数字电路实验与综合设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:厦门大学出版社

作者:陈金西

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2009-6

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787561532805

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 实验
• 综合设计
• 电子技术
• 电路分析
• 逻辑设计
• Verilog
• FPGA
• Quartus
• 数字系统

《集成电路设计与应用》 内容概要 本书旨在深入剖析现代集成电路（IC）的设计流程、关键技术及其在实际系统中的应用。全书结构严谨，从最基础的半导体器件物理原理入手，逐步过渡到复杂的数字、模拟和混合信号电路设计方法学。本书不仅关注理论深度，更强调工程实践能力，通过大量的实例和案例分析，帮助读者构建从概念到芯片的完整设计思维链。 第一部分：半导体基础与器件物理 本部分为后续高级设计奠定坚实的基础。首先，详细阐述了半导体材料的电学特性，包括载流子输运机制、能带结构以及PN结的形成与特性。重点深入讲解了MOS晶体管的工作原理，包括其亚阈值区、线性区和饱和区的I-V特性曲线的精确建模。我们详述了短沟道效应、载流子速度饱和等现代CMOS工艺中必须考虑的关键物理现象，并引入了先进的FinFET结构及其设计优势，为读者理解现代高性能芯片的物理基础做好准备。此外，本部分还涵盖了电阻、电容、电感等无源器件在集成电路中的具体实现方式及其寄生效应分析。 第二部分：CMOS数字电路设计基础 本章是数字集成电路设计的核心。从最基本的反相器开始，系统地介绍了静态CMOS逻辑门（NAND, NOR, XOR等）的设计、功耗分析（包括静态功耗和动态功耗）及优化技术。重点阐述了时序分析的关键概念，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time），并介绍了如何通过逻辑优化和缓冲器插入来解决时序违规问题。此外，本书详细讨论了锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的结构、工作原理及其在同步时序电路中的应用。最后，本部分深入探讨了逻辑电平的噪声容限、传输延迟的精确计算方法，以及如何使用延迟模型（如ELM或LUT模型）进行准确的性能预测。 第三部分：高级数字电路与系统设计 在掌握基础单元设计后，本部分转向更大规模的系统级设计。我们详细介绍了CMOS异步与同步设计风格的对比与选择。在同步设计方面，重点讲解了时钟分配网络（Clock Distribution Network, CDN）的设计，包括时钟抖动（Jitter）的来源、测量和抑制技术，以及H-tree和Balanced-tree等常见时钟树拓扑结构。针对功耗敏感的应用，本书提供了低功耗设计策略，包括时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）和多阈值电压（Multi-Vt）技术。此外，本部分深入分析了可测性设计（Design for Testability, DFT）的原理和实现，如扫描链（Scan Chain）的插入、自动测试图案生成（ATPG）的基础，以及内建自测试（BIST）的结构。在系统互连方面，详细讨论了片上信号完整性问题，包括串扰（Crosstalk）的分析和缓解措施。 第四部分：模拟集成电路设计 模拟电路是实现真实世界信号接口的关键。本部分从基础的MOS有源器件模型出发，详细介绍了各种基础模拟模块的设计。首先，讲解了差分对（Differential Pair）的设计，包括其线性度和共模抑制比（CMRR）的分析。接着，深入探讨了各种类型的运算放大器（Op-Amp）的结构，如折叠式、折叠共源共栅式等，并侧重于双极点补偿技术（如米勒补偿）以确保电路的稳定性。本部分还涵盖了偏置电路（Bias Circuit）和电流镜（Current Mirror）的设计，特别是如何通过高增益反馈技术提高电流源的输出阻抗。此外，对噪声分析进行了详尽的论述，包括热噪声、闪烁噪声的计算及其在关键节点处的表现，并提出了降低噪声的设计方法。 第五部分：数据转换器与反馈系统 本部分聚焦于模拟与数字世界的桥梁——数据转换器。详细介绍了ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的基本原理和关键性能指标，如有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）。我们不仅分析了逐次逼近型ADC（SAR ADC）和流水线型ADC的结构，还讨论了过采样ADC（Sigma-Delta ADC）的设计，特别是调制器和噪声整形技术。在反馈系统方面，详细分析了线性反馈理论在电路设计中的应用，如补偿技术、相位裕度（Phase Margin）和增益裕度的计算，确保了反馈系统的稳定工作。 第六部分：集成电路版图设计与后端流程 本部分将设计从原理图带入到物理实现层面。详细介绍了集成电路版图设计的规则（DRC）和设计目的（LVS/LPE）的验证流程。重点讲解了版图布局（Layout）的艺术和科学，包括如何优化器件的匹配性、最小化寄生电阻和电容、以及设计强大的电源和地网络（Power/Ground Grid）以抵抗IR Drop。此外，本书全面覆盖了IC后端流程，从逻辑综合（Synthesis）到静态时序分析（STA）的收敛过程。读者将学习如何利用现代EDA工具链完成从RTL到GDSII的完整物理实现，并理解金属层堆叠、过孔（Via）的使用策略对最终芯片性能（速度、功耗和面积）的决定性影响。 总结 本书内容覆盖了从器件物理到系统级实现的整个IC设计周期。它不仅是理论学习的有力参考，更是工程师进行实际项目设计和验证的宝贵工具书。通过对这些核心模块和设计流程的透彻掌握，读者将具备独立进行高性能、低功耗集成电路设计和调试的能力。

