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[瑞士] Christian Piguet，陈力颖 著

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店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030315687

商品编码：29623817690

包装：平装

出版时间：2011-07-01

基本信息

书名：低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具

定价：65.00元

作者：(瑞士)Christian Piguet,陈力颖

出版社：科学出版社

出版日期：2011-07-01

ISBN：9787030315687

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.663kg

编辑推荐

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《低功耗CMOS电路设计》着重叙述低功耗电路设计，包括工艺与器件、逻辑电路以及CAD设计工具三个方面的内容。在工艺器件方面，描述了低功耗电子学的历史、深亚微米体硅SOI技术的进展、CMOS纳米工艺中的漏电、纳米电子学与未来发展趋势、以及光互连技术；在低功耗电路方面，描述了深亚微米设计建模、低功耗标准单元、高速低功耗动态逻辑与运算电路、以及在结构、电路、器件的各个层面上的低功耗设计技术，包括时钟、互连、弱反型超低功耗设计和绝热电路；在低功耗CAD设计工具方面，描述了功耗模型与高层次功耗估计，国际上主要CAD公司的功耗设计工具以及低功耗设计流程。本书由(瑞士)christianPiguet主编。

内容提要

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《低功耗CMOS电路设计》着重叙述低功耗电路设计，部分概述低功耗电子技术和深亚微米下体硅sOI技术的进展、CMOS纳米技术中的漏电流及光互连技术等；第二部分阐述深亚微米设计模型、低功耗标准单元、低功耗超高速动态逻辑与运算电路，以及在结构、电路、器件的各个层面上的低功耗设计技术；第三部分主要针对CAD设计工具及低功耗设计流程进行阐述。本书的内容来自低功耗集成电路设计领域三十多位学者和专家的具体实践，包括学术界与工业界多年来的研究设计成果与经验，所介绍的技术可以直接应用于产品设计。
《低功耗CMOS电路设计》可以作为微电子、电子科学与技术、集成电路等领域的研发、设计人员及工科院校相关专业师生的实用参考资料。本书由(瑞士)christianPiguet主编。

目录

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作者介绍

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ChristianPiguet，瑞士Nyon人，分别在1974年和1981年获得洛桑联邦瑞士大学(EPFL)的电子工程硕士与博士学位。Piguet博士于1974年加入了瑞士纳沙泰尔Centre Electronique HorlogerS.A.实验室。主要研究钟表业的CMOS数字集成电路和嵌入式低功耗微处理器，以及基于门阵列方法的CAD工具。他目前是纳沙泰尔CSEMCentre Suisse d'Electronique et de MicrotechniqueS.A.实验室超低功耗部门的负责人，并参与低功耗和高速CMOS集成电路的设计与管理。他的主要兴趣包括低功耗微处理器与DSP、低功耗标准单元库、门控时钟和低功耗技术及异步设计。

