电路设计技术与技巧 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:[美] 威廉斯

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:2006-5

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787121025174

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《现代集成电路布局布线指南》 概述 在飞速发展的电子产业浪潮中，集成电路（IC）作为现代科技的核心驱动力，其设计与制造水平直接关系到产品的性能、功耗、成本乃至市场竞争力。尽管“电路设计技术与技巧”的书名涵盖了广泛的电路设计范畴，但本文旨在为您呈现一本深度聚焦于集成电路物理设计，即“布局（Layout）”与“布线（Routing）”的专业指南。本书并非泛泛而谈，而是深入剖析了从原理图到最终可制造版图（GDSII文件）的每一个关键环节，旨在为读者提供一套系统、实用且前沿的集成电路布局布线知识体系。 本书的立意在于填补现有技术资料在集成电路物理设计深度与广度上的空白。我们深知，一个高性能、低功耗、高可靠性的集成电路，其最终的物理实现效果，很大程度上取决于布局布线的精妙程度。许多看似完美的逻辑设计，却可能因为糟糕的物理实现而功亏一篑。因此，本书将从基础概念入手，逐步深入到高级技巧与前沿技术，让读者能够真正掌握如何将抽象的电路设计转化为具有实际生产力的物理版图。 核心内容深度解析 第一部分：集成电路物理设计基础 1. 集成电路设计的流程回顾与物理设计的定位： 本章将简要回顾从概念提出、架构设计、逻辑设计（RTL）、综合（Synthesis）、静态时序分析（STA）、电源完整性（PI）分析、设计规则检查（DRC）等一系列前端设计流程。 在此基础上，清晰地阐述物理设计（布局布线）在整个IC设计流程中所处的关键位置。我们将强调，物理设计是将逻辑功能转化为实际电路版图的桥梁，其质量直接影响到后续的制造和最终芯片的性能。 介绍物理设计的目标：满足时序、功耗、面积（PPA：Performance, Power, Area）要求，并符合制造工艺的设计规则（DRC）和设计为可制造性（Design for Manufacturability, DFM）要求。 2. 集成电路制造工艺简介与版图基础： 深入浅出地介绍晶体管（MOSFET）的结构、工作原理，以及CMOS工艺中金属层、多晶硅、氮化物、氧化物等关键工艺层。 详细讲解版图（Layout）的基本概念，包括各工艺层在版图中的表示方法，以及如何根据电路原理图绘制出对应的版图。 解释图形数据系统（GDSII）格式，这是IC设计流程中流转版图信息的标准格式，以及其基本结构和含义。 介绍基础的设计规则（Design Rules）：最小线宽、线间距、过孔尺寸、层叠规则等。我们将解释这些规则的物理起源（如光刻、蚀刻、扩散等过程的限制）以及其重要性，如何影响电路的性能和可制造性。 3. 布局（Layout）规划与初步优化： 宏单元（Macro Cell）的放置策略： 详细分析存储器（Memory）、PLL、SerDes等固定功能的宏单元在版图中的放置策略，包括考虑信号路径、功耗、热效应、屏蔽等因素。 标准单元（Standard Cell）的组织与放置： 介绍标准单元库的构成，以及如何根据综合后的网表（Netlist）对标准单元进行高效、规则的放置。我们将深入探讨行放置（Row Placement）、多行放置（Multi-Row Placement）等技术。 整体物理布局规划： 阐述如何进行芯片的整体区域划分，模块的层次化布局（Hierarchical Layout），以及如何考虑时钟树（Clock Tree）和电源/地网（Power/Ground Grid）的预布局。 关键区域（Critical Area）的识别与优化： 分析时序关键路径、高功耗区域、敏感模拟模块等，并提出针对性的布局优化方法。 第二部分：集成电路布线（Routing）详解 4. 布线的基本概念与方法： 布线的重要性： 再次强调布线对信号完整性（SI）、时序、功耗、噪声（Crosstalk）以及可制造性的决定性影响。 布线类型： 详细介绍全局布线（Global Routing）和详细布线（Detailed Routing）的概念和流程。 全局布线： 确定信号在网格（Routing Grid）上的大致路径，为详细布线提供指导。我们将分析基于不同算法（如声波算法、多层分割算法）的全局布线方法。 详细布线： 在全局布线确定的基础上，生成最终的金属走线。介绍基于线搜索（Maze Routing）、优先队列（Priority Queue）等算法的详细布线技术。 布线层的选择与利用： 讲解不同金属层（如低层金属用于信号，高层金属用于电源/地和长距离信号）的特性和最佳布线策略。 