集成电路系统设计、验证与测试 (美)Louis Scheffer 978703021490 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美Louis Scheffer 著

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• 系统设计
• 验证
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• 芯片设计
• 电子工程

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030214904

商品编码：29689120393

包装：平装

出版时间：2008-06-01

基本信息

书名：集成电路系统设计、验证与测试

定价：62.00元

作者：(美)Louis Scheffer

出版社：科学出版社

出版日期：2008-06-01

ISBN：9787030214904

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.781kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是“集成电路EDA技术”丛书之一，内容涵盖了IC设计过程和EDA，系统级设计方法与工具，系统级规范与建模语言，SoC的IP设计，MPSoC设计的性能验证方法，处理器建模与设计工具，嵌入式软件建模与设计，设计与验证语言，数字仿真，并详细分析了基于声明的验证，DFT，而且专门探讨了ATPG，以及模拟和混合信号测试等，本书还为IC测试提供了方便而全面的参考。
本书可作为从事电子科学与技术、微电子学与固体电子学以及集成电路工程的技术人员和科研人员即以高等院校师生的常备参考书。

目录

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部分 介绍
　章 引言
　1.1 集成电路电子设计自动化简介
　1.2 系统级设计
　1.3 微体系结构设计
　1.4 逻辑验证
　1.5 测试
　1.6 RTL到GDSII，综合、布局和布线
　1.7 模拟和混合信号设计
　1.8 物理验证
　1.9 工艺计算机辅助设计
　参考文献
　第2章 IC设计流程和EDA
　2.1　绪论
　2.2　验证
　2.3 实 现
　2.4　可制造性设计
　参考文献
第2部分 系统级设计
　第3章 系统级设计中的工具和方法
　3.1　绪论
　3.2　视频应用的特点
　3.3　其他应用领域
　3.4　平台级的特点
　3.5　基于模型的设计中计算和工具的模型
　3.6　仿真
　3.7　软、硬件的协同综合
　3.8　总结
　参考文献
　第4章 系统级定义和建模语言
　4.1　绪论
　4.2　特定领域语言和方法的调研
　4.3　异构平台及方法学
　4.4　总结
　参考文献
　第5章 SOC基于模块的设计和IP集成
　5.1 IP复用和基于模块设计的经济性问题
　5.2 标准总线接口
　5.3 基于声明验证的使用
　5.4 IP配置器和生成器的使用
　5.5 设计集成和验证的挑战
　5.6 SPIRIT XML数据手册提案
　5.7 总结
　参考文献
　第6章 多处理器的片上系统设计的性能评估方法
　6.1　绪论
　6.2　对于系统设计流程中性能评估的介绍
　6.3　MPSoC性能评估
　6.4　总结
　参考文献
　第7章 系统级电源管理
　 7.1　绪论
　7.2　动态电源管理
　7.3　电池监控动态电源管理
　7.4　软件级动态电源管理
　7.5　总结
　参考文献
　第8章 处理器建模和设计工具
　8.1　绪论
　8.2　使用ADL进行处理器建模
　8.3　ADL驱动方法
　8.4　总结
　参考文献
　第9章　嵌入式软件建模和设计
　9.0　摘要
　9.1　绪论
　9.2　同步模型和异步模型
　9.3 同步模型
　9.4　异步模型
　9.5　嵌入式软件模型的研究
　9.6　总结
　参考文献
　0章 利用性能指标为IC设计选择微处理器内核
　10.1　绪论
　10.2　作为基准点测试平台的ISS
　10.3　理想与实际处理器基准的比较
　10.4　标准基准类型
　10.5 以往的性能级别MIPS、MOPS和MFLOPS
　10.6　经典的处理器基准（早期）
　10.7　现代处理器性能基准
　10.8　可配置性处理器和处理器内核基准的未来
　10.9　总结
　参考文献
　1章 并行高层次综合：一种高层次综合的代码转换方法
　11.1　绪论
　11.2　技术发展水平的背景及调研
　11.3　并行HLS
　11.4 SPARK PHLS框架
　11.5　总结
　参考文献
第3部分 微体系结构设计
第4部分　逻辑验证
第5部分　测试

