Design of Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Ieee

作者:Edgar Sanchez-Sinencio

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-12

价格:USD 89.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780780310810

丛书系列:

图书标签:

• 低功耗设计
• 低电压电路
• 集成电路设计
• 模拟电路
• 数字电路
• VLSI
• 芯片设计
• 电路系统
• 低功耗系统
• 电源管理

《集成电路设计基础与应用》 本书旨在为读者提供一套全面而深入的集成电路设计入门与进阶指南。从基本概念到高级技术，本书涵盖了数字集成电路、模拟集成电路以及混合信号集成电路设计的关键领域。通过清晰的讲解和丰富的实例，读者将能够掌握现代集成电路设计流程中的核心知识与实用技能。 第一部分：集成电路设计基础 本部分将首先介绍集成电路（IC）的基本构成、工作原理以及在现代科技中的重要地位。我们将深入探讨半导体材料的特性，如硅、锗及其掺杂技术，为理解晶体管的形成奠定基础。随后，本书将详细讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极结型晶体管）这两种核心器件的结构、工作机制、电学特性以及在电路设计中的应用。读者将学习到如何使用Spice等仿真工具对基本晶体管电路进行建模和分析。 此外，本部分还将介绍数字逻辑的基本门电路（AND, OR, NOT, XOR等）及其集成电路实现，包括CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺的原理和设计规则。我们将探讨组合逻辑和时序逻辑电路，如触发器、寄存器、计数器等，并介绍如何利用硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，来描述和实现这些数字电路。 第二部分：数字集成电路设计 数字集成电路是当今信息技术的核心。本部分将聚焦于现代数字集成电路设计方法论。我们将深入讲解组合逻辑和时序逻辑模块的优化技术，包括卡诺图、Quine-McCluskey算法以及状态机设计。读者将学习如何进行逻辑综合，即将HDL代码转换为门级网表，并理解综合工具的工作原理。 时序分析是数字集成电路设计的关键环节，本部分将详细介绍时钟树综合（CTS）、建立时间和保持时间的概念、时序违例的检测与修复方法。读者将学习如何利用静态时序分析（STA）工具来验证设计的时序性能。 布局布线（Place and Route）是实现物理版图的必经之路。我们将探讨自动化布局布线工具的工作流程，包括标准单元的放置、宏单元的布局、互连线的路由以及设计规则检查（DRC）、版图寄生参数提取（LVS）和后仿真等验证步骤。 第三部分：模拟集成电路设计 模拟集成电路在信号调理、数据转换和射频通信等领域发挥着不可替代的作用。本部分将从模拟电路设计的基本原则出发，深入讲解各种模拟电路模块的原理与设计。 我们将详细介绍运放（Operational Amplifier）的设计，包括差分放大器、电流镜、有源负载等关键电路的构成及其在实现高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等性能指标上的作用。读者将学习如何设计单级和多级放大器，并掌握稳定性分析和频率补偿技术。 滤波器是模拟信号处理中的重要组成部分。本部分将介绍不同类型的滤波器，如低通、高通、带通和带阻滤波器，并讲解Butterworth、Chebyshev和Bessel等经典逼近法的原理与设计。读者将学习如何在集成电路中实现这些滤波器。 此外，本部分还将涵盖振荡器、比较器、数据转换器（ADC/DAC）等关键模拟电路模块的设计。我们将探讨不同ADC/DAC架构的优缺点，如逐次逼近型（SAR）、∑-Δ型和流水线型，并讲解其在精度、速度和功耗上的权衡。 第四部分：混合信号集成电路设计 混合信号集成电路集成了数字和模拟电路的功能，广泛应用于通信、消费电子和汽车电子等领域。本部分将深入探讨混合信号系统设计中的挑战与技术。 我们将介绍模数（A/D）和数模（D/A）转换器在混合信号系统中的作用，并详细讲解常见的ADC和DAC架构，包括它们的采样速度、分辨率、线性度等关键参数。读者将学习如何设计锁相环（PLL）等时钟同步电路，以及如何处理数字和模拟信号之间的相互干扰。 本部分还将讨论电源管理单元（PMU）和低压差分信号（LVDS）等混合信号接口技术。我们将探讨如何进行混合信号仿真，以及如何进行版图设计中的信号完整性（SI）和电源完整性（PI）分析，以确保整个系统的稳定运行。 第五部分：先进设计技术与趋势 随着技术的发展，集成电路设计正朝着更高集成度、更低功耗和更高性能的方向发展。本部分将介绍一些先进的设计技术与未来趋势。 我们将探讨低功耗设计技术，包括门控时钟、时钟频率缩放、动态电压和频率调整（DVFS）等。读者将了解如何通过架构优化和电路级技术来降低功耗。 此外，本部分还将介绍高级验证方法，如形式验证、覆盖率分析和故障仿真。我们将讨论当前集成电路设计的最新发展，如片上系统（SoC）设计、3D IC技术以及对人工智能（AI）和机器学习（ML）在设计流程中的应用。 本书的最终目标是使读者能够理解集成电路设计流程的各个环节，掌握必要的理论知识和实践技能，为未来在集成电路设计领域的研究和开发打下坚实的基础。通过本书的学习，读者将能够自信地参与到各类集成电路项目的分析、设计和实现中。