文摘

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序言

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探索微电子世界的奥秘：数字逻辑的基石与高效实现 在当今信息爆炸的时代，计算无处不在，从智能手机到超级计算机，再到物联网的每一个角落，数字电路的设计与优化都扮演着至关重要的角色。它们是现代科技的基石，而数字逻辑的设计则是构建这些复杂系统的核心。本书将带您深入数字逻辑设计的广阔天地，探索其背后的原理，掌握实现高效、可靠电路的艺术，并为您揭示驱动这一切的强大计算机辅助设计（CAD）工具的魅力。 第一部分：数字逻辑设计的原理与基础 本部分将为您打下坚实的数字逻辑基础。我们将从最基本的概念出发，逐步深入。 数字信号与逻辑门： 了解数字信号的本质，区分模拟信号与数字信号的差异。我们将深入剖析最基本的逻辑门，如与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT），理解它们的真值表和逻辑功能。在此基础上，我们将学习与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）、同或门（XNOR）等通用逻辑门的原理及其在电路中的应用。我们将通过直观的图示和易于理解的例子，帮助您掌握这些基本构建模块的工作方式。 布尔代数与逻辑表达式： 布尔代数是数字逻辑设计的数学语言。您将学习如何运用布尔代数的公理和定理来化简和优化逻辑表达式，从而减少电路的复杂性。我们将详细讲解德摩根定理、分配律、结合律等核心定理，并通过大量的实例演示如何应用这些定理解决实际问题。掌握布尔代数是设计高效逻辑电路的关键。 逻辑函数与真值表： 任何数字逻辑电路都可以用一个逻辑函数来表示。我们将学习如何根据实际需求，构建逻辑函数，并使用真值表来清晰地描述函数的输入输出关系。理解真值表是分析和设计数字电路的重要工具。 组合逻辑电路设计： 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入。本部分将聚焦于组合逻辑电路的设计方法。我们将介绍卡诺图（Karnaugh Map）这一强大的逻辑化简工具，它能帮助我们直观地找到最简化的逻辑表达式，从而实现最精简的电路。您将学习如何绘制和化简不同变量数量的卡诺图，并将其转换为实际的逻辑电路。此外，我们还将探讨Quine-McCluskey算法等更系统化的逻辑化简方法。 常见组合逻辑电路模块： 我们将深入讲解一些最常用的组合逻辑电路模块，包括： 译码器（Decoder）： 将二进制输入信号转换为唯一的输出信号，广泛应用于地址解码、数据选择等。 编码器（Encoder）： 与译码器相反，将多个输入信号编码成二进制输出。 多路选择器（Multiplexer, MUX）： 根据选择信号从多个输入中选择一个输出。 分路器（Demultiplexer, DEMUX）： 将一个输入信号分发到多个输出中的一个。 加法器（Adder）： 实现二进制加法运算，包括半加器、全加器，以及进位传播加法器（Ripple Carry Adder, RCA）和进位产生/预测加法器（Carry Lookahead Adder, CLA）等。 比较器（Comparator）： 比较两个二进制数的数值大小。 时序逻辑电路设计： 时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的输入状态，即具有“记忆”功能。我们将深入探讨时序逻辑电路的设计。 触发器（Flip-Flop）： 了解不同类型的触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器，以及它们的时钟边沿触发、主从结构等工作原理。触发器是构建时序逻辑电路的基本单元，可以存储一位二进制信息。 寄存器（Register）： 学习如何将多个触发器组合起来构成寄存器，用于存储多个二进制位的数据。我们将讨论移位寄存器（Shift Register）和并行寄存器等。 计数器（Counter）： 学习如何设计各种类型的计数器，包括同步计数器（Synchronous Counter）和异步计数器（Asynchronous Counter）。我们将重点介绍行波计数器（Ripple Counter）和同步计数器的实现，以及如何设计模N计数器（Modulo-N Counter）。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 有限状态机是描述和设计复杂时序逻辑系统的强大模型。我们将详细介绍摩尔型（Moore）和米利型（Mealy）两种状态机模型，学习状态转换图（State Transition Diagram）和状态表（State Table）的设计方法，以及如何将FSM转换为实际的硬件电路。 第二部分：现代数字逻辑设计的工具与方法 在实际的数字电路设计中，手动绘制电路图和进行布线已经远远不能满足需求。计算机辅助设计（CAD）工具极大地提高了设计的效率和准确性。本部分将为您揭示CAD工具在数字逻辑设计中的作用和基本流程。 硬件描述语言（HDL）： 硬件描述语言是描述数字电路行为和结构的文本语言。我们将重点介绍两种主流的HDL： Verilog HDL： 学习Verilog的基本语法，包括数据类型、运算符、模块实例化、进程（always块）以及如何用Verilog描述组合逻辑和时序逻辑。我们将通过实例演示如何用Verilog代码实现前面介绍的各种逻辑模块，如加法器、寄存器、计数器和状态机。 VHDL： 了解VHDL的基本结构和语法，包括实体（Entity）、架构（Architecture）、信号（Signal）、变量（Variable）等。我们将通过比较Verilog和VHDL的示例，帮助您理解它们各自的特点。 逻辑综合（Logic Synthesis）： 逻辑综合是将HDL代码转换为门级网表（Gate-level Netlist）的过程。我们将介绍逻辑综合的基本原理，理解综合工具如何根据设计目标（如速度、面积、功耗）来优化电路结构。您将了解综合过程中可能遇到的问题，以及如何编写可综合的HDL代码。 仿真（Simulation）： 仿真是在设计流程中验证电路功能正确性的关键步骤。我们将学习如何编写激励文件（Testbench）来驱动被测电路（DUT, Device Under Test），并通过波形查看器（Waveform Viewer）来分析仿真结果。理解仿真过程中的时序和信号变化对于调试至关重要。 布局布线（Place and Route）： 对于FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）设计，布局布线是将逻辑网表映射到具体硬件资源的过程。我们将简要介绍布局布线的基本概念，了解它如何影响电路的性能。 FPGA设计流程简介： 了解使用FPGA实现数字逻辑设计的典型流程，包括HDL编写、综合、实现（布局布线）和下载到FPGA芯片。 ASIC设计流程简介： 了解ASIC设计的基本流程，包括逻辑设计、物理设计、制造等。 贯穿全书的实践导向： 本书的重点在于将理论知识与实际应用相结合。我们将通过丰富的实例，展示如何将学到的逻辑设计原理应用于构建实际的数字系统。例如，我们将设计一个简单的微处理器中的ALU（算术逻辑单元），一个简易的移位寄存器数据处理器，或者一个基本的控制器状态机。这些实践性的例子将帮助您更深刻地理解数字逻辑设计的强大力量。 本书的目标读者： 本书适合于电子工程、计算机科学、微电子学等相关专业的学生，以及对数字逻辑设计感兴趣的工程师和技术人员。无论您是初学者，还是希望巩固和深化数字逻辑设计知识，本书都将是您宝贵的参考。 通过阅读本书，您将不仅掌握数字逻辑设计的核心理论，更能学会如何利用现代CAD工具将您的创意转化为实际的数字电路。您将能够自信地设计更复杂、更高效的数字系统，为您的学习和职业生涯奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

