集成电路设计

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出版者:电子工业
作者:王志功//陈莹梅
出品人:
页数:292
译者:
出版时间:2009-6
价格:33.00元
装帧:
isbn号码:9787121088056
丛书系列:
图书标签:
  • 电子
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  • VLSI
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  • IC设计
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  • 半导体
  • 电子工程
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具体描述

《集成电路设计(第2版)》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,全书遵循集成电路设计的流程,介绍集成电路设计的一系列基础知识。主要内容包括集成电路的材料、制造工艺和器件模型、集成电路模拟软件SPICE的基本用法、集成电路版图设计、模拟集成电路基本单元、数字集成电路基本单元、集成电路数字系统设计和集成电路的测试与封装等。《集成电路设计(第2版)》提供配套电子课件。

《集成电路设计(第2版)》可作为高等学校电子信息、微电子等专业高年级本科生和硕士生的教材,也可供集成电路设计工程师学习参考。

《微观世界的工程师:半导体产业的崛起与未来》 内容简介: 这本书并非关于集成电路的设计方法论或技术细节,而是深入探讨了塑造我们现代生活的强大力量——半导体产业的宏大叙事。它将带领读者穿越时空,回溯这个塑造了21世纪的科技基石是如何从零开始,一步步发展壮大,最终渗透到我们日常生活的每一个角落。 我们将首先走进半导体产业的黎明时代,探寻那些富有远见的先驱者们,如何在二战的背景下,在实验室的简陋条件下,孕育出晶体管这一革命性的发明。我们会详细描绘威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿这三位诺贝尔奖得主的故事,以及罗伯特·诺伊斯、杰克·基尔比等关键人物的贡献,了解他们如何从最初的理论构想到实际的生产工艺,一步步克服无数技术难题。 接着,我们将聚焦于集成电路(IC)的诞生,它如何将成千上万个晶体管“集成”在一块小小的芯片上,彻底改变了电子产品的尺寸、功耗和性能。书中会详细介绍摩尔定律的诞生及其对行业发展产生的深远影响,以及英特尔、德州仪器、IBM等公司如何在早期竞争中脱颖而出,奠定行业格局。我们将深入剖析硅谷的崛起,理解其作为全球半导体创新中心的形成过程,以及那里独特的文化、人才和资本如何催生出源源不断的科技突破。 本书的重点将放在半导体产业的复杂生态系统上。我们将逐一揭示这个链条上的关键环节:从上游的硅片制造,到中游的晶圆厂(Foundry)和集成电路设计(Fabless)模式的兴起,再到下游的封装测试。我们将详细介绍台积电(TSMC)如何以其卓越的代工能力,改变了芯片制造的格局,以及安谋(ARM)如何在CPU架构领域建立起强大的影响力。同时,我们也会探讨AMD、高通、英伟达等公司的创新策略,它们如何在各自的细分市场中占据领先地位。 除了技术和商业模式的演进,本书还将深入探讨半导体产业对全球经济、地缘政治以及人类社会发展产生的深远影响。我们将分析芯片短缺事件如何暴露了全球供应链的脆弱性,以及各国政府如何将半导体产业提升到国家战略层面。书中会剖析美国、中国、欧洲、韩国、日本等国家和地区在半导体领域的竞争与合作,以及由此引发的贸易摩擦和技术封锁。 展望未来,本书将带领读者一起思考半导体产业面临的机遇与挑战。我们将探讨新材料(如氮化镓、碳化硅)在功率器件领域的应用,以及先进封装技术如何突破摩尔定律的物理极限。量子计算、人工智能(AI)和物联网(IoT)等新兴技术的发展,对高性能、低功耗芯片的需求将如何驱动下一轮的创新浪潮。同时,我们也会关注可持续发展、能源效率以及人才培养等议题,它们将共同塑造半导体产业的未来。 《微观世界的工程师:半导体产业的崛起与未来》是一本面向所有对科技发展、全球经济和未来趋势感兴趣的读者而写的书籍。它不仅仅是一部产业发展史,更是一次关于人类智慧、创新精神以及全球协作如何塑造我们所处世界的深度探索。它将帮助你理解那些看不见的微小芯片,是如何驱动着现代文明滚滚向前的。