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对于资深工程师来说，这本书可能不像对新手那样具有颠覆性的冲击力，但它提供了一种“参考标准”的价值。我已经在这个领域工作了十多年，很多低压低功耗的技巧我已经了然于胸。然而，当我翻到关于数据转换器（Data Converters）那一章时，我还是被作者对Sigma-Delta调制器中抖动（Jitter）效应的建模方法所吸引。它采用了一种非常优雅的统计学方法来评估时钟抖动对信噪比（SNR）的实际影响，这种方法比我过去依赖的经验公式要精确得多，也更具有通用性。我发现自己多次停下来，对比书中给出的公式和我们团队内部使用的简化模型，并开始思考我们是否可以利用书中的更精细模型来优化我们下一个产品的性能裕度。这本书并没有试图用最新的、尚未被行业广泛验证的前沿技术来吸引眼球，而是专注于那些经过时间检验、并且在现代低压工艺中依然至关重要的基础优化方法，这恰恰是工程实践中最宝贵的财富。

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这本书的阅读体验，如果用一个词来形容，那就是“结构清晰，逻辑严密”。我通常对那些章节之间关联性不强的书籍感到头疼，但这本书在这方面做得非常出色。它构建了一个从基本元件特性到复杂系统集成的完整知识体系。例如，在讨论如何设计一个低压LDO（低压差线性稳压器）时，作者非常自然地回溯到了对误差放大器输入级噪声特性的要求，而不是生硬地插入一个不相关的章节。这种内在的逻辑连贯性，极大地帮助我建立起对整个集成电路系统的全局观。很多关于电源管理的书籍往往只关注稳压环路本身，而这本书则将LDO置于整个系统功耗预算的背景下进行讨论，提醒读者，一个“完美”的LDO如果匹配的ADC功耗过大，整体目标依然无法达成。这种系统层面的洞察力，是我在其他参考书中很少看到的，它促使我跳出单纯的电路块思维，去思考IC设计作为系统工程的本质。

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我最欣赏这本书的一点，是它对“系统级约束”的深刻理解和反复强调。在当今的移动和物联网（IoT）领域，功耗不再仅仅是一个性能指标，而是生死攸关的生存条件。这本书的视角始终锁定在如何通过电路架构的巧妙选择来实现极致的能效比（Energy Efficiency）。它不仅仅是告诉你“如何设计一个低功耗电路”，而是系统性地探讨了“在给定的功耗预算下，你最多能实现什么样的性能”。例如，书中对亚阈值晶体管的讨论，没有停留在简单的$I_D - V_{GS}$曲线分析，而是引入了跨导效率（g_m/I_D）的概念，并将其与动态范围、带宽等参数挂钩。这种将目标指标（如功耗）分解到具体设计参数（如晶体管尺寸和偏置点）的映射过程，是高级IC设计能力的核心体现。阅读这本书的过程，就像是接受了一次系统化的“低压低功耗设计思维模式”的训练，让我对未来复杂系统的设计有了更坚实的方法论支撑。

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我是在一个非常紧迫的项目截止日期前夕接触到这本书的。当时我们需要快速迭代一个超低功耗的传感器接口电路，传统的教科书内容显得过于宏大和泛泛而谈，我急需一些更具针对性的“战术指导”。这本书的价值在于，它并没有沉溺于那些已经过时的、高电压时代的电路拓扑结构。相反，它聚焦于当前EDA工具链和CMOS工艺节点所允许的边界条件，这对于我们这些在先进工艺节点上奋斗的工程师来说，简直是雪中送炭。书中的那一章专门讨论了开关电容（Switched Capacitor）技术在ADC中的应用，简直可以作为一本迷你专著来对待。作者对量化噪声（quantization noise）和时钟前馈（clock feedthrough）的分析细致入微，并提供了实用的设计图表来指导电容的尺寸选择。更重要的是，它没有止步于理想模型，而是深入剖析了在实际制造中，工艺角（Process Corners）和温度变化对电路性能的实际影响，这才是真正区分理论研究者和工程实践者的关键所在。读完这一部分，我立刻感觉手中的设计蓝图清晰了许多，少走了不少弯路。

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这本书的封面设计非常引人注目，那种简洁而又不失深度的设计语言，一下子就抓住了我的眼球。我是一个刚刚接触模拟IC设计的新手，在寻找一本既能打好理论基础，又能在实践中有所指导的教材。坦白说，我被市面上那些动辄几百上千页的“大部头”吓到了，它们往往堆砌了太多我暂时用不到的复杂理论，让我望而却步。然而，当我翻开这本书的目录时，我发现它似乎找到了一个完美的平衡点。它没有回避核心的理论深度，比如晶体管级的噪声分析和失真分析，但同时，它又非常巧妙地将这些理论融入到实际的电路设计案例中，比如运算放大器和锁相环。我特别欣赏作者在讲解一些关键概念时所采用的循序渐进的叙事方式，仿佛有一位经验丰富的工程师在我身边，耐心地为你剖析每一个设计决策背后的考量。比如，它对亚阈值偏置（subthreshold biasing）的阐述，不仅仅停留在数学公式上，更是深入探讨了在极端低功耗场景下，如何权衡跨导效率与器件匹配性之间的微妙关系，这对于我理解现代移动设备中低功耗设计的精髓至关重要。这种教学上的细致入微，让原本枯燥的电路分析变得生动起来，我感觉自己不是在啃一本教材，而是在参与一场精彩的工程对话。

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