VLSI概论(第六版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书循序渐进介绍VLSI的设计方法与技巧，全书共分为两个部份，第一部份共八章，其内容包括1.MOS元件特性，2.CMOS的制成技巧，3.MOS的基本电路介绍，4.电路性能分析，5.CMOS电路设计，6.积体电路设计与佈侷方法，7.低功率与可测试性电路设计，8.子电路系统设计;第二部份则是介绍思源科技所开发的佈侷工具Laker并让读者熟悉EDAI工具操作，接着就是针对TANNER做介绍，提供读者可以进行一个设计计划与学习的机会。本书适合大学、科大电子、资工科系「超大型积体电路设计」、「VLSI概论」等课程或业界相关人士及有兴趣之读者使用。
 

现代集成电路设计与制造：从概念到实践 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的集成电路（IC）设计与制造领域的知识体系。 它不仅仅是一本技术手册，更是一份引导工程师和研究人员理解并驾驭当前半导体技术前沿的指南。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实践之间搭建坚实的桥梁。 第一部分：集成电路的基石——半导体物理与器件基础 本部分是理解现代IC设计的起点。我们从半导体物理学的基本原理入手，详细阐述了晶体结构、能带理论、载流子输运机制（漂移与扩散）。重点剖析了PN结的形成、特性及其在二极管和晶体管中的应用。 随后，我们将目光聚焦于集成电路的核心构件——MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。我们不仅细致讲解了MOSFET的结构演变（从平面到FinFET再到GAAFET），更深入探讨了其工作原理、阈值电压的控制、亚阈值导通特性以及短沟道效应的物理根源。对于新型晶体管结构，如隧道FET（TFET）和负电容FET（NCFET），我们也进行了前瞻性的分析，探讨它们在低功耗应用中的潜力。 此外，本部分还涵盖了半导体制造的基础工艺。详细介绍了从硅晶圆的生长、光刻（包括EUV技术的发展）、薄膜沉积（CVD, PVD, ALD）到离子注入和刻蚀等关键步骤。特别强调了先进工艺节点（如7nm及以下）所面临的物理限制和工程挑战，例如线宽控制、薄膜均匀性以及良率管理。 第二部分：模拟集成电路设计原理与技术 模拟电路是实现信号感知、调理和转换的“神经系统”。本部分系统地介绍了模拟IC设计的核心概念和设计流程。 首先，我们确立了运算放大器（Op-Amp）作为基础单元，深入剖析了不同拓扑结构（如折叠式、电流反馈式）的优缺点，并详细推导了增益、带宽、相位裕度和稳定性分析的方法。 随后，我们转向反馈理论在模拟设计中的应用，包括相位裕度的精确计算和补偿技术的选择（如米勒补偿、输出阻抗补偿）。 数据转换器（ADC和DAC）是现代系统不可或缺的部分。本书用大量篇幅讲解了不同架构的原理（如SAR, $DeltaSigma$, Pipeline），重点分析了影响性能的关键参数，如有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL），并讨论了高精度/高速设计的权衡取舍。 此外，我们还涵盖了低噪声放大器（LNA）、混频器、锁相环（PLL）等射频（RF）IC设计的基础，探讨了噪声源、相位噪声的抑制以及匹配网络的设计技巧。 第三部分：数字集成电路设计自动化与实现 数字IC设计流程的自动化是现代芯片设计大规模复杂系统的关键。本部分全面覆盖了数字设计的EDA流程，从行为级描述到物理实现。 我们从硬件描述语言（HDL）入手，使用SystemVerilog，讲解了如何高效地描述组合逻辑和时序逻辑，以及如何进行功能仿真和验证。 综合（Synthesis）环节是重点。我们阐述了逻辑综合的过程，包括设计约束（Timing Constraints）的设定，以及如何通过目标库（Standard Cell Library）将RTL代码映射为门级网表。在此基础上，深入讨论了静态时序分析（STA）的理论，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的违例检查、时钟域交叉（CDC）的处理以及如何优化布局布线后的时序余量。 物理实现（Physical Implementation）部分详细描述了从布局（Placement）到布线（Routing）的全过程。我们探讨了时钟树综合（CTS）对时钟偏差（Skew）的控制，功耗优化技术（如电压和频率调节DVFS），以及设计规则检查（DRC）和版图后仿真（Post-Layout Simulation）。 第四部分：低功耗、高可靠性与系统级设计 随着移动设备和物联网（IoT）的兴起，功耗管理已成为IC设计中的核心挑战。本部分聚焦于实现极致的能效。 我们系统地分析了芯片中的静态功耗（漏电）和动态功耗的来源，并介绍了多种低功耗设计方法，包括：门控技术、多阈值电压设计、亚阈值电路设计以及动态电压和频率调节（DVFS）的系统级实现。 在可靠性方面，本书深入探讨了影响芯片长期稳定性的关键问题。这包括工艺、电压和温度（PVT）变化对电路性能的影响，以及如何应对随机过程变化（RC）。特别关注了电迁移（EM）、静电放电（ESD）防护电路的设计原理，以及对软错误（SEU）和闩锁效应（Latch-up）的预防措施。 最后，我们探讨了系统级设计（System-Level Design）的趋势。讨论了异构计算架构（如CPU+GPU+AI加速器）的挑战，以及如何利用近似计算（Approximate Computing）在可接受的精度损失下换取显著的性能和功耗提升。本书的结语展望了量子计算对经典IC设计流程的潜在冲击。 本书内容组织逻辑严密，层层递进，旨在为读者构建一个完整的、跨越器件、电路、架构和制造工艺的集成电路知识图谱。所使用的案例和示例均基于最新的工业标准和前沿研究成果，确保了教材的前瞻性和实用价值。

