低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具 9787030315687 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[瑞士] Christian Piguet，陈力颖 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030315687

商品编码：11049270024

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

：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：528000

页码：397

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国际知名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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第1部分 概述
第1章 低功耗电子技术的发展历史
1.1 引言
1.2 早期的计算机
1.3 晶体管和集成电路
1.4 低功耗消费类电子产品
1.5 功耗的快速增加
1.6 结论
参考文献
第2章 深亚微米下体硅技术与SOI技术的进展
2.1 引言
2.2 ITRS概述
2.3 晶体管的饱和电流和亚阈值电流
2.4 栅和其他隧道电流
2.5 晶体管电气参数的统计离差
2.6 栅氧化层物理厚度和电气厚度
2.7 晶体管的新结构
2.8 结论
参考文献
第3章 CMOS纳米技术中的漏电流
3.1 引言
3.2 MOSFET器件的ILEAK构成
3.3 尺寸缩放
3.4 电路级
3.5 结论
参考文献
第4章 微电子学、纳电子学及电子学的未来
4.1 引 言
4.2 作为纳电子器件的硅MOSFET
4.3 硅MOSFET的限
4.4 硅MOSFET的应用极限
4.5 硅MOSFET以外的晶体管
4.6 FET以外的晶体管
4.7 从微电子学到纳电子学
4.8 结论
4.9 致谢
参考文献
第5章 片上光互连的高级研究
5.1 互连问题
5.2 自顶向下的互连设计
5.3 信号通路中的无源光子器件
5.4 用于信号转换的有源器件
5.5 转换电路
5.6 键合问题
5.7 互连性能(光学系统与电学系统的比较)
5.8 研究方向
5.9 致 谢
参考文献
第2部分 低功耗电路
第6章 深亚微米工艺设计模型
6.1 引 言
6.2 电流模型
6.3 描述性能所使用单位的定义
6.4 在标准单元库中的应用
6.5 在低功耗设计中的应用
6.6 结 论
参考文献
第7章 逻辑电路和标准单元
7.1 引言
7.2 逻辑族
7.3 低功耗和标准单元库
7.4 对于特定应用的逻辑类型
7.5 结论
参考文献
第8章 低功耗超高速动态逻辑电路
8.1 引 言
8.2 单相时钟锁存器和触发器
8.3 高通量CMOS电路技术
8.4 快速有效的CMOS功能电路
8.5 动态逻辑的前景
8.6 结 论
参考文献
第9章 低功耗算法运算器
9.1 引 言
9.2 加 法
