VLSI概論(第六版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• VLSI
• 集成電路
• 微電子學
• 數字電路
• 模擬電路
• CMOS
• 芯片設計
• 半導體
• 電子工程
• 計算機硬件

本書循序漸進介紹VLSI的設計方法與技巧，全書共分為兩個部份，第一部份共八章，其內容包括1.MOS元件特性，2.CMOS的製成技巧，3.MOS的基本電路介紹，4.電路性能分析，5.CMOS電路設計，6.積體電路設計與佈侷方法，7.低功率與可測試性電路設計，8.子電路係統設計;第二部份則是介紹思源科技所開發的佈侷工具Laker並讓讀者熟悉EDAI工具操作，接著就是針對TANNER做介紹，提供讀者可以進行一個設計計劃與學習的機會。本書適閤大學、科大電子、資工科係「超大型積體電路設計」、「VLSI概論」等課程或業界相關人士及有興趣之讀者使用。
 

現代集成電路設計與製造：從概念到實踐 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且與時俱進的集成電路（IC）設計與製造領域的知識體係。 它不僅僅是一本技術手冊，更是一份引導工程師和研究人員理解並駕馭當前半導體技術前沿的指南。全書結構嚴謹，邏輯清晰，力求在理論深度與工程實踐之間搭建堅實的橋梁。 第一部分：集成電路的基石——半導體物理與器件基礎 本部分是理解現代IC設計的起點。我們從半導體物理學的基本原理入手，詳細闡述瞭晶體結構、能帶理論、載流子輸運機製（漂移與擴散）。重點剖析瞭PN結的形成、特性及其在二極管和晶體管中的應用。 隨後，我們將目光聚焦於集成電路的核心構件——MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）。我們不僅細緻講解瞭MOSFET的結構演變（從平麵到FinFET再到GAAFET），更深入探討瞭其工作原理、閾值電壓的控製、亞閾值導通特性以及短溝道效應的物理根源。對於新型晶體管結構，如隧道FET（TFET）和負電容FET（NCFET），我們也進行瞭前瞻性的分析，探討它們在低功耗應用中的潛力。 此外，本部分還涵蓋瞭半導體製造的基礎工藝。詳細介紹瞭從矽晶圓的生長、光刻（包括EUV技術的發展）、薄膜沉積（CVD, PVD, ALD）到離子注入和刻蝕等關鍵步驟。特彆強調瞭先進工藝節點（如7nm及以下）所麵臨的物理限製和工程挑戰，例如綫寬控製、薄膜均勻性以及良率管理。 第二部分：模擬集成電路設計原理與技術 模擬電路是實現信號感知、調理和轉換的“神經係統”。本部分係統地介紹瞭模擬IC設計的核心概念和設計流程。 首先，我們確立瞭運算放大器（Op-Amp）作為基礎單元，深入剖析瞭不同拓撲結構（如摺疊式、電流反饋式）的優缺點，並詳細推導瞭增益、帶寬、相位裕度和穩定性分析的方法。 隨後，我們轉嚮反饋理論在模擬設計中的應用，包括相位裕度的精確計算和補償技術的選擇（如米勒補償、輸齣阻抗補償）。 數據轉換器（ADC和DAC）是現代係統不可或缺的部分。本書用大量篇幅講解瞭不同架構的原理（如SAR, $DeltaSigma$, Pipeline），重點分析瞭影響性能的關鍵參數，如有效位數（ENOB）、積分非綫性（INL）和微分非綫性（DNL），並討論瞭高精度/高速設計的權衡取捨。 此外，我們還涵蓋瞭低噪聲放大器（LNA）、混頻器、鎖相環（PLL）等射頻（RF）IC設計的基礎，探討瞭噪聲源、相位噪聲的抑製以及匹配網絡的設計技巧。 第三部分：數字集成電路設計自動化與實現 數字IC設計流程的自動化是現代芯片設計大規模復雜係統的關鍵。本部分全麵覆蓋瞭數字設計的EDA流程，從行為級描述到物理實現。 我們從硬件描述語言（HDL）入手，使用SystemVerilog，講解瞭如何高效地描述組閤邏輯和時序邏輯，以及如何進行功能仿真和驗證。 綜閤（Synthesis）環節是重點。我們闡述瞭邏輯綜閤的過程，包括設計約束（Timing Constraints）的設定，以及如何通過目標庫（Standard Cell Library）將RTL代碼映射為門級網錶。在此基礎上，深入討論瞭靜態時序分析（STA）的理論，包括建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的違例檢查、時鍾域交叉（CDC）的處理以及如何優化布局布綫後的時序餘量。 物理實現（Physical Implementation）部分詳細描述瞭從布局（Placement）到布綫（Routing）的全過程。我們探討瞭時鍾樹綜閤（CTS）對時鍾偏差（Skew）的控製，功耗優化技術（如電壓和頻率調節DVFS），以及設計規則檢查（DRC）和版圖後仿真（Post-Layout Simulation）。 第四部分：低功耗、高可靠性與係統級設計 隨著移動設備和物聯網（IoT）的興起，功耗管理已成為IC設計中的核心挑戰。本部分聚焦於實現極緻的能效。 我們係統地分析瞭芯片中的靜態功耗（漏電）和動態功耗的來源，並介紹瞭多種低功耗設計方法，包括：門控技術、多閾值電壓設計、亞閾值電路設計以及動態電壓和頻率調節（DVFS）的係統級實現。 在可靠性方麵，本書深入探討瞭影響芯片長期穩定性的關鍵問題。這包括工藝、電壓和溫度（PVT）變化對電路性能的影響，以及如何應對隨機過程變化（RC）。特彆關注瞭電遷移（EM）、靜電放電（ESD）防護電路的設計原理，以及對軟錯誤（SEU）和閂鎖效應（Latch-up）的預防措施。 最後，我們探討瞭係統級設計（System-Level Design）的趨勢。討論瞭異構計算架構（如CPU+GPU+AI加速器）的挑戰，以及如何利用近似計算（Approximate Computing）在可接受的精度損失下換取顯著的性能和功耗提升。本書的結語展望瞭量子計算對經典IC設計流程的潛在衝擊。 本書內容組織邏輯嚴密，層層遞進，旨在為讀者構建一個完整的、跨越器件、電路、架構和製造工藝的集成電路知識圖譜。所使用的案例和示例均基於最新的工業標準和前沿研究成果，確保瞭教材的前瞻性和實用價值。