第一部份　VLSI设计原理与系统设计

第一章　VLSI与MOS元件 1-1
1.1　前言 1-2
1.1-1　积体电路的发展 1-2
1.1-2　积体电路制作技术简介 1-4
1.2　加强型MOS 1-6
1.2-1　nMOS 1-7
1.2-2　pMOS 1-9
1.3　互补式MOS(CMOS) 1-11
1.4　体效应(Body Effect) 1-12
1.5　Latch-Up 1-14
1.6　临限电压 1-16
1.7　小结(Summary) 1-16
1.8　习题 1-17

第二 章　CMOS制程技术 2-1
2.1　积体电路基本制程技术 2-2
2.1-1　掺杂技术(dopping) 2-3
2.1.2　氧化技术(oxidation) 2-4
2.1-3　累晶技术(epitaxial) 2-5
2.1-4　蚀刻技术(etching) 2-6
2.1-5　其他相关技术 2-9
2.2　CMOS制程技术 2-9
2.2-1　P型阱CMOS技术 2-10
2.2-2　N型阱CMOS技术 2-14
2.3　设计规则(design rule) 2-15
2.4　良率(yield) 2-20
2.5　小结(Summary) 2-22
2.6　习题 2-23

第 三章　MOS基本电路介绍 3-1
3.1　当开关使用的MOS 3-2
3.2　MOS基本逻辑电路 3-5
3.2-1　反相器(inverter) 3-5
3.2-2　反及闸(NAND gate) 3-8
3.2-3　反或闸(NOR gate) 3-10
3.2-4　复合逻辑电路(Compound logic gate) 3-12
3.2-5　多工器 3-16
3.2-6　记忆单元 3-18
3.3　实际电路考虑的问题 3-19
3.3-1　驱动较大负载的电路 3-20
3.3-2　电子移转现象(Electromigration) 3-25
3.3-3　接线电容进一步的考虑 3-26
3.4　小结(Summary) 3-27
3.5　习题 3-28

第 四章　电路性能分析 4-1
4.1　电阻估算 4-2
4.1-1　通道电阻(channel resistance) 4-3
4-1.2　非长方形物质的电阻值 4-4
4.2　电容估算 4-5
4.2-1　闸极电容 4-6
4.2-2　扩散层电容 4-7
4.2-3　其他电容 4-9
4.2-4　导线长度的限制 4-12
4.3　延迟时间(delay time) 4-13
4.3-1　上升时间(rise time) 4-16
4.3-2　下降时间(fall time) 4-17
4.3-3　电晶体尺寸大小 4-18
4.3-4　时间延迟的估算 4-19
4.4　直流转移曲线 4-22
4.4-1　杂讯边限(noise margin) 4-25
4.5　功率消耗(power dissipation) 4-28
4.5-1　静态功率消耗 4-29
4.5-2　动态功率消耗 4-31
4.6　CMOS和nMOS的比较 4-33
4.7　小结(Summary) 4-34
4.8　习题 4-35

