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第1章　VLSI设计概述 1

1.1　系统及系统集成 1

1.1.1　信息链 1

1.1.2　模块与硬件 2

1.1.3　系统集成 6

1.2　VLSI设计方法与管理 8

1.2.1　设计层次与设计方法 8

1.2.2　复杂性管理 11

1.2.3　版图设计理念 13

1.3　VLSI设计技术基础与主流制造技术 15

1.4　新技术对VLSI的贡献 16

1.5　设计问题与设计工具 17

1.6　一些术语与概念 18

1.7　本书主要内容与学习方法指导 20

练习与思考一 21

第2章　MOS器件与工艺基础 22

2.1　MOS晶体管基础 22

2.1.1　MOS晶体管结构及基本工作原理 22

2.1.2　MOS晶体管的阈值电压VT 25

2.1.3　MOS晶体管的电流—电压方程 26

2.1.4　MOS器件的平方律转移特性 27

2.1.5　MOS晶体管的跨导gm 27

2.1.6　MOS器件的直流导通电阻 28

2.1.7　MOS器件的交流电阻 28

2.1.8　MOS器件的最高工作频率 29

2.1.9　MOS器件的衬底偏置效应 29

2.1.10　CMOS结构 30

2.2　CMOS逻辑部件 30

2.2.1　CMOS倒相器设计 30

2.2.2　CMOS与非门和或非门的结构及其等效倒相器设计方法 32

2.2.3　其他CMOS逻辑门 33

2.2.4　D触发器 39

2.2.5　内部信号的分布式驱动结构 40

2.3　MOS集成电路工艺基础 40

2.3.1　基本的集成电路加工工艺 40

2.3.2　CMOS工艺简化流程 44

2.3.3　Bi-CMOS工艺技术 47

2.4　版图设计 48

2.4.1　简单MOSFET版图 48

2.4.2　大尺寸MOSFET的版图设计 50

2.4.3　失配与匹配设计 53

2.5　发展的MOS器件技术 60

2.5.1　物理效应对器件特性的影响 60

2.5.2　材料技术 63

2.5.3　器件结构 65

练习与思考二 68

第3章　设计与工艺接口 69

3.1　设计与工艺接口问题 69

3.1.1　基本问题——工艺线选择 69

3.1.2　设计的困惑 69

3.1.3　设计与工艺接口 71

3.2　工艺抽象 72

3.2.1　工艺对设计的制约 72

3.2.2　工艺抽象 73

3.3　电学设计规则 76

3.3.1　电学规则的一般描述 76

3.3.2　器件模型参数 78

3.3.3　模型参数的离散及仿真方法 80

3.4　几何设计规则 83

3.4.1　几何设计规则描述 83

3.4.2　一个版图设计的例子 90

3.5　工艺检查与监控 90

3.5.1　PCM(Process Control Monitor) 90

3.5.2　测试图形及参数测量 92

本章结束语 96

练习与思考三 97

第4章　晶体管规则阵列设计技术 98

4.1　晶体管阵列及其逻辑设计应用 98

4.1.1　全NMOS结构ROM 99

4.1.2　ROM版图 100

4.2　MOS晶体管开关逻辑 104

4.3　PLA及其拓展结构 107

4.3.1　“与非—与非”阵列结构 108

4.3.2　“或非—或非”阵列结构 108

4.3.3　多级门阵列（MGA） 110

4.4　门阵列 112

4.4.1　门阵列单元 113

4.4.2　整体结构设计准则 116

4.4.3　门阵列在VLSI设计中的应用形式 117

4.5　晶体管规则阵列设计技术应用示例 117

练习与思考四 119

第5章　单元库设计技术 122

5.1　单元库概念 122

5.2　标准单元设计技术 123

5.2.1　标准单元描述 123

5.2.2　标准单元库设计 124

5.2.3　输入／输出单元（I/O PAD） 126

5.3　积木块设计技术 135

5.4　单元库技术的拓展 136

本章结束语 136

练习与思考五 137

第6章　微处理器 139

6.1　系统结构概述 139

6.2　微处理器单元设计 140

6.2.1　控制器单元 140

6.2.2　算术逻辑单元ALU 143

6.2.3　乘法器 153

6.2.4　移位器 154

6.2.5　寄存器 156

6.2.6　堆栈 159

6.3　存储器组织 160

6.3.1　存储器组织结构 160

6.3.2　行译码器结构 161

6.3.3　列选择电路结构 164

6.4　微处理器的输入／输出单元 167

6.4.1　P0口单元结构 167

6.4.2　P1口单元结构 168

6.4.3　P2口单元结构 168

6.4.4　P3口单元结构 169

本章结束语 169

练习与思考六 169

第7章　测试技术和可测试性设计 172

7.1　VLSI可测试性的重要性 172

7.2　测试基础 173

7.2.1　内部节点测试方法的测试思想 173

7.2.2　故障模型 174

7.2.3　可测试性分析 177

7.2.4　测试矢量生成 179

7.3　可测试性设计 181

7.3.1　分块测试 181

7.3.2　可测试性的改善设计 181

7.3.3　内建自测试技术 185

7.3.4　扫描测试技术 186

本章结束语 186

练习与思考七 186

第8章　模拟单元与变换电路 188

8.1　模拟集成单元中的基本元件 188

8.1.1 电阻 188

8.1.2　电容 193

8.2　基本偏置电路 195

8.2.1　电流偏置电路 195

8.2.2　电压偏置电路 203

8.3　放大电路 206

8.3.1　单级倒相放大器 206

8.3.2　差分放大器 212

8.3.3　源极跟随器 217

8.3.4　MOS输出放大器 219

8.4　运算放大器 221

8.4.1　普通两级CMOS运放 221

8.4.2　采用共源—共栅（cascode）输出级的CMOS运放 222

8.4.3　采用推挽输出级的CMOS运放 223

8.4.4　采用衬底NPN管输出级的CMOS运放 223

8.4.5　采用共源—共栅输入级的CMOS运放 224

8.5　电压比较器 225

8.5.1　电压比较器的电压传输特性 226

8.5.2　差分电压比较器 226

8.5.3　两级电压比较器 226

8.6　D/A、A/D变换电路 227

8.6.1　D/A变换电路 227

8.6.2　A/D变换电路 230

本章结束语 235

练习与思考八 235

第9章　微机电系统（MEMS） 237

9.1　MEMS器件概念 237

9.1.1　几种简单的MEMS结构 238

9.1.2　集成微系统 244

9.1.3　多能域问题和复杂性设计问题 248

9.2 CMOS MEMS 249

9.2.1　材料的复用性 249

9.2.2　工艺的兼容性 251

9.3　MEMS器件描述与分析 252

9.3.1　简单梁受力与运动分析 252

9.3.2　Pull-in现象 254

9.4　MEMS器件建模与仿真 255

9.4.1　等效电路建模基础：类比 256

9.4.2　MEMS器件等效电路宏模型 260

9.4.3　器件特性与仿真 264

本章结束语 270

练习与思考九 270

第10章　设计系统与设计技术 271

10.1　设计系统的组织 271

10.1.1　管理和支持软件模块 271

10.1.2　数据库 271

10.1.3　应用软件 273

10.2　设计流程与软件的应用 276

10.2.1　高度自动化的设计 277

10.2.2　计算机辅助版图设计 278

10.2.3　单元库设计 279

10.3　设计综合技术 280

10.3.1　硬件描述语言HDL 281

10.3.2　设计优化 290

10.4　可制造性设计（DFM） 291

10.4.1　一些特殊的问题 292

10.4.2　DFM技术示例 293

结束语 295

参考文献 296