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出版者:科学出版社

作者:（美）克莱茨

出品人:

页数:735

译者:李慧军

出版时间:2008-03

价格:69.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030206978

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 数字电路
• 数字电子学
• 硬件描述语言
• FPGA
• Verilog
• 电子工程
• 可编程逻辑器件
• 设计
• EDA

现代集成电路设计与制造工艺 本书聚焦于当前半导体行业最前沿的集成电路（IC）设计流程、制造技术以及新兴的封装集成方案，为读者提供一个全面而深入的视角，理解如何将复杂的电子系统转化为高性能、低功耗的物理芯片。 --- 第一部分：超大规模集成电路（VLSI）设计基础与流程重塑 本部分详细阐述了现代IC设计所依赖的理论基础和标准流程，特别关注系统级设计（System-Level Design）向晶体管级实现（Transistor-Level Implementation）的转化路径。 第一章：半导体器件物理回顾与先进工艺节点挑战 虽然本书不涉及硬件描述语言（HDL）的具体编程细节，但理解底层器件行为是设计的基础。本章从MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的亚阈值区行为、短沟道效应和静电学角度深入分析了FinFET、GAAFET（Gate-All-Around FET）等先进晶体管结构对电路性能的影响。重点探讨了在7nm及以下工艺节点下面临的功耗墙、工艺变异（Process Variation）和良率控制问题。 第二章：系统级抽象与硬件描述范式转换 本章探讨如何从系统需求（如算法、吞吐量、延迟预算）出发，建立高层次模型。内容包括：基于C/C++和SystemC的高层次综合（High-Level Synthesis, HLS）的原理，如何将算法模型转化为RTL（寄存器传输级）描述的自动生成方法，以及设计空间探索（Design Space Exploration, DSE）的初步框架。强调了如何使用高级建模工具进行功能验证前的性能评估。 第三章：逻辑综合与标准单元库管理 详细解析了逻辑综合工具的工作原理，包括布尔代数优化、逻辑分区、技术映射（Technology Mapping）等关键步骤。重点介绍标准单元库（Standard Cell Library）的构成、特征参数（如驱动能力、输入负载、时序模型）的管理，以及如何根据目标工艺库（PDK）对设计进行优化以满足时序和面积约束。本章不涉及具体HDL代码的编写和仿真，而是关注逻辑单元如何被物理实现。 --- 第二部分：物理实现与签核（Sign-off）技术 物理实现是将逻辑网表转化为可制造的掩模数据（Mask Data）的核心阶段。本部分侧重于布局布线、时序分析和物理验证的复杂技术。 第四章：布局规划与时钟树综合（CTS） 讲解了芯片级别的宏单元（Macro）放置策略，包括电源网络（Power Delivery Network, PDN）的设计，如环形器（Ring）和网格（Mesh）结构，以及去耦电容的优化布局。深入分析了时钟树综合（Clock Tree Synthesis）的算法，包括最小化时钟偏差（Skew）和最大化时钟频率的技术，如基于缓冲器（Buffer）和扇出（Fanout）的平衡策略。 第五章：详细布局布线与布线拥塞分析 本章剖析了全局布线（Global Routing）和详细布线（Detailed Routing）的算法，如最大流/最小割理论在布线冲突解决中的应用。重点关注布线拥塞（Congestion）的预测、分析及其对后序工艺步骤的影响。探讨了多层金属互连的优化，包括线宽、线间距（Spacing）的物理规则设计（DRC）考量。 第六章：静态时序分析（STA）的深度应用 STA是确保电路正确性的关键环节，本章超越基础的建立时间和保持时间分析，深入探讨了先进的STA技术： 时序路径的复杂性： 跨工艺角（Corner）的时序分析、Slew-Dependent 效应建模。 片上变异（OCV）与先进时序模型： 介绍如何使用先进的统计时序分析（Statistical STA）来处理器件参数的随机变化。 功耗相关的时序分析： 如何在高/低电压和温度角下进行时序收敛的迭代优化。 --- 第三部分：低功耗设计与新兴集成技术 随着移动和边缘计算的发展，功耗和集成度成为决定芯片成败的关键因素。本部分着眼于超越传统设计的解决方案。 第七章：先进低功耗设计技术 本章详细分析了实现低功耗芯片的物理和逻辑技术，而非HDL中的睡眠模式代码： 电源门控（Power Gating）： 介绍断续器（Header/Footer Switch）的设计、隔离单元（Isolation Cells）的插入以及唤醒（Wake-up）序列的控制机制，以避免亚稳态和反冲效应（Rush Current）。 多电压域（Multi-Voltage Domain, MVD）设计： 讲解电平转换器（Level Shifter）的设计原理、优化目标，以及在不同电压域之间安全传递信号的策略。 第八章：芯片测试性设计（DFT）与可制造性设计（DFM） 本章关注如何设计一个易于测试和制造的电路结构： DFT 嵌入： 聚焦于扫描链（Scan Chain）的插入、优化及其对面积和时序的影响。自动测试图案生成（ATPG）的原理概述，以及内置自测试（BIST）在存储器和逻辑模块中的应用。 DFM 考虑： 探讨线边缘粗糙度（LER）、图案因子（Pattern Factor）等对制造良率的影响，以及如何通过设计规则调整来提高可制造性。 第九章：先进封装与异构集成 展望未来芯片的集成趋势，本书将重点介绍超越传统平面封装的解决方案： 2.5D/3D 集成： 深入分析硅中介层（Silicon Interposer）的设计、TSV（Through-Silicon Via，硅通孔）的技术挑战、热管理问题以及跨中介层信号的物理实现。 Chiplet 架构： 讨论如何将功能模块分解为独立的 Chiplet，并通过高带宽接口（如UCIe标准）进行互联，这涉及接口设计、良率分割和系统级的功耗优化。 --- 目标读者： 电子工程、微电子学、计算机工程领域的高年级本科生、研究生，以及希望深入了解集成电路物理实现和前沿制造工艺的行业工程师。本书要求读者具备数字电路和半导体物理学的基本知识背景。