第一部份　VLSI設計原理與係統設計

第一章　VLSI與MOS元件 1-1
1.1　前言 1-2
1.1-1　積體電路的發展 1-2
1.1-2　積體電路製作技術簡介 1-4
1.2　加強型MOS 1-6
1.2-1　nMOS 1-7
1.2-2　pMOS 1-9
1.3　互補式MOS(CMOS) 1-11
1.4　體效應(Body Effect) 1-12
1.5　Latch-Up 1-14
1.6　臨限電壓 1-16
1.7　小結(Summary) 1-16
1.8　習題 1-17

第二 章　CMOS製程技術 2-1
2.1　積體電路基本製程技術 2-2
2.1-1　摻雜技術(dopping) 2-3
2.1.2　氧化技術(oxidation) 2-4
2.1-3　纍晶技術(epitaxial) 2-5
2.1-4　蝕刻技術(etching) 2-6
2.1-5　其他相關技術 2-9
2.2　CMOS製程技術 2-9
2.2-1　P型阱CMOS技術 2-10
2.2-2　N型阱CMOS技術 2-14
2.3　設計規則(design rule) 2-15
2.4　良率(yield) 2-20
2.5　小結(Summary) 2-22
2.6　習題 2-23

第 三章　MOS基本電路介紹 3-1
3.1　當開關使用的MOS 3-2
3.2　MOS基本邏輯電路 3-5
3.2-1　反相器(inverter) 3-5
3.2-2　反及閘(NAND gate) 3-8
3.2-3　反或閘(NOR gate) 3-10
3.2-4　復閤邏輯電路(Compound logic gate) 3-12
3.2-5　多工器 3-16
3.2-6　記憶單元 3-18
3.3　實際電路考慮的問題 3-19
3.3-1　驅動較大負載的電路 3-20
3.3-2　電子移轉現象(Electromigration) 3-25
3.3-3　接綫電容進一步的考慮 3-26
3.4　小結(Summary) 3-27
3.5　習題 3-28

第 四章　電路性能分析 4-1
4.1　電阻估算 4-2
4.1-1　通道電阻(channel resistance) 4-3
4-1.2　非長方形物質的電阻值 4-4
4.2　電容估算 4-5
4.2-1　閘極電容 4-6
4.2-2　擴散層電容 4-7
4.2-3　其他電容 4-9
4.2-4　導綫長度的限製 4-12
4.3　延遲時間(delay time) 4-13
4.3-1　上升時間(rise time) 4-16
4.3-2　下降時間(fall time) 4-17
4.3-3　電晶體尺寸大小 4-18
4.3-4　時間延遲的估算 4-19
4.4　直流轉移麯綫 4-22
4.4-1　雜訊邊限(noise margin) 4-25
4.5　功率消耗(power dissipation) 4-28
4.5-1　靜態功率消耗 4-29
4.5-2　動態功率消耗 4-31
4.6　CMOS和nMOS的比較 4-33
4.7　小結(Summary) 4-34
4.8　習題 4-35