作者简介

王志功:东南大学无线电系教授,博士生导师,电路与系统学科带头人,东南大学射频与光电集成电路研究所所长。1998年获得“国家杰出青年科学基金”。1998-2003年担任两届国家。“863”计划光电子主题专家组专家,2000年获教育部长江学者特聘教授。2001年以来担任教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会主任委员。2003年荣获“留学回国人员成就奖”。2004年荣获“全国侨界十杰”称号。2006年5月荣获“全国五一劳动奖章”。获得1项中国发明专利。7项德国发明专利和3项国际发明专利。出版专著1部、译著4部.教材4部。在国际和国家级重要学术会议和期刊上发表论文260余篇。

目录信息

第1章 集成电路设计概述 1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路设计流程及设计环境 1.3 集成电路制造途径 1.4 集成电路设计的知识范围 思考题第2章 集成电路材料、结构与理论 2.1 集成电路材料 2.1.1 硅 2.1.2 砷化镓 2.1.3 磷化铟 2.1.4 绝缘材料 2.1.5 金属材料 2.1.6 多晶硅 2.1.7 材料系统 2.2 半导体基础知识 2.2.1 半导体的晶体结构 2.2.2 本征半导体与杂质半导体 2.3 PN结与结型二极管 2.3.1 PN结的扩散与漂移 2.3.2 PN结型二极管 2.3.3 肖特基结二极管 2.3.4 欧姆型接触 2.4 双极型晶体管 2.4.1 双极型晶体管的基本结构 2.4.2 双极型晶体管的工作原理 2.5 MOS晶体管 2.5.1 MOS晶体管的基本结构 2.5.2 MOS晶体管的工作原理 2.5.3 MOS晶体管的伏安特性 思考题 本章参考文献第3章 集成电路基本工艺 3.1 外延生长 3.2 掩模版的制造 3.3 光刻原理与流程 3.3.1 光刻步骤 3.3.2 曝光方式 3.4 氧化 3.5 淀积与刻蚀 3.6 掺杂原理与工艺 思考题 本章参考文献第4章 集成电路器件工艺 4.1 双极型集成电路的基本制造工艺 4.1.1 双极型硅工艺 4.1.2 HBT工艺 4.2 MESFET和HEMT工艺 4.2.1 MESFET工艺 4.2.2 HEMT工艺 4.3 MOS和相关的VLSI工艺 4.3.1 PMOS工艺 4.3.2 NMOS工艺 4.3.3 CMOS工艺 4.4 BiCMOS工艺 思考题 本章参考文献第5章 MOS场效应管的特性 5.1 MOS场效应管 5.1.1 MOS管伏安特性的推导 5.1.2 MOS电容的组成 5.1.3 MOS电容的计算 5.2 MOS FET的阈值电压VT 5.3 体效应 5.4 MOSFET的温度特性 5.5 MOSFET的噪声 5.6 MOSFET尺寸按比例缩小 5.7 MOS器件的二阶效应 5.7.1 L和W的变化 5.7.2 迁移率的退化 5.7.3 沟道长度的调制 5.7.4 短沟道效应引起的阈值电压的变化 5.7.5 狭沟道效应引起的阈值电压的变化 思考题 本章参考文献第6章 集成电路器件及SPICE模型 6.1 无源器件结构及模型 6.1.1 互连线 6.1.2 电阻 6.1.3 电容 6.1.4 电感 6.1.5 分布参数元件 6.2 二极管电流方程及SPICE模型 6.2.1 二极管的电路模型 6.2.2 二极管的噪声模型 6.3 双极型晶体管电流方程及SPICE模型 6.3.1 双极型晶体管的EM模型 6.3.2 双极型晶体管的GP模型 6.4 结型场效应JFET(NJFPJF)模型 6.5 MESFET(NMFPMF)模型(SPICE3.x) 6.6 