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第1章 绪论 1

1.1 集成电路的诞生和发展 2

1.2 集成电路分类 4

1.3 集成电路产业链 7

1.4 集成电路设计与EDA技术 8

1.4.1 集成电路设计 8

1.4.2 集成电路设计自动化技术的发展 9

第2章 集成电路工程基础 11

2.1 平面工艺基础 12

2.1.1 薄膜的制备 12

2.1.2 光刻工艺和技术 16

2.1.3 掺杂技术 18

2.2 集成电路制造基本工艺流程 20

2.2.1 双极型集成电路制造工艺流程 20

2.2.2 CMOS集成电路制造工艺流程 24

2.2.3 Bi-CMOS集成电路制造工艺简介 28

2.3 集成电路中的元件 29

2.3.1 NPN晶体管及其寄生效应 29

2.3.2 PNP晶体管及其寄生效应 36

2.3.3 MOS晶体管及其寄生效应 39

2.3.4 小尺寸MOS器件凸显的问题与按比例缩小理论 43

2.3.5 集成电路中的二极管 48

2.3.6 集成电路中的电阻器 51

2.3.7 集成电路中的电容器 56

2.3.8 集成电路中的电感器 59

2.4 集成电路版图设计基础 60

2.4.1 版图设计规则 60

2.4.2 版图布局 63

2.4.3 版图布线 67

2.4.4 版图验证与数据提交 67

2.4.5 版图基本优化设计技术 69

第3章 集成电路器件模型 74

3.1 二极管模型 75

3.1.1 直流模型 75

3.1.2 大信号模型 76

3.1.3 小信号模型 76

3.1.4 PN结二极管温度效应 77

3.2 双极型晶体管模型 78

3.2.1 EM模型 78

3.2.2 GP模型 81

3.3 MOS场效应晶体管模型 85

3.3.1 MOSFET电流方程模型 86

3.3.2 MOSFET大信号模型 87

3.3.3 MOSFET小信号模型 89

3.3.4 MOSFET二阶及高阶效应模型 91

3.4 噪声模型 101

3.4.1 噪声源类型 101

3.4.2 集成电路器件噪声模型 104

第4章 SPICE模拟程序 108

4.1 SPICE简介 109

4.2 SPICE电路描述语句 109

4.2.1 电路输入语句和格式 109

4.2.2 SPICE的输出语句和输出变量 117

4.3 SPICE电路分析功能介绍 119

4.3.1 直流分析 119

4.3.2 交流小信号分析 126

4.3.3 瞬态分析 131

4.3.4 傅里叶分析 132

4.3.5 通用参数扫描分析 133

4.3.6 蒙特卡罗分析 133

4.3.7 最坏情况分析 136

4.3.8 温度分析 136

4.3.9 噪声分析 137

4.3.10 其他常用的控制命令 138

第5章 双极型数字集成电路 141

5.1 简易TTL与非门 142

5.1.1 工作原理 142

5.1.2 电压传输特性与抗干扰能力 142

5.1.3 负载能力 143

5.1.4 瞬态特性 144

5.1.5 电路功耗 144

5.1.6 多发射极输入晶体管设计 145

5.2 TTL与非门的改进形式 146

5.2.1 三管单元TTL与非门 146

5.2.2 四管单元TTL与非门 146

5.2.3 五管单元TTL与非门 147

5.2.4 六管单元TTL与非门 147

5.2.5 肖特基晶体管和STTL与非门 149

5.2.6 LSTTL和ALSTTL与非门 151

5.3 TTL与非门的逻辑扩展 152

5.3.1 TTL基本门电路 153

5.3.2 TTL OC门电路 156

5.3.3 TTL三态门电路 158

5.3.4 TTL施密特逻辑门电路 158

5.3.5 TTL触发器电路 160

5.4 TTL中大规模集成电路 163

5.4.1 中大规模集成电路的结构特点 163

5.4.2 TTL简化逻辑门 164

5.4.3 单管逻辑门电路 166

5.4.4 内部简化触发器 169

5.5 TTL集成电路版图解析 171

5.5.1 TTL与非门版图解析 171

5.5.2 LSTTL或门版图解析 173

5.6 ECL集成电路 174

5.6.1 ECL基本门的工作原理 175

5.6.2 ECL电路的逻辑扩展 177

5.6.3 ECL电路版图设计特点 178

5.7 I2L集成电路 178

5.7.1 I2L基本单元的工作原理 179

5.7.2 I2L电路的逻辑组合 180

5.7.3 I2L电路版图设计特点 180

第6章 CMOS数字集成电路设计 182

6.1 CMOS反相器 183

6.1.1 工作原理 183

6.1.2 直流传输特性与噪声容限 184

6.1.3 瞬态特性 186

6.1.4 功耗特性 188

6.2 传输门 190

6.2.1 单沟MOS传输门 190

6.2.2 CMOS传输门 191

6.3 CMOS基本逻辑电路 192

6.3.1 标准CMOS静态逻辑门 192

6.3.2 伪NMOS逻辑与差分级联电压开关逻辑 198

6.3.3 CMOS三态门 200

6.3.4 传输门逻辑和差动传输管逻辑 201

6.3.5 CMOS动态逻辑 204

6.4 CMOS触发器 209

6.4.1 R-S触发器 209

6.4.2 D触发器 211

6.4.3 CMOS施密特触发器 216

6.5 加法器电路 218

6.5.1 全加器和半加器 218

6.5.2 逐位进位加法器 222

6.5.3 进位选择加法器 222

6.5.4 超前进位加法器 224