第五 章　CMOS电路设计 5-1
5.1　逻辑电路设计 5-2
5.1-1　时脉静态逻辑(clocked static logic) 5-2
5.1-2　动态CMOS逻辑(Dynamic CMOS logic) 5-12
5.1-3　CMOS骨牌逻辑(CMOS domino logic) 5-20
5.1-4　管线式电路(pipeline circuit) 5-24
5.2　设计时考虑的要件 5-25
5.2-1　电晶体的尺寸大小 5-26
5-2.2　逻辑闸的输入个数 5-27
5.2-3　汲极与源极电容 5-30
5.3　输出输入电路结构(I/O PAD structure) 5-32
5.3-1　整体架构 5-33
5.3-2　VDD和VSS PADs 5-35
5.3-3　输出PAD(output PAD) 5-35
5.3-4　输入PAD(input PAD) 5-36
5.3-5　三态PAD(tri-state PAD) 5-38
5.3-6　双向PAD(bidirectional PAD) 5-40
5.4　一些特殊CMOS电路 5-41
5-4.1　虚拟NMOS(Pseudo NMOS) 5-41
5.4-2　传输逻辑(Pass transistor logic) 5-43
5.4-3　差分开关逻辑(Differential cascode
voltage switch logic) 5-46
5.5　各种逻辑电路比较 5-49
5.6　小结(Summary) 5-51
5.7　习题 5-51

第六 章　积体电路设计与佈局方法 6-1
6.1　佈局法 6-2
6.2　光罩与条形图 6-3
6.2-1　从条形图到佈局图 6-6
6.2-2　基本逻辑电路佈局图 6-11
6.2-3　佈局时应注意的问题 6-20
6.3　设计方式 6-25
6.3-1　结构化设计 6-26
6.3-2　闸阵列(gate array)设计 6-28
6.3-3　标准单元(standard cell)设计 6-31
6.3-4　全定制(full custom)设计 6-33
6.3-5　以上三种设计方式的比较 6-34
6.3-6　可程式逻辑阵列(PLA)设计 6-35
6.4　设计者的工具箱 6-41
6.4-1　逻辑层次(logical level) 6-42
6.4-2　开关层次(switch level) 6-42
6.4-3　时序层次(timing level) 6-43
6.4-4　电路层次(circuit level) 6-43
6.4-5　电路图编辑器(Schematic Editor) 6-44
6.4-6　佈局图编辑器(Layout Editor) 6-44
6.5　小结(Summary) 6-45
6.6　习题 6-46

第 七章　低功率电路设计与可测试性电路设计 7-1
7.1　低功率电路设计 7-2
7.1-1　各种功率的消耗 7-2
7.1-2　低功率电路设计的方向 7-5
7.1-3　低功率电路设计的电路结构 7-10
7.2　可测试性电路设计 7-16
7.2-1　错误模型(fault model) 7-17
7.2-2　测试样本的产生 7-22
7.2-3　可测试性(testability) 7-25
7.2-4　扫瞄设计(scan design) 7-28
7.2-5　周边扫瞄标准 7-30
7.2-6　Scan设计的实践与问题 7-34
7.3　小结(Summary) 7-38
7.4　习题 7-39

第 八章　子电路系统设计 8-1
8.1　加法器 8-3
8.1-1　进位涟波加法器 8-7
8.1-2　进位涟波加/减法器 8-8
8.1-3　先行进位加法器(carry look-ahead adder) 8-10
8.1-4　曼彻司特进位鍊加法器(manchester carry chain
adder) 8-15
8.2　乘法器 8-17
8.2-1　平行乘法器(parallel multiplier) 8-18
8.2-2　草上飞乘法器(on-the-fly multiplier) 8-20
8.2-3　管线式乘法器(pipeline multiplier) 8-24
8.3　计数器 8-29
8.3-1　非同步计数器 8-30
8.3-2　同步计数器 8-31
8.4　记忆体 8-33
8.4-1　RAM 8-33
8.4-2　ROM 8-37
8.5　小结(Summary) 8-39
8.6　习题 8-39

