CMOS電路活用技巧 (日)大幸秀成著 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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日大幸秀成著 著

圖書標籤:

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030341365

商品編碼：29659114444

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：CMOS電路活用技巧

定價：35.00元

作者：(日)大幸秀成著

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787030341365

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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內容提要

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本書以CMOS的小構成電路反相器為焦點，介紹CMOS器件的特點、結構、設計規則及製造方法。以標準邏輯電路為例，介紹瞭組閤邏輯電路、時序邏輯電路的定義、基本電路結構及其應用舉例。進而，介紹瞭接口的技巧和目前備受關注的模擬技術等。本書還涉及大規模集成電路（LSI）的話題，介紹其分類及發展趨勢，以及ASIC和存儲器的基本技術。
本書可供半導體製造行業的技術人員閱讀，也可供電子等相關專業師生參考。

目錄

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章 CMOS器件的現狀
1.1 半導體器件的分類
1.2 CMOS器件的特徵
1.3 CMOS産品的種類和特點
第2章 CMOS的結構
2.1 CMOS的結構
2.2 設計規則
2.3 CMOS的製造工程
2.3.1 襯底材料的製作
2.3.2 前工序
2.3.3 後工序
第3章 CMOS的基本特性與邏輯電路的基本結構
3.1 CMOS的基本特性
3.1.1 N-ch MOS FET的特性錶達式
3.1.2 P-ch MOS FET的特性錶達式
3.1.3 CMOS反相器的特性
3.1.4 邏輯閾值電壓
3.1.5 過渡區中的輸齣電壓
3.1.6 電阻近似
3.2 CMOS的特點
3.2.1 功率消耗小
3.2.2 能夠在低電壓下工作/工作電壓範圍寬
3.2.3 噪聲餘量大
3.2.4 容易集成化
3.2.5 輸入阻抗高
3.2.6 基於輸入電容的初次記憶
3.3 基本邏輯電路
3.4 正邏輯與負邏輯
3.5 基本電路
3.5.1 反相器
3.5.2 NAND門
3.5.3 NOR門
3.5.4 AND,OR門
3.5.5 傳輸門
3.5.6 時鍾脈衝門
3.5.7 Exclusive OR/NOR門
3.5.8 觸發器
3.6 CMOS的保護電路
3.6.1 輸入保護電路
3.6.2 輸齣的保護
3.6.3 電源/GND浮動時的保護
第4章 CMOS器件的種類與特徵
4.1 CMOS標準邏輯
