超大规模集成电路设计 (2010 年度畅销榜NO.46522 )

本书共分八章。第一章介绍集成电路的发展和意义，超大规模集成电路的优点，设计方法与设计流程。第二章比较系统的介绍了VLSI的设计基础，如MOS器件与MOS电路的设计，寄生电阻与寄生电容的估算，电路的延迟时间与大电容负载的驱动，电路的功耗与导电层的选择。第三章介绍集成电路的制造过程。第四章介绍集成电路的设计方法与设计规则，以及简单MOS电路的版图设计。第五章介绍VLSI的设计方法学。这一章首先阐述全定制电路的设计步骤与版图设计，以及深亚微米电路设计与全定制电路的阵列逻辑设计。然后阐述了ASIC的门阵列设计法，标准单元设计法。第六章介绍FPGA的原理与设计。这一章比较系统地介绍了美国ALTERA公司MAX和FIEX系列器件的结构性能和特点，以及利用MAX+PLUSⅡ开发工具设计ASIC的方法。第七章讲述超大规模集成电路的可测试性设计。第八章介绍超大规模集成电路设计的硬件描述语言VHDL。本书内容丰富、系统性强、深入浅出、通俗易懂。既有基本原理的阐述，也有设计的典型实例，便于学生的学习和教师的授课。

第1章 绪论 1
1.1 集成电路的发展和意义 1
1.2 超大规模集成电路的优点 2
1.3 VLSI设计方法 3
1.4 设计流程 4
1.5 Cadence系统简介 7
第2章 MOS器件与电路设计基础 9
2.1 MOS晶体管 9
2.2 MOS反相器 15
2.3 MOS开关 22
2.4 电阻估算 24
2.5 MOS器件的电容 27
2.6 反相器的延迟 29
2.7 传输延迟 34
2.8 导电层的选用 36
2.9 大电容负载的驱动 37
2.10 功耗 40
习题与思考题 41
第3章 MOS集成电路的制造过程 43
3.1 NMOS集成电路的制造过程 43
3.2 CMOS集成电路的制造过程 46
习题与思考题 52
第4章 集成电路的设计过程 53
4.1 MOS电路掩模层的表示方法与条形图 53
4.2 设计规则 57
4.3 条形图到版图的转换 66
4.4 简单MOS电路版图布局 67
4.5 局部版图设计应注意的若干问题 79
习题与思考题 82
第5章 集成电路的设计方法学 83
5.1 全定制电路设计 83
5.2 全定制电路的阵列逻辑设计 88
5.3 门阵列设计方法 101
5.4 标准单元设计法 112
习题与思考题 117
第6章 FPGA原理与设计 118
6.1 概述 118
6.2 ALTERA可编程逻辑器件 126
6.3 MAX+plus II开发工具与FPGA的设计 147
习题与思考题 178
第7章 VLSI可测试性设计 179
7.1 VLSI可测试性设计的重要意义 179
7.2 测试基础 180
7.3 可测试性结构设计 186
7.4 内含自测试技术 192
7.5 标准化测试体系结构设计方法——JTAG法 195
7.6 标准测试存取口与边界扫描结构 199
习题与思考题 204
第8章 VHDL 205
8.1 VHDL的构件 205
8.2 数据类型、运算符与表达式 210
8.3 并行语句与顺序语句 220
8.4 属性 228
8.5 子程序 232
8.6 配置 240
8.7 设计举例 245
习题与思考题 250
参考文献 251

自从1958年美国德州仪器公司发明集成电路以来，特别是在最近的20年，集成电路技术的发展，已成为当代科技界最引人注目的焦点之一。在当今世界上，无论是科学技术、军事、经济，还是人们的日常生活，都早已和它密切结合，息息相关。对于从事电子、通信、计算机工作的各级科技人员，集成电路的基础知识已成为不可缺少的重要方面之一，集成电路的设计技能，也日益变成他们工作中的重要手段。 随着超大规模集成电路（VLSI）和专用集成电路（ASIC）的广泛应用，集成电路设计已经不再是集成电路行业单独包揽所能胜任的了。由于芯片内部电路的规模越来越大，线路越来越复杂，集成电路专家很难应付各种用户的要求。ASIC技术的特点是提倡用户自行设计IC。自行设计ASIC是电子、信息业发展的方向。目前许多集成电路工厂向用户开放，接受用户自行设计的芯片版图进行专用芯片的加工。电子专家只要掌握了VLSI设计技术，就可以设计自己的专用芯片，将原来安装在一块印刷电路板上的电路，集成在一个芯片内。从而大大缩小整机的体积，降低功耗，提高性能，增加可靠性和保密性，节省装配成本。现代电子产品的更新换代，很重要的一条，就是要依靠VLSI技术，要求电子产品设计师自己设计ASIC。 2000年，我国的集成电路设计公司已达80余家，芯片设计技术约和国外相差一代左右，设计线宽0.35mm，以SRAM存储器为主的芯片集成度为200万门，以逻辑电路为主的芯片集成度达到50万门。随着芯片设计技术的不断提高，芯片的发展空间极大，急需大批VLSI的设计人才。为此，我们在有关文献的基础上编写了这本书。它可以作为电子科学系、计算机系与电子信息系本科生高年级及研究生学习超大规模集成电路设计的教材；还可以作为各种电子行业的设计师与相关工程技术人员的参考书和进修教材。 本书共分8章。第1章介绍集成电路的发展和意义，超大规模集成电路的优点、设计方法与设计流程。第2章比较系统地介绍了VLSI的设计基础，如MOS器件与MOS电路的设计、寄生电阻与寄生电容的估算、电路的延迟时间与大电容负载的驱动、电路的功耗与导电层的选择。第3章介绍集成电路的制造过程。第4章介绍集成电路的设计方法与设计规则，以及简单MOS电路的版图设计。第5章介绍VLSI的设计方法学，这一章首先阐述全定制电路的设计步骤与版图设计，以及深亚微米电路设计与全定制电路的阵列逻辑设计；然后阐述了ASIC的门阵列设计法、标准单元设计法。第6章介绍FPGA的原理与设计，这一章比较系统地介绍了美国ALTERA公司MAX和FIEX系列器件的结构性能和特点，以及利用MAX+PLUSⅡ开发工具设计ASIC的方法。第7章讲述超大规模集成电路的可测试性设计。第8章介绍超大规模集成电路设计的硬件描述语言VHDL。 本书第1、2、3、4、5章由宋玉兴编著，第6章由赵雅兴编著，第7章由任长明编著，第8章由旷章曲编著。最后由宋玉兴、任长明统稿。在编著过程中得到赵鸿林、姚素英、李树荣、张生才、贾香恋、曲宏伟、赵毅强、牛秀文、孙宝琴、刘翾、沙亚男、张勇、张卫华、陈立强、赵磊等同志的支持与协助，在此表示衷心的谢意。 超大规模集成电路设计技术发展迅速，涉及面广，实用性强。我们和读者一样，也在不断学习。诚恳欢迎读者对书中所存在的问题提出批评意见。 作 者 2004年6月