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出版者:电子工业出版社

作者:谭中华

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2004-3-1

价格:19.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505396784

丛书系列:

图书标签:

• 模拟电路
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• 电子技术
• 电路设计
• 基础电子学
• 高等教育
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• 电子工程

现代集成电路设计与应用：从原理到实践 图书名称：现代集成电路设计与应用：从原理到实践 ISBN： 待定 出版社： 电子工业出版社 出版日期： 2024年秋季 --- 图书简介 内容概述： 《现代集成电路设计与应用：从原理到实践》是一本面向电子工程、微电子学专业本科高年级学生、研究生以及一线IC设计工程师的深度技术专著。本书旨在全面、系统地梳理当前主流集成电路（IC）设计领域的核心理论、先进工艺技术、设计流程以及实际应用案例，特别侧重于高性能、低功耗、高可靠性的数字CMOS电路设计方法学和模拟/混合信号电路的系统级实现。全书内容紧密结合当前半导体技术节点（如FinFET及GAA结构）的发展趋势，力求理论深度与工程实践的完美结合。 本书的独到之处在于其“跨越式”的知识结构： 它不仅详述了从晶体管物理到标准单元库构建的基础理论，更深入探讨了在深亚微米乃至纳米尺度下面临的各种物理效应、设计挑战（如寄生效应、串扰、电源完整性）以及相应的EDA工具流和设计自动化方法。本书强调的不仅仅是“如何设计”，更是“为何要这样设计”，引导读者建立起对电路行为的深刻物理理解。 核心章节与重点内容： 第一部分：CMOS晶体管与工艺基础（Fundamentals of CMOS Transistors and Fabrication） 本部分奠定了全书的物理基础。详细阐述了MOSFET的工作原理，包括其I-V特性、阈值电压的精确控制、短沟道效应（SCE）的详细分析。重点探讨了从平面CMOS到鳍式场效应晶体管（FinFET）和环栅（GAA）晶体管的演进，分析了不同晶体管结构对亚阈值摆幅、功耗和速度的影响。同时，系统介绍了先进半导体制造工艺的流程，如光刻、刻蚀、薄膜沉积和离子注入，并讨论了先进节点中关键的工艺变异（Process Variation）对电路性能的影响及应对策略。 第二部分：数字集成电路设计（Digital Integrated Circuit Design） 本部分聚焦于现代高性能数字系统的核心——标准单元设计与系统级优化。 1. 标准单元设计与库管理： 详细讲解了标准单元（Standard Cells）的布局、布线规则，以及如何设计具有特定驱动能力和速度要求的逻辑门。深入分析了时序分析（Static Timing Analysis, STA）的关键参数，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time），以及如何利用时序报告进行设计收敛。 2. 功耗管理技术： 系统地介绍了数字电路中的静态功耗和动态功耗的量化模型。重点讲解了先进的低功耗设计技术，如多电压域设计（Multi-Voltage Domains）、时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）及其在SoC中的实现策略。 3. 时钟网络设计（Clock Tree Synthesis, CTS）： 这是高速IC设计的核心难点之一。本书详细解析了时钟抖动（Jitter）、时钟偏移（Skew）的成因，并给出了优化H树（H-tree）和缓冲器放置以确保时钟信号完整性的工程实践。 4. 低压差与电源完整性（IR Drop and Power Integrity）： 阐述了片上电源网络的电阻和电感对电压稳定性的影响（IR Drop），并介绍了电源规划、去耦电容（Decoupling Capacitors）的优化放置，确保芯片在全速运行时电源轨的稳定性。 第三部分：模拟与混合信号电路设计（Analog and Mixed-Signal Circuit Design） 本部分深入探索了对精度、线性度和噪声敏感的模拟电路设计艺术。 1. 基础模拟模块分析： 详细分析了各种偏置电路、电流镜、带宽扩展技术。重点讲解了运算放大器（Op-Amp）的频率补偿技术（如密勒补偿、导纳校正），以及共源共栅（Folded Cascode）和单位增益带宽（GBW）的精确计算与优化。 2. 数据转换器（Data Converters）： 对模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）进行了深度剖析。重点对比了流水线ADC、Sigma-Delta ADC和SAR ADC的结构、优缺点及设计考量。详细讨论了失调（Mismatch）、非线性度（INL/DNL）的消除和校准技术。 3. 噪声与线性度分析： 运用严格的噪声模型（如等效输入噪声、信噪比SNR），指导读者如何优化模拟模块的噪声性能。同时，系统讲解了三阶截点（IIP3）和无杂散动态范围（SFDR）在射频（RF）和基带电路设计中的意义。 第四部分：设计实现与验证流程（Design Implementation and Verification Flow） 本部分将理论与实际的EDA工具流相结合，覆盖了从RTL到GDSII的完整流程。 1. 前端设计与综合（Synthesis）： 介绍如何编写高质量、易于综合的RTL代码，以及逻辑综合过程（Logic Synthesis）中约束文件的作用。 2. 后端物理设计（Physical Design）： 详细阐述了布局规划（Floorplanning）、电源规划、标准单元布局、详细布线（Detailed Routing）的步骤和优化目标。重点涵盖了设计规则检查（DRC）和版图寄生参数提取（Extraction）。 3. 高级验证方法： 强调了在当前复杂系统中，仿真验证的重要性。覆盖了功能验证中的仿真方法学（如UVM/SystemVerilog），以及静态和动态形式验证（Formal Verification）在时序和等价性检查中的应用。 4. 可靠性与可测试性设计（DFM/DFT）： 探讨了制造缺陷对芯片可靠性的影响，讲解了可测试性设计（Design for Testability, DFT）技术，如扫描链（Scan Chains）的嵌入、边界扫描（Boundary Scan）和内建自测试（BIST）的应用，以确保量产后的可测试性。 目标读者： 电子工程、微电子学、通信工程相关专业的本科高年级学生及研究生。 从事ASIC/SoC设计、IP核开发、模拟/射频前端设计的初级及中级工程师。 希望系统性掌握现代IC设计全流程的硬件架构师。 本书价值： 本书不仅仅是知识的罗列，更是对复杂IC设计挑战的系统化解决方案。通过阅读本书，读者将能够掌握从晶体管层面的物理直觉到系统级架构选择的完整设计思维链条，能够熟练应用业界主流的设计方法和工具，为未来在尖端半导体技术领域的工作奠定坚实基础。书中丰富的案例分析和工程考量，确保了理论知识能够高效地转化为实际的工程能力。

