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出版者:电子工业出版社

作者:王云亮 编

出品人:

页数:269

译者:

出版时间:2004-1

价格:22.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787121001475

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 电力系统
• 电子技术
• 开关电源
• 逆变器
• 整流器
• 电力变换
• 电路分析
• 控制工程
• 新能源

现代集成电路设计与应用 第一章 绪论与半导体基础 本章将为读者构建一个坚实的集成电路（IC）基础。我们将从半导体物理学的基本原理入手，深入探讨晶体管作为现代电子器件基石的作用。内容涵盖半导体的本征与杂质半导体特性，PN结的形成与特性，以及最重要的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的工作机制。我们将详细分析MOSFET的开关特性、跨导参数以及不同工作区域的电压电流关系。此外，本章还会介绍晶圆制造的基础流程，从硅锭拉制、外延生长到光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键步骤，使读者对芯片的物理实现有一个全面的认识。最后，我们将概述集成电路的分类、发展历史及其在当今信息技术中的核心地位，为后续深入学习奠定理论基础。 第二章 CMOS器件与模型 CMOS（互补金属氧化物半导体）技术是数字电路设计的主流。本章专注于CMOS器件的结构、参数提取与精确建模。我们将详细剖析NMOS和PMOS晶体管的结构差异及其对性能的影响。重点在于理解亚阈值导通（Subthreshold Conduction）、短沟道效应（Short Channel Effects）如DIBL（漏致势垒降低）和载流子饱和效应。关于模型部分，我们将从Spice模型的基本方程出发，介绍BSIM（Berkeley Short-channel IGFET Model）系列模型的演进及其在电路仿真中的应用。读者将学习如何利用这些模型来精确预测晶体管在不同工艺节点下的电气性能，包括阈值电压的精确控制和漏电流的优化设计。 第三章 组合逻辑电路设计与分析 本章的核心是数字电路的基石——组合逻辑电路。我们将从最基本的逻辑门（反相器、NAND、NOR）的结构和性能开始。随后，深入探讨标准单元库（Standard Cell Library）的设计哲学，包括静态和动态逻辑设计风格（如静态CMOS、静态传递门、动态CMOS、比例式逻辑等）的优劣比较。性能分析是本章的重点，我们将教授如何计算和优化关键参数，如传播延迟（Propagation Delay）、最大工作频率、静态功耗和动态功耗。读者将学习使用卡诺图（Karnaugh Maps）和布尔代数简化复杂逻辑，并介绍先进的逻辑综合（Logic Synthesis）概念，理解如何将高层级的RTL代码映射到最优的晶体管级实现。 第四章 组合电路的优化与布局规划 一个高效的数字设计不仅要求逻辑正确，更要求物理实现具有优异的性能和低功耗。本章聚焦于组合电路的物理设计考量。我们将详细讲解电路的扇入（Fan-in）、扇出（Fan-out）限制及其对信号完整性的影响。内容涵盖缓冲器（Buffer）和驱动器（Driver）的正确插入，以确保信号在长线路上可靠传输。布局规划（Layout Planning）方面，我们将讨论单元的放置（Placement）和布线（Routing）策略，特别是如何通过优化线网延迟和耦合噪声来满足时序要求。同时，也将引入先进的电源网络设计（Power Grid Design）原则，确保电压的稳定供应，并介绍最小化互连延迟的技术，如线负载建模和信号屏蔽。 