路的CAD工具與方法 本部分詳細介紹瞭支持低功耗CMOS電路設計的各種計算機輔助設計（CAD）工具和實用方法，是理論與實踐相結閤的關鍵環節。 低功耗設計流程概覽： 描繪瞭從係統級到門級，再到物理實現的全流程低功耗設計流程。我們將介紹在這個流程中，功耗分析和優化在各個階段的重要性。 功耗分析工具： 靜態功耗分析： 講解如何使用靜態功耗分析工具（如Synopsys PrimeTime PX, Cadence Joules）來估算和分析靜態漏電功耗。這些工具能夠根據電路的結構、工藝參數和工作模式，預測漏電總量。 動態功耗分析： 介紹使用動態功耗分析工具（如Synopsys PrimeTime PX, Cadence PowerArtist）來估算和分析動態功耗。這些工具通常需要仿真波形或統計數據作為輸入，能夠精確計算信號轉換、時鍾驅動和組閤邏輯的功耗。 集成功耗分析： 探討如何利用能夠同時進行靜態和動態功耗分析的集成工具，以獲得更全麵的功耗視圖。 功耗優化工具與技術： 邏輯綜閤與功耗優化： 介紹邏輯綜閤工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus）如何在綜閤過程中集成低功耗優化選項，例如自動化的時鍾門控插入、多閾值電壓邏輯選擇、以及優化邏輯結構以降低功耗。 電源網格與IR Drop分析： 詳細討論電源完整性（Power Integrity）的重要性，以及如何使用IR Drop分析工具（如Synopsys IC Compiler II, Cadence Innovus）來識彆和緩解由於電源網絡電阻和電流引起的電壓下降，這直接影響電路的性能和功耗。 物理設計與功耗： 講解在布局布綫階段如何進行功耗優化，例如通過優化門的時鍾樹（Clock Tree Synthesis, CTS），減少時鍾抖動和驅動功耗；閤理放置低功耗模塊，優化電源和地綫的連接；以及利用物理感知（Physical-Aware）的功耗優化技術。 仿真與驗證： 強調在低功耗設計中，仿真和驗證的必要性。我們將介紹如何使用仿真工具（如Synopsys VCS, Cadence Incisive）來驗證低功耗技術的功能和性能，以及如何設計特定的測試用例來覆蓋不同的功耗模式。 先進的功耗管理技術： 多電壓域（Multi-Voltage Domain, MVD）設計： 講解如何設計包含多個不同工作電壓區域的復雜係統，以及如何使用電壓轉換器（Voltage Shifter）來處理不同電壓域之間的信號交互。 先進的電源門控和動態電壓頻率調節（DVFS）實現： 深入研究如何結閤使用功率門控和DVFS技術，實現更精細的功耗控製。例如，如何設計電源控製器（Power Management Unit, PMU）來協調這些技術。 自適應電壓和頻率縮減（AVFS）： 介紹AVFS技術，它結閤瞭內置傳感器和反饋機製，能夠實時監測電路的實際工作狀態和溫度，並動態調整電壓和頻率，以達到最優的功耗-性能比。 第四部分：案例研究與應用 本部分通過具體的案例研究，展示低功耗CMOS電路設計在實際應用中的落地。 移動處理器與SoC（System-on-Chip）設計： 分析智能手機、平闆電腦等移動設備中處理器和SoC的低功耗設計挑戰，以及如何應用本書介紹的技術來延長電池續航。 物聯網（IoT）設備： 探討傳感器節點、智能穿戴設備等對功耗極緻要求的IoT設備的低功耗設計策略，例如如何實現超低待機功耗和高效的睡眠模式。 無綫通信芯片： 分析基帶處理器、射頻前端等通信芯片的功耗特點，以及如何通過數字信號處理（DSP）的低功耗優化來減少整體功耗。 嵌入式係統： 針對資源受限的嵌入式係統，介紹如何權衡功耗、性能和成本，設計齣滿足特定需求的低功耗CMOS電路。 總結 本書不僅提供瞭關於低功耗CMOS電路設計原理的深入講解，更強調瞭CAD工具在實現這些技術中的不可或缺的作用。通過理論知識、設計技巧和工具方法的結閤，讀者將能夠掌握從概念到實現的全過程，設計齣滿足日益增長的低功耗需求的現代電子係統。本書適閤於集成電路設計工程師、數字邏輯設計工程師、芯片架構師以及對低功耗電子設備設計感興趣的在校學生和研究人員。通過學習本書，讀者將能夠提升在功耗優化方麵的設計能力，應對未來電子産品設計的關鍵挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常具有個人特色，它不像那種標準的、中性的技術文檔，反而流露齣一種作者對這個領域的熱情和一絲不苟的匠人精神。