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[日] 大幸秀成 著，彭军 译

图书标签:

• CMOS电路
• 模拟电路
• 数字电路
• 集成电路
• 电路设计
• 电子工程
• 半导体
• 低功耗设计
• 射频电路
• EDA工具

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030341365

版次：1

商品编码：11017360

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-06-01

页数：215

正文语种：中文

编辑推荐

《CMOS电路活用技巧》可供半导体制造行业的技术人员阅读，也可供电子等相关专业师生参考。

内容简介

《CMOS电路活用技巧》以CMOS的最小构成电路反相器为焦点,介绍CMOS器件的特点、结构、设计规则及制造方法。以标准逻辑电路为例，介绍了组合逻辑电路、时序逻辑电路的定义、基本电路结构及其应用举例。进而，介绍了接口的技巧和目前备受关注的模拟技术等。《CMOS电路活用技巧》还涉及大规模集成电路(LSI)的话题，介绍其分类及发展趋势，以及ASIC和存储器的基本技术。

作者简介

大幸秀成，1982年毕业于爱媛大学电气工程专业，进入东京芝浦电气株式会社（现在的东芝）半导体事业本部，从事CMOS技术的标准逻辑工作。致力于推进日本与欧美厂商的产品共同开发及全球标准化。现在依然从事和CMOS相关的产品开发及技术市场工作。
主要著作：《基本·C�睲OS標準ロジックIC活用マスタ》（CQ出版社）。

目录

第1章 CMOS器件的现状
1.1 半导体器件的分类
1.2 CMOS器件的特征
1.3 CMOS产品的种类和特点

第2章 CMOS的结构
2.1 CMOS的结构
2.2 设计规则
2.3 CMOS的制造工程
2.3.1 衬底材料的制作
2.3.2 前工序
2.3.3 后工序

第3章 CMOS的基本特性与逻辑电路的基本结构
3.1 CMOS的基本特性
3.1.1 N�瞔hMOSFET的特性表达式
3.1.2 P�瞔hMOSFET的特性表达式
3.1.3 CMOS反相器的特性
3.1.4 逻辑阈值电压
3.1.5 过渡区中的输出电压
3.1.6 电阻近似
3.2 CMOS的特点
3.2.1 功率消耗小
3.2.2 能够在低电压下工作/工作电压范围宽
3.2.3 噪声余量大
3.2.4 容易集成化
3.2.5 输入阻抗高
3.2.6 基于输入电容的初次记忆
3.3 基本逻辑电路
3.4 正逻辑与负逻辑
3.5 基本电路
3.5.1 反相器
ⅴⅳ3.5.2 NAND门
3.5.3 NOR门
3.5.4 AND，OR门
3.5.5 传输门
3.5.6 时钟脉冲门
3.5.7 ExclusiveOR/NOR门
3.5.8 触发器
3.6 CMOS的保护电路
3.6.1 输入保护电路
3.6.2 输出的保护
3.6.3 电源/GND浮动时的保护

第4章 CMOS器件的种类与特征
4.1 CMOS标准逻辑
4.1.1 双极逻辑的诞生
4.1.2 CMOS逻辑的诞生
4.2 74�唱唱承偷镊攘�
4.2.1 BiCMOS逻辑的特征
4.2.2 ECL的特征
4.2.3 ASIC的问世与标准逻辑的需要
4.2.4 单门逻辑的诞生
4.2.5 低电压化的趋势
4.2.6 封装的发展趋势
4.3 存储器
4.3.1 ROM
4.3.2 RAM
4.4 ASIC的种类与特征
4.4.1 ASIC化的潮流
4.4.2 半定制
4.4.3 PLD
4.4.4 门阵列
4.4.5 标准单元
4.4.6 全定制LSI
4.5 半定制LSI的设计方法