5. 时序驱动的布线（Timing-Driven Routing）： 时序约束与布线目标： 解释如何将时序约束（如Setup Time, Hold Time）转化为布线过程中的具体目标，如优化信号路径长度、减少线延迟。 关键路径的布线优化： 详细讲解如何识别关键路径，并采用绕线（Detour）、层切换（Layer Jumps）、调整过孔（Vias）等技术来缩短关键路径的延迟。 布线过程中的线延迟计算： 介绍Elmore延迟模型、PI/EI模型等线延迟计算方法，以及如何在布线过程中动态调整布线策略以满足时序要求。 6. 信号完整性（Signal Integrity, SI）导向的布线： 串扰（Crosstalk）分析与抑制： 深入分析并行走线、过孔耦合等串扰源。提供有效的布线技巧来最小化串扰，如增加走线间距、采用差分走线、使用屏蔽走线、合理选择布线层等。 电源/地网的优化与去耦电容（Decoupling Capacitor）的放置： 讲解高质量电源/地网的重要性，以及如何设计低阻抗的电源/地网。分析去耦电容的选型、数量和放置位置，以抑制电压跌落（IR Drop）和电源噪声。 高频信号的布线考虑： 针对射频（RF）和高速数字信号，讨论阻抗匹配、回流路径（Return Path）的连续性、避免拐角（Stub）等布线细节。 7. 低功耗布线策略： 门控时钟（Clock Gating）与时钟树综合（CTS）的协同： 探讨在布线过程中如何支持和优化门控时钟的设计，以及如何通过CTS来降低时钟网络的功耗。 动态电压/频率调整（DVFS）的布线考虑： 分析在支持DVFS的应用场景下，布线需要考虑的因素，如功耗域的划分和互联。 降低漏电流的布线技巧： 介绍一些与功耗相关的布线实践，例如优化标准单元的放置以减小短路功耗，以及合理设计电源/地网络以降低IR Drop。 第三部分：高级布局布线技术与工具 8. 物理验证（Physical Verification）： 设计规则检查（DRC）： 详细介绍DRC的基本概念，以及如何在版图设计完成后，使用EDA工具（如Calibre, PVS）进行DRC检查，找出违反工艺规则的地方。 寄生参数提取（Parasitic Extraction）： 讲解在版图的基础上，如何提取电路的寄生电阻（R）和寄生电容（C）。介绍提取方法（如基于图形的提取、基于网格的提取）及其对时序和功耗分析的重要性。 版图与原理图一致性检查（LVS）： 介绍LVS（Layout Versus Schematic）的概念，如何验证绘制的版图与给定的原理图（网表）在拓扑结构上是否一致。 电子迁移（Electromigration, EM）与IR Drop分析： 讲解EM和IR Drop对芯片可靠性的影响，以及如何通过版图设计和EDA工具进行分析和优化。 9. 自动化与智能化布局布线： EDA工具介绍： 简要介绍主流的IC物理设计EDA工具（如Synopsys ICC/ICC2, Cadence Innovus, Siemens Aprisa/Olympus-SoC）的基本功能和工作流程。 自动化布线流程： 讲解现代EDA工具如何实现自动化布局布线，包括自动放置、自动布线、自动时序优化等。 脚本与TCL/Python在自动化中的应用： 介绍如何使用TCL、Python等脚本语言来控制EDA工具，实现定制化的布局布线流程和批处理任务。 机器学习在布局布线中的初步应用： 探讨机器学习技术在预测布线结果、优化放置密度、加速DRC/LVS检查等方面的潜在应用。 10. 先进工艺节点的布局布线挑战与解决方案： FinFET与GAAFET结构： 介绍下一代晶体管结构带来的布局布线新挑战，如三维结构、侧壁接触等。 互连线电阻/电容的增加： 分析先进工艺节点下，由于金属线宽度减小、间距缩小，互连线寄生效应带来的影响。 多图案化（Multi-Patterning）与 EUV 光刻： 探讨这些先进制造技术对版图设计规则和布线策略的影响，如层分配、线端连接规则等。 3D IC（三维集成电路）与 Chiplet 技术： 简要介绍这些新兴技术对布局布线带来的全新维度和挑战。 学习本书的预期收获 阅读本书，您将能够： 全面理解集成电路物理设计的核心概念、流程和目标。 掌握从宏观规划到微观细节的布局布线策略。 深入学习时序、信号完整性、功耗等关键性能指标与布局布线之间的内在联系。 熟悉先进工艺节点下布局布线面临的挑战与应对方法。 获得实际操作指导，能够利用EDA工具进行有效的物理设计。 为从事集成电路物理设计、后端设计、版图工程师以及相关领域的研究和开发打下坚实的基础。 本书内容紧密结合行业实践，并融入了前沿研究成果，旨在为您提供一份兼具理论深度和实践指导意义的集成电路布局布线权威指南。无论您是初入IC设计领域的学生，还是经验丰富的工程师，本书都将是您提升专业技能、应对复杂设计挑战的得力助手。