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我是一个注重阅读体验的人，坦白说，这本书的排版风格略显陈旧，字体和图表的清晰度与市面上那些追求极致视觉效果的科技图书相比，稍逊一筹。不过，这种“老派”的风格也带来了一种独特的沉稳感，让我感觉自己正在阅读一本经过时间检验的经典著作。在电路图的绘制上，作者显然是花了心思的，标注清晰，元件符号符合国际标准，虽然没有炫酷的三维渲染图，但其清晰的逻辑连接性远胜于花哨的图示。书中对波形分析的阐述尤其到位，通过大量的输入输出波形对比图，直观地展示了诸如高频响应下降、饱和失真等现象的物理本质，这比单纯阅读文字描述要高效得多。我特别喜欢它在讲解带宽限制时，用到了一个非常精妙的等效电路模型，它把复杂的频率特性分解成了几个易于理解的RC时间常数，这个模型至今仍被我用来快速评估设计方案的频率性能。

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这本书的理论深度令人印象深刻，特别是关于噪声分析的部分，处理得非常严谨和专业。它没有停留在简单的均方根值计算上，而是深入探讨了各种噪声源（热噪声、散粒噪声、闪烁噪声）的频谱特性及其在电路中的传递机制。作者引入了噪声因子（Noise Figure）的概念，并详细推导了它在多级放大电路中的级联公式，这对于设计低噪声前端至关重要。我记得有一次，我正在为一个射频前端进行噪声匹配设计，遇到了瓶颈，正是参考了书中关于噪声匹配网络的分析，才找到了优化的方向。虽然这部分内容对数学基础要求较高，可能对初学者构成一定的挑战，但对于有志于从事射频、传感器接口等高精度模拟领域研究的人来说，这绝对是不可多得的宝藏。可以说，它提供的知识深度，足以支撑起数年内的技术学习和实践探索。

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从一个更偏向于系统集成的角度来看这本书，我认为它在“模块化思维”的培养上做得非常出色。作者似乎有意识地将复杂的模拟电路系统分解为几个标准化的功能模块——输入级、驱动级、输出级，并分别对每个模块的性能指标（如输入阻抗、输出阻抗、共模抑制比等）进行了详尽的分析和优化方法介绍。这使得读者在面对一个全新的系统设计任务时，不会感到无从下手，而是可以像搭积木一样，选择合适的“模块”进行组合。例如，在处理仪表放大器的章节，作者不仅介绍了经典的三个运放结构，还详细对比了它们在噪声性能和共模抑制比上的优劣，并给出了针对不同应用场景（如医疗传感 vs. 工业数据采集）的最佳选择建议。这种系统性的、面向应用的讲解方式，极大地提升了我的设计效率，让我不再只关注单个晶体管的参数，而是学会了从整体性能的角度去权衡电路拓扑。

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这本书的封面设计得非常简洁，色彩搭配也很专业，初次拿到手时，就有一种“这应该是一本硬核技术著作”的感觉。我一直对数字电路更感兴趣，但这次为了拓展知识面，还是入手了这本“模拟电子线路”。翻开目录，内容涵盖了半导体器件基础、放大电路、反馈理论以及滤波器设计等核心模块。我最欣赏的是它对基本概念的讲解，不像有些教材那样堆砌公式，而是花了大量篇幅用深入浅出的比喻来解释晶体管的工作原理，比如将PN结比作一个有方向的阀门，非常形象。尤其在讲解运算放大器的应用时，作者没有急于展示复杂的电路图，而是先从一个简单的应用场景入手，一步步引导我们理解负反馈如何稳定增益，这种循序渐进的教学方式，让我这个非科班出身的人也能较快地跟上节奏。当然，如果能在书中增加一些现代集成电路设计中的实例，比如低噪声放大器或高精度ADC的内部结构剖析，那就更完美了，但就基础理论的阐述而言，它无疑是一本非常扎实的入门和参考书。

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读完大半，我必须承认，这本书的习题设计是其最大的亮点之一。很多教科书的习题往往只是对课本例题的简单换个数值，但这本书的后习题部分则完全体现了“学以致用”的理念。它不仅仅考察了公式的套用，更深入到工程实践中的常见问题。例如，有一道关于热漂移误差分析的题目，要求我们根据温度系数计算出在不同工作点下的输出漂移范围，这直接映射了我在实际工作中遇到的元器件参数稳定性挑战。此外，书后的附录部分还精心地整理了一份常用的半导体器件数据手册速查表，虽然不如查阅原厂资料详尽，但对于快速进行初步设计选型时，极大地节省了我的时间。唯一的遗憾是，书中对于最新一代的SiC或GaN器件的应用和特性讨论略显不足，这或许是由于这类技术发展过快，教材更新速度难以跟上的通病吧。不过，对于掌握经典晶体管电路的设计精髓来说，这本书的价值是毋庸置疑的。

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