第5章 标准逻辑IC的功能与使用方法
5.1 组合逻辑电路
5.1.1 门电路
5.1.2 门电路的应用举例
5.1.3 特殊门电路
5.1.4 开路漏极
5.1.5 模拟开关
5.1.6 总线缓冲器
5.1.7 双向总线缓冲器
5.1.8 总线缓冲器与总线的连接
5.1.9 多路转换器/逆多路转换器/选择器
5.1.1 0在多变数1输出逻辑电路中的应用
5.1.1 1译码器/编码器
5.1.1 2使用译码器的CPU周边LSI的选择
5.2 时序逻辑电路
5.2.1 锁存器
5.2.2 锁存器的应用举例
5.2.3 总线数据的暂存记忆
5.3 触发器
5.3.1 触发器的动作
5.3.2 触发器的应用举例
5.3.3 总线的数据分配和保持电路
5.3.4 计数器
5.3.5 计数器的串级连接举例
5.3.6 移位寄存器
5.3.7 移位寄存器的应用举例
5.3.8 单稳多谐振荡器
5.3.9 单稳多谐振荡器的应用举例

第6章 CMOS逻辑IC的特性
6.1 CMOS器件的接口
6.2 CMOS器件的标准接口
6.2.1 CMOS的输入输出特性
6.2.2 CMOS电平与TTL电平
6.2.3 CMOS电平的趋势
6.3 接口的专门技术
6.3.1 扇出端数
6.3.2 三态输出与输出冲突
6.3.3 上冲/下冲，反射，激振噪声
6.3.4 线连“或”电路与从低电压向高电压的电平变换
6.4 电压变换接口
6.4.1 从高电压向低电压变换的接口
6.4.2 输出的容忍功能
6.4.3 从低电压向高电压变换的接口
6.4.4 高→低/低→高双向电压变换接口
6.5 冒险
6.5.1 冒险引起的故障
6.5.2 晶体管与CMOS逻辑的接口
6.5.3 高速接口（单端与差动传送）概要
6.5.4 单端
6.5.5 差动传送（异动）

第7章 CMOS器件的失效模式
7.1 器件自身的失效
7.1.1 早期失效
7.1.2 偶然失效
7.1.3 耗损失效
7.2 失效模式
7.3 外来因素引起的失效
7.3.1 ESD造成的损伤
7.3.2 闩锁造成的损伤

第8章 器件模拟与传输模拟
8.1 SPICE与IBIS
8.1.1 SPICE
8.1.2 IBIS
8.1.3 IMIC
8.2 LSI设计流程
8.3 基于SPICE的器件/电路模拟
8.3.1 器件模拟
8.3.2 电路模拟
8.3.3 SPICE模拟器的功能
8.4 传输模拟
8.4.1 数字信号的误解
8.4.2 信号完整的基础--方波是危险的
8.4.3 传输信号的高速化技巧
8.4.4 传输线的等效电路
8.4.5 基于IBIS的传输模拟
8.4.6 EMI的法规
参考文献