第五 章　CMOS電路設計 5-1
5.1　邏輯電路設計 5-2
5.1-1　時脈靜態邏輯(clocked static logic) 5-2
5.1-2　動態CMOS邏輯(Dynamic CMOS logic) 5-12
5.1-3　CMOS骨牌邏輯(CMOS domino logic) 5-20
5.1-4　管綫式電路(pipeline circuit) 5-24
5.2　設計時考慮的要件 5-25
5.2-1　電晶體的尺寸大小 5-26
5-2.2　邏輯閘的輸入個數 5-27
5.2-3　汲極與源極電容 5-30
5.3　輸齣輸入電路結構(I/O PAD structure) 5-32
5.3-1　整體架構 5-33
5.3-2　VDD和VSS PADs 5-35
5.3-3　輸齣PAD(output PAD) 5-35
5.3-4　輸入PAD(input PAD) 5-36
5.3-5　三態PAD(tri-state PAD) 5-38
5.3-6　雙嚮PAD(bidirectional PAD) 5-40
5.4　一些特殊CMOS電路 5-41
5-4.1　虛擬NMOS(Pseudo NMOS) 5-41
5.4-2　傳輸邏輯(Pass transistor logic) 5-43
5.4-3　差分開關邏輯(Differential cascode
voltage switch logic) 5-46
5.5　各種邏輯電路比較 5-49
5.6　小結(Summary) 5-51
5.7　習題 5-51

第六 章　積體電路設計與佈局方法 6-1
6.1　佈局法 6-2
6.2　光罩與條形圖 6-3
6.2-1　從條形圖到佈局圖 6-6
6.2-2　基本邏輯電路佈局圖 6-11
6.2-3　佈局時應注意的問題 6-20
6.3　設計方式 6-25
6.3-1　結構化設計 6-26
6.3-2　閘陣列(gate array)設計 6-28
6.3-3　標準單元(standard cell)設計 6-31
6.3-4　全定製(full custom)設計 6-33
6.3-5　以上三種設計方式的比較 6-34
6.3-6　可程式邏輯陣列(PLA)設計 6-35
6.4　設計者的工具箱 6-41
6.4-1　邏輯層次(logical level) 6-42
6.4-2　開關層次(switch level) 6-42
6.4-3　時序層次(timing level) 6-43
6.4-4　電路層次(circuit level) 6-43
6.4-5　電路圖編輯器(Schematic Editor) 6-44
6.4-6　佈局圖編輯器(Layout Editor) 6-44
6.5　小結(Summary) 6-45
6.6　習題 6-46

第 七章　低功率電路設計與可測試性電路設計 7-1
7.1　低功率電路設計 7-2
7.1-1　各種功率的消耗 7-2
7.1-2　低功率電路設計的方嚮 7-5
7.1-3　低功率電路設計的電路結構 7-10
7.2　可測試性電路設計 7-16
7.2-1　錯誤模型(fault model) 7-17
7.2-2　測試樣本的産生 7-22
7.2-3　可測試性(testability) 7-25
7.2-4　掃瞄設計(scan design) 7-28
7.2-5　周邊掃瞄標準 7-30
7.2-6　Scan設計的實踐與問題 7-34
7.3　小結(Summary) 7-38
7.4　習題 7-39

第 八章　子電路係統設計 8-1
8.1　加法器 8-3
8.1-1　進位漣波加法器 8-7
8.1-2　進位漣波加/減法器 8-8
8.1-3　先行進位加法器(carry look-ahead adder) 8-10
8.1-4　曼徹司特進位鍊加法器(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　草上飛乘法器(on-the-fly multiplier) 8-20
8.2-3　管綫式乘法器(pipeline multiplier) 8-24
8.3　計數器 8-29
8.3-1　非同步計數器 8-30
8.3-2　同步計數器 8-31
8.4　記憶體 8-33
8.4-1　RAM 8-33
8.4-2　ROM 8-37
8.5　小結(Summary) 8-39
8.6　習題 8-39

第二部份　EDA工具介紹

第 九章　Laker簡介 9-1
9.1　關於Laker 9-2
9.2　設計元件庫與資料庫 9-3
9.3　高性能佈局編輯器 9-3
9.4　Logic Browsing 9-4
9.5　電晶體擺放器 9-5
9.6　Magic CellTM(MCell) 9-5
9.7　連結取嚮的佈局 9-6
9.8　點對點的繞綫器 9-6
9.9　佈局規則取嚮的編輯 9-7
9.10　客製化的平麵規劃器 9-7
9.11　互動式DRC 9-8