CAD工具的应用，无疑是现代低功耗CMOS电路设计中不可或缺的一环。这本书在这方面的内容，可以说是把我从繁琐的手工计算和验证中解脱出来。它详细介绍了多种业界主流的EDA（Electronic Design Automation）工具在低功耗设计流程中的应用。从逻辑综合（Logic Synthesis）阶段的功耗感知优化，到物理设计（Physical Design）阶段的布局布线（Place and Route）对于功耗的影响，再到静态功耗分析（Static Power Analysis）和动态功耗分析（Dynamic Power Analysis）的具体方法，本书都进行了深入的探讨。我尤其欣赏书中对功耗仿真（Power Simulation）的讲解，它不仅介绍了仿真工具的使用，更关键的是，它指导了如何正确地设置仿真环境，以及如何解读仿真结果，从而发现设计中的功耗瓶颈。此外，书中还提及了一些先进的功耗优化技术，例如功耗感知时序分析（Power-Aware Timing Analysis）以及如何利用机器学习（Machine Learning）来加速功耗预测和优化，这些内容都让我耳目一新，对未来的设计方向有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点，在于它对不同低功耗设计策略的权衡与选择给出了非常中肯的指导。在实际的芯片设计过程中，我们常常需要在性能、面积和功耗之间做出取舍。本书并没有简单地罗列各种技术，而是深入分析了每一种低功耗技术在不同应用场景下的适用性，以及它们可能带来的副作用。例如，对于动态功耗降低策略，作者详细分析了时钟门控可能带来的时序收敛问题，以及数据编码在增加电路复杂度方面的代价。对于漏电功耗降低技术，如阈值电压（Threshold Voltage）的调整或多阈值电压（Multi-Vt）设计，书中也探讨了其对性能和工艺制约的潜在影响。这使得我不再是孤立地看待某一项技术，而是能够从全局的角度去评估和选择最适合特定项目需求的功耗优化方案。这种辩证的思维方式，对于解决复杂的设计难题，避免“顾此失彼”的情况，具有极高的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对数字电路设计领域充满热情的老兵，我一直在寻找能够系统性地梳理现代低功耗CMOS电路设计思路的宝藏。在我近期翻阅的众多技术书籍中，有一本虽然名字听起来朴实无华，但内容却让我惊喜连连。这本书首先以一种极其扎实的方式，为我复习了CMOS技术的基本原理。它不仅仅是简单地罗列公式，而是通过深入浅出的讲解，让我重新认识了CMOS晶体管的开关特性、亚阈值导通等关键物理现象，并在此基础上，循序渐进地引出了功耗的来源。从动态功耗（开关功耗和短路功耗）到静态功耗（漏电功耗），本书都给出了清晰的数学模型和直观的物理解释，这对于理解低功耗设计的挑战至关重要。我尤其欣赏作者对于不同功耗成分的辨析，这使得我在后续的学习中能够更有针对性地进行优化。此外，书中对不同工艺技术节点下功耗特点的对比分析，也让我对设计挑战的演变有了更深刻的认识，这对于我从事前沿研发工作，选择合适的工艺库具有重要的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑设计部分，简直是为我这样的实用主义者量身定制。它并没有沉溺于抽象的逻辑理论，而是将重点放在了如何在实际的CMOS电路设计中实现低功耗。书中详细介绍了各种低功耗逻辑风格，例如门控时钟（Clock Gating）的设计技巧，以及如何根据电路的功能和时序需求，巧妙地实现局部和全局的时钟门控，从而大幅度减少不必要的时钟信号切换，这在我之前的项目实施中就吃尽了功耗的苦头。另外，它对于数据相关的动态功耗优化，如数据编码、信号压缩等技术，也进行了详尽的阐述。我特别关注到关于多电压域（Multi-Voltage Domain）设计的章节，书中不仅解释了其原理，还提供了如何进行电压域划分、跨域信号处理等实际操作建议，这对于设计复杂SOC（System-on-Chip）系统来说，是必不可少的知识。本书的优势在于，它总能将理论与实践紧密结合，让我感觉所学知识触手可及，能够直接应用于实际的设计流程中。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引领我深入理解低功耗CMOS电路设计的每一个环节。它在理论深度、实践指导以及工具应用方面都达到了相当高的水平。从基础的CMOS物理原理，到精妙的逻辑功耗优化，再到先进的CAD工具集成，书中内容环环相扣，逻辑严谨。我尤其赞赏其将前沿技术，如功耗感知设计和自动化优化，融入到整体的框架中，这让我能够更好地把握行业的发展趋势。对于任何希望在低功耗领域深耕的工程师而言，这本书都将是一份宝贵的财富。它不仅能够帮助你夯实基础，更能激发你对创新设计的无限可能。我强烈推荐这本书给所有在数字设计、芯片验证以及EDA开发等领域工作的专业人士。