前言/序言

《数字电路设计之道：从基础到高级实现的系统性指南》 引言 在当今飞速发展的电子信息时代，数字电路扮演着核心角色，驱动着我们生活方方面面。从智能手机、电脑到汽车、航空航天，无处不在的数字系统都离不开其精妙的设计与实现。然而，数字电路的设计并非易事，它需要扎实的理论基础、敏锐的逻辑思维以及对工程实践的深刻理解。许多初学者在面对复杂的逻辑门、时序电路、状态机设计时，常常感到无从下手，难以构建起完整的知识体系。即便是经验丰富的工程师，在面对日益增长的设计复杂度、功耗限制以及性能要求时，也需要不断更新自己的技术栈，掌握更高级的设计技巧。 本书《数字电路设计之道：从基础到高级实现的系统性指南》正是为了填补这一空白而精心打造。它并非专注于某一特定技术领域，而是致力于为读者构建一个全面、系统、深入的数字电路设计知识框架。本书旨在帮助读者从零开始，逐步掌握数字电路设计的基本原理，进而深入理解各种高级设计方法和实现策略，最终能够独立完成复杂数字系统的设计与验证。我们将抛开技术栈的局限，着重于揭示数字电路设计背后的思维方式、解决问题的通用原则以及行之有效的工程实践。 第一部分：数字电路设计的基石——逻辑思维与基本元件 在踏上数字电路设计的征程前，我们必须牢固掌握其最基础的构建块：逻辑思维和基本逻辑元件。这一部分将为读者打下坚实的理论基础，确保理解其后所有高级概念的出发点。 二进制世界的奥秘： 我们将从最基本的数字概念——二进制数开始，探讨其表示方式、运算规则（包括逻辑加、逻辑乘、逻辑非等），以及二进制在数字系统中的不可替代性。理解二进制是理解一切数字电路的基础，如同学习语言需要先掌握字母。 布尔代数：逻辑设计的语言： 布尔代数是数字电路设计的数学工具。我们将深入学习布尔代数的公理、定理，以及如何利用它们对逻辑表达式进行化简和优化。掌握布尔代数，意味着能够用最简洁、最高效的方式描述和操纵逻辑功能。我们将通过大量的实例，展示如何运用布尔代数解决实际的逻辑设计问题。 组合逻辑电路：无记忆的决策者： 组合逻辑电路是数字电路中最基本的一种，其输出仅取决于当前的输入。我们将详细介绍各种基本的组合逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR），以及如何通过它们构建更复杂的组合逻辑功能，如译码器、编码器、多路选择器、加法器、减法器等。本书将重点强调如何根据需求，选择最优的逻辑实现方式，并介绍卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）等逻辑化简方法，帮助读者获得最精简的逻辑设计。 时序逻辑电路：拥有记忆的机器： 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路过去的状态有关。我们将深入探讨触发器（Flip-Flops）和锁存器（Latches）这两种最基本的时序元件，理解它们的工作原理、状态转换以及不同类型（如SR, JK, D, T触发器）的特性。在此基础上，我们将学习如何构建移位寄存器、计数器等典型的时序逻辑电路，并阐述时钟信号在同步时序电路设计中的关键作用。 第二部分：构建复杂的数字系统——状态机与控制器设计 掌握了基本的逻辑元件后，我们将进入构建更复杂、更智能数字系统的阶段。这一部分将聚焦于状态机设计，这是实现控制逻辑和顺序操作的核心技术。 有限状态机（FSM）的理论与实践： 我们将全面解析有限状态机的概念，包括状态、输入、输出、状态转移和输出逻辑。本书将详细介绍两种主流的状态机模型：摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型，并深入分析它们各自的优缺点以及适用场景。 状态机的设计流程与方法： 从需求分析到状态图绘制，再到状态编码和逻辑实现，我们将提供一套系统性的状态机设计流程。读者将学习如何有效地划分状态，如何进行状态编码以优化硬件资源（如使用二进制编码、格雷码编码等），以及如何将状态机转化为实际的逻辑电路。 状态机在实际系统中的应用： 为了让读者更直观地理解状态机的威力，我们将通过一系列典型的应用实例进行讲解。例如，简单的交通灯控制器、串行数据接收控制器、简单的协议解码器等。这些实例将帮助读者理解状态机如何驱动复杂的系统行为，并解决实际工程中的控制问题。 状态机的优化与验证： 在设计完状态机后，优化其逻辑以减小面积、提高速度、降低功耗是必不可少的。我们将讨论状态机状态合并、冗余状态消除等优化技术。同时，重点强调仿真验证的重要性，讲解如何通过仿真工具全面测试状态机的正确性，发现潜在的逻辑错误。 第三部分：面向现代设计的集成化方法——硬件描述语言（HDL）与逻辑综合 在当今的数字电路设计中，硬件描述语言（HDL）已经成为不可或缺的工具。