作者介绍

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文摘

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序言

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芯片的灵魂：从设计到量产的全景扫描 在信息技术飞速发展的今天，我们生活中的一切几乎都离不开小小的集成电路，它们是智能手机、高性能计算机、自动驾驶汽车乃至医疗设备的“大脑”和“神经系统”。然而，这些微小而强大的芯片并非凭空而生，它们是无数工程师智慧与汗水的结晶，历经严谨的设计、精密的验证与苛刻的测试，方能最终踏上市场，为人类社会贡献力量。本书将带您深入探索集成电路设计的全貌，揭示从最初的构思到最终成品的全过程，让您窥见芯片制造这一高科技领域的精髓。 第一章：设计的蓝图——从需求到架构 一切始于一个想法，一个解决实际问题的需求。集成电路设计的起点，便是对最终产品的性能、功耗、成本等指标进行细致的分析与定义。在这个阶段，工程师需要明确芯片所要承担的功能，并将其分解为一系列可实现的模块。这如同建筑师在建造一座宏伟的摩天大楼前，需要绘制详细的设计图纸。 需求分析与规格定义： 这一步至关重要，它决定了芯片的“能做什么”和“做到什么程度”。工程师需要深入理解市场需求、应用场景，并将其转化为量化的技术指标，例如运算速度、存储容量、接口类型、工作电压、功耗上限等。模糊的需求将导致设计方向的偏差，造成后续的返工和资源浪费。 高层架构设计： 在明确需求后，工程师会勾勒出芯片的整体框架，即高层架构。这涉及到如何将芯片的功能划分为不同的处理单元、存储单元、输入输出接口等，以及它们之间如何相互连接和协作。这就像是为一座城市规划出不同的区域，如住宅区、商业区、工业区，并设计好交通网络。 模块化设计理念： 现代集成电路的设计遵循模块化原则。将复杂的功能分解为若干个独立的、可复用的模块，可以极大地提高设计效率，并允许不同团队并行开发。每个模块都有明确的接口和功能定义，使得整体系统的集成更加容易。 性能预估与权衡： 在设计初期，工程师需要对不同设计方案的性能进行初步预估。这通常涉及对关键路径的分析，以及对功耗和面积的考量。在资源有限的情况下，如何在性能、功耗和成本之间找到最佳平衡点，是设计的核心挑战之一。例如，为了追求更高的运算速度，可能会增加芯片的功耗和面积，反之亦然。 设计流程的演进： 从早期的手动绘制电路图，到如今高度自动化的电子设计自动化（EDA）工具，集成电路设计流程经历了巨大的变革。EDA工具的使用极大地提高了设计的效率和准确性，但同时也对工程师的理论知识和逻辑思维能力提出了更高的要求。 第二章：逻辑的雕琢——寄存器传输级(RTL)设计 在确定了芯片的整体架构后，设计便进入了更为精细的逻辑实现阶段。寄存器传输级（RTL）设计是这一阶段的核心，它使用硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，来描述芯片内部的数据流和控制逻辑。 硬件描述语言(HDL)的应用： HDL不仅仅是一种编程语言，它是一种描述硬件行为的语言。通过HDL，工程师能够精确地描述数据如何在寄存器之间传输，以及由哪些逻辑门电路来实现数据的处理和转换。这就像是编写一套精确的指令集，告诉芯片“如何思考”。 组合逻辑与时序逻辑： RTL设计主要围绕两种逻辑展开：组合逻辑和时序逻辑。组合逻辑的输出仅取决于当前的输入，例如加法器、多路选择器等。时序逻辑则包含存储单元（如触发器和寄存器），其输出不仅取决于当前输入，还与之前的状态有关，它负责存储和传递信息，是芯片“记忆”的基础。 状态机设计： 许多控制逻辑都可以通过有限状态机（FSM）来描述。FSM定义了一系列状态，以及在不同输入信号作用下从一个状态转移到另一个状态的规则。这使得复杂的控制流程能够被清晰地建模和实现，例如在处理通信协议时，需要根据接收到的信号在不同的状态之间切换。 验证友好性设计： 在RTL设计阶段，就要开始考虑验证的便利性。良好的RTL设计应该易于理解、易于修改，并且能够方便地被验证工具检查。例如，通过引入测试点、使能信号等，可以在后续的验证阶段更方便地监测内部信号。 综合前的准备： RTL代码是电路综合工具的输入。综合工具会将HDL代码转化为一系列逻辑门和触发器组成的网表。因此，在编写RTL代码时，工程师需要遵循一定的编码规范，以确保综合结果的效率和正确性。 第三章：模拟的灵魂——模拟与混合信号设计 并非所有的集成电路都只包含数字逻辑。许多应用，如传感器接口、射频通信、电源管理等，都需要模拟信号的处理。