第二部份　EDA工具介绍

第 九章　Laker简介 9-1
9.1　关于Laker 9-2
9.2　设计元件库与资料库 9-3
9.3　高性能佈局编辑器 9-3
9.4　Logic Browsing 9-4
9.5　电晶体摆放器 9-5
9.6　Magic CellTM(MCell) 9-5
9.7　连结取向的佈局 9-6
9.8　点对点的绕线器 9-6
9.9　佈局规则取向的编辑 9-7
9.10　客制化的平面规划器 9-7
9.11　互动式DRC 9-8

第十章　使用者介面 10-1
10.1　简介 10-2
10.2　使用者介面功能 10-2
10.3　Laker主视窗 10-3
10.4　Laker设计视窗 10-4
10.5　Laker物件选择方法 10-12

第十一章　快速使用Laker 11-1
11.1　简介 11-2
11.2　输入设计 11-2
11.3　设计规则驱策的佈局 11-4
11.4　Magic Cell操作 11-9
11.5　电晶体的串接与摆放 11-12
11.6　整合佈局自动化 11-18
11.7　佈线连接 11-20
11.8　设计验证 11-27

第十二章　Tanner Tools Pro简介 12-1
12.1　Tanner的设计流程 12-2
12.2　Tanner Tools Pro在IC设计流程上的地位 12-5
12.3　Tanner Tools Pro包含的软体 12-9
1.-4　系统需求 12-10

第十三章　S-Edit 13-1
13.1　S-Edit的视窗介绍 13-2
13.2　S-Edit的档案结构 13-8
13.3　S-Edit设定 13-10
13.4　开始进行设计 13-15
13.5　编辑与绘制 13-26
13.6　电路的联结 13-33
13.7　属性与电路档案 13-39
13.8　例子导引 13-46
13.9　练习 13-60
13.10　计划 13-61

第十四章　L-Edit与LVS 14-1
14.1　L-Edit的视窗介绍 14-2
14.2　L-Edit设定 14-7
14.3　档案与细胞(cells) 14-23
14.4　佈局 14-35
14.5　寻找与编辑 14-43
14.6　产生层次(generate layers) 14-47
14.7　剖面图(cross-section viewer) 14-50
14.8　例子导引 14-53
14.9　DRC、EXT、SPR与LVS 14-56
14.10　DRC 14-57
14.11　EXT 14-59
14.12　SPR 14-65
14.13　CIF与GDSII档案的转入与转出 14-70
14.14　Lab：SPR的使用 14-72
14.15　LVS 14-77
14.16　练习 14-84
14.17　计划 14-85

第十五章　T-Spice与W-Edit 15-1
15.1　T-Spice的视窗介绍 15-2
15.2　T-Spice命令工具 15-4
15.3　W -Edit 15-33
15.4　W-Edit的视窗介绍 15-33
15.5　练习 15-43

第十六章　Lab：四位元加法器 16-1
16.1　基本单元电路的设计与模拟 16-2
16.2　基本单元的佈局与验证 16-13
16-3　较大区块电路的验证 16-17
16.4　整个系统的验证 16-19
16.5　整个系统的佈局与验证 16-20
16.6　结论 16-25