它允许工程师用文本的方式描述硬件，并利用自动化工具进行综合和实现。 Verilog/VHDL入门： 本部分将介绍两种主流的HDL——Verilog和VHDL。我们将从最基本的语法结构开始，讲解如何用HDL描述组合逻辑和时序逻辑。读者将学习如何定义模块、端口、信号、寄存器，如何使用赋值语句、条件语句、循环语句来表达逻辑功能。 HDL驱动的设计流程： 我们将展示如何利用HDL进行自顶向下（Top-Down）和自底向上（Bottom-Up）的设计。理解不同的设计风格，以及如何根据项目需求选择合适的设计方法。 逻辑综合：从HDL到门级网表： 逻辑综合是HDL设计流程中的关键一步。我们将深入讲解逻辑综合的原理，包括如何将HDL代码转化为门级网表（Netlist），以及综合工具在优化面积、速度和功耗方面的作用。读者将学习如何编写可综合的HDL代码，理解综合工具的行为，并掌握一些常用的综合约束（Constraints）设置，以指导综合过程。 可测试性设计（DFT）基础： 随着电路规模的不断增大，测试的难度也日益增加。我们将介绍可测试性设计（DFT）的基本概念，例如可扫描设计（Scan Design）的思想，以及它如何为后期的功能测试提供便利。理解DFT对于设计可制造、可测试的芯片至关重要。 第四部分：系统级验证与性能优化 设计出电路只是第一步，确保其正确运行并满足性能要求同样重要。这一部分将聚焦于验证和性能优化。 功能验证的重要性与方法： 我们将深入探讨功能验证在数字电路设计中的核心地位。读者将学习如何制定详细的验证计划，如何编写测试平台（Testbench）来驱动被测设计（DUT），以及各种验证技术，如随机验证、覆盖率分析（Coverage Analysis）等。 仿真工具的使用与技巧： 熟练使用仿真工具是进行验证的关键。我们将介绍主流仿真工具的基本操作，包括波形分析、断点设置、变量监控等，并分享一些提高仿真效率和调试能力的实用技巧。 性能分析与优化策略： 随着设计复杂度的增加，性能瓶颈往往难以预测。我们将介绍如何进行静态时序分析（Static Timing Analysis, STA），识别关键路径，并探讨各种优化时序性能的策略，例如逻辑门的选择、流水线技术、时钟频率调整等。 低功耗设计入门： 功耗是现代电子设备面临的重要挑战。我们将介绍低功耗设计的一些基本理念和技术，例如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、低功耗工艺等，帮助读者在设计初期就考虑功耗问题。 第五部分：高级主题与工程实践 在掌握了基础和核心技术后，本书将引导读者进一步探索数字电路设计的更广阔领域，并分享一些宝贵的工程实践经验。 同步与异步设计的权衡： 我们将深入探讨同步和异步设计在不同场景下的优缺点。理解如何设计可靠的同步时序系统，以及在何时何地可以考虑采用异步设计来解决特定的时序或性能问题。 时钟域交叉（CDC）处理： 在多时钟域系统中，不同时钟域之间的数据传输是潜在的错误源。我们将详细讲解时钟域交叉问题的成因，并介绍各种有效的CDC处理方法，如握手信号、FIFO（先进先出队列）等，确保系统设计的健壮性。 总线协议与接口设计： 现代数字系统由多个组件组成，它们之间需要通过各种总线协议进行通信。我们将介绍一些常见的总线协议，如I2C、SPI、AXI等，并讲解如何设计和实现这些接口，确保系统组件之间的高效、可靠通信。 FPGA与ASIC设计流程概览： 虽然本书不侧重于特定的硬件平台，但了解FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）的基本设计流程对于理解设计的最终实现至关重要。我们将简要介绍这两种平台的特点、设计流程和工具链，帮助读者对整个数字系统设计的生命周期有一个宏观的认识。 调试与问题排查的艺术： 成功的数字电路设计离不开有效的调试能力。本书将分享一些通用的调试策略和技巧，包括逻辑分析仪的使用、硬件调试方法、以及如何从错误现象中推断问题根源。 持续学习与技术发展趋势： 数字电路设计领域日新月异，我们将鼓励读者保持持续学习的热情，并简要介绍一些当前和未来的技术发展趋势，如低功耗设计、高可靠性设计、人工智能在EDA（电子设计自动化）中的应用等。 结语 《数字电路设计之道：从基础到高级实现的系统性指南》旨在成为读者在数字电路设计学习和实践道路上的忠实伙伴。本书内容循序渐进，从最基本的逻辑概念到复杂的系统设计，再到现代化的工程实践，力求为读者构建一个完整、深入且实用的知识体系。我们坚信，通过对本书内容的系统学习和深入实践，读者将能够构建起坚实的数字电路设计能力，自信地应对未来的设计挑战，并在这个日新月异的科技领域中不断探索和创新。无论您是初学者，还是希望提升技能的工程师，本书都将为您提供宝贵的知识和指导，助您在数字电路设计的道路上行稳致远。