9.3 乘 法
9.4 其他运算器、数字系统和限制
参考文献
第10章 降低动态功耗的电路设计方法
10.1 引 言
10.2 动态功耗的形成
10.3 电路结构的平行化
10.4 改变固定电压降低功耗技术
10.5 不改变电路主体设计技术方法来降低电路的功耗
10.6 改变电路主体结构的设计技术
10.7 结 论
参考文献
第11章 低功耗设计中的硬件描述语言
11.1 引 言
11.2 基础知识
11.3 减少毛刺
11.4 时钟门控技术
11.5 有限状态机
11.6 数据通路
11.7 总线编码
11.8 结 论
11.9 致 谢
参考文献
第12章 工作时钟频率在数GHZ下的系统设计
12.1 引言
12.2 连续系统中的时钟设计注意事项
12.3 异步系统
12.4 全局异步一局部同步系统
12.5 结 论
参考文献
第13章 减小漏电流的电路设计方法
13.1 引言
13.2 漏电流的组成
13.3 逻辑电路设计中减小漏电流的技术
13.4 时序设计技术
13.5 运行状态下闲置漏电流减小技术
13.6 运行状态时漏电流减小技术
13.7 减小高速缓存中的漏电流技术
参考文献
第14章 SoC的低功耗和低电压通信
14.1 引 言
14.2 互连线的基础理论
14.3 与互连线相关的功耗
14.4 减小互连线功耗的办法
14.5 光互连线的分析
14.6 结论
参考文献
第15章 绝热与时钟供电电路
15.1 引言
15.2 绝热充电技术的原理
15.3 实现问题
15.4 结论
参考文献
第16章 用于基本低功耗逻辑的弱反型
16.1 引言
16.2 MOS弱反型区模型和假设
16.3 静态MOS反相器
16.4 CMOS反相器的动态特性
16.5 标准传输下反相器的特性
16.6 进入中等反型区与强反型区的效应
16.7 逻辑门和数值实例扩展
16.8 实际考虑和条件限制
16.9 结论
参考文献
第17章 低电压下数字电路的鲁棒性
17.1 引言
17.2 信号完整性
17.3 可靠性
17.4 结论
17.5 致谢
参考文献
第3部分 低功耗设计的CAD工具
第18章 高级功耗估计与分析
18.1 引言
18.2 低功耗应用的通用设计流程
18.3 系统级功耗分析
18.4 算法级功耗估计与分析
18.5 ORINOCO：一种算法级功耗估计工具
18.6 结论
参考文献
第19章 高级功耗估计的功耗宏模型
19.1 引言
19.2 RTL功耗建模
19.3 RTL功耗宏建模和估计
19.4 现实设置的RTL功耗估计
19.5 结论
19.6 致谢
参考文献
第20章 Synopsys低功耗设计流程
20.1 引 言
20.2 时钟门控
20.3 寄存器级的自动时钟门控
20.4 操作数隔离
20.5 逻辑优化
20.6 泄漏控制一一阈值管理
20.7 电压缩放
20.8 建模基础
20.9 分析流程
20.10 结论
参考文献
第21章 Magma低功耗流程
21.1 引言
21.2 功耗
21.3 功耗分析
21.4 功耗优化
21.5 供电轨分析
21.6 电源网络综合
21.7 结论
第22章 功耗敏感设计的时序设计流程
22.1 引言
22.2 设计流程概述
22.3 用于功耗敏感设计的时序工具
22.4 设计实例
22.5 结论
参考文献