6.6 MOS存储器 225

6.6.1 存储器概述 225

6.6.2 MASK ROM 227

6.6.3 可擦写ROM 235

6.6.4 随机存取存储器 238

6.6.5 按内容寻址存储器 245

6.7 CMOS集成电路版图设计特点 249

6.7.1 抗闩锁设计 249

6.7.2 抗静电设计 250

6.8 集成电路实现方法 253

6.8.1 全定制设计方法 253

6.8.2 门阵列设计方法 254

6.8.3 标准单元设计方法 255

6.8.4 积木块设计方法 258

6.8.5 可编程逻辑器件方法 258

第7章 模拟集成电路设计 261

7.1 概述 262

7.2 电流镜 263

7.2.1 基本MOS电流镜 263

7.2.2 共源共栅电流镜 264

7.2.3 双极型电流镜 267

7.3 基准源 268

7.3.1 电压基准源 269

7.3.2 电流基准源 273

7.4 CMOS单级放大器 276

7.4.1 共源极放大器 276

7.4.2 共漏极放大器 277

7.4.3 共栅极放大器 278

7.4.4 共源共栅极放大器 280

7.4.5 四种典型结构的特点归纳 282

7.5 双极型单级放大器 283

7.5.1 共射极放大器 283

7.5.2 共集极放大器 284

7.5.3 共基极放大器 285

7.6 差动放大器 286

7.6.1 差动工作方式 286

7.6.2 基本差动对 287

7.6.3 共模响应 289

7.7 放大器的频率特性 290

7.7.1 密勒效应 290

7.7.2 共源极的频率特性 291

7.7.3 共漏极的频率特性 292

7.7.4 共栅极的频率特性 293

7.7.5 共源共栅极的频率特性 294

7.7.6 差动放大器的频率特性 294

7.8 噪声 295

7.8.1 噪声有关特性 295

7.8.2 电路中的噪声计算 296

7.9 运算放大器及频率补偿 298

7.9.1 性能参数 298

7.9.2 一级运放 301

7.9.3 两级运放 304

7.9.4 反馈及频率补偿 305

7.10 比较器 310

7.10.1 比较器的特性 310

7.10.2 比较器的类型 312

7.10.3 高速比较器的设计 314

7.11 开关电容电路 315

7.11.1 基本开关电容 315

7.11.2 基本单元 316

7.11.3 开关电容滤波器 318

7.12 数据转换电路 319

7.12.1 数模转换器 320

7.12.2 模数转换器 327

7.13 模拟电路的版图设计特点 340

7.13.1 晶体管 340

7.13.2 对称性 340

7.13.3 无源器件 341

7.13.4 噪声问题 342

第8章 数字集成电路自动化设计 345

8.1 数字集成电路设计方法学概述 346

8.1.1 层次化设计方法 346

8.1.2 电子设计自动化设计流程 348

8.2 Verilog硬件描述语言 351

8.2.1 Verilog HDL基础 351

8.2.2 Verilog HDL门级建模 356

8.2.3 Verilog HDL数据流建模 358

8.2.4 Verilog HDL行为级建模 362

8.2.5 Verilog HDL层次式建模 369

8.3 设计综合 373

8.3.1 行为综合 373

8.3.2 逻辑综合 374

8.3.3 版图综合 378

8.4 设计验证 381

8.4.1 设计验证的基本内容 381

8.4.2 功能验证概述 382

8.4.3 基于模拟的验证 385

8.4.4 时序验证概述 392

第9章 集成电路的测试技术 393

9.1 故障模型 394

9.1.1 固定型故障 394

9.1.2 桥接故障 396

9.1.3 延迟故障 396

9.1.4 IDDQ故障 397

9.2 测试向量生成 397

9.2.1 异或法 398

9.2.2 布尔差分法 398

9.2.3 单路径敏化法 399

9.2.4 D算法 399

9.2.5 FAN算法 403

9.3 可测性设计 403

9.3.1 专用可测性设计技术 404

9.3.2 扫描测试技术 404

9.3.3 内建自测试技术 406

9.3.4 边界扫描技术 408

9.4 系统芯片的测试结构及标准 412

9.4.1 SoC测试结构 412

9.4.2 内核测试标准IEEE 1500 414

第10章 SoC设计概论 418

10.1 SoC简介 419

10.1.1 SoC概述 419

10.1.2 SoC结构 419

10.1.3 SoC的技术特点 421

10.2 SoC设计方法学 421

10.2.1 SoC设计流程 421

10.2.2 基于平台的SoC设计方法 422

10.2.3 SoC设计自动化技术的发展 424

10.3 IP核的设计和复用 425

10.3.1 IP核的几种形态 425

10.3.2 IP核设计和复用技术 425

10.4 SoC/IP验证技术 428

10.4.1 SoC验证的特点 428

10.4.2 SoC验证方法学 429

10.5 基于片上网络互连的多核SoC 435

10.5.1 MPSoC简介 435

10.5.2 MPSoC片上通信结构的发展 435

10.5.3 片上网络技术 437

10.6 SoC技术的发展 438

10.6.1 SoC技术发展趋势 438

10.6.2 纳米工艺制程中CMOS器件技术的发展 440

10.6.3 纳米级集成电路材料和工艺设备的发展 444

参考文献 445