第五章 时序逻辑电路与存储单元 时序电路是构建状态机和处理序列数据的基础。本章将系统介绍锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的设计。从基本RS锁存器到主从结构（Master-Slave），再到现代高性能应用中常用的时钟抖动容忍型触发器（如扫描链就绪FF）。我们将深入分析时序约束，特别是建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的精确要求，以及如何通过时钟域交叉（CDC）电路来安全地同步不同速率的时钟域信号。存储单元部分，本章将覆盖静态随机存取存储器（SRAM）的基本单元结构（如六晶体管SRAM单元）、读写操作原理、位线（Bitline）的平衡与噪声抑制技术，并简要介绍嵌入式SRAM的优化设计。 第六章 低功耗设计技术 随着移动设备和物联网（IoT）的普及，功耗已成为集成电路设计中至关重要的指标。本章全面探讨降低CMOS电路功耗的各类技术。我们将区分静态功耗（主要由亚阈值漏电引起）和动态功耗（主要由开关活动引起）。针对静态功耗，我们将介绍阈值电压的优化分配（Multi-Vt Assignment）、电源门控（Power Gating）技术以及选择性地关闭不活动模块的策略。对于动态功耗，我们将深入讲解时钟频率缩放（Clock Gating）的实现和约束，以及电压缩放（Voltage Scaling）在不同功能模块中的应用，并讨论如何在保持性能的同时，通过精细的电源管理单元（PMU）来平衡功耗与性能之间的关系。 第七章 模拟与混合信号电路基础 本章将引导读者进入模拟和混合信号设计的领域。我们将从基础的电流镜（Current Mirror）和差分放大器（Differential Amplifier）开始，详细分析其失真、频率响应和噪声特性。重点讨论运算放大器（Op-Amp）的设计，包括两级和折叠式输入级的设计原理，增益带宽积（GBW）、相位裕度（Phase Margin）的计算与补偿技术。混合信号部分，本章将详细介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的核心结构。我们将对比分析不同类型的ADC，如Flash、SAR和Sigma-Delta结构，并解释过采样（Oversampling）和噪声塑形（Noise Shaping）在高性能ADC中的作用。 第八章 验证、测试与可靠性 现代芯片的复杂性要求严格的验证和测试流程。本章将介绍集成电路设计流程中的后端验证环节，包括设计规则检查（DRC）、版图与原理图匹配检查（LVS）。重点在于时序签核（Timing Sign-off），包括静态时序分析（STA）的原理和应用，如何处理时钟树综合（CTS）带来的时钟偏移问题。在可测试性设计（DFT）方面，本章将详细介绍扫描链（Scan Chain）的插入和测试向量的生成，以实现高故障覆盖率的结构测试。此外，本章还会涵盖芯片的可靠性问题，如静电放电（ESD）保护结构的设计原理，以及电迁移（Electromigration）和闩锁效应（Latch-up）对长期工作稳定性的影响和预防措施。 第九章 先进工艺节点与新兴趋势 随着摩尔定律的推进，集成电路正进入纳米级时代，带来了新的设计挑战。本章探讨了先进工艺节点的特性，例如FinFET（鳍式场效应晶体管）的引入如何解决了传统平面MOS管的短沟道问题，以及其在驱动能力和功耗方面的优势。我们将讨论2.5D和3D集成技术（如TSV，硅通孔）对系统级性能的提升，以及如何利用先进的封装技术来优化系统性能。最后，本章将展望未来趋势，包括忆阻器（Memristor）等新型器件在非易失性存储和神经形态计算中的潜力，以及设计自动化工具（EDA Tools）在处理超大规模集成电路（VLSI）设计中的关键作用。