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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《低功耗CMOS电路设计——逻辑设计与CAD工具》这本书，如同其书名所揭示的，深入探讨了在当今电子设备日益追求便携、续航和小型化趋势下，CMOS电路设计的核心挑战——功耗问题，并聚焦于实现低功耗的两种关键途径：逻辑设计优化与先进CAD工具的应用。它并非仅仅是一本堆砌概念的技术手册，而更像是一本精心编织的指南，引导读者从理论根基出发，逐步掌握实战技巧，最终能够设计出高效、节能的CMOS集成电路。 全书的宏大脉络清晰可见，首先，它将读者引入低功耗CMOS电路设计的宏观背景。在开篇之处，作者不会泛泛而谈，而是会通过列举当下热门的电子产品，如智能手机、可穿戴设备、物联网终端、高性能计算芯片等，生动地阐释为何低功耗设计是这些领域发展的关键驱动力。从电池续航的限制，到散热问题的严峻，再到环境友好和成本效益的考量，作者会层层递进，为读者建立起对低功耗设计重要性的深刻认知。这种引入方式，能够迅速抓住读者的兴趣，让他们明白学习本书内容的实际价值和紧迫性。 接着，本书将深入剖析CMOS电路功耗的来源。读者将不再仅仅模糊地知道“功耗大”，而是能具体地理解CMOS电路中存在哪些功耗成分。这通常会包括动态功耗和静态功耗。动态功耗部分，书中会详细讲解开关功耗（充放电电容的能量损耗）和短路功耗（在信号转换过程中，上下管同时导通造成的电流直通）。作者会用清晰的图示和数学模型，解释这些功耗与电路的开关频率、电源电压、负载电容以及晶体管的几何尺寸等参数之间的定量关系。例如，对于开关功耗，读者会学习到 $P_{dynamic} = alpha cdot C_{L} cdot V_{DD}^2 cdot f$ 这个核心公式，并理解其中各个参数的含义及其对功耗的影响。 而对于静态功耗，书中则会聚焦于漏电流的产生机制。读者会了解到，即使在电路处于不活动状态，晶体管的亚阈值漏电、栅氧化层漏电、穿通漏电等都会消耗能量。作者会深入讲解这些漏电机制的物理成因，以及它们如何受到工艺参数（如沟道长度、氧化层厚度、掺杂浓度等）和工作电压的影响。通过对功耗来源的细致分解，本书为后续的低功耗设计策略奠定了坚实的理论基础。 在掌握了功耗的成因之后，本书便会重点转向“逻辑设计”这一核心内容。逻辑设计层面的低功耗优化，是直接作用于电路结构和算法的，其效果通常更为显著。本书会系统地介绍多种行之有效的逻辑设计策略。 首先，电源电压优化（Voltage Scaling）是基本但极其重要的一种方法。书中会详细阐述如何通过降低电源电压来显著降低动态功耗，因为动态功耗与电压的平方成正比。读者将学习到如何在满足时序要求的前提下，选择最优的电源电压，以及如何实现动态电压调整（Dynamic Voltage Scaling, DVS）技术，根据电路的实际负载和性能需求，动态地改变工作电压，从而实现功耗和性能的权衡。 其次，时钟门控（Clock Gating）技术是逻辑设计中降低动态功耗的另一利器。本书会详细讲解时钟门控的原理，即在电路的某些部分不需要运行时，通过控制时钟信号的传递，使其停止工作，从而节省了这部分电路的动态功耗。读者将学习到如何识别可以进行时钟门控的逻辑块，以及如何设计高效的时钟门控逻辑，包括其潜在的时序问题和如何解决。 接着，状态编码优化（State Encoding Optimization）也是一个不可忽视的方面。书中会讲解如何通过选择合适的二进制编码方式来减少触发器之间的切换次数，从而降低由触发器状态变化引起的动态功耗。例如，在有限状态机（FSM）设计中，使用格雷码（Gray Code）或优化的状态编码，可以显著减少不必要的位翻转，从而降低功耗。 此外，数据路径优化（Data Path Optimization）也是降低功耗的关键。书中会探讨如何通过改进算术运算单元、数据选择器等模块的设计，减少内部信号的切换活动。例如，使用低功耗加法器、乘法器，或者采用更高效的算法实现，都可以显著降低数据处理过程中的功耗。 本书还会涵盖译码器优化（Decoder Optimization），分析不同译码器结构（如多级译码器）对功耗的影响，并给出优化的建议。例如，如何根据实际需求选择合适的译码器深度和宽度，以及如何结合时钟门控技术进一步降低功耗。 在逻辑设计策略的介绍中，本书会注重理论与实践的结合。书中将穿插大量的电路示例和逻辑图，帮助读者直观理解各种优化方法的具体实现。同时，也会分析这些方法在实际设计中所面临的挑战，例如时序违例、面积增加等，并提供相应的解决方案。 除了逻辑设计层面的优化，本书的另一大重点是CAD工具的应用。在现代集成电路设计流程中，CAD工具扮演着至关重要的角色，尤其是在功耗分析和优化方面。