讀起來，感覺就像是經驗豐富的前輩在給你親自講解復雜的概念，那種引導性非常強，不會讓你感覺被知識點淹沒。例如，在討論低功耗設計中的亞閾值漏電控製策略時，作者采用瞭一種由淺入深、層層遞進的敘述方式，先從物理本質入手，再逐步過渡到寄存器傳輸級（RTL）和門級優化的具體技術。這種敘述層次感極佳，確保瞭即便是初次接觸這個主題的讀者，也能跟上思路。此外，書中的插圖和示意圖往往不是簡單的功能示意，而是深入到晶體管或邏輯門的層級去解釋工作原理，極大地增強瞭抽象概念的具象化。這種深入淺齣的錶達能力，是衡量一本優秀技術著作的重要標準，而這本書無疑做到瞭這一點。

評分☆☆☆☆☆

這本書在對現代設計流程的整閤性描述方麵做得尤為齣色。在如今這種高度自動化的設計流程中，許多初學者往往隻接觸到流程中的某一個環節，缺乏對全局的宏觀把握。本書似乎意識到瞭這一點，它沒有孤立地討論邏輯綜閤或版圖實現，而是將兩者置於一個統一的、以設計目標為導嚮的框架下進行考察。特彆是它對設計收斂（Design Closure）的探討，非常貼近業界真實的工作狀態。書中詳細描述瞭在不同設計階段，應如何利用CAD工具提供的反饋信息來迭代優化設計，這是一個在很多教材中被輕描淡寫處理的環節。通過閱讀這些內容，我開始更清晰地理解不同階段的設計決策如何對最終芯片的性能産生纍積效應。這本書提供的遠不止是技術知識，更像是一份關於如何高效管理復雜IC項目的心得體會，它教會瞭讀者如何成為一個能掌控全局的設計師，而不是僅僅依賴工具的執行者。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期在相關領域摸索的學習者，我必須承認，很少有技術書籍能夠如此全麵而又保持高度的閱讀愉悅感。這本書在細節的準確性上達到瞭令人稱贊的水平，但同時它又避免瞭陷入那些隻有少數專傢纔會關心的晦澀角落，而是聚焦於那些對大多數從業者都至關重要的核心技術點。對我個人而言，最寶貴的一點是它對於設計哲學層麵的探討。作者似乎在每一章的結尾，都會不經意地拋齣一個關於工程倫理或未來趨勢的思考，引導讀者跳齣眼前的代碼和電路圖，去思考這項技術在更廣闊的社會和産業中的定位。這種宏觀視野的引入，使得學習過程充滿瞭智力上的挑戰和滿足感。它讓我意識到，設計一個高效的電路，不僅僅是技術問題，更是一種復雜的係統優化藝術，需要結閤對物理、數學乃至工程管理的深刻理解。這本書無疑是一次對自身知識體係的係統性重構過程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計和裝幀風格給我留下瞭非常深刻的印象，那種沉穩的藍色調和清晰的字體排版，立刻讓人感受到一種嚴謹的學術氣息。我是在尋找一本能夠係統梳理現代集成電路設計原理的專業書籍時偶然發現它的，初次翻閱時，就被其清晰的章節結構所吸引。它似乎不是那種堆砌術語的教科書，而是更側重於將復雜的理論概念，通過邏輯清晰的框架進行梳理和闡釋。尤其是前幾章對於半導體器件特性的基礎迴顧，雖然是經典內容，但其切入點非常新穎，仿佛是在用一種全新的視角重新審視我們習以為常的晶體管行為。書中對各種設計範式的介紹，從早期的靜態邏輯到最新的動態電路優化，都展現瞭作者深厚的行業積纍和對技術演進的深刻洞察。對於任何希望深入理解現代數字係統內核的工程師或學生來說，這本書無疑提供瞭一個堅實且富有啓發性的起點。它的排版布局非常適閤長時間閱讀和學習，圖錶的清晰度和信息密度拿捏得恰到好處，避免瞭視覺疲勞，同時也保證瞭知識的深度。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書在處理實際工程問題時的實用性遠超我的預期。很多同類書籍往往過於偏重理論的推導，使得讀者在閤上書本後，麵對實際的EDA工具和仿真環境時會感到無從下手。然而，這本書巧妙地在理論講解與工具應用之間架起瞭一座橋梁。它並非簡單地羅列軟件命令，而是深入探討瞭不同設計約束（比如速度、麵積和功耗）之間相互製約的權衡藝術。書中對時序分析和功耗預算的章節尤其精彩，作者沒有迴避實際設計中常見的“怪異”現象，反而通過具體的案例分析，展示瞭如何利用設計規則和仿真模型來預測和解決這些問題。我特彆欣賞作者在介紹新的設計方法論時，總會迴顧其曆史背景，這使得我們不僅知道“怎麼做”，更明白瞭“為什麼這樣做是最好的選擇”。這對於培養一個全麵的、具有批判性思維的IC設計工程師至關重要，它教會的不僅僅是技能，更是一種解決問題的思維框架。