数字与片上系统设计教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:何宾

出品人:

页数:275

译者:

出版时间:2010-7

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787302223979

丛书系列:

图书标签:

• 数字系统设计
• 片上系统
• SoC
• Verilog
• VHDL
• FPGA
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 计算机体系结构
• 硬件描述语言

深入浅出：现代集成电路设计与实现 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索现代集成电路（IC）设计与实现的复杂领域。它不仅仅关注理论基础，更强调在实际工程应用中的操作性与前沿技术。全书内容涵盖了从底层物理特性到高级系统架构的广阔范围，力求构建一个扎实的知识体系，使读者能够独立应对从概念构思到最终芯片流片的挑战。 第一部分：半导体物理与器件基础的重塑 本部分将从最基本的半导体材料科学入手，但会迅速过渡到与现代IC设计流程紧密相关的器件物理学。我们不会沉溺于繁复的量子力学推导，而是聚焦于MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）作为现代数字和模拟电路基石的内在行为。 1.1 晶体管的微观世界： 详细阐述了沟道电荷的输运机制、亚阈值导电现象、短沟道效应（如DIBL、沟道长度调制）对器件性能的决定性影响。特别地，我们会深入分析FinFET（鳍式场效应晶体管）和GAAFET（全环绕栅极场效应晶体管）等下一代器件结构如何通过提高静电控制能力来应对摩尔定律的物理瓶颈。 1.2 关键工艺参数的量化： 重点解析跨导 ($g_m$)、阈值电压 ($V_{th}$)、驱动电流 ($I_{on}$/$I_{off}$) 等设计者必须掌握的关键参数是如何受工艺、温度和电压影响的。这部分内容强调如何利用这些参数进行亚阈值斜率（Subthreshold Swing）的优化，以平衡功耗与速度。 1.3 器件模型的精度与局限： 讨论业界常用的晶体管模型（如BSIM系列）的结构与适用范围。我们将分析在不同工作区域（饱和区、线性区）模型参数的拟合质量，并探讨高频（寄生参数影响）和低功耗（亚阈值）设计中，标准模型可能引入的误差及其修正方法。 第二部分：模拟集成电路设计的高级技艺 模拟电路是实现精确感知、控制和信号调理的核心。本部分侧重于设计方法论、噪声分析和反馈系统的稳定性。 2.1 跨导放大器（OTA）的拓扑优化： 从基本的共源级、推挽级出发，系统介绍单位增益反馈结构（Unit-Gain Feedback）的设计，如折叠共源共栅（Folded Cascode）和电流镜负载放大器。重点讨论如何通过零点/极点补偿技术（如密勒补偿、导纳平面分析）来保证闭环系统的相位裕度和瞬态响应。 2.2 低噪声与高精度设计： 深入剖析电路中的主要噪声源——热噪声（Johnson-Nyquist）和闪烁噪声（Flicker Noise）。详细讲解如何运用噪声因子（Noise Figure, NF）的计算方法，并通过优化晶体管尺寸和偏置电流来最小化输入参考噪声，特别是在射频（RF）前端设计中的应用。 2.3 数据转换器（ADC/DAC）的原理与实现： 重点讲解逐次逼近型ADC（SAR ADC）的设计挑战，包括采样保持电路（Sample-and-Hold, S/H）的精度要求、比较器的设计与失调校准。对于DAC，则深入探讨单位元素匹配对积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）的影响，以及消除技术，如动态元排序（Dynamic Element Matching, DEM）。 第三部分：数字电路与系统级优化 本部分聚焦于现代SoC（系统级芯片）设计中的速度、面积与功耗（PPA）的权衡，并引入了先进的时序分析方法。 3.1 深度时序分析与收敛性： 详细解析静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的全部流程。重点在于建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的精确计算，以及如何处理时钟偏移（Skew）和时钟抖动（Jitter）对系统裕度的侵蚀。引入OCV（片上变异）、AOCV（关联OCV）和POCV（路径OCV）等高级时序模型的应用场景。 3.2 低功耗数字设计策略： 除了传统的电压缩放（DVFS），本书重点探讨时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、多电压域设计（Multi-Voltage Domains）的实现细节，以及如何避免由此带来的异步边界问题。分析时序保护单元（Isolation Cells）和水平保持单元（Level Shifters）在跨域信号传递中的关键作用。 3.3 互连线延迟与信号完整性： 在纳米技术节点下，互连线的电阻-电容（RC）延迟占据主导地位。详细介绍Elmore延迟模型的应用，以及布线拥塞（Routing Congestion）对最终物理实现的影响。讨论串扰（Crosstalk）的建模与缓解技术，如屏蔽线（Shielding Wires）和缓冲器的优化放置。 第四部分：后端设计流程与验证的工业实践 本部分将读者带入物理实现的最后阶段，强调设计可制造性和鲁棒性。 4.1 布局规划与布线策略： 探讨从门级网表到最终GDSII文件的完整综合（Synthesis）与布局布线（Place and Route）流程。强调如何基于功耗热点和时序关键路径进行电源规划（Power Planning），包括环形地（Power Ring）和地凸起（Ground Mesh）的设计。分析时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）如何精确控制时钟信号的延迟和倾斜度（Skew）。 4.2 设计规则检查（DRC）与版图后仿真： 深入解析设计规则检查（DRC）和版图效应检查（LVS）的重要性，确保芯片设计符合晶圆代工厂的制造限制。重点阐述寄生提取（Parasitic Extraction）的精确性，以及如何利用提取后的RC参数进行后仿真（Post-Layout Simulation）来验证设计性能，特别是在工艺角（Corner）下的表现。 4.3 可测试性设计（DFT）与良率： 讲解扫描链（Scan Chain）的插入与优化，以实现高覆盖率的转换自检（ATPG）。讨论内建自测试（BIST）技术，特别是内存BIST（MBIST）的原理，以及这些技术如何降低测试成本、提高芯片出货前的测试覆盖率，从而保障最终产品的良率。

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