模拟和混合信号设计是集成电路设计中一个尤为复杂且精密的领域。 模拟电路基础： 模拟电路的设计依赖于晶体管、电阻、电容等基本元器件的特性。工程师需要深入理解半导体物理和器件模型，以设计出具有特定增益、带宽、噪声等性能指标的放大器、滤波器、基准电压源等。 混合信号集成： 现代芯片往往将数字和模拟电路集成在同一颗芯片上。这需要仔细考虑数字信号对模拟信号的干扰（如电源噪声、串扰），以及如何实现高精度的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）。 版图设计的重要性： 与数字电路主要关注逻辑功能不同，模拟电路的性能对物理布局（版图）极为敏感。元器件的尺寸、相对位置、走线的长度和宽度等都会影响电路的性能。因此，模拟电路的设计往往与版图设计紧密结合。 噪声与失真分析： 模拟电路设计中，如何降低噪声、减少信号失真，是工程师需要持续关注的问题。微弱的信号可能被噪声淹没，而信号的非线性处理会导致失真，这些都会严重影响芯片的最终性能。 工艺模型的应用： 模拟电路的设计高度依赖于特定半导体工艺的特性。工程师需要使用由代工厂提供的精确的工艺模型，来预测电路的行为，并进行优化。 第四章：设计的校阅——功能验证 “验证是设计的灵魂”，这句话在集成电路领域得到了充分体现。在芯片投入流片（生产）之前，必须对其功能进行全面的验证，以确保其设计符合规格要求，并排除潜在的错误。 验证的必要性： 集成电路的设计极其复杂，包含数百万甚至数十亿个晶体管。即使是最小的设计错误，在流片后也可能导致整个芯片报废，造成巨额的经济损失。因此，充分的验证是降低风险、保证质量的关键。 测试平台与测试向量： 验证工作通常在一个专门的测试环境中进行。工程师会编写测试程序，生成一系列输入信号（测试向量），并观察芯片的输出是否符合预期。这些测试向量需要覆盖各种正常和异常的工况。 仿真器与验证语言： 仿真器是验证过程中最核心的工具，它可以模拟芯片在不同输入下的行为。常用的验证语言，如SystemVerilog，提供了丰富的建模和断言（Assertions）功能，使得工程师能够更高效地描述测试场景和检查设计错误。 断言（Assertions）的应用： 断言是一种在设计代码中嵌入的检查语句，用于在仿真过程中对特定条件进行判断。如果某个断言失败，就意味着设计存在问题。这比仅仅检查输出值更为强大，可以捕捉到一些不易察觉的逻辑错误。 覆盖率（Coverage）： 覆盖率是衡量验证充分性的重要指标。它统计了在仿真过程中，设计中的哪些部分被执行过，哪些信号被观测过。高覆盖率意味着设计的绝大部分功能和路径都经过了测试。 形式验证（Formal Verification）： 与基于仿真的验证不同，形式验证是一种数学方法，它能够证明设计在所有可能的输入下都满足特定的属性。对于一些关键的控制逻辑或安全敏感的设计，形式验证可以提供比仿真更强的保证。 第五章：物理的实现——版图设计与布局布线 RTL代码和逻辑门网表描述了芯片的“功能”，而版图设计则将这些逻辑转化为可以在半导体晶圆上制造的物理图形。 从网表到版图： 布局布线工具（Place and Route tools）接收网表作为输入，并在虚拟的芯片区域内，将逻辑门和触发器放置在合适的位置，并用金属导线将它们连接起来。 布局（Placement）： 这一步的目标是将逻辑单元放置在芯片上，同时考虑信号的长度、时延、功耗以及散热等因素。优化的布局可以减少信号串扰，提高时序性能。 布线（Routing）： 布线是指在放置好的单元之间连接导线，以实现逻辑功能。布线工程师需要在多层金属层之间穿梭，确保所有连接都正确无误，同时还要满足信号完整性、时序和功耗的要求。 设计规则检查（DRC）与版图与原理图一致性检查（LVS）： 在版图设计完成后，必须进行一系列严格的检查。DRC确保版图符合半导体制造工艺的要求，例如导线之间的最小间距、最小宽度等。LVS则验证生成的版图是否与之前的逻辑设计（原理图）完全一致，确保没有引入逻辑错误。 时延分析与功耗分析： 布局布线完成后，会生成精确的电路寄生参数，包括导线的电阻和电容。基于这些参数，可以对芯片的时延和功耗进行更精确的分析，并根据分析结果对布局布线进行优化。 第六章：生产的淬炼——流片与制造 经过严谨的设计与验证，芯片的设计文件（GDSII格式）被发送到晶圆代工厂，开始其物理制造的旅程。 光掩模制造： 设计文件被转化为一系列光掩模（Photomasks），这些光掩模如同印章，用于在硅片上逐层雕刻出电路图形。 晶圆制造（Fabrication）： 在洁净室环境中，经过一系列复杂的光刻、刻蚀、沉积、离子注入等工艺步骤，将设计好的电路逐层地“生长”在硅片上。这一过程需要极高的精度和控制力。 