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如果非要用一个词来形容这本书给我的感觉，那就是“实用至上”。我发现许多国内的教材在讲解DDFS（直接数字频率合成器）或脉冲宽度调制（PWM）等高级主题时，往往只会给出最终的数学公式，让人摸不着头脑。然而，这本书在介绍这些主题时，总是能追溯到最基础的数字采样和量化理论，并展示如何通过逻辑电路的组合来实现这些复杂的信号处理功能。它非常注重“为什么”要这么设计，而不是仅仅告诉你“怎么做”。比如，在讲解存储器层次结构时，它不仅描述了SRAM和DRAM的工作原理，还深入分析了它们在CPU缓存设计中的具体应用和性能权衡。书中提供的实验代码和设计文件（虽然我没有在实体书中看到，但根据描述是配套的），是检验学习成果、加深理解的最佳工具。这本书的价值在于它成功地将抽象的数字系统概念具象化，让读者能够带着解决实际问题的目标去学习，而不是为了通过考试，这对于培养真正的工程能力至关重要。

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这本书的编排结构异常清晰，层次分明，这一点对于我这种需要快速回顾和查阅特定知识点的读者来说，简直是福音。它的章节划分逻辑严密，从最基本的逻辑门和波形分析，逐步过渡到复杂的中大规模集成电路（MSI/LSI）的应用，再到最后的高级设计方法。我特别喜欢它在讲解异步电路和同步电路的区别时所采用的对比分析法。同步电路的稳定性和可预测性，与异步电路设计中需要时刻警惕的竞态条件，被描述得非常生动。书中对时钟域交叉（CDC）问题的讨论，虽然篇幅不长，但其提供的握手协议和异步FIFO的设计范例，足以让工程师在实际项目中规避潜在的严重错误。它对各种标准逻辑芯片（如TTL和CMOS家族）的特性对比，也十分详尽，让你清楚地知道在不同应用场景下应该选择哪种技术。阅读时，我几乎不需要跳跃查找，因为知识点之间的逻辑衔接自然流畅，让人可以心无旁骛地沉浸其中，专注于理解核心的工程思想。

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这本名为《数字电路实验与综合设计》的书籍，在我桌面上静静地躺了好几个月，每一次拿起，都像是踏入一个充满逻辑与可能性的迷宫。我尤其欣赏它那种将理论知识与实际操作紧密结合的编排方式。书中的每一个实验设计，都不是那种简单的“照猫画虎”的演示，而是深入到核心原理的剖析。比如在介绍CMOS反相器时，它不仅展示了电路图，还细致地分析了阈值电压的漂移、扇出能力的限制等实际工程中必须考虑的问题。更让我感到惊喜的是，它没有止步于教科书上那些基础的门电路和组合逻辑，而是大刀阔斧地引入了可编程逻辑器件（PLD）的章节。在学习FPGA设计流程时，那种从硬件描述语言（HDL）到最终在开发板上点亮LED灯的完整体验，极大地增强了我的成就感。作者在讲解Verilog语法时，用词非常精准，既有严谨的学术性，又不失清晰易懂的特点，即便是初学者也能较快地抓住要领。书中对时序逻辑、状态机的设计案例分析得尤为透彻，尤其是对于亚稳态（metastability）的处理，给出了非常实用的调试建议。总而言之，这本书更像是一位经验丰富的工程师在手把手教你如何从零开始构建一个可靠的数字系统，而不是一本冰冷的参考手册。

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说实话，我刚开始接触数字电路设计时，感觉非常头疼，那些布尔代数、卡诺图简直是噩梦。直到我翻开了这本书，才真正体会到“化繁为简”的魔力。这本书的叙述风格非常口语化，就像一位耐心十足的老师在耳边给你讲解。它不是那种堆砌公式的教科书，而是通过一系列精心设计的“项目”来引导你学习。例如，书中关于七段译码器的设计部分，它没有直接给出最优化的逻辑表达式，而是引导读者先尝试不同的组合方式，然后逐步优化，让你亲身经历设计的迭代过程。这种“发现式学习”极大地激发了我对解决问题的兴趣。书中对硬件描述语言（HDL）的介绍部分也做得非常出色，特别是对有限状态机（FSM）的不同编码方式——如独热编码（One-Hot）和二进制编码——的性能对比分析，让我明白了在实际应用中选择合适的编码方式是多么重要。此外，书中大量的图示和仿真截图，让抽象的电子信号变得可视化，这对于理解时序关系和竞争冒险（hazards）至关重要的。阅读过程中，我感觉自己并不是在应付考试，而是在真实地参与一场工程设计。

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我是一名电子信息工程专业的大三学生，手头上有好几本数字电路教材，但大多过于侧重理论推导，对实际动手操作的指导显得有些苍白无力。然而，这本《数字电路实验与综合设计》完全是为我们这种实践导向型的学生量身定做的。它最让我称赞的一点是，它将重点放在了“综合设计”上，而非简单的元器件识别。书中后半部分关于数据通路和控制器设计的章节，简直是精华所在。它以一个简单的8位微处理器的架构设计为例，层层递进地讲解了如何将ALU、寄存器堆栈、程序计数器等模块有机地整合起来。这种自顶向下的设计思路，极大地拓宽了我的系统级思维。而且，书中对于工具链的使用介绍也相当到位，无论是老牌的Quartus还是更新的Vivado，它都提供了清晰的步骤指引，确保读者可以顺利地完成从代码编写到硬件烧录的全过程。对于信号完整性在高速数字电路中的影响，书中也有简要但深刻的提及，这让我意识到，设计数字电路远不止于逻辑正确，还要考虑物理实现的约束。这本书为我搭建起了一座从理论到实践的坚实桥梁。

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