MOS管电流方程及SPICE模型 思考题 本章参考文献第7章 SPICE数模混合仿真程序的设计流程及方法 7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 跨导放大器设计实例 思考题 本章参考文献第8章 集成电路版图设计与工具 8.1 工艺流程的定义 8.2 版图几何设计规则 8.3 图元 8.3.1 MOS晶体管 8.3.2 集成电阻 8.3.3 集成电容 8.3.4 寄生二极管与三极管 8.4 版图设计准则 8.4.1 匹配设计 8.4.2 抗干扰设计 8.4.3 寄生优化设计 8.4.4 可靠性设计 8.5 电学设计规则与布线 8.6 基于Cadence平台的全定制IC设计 8.6.1 版图设计的环境 8.6.2 原理图编辑与仿真 8.6.3 版图编辑与验证 8.6.4 CMOS差动放大器版图设计实例 8.7 芯片的版图布局 8.8 版图设计的注意事项 思考题 本章参考文献第9章 模拟集成电路基本单元 9.1 电流源电路 9.1.1 双极型镜像电流源 9.1.2 MOS电流镜 9.2 基准电压源设计 9.2.1 双极型三管能隙基准源 9.2.2 MOS基准电压源 9.3 单端反相放大器 9.3.1 基本放大电路 9.3.2 改进的CMOS推挽放大器 9.4 差分放大器 9.4.1 BJT差分放大器 9.4.2 MOS差分放大器 9.4.3 CMOS差分放大器设计实例 9.5 运算放大器 9.5.1 性能参数 9.5.2 套筒式共源共栅运放 9.5.3 折叠式共源共栅运放 9.5.4 两级运放 9.5.5 CMOS运算放大器设计实例 9.6 振荡器 9.6.1 环形振荡器 9.6.2 LC振荡器 思考题 本章参考文献第10章 数字集成电路基本单元与版图 10.1 TTL基本电路 10.1.1 TTL反相器 10.1.2 TTL与非门 10.1.3 TTL或非门 10.2 CMOS基本门电路及版图实现 10.2.1 CMOS反相器 10.2.2 CMOS与非门和或非门 10.2.3 CMOS传输门和开关逻辑 10.2.4 三态门 10.2.5 驱动电路 10.3 数字电路标准单元库设计 10.3.1 基本原理 10.3.2 库单元设计 10.4 焊盘输入输出单元 10.4.1 输入单元 10.4.2 输出单元 10.4.3 输入输出双向三态单元(IO PAD) 10.5 了解CMOS存储器 10.5.1 动态随机存储器(DRAM) 10.5.2 静态随机存储器(SRAM) 10.5.3 闪存 思考题 本章参考文献第11章 集成电路数字系统设计基础 11.1 数字系统硬件描述语言 11.1.1 基于HDL语言的设计流程 11.1.2 Verilog HDL语言介绍 11.1.3 硬件描述语言VHDL 11.2 数字系统逻辑综合与物理实现 11.2.1 逻辑综合的流程 11.2.2 Verilog HDL与逻辑综合 11.2.3 自动布局布线 11.3 数字系统的FPGACPLD硬件验证 11.3.1 PLD概述 11.3.2 现场可编程门阵列(FPGA) 11.3.3 基于FPGA的数字系统硬件验证 思考题 本章参考文献第12章 集成电路的测试和封装 12.1 集成电路在芯片测试技术 12.2 集成电路封装形式与工艺流程 12.3 芯片键合 12.4 高速芯片封装 12.5 混合集成与微组装技术 12.6 数字集成电路测试方法 12.6.1 可测试性的重要性 12.6.2 测试基础 12.6.3 可测试性设计 思考题 本章参考文献
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读后感