4.1.1 雙極邏輯的誕生
4.1.2 CMOS邏輯的誕生
4.2 74***型的魅力
4.2.1 BiCMOS邏輯的特徵
4.2.2 ECL的特徵
4.2.3 ASIC的問世與標準邏輯的需要
4.2.4 單門邏輯的誕生
4.2.5 低電壓化的趨勢
4.2.6 封裝的發展趨勢
4.3 存儲器
4.3.1 ROM
4.3.2 RAM
4.4 ASIC的種類與特徵
4.4.1 ASIC化的潮流
4.4.2 半定製
4.4.3 PLD
4.4.4 門陣列
4.4.5 標準單元
4.4.6 全定製LSI
4.5 半定製LSI的設計方法
第5章 標準邏輯IC的功能與使用方法
5.1 組閤邏輯電路
5.1.1 門電路
5.1.2 門電路的應用舉例
5.1.3 特殊門電路
5.1.4 開路漏極
5.1.5 模擬開關
5.1.6 總綫緩衝器
5.1.7 雙嚮總綫緩衝器
5.1.8 總綫緩衝器與總綫的連接
5.1.9 多路轉換器/逆多路轉換器/選擇器
5.1.10 在多變數1輸齣邏輯電路中的應用
5.1.11 譯碼器/編碼器
5.1.12 使用譯碼器的CPU周邊LSI的選擇
5.2 時序邏輯電路
5.2.1 鎖存器
5.2.2 鎖存器的應用舉例
5.2.3 總綫數據的暫存記憶
5.3 觸發器
5.3.1 觸發器的動作
5.3.2 觸發器的應用舉例
5.3.3 總綫的數據分配和保持電路
5.3.4 計數器
5.3.5 計數器的串級連接舉例
5.3.6 移位寄存器
5.3.7 移位寄存器的應用舉例
5.3.8 單穩多諧振蕩器
5.3.9 單穩多諧振蕩器的應用舉例
第6章 CMOS邏輯IC的特性
6.1 CMOS器件的接口
6.2 CMOS器件的標準接口
6.2.1 CMOS的輸入輸齣特性
6.2.2 CMOS電平與TTL電平
6.2.3 CMOS電平的趨勢
6.3 接口的專門技術
6.3.1 扇齣端數
6.3.2 三態輸齣與輸齣衝突
6.3.3 上衝/下衝,反射,激振噪聲
6.3.4 綫連“或”電路與從低電壓嚮高電壓的電平變換
6.4 電壓變換接口
6.4.1 從高電壓嚮低電壓變換的接口
6.4.2 輸齣的容忍功能
6.4.3 從低電壓嚮高電壓變換的接口
6.4.4 高→低/低→高雙嚮電壓變換接口
6.5 冒險
6.5.1 冒險引起的故障
6.5.2 晶體管與CMOS邏輯的接口
6.5.3 高速接口(單端與差動傳送)概要
6.5.4 單端
6.5.5 差動傳送(異動)
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 耗損失效
7.2 失效模式
7.3 外來因素引起的失效
7.3.1 ESD造成的損傷
7.3.2 閂鎖造成的損傷
第8章 器件模擬與傳輸模擬
8.1 SPICE與IBIS
8.1.1 SPICE
8.1.2 IBIS
8.1.3 IMIC
8.2 LSI設計流程
8.3 基於SPICE的器件/電路模擬
8.3.1 器件模擬
8.3.2 電路模擬
8.3.3 SPICE模擬器的功能
8.4 傳輸模擬
8.4.1 數字信號的誤解
8.4.2 信號完整的基礎——方波是危險的
8.4.3 傳輸信號的高速化技巧
8.4.4 傳輸綫的等效電路
8.4.5 基於IBIS的傳輸模擬
8.4.6 EMI的法規
參考文獻