本书会详细介绍各种用于低功耗CMOS电路设计的CAD工具及其使用方法。 首先，功耗分析工具将是重点讲解对象。读者将学习如何使用这些工具来精确地测量和预测电路的动态功耗和静态功耗。这包括在 RTL（Register Transfer Level）阶段进行初步的功耗估计，以及在门级网表和布局布线之后的精确功耗分析。书中会介绍一些业界主流的功耗分析工具，如Synopsys PrimeTime PX、Cadence Joules、Mentor Graphics Calypto Power Pro等，并详细讲解其输入要求、仿真设置、输出报告解读等关键环节。通过这些工具，读者可以量化不同设计方案的功耗差异，从而做出明智的设计决策。 其次，逻辑综合工具在低功耗设计中的作用也不容忽视。本书会讲解如何通过配置逻辑综合工具的选项，引导其进行低功耗综合。例如，如何设置功耗约束，如何在面积和功耗之间进行权衡，以及如何有效地利用时钟门控和电源门控（Power Gating）等技术。读者将学习到如何编写综合脚本，以达到预期的低功耗设计目标。 再者，布局布线工具也对功耗产生直接影响。书中会分析布局布线过程中可能导致功耗增加的因素，如过长的连线延迟（导致需要更高的驱动能力）、不合理的时钟树（CK Tree）设计等，并介绍如何通过优化布局布线策略来降低功耗。例如，如何进行线延迟优化、功耗感知的布局布线、以及如何有效地应用电源分割（Power Grid）和时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）技术。 本书还会介绍物理验证工具在功耗设计中的作用。虽然物理验证主要关注设计的正确性，但其报告中也可能包含一些与功耗相关的错误，例如时序违例、信号完整性问题等，这些问题如果不解决，可能会导致功耗的增加。 在CAD工具的应用部分，本书会采用案例分析的方式，通过一个完整的低功耗CMOS电路设计流程，展示如何将逻辑设计策略与CAD工具有机结合。例如，作者可能会选择一个实际的数字信号处理模块（如滤波器、FFT单元）作为例子，从RTL设计开始，通过功耗分析工具进行初步估计，然后进行逻辑综合，再进行详细的功耗分析和时序优化，最后进行布局布线和物理验证。在这个过程中，书中会详细展示每一步操作所需的CAD工具命令或GUI设置，以及如何根据工具输出的报告来调整设计。 此外，本书可能还会涉及一些先进的低功耗技术。例如，电源门控（Power Gating）技术，它允许将不使用的电路模块完全断电，从而消除静态漏电功耗。书中会详细讲解电源门控的实现原理，包括如何设计电源门控开关（Power Gate Switch）、如何管理断电和上电过程中的状态保存和恢复，以及其在不同应用场景下的优缺点。 动态多电压（Multi-Voltage Domains）技术也可能被涵盖，即在同一芯片上使用不同电压域来驱动不同部分的电路，从而实现功耗和性能的协同优化。 总而言之，《低功耗CMOS电路设计——逻辑设计与CAD工具》是一本内容详实、结构严谨、理论与实践并重的著作。它不仅会为读者打下扎实的低功耗CMOS电路设计理论基础，更会通过对先进CAD工具的深入讲解和实战演示，帮助读者掌握如何在实际设计中有效运用这些工具，从而设计出符合时代需求的、高性能、低功耗的集成电路。本书的读者群将涵盖电子工程、微电子学、计算机体系结构等相关专业的本科生、研究生，以及从事集成电路设计的工程师，他们将从中获益匪浅，能够更好地应对日益严峻的功耗挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书《低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具》的出版，对于我们这些在模拟和混合信号领域工作的工程师来说，无疑是一场及时雨。虽然我的工作重心更多在于模拟电路，但理解数字部分的低功耗设计对于整个系统的能效优化至关重要。我希望书中能够详细阐述数字逻辑设计中那些对功耗影响最大的因素，例如时钟树的功耗，复位信号的功耗，以及数据路径上的动态功耗。我非常期待书中关于门控时钟和时钟使能（Clock Enable）等技术在降低动态功耗方面的具体实现细节和设计技巧。在CAD工具方面，我希望这本书能提供一些关于如何利用仿真工具来分析和预测数字电路的功耗，以及如何通过设计空间的探索来找到最佳的功耗、性能和面积折衷点。我尤其感兴趣的是，在模拟和数字混合信号SoC设计中，如何有效地将数字部分的低功耗策略与模拟部分的低功耗设计相结合，以实现整体最优的能效。如果书中能提供一些关于低功耗异步电路（Asynchronous Circuits）设计的讨论，那将是极具吸引力的，因为异步电路在某些场景下具有天然的低功耗优势。

