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出版者:Prentice Hall

作者:Jan M. Rabaey

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1000

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9788178089911

丛书系列:

图书标签:

• 数字集成电路
• 集成电路
• 数字电路
• VLSI
• CMOS
• 电路设计
• 半导体
• 电子学
• 计算机硬件
• 微电子学

《微电子系统设计精要：从原理到实践》 核心内容概述： 本书深入剖析了现代微电子系统的设计与实现过程，聚焦于逻辑电路、半导体器件特性、时序约束、功耗管理以及物理实现等关键环节。它旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并引导其掌握实际设计中的方法论和工具链应用。全书涵盖了从基本的晶体管行为到复杂的芯片集成，强调理论与实践的紧密结合，以期培养读者独立完成高性能、低功耗微电子系统设计的能力。 第一部分：基础理论与构建模块 本部分奠定了理解复杂数字系统所需的基本概念。 数字逻辑基础： 回顾并深入探讨了布尔代数、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）、组合逻辑电路（如加法器、多路选择器、译码器）以及时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）的设计原理。重点在于理解逻辑功能的实现方式、卡诺图化简、真值表分析以及不同逻辑门的速度和功耗特性。此外，还将介绍各种编码方案（如BCD码、格雷码）及其在数字系统中的应用。 半导体器件物理： 详述了构成现代集成电路的CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺的基本原理。包括MOS晶体管的结构、工作原理（阈值电压、亚阈值区、饱和区）、开关特性、寄生效应（如栅电容、漏电流、沟道长度调制）及其对电路性能的影响。理解这些底层物理特性对于优化电路设计、预测行为和解决潜在问题至关重要。 时序分析与约束： 详细阐述了数字电路的时序行为，包括时钟信号的作用、传播延迟、建立时间（setup time）、保持时间（hold time）、时钟抖动（clock jitter）和时钟偏移（clock skew）。重点在于如何识别和分析时序违例（timing violations），例如建立时间违例和保持时间违例，以及如何通过时钟频率选择、逻辑优化、寄存器放置和布线来满足时序约束。本书将引入时序图（timing diagrams）的绘制与解读，以及静态时序分析（STA）的基本概念。 逻辑综合： 介绍将高层次的行为级描述（如Verilog或VHDL）自动转化为门级网表（netlist）的过程。探讨了逻辑综合的目标，包括优化面积、速度和功耗。介绍不同的综合策略和算法，以及综合工具的工作流程。强调理解综合工具的限制和如何编写可综合的代码。 第二部分：高级设计技术与方法 本部分将重点放在设计更复杂、更高效的微电子系统。 同步时序设计： 深入探讨了同步时序设计的原则和最佳实践。包括单周期设计、多周期设计、流水线（pipelining）技术以提高吞吐量，以及如何处理跨时钟域（CDC）信号。重点关注状态机的设计、有限状态机（FSM）的状态编码、同步复位和异步复位策略。 