Integrated Circuit and System Design. Power and Timing Modeling, Optimization and Simulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Svensson, Lars; Monteiro, Jose;

出品人:

页数:462

译者:

出版时间:2009-3-23

价格:USD 129.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540959472

丛书系列:

图书标签:

• 集成电路设计
• 系统设计
• 功耗建模
• 时序建模
• 优化
• 仿真
• VLSI
• EDA
• 低功耗设计
• 高性能设计

模拟与数字集成电路设计原理及实现 书籍简介 本书深入探讨了现代集成电路（IC）设计的核心理论与实践，侧重于从晶体管级到系统级的全链路设计流程。它旨在为读者提供一个坚实的理论基础，并辅以大量实际案例，以应对当前高速、低功耗和高集成度芯片设计所面临的挑战。全书结构严谨，内容涵盖了半导体器件物理基础、模拟电路设计、数字电路设计、以及先进的版图实现与验证技术。 第一部分：半导体器件与工艺基础 本部分首先回顾了CMOS晶体管的基本物理原理，包括载流子输运、阈值电压的确定、以及亚阈值区的行为。详细分析了短沟道效应（Short Channel Effects）对晶体管特性的影响，如DIBL（Drain-Induced Barrier Lowering）和速度饱和（Velocity Saturation）。随后，阐述了先进半导体工艺（如FinFET和GAAFET）对电路设计范式转变的驱动作用，并介绍了集成电路制造中的关键步骤，如光刻、刻蚀和薄膜沉积，强调了工艺模型与设计规则手册（DRC）的相互关系。 第二部分：模拟集成电路设计 模拟电路部分是本书的重点之一，着重于低噪声、高精度和宽带宽的设计技术。 器件建模与噪声分析： 首先讲解了适用于电路仿真的精确晶体管模型（如BSIM模型），并深入分析了各种噪声源，包括热噪声（Thermal Noise）、散粒噪声（Shot Noise）和闪烁噪声（Flicker Noise，1/f Noise）。教授如何通过噪声系数（Noise Figure, NF）来量化电路性能。 基本单元设计： 详细介绍了重要的基础模拟模块，包括： 单级与多级放大器： 分析了增益、带宽、相位裕度和补偿技术，特别是密勒补偿（Miller Compensation）和弗尔德曼-考普斯（Folded Cascode）架构的优缺点。 运算放大器（Op-Amp）设计： 涵盖了各种拓扑结构，如折叠式共源共栅（Folded Cascode）和双级输出级设计，侧重于实现高输出阻抗和足够摆幅（Headroom）。 偏置电路与电流镜： 阐述了如何设计高精度、温度稳定的偏置电流源和电压源，以及匹配要求严格的电流镜拓扑，如镜像电流源和带共源极负载的电流镜。 反馈与频率响应： 深入讲解了反馈理论在模拟设计中的应用，包括负反馈的稳定性判据，如波德图（Bode Plot）和奈奎斯特图（Nyquist Plot）。详细分析了系统稳定性指标，如增益裕度（Gain Margin）和相位裕度（Phase Margin）。对于频率响应，重点讨论了米勒效应（Miller Effect）对高频性能的限制，以及如何通过零点/极点补偿来优化瞬态响应。 数据转换器（ADC/DAC）： 详细介绍了关键的数模（DAC）和模数（ADC）转换器架构。在DAC方面，重点分析了加权电流源、电阻梯形（R-2R Ladder）的设计与失配误差分析。在ADC方面，系统性地比较了Flash、SAR（逐次逼近寄存器）、Sigma-Delta和Pipeline架构的优劣，特别是关于采样率、分辨率与功耗的权衡。 第三部分：数字集成电路设计 本部分聚焦于现代SoC（系统级芯片）中数字电路的实现与优化，强调了设计自动化（EDA）流程的重要性。 逻辑单元与时序分析： 从标准单元（Standard Cell）库的构建出发，分析了基本逻辑门（NAND, NOR, Inverter）的延迟特性和功耗模型。详细介绍了静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的原理，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的约束，以及如何处理时钟偏移（Skew）和时钟抖动（Jitter）。 功耗优化技术： 功耗是现代数字设计面临的核心挑战。本书深入探讨了动态功耗（开关功耗）和静态功耗（亚阈值漏电）。针对动态功耗，介绍了时钟门控（Clock Gating）、动态电压频率调整（DVFS）的应用。针对静态功耗，探讨了多阈值（Multi-Vt）技术、关断技术（Power Gating）在不同模块中的策略部署。 存储器设计： 阐述了SRAM（静态随机存取存储器）的基本结构，包括六晶体管单元的设计、写操作的约束、以及读操作的稳定性分析。并对DRAM（动态随机存取存储器）的工作原理进行了概述。 第四部分：版图、布局与验证 本部分连接了设计与物理实现，是确保设计可制造性和可靠性的关键环节。 物理设计流程： 系统性地介绍了从功能抽象到最终版图生成的完整后端流程，包括综合（Synthesis）、布局（Placement）、布线（Routing）和最终的物理验证。强调了设计规则（DRC）和版图依赖性设计（LVS）在确保制造成功中的不可替代性。 可靠性考虑： 深入讨论了影响芯片长期可靠性的关键物理效应： 互连线效应： 分析了导线电阻（Resistance）、电容（Capacitance）和电感（Inductance）对信号完整性的影响，特别是RC延迟和串扰（Crosstalk）。 IR 降与EM： 详细解释了电源网络中的电压降（IR Drop）问题及其对电路性能的影响，以及电迁移（Electromigration, EM）对金属互连寿命的限制。 ESD/Latch-up： 介绍了静电放电（ESD）保护电路的设计原则，以及如何避免和抑制闩锁效应（Latch-up）。 本书的综合性使其成为IC设计工程师、高级电子工程专业学生以及从事定制芯片开发研究人员的必备参考资料。通过对这些基础原理和高级技巧的掌握，读者将能够设计出满足严苛性能、功耗和面积要求的下一代集成电路。