评分☆☆☆☆☆

我是一名拥有多年经验的硬件老兵，主要从事工业控制设备的开发。在这个领域，对电路的可靠性和稳定性有着极其严苛的要求。我在工作中经常会遇到一些看似简单但非常棘手的CMOS电路问题，比如电磁干扰、信号耦合、功耗异常等。偶然间，我接触到了这本《CMOS电路活用技巧》，这本书的实用性立刻吸引了我。它并没有局限于理论的探讨，而是更侧重于“技巧”的分享，这正是我所需要的。书中关于CMOS电路布局布线、电源退耦、接地设计等方面的讲解，都非常贴合实际工程中的痛点。我尤其对书中关于如何在高噪声环境中保持信号完整性的章节印象深刻，作者提供了一些非常实用的建议，例如如何选择合适的旁路电容、如何进行差分信号的正确处理等。我最近在调试一个用于恶劣工业环境的传感器采集模块，之前遇到的信号干扰问题让我非常头疼，但在参考了书中关于屏蔽和滤波的章节后，我调整了PCB的布局和一些关键器件的参数，问题得到了显著的改善。这本书就像一个经验丰富的老工程师在手把手地教你解决实际问题，它让我在面对复杂的CMOS电路挑战时，多了一份从容和信心。

评分☆☆☆☆☆

这本《CMOS电路活用技巧》真是让我大开眼界！作为一名业余电子爱好者，我一直对CMOS技术充满好奇，但苦于找不到合适的入门材料。市面上很多书籍要么过于理论化，要么讲解得过于晦涩难懂，让我望而却步。然而，这本书的出现彻底改变了我的看法。从第一页开始，作者就用一种非常亲切且易于理解的方式，循序渐进地介绍了CMOS电路的基本原理。我特别喜欢其中关于CMOS器件的建模和仿真部分，通过实际的例子，我终于弄懂了那些复杂的公式背后代表的物理意义。书中列举的各种实用电路设计，比如低功耗ADC、高性能运算放大器等，都配有详细的步骤和关键参数的解释，让我能够快速上手，自己动手搭建原型。而且，作者还分享了许多调试和优化的技巧，这些都是在学校里学不到的宝贵经验。我尝试着书中的一个低功耗传感器接口电路，在实际操作中遇到了一些问题，但通过对照书中提到的故障排除方法，我很快就找到了症结所在，并成功实现了预期功能。这本书不仅仅是理论知识的堆砌，更是实战经验的结晶，对于想要深入了解CMOS电路并将其应用到实际项目中的读者来说，绝对是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