作者介紹

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大幸秀成
1982年畢業於愛媛大學電氣工程專業，進入東京芝浦電氣株式會社（現在的東芝）半導體事業本部，從事CMOS技術的標準邏輯工作。緻力於推進日本與歐美廠商的産品共同開發及全球標準化。現在依然從事和CMOS相關的産品開發及技術市場工作。
主要著作：
《基本·C-MOS標準ロジックIC活用マスタ》（CQ齣版社）

文摘

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序言

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《深入解析：現代集成電路設計中的關鍵技術與實踐》 在飛速發展的電子科技浪潮中，集成電路（IC）作為現代信息社會的核心驅動力，其設計與製造水平的不斷提升直接關係到技術革新的步伐。從我們日常使用的智能手機、高性能電腦，到尖端的通信設備、汽車電子以及醫療器械，無一不依賴於日益復雜和強大的集成電路。理解和掌握集成電路設計的精髓，已成為電子工程領域專業人士不可或缺的技能。 本書旨在為有誌於深入探索集成電路設計世界的工程師、研究人員以及相關專業的學生提供一個全麵而深入的視角。我們不局限於某一特定領域或技術，而是著眼於集成電路設計過程中普遍存在且至關重要的核心概念、通用技術以及前沿實踐，力求構建一個堅實的設計理論基礎，並輔以貼近實際的工程經驗。 一、 基石：理解與建模 任何復雜係統的構建都始於對其基礎單元的深刻理解。對於集成電路而言，這意味著需要深入掌握半導體器件的物理特性、工作原理以及其在電路中的行為錶現。我們將從晶體管——CMOS技術中最基本也最核心的構建模塊——齣發，詳細解析其工作機製，包括閾值電壓、跨導、寄生效應等關鍵參數如何影響電路性能。在此基礎上，我們將探討如何對這些器件進行精確的電路建模，以數學和物理的語言描述其行為，為後續的電路設計和仿真提供可靠依據。 理解器件模型並非終點，而是起點。集成電路設計需要將數以百萬計甚至數十億計的晶體管組閤成功能強大的係統。這就要求我們掌握不同層級的抽象和建模方法。從最底層的晶體管模型，到門級邏輯電路，再到寄存器傳輸級（RTL）描述，最後達到係統級建模，每一種抽象都服務於在不同設計階段進行有效的分析和驗證。本書將詳細介紹這些層級的建模語言和方法，如Verilog或VHDL，並闡述它們在描述數字邏輯、處理時序以及構建復雜功能模塊中的應用。 二、 構建：設計流程與方法 集成電路的設計是一個多階段、高度迭代的過程，其復雜性要求係統化的設計流程和方法論。本書將詳細剖析一個典型的集成電路設計流程，從需求分析、規格定義，到邏輯設計、物理設計，再到驗證和流片（tape-out）。我們將深入探討各個階段的關鍵活動和技術要點。 邏輯設計（Logic Design）：在這一階段，我們將數字係統的功能用邏輯門和寄存器來描述。重點將放在組閤邏輯和時序邏輯的設計，包括狀態機的設計、數據通路的設計以及控製邏輯的實現。我們還將介紹邏輯綜閤（Logic Synthesis）的概念，即如何將高層次的HDL描述自動轉化為門級網錶，以及如何優化邏輯以滿足時序、麵積和功耗的要求。 物理設計（Physical Design）：這是將邏輯設計轉化為可製造的物理布局的過程。本書將全麵介紹物理設計的各個環節，包括： 布局（Placement）：決定瞭設計中每個邏輯門和存儲單元在芯片上的位置，直接影響布綫長度和時序。我們將探討不同的布局策略和優化算法。 布綫（Routing）：連接各個布局好的單元，將信號從源端引嚮目標端。我們將討論多層金屬布綫技術、布綫算法以及信號完整性（Signal Integrity）問題，如串擾（Crosstalk）和信號延遲。 時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis, CTS）：為瞭保證時序的穩定，時鍾信號需要以最小的偏斜（Skew）和抖動（Jitter）到達芯片的每一個寄存器。我們將深入講解CTS的原理、算法以及優化技術。 電源和地網格設計（Power and Ground Network Design）：穩定的電源和地供應是電路正常工作的關鍵。我們將探討如何設計有效的電源和地網格，以降低壓降（IR Drop）和電源噪聲。 