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对于我这种从零开始接触数字电子学和VHDL的初学者来说，《VHDL数字电子学》简直是一本救星！我之前尝试过几本类似的教材，但要么是概念太难理解，要么是例子太简单，学完之后还是感觉摸不着头脑。这本书的优点在于它的循序渐进，从最最基础的数字逻辑门开始讲起，一点一点地引入VHDL的语法和概念，而且每一个概念都会配上通俗易懂的解释和清晰的示例代码。最重要的是，它非常强调“动手实践”，书中的每一个章节都会有大量的练习题，并且提供了详细的解答，这让我能够立刻检验自己的学习成果。我特别喜欢书中的“挑战性问题”，这些问题能够引导我去思考更深层次的设计思路，而不只是停留在简单的语法层面。而且，作者在讲解过程中，还会穿插一些在实际开发中经常会遇到的问题和注意事项，这让我能够提前了解一些“坑”，少走很多弯路。读这本书的过程，就像是在玩一个大型的解谜游戏，每 solve 一个问题，都会带来巨大的成就感。我真的强烈推荐给所有想踏入数字电子设计领域的朋友们！

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这本书真的太让我惊喜了！我原本以为VHDL会是枯燥乏味的理论堆砌，但《VHDL数字电子学》完全颠覆了我的认知。作者用一种非常直观、循序渐进的方式，把复杂的数字逻辑设计原理娓娓道来。一开始，我还在担心看不懂那些代码，结果书里大量的实例，从最基础的门电路到复杂的CPU架构，都给出了清晰的VHDL实现，并且对每一个关键点都做了详尽的解释。最让我印象深刻的是，作者并没有止步于代码本身，而是将VHDL与实际的硬件实现紧密结合。比如，在讲解时序逻辑时，不仅仅是描述了寄存器的工作原理，还通过VHDL代码展示了如何用不同的方式实现，并分析了它们在资源占用和性能上的差异。这种理论与实践的无缝对接，让我感觉自己不再是孤立地学习一门语言，而是真正掌握了一门能够指导实际工程的技能。我尤其喜欢书中的一些“小技巧”和“陷阱提示”，这些都是作者多年实践经验的结晶，能够帮助我少走很多弯路，避免踩坑。阅读这本书的过程，就像是和一位经验丰富的工程师一起做项目，他不仅教我“怎么做”，更告诉我“为什么这么做”，以及“这样做有什么好处”。我强烈推荐给所有想要深入理解数字电子学原理，并且希望能够熟练运用VHDL进行FPGA/ASIC设计的读者。

