Interconnection Noise in VLSI Circuits

Interconnection Noise in VLSI Circuits pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Roca, Miquel
出品人:
页数:200
译者:
出版时间:
价格:$ 202.27
装帧:
isbn号码:9781402077333
丛书系列:
图书标签:
  • PDF
  • IC
  • VLSI
  • 集成电路
  • 噪声
  • 互连
  • 信号完整性
  • 电路设计
  • 模拟电路
  • 数字电路
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  • 电子工程
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具体描述

Interconnection Noise in VLSI Circuits addresses two main problems with interconnections at the chip and package level: crosstalk and simultaneous switching noise. It is intended to provide the notions required for understanding the problem of modeling starting from physical arguments, so that it is possible to select an appropriate interconnection model that is both simple and accurate for the type of problems arising. Later, simple models of crosstalk and switching noise are used to give an intuitive understanding of these problems. Finally, some verification and test issues related to interconnection noise are discussed. Throughout the book, the examples used to illustrate the discussion are based on digital CMOS circuits, but the general treatment of the problems is made from a fundamental point of view, so that the discussion can be applied to different technologies. The book should be of interest to chip designers, especially for digital designers dealing with interconnect problems who want a deeper explanation of these phenomena. In this sense, the book's orientation is towards giving general information rather than being a compilation of practical cases. Each chapter contains a list of references for the topics dealt with, both recent and classic ones.