第十章　使用者介麵 10-1
10.1　簡介 10-2
10.2　使用者介麵功能 10-2
10.3　Laker主視窗 10-3
10.4　Laker設計視窗 10-4
10.5　Laker物件選擇方法 10-12

第十一章　快速使用Laker 11-1
11.1　簡介 11-2
11.2　輸入設計 11-2
11.3　設計規則驅策的佈局 11-4
11.4　Magic Cell操作 11-9
11.5　電晶體的串接與擺放 11-12
11.6　整閤佈局自動化 11-18
11.7　佈綫連接 11-20
11.8　設計驗證 11-27

第十二章　Tanner Tools Pro簡介 12-1
12.1　Tanner的設計流程 12-2
12.2　Tanner Tools Pro在IC設計流程上的地位 12-5
12.3　Tanner Tools Pro包含的軟體 12-9
1.-4　係統需求 12-10

第十三章　S-Edit 13-1
13.1　S-Edit的視窗介紹 13-2
13.2　S-Edit的檔案結構 13-8
13.3　S-Edit設定 13-10
13.4　開始進行設計 13-15
13.5　編輯與繪製 13-26
13.6　電路的聯結 13-33
13.7　屬性與電路檔案 13-39
13.8　例子導引 13-46
13.9　練習 13-60
13.10　計劃 13-61

第十四章　L-Edit與LVS 14-1
14.1　L-Edit的視窗介紹 14-2
14.2　L-Edit設定 14-7
14.3　檔案與細胞(cells) 14-23
14.4　佈局 14-35
14.5　尋找與編輯 14-43
14.6　産生層次(generate layers) 14-47
14.7　剖麵圖(cross-section viewer) 14-50
14.8　例子導引 14-53
14.9　DRC、EXT、SPR與LVS 14-56
14.10　DRC 14-57
14.11　EXT 14-59
14.12　SPR 14-65
14.13　CIF與GDSII檔案的轉入與轉齣 14-70
14.14　Lab：SPR的使用 14-72
14.15　LVS 14-77
14.16　練習 14-84
14.17　計劃 14-85

第十五章　T-Spice與W-Edit 15-1
15.1　T-Spice的視窗介紹 15-2
15.2　T-Spice命令工具 15-4
15.3　W -Edit 15-33
15.4　W-Edit的視窗介紹 15-33
15.5　練習 15-43

第十六章　Lab：四位元加法器 16-1
16.1　基本單元電路的設計與模擬 16-2
16.2　基本單元的佈局與驗證 16-13
16-3　較大區塊電路的驗證 16-17
16.4　整個係統的驗證 16-19
16.5　整個係統的佈局與驗證 16-20
16.6　結論 16-25

附　錄　教育性晶片 附-1
數位積體電路 附-2
類比積體電路 附-4
備註 附-7
參考文獻 參-1
 

评分☆☆☆☆☆

說實話，我買過不少技術類的書籍，但真正能讓我反復閱讀、並且每次都有新收獲的，並不多。《VLSI概論（第六版）》絕對是其中的佼佼者。我一直覺得，一本好的書，應該能夠滿足不同層次讀者的需求。這本書就做到瞭這一點。對於初學者，它提供瞭清晰的入門指引；對於有一定經驗的工程師，它又能提供更深入的分析和更前沿的視角。我特彆欣賞它在講解一些基礎概念時，會引用很多經典的論文和研究成果，這讓這本書在保持時效性的同時，也充滿瞭學術深度。而且，它在討論一些有爭議或者存在不同技術路綫的地方時，會客觀地呈現各種觀點，並分析其優劣，這對於讀者形成自己的獨立判斷非常有益。書的語言風格也比較嚴謹，但又不失可讀性，不會讓人覺得枯燥乏味。總的來說，這本書就像一位博學多纔的老師，既能循循善誘，又能醍醐灌頂，它為我打開瞭VLSI設計領域的大門，也為我持續學習和進步提供瞭源源不斷的動力。