版圖規則檢查（Design Rule Checking, DRC） 和 寄生參數提取（Parasitic Extraction）：在完成物理布局和布綫後，需要進行DRC檢查以確保版圖符閤製造工藝的要求，並提取電路的寄生參數（電阻和電容），用於後續的精確仿真。 三、 驗證：確保設計的正確性 集成電路的復雜性使得任何設計都可能存在潛在的錯誤。因此，驗證在整個設計流程中占據著至關重要的地位。本書將重點闡述各種驗證技術和方法，以確保設計的正確性和魯棒性。 仿真（Simulation）：我們將詳細介紹不同層次的仿真技術，包括晶體管級仿真、門級仿真和RTL仿真。重點將放在如何編寫有效的測試平颱（Testbench），設計全麵的測試嚮量（Test Vectors），以及利用高級仿真器來加速驗證過程。 形式驗證（Formal Verification）：與傳統的仿真驗證不同，形式驗證利用數學方法來證明或證僞設計屬性。我們將介紹模型檢測（Model Checking）和等價性檢查（Equivalence Checking）等形式驗證技術，以及它們在查找潛在錯誤和保證設計一緻性方麵的優勢。 靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）：STA是一種無需測試嚮量的驗證方法，用於檢查設計在所有可能的工藝、電壓和溫度（PVT）條件下是否滿足時序要求。我們將深入講解STA的基本原理、關鍵指標（如建立時間和保持時間），以及如何解讀STA報告並解決時序違例。 物理驗證（Physical Verification）：除瞭DRC，物理驗證還包括版圖與原理圖的電學一緻性檢查（Layout Versus Schematic, LVS），確保物理版圖準確地映射瞭邏輯設計。 四、 性能優化與挑戰 現代集成電路設計麵臨著多重性能指標的權衡，包括速度（Performance）、功耗（Power）和麵積（Area），即PPA。本書將深入探討在設計過程中如何進行PPA優化。 時序優化（Timing Optimization）：如何通過改進邏輯設計、調整布局布綫、優化時鍾樹等手段來提高電路的工作頻率。 功耗優化（Power Optimization）：包括動態功耗和靜態功耗的分析與降低。我們將介紹門控時鍾（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）、動態電壓頻率調整（DVFS）等先進的低功耗設計技術。 麵積優化（Area Optimization）：如何在保證性能和功耗的前提下，盡可能減小芯片的麵積，降低製造成本。 除瞭PPA的挑戰，本書還將探討集成電路設計中的其他重要議題： 信號完整性（Signal Integrity, SI）：分析和解決高速信號傳輸過程中齣現的信號衰減、反射、串擾等問題，確保信號的質量。 電源完整性（Power Integrity, PI）：確保芯片在各種工作狀態下都能獲得穩定可靠的電源供應，避免由電源噪聲引起的電路故障。 可靠性設計（Reliability Design）：考慮芯片在長期工作過程中可能遇到的各種可靠性問題，如熱失效、電遷移（Electromigration）、量子隧穿等，並提齣相應的預防措施。 工藝技術與設計協同（Process Technology and Design Co-optimization）：理解先進半導體工藝技術（如FinFET、GAAFET）的特點，以及如何在這種技術下進行最優化的電路設計。 設計自動化（Design Automation, EDA）工具：介紹集成電路設計中常用的EDA工具，以及它們如何在邏輯綜閤、物理設計、驗證等環節發揮關鍵作用。 五、 前沿技術與發展趨勢 集成電路設計領域正以前所未有的速度發展，新的技術和設計理念不斷湧現。本書將對當前和未來的集成電路設計前沿進行展望： 異構集成（Heterogeneous Integration）：如何將不同工藝、不同功能的芯片通過先進封裝技術集成在一起，以實現更高的性能和更低的功耗。 人工智能在IC設計中的應用：探討如何利用機器學習等AI技術來加速設計收斂、優化設計結果，以及實現更智能的設計流程。 新型存儲器和計算架構：介紹當前正在研究和發展的新型存儲器技術（如ReRAM, MRAM）以及麵嚮特定應用的新型計算架構（如AI芯片、量子計算處理器）的設計挑戰。 安全與隱私設計：在日益復雜的數字環境中，如何設計具備硬件安全和隱私保護功能的集成電路。 結論 本書力求為讀者提供一個係統、全麵且實用的集成電路設計知識體係。我們不僅會深入講解核心理論，還會結閤工程實踐，分享設計中的常見問題和解決方案。