具体描述
全书通过9个学习情境，介绍了直流电路分析应用、正弦交流电路分析应用、电动机的控制、放大电路的应用、直流稳压电源的应用、晶闸管的应用、组合逻辑电路的应用和时序逻辑电路的应用等内容。
现代集成电路设计与实践 书籍简介 本书深入探讨了现代集成电路（IC）的设计流程、关键技术和实际应用。它旨在为电子工程、微电子学专业的学生以及从事IC设计、验证和制造的工程师提供一本全面、深入的参考指南。全书内容紧密结合当前行业标准和前沿技术，侧重于从系统级架构到晶体管级实现的完整设计链条。 第一部分：集成电路基础与工艺流程 本部分首先回顾了半导体物理学的基础知识，重点介绍CMOS器件的工作原理、结构演变及其在现代工艺节点（如FinFET、GAA）上的特性变化。随后，详细阐述了IC的制造流程，从晶圆准备、光刻、刻蚀到薄膜沉积和后段金属互连的形成。特别关注了先进工艺带来的设计挑战，如短沟道效应、工艺变异性（PVT）以及可靠性问题（如电迁移、热效应）。 第二部分：数字集成电路设计 这是全书的核心部分之一，系统地介绍了数字IC的设计方法学。 2.1 逻辑综合与优化： 详细讲解了如何将高层次的硬件描述语言（HDL，如Verilog/VHDL）代码转化为标准单元库的门级网表。重点分析了逻辑优化技术，包括布尔代数简化、状态机器优化以及如何利用时序信息指导综合过程，以满足目标频率和面积要求。 2.2 时序分析与收敛： 深入剖析了静态时序分析（STA）的原理和应用。内容涵盖建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算、时钟树综合（CTS）对时钟偏差（Skew）和时钟抖动（Jitter）的影响。介绍了如何使用约束文件（SDC）精确指导布局布线工具，并讲解了跨工艺角、电压和温度（PVT）的分析方法，确保电路在最坏情况下仍能稳定工作。 2.3 功耗管理： 在移动和物联网设备日益普及的今天，低功耗设计至关重要。本章详细讨论了数字电路中的动态功耗和静态功耗来源。介绍了多种低功耗设计技术，包括电源门控（Power Gating）、多电压域设计、时钟门控（Clock Gating）以及亚阈值设计（Subthreshold Design）的权衡取舍。 2.4 可测试性设计（DFT）： 覆盖了现代芯片制造中不可或缺的测试环节。详细介绍了扫描链（Scan Chain）的插入与压缩技术，如DFT插入、ATPG（自动测试图样生成）流程。还讨论了先进的故障检测机制，如边界扫描（Boundary Scan，IEEE 1149.1）和内置自测试（BIST）技术，用以检测桥接、断路及延迟故障。 第三部分：模拟与混合信号集成电路设计 本部分侧重于对需要连续信号处理的模块的设计方法。 3.1 基础模拟模块设计： 涵盖了基本放大器结构（如共源共栅、折叠共源共栅）、运算跨导放大器（OTA）的设计，以及关键性能指标如增益、带宽、相位裕度、失真（THD）的计算和优化。重点分析了噪声分析和抑制技术。 3.2 锁相环（PLL）与频率合成： 详细介绍了PLL的结构组成，包括压控振荡器（VCO/LC-VCO）、鉴相器（PD）和电荷泵（CP）。分析了环路滤波器设计对抖动和噪声的影响，并介绍了分数N-PLL在现代系统中的应用与挑战。 3.3 数据转换器（ADC/DAC）： 全面讲解了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的原理。内容包括SAR ADC、流水线ADC、Sigma-Delta ADC的架构选择、精度校准和失真测试方法。对于DAC，则侧重于开关技术、非线性误差的消除。 第四部分：物理设计与后端实现 本部分将逻辑设计转化为实际的物理版图。 4.1 布局规划（Floorplanning）： 讲解了如何根据模块功能、功耗分布和时序关键路径，合理安排宏单元和存储器的位置。讨论了电源网络（Power Grid）的设计，包括IR Drop和电迁移分析的重要性，以及如何通过环形器（Ring）和扇出网络（Mesh）来保证供电质量。 4.2 布局布线（Place and Route）： 详细描述了标准单元的放置策略、时钟网络的布线（CTS）、信号线的全局和详细布线技术。重点分析了布线拥塞的解决、最小化线间耦合噪声（Crosstalk）以及如何满足设计规则检查（DRC）和版图寄生参数提取（PEX）。 4.3 物理验证： 介绍了设计收敛的最后一道防线。包括设计规则检查（DRC）、布局与原理图一致性检查（LVS）、寄生参数提取的精度评估，以及提取后的静态时序签核（Sign-off STA）流程，确保最终版图符合所有工艺和性能要求。 第五部分：先进的设计与验证方法 本章探讨了当前EDA工具链中的高级议题。 5.1 形式验证： 介绍了等价性检查（Equivalence Checking）和形式验证工具在确保逻辑综合和重定时后功能正确性方面的作用，避免了昂贵且耗时的模拟验证遗漏。 5.2 异步设计与NoC： 探讨了在多核和片上系统（SoC）背景下，同步设计面临的瓶颈。简要介绍了异步逻辑的设计原理，以及网络级联（Network-on-Chip, NoC）在SoC内部数据传输中的架构优化。 5.3 先进的仿真与调试工具： 概述了不同层级的仿真方法，从电路级的SPICE仿真到系统级的事务级建模（TLM）。讨论了仿真波形分析、调试工具的使用以及如何在高层次上模拟系统行为以指导底层设计决策。 全书配有大量实际案例分析和代码示例，旨在帮助读者将理论知识转化为实际的芯片设计能力。它不仅仅是一本教科书，更是工程师在面对现代复杂IC设计挑战时不可或缺的实践手册。
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