晶圆测试（Wafer Testing）： 在晶圆制造完成后，会对每一颗芯片进行初步的电学测试，以识别出有缺陷的芯片，并将其标记出来。 切割与封装： 将制造好的晶圆切割成独立的芯片，然后将这些裸芯片封装到外部引脚的器件中，以便于焊接和连接到电路板上。 封装测试： 封装完成后，还需要对每一颗封装好的芯片进行最终的电学测试，以确保其功能、性能和可靠性都符合要求。 第七章：质量的把关——芯片测试 芯片的测试是一个贯穿设计、制造到最终产品出厂的持续过程，它直接关系到产品的质量和可靠性。 测试策略的制定： 根据芯片的复杂度和应用场景，需要制定详细的测试策略，包括需要测试的功能、测试的覆盖范围、测试的频率和模式等。 ATE（Automatic Test Equipment）的应用： 自动测试设备是芯片测试的核心工具。它们能够以极高的速度和精度，对芯片进行大量的电学测试，检测芯片是否存在功能缺陷、参数超差等问题。 功能测试： 验证芯片是否按照设计规格正确执行其所有功能。这通常涉及输入各种合法的和非法的激励信号，并检查输出结果。 参数测试： 测试芯片的各项性能参数，如工作电压、工作电流、频率响应、时序参数等，是否在设计允许的范围内。 可靠性测试： 对芯片进行各种环境应力测试，如高温、低温、高湿、振动、老化等，以评估芯片在长期使用中的可靠性。 失效分析： 当测试发现芯片存在缺陷时，需要进行失效分析，找出产生缺陷的原因，以便于改进设计或制造工艺。 结语 集成电路的设计、验证与测试是一个多学科交叉、高度复杂且充满挑战的领域。它要求工程师不仅具备扎实的理论基础，还需要熟练掌握各种EDA工具，并拥有严谨的逻辑思维和解决问题的能力。本书所描绘的，是芯片从无到有、从抽象到具象的完整旅程，是现代科技进步的基石。每一次科技的飞跃，都离不开这些隐藏在微小芯片中的智慧与创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，拿到手里就感觉分量十足，厚厚的，感觉像是沉甸甸的知识块被压在了一起。封面设计得挺朴实，那种理工科书籍特有的简洁风格，没有太多花哨的装饰，直奔主题。翻开内页，排版清晰，图表绘制得非常专业，线条流畅，一看就是下了大功夫的。我尤其欣赏作者在引入概念时那种循序渐进的处理方式，不像有些教材上来就是一堆复杂的公式和术语，让人望而却步。这本书像是请了一位经验极其丰富的导师，耐心地为你拆解每一个复杂的电路模块，从最基础的逻辑门如何构建，到整个系统如何协同工作，都讲解得深入浅出。特别是关于设计流程的描述，简直就像是拿到了一份业界标准的“操作手册”，每一个步骤都有明确的指导和注意事项，这对于我们这些希望将理论知识转化为实际工程能力的学习者来说，无疑是最大的福音。我感觉自己不是在读一本教材，而是在跟着一位真正的专家进行项目实战的预演。那种对细节的把控和对潜在问题的预见性，让人对作者的专业水平肃然起敬。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性简直是“硬核”级别的，它不是那种读完后只能在理论考试中拿高分的书，而是那种可以让你立即带到工作台前翻阅并解决实际问题的工具书。我欣赏它在软件工具链选择和使用上的客观评价，没有偏袒任何一家商业巨头，而是从解决问题的角度出发，推荐了最适合特定场景的方法论。尤其值得称赞的是，书中关于可测试性设计（DFT）的介绍，非常系统化。在现在的集成电路制造中，DFT的重要性不言而喻，但很多教材往往一带而过，这本书却用了大量的篇幅来阐述扫描链的插入、边界扫描的实现，以及如何有效地利用这些技术来降低测试成本和提高良率。这体现了作者对现代IC工业流程的深刻理解，真正做到了与时俱进，而不是抱着过时的知识体系不放。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的文字有一种独特的韵律感，虽然内容是技术性的，但作者的叙述方式却充满了逻辑的美感。它不会像某些翻译过来的技术文档那样生硬晦涩，读起来有一种非常顺畅的“水流感”。我特别留意了其中关于“验证”和“测试”章节的处理，这是很多初学者容易忽视但却是项目成败关键的环节。作者没有简单地罗列测试向量，而是深入探讨了如何构建一个健壮的测试平台，如何使用仿真工具来模拟极端工作条件，以及如何从测试结果中反向推导出设计中的潜在缺陷。这种思维模式的培养，远比记住几个公式更有价值。我感觉自己像是站在一个高处俯瞰整个IC设计的生命周期，而不是仅仅局限于某个小小的模块实现。书中的案例分析也非常贴合实际的工程挑战，很多时候，你都能在那些看似虚拟的场景中，找到自己曾经遇到或者未来可能会遇到的难题的影子，这让知识的迁移性大大增强。

