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第1章 绪论 1

1.1 集成电路发展概况 1

1.2 集成电路的分类 3

1.3 集成电路设计方法 5

1.4 电路设计自动化 9

1.5 集成电路的制造 10

思考题与习题 11

第2章 半导体物理基础 12

2.1 半导体简介 12

2.1.1 半导体的基本特性 12

2.1.2 常见晶体结构 12

2.1.3 半导体的导电机制：扩散和漂移 13

2.1.4 半导体的电导率 16

2.2 半导体中的能带 17

2.2.1 电子的量子态和能级 17

2.2.2 半导体中的能带 19

2.2.3 掺杂半导体中的能带 23

2.2.4 半导体中热平衡状态下的费密分布函数 24

2.2.5 半导体导带和价带中载流子浓度的确定 26

2.3 接触理论 29

2.3.1 同种半导体接触 29

2.3.2 半导体与金属接触 36

2.3.3 异种半导体接触 39

思考题与习题 42

第3章 半导体器件模型 43

3.1 二极管模型 43

3.1.1 二极管的定压降模型 44

3.1.2 二极管的分段线性模型 44

3.1.3 SPICE中的二极管模型 45

3.1.4 SPICE中的二极管模型参数 46

3.2 MOS器件模型 46

3.2.1 MOS1模型 47

3.2.2 MOS2模型 48

3.2.3 MOS3模型 51

3.2.4 BSIM3模型 52

3.2.5 SPICE中的MOS模型参数 54

3.3 双极型器件模型 56

3.3.1 双极型器件模型的基本概念 56

3.3.2 双极型器件的EM模型 56

3.3.3 双极型器件的GP模型 58

3.3.4 SPICE中的三极管模型参数 59

思考题与习题 61

第4章 集成电路制造与版图设计 62

4.1 集成电路制造工艺 62

4.1.1 晶圆准备 62

4.1.2 硅的氧化 63

4.1.3 薄膜沉积 64

4.1.4 外延 65

4.1.5 掺杂 66

4.1.6 光刻 67

4.1.7 刻蚀 69

4.2 工艺集成 70

4.2.1 双极型工艺 70

4.2.2 CMOS工艺 73

4.2.3 BiCMOS工艺 80

4.2.4 无源器件 82

4.2.5 存储器件 83

4.3 版图设计 87

4.3.1 版图几何设计规则 88

4.3.2 模拟电路版图设计 89

4.3.3 数字电路版图设计 93

4.3.4 闩锁效应 93

4.3.5 版图设计验证 95

4.4 封装 96

4.4.1 封装的作用 96

4.4.2 封装的过程 96

4.4.3 封装类型 97

4.4.4 未来封装技术趋势 100

思考题与习题 100

第5章 模拟单元与变换电路 102

5.1 电流源设计 103

5.1.1 MOS电流源设计 103

5.1.2 双极型晶体管电流源设计 105

5.2 差分放大器设计 107

5.2.1 MOS差分放大器设计 107

5.2.2 双极型晶体管差分放大器设计 108

5.3 MOS基准电压源设计 109

5.4 CMOS运算放大器 110

5.5 集成电压比较器 113

5.6 D/A转换器 114

5.7 A/D转换器 116

5.8 滤波器 119

思考题与习题 121

第6章 数字单元电路 122

6.1 基本逻辑门和性能分析 122

6.1.1 CMOS反相器 122

6.1.2 CMOS反相器的动态特性 128

6.1.3 CMOS反相器的功耗 132

6.1.4 CMOS与非门和或非门 134

6.1.5 CMOS复杂逻辑门设计 137

6.1.6 有比逻辑和TTL逻辑 139

6.1.7 CMOS传输门和传输门逻辑 141

6.1.8 CMOS门电路的优化设计 142

6.2 组合逻辑电路 144

6.2.1 多路选择器 144

6.2.2 译码器 145

6.2.3 加法器 146

6.2.4 乘法器 148

6.3 时序逻辑电路 151

6.3.1 触发器 151

6.3.2 流水线 152

6.3.3 寄存器堆 154

6.4 存储器组织 155

6.4.1 存储器概述 155

6.4.2 只读存储器 156

6.4.3 可编程只读存储器 158

6.4.4 静态随机存储器 159

6.4.5 动态随机存储器 161

6.4.6 地址译码器 162

6.4.7 灵敏放大器 163

6.5 微处理器单元 165

6.5.1 微处理器概述 165

6.5.2 MIPS指令集简介 168

6.5.3 单周期CPU设计 171

思考题与习题 180

第7章 ASIC/SoC系统设计 182

7.1 ASIC/SoC简介 182

7.2 SoC设计方法 183

7.3 代码编写技术 184

7.3.1 Verilog HDL语言介绍 184

7.3.2 编码风格 187

7.4 FPGA功能验证 188

7.5 综合技术 189

7.5.1 综合的步骤 189

7.5.2 综合策略 190

7.5.3 常用综合约束介绍 191

7.5.4 代码与综合结果 197

7.6 门级验证技术 198

7.6.1 静态时序分析 198

7.6.2 形式验证 200

7.6.3 动态仿真验证 201

7.6.4 三种验证技术比较 201

7.7 布图规划以及布局布线技术 202

7.7.1 布图规划 203

7.7.2 布局 203

7.7.3 布线 204

7.8 低功耗设计 204

7.8.1 静态功耗 205

7.8.2 动态功耗 206

思考题与习题 207

第8章 集成电路测试与可测试性设计 208

8.1 测试原理与故障模型 208

8.2 组合逻辑电路的测试方法 211

8.3 组合逻辑电路的可测试性设计 215

8.4 时序逻辑电路的测试方法 218

8.5 时序逻辑电路的可测试性设计 222

8.6 SoC测试 226

思考题与习题 228

第9章 集成电路设计工具与设计实例 230

9.1 工业界流行的设计软件简介 230

9.1.1 EDA简介 230

9.1.2 模拟电路设计流程及相关EDA软件 231

9.1.3 数字电路设计流程及相关EDA软件 234

9.2 设计实例——LCD控制器 237

9.2.1 模块划分和功能简介 237

9.2.2 验证程序设计 237

9.2.3 逻辑综合 238

9.2.4 布局布线 247

思考题与习题 257

附录A PSPICE软件简介 258

A.1 PSPICE的发展与特点 258

A.2 PSPICE的组成 259

A.2.1 电路原理图编辑程序Schematics 259

A.2.2 激励源编辑程序Stimulus Editor 259

A.2.3 电路仿真程序PSPICE A/D 260

A.2.4 输出结果绘图程序Probe 260

A.2.5 模型参数提取程序Model Editor 260

A.3 PSPICE的模拟功能 260

A.3.1 直流分析OP and DC 261

A.3.2 暂态分析TRAN 261

A.3.3 交流分析AC 261

A.3.4 灵敏度分析SENS 262

A.3.5 统计分析MC and WCASE 262

附录B 半导体的主要物理参数 263

参考文献 264