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**第四段评价：** 对于初入集成电路设计领域、但已经具备一定数字电路基础的年轻工程师来说，这本书的门槛或许稍高，但其提供的知识密度绝对是物超所值的。它不像某些教科书那样，在介绍完概念后就戛然而止；相反，它深入到那些在实际项目中经常被忽视的细节中去——比如，如何在高频、高压降（IR Drop）环境下准确预测时序偏移，或者如何利用更精细的功耗模型来指导门控（Gating）策略的部署。书中对“仿真”这一环节的重视程度令人耳目一新，强调了仿真不仅仅是验证结果的手段，更是驱动设计决策的核心引擎。我个人认为，这本书为那些希望在新一代FinFET或Gate-All-Around技术上做出突破的设计师们，提供了一个坚实的、基于物理的优化起点，而不是仅仅依赖EDA工具默认设置的“经验主义”。

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**第二段评价：** 说实话，我最初拿起这本书是带着一丝怀疑的，因为市面上关于EDA工具和设计流程的书籍汗牛充栋，但真正能触及“设计哲学”层面的却凤毛麟角。然而，这本书成功地跨越了这一鸿沟。它没有陷入特定工具链的泥潭，而是专注于构建一个通用的、跨平台的优化思维。我对其中关于多目标优化（Multi-Objective Optimization）的章节印象尤为深刻，它清晰地阐述了如何在速度、面积和功耗这三个永恒的矛盾体之间进行权衡取舍。这种抽象的、面向未来的设计方法论，让我重新审视了我们团队目前使用的启发式算法的局限性。此外，书中对于仿真和验证方法的论述也颇具深度，强调了模型保真度（Model Fidelity）在整个设计迭代中的关键作用，避免了“垃圾进，垃圾出”的风险。对于想要从“实现工程师”晋升为“架构设计师”的读者来说，这本书无疑是一本绝佳的催化剂。

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**第三段评价：** 这本书的阅读体验与其说是在学习一门技术，不如说是在进行一场严谨的学术探究。它的结构组织非常清晰，从最基础的器件级功耗模型开始，逐步向上构建到系统级的功耗预算和时序约束管理。语言风格严谨而精确，几乎没有模糊不清的描述，这对于需要将书中内容直接应用于工作规范的工程师来说，是极大的福音。我特别欣赏作者在介绍各种优化技术时，总会附带分析其计算复杂度和收敛特性，这使得我们能够理性地评估引入新方法所需的工程成本。对于那些渴望深入理解现代IC设计后端流程“黑箱”内部工作原理的资深工程师而言，这本书提供了打开黑箱所需的精确工具和理论基础。它不是一本速查手册，而是一部需要细细品味的案头工具书，每一次重读都会有新的领悟。

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分隔。 --- **第一段评价：** 这本书在处理现代SoC设计中的核心挑战时，展现出了一种罕见的、深入浅出的能力。它不仅仅停留在理论的阐述，更是将复杂的物理效应与实际的设计流程紧密结合。我特别欣赏它对动态功耗和静态功耗的系统性剖析，特别是对亚阈值泄漏的建模部分，那种对底层晶体管行为的洞察力，是很多同类书籍所缺乏的。作者似乎深谙设计人员在面对日益增长的功耗墙时所感受到的那种焦虑，因此提供的解决方案既具有前瞻性，又能够在当前工艺节点下找到实际落地的路径。从时序的角度来看，书中对于片上变异性（On-Die Variation）对时序裕度的影响分析得尤为透彻，这对于需要设计高性能、高可靠性产品的工程师来说，是极其宝贵的经验之谈。整本书读下来，感觉就像是跟随一位经验丰富的大师进行了一次长期的项目实践，收获的不仅仅是知识点，更是解决实际问题的思维框架。

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好的，下面是根据您的要求，从一个读者的角度出发，对一本名为《集成电路与系统设计：功耗与时序建模、优化与仿真》的书籍所作出的五段不同风格的评价，每段评价约300字，并且段落之间用

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