《微电子学原理与应用:从器件到系统》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的微电子学基础知识体系,覆盖从半导体器件的物理机制到复杂的集成电路(IC)系统设计与制造的全过程。本书结构清晰,内容详实,尤其侧重于理论基础的夯实与现代微电子技术的前沿应用相结合,旨在培养读者解决实际工程问题的能力。 第一部分:半导体器件基础与物理 本部分系统介绍了构成现代电子系统的基本构件——半导体器件的物理基础和工作原理。 第一章:半导体物理基础 本章从原子结构和能带理论出发,深入探讨了本征半导体和掺杂半导体的载流子输运特性,包括漂移运动、扩散运动、以及电导率的计算。详细讲解了费米能级、载流子浓度及其在不同温度和掺杂水平下的变化规律。特别分析了材料的晶体结构对电子性能的影响。 第二章:PN结与二极管 本章聚焦于PN结的形成、能带图、以及在不同偏压下的电流-电压(I-V)特性。详细分析了PN结的建立电势、耗尽区宽度,并建立了理想二极管模型及其实际应用中的非理想因素(如少数载流子寿命和存储时间)。此外,还涵盖了齐纳二极管、肖特基二极管等特种二极管的工作原理及其在电路中的应用,如整流、钳位和稳压功能。 第三章:双极型晶体管(BJT) 本章全面阐述了BJT的工作原理,包括晶体管的结构、载流子注入与传输过程。重点分析了BJT的四个工作区(截止、放大、饱和、反向),并推导了其输入阻抗、输出阻抗、跨导等关键参数。详细介绍了混合$pi$模型和$mathrm{T}$模型,并讨论了高温和高频对BJT性能的影响。 第四章:金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) MOSFET是现代数字电路的基石。本章从MOS结构开始,推导了其电容-电压(C-V)特性,详细解释了阈值电压的精确计算,包括动阈值电压效应。核心内容在于MOS晶体管的“小信号模型”和“大信号模型”的建立,涵盖了“弱反型”、“线性区”和“饱和区”的电流表达。本章还专门讨论了PMOS和NMOS的特性差异及其在互补金属氧化物半导体(CMOS)结构中的重要性。 第二部分:模拟集成电路设计 本部分着重于使用MOSFET构建高性能的模拟电路模块,强调电路的性能优化、噪声抑制和频率响应设计。 第五章:基本放大电路与偏置技术 本章介绍了几种基本的单级放大器结构,如共源极、共源共栅、共源共栅(Telescopic Cascode)放大器,并分析了它们的增益、带宽和输出阻抗。详细讨论了电流源和电流镜的设计,包括匹配技术、片上电阻和电容的实现方法,以及如何利用晶体管实现精确的偏置电压和电流。 第六章:运算放大器(Op-Amp)设计 本章深入剖析了运算放大器的设计流程。从两级和折叠式共源共栅(Folded Cascode)结构入手,讲解了如何通过米勒补偿(Miller Compensation)实现频率补偿和相位裕度(Phase Margin)的精确控制。本章还探讨了输入级的设计,如使用PMOS或NMOS输入以优化失调电压(Offset Voltage)和共模抑制比(CMRR)。 第七章:反馈理论与稳定性分析 详细阐述了负反馈在提高电路性能中的作用,包括增益的线性化、输入输出阻抗的调节和带宽的展宽。运用波特图(Bode Plot)分析了电路的频率响应,并精确计算了增益带宽积(GBW)和单位增益频率。引入了瞬态响应分析,确保电路在给定条件下具有良好的稳定性。 第八章:数据转换器(ADC与DAC) 本章介绍了数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)的基本原理和关键性能指标。DAC部分重点讲解了电阻梯形DAC和电流舵式DAC(Current-Steering DAC)的设计与非线性误差分析。ADC部分则详细介绍了采样与保持电路、Flash ADC、逐次逼近寄存器ADC(SAR ADC)的工作流程,并分析了量化噪声和有效位数(ENOB)的计算。 第三部分:数字集成电路与系统 本部分关注数字电路的设计方法、逻辑门的工作原理以及高级系统集成中的挑战。 第九章:CMOS逻辑电路族 本章系统分析了CMOS反相器的工作原理,推导了其电压传输特性(VTC)和噪声容限。随后,深入探讨了静态CMOS逻辑门的设计,包括NAND和NOR逻辑的实现。本章重点讨论了动态CMOS逻辑(如延迟锁定电路DLL和锁相环PLL中的关键元件),以及传输门(Transmission Gate)的应用。 第十章:时序逻辑电路与存储器 本章详细介绍了触发器(Flip-Flop)和锁存器(Latch)的结构与功能,特别是D触发器的建立时间和保持时间(Setup and Hold Time)的要求。分析了时钟信号的分配网络设计,以及亚稳态(Metastability)问题。存储器方面,讲解了静态随机存取存储器(SRAM)单元的结构、读写时序以及多端口SRAM的设计考量。 第十一章:集成电路的版图设计与互连线 本章从物理实现层面讨论了电路设计的结果——版图(Layout)。介绍了设计规则(Design Rules)的重要性,包括最小宽度、间距和过孔的设置。重点分析了互连线的寄生电阻和寄生电容对电路速度和功耗的影响,并初步探讨了互连线负载模型的建立,为高速设计的物理约束奠定基础。 第十二章:半导体工艺与制造流程概述 本章提供了一个现代半导体制造流程的概览。从硅晶圆的制备开始,详细描述了光刻(Lithography)、刻蚀(Etching)、薄膜沉积(Deposition,包括CVD和PVD)、离子注入(Ion Implantation)等核心工艺步骤。本章旨在让读者了解设计与工艺之间的紧密关联性,理解工艺对器件性能的最终决定作用。 结语 《微电子学原理与应用:从器件到系统》力求在理论深度和工程实践之间搭建一座坚实的桥梁。通过对上述十二个核心章节的系统学习,读者将掌握微电子系统设计所需的全栈知识,能够自信地应对从器件物理建模到复杂系统集成的各类挑战。本书适合作为高等院校电子工程、微电子学专业本科生及研究生的教材或参考书,也为相关领域工程师提供了深入回顾和提升专业技能的宝贵资源。