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用户评价

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翻开这本书,一股浓厚的学院派气息扑面而来,它更像是一份精心准备的硕士毕业论文的集结,而非一本面向市场的实用工具书。它的叙述方式极其严谨,几乎每一个结论都伴随着冗长的公式和严密的逻辑论证。我尤其欣赏作者在描述静态随机存储器(SRAM)的位线负载平衡和感应翻转阈值方面所花费的笔墨,那部分的分析达到了教科书级别的深度,对于理解存储器设计的精妙权衡非常有启发性。然而,这种“百科全书式”的深度也带来了阅读体验上的挑战。对于一个希望快速掌握设计技巧的人来说,书中的大量篇幅被用于解释那些在实际工作中可能已经被EDA工具抽象和自动化的基础概念。例如,关于版图设计规则(DRC)和设计规则检查(DRC)的现代约束管理,书中只是一笔带过,而对于如何高效地使用LVS(Layout Versus Schematic)来避免版图错误,几乎没有实操性的指导。我发现自己不得不频繁地在网络上搜索最新的行业标准和工具操作手册来弥补书中在“如何做”层面的缺失,这本书更多地在解释“为什么是这样”。

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坦白地说,这本书的装帧和排版让人感觉像是上个世纪末期的产物。内容上,它对模拟和混合信号电路设计模块的覆盖度远超数字电路部分,这让我一个主要关注高性能数字逻辑的读者感到有些不适应。模拟部分的章节,比如跨导放大器(OTA)的频率补偿和噪声分析,写得极具洞察力,那些关于零点和极点对稳定性的影响的讨论,确实令人耳目一新,展现了作者深厚的模拟设计功底。但是,在数字设计这一块,内容显得严重滞后。例如,它对流水线(Pipelining)的讨论还停留在非常基础的阶段,对于如何处理跨时钟域(CDC)的同步问题,仅仅提出了几个简单的握手协议,完全没有涉及实际SoC设计中复杂的异步FIFO设计、亚稳态处理的先进方法,更不用说现代ASIC设计中广泛使用的低功耗时序优化技术。这本书更适合作为一名电子工程系学生入门模拟电路的补充读物,但如果作为一本“集成电路设计”的全面教材,它在数字领域的现代实践经验分享上,实在欠缺火候。

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我对这本书的评价是,它更像是一本关于“经典集成电路原理”的精粹,而不是一本紧跟行业脉搏的“集成电路设计”实战指南。作者对晶体管的非理想效应,如迁移率饱和、短沟道效应的数学建模,可以说是做到了极致的详尽和清晰,每一个参数的变化对电路性能的影响都被量化分析。但这种对“完美理论”的追求,似乎是以牺牲对现代设计方法论的关注为代价的。例如,在系统级设计(System-Level Design)和高层次综合(HLS)日益重要的今天,这本书完全没有触及如何通过C/C++或SystemC来驱动设计流程。此外,关于IP核复用、验证方法的系统性介绍也显得非常薄弱。验证(Verification)在现代芯片设计中占据了超过60%的工作量,但书中对UVM(Universal Verification Methodology)等主流验证框架的提及几乎为零。总而言之,如果你的目标是深入理解晶体管的物理本质,这本书是无与伦比的;但如果你的目标是快速成为一名能独立完成现代芯片项目的设计师,你还需要寻找其他更侧重于流程、验证和系统层面的书籍来作为补充。

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这本书给我的核心感受是:它是一本非常“硬核”的理论参考书,但缺乏“软性”的应用指导。它的语言风格非常专业化,充满了专业术语,阅读起来需要极高的专注度,每页信息密度都非常高,这对于想要快速扫读或查找特定问题的读者来说是个不小的挑战。比如,作者在描述PN结的雪崩效应和击穿电压时,其数学模型之复杂令人咋舌,这无疑为理解工艺的极限提供了理论基础。然而,当谈到实际的版图实现时,例如如何有效隔离敏感的模拟模块以避免数字噪声耦合(Latch-up Prevention),书中给出的建议过于笼统,缺乏具体的单元库和工艺模型的参照。我希望看到更多关于如何使用Cadence Virtuoso或者Synopsys IC Compiler的实际操作截图或者流程图,来直观地展示设计是如何从原理图走向物理实现的。目前的版本,更像是让人在脑海中“想象”出电路的物理形态,而不是手把手地指导读者完成一次Tape-out的准备工作。这使得它在工程实践的指导价值上打了折扣。

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这本《集成电路设计》……怎么说呢,给我的感觉就像是收到了一份极其详尽的、但又有些年代感的工程手册。我本来是带着极大的期望来学习现代IC设计流程和最前沿的EDA工具应用的。然而,书的内容似乎更侧重于对晶体管级别物理特性的深入挖掘和基础CMOS电路的理论推导,这部分确实扎实,对于理解底层原理很有帮助。比如,它对亚阈值电流的建模、栅氧化层漏电的分析,都写得非常细致,甚至连数学推导都清晰可见。但问题在于,这本书对于设计流程的介绍,比如从RTL到GDSII的完整后端实现过程,提及得比较模糊和概括。我期待看到关于布局布线策略、时序签核(Timing Closure)的现代方法,以及低功耗设计(如时钟门控、电源门控)在实际流片中的最佳实践,但这些内容在书中几乎找不到深入的探讨。读完后,我感觉自己更像是一个对半导体物理有了透彻理解的专家,而不是一个能快速上手设计一个复杂SoC的前端或后端工程师。它更像是一本给研究生做理论研究的参考书,而不是给行业新人快速上岗的实战指南。希望后续的版本能增加对现代高精度仿真工具和先进工艺节点(如FinFET)设计考量的更新。

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