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这本书的图表质量，简直是工程技术书籍中的典范。很多技术书籍的图示常常模糊不清，或者过于简化以至于失真，但这本则完全没有这个问题。所有的系统框图、工作原理图，都绘制得极为精确和规范，元件符号、连接线、标注点都清晰可辨，即使用放大镜看也找不到瑕疵。特别是那些关于开关过程和电流/电压波形的示意图，线条的粗细变化、区域的阴影填充都处理得恰到好处，能准确地反映出器件在动态工作时的物理状态。当我研究到某个特定拓扑的稳态分析部分时，附带的几张等效电路图简直是神来之笔，它们剥离了复杂的外部元件，只突出了核心的能量转换路径，使得原本看起来令人头疼的推导过程变得一目了然。对于需要动手设计和仿真的人来说，这些高质量的视觉辅助材料，其价值不亚于文字部分的讲解，它们是理解和验证理论的坚实桥梁。

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从一个长期从事相关领域研究人员的角度来看，这本书的参考文献和引用的深度，充分展现了其内容的权威性与前沿性。书目部分汇集了大量的经典文献，涵盖了该领域从奠基性的理论到近些年最新突破的研究成果，这表明作者不仅扎根于传统基础，更紧密跟踪着最新的技术发展脉络。在一些关键技术的讨论中，我能感受到作者在整合不同学派观点时所下的功夫，他并非简单地罗列现有知识，而是对这些知识进行了深度的消化、批判性吸收，并最终构建了一个自洽且富有洞察力的知识体系。对于那些希望进一步深造的读者而言，书后提供的详尽的引用列表无疑是一份宝贵的“知识寻宝图”，它指引着读者可以沿着哪些关键路径继续探索更细分的专业领域。这本书的价值，远超出了一个学习工具的范畴，它更像是一份经过精心筛选和提炼的领域路线图，为有志于在该方向上有所建树的专业人士提供了极大的助益。

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这本书的内容组织逻辑性极强，仿佛作者在铺设一条精心设计的知识阶梯，每一步都稳固且自然地承接上一步。开篇部分并没有急于抛出那些艰深的概念，而是从最基础的半导体器件的物理原理入手，用深入浅出的语言，详细剖析了它们的工作特性和开关行为，为后续复杂电路的搭建做好了充分的理论铺垫。随着章节的深入，你会发现作者极其注重理论与实际应用的结合。他不仅展示了数学模型和等效电路，更穿插了大量的实际工程案例和典型拓扑结构的应用场景，这些鲜活的例子极大地降低了抽象概念的理解难度。例如，在讲解某一类开关电源时，作者不仅给出了电路图，还配上了仿真波形分析，并详细解释了不同工作模式下的效率和瞬态响应差异，这种全方位的解析方式，让初学者也能清晰地把握其内在机理。这种结构安排，确保了读者在学习过程中，始终能保持对知识点实用价值的感知，避免了陷入纯粹的理论泥潭。

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我尤其欣赏作者在叙述方式上所展现出的那种严谨又不失温度的学者风范。整本书的语言风格保持了一种高度的专业性，但绝非故作高深，相反，它更像是一位经验丰富的前辈，在耐心地为你解构一个复杂的系统。对于那些容易混淆的概念，比如不同调制方式的优劣对比，作者往往会使用对比性的语言和清晰的归纳表格进行梳理，这种处理方式大大提高了信息获取的效率。更令人称道的是，作者在处理一些具有争议性或有多种不同实现路径的技术点时，总是能做到客观公正地陈述各种流派的观点，并基于物理定律或工程实践给出自己的审慎评价，这体现了作者深厚的学术素养和广阔的视野。阅读过程中，我很少需要频繁地查阅其他资料来辅助理解核心内容，因为作者似乎预料到了读者可能会在哪里产生困惑，并提前做好了预警和解释，这种“预判式”的教学技巧，使得学习过程变得异常流畅和高效。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，配以简洁的白色和少许亮眼的橙色线条勾勒出的电路图纹理，透露出一种专业而又现代的气息。初次上手时，能感受到纸张的质感相当不错，厚实且有一定的韧性，想必在长期翻阅和使用中能经受住考验。内页的印刷质量也无可挑剔，字迹清晰锐利，即便是那些复杂的公式和细小的标注都能一目了然，这对于需要反复对照和学习的技术类书籍来说至关重要。尤其值得称赞的是，排版布局非常人性化，图文的穿插处理得当，没有出现那种生硬的分割感，让人在阅读过程中不易产生视觉疲劳。不同章节的标题和引言部分，都使用了略微不同的字体大小和粗细，这种细微的层次感，帮助读者快速定位和掌握各个知识模块的重点。从包装到内页细节，都能看出出版方在制作环节上投入了极大的用心，这无疑为提升读者的阅读体验打下了坚实的基础，让人对即将展开的知识探索之旅充满了期待和舒适感。

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