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读后感

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在接触到“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这本书的名称时,我脑海中 immediately 浮现出很多在实际的集成电路设计验证过程中遇到的棘手问题。尤其是在设计高速、低功耗的SOC(System on Chip)时,功耗优化和信号完整性常常是相互制约的两个方面。一方面,为了追求更高的性能,我们需要更快的时钟频率和更复杂的信号调制技术,这会加剧信号的快速变化,从而产生更强的电磁辐射和耦合,导致互连噪声的增加。另一方面,为了降低功耗,我们往往会采用一些低电压、低功耗的设计技术,但这也使得电路对噪声的容忍度进一步降低,使得原有的互连噪声问题变得更加难以容忍。因此,如何在这种矛盾中找到一个平衡点,实现高性能和低功耗的统一,是当前VLSI设计面临的巨大挑战。这本书的标题恰恰点出了这个问题的关键所在——互连噪声。我非常期待它能够提供一套系统性的方法论,帮助我们理解互连噪声是如何影响芯片的功耗和信号完整性的,并且能够提出一些创新的设计技巧和优化手段,让我们能够在追求高性能的同时,有效地控制互连噪声,从而实现低功耗和高可靠性的目标。

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这本书的书名是《Interconnection Noise in VLSI Circuits》,当我第一次在书架上瞥见它时,就对其独特的命名方式产生了浓厚的兴趣。在如今这个电子元件设计日益复杂、集成度极高的时代,每一个微小的细节都可能成为影响整体性能的关键。而“互连噪声”(Interconnection Noise)这个概念,本身就蕴含着一种精妙而又恼人的挑战。它不像电路的直流偏置或者基本的信号传输那样直观,而是潜藏在信号流动的细微之处,如同隐藏在精密机械中的一丝杂质,一旦积累到一定程度,便可能引发连锁反应,导致整个系统运行失常。想象一下,在成千上万个晶体管之间,通过无数微小的导线进行信息传递,这些导线本身并不是理想的导体,它们有电阻、有电感、有电容,而当高速变化的电流在其中穿梭时,必然会产生电磁场,这些电磁场又会反过来影响相邻导线上的信号,这就是互连噪声的根源。它可能表现为信号的畸变、串扰、时序错误,甚至是完全的逻辑失效。对于任何一个致力于开发高性能、高可靠性VLSI(超大规模集成电路)的工程师来说,理解和控制这种噪声,无疑是一项必须攻克的难题。这本书的标题直接点出了这个核心问题,预示着它将深入探讨这一复杂领域,为读者提供系统性的解决方案。我期待它能从理论到实践,层层剖析互连噪声的产生机理,并给出切实可行的抑制方法,帮助我们构建更稳定、更高效的集成电路。

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当我在阅读的目录中浏览到“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这本书的章节标题时,一种豁然开朗的感觉油然而生。我之前在实际的芯片设计过程中,经常会遇到一些难以解释的性能下降或者偶发的错误,而这些问题往往指向了电路内部的信号干扰。然而,对于这种干扰的来源和规律,我总是缺乏一个清晰、系统性的认识。很多时候,我们只能依靠经验和试错来解决问题,效率低下且无法保证根本性的优化。这本书的出现,仿佛为我打开了一扇通往更深层理解的大门。它似乎能够系统地梳理出互连噪声的各种表现形式,从最基础的串扰(crosstalk)到更复杂的同步噪声(simultaneous switching noise, SSN),再到电源耦合(power supply coupling)等等,为这些“隐形杀手”提供了一个清晰的谱系。我尤其关注其中可能涉及到的建模和仿真技术,因为只有准确地预测和量化噪声的影响,我们才能有效地采取措施进行抑制。例如,书中是否会介绍如何建立精确的寄生参数模型,以便在仿真工具中准确地模拟互连噪声的行为?是否会提供一些先进的仿真技术,能够加速噪声分析的过程,使之能够集成到快速迭代的设计流程中?这些都是我非常期待的内容。因为在VLSI设计中,时间就是金钱,任何能够提高效率并保证设计质量的技术,都将带来巨大的价值。