评分☆☆☆☆☆

每次拿到一本新版的教科書，我最期待的就是它在“前沿技術”部分有沒有帶來什麼驚喜。《VLSI概論（第六版）》在這方麵真的讓我眼前一亮。它不僅僅是停留在老一套的理論講解，更重要的是，它把近年來的新興技術，比如FinFET、GAA（Gate-All-Around）晶體管的結構和優勢，還有一些關於低功耗設計的新方法，都做瞭深入淺齣的介紹。讀到FinFET那部分，我感覺像是打開瞭新世界的大門，原來傳統平麵結構的晶體管在縮小到一定程度後會遇到那麼多瓶頸，而FinFET這種三維的柵極結構是如何巧妙地剋服這些問題的，書裏通過清晰的剖麵圖和詳細的論述，讓我茅塞頓開。另外，它在介紹EDA工具的使用趨勢時，也提到瞭AI在設計流程中的應用，雖然篇幅不長，但給瞭一個很好的啓發。這本書的價值在於，它既能讓你打下堅實的理論基礎，又能讓你瞭解到行業發展的最新動嚮，這種“承前啓後”的作用，是很多其他教材難以企及的。我覺得對於正在讀研究生或者剛進入IC設計行業的工程師來說，這本書絕對是保持競爭力、不落伍的法寶。

评分☆☆☆☆☆

對於我這種偏嚮實操的工程師來說，一本好的技術書籍，除瞭理論紮實，還應該有足夠的“乾貨”，能夠指導實際工作。《VLSI概論（第六版）》在這方麵給我留下瞭深刻的印象。它在講解電路設計原則的時候，不僅僅是給齣公式，更重要的是會結閤一些實際的設計考量，比如如何權衡速度、麵積和功耗，以及在布局布綫過程中需要注意的一些關鍵點。我記得有一次在做一個低功耗設計項目時，遇到功耗瓶頸，我翻閱瞭書中關於功耗優化的章節，裏麵提到的幾種動態功耗和靜態功耗的降低策略，給瞭我很多具體的實現思路。特彆是它在分析電遷移（Electromigration）和IR Drop（壓降）等物理效應時，不僅解釋瞭原因，還給齣瞭相應的規則和避免方法，這些都是在實際流片過程中非常關鍵的考量因素。這本書的價值在於，它能幫助我們把理論知識轉化為解決實際問題的能力，它不像有些書那樣隻是“紙上談兵”，而是真正地貼近工程實踐，是幫助我們提升設計水平的實用工具。

评分☆☆☆☆☆

這本《VLSI概論（第六版）》我算是跟瞭好幾個年頭瞭，從大學念書那時候就聽學長姐推薦，直到現在工作瞭，時不時還會翻齣來查資料。老實說，第六版在內容上感覺還是蠻紮實的，畢竟是經典嘛，更新迭代也看得齣下瞭一些功夫。我特彆喜歡它在講解一些基礎概念時，會用非常具象化的例子，像是把晶體管比喻成水龍頭，一下子就把抽象的電子開關邏輯給掰開瞭揉碎瞭。而且，它在介紹CMOS工藝的時候，那種一步步的流程圖和圖解，真的非常有條理，即使是初學者也能跟著捋清楚。我記得有一次在處理一個項目的時序問題，卡瞭好久，後來翻到書裏關於時序約束那一章，裏麵的一些經典公式和分析方法，竟然給我提供瞭新的思路，最後順利解決瞭問題。書中的習題也很有代錶性，涵蓋瞭從基本的邏輯門設計到稍微復雜一點的電路分析，做完之後感覺對理論的掌握紮實瞭不少。雖然有些地方的數學推導可能需要點耐心，但整體來說，這本書給我的感覺就是那種“學瞭不吃虧，看瞭就懂”的實在感，是工程師案頭必備的參考書之一，強烈推薦給所有想深入瞭解VLSI領域的同仁。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的作者們在內容的組織和呈現上確實下瞭一番苦心。我個人比較注重邏輯性和連貫性，而《VLSI概論（第六版）》在這方麵做得相當齣色。從最基本的半導體物理概念開始，循序漸進地引入MOSFET的工作原理，然後逐步過渡到邏輯門的設計、時序分析、功耗優化，最後甚至觸及到瞭物理設計和驗證的流程。這種“由淺入深”的編排方式，讓我在閱讀過程中很少感到知識斷層，每個概念的引入都有前置的鋪墊，讓人更容易理解。特彆值得稱贊的是，它在講解一些復雜概念時，會引入類比或者簡化的模型，比如在講電容效應時，可能會用一些水管或者電容器的類比，這樣可以幫助我們這些非物理專業背景的讀者也能快速抓住核心。而且，書中的圖錶繪製得非常精美，不僅美觀，而且信息量很大，很多時候一張圖就能勝過韆言萬語。我覺得這本書的優點在於它的“體係化”，它不是零散知識點的堆砌，而是構建瞭一個完整的VLSI設計知識體係，讓你能從全局的角度去理解整個芯片設計的過程，這對培養係統性的工程思維非常有幫助。