时钟树综合（CTS）： 详细讲解了如何设计和实现高效的时钟树，以确保时钟信号在芯片内以最小的延迟和偏差（skew）传播到所有寄存器。包括时钟树的拓扑结构、缓冲器和反相器的选择、时钟周期时延（clock period delay）的分析以及时钟门控（clock gating）技术以降低功耗。 功耗管理技术： 提供了多种降低集成电路功耗的策略。包括动态功耗（开关功耗）和静态功耗（漏电功耗）的分析。详细介绍门控时钟（clock gating）、动态电压和频率调整（DVFS）、低功耗态（sleep mode）的设计以及电源门控（power gating）技术。强调在设计初期就考虑功耗优化，以及如何权衡功耗、性能和面积。 物理设计流程： 概述了从逻辑网表到最终芯片版图的物理实现流程。包括布局（placement）和布线（routing）的基本概念，如何优化元件的放置以减小信号延迟和布线拥塞，以及布线算法的选择。介绍寄生参数提取（parasitic extraction）及其在时序和功耗分析中的作用。还包括设计规则检查（DRC）、版图寄生参数验证（LVS）等验证步骤。 验证与测试： 强调验证在芯片设计中的重要性。介绍不同的验证方法，包括仿真（simulation）、形式验证（formal verification）和硬件加速验证。讨论了测试向量（test vectors）的生成、可测性设计（DFT）技术（如扫描链扫描、内建自测 BIST）以及故障模型。 第三部分：面向实践的设计案例与工具链 本部分将理论知识应用于实际设计问题，并介绍常用的EDA（电子设计自动化）工具。 常用IP核设计与集成： 介绍一些常用的IP（知识产权）核的设计方法，例如内存控制器、总线接口（如AXI）、简单的处理器核等。讲解如何选择、配置和集成第三方IP核，以及如何确保IP核与顶层设计的兼容性。 硬件描述语言（HDL）编程实践： 通过大量的代码示例，展示如何使用Verilog或VHDL进行模块化设计、层次化设计和参数化设计。强调编写清晰、高效、可综合且易于维护的HDL代码。 EDA工具链介绍与应用： 介绍主流的EDA工具，包括逻辑综合工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus）、布局布线工具（如Synopsys IC Compiler, Cadence Innovus）、静态时序分析工具（如Synopsys PrimeTime, Cadence Tempus）以及仿真工具（如Synopsys VCS, Cadence Xcelium）。演示如何使用这些工具完成从RTL到GDSII的完整设计流程。 设计中的挑战与优化： 讨论在实际芯片设计中可能遇到的挑战，例如信号完整性（signal integrity）、电源完整性（power integrity）、热效应（thermal effects）以及工艺偏差（process variation）。并提供相应的优化策略和设计技巧。 总结： 《微电子系统设计精要：从原理到实践》并非一本浅尝辄止的入门指南，而是一本旨在培养读者深入理解数字集成电路设计复杂性，并掌握解决实际问题能力的专业书籍。它将理论的严谨性与实践的灵活性相结合，为有志于在微电子领域深耕的工程师和研究者提供了一条清晰的学习路径。通过对本书的学习，读者将能够自信地应对现代集成电路设计的挑战，设计出满足严苛性能、功耗和面积要求的创新性产品。本书的每一章节都旨在提供可操作的知识和技术，使读者在完成学习后，能够立即将其应用于实际的设计项目中。