评分☆☆☆☆☆

对于一个工程背景的读者来说，这本书带来的最大启发在于它对“系统思维”的强调。设计一个芯片，从来都不是简单地把一堆模块拼凑起来，而是要考虑它们在整个生态系统中的行为、与外部世界的交互，以及如何在成本、性能和功耗之间找到那个“甜点”。这本书贯穿始终的线索就是这种全局观。无论是协议层面的对接，还是物理层面的约束，作者总能引导读者将注意力从单一的门电路拉回到整个系统的性能指标上。我发现，自从开始认真研读这本书后，我在自己参与的项目评审中，提出的问题角度都变得更加全面和深入了，不再仅仅关注代码或电路图本身，而是开始质疑设计的边界条件、鲁棒性和长期维护性。这是一种知识带来的质变，它重塑了我的问题解决框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都达到了一个令人惊叹的平衡点。它不像那种只停留在表面概念介绍的入门读物，也不是那种只有资深博士才能理解的纯理论专著。它恰恰卡在了那个“黄金分割点”上——既有足够的理论基础支撑，又有极其丰富的工程实践指导。比如，当谈到版图设计和功耗优化时，作者会毫不犹豫地引入实际的物理限制和制造工艺的考量，这立刻将抽象的数字电路提升到了真实的半导体物理层面。我花了很长时间去消化其中关于时序分析的部分，作者用近乎艺术家的细腻笔触，将复杂的时序路径分解、量化，并通过大量的图示来辅助理解，即便是第一次接触这些复杂概念的读者，也能建立起一个坚实的框架。这本书的价值在于，它提供了一个从“想法”到“芯片”的全景路线图，而不是仅仅聚焦于某个孤立的技术点。