附　录　教育性晶片 附-1
数位积体电路 附-2
类比积体电路 附-4
备註 附-7
参考文献 参-1
 

评分☆☆☆☆☆

每次拿到一本新版的教科书，我最期待的就是它在“前沿技术”部分有没有带来什么惊喜。《VLSI概论（第六版）》在这方面真的让我眼前一亮。它不仅仅是停留在老一套的理论讲解，更重要的是，它把近年来的新兴技术，比如FinFET、GAA（Gate-All-Around）晶体管的结构和优势，还有一些关于低功耗设计的新方法，都做了深入浅出的介绍。读到FinFET那部分，我感觉像是打开了新世界的大门，原来传统平面结构的晶体管在缩小到一定程度后会遇到那么多瓶颈，而FinFET这种三维的栅极结构是如何巧妙地克服这些问题的，书里通过清晰的剖面图和详细的论述，让我茅塞顿开。另外，它在介绍EDA工具的使用趋势时，也提到了AI在设计流程中的应用，虽然篇幅不长，但给了一个很好的启发。这本书的价值在于，它既能让你打下坚实的理论基础，又能让你了解到行业发展的最新动向，这种“承前启后”的作用，是很多其他教材难以企及的。我觉得对于正在读研究生或者刚进入IC设计行业的工程师来说，这本书绝对是保持竞争力、不落伍的法宝。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的作者们在内容的组织和呈现上确实下了一番苦心。我个人比较注重逻辑性和连贯性，而《VLSI概论（第六版）》在这方面做得相当出色。从最基本的半导体物理概念开始，循序渐进地引入MOSFET的工作原理，然后逐步过渡到逻辑门的设计、时序分析、功耗优化，最后甚至触及到了物理设计和验证的流程。这种“由浅入深”的编排方式，让我在阅读过程中很少感到知识断层，每个概念的引入都有前置的铺垫，让人更容易理解。特别值得称赞的是，它在讲解一些复杂概念时，会引入类比或者简化的模型，比如在讲电容效应时，可能会用一些水管或者电容器的类比，这样可以帮助我们这些非物理专业背景的读者也能快速抓住核心。而且，书中的图表绘制得非常精美，不仅美观，而且信息量很大，很多时候一张图就能胜过千言万语。我觉得这本书的优点在于它的“体系化”，它不是零散知识点的堆砌，而是构建了一个完整的VLSI设计知识体系，让你能从全局的角度去理解整个芯片设计的过程，这对培养系统性的工程思维非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本《VLSI概论（第六版）》我算是跟了好几个年头了，从大学念书那时候就听学长姐推荐，直到现在工作了，时不时还会翻出来查资料。老实说，第六版在内容上感觉还是蛮扎实的，毕竟是经典嘛，更新迭代也看得出下了一些功夫。我特别喜欢它在讲解一些基础概念时，会用非常具象化的例子，像是把晶体管比喻成水龙头，一下子就把抽象的电子开关逻辑给掰开了揉碎了。而且，它在介绍CMOS工艺的时候，那种一步步的流程图和图解，真的非常有条理，即使是初学者也能跟着捋清楚。我记得有一次在处理一个项目的时序问题，卡了好久，后来翻到书里关于时序约束那一章，里面的一些经典公式和分析方法，竟然给我提供了新的思路，最后顺利解决了问题。书中的习题也很有代表性，涵盖了从基本的逻辑门设计到稍微复杂一点的电路分析，做完之后感觉对理论的掌握扎实了不少。虽然有些地方的数学推导可能需要点耐心，但整体来说，这本书给我的感觉就是那种“学了不吃亏，看了就懂”的实在感，是工程师案头必备的参考书之一，强烈推荐给所有想深入了解VLSI领域的同仁。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种偏向实操的工程师来说，一本好的技术书籍，除了理论扎实，还应该有足够的“干货”，能够指导实际工作。《VLSI概论（第六版）》在这方面给我留下了深刻的印象。它在讲解电路设计原则的时候，不仅仅是给出公式，更重要的是会结合一些实际的设计考量，比如如何权衡速度、面积和功耗，以及在布局布线过程中需要注意的一些关键点。我记得有一次在做一个低功耗设计项目时，遇到功耗瓶颈，我翻阅了书中关于功耗优化的章节，里面提到的几种动态功耗和静态功耗的降低策略，给了我很多具体的实现思路。特别是它在分析电迁移（Electromigration）和IR Drop（压降）等物理效应时，不仅解释了原因，还给出了相应的规则和避免方法，这些都是在实际流片过程中非常关键的考量因素。这本书的价值在于，它能帮助我们把理论知识转化为解决实际问题的能力，它不像有些书那样只是“纸上谈兵”，而是真正地贴近工程实践，是帮助我们提升设计水平的实用工具。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买过不少技术类的书籍，但真正能让我反复阅读、并且每次都有新收获的，并不多。《VLSI概论（第六版）》绝对是其中的佼佼者。我一直觉得，一本好的书，应该能够满足不同层次读者的需求。这本书就做到了这一点。对于初学者，它提供了清晰的入门指引；对于有一定经验的工程师，它又能提供更深入的分析和更前沿的视角。我特别欣赏它在讲解一些基础概念时，会引用很多经典的论文和研究成果，这让这本书在保持时效性的同时，也充满了学术深度。而且，它在讨论一些有争议或者存在不同技术路线的地方时，会客观地呈现各种观点，并分析其优劣，这对于读者形成自己的独立判断非常有益。书的语言风格也比较严谨，但又不失可读性，不会让人觉得枯燥乏味。总的来说，这本书就像一位博学多才的老师，既能循循善诱，又能醍醐灌顶，它为我打开了VLSI设计领域的大门，也为我持续学习和进步提供了源源不断的动力。