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“Interconnection Noise in VLSI Circuits”——这个书名本身就让我联想到了一个充满挑战和机遇的领域。在当今的电子产品中,集成电路的性能瓶颈越来越趋向于片上互连。信号在这些微小的导线上传输,就像在一条高速公路上的汽车,而互连噪声就像这条路上不可避免的颠簸和障碍。这些障碍可能源于信号之间的串扰,可能来自电源电压的波动,也可能是在高速开关器件之间产生的电磁干扰。它们轻则导致信号失真,影响传输速率,重则可能引发逻辑错误,导致整个芯片的功能失效。对于我这样的工程师而言,理解和控制这些“路况”至关重要。我期望这本书能够提供一套全面的指导,帮助我们诊断互连噪声的来源,比如是哪个信号线耦合到了哪个信号线,噪声的幅度和时序特征如何,是由于什么原因引起的(例如,是瞬态电流引起的还是时钟信号的干扰)。更重要的是,我希望它能给出切实可行的解决方案,从物理设计层面(例如,布线规则、屏蔽技术)到电路设计层面(例如,隔离技术、信号整形),甚至到系统级的设计(例如,时序约束、时钟分配策略),都能提供有效的指导。

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当我看到“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这本书的题目时,我的思绪立刻飘到了过去一些让我头疼的项目。在那些项目中,我们常常会发现,尽管电路逻辑设计本身是正确的,但是芯片在实际运行中却出现了各种各样难以预料的问题,例如信号的时序裕量突然变窄,数据传输的错误率突然升高,甚至有时候会发生随机的死机现象。经过反复的排查,很多时候我们都会将问题指向了隐藏在电路深处的互连噪声。这种噪声的特点是它不显眼,不容易直接观测,但一旦累积到一定程度,就会对电路的正常工作产生毁灭性的影响。尤其是在设计那些对时序要求极高的FPGA(现场可编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)时,对互连噪声的理解和控制更是至关重要。我非常希望这本书能够系统地梳理互连噪声的产生机制,从电磁学原理出发,详细解释在高速信号传输过程中,寄生电感、寄生电容以及电阻是如何协同作用,产生各种形式的噪声。同时,我也期待它能够提供一套完整的分析框架,帮助我们识别噪声的来源,评估其影响,并提出相应的抑制方法,从而避免在设计后期出现难以修复的难题。

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最近,我对“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这本书产生了浓厚的兴趣,主要是因为我在当前的研究项目中,正面临着一个与芯片功耗和信号完整性息息相关的挑战。我们知道,随着集成电路的密度不断增加,晶体管的尺寸不断缩小,信号传输速度却在不断提升,这使得互连线之间的耦合效应变得越来越显著。这些耦合效应,正是互连噪声的主要来源。想象一下,在密密麻麻的布线层中,相邻的信号线之间存在着电容和电感的耦合。当一条信号线上的信号发生快速变化时,它会在空间中产生电磁场,而这个电磁场又会激励相邻信号线上的信号,从而在接收端产生非预期的电压波动,这就是所谓的串扰。这种串扰不仅会降低信号的幅度,还可能导致信号的时序发生偏移,甚至引起逻辑错误。而本书的标题“Interconnection Noise in VLSI Circuits”直接触及了这一核心问题,我非常希望它能够深入地阐述互连噪声的物理机理,从麦克斯韦方程组的视角来解析电磁耦合的形成过程。同时,我也期待书中能提供有效的噪声抑制策略,例如如何优化布线拓扑,如何利用屏蔽层或者接地层来减小耦合,以及在设计流程中如何集成相关的分析工具来提前发现和解决这些问题。

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“Interconnection Noise in VLSI Circuits”——这个书名,仿佛是一道召唤,将我拉回到那些曾经为解决芯片上的“鬼影”而彻夜难眠的时光。我相信,许多在集成电路领域工作的人都会有类似的经历,明明按照设计规范进行逻辑设计,但是在仿真和实际测试中,却发现芯片的行为与预期不符。而很多时候,罪魁祸首就是那些隐藏在无数互连线中的噪声。它们就像暗流,悄无声息地侵蚀着信号的纯净度,扭曲着数据的真实含义。这本书的标题直接点出了这个问题的核心——互连噪声。我非常期待它能够从一个全新的视角,系统地解析这些噪声的产生过程,比如,在多层布线结构中,不同层之间的串扰是如何产生的?电源和地的分配网络是如何成为噪声的放大器?时钟信号的传播是如何对其他信号产生干扰的?我希望这本书不仅能够提供理论上的深度,更能给出工程实践上的指导,例如,如何通过版图规则来限制噪声的产生,如何在设计流程中集成噪声分析工具,以及如何通过一些巧妙的电路设计来增强电路对噪声的鲁棒性。