我是一名大学电子工程专业的在校学生，目前正在学习模拟集成电路设计课程。我的教授推荐了这本《CMOS电路活用技巧》作为课外读物，我发现它极大地弥补了教材中理论与实践脱节的问题。书中对CMOS晶体管的物理特性、各种基本电路结构（如差分放大器、电流镜、尾电流源等）的详细分析，让我对CMOS器件的工作机制有了更深刻的理解。最让我惊喜的是，书中将抽象的理论与实际的应用场景相结合，通过大量的实例，展示了CMOS电路在各种应用中的具体实现方式。例如，在讲解运算放大器时，作者不仅给出了基本的电路图，还详细分析了各种非理想效应（如输入失调、温漂、电源抑制比等），并提供了相应的改进方法。我尝试着跟着书中的步骤，使用EDA工具（如Cadence Virtuoso）对书中介绍的一个简单的CMOS放大器进行仿真，并对比了理论计算和仿真结果，这让我对电路设计和仿真流程有了更直观的认识。这本书的语言风格非常清晰流畅，即使是复杂的概念，也能够被解释得浅显易懂。对于像我这样的学生而言，这本书是理解CMOS电路设计的绝佳辅助材料，它帮助我打下了坚实的理论基础，也激发了我对集成电路设计的浓厚兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一名经验丰富的数字IC设计工程师，最近在负责一个高性能模拟前端的设计项目，遇到了一些瓶颈。在寻找解决方案的过程中，我偶然发现了这本《CMOS电路活用技巧》。起初，我抱着试试看的心态翻阅，没想到立刻被书中深邃的见解所吸引。作者在模拟电路设计方面的造诣非凡，他对CMOS放大器、滤波器、混频器等核心模拟模块的深入剖析，让我受益匪浅。书中关于噪声抑制、失真分析以及功耗优化等高级主题的讲解，非常具有启发性。我尤其欣赏作者在处理工艺偏差和寄生效应方面的独到见解，这些都是在实际流片过程中至关重要的问题。书中提出的几种创新的电路拓扑结构，我以前从未接触过，但通过作者的详细讲解和数学推导，我逐渐领悟了它们的设计精髓。我尝试将书中介绍的一种新型的低噪声放大器设计应用到我的项目中，结果表明，其性能表现远超我之前的预期，成功地解决了困扰我许久的信号完整性问题。这本书不仅仅是技巧的罗列，更是对CMOS模拟电路设计理念的深刻阐释，对于有志于在模拟IC设计领域深耕的工程师来说，无疑是一本极具价值的参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名嵌入式系统开发工程师，我经常需要与各种传感器和外围设备打交道，其中很多都涉及到CMOS技术。我一直想更深入地理解这些接口电路的工作原理，以便更好地进行系统集成和优化。这本书《CMOS电路活用技巧》给了我极大的帮助。它并没有直接讲解具体的传感器，而是从CMOS电路的基础出发，深入浅出地讲解了各种基本的电路模块，比如放大器、比较器、ADC/DAC接口等。我最喜欢的部分是关于信号调理和数据采集的章节，作者用非常形象的比喻和清晰的图示，解释了如何从嘈杂的模拟信号中提取有用的信息，并将其转换为数字信号。书中还介绍了一些常用的通信接口，比如I2C和SPI，以及如何利用CMOS技术实现这些接口的驱动和优化。我最近在做一个智能家居项目，需要连接一个温湿度传感器，之前我只是简单地按照数据手册进行连接，但通过阅读这本书，我才真正理解了背后的电路设计，并且能够根据实际情况对驱动代码和硬件接口进行更精细化的调整，最终实现了更稳定、更精确的数据采集。这本书对于想要提升硬件理解能力、更好地与CMOS器件打交道的嵌入式工程师来说，绝对是一本必读之作。

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给部门买的专业书籍，很不错～

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佩服这类书籍，写的不错。

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般般，留本手上翻翻，感觉还可以

评分☆☆☆☆☆

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怎么说，原作者的题材和结构都很好。翻译水品太差，还不认真。挺好的一堆白菜胖猪拱了，一把好牌活生生的打臭了。现在的书很多都成这个趋势，买本好书太难了。原创不出精品还可以理解，翻译也不行？

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