通過學習本書，讀者將能夠更深刻地理解集成電路的設計原理，掌握現代IC設計流程中的關鍵技術，並具備應對未來技術挑戰的能力。無論您是剛剛踏入集成電路設計領域的初學者，還是希望深化專業知識的資深工程師，本書都將是您寶貴的參考資源。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度，遠遠超齣瞭我原先的預期。我原本以為它會側重於基礎理論的羅列，但實際上，作者巧妙地將晦澀的晶體管特性與實際應用場景緊密結閤起來，形成瞭一種非常立體的知識結構。比如，書中對特定工藝節點下寄生效應的處理，沒有停留在公式推導層麵，而是深入探討瞭在實際流片中，這些效應是如何影響最終芯片性能的，這對於我們這些做IC設計的人來說，無疑是極具價值的實戰經驗。每一次翻閱，都會有新的感悟，似乎總能在不經意間發現被之前忽略掉的細節。作者的敘述邏輯性極強，知識點的鋪陳猶如搭建一座精密的大廈，層層遞進，穩固可靠。這種嚴謹又不失靈活的寫作方式，使得即便是初次接觸這些前沿技術的人，也能沿著作者的思路，逐步構建起完整的認知框架。讀完一部分後，那種豁然開朗的感覺，是其他同類書籍難以給予的。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我對這類偏嚮“技巧”的書籍總是抱持著一絲警惕，生怕它們流於錶麵，隻是一些零散的“小竅門”的堆砌。然而，這本書卻展現齣一種罕見的係統性。它並非簡單地羅列“該怎麼做”，而是深入剖析瞭“為什麼”要這麼做。從底層物理原理齣發，逐步推導齣設計中的最佳實踐路徑，這種“知其所以然”的教育方式，徹底改變瞭我對一些傳統電路設計的看法。書中提供的案例分析非常詳盡，每一步操作都配有清晰的圖示和參數說明，使得理論與實踐之間的鴻溝被有效地彌閤瞭。閱讀過程中，我多次停下來，對照自己電腦上的EDA工具界麵，嘗試復現書中的操作和分析結果，這種即學即用的體驗，極大地提升瞭學習的效率和樂趣。它提供的是一套解決問題的思維框架，而不是僵化的步驟指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，很大程度上取決於作者的文字魅力，他似乎有一種魔力，能把原本枯燥的數字和波形變得生動起來。我尤其欣賞他那種略帶幽默感的筆觸，特彆是在處理那些長期睏擾工程師的“疑難雜癥”時，作者總能用一種輕鬆的方式點明問題的關鍵所在，讓讀者在會心一笑中解決睏惑。舉個例子，書中描述某個噪聲抑製技巧時，用瞭一個非常形象的比喻，我至今印象深刻。這種人文化的錶達方式，極大地降低瞭技術閱讀的門檻，也讓整個學習過程充滿瞭愉悅感。對於我這種偏愛以故事和情境來記憶知識點的人來說，這本書簡直是量身定做。它讀起來更像是一本高質量的技術隨筆集，而不是冷冰冰的教材，讓人願意反復品讀，而不是束之高閣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀真是讓人眼前一亮，那種沉甸甸的質感，拿在手裏就不免對裏麵的內容産生莫名的期待。封麵設計簡潔卻不失內涵，一看就知道是經過精心打磨的。書頁的紙張質量也很好，即使用熒光筆做瞭很多標記，也不會顯得油膩或者透墨，閱讀體驗非常舒適。作者的行文風格流暢自然，仿佛一位經驗豐富的前輩在娓娓道來，沒有那種教科書式的生硬和枯燥。特彆是對於一些復雜概念的闡述，總能找到一個非常貼切的比喻來幫助理解，這在技術類書籍中實屬難得。拿到這本書後，我立刻找瞭一個安靜的下午，泡瞭杯茶，沉浸其中，感覺時間都慢瞭下來。不得不說，光是翻閱的過程本身，就是一種享受，讓我對後續的學習充滿瞭信心。它不僅僅是一本工具書，更像是一件值得收藏的工藝品，光是放在書架上，都能為我的工作區增添幾分專業氣息。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書的價值，並不僅僅在於它傳授的具體電路優化方法，更在於它培養瞭一種“工程師的直覺”。作者在書中多次強調瞭設計權衡（Trade-off）的重要性，並用大量的篇幅展示瞭在不同約束條件下，如何靈活調整設計策略。這種對全局觀的引導，比任何單一的優化技巧都要寶貴得多。書中穿插的一些關於設計哲學和職業生涯規劃的思考，也讓我受益匪淺，它讓我意識到，技術深度固然重要，但對整個係統和項目目標的理解同樣不可或缺。這本書給我帶來的，是一種從“執行者”嚮“思考者”轉變的推動力，它激勵我去質疑現有的設計範式，並主動去探索更優的解決方案。這已經超越瞭一本純粹的技術手冊的範疇，更像是一份對未來工程師的期許與指導。