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说实话，拿到《VHDL数字电子学》这本书的时候，我并没有抱太大的期望，毕竟市面上关于VHDL的书籍不少，很多都是千篇一律，要么就是过于理论化，让人难以理解。但这本书真的给了我一个大大的惊喜！它的结构设计非常巧妙，从最基础的数字逻辑概念讲起，然后逐步深入到VHDL语言的语法和特性，再到如何使用VHDL进行复杂的系统设计。最难得的是，书中并没有回避那些比较晦涩的概念，而是用非常生动的比喻和形象的图示来解释，让原本抽象的概念变得触手可及。例如，在讲解状态机的时候，作者用了类似“指令执行流程”的比喻，让我瞬间就明白了状态转移的逻辑。而且，这本书的代码示例非常丰富，涵盖了各种常见的数字电路模块，从简单的计数器到复杂的存储器控制器，每一个示例都经过精心设计，能够清晰地展示VHDL在实际应用中的威力。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些高级的主题，比如综合与仿真，以及一些性能优化的技巧，这些内容对于想要在实际项目中提升效率的读者来说，简直是宝藏。总的来说，这本书不仅是一本VHDL的入门教材，更是一本能够带领你走向VHDL高级应用的实践指南，非常值得推荐！

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我是一名已经工作了几年的硬件工程师，之前在工作中主要依赖于其他一些低级语言进行开发，一直想系统地学习一下VHDL，为自己的技能树添砖加瓦。《VHDL数字电子学》这本书是我近期读到的一本非常满意的教材。它的内容深度和广度都恰到好处，既没有流于表面，也没有过于晦涩难懂。作者在讲解VHDL语法的同时，非常注重与数字逻辑设计的紧密结合，很多概念的引入都能够直接关联到实际的硬件电路。我尤其喜欢书中对于“可综合性”的讲解，作者非常清晰地指出了哪些VHDL语句是可综合的，哪些是不可综合的，以及如何编写可综合的代码，这对于实际的FPGA/ASIC开发至关重要。书中的一些设计模式和优化技巧，也让我受益匪浅，很多在实际项目中遇到的性能瓶颈，在这本书里都能找到相应的解决方案。而且，这本书的排版和图示都做得非常精良，阅读体验非常好。总而言之，这本书不仅适合初学者入门，对于有一定基础的工程师来说，也是一本非常值得深入研读的参考书，能够帮助我们提升设计能力和工程实践水平。

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我一直认为，学习一门新的技术，最重要的就是要找到那种“豁然开朗”的感觉，《VHDL数字电子学》这本书恰恰做到了这一点。我之前接触过一些VHDL的资料，但总觉得碎片化，难以形成系统的认知。这本书则像是为我搭建了一个完整的知识框架，从最基本的逻辑门操作，到如何用VHDL描述复杂的时序逻辑，再到如何进行模块化设计和验证，一切都显得那么自然和流畅。作者的叙述风格非常独特，他没有采用那种枯燥的教科书式的语言，而是像在和朋友聊天一样，用一种非常亲切、接地气的方式来讲解。我尤其喜欢书中关于“设计思维”的讨论，作者不仅仅是教你写代码，更重要的是引导你思考如何将实际问题转化为数字逻辑，以及如何用VHDL来高效地实现这些逻辑。书中的每一个章节都紧密联系，环环相扣，让人感觉在不断地进步。而且，书中的很多例子都非常贴近实际工程的需求，很多我曾经在工作中遇到的难题，都能在这本书里找到解决方案的思路。这本书就像一位良师益友，不仅传授了知识，更重要的是激发了我学习的热情和解决问题的能力。

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