评分☆☆☆☆☆

要读这本书，我觉得得要有三个前提。第一：不急躁的心态，第二：有层次想当的人可以讨论；第三：比较深厚的数字电路的基础。这可能是由于国外的教学方式与国内的教学方式不同，所以造成了国外教材在国内并不被很多学生所接受的原因之一。国外是一种讨论式、引导式的教学方式，...

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评分☆☆☆☆☆

这部书的标题在手上感觉沉甸甸的，翻开第一页，扑面而来的是一股严谨的学术气息，但绝不是那种枯燥乏味的教科书腔调。作者显然非常懂得如何将复杂的理论以一种既深入又富有洞察力的方式呈现出来。我特别欣赏它在介绍CMOS基本原理时的那种精雕细琢，每一个晶体管的阈值电压、跨导参数，都被放在一个非常清晰的物理模型下进行推导和分析。它并没有止步于“记住公式”，而是引导读者去思考为什么这个公式是这个样子，它背后的载流子迁移率和势垒高度究竟意味着什么。那种从器件物理层面去理解逻辑门性能的路径，极大地拓宽了我对“数字”这个概念的理解。它不仅仅是在教你如何设计电路，更是在培养你对电子现象的直觉。当我看到对亚阈值电流和短沟道效应的深入讨论时，我意识到这本书是真正为那些想在集成电路设计前沿有所建树的工程师和研究人员准备的。它对噪声容限和功耗管理的讨论，简直就是一本实战手册，那些关于动态功耗和静态功耗权衡的案例分析，让我对现代低功耗设计有了全新的认识。这本书的图示也十分精妙，不仅仅是示意图，更是充满了信息量的工程蓝图，让人爱不释手，恨不得马上找一块面包板或仿真环境来验证书中的每一个论断。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的阅读体验是极具挑战性的，但这种挑战是令人愉悦和收获丰厚的。它对非线性电路特性的处理尤为深刻，特别是在模拟和数字接口部分的交界处，作者展现了惊人的功底。对我而言，那些关于锁相环（PLL）的环路滤波器设计和电荷泵（Charge Pump）的纹波抑制章节，简直就是一座信息的高山。它没有回避那些最棘手的问题，比如工艺的PPA（Performance, Power, Area）三角困境，反而将其作为核心议题进行探讨。书中对信号完整性（SI）的论述，也让我对高速数字信号传输有了更深层次的敬畏。它教会了我如何去量化串扰（Crosstalk）的严重性，以及如何通过布线策略来减轻这种“看不见的敌人”。这本书的优点在于它的全面性和前瞻性，它不仅涵盖了数字IC设计的基石，还巧妙地将RF和高速接口的部分精华融入其中，为读者构建了一个更宏大、更完整的系统级视图。读完它，我感觉自己不再是只会搭积木的工人，而是开始懂得建筑结构力学的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于其对“设计意图”的强调，而非仅仅是“电路实现”。它在讨论标准单元库（Standard Cell Library）的构建时，其深入程度令人咋舌。作者详尽地阐述了如何从基础的逻辑单元出发，通过精妙的布局和布线优化，来达成特定的性能目标。我尤其欣赏其中关于DFT（Design for Testability）和BIST（Built-In Self-Test）的章节，它将测试的复杂性与设计初期的权衡清晰地展现出来，让你明白，一个真正优秀的数字电路，必须是“生而可知”的。书中对亚纳米工艺节点的挑战，特别是光刻、应力效应以及Variability的讨论，让我感受到了电子工程领域永无止境的创新压力。这本书的语言风格偶尔会显得非常古典和精确，每一个术语的使用都像是经过了千锤百炼，避免了任何歧义。它不是那种读完后会让你觉得“哦，原来如此简单”的书，恰恰相反，它会让你在合上书页时，对这个领域的复杂性和美妙之处产生更深层次的敬意和更强烈的求知欲。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的某些章节，我感觉自己像是进行了一次从微观到宏观的壮阔旅程。它对时序分析的讲解，简直是教科书级别的典范。书中对建立时间和保持时间裕量的讨论，细致到了令人发指的地步，特别是它引入的各种工艺角（Corner Cases）分析，让我这个原本对静态时序分析（STA）感到头疼的读者，茅塞顿开。作者似乎把所有可能让你在实际流片中遇到问题的场景都预演了一遍，并给出了应对策略。我尤其赞赏它对时钟树综合（Clock Tree Synthesis）的系统性论述，从最基础的H/V电感耦合到复杂的缓冲器插入和时钟抖动（Jitter）的抑制，层层递进，逻辑清晰。那部分内容，我甚至忍不住在阅读时做满了笔记，很多细微的差别，比如不同时钟扇出结构对Skew的影响，只有通过书中这种严谨的数学建模才能真正体会到其严重性。这本书的深度远超我的预期，它成功地架起了一座连接理论基础和尖端IC设计的坚固桥梁，让你在面对实际的SoC设计挑战时，能有足够的底气去做出最优的决策，而不是盲目地依赖EDA工具的默认设置。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格是如此的沉稳和自信，仿佛一位经验丰富的大师在循循善诱。它没有那种急于求成的浮躁感，而是专注于打磨每一个技术点的内在逻辑。举个例子，书中讲解寄存器传输级（RTL）到门级网表（Netlist）的优化过程时，它不仅仅罗列了优化规则，更是深入剖析了这些规则背后的物理限制和性能代价。对于交互式逻辑（Transmission Gates）和多路选择器（Multiplexers）的设计选择，书中给出的对比分析非常到位，那种对面积、速度和功耗三者之间微妙平衡的把握，是只有长期浸淫此道的专家才能提炼出来的真知灼见。我发现自己开始下意识地用书中的标准去审视自己过去做的设计，发现了不少可以改进的“粗糙”之处。最让我印象深刻的是，它在讨论大规模电路中的互连线延迟时，引用了大量的实际经验数据来佐证理论模型，这让抽象的RC延迟计算变得无比“真实”和“可触摸”。这本书就像是一份精心准备的晚宴，每一道菜肴都经过了精确的烹饪和摆盘，让人在享受美味的同时，也学到了烹饪的艺术。

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