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坦白讲，这本书在**热设计（Thermal Management）**方面的讨论少得可怜，这在如今高密度集成电路设计中是一个巨大的疏漏。现代SoC芯片的可靠性很大程度上依赖于有效的散热，但我从头到尾没看到关于**热阻计算**、**散热片（Heatsink）选型**，或是如何利用**热仿真**来优化PCB堆叠层的介绍。书中对**二极管和三极管的I-V特性曲线**的描绘非常经典，但对于**MOSFET在亚阈值区（Subthreshold Region）的漏电**如何影响待机功耗，以及如何通过**栅极驱动器（Gate Driver）**的选择来优化**功率MOS管的开关损耗**，几乎没有提及。总而言之，它更像是一本偏重于**基础半导体器件物理**和**经典模拟电路分析**的教材，而非一本紧扣“设计技术与技巧”这一主题，涵盖现代电子系统各个关键环节的实用手册。我带着寻找**高速互联（High-Speed Interconnect）**的优化思路来阅读，最终得到的只是对基础晶体管工作原理的重复确认。

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这本书的装帧设计挺有意思的，封面采用了哑光材质，触感很舒服，色彩搭配也比较沉稳，一看就知道是面向专业人士的。不过，我拿到手的时候，原本期待能看到一些关于**高频电路信号完整性**的深入探讨，尤其是对于**PCB布局中的串扰抑制**，是否有更前沿的仿真验证方法和实际案例分析。书里关于**基础的RC延迟计算**倒是讲得不错，但对于现代高速设计中常见的**时序裕量分析（Timing Margin Analysis）**和**抖动（Jitter）处理**，内容显得有些浅尝辄止了。我本来想找一些关于**DDR内存接口**的**阻抗匹配优化**和**Fly-by拓扑结构**的实战经验，书中似乎并未涉及这些具体到芯片层面的设计细节。总的来说，如果只是作为初学者了解基础概念的入门读物，它合格，但对于需要解决实际工程难题的资深工程师来说，能提供的新知非常有限，尤其是在**电磁兼容性（EMC）**方面，缺乏具体的**屏蔽设计**和**滤波网络**的详细设计流程和经验总结。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验方面，这本书的排版中规中矩，图示清晰度尚可，但缺乏高质量的**眼图（Eye Diagram）**和**眼图掩膜（Eye Mask）**的实例分析。作为一本强调“技巧”的书，我本应看到很多实用的“黑科技”或者多年经验积累下来的“独门秘籍”。例如，在**电源分配网络（PDN）**设计中，如何科学地选取**去耦电容**的组合（值、数量和布局位置），以及如何通过**SI/PI仿真工具**（如Keysight ADS或Ansys HFSS）来验证PDN的**阻抗曲线**，这些关键的实战环节在书中缺失了。相反，它花费了大量的篇幅来解释**基尔霍夫定律**在电路分析中的应用，这部分内容在任何一本大一的电工学教材中都能找到。如果目标读者是追求极致性能的射频（RF）或高速数字工程师，这本书提供的价值微乎其微，它更像是一本面向**模拟电路基础课程**的参考资料，而不是一本能帮你解决实际**系统级性能瓶颈**的工具书。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的理论推导部分看得我有点犯困。大量的公式和数学模型堆砌，虽然严谨，但总觉得缺少了一种将这些理论与实际**FPGA/ASIC设计流程**结合起来的桥梁。我更希望看到的是，如何利用这些理论指导**Verilog/VHDL代码的编写**，比如如何通过分析**时序约束（Timing Constraints）**来优化综合结果，或者如何根据**功耗预算**来选择合适的**工艺库（Technology Library）**单元。书中对**CMOS反相器的工作特性**的描述非常详尽，这点无可厚非，但对于**先进工艺节点（如7nm或更小）下FinFET器件的非线性效应**，似乎没有太多着墨。我尤其关注**低功耗设计**中的**时钟门控（Clock Gating）**和**电源门控（Power Gating）**的技术细节和实际应用中的陷阱，但这本书在这方面几乎是空白，更像是停留在十年前的PCB设计教科书水平，而不是紧跟**SoC集成电路设计**的最新趋势。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构逻辑安排得相当松散，章节之间的跳转略显突兀。我发现它在介绍**开关电源（Switching Regulator）**的设计时，先讲了理论拓扑，然后突然插入了一段关于**PCB过孔（Via）的寄生电感**的讨论，接着又跳回了**反馈回路的稳定性补偿**。这种跳跃式的叙述方式，使得读者很难建立起一个完整的、自顶向下的设计认知框架。我期待的是一个清晰的流程，例如：**需求定义 -> 架构选择 -> 元件选型 -> 关键性能仿真 -> 实际调试与优化**。这本书似乎更侧重于对各种独立电路模块的碎片化描述，比如对**运放的失调电压**和**带宽**的分析很细致，但缺乏将这些指标整合到**数据转换器（ADC/DAC）**的整体系统指标中去的视角。对于试图理解如何从原理图设计过渡到PCB布局的工程师来说，书中关于**布局布线规则**的指导过于笼统，没有提供任何**设计约束文件（Constraints File）**的实例或说明。

评分☆☆☆☆☆

比较简单， 一些技巧值得用于设计中

评分☆☆☆☆☆

太基础，过时了，建议看别的

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比较简单， 一些技巧值得用于设计中

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太基础，过时了，建议看别的

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比较简单， 一些技巧值得用于设计中