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当我看到“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这本书的书名时,我immediately 想到了在设计高频射频(RF)集成电路时所遇到的挑战。虽然射频电路的设计关注点与数字电路有所不同,但互连噪声同样是影响其性能的关键因素。在高频下,即使是微小的互连线寄生参数,也会产生显著的电磁效应,导致信号的衰减、失真,以及与其他信号之间的干扰。尤其是在复杂的RF系统中,多个功能模块(例如,放大器、混频器、振荡器)紧密集成在一起,它们之间的互连线就更容易产生相互干扰。这本书的标题,虽然看似偏向于数字VLSI,但我相信其对互连噪声的深入探讨,同样能够为RF电路的设计者提供宝贵的启示。我期待书中能够阐述互连噪声是如何在高频下影响信号的相位、幅度和时序的,以及有哪些特殊的噪声抑制技术适用于RF电路。例如,是否会涉及如何优化传输线的阻抗匹配,如何利用差分信号来减小共模噪声,以及如何通过合理的布局和屏蔽来隔离不同模块的噪声源。

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“Interconnection Noise in VLSI Circuits”——这个书名,对于任何一个长期在集成电路设计领域摸爬滚打的工程师来说,都具有一种天然的吸引力。它直接指出了一个困扰着我们多年的难题:在日益复杂的VLSI设计中,那些微不足道的互连线,是如何成为信号完整性的“隐形杀手”的?我曾亲身经历过,在设计一个高性能处理器时,由于对互连噪声的考虑不够充分,导致芯片的最高运行频率只能达到预期的70%,而剩下的30%的性能损失,很大一部分原因就归咎于布线之间的串扰和电源噪声。这本书的标题预示着它将深入探讨这一关键问题,我非常好奇它会从哪些角度来展开论述。是会详细介绍噪声的物理模型,例如互感、互容如何影响信号传播?是会提供先进的仿真技术,例如时域和频域的噪声分析方法?还是会给出一些实用的版图设计技巧,例如如何进行合理的布线规划,如何优化电源和地线的连接,以及如何利用屏蔽技术来抑制噪声?这些都是我迫切想要了解的内容,因为掌握了这些知识,就相当于掌握了提升芯片性能和可靠性的关键钥匙。

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当我第一次看到“Interconnection Noise in VLSI Circuits”这个书名时,就感到一种莫名的亲切感。因为在我的学术生涯中,信号完整性(Signal Integrity)一直是一个让我着迷且不断探索的领域,而互连噪声无疑是信号完整性研究中最核心、最普遍的挑战之一。它不像数字逻辑那样有明确的0和1,而是一种更加微妙、更加难以捉摸的物理现象。它可能潜藏在电感的寄生效应中,可能存在于电容的耦合作用里,甚至在接地回流(ground bounce)和电源分配网络(power delivery network)的波动中显现。尤其是在现代VLSI设计中,随着技术节点的不断推进,互连线的尺寸越来越小,间距越来越近,信号的速度越来越快,这些因素都极大地加剧了互连噪声的严重性。对于我这样的研究者来说,一本能够深入剖析互连噪声的产生机理、分析方法以及抑制策略的书籍,简直就是一本不可多得的宝藏。我希望这本书不仅仅是停留在理论层面,更能提供一些具体的工程实践案例,例如如何通过仿真工具来预测互连噪声的发生,如何设计合适的测试结构来测量互连噪声,以及如何根据噪声的特性来调整电路设计和版图布局。

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