评分☆☆☆☆☆

从这本书《低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具》的标题来看，它显然是奔着解决实际工程问题去的。我是一名刚刚接触IC设计的学生，对于低功耗设计这一块，一直感觉知识体系比较零散。我希望这本书能系统地介绍CMOS电路功耗的各个方面，从基本的晶体管模型如何影响功耗，到更复杂的电路结构如何导致功耗的增加，都有清晰的解释。在逻辑设计层面，我希望书中能用易于理解的方式解释各种低功耗逻辑优化技术，比如如何通过逻辑综合（Logic Synthesis）和逻辑分割（Logic Partitioning）来降低功耗。同时，我非常期待书中关于CAD工具的介绍。我希望能了解这些工具是如何工作的，以及作为一名初学者，应该如何开始使用它们来辅助我的设计。例如，是否有关于功耗仿真和分析的入门指南，以及如何阅读和理解仿真结果。我也希望能从书中学习到一些基础的设计流程，了解在实际的IC设计项目中，低功耗设计是如何贯穿始终的。如果书中能包含一些简单的教学案例，或者提供一些练习题，那将极大地帮助我巩固所学的知识。

评分☆☆☆☆☆

这本《低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具》确实如期而至，我早就对它期待已久了。从这本书的封面和标题就能感受到它直指核心的专业性。我一直深耕于集成电路领域，尤其是在功耗优化方面，总觉得有许多理论和实践的鸿沟需要填补。对于CMOS电路，它的低功耗特性是其应用广泛的基石，而如何在此基础上进行更精细的逻辑设计，并借助强大的CAD工具来辅助实现，这绝对是当今IC设计中最具挑战性也最受关注的课题之一。我希望这本书能够系统地梳理低功耗CMOS电路设计的理论框架，从基本的门电路功耗分析，到复杂的时钟门控、电源门控、动态电压频率调整（DVFS）等高级技术，都能够有深入浅出的讲解。同时，书中提到的CAD工具，我非常期待它们能在实际设计流程中扮演怎样的角色，例如在功耗仿真、功耗分析、功耗优化等环节，是否有具体的案例分析，如何有效地利用这些工具来指导设计决策，从而最大限度地降低功耗，提升电路性能。我尤其关注书中是否会涉及最新的低功耗设计技术和前沿研究成果，例如新型低功耗逻辑风格、自适应体偏置技术，以及在人工智能、物联网等新兴应用场景下，对低功耗CMOS电路提出的特殊需求和相应的解决方案。如果书中能够提供一些实用的设计技巧和经验分享，那将是锦上添花了。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究《低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具》这本书，它给我带来了不少新的启发。尤其是在逻辑设计这一块，书中对功耗降低策略的讲解，比如动态功耗和静态功耗的成因及抑制方法，都写得非常到位。我关注的是一些更细致的内容，比如书中是否对不同工艺节点下的低功耗设计挑战有所讨论，例如随着晶体管尺寸的缩小，漏电流的增加对静态功耗的影响，以及如何在先进工艺下实现有效的功耗控制。另外，在CAD工具方面，我希望书中能更深入地探讨那些能够实现自动化功耗优化的工具。例如，是否有关于功耗感知布局布线（Power-aware Placement and Routing）的介绍，以及如何利用这些工具来最小化信号线电容、减少串扰等，从而间接降低功耗。我特别希望能看到书中包含一些关于低功耗IP（Intellectual Property）的设计和集成方面的案例，这对于实际的SoC项目开发具有重要的指导意义。此外，对于一些新兴的低功耗技术，比如量化感知设计（Quantization-aware Design）在AI推理芯片中的应用，或者微能量采集（Micro-energy Harvesting）系统的电源管理，书中是否有所提及，或者至少为读者指明了进一步探索的方向。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《低功耗CMOS电路设计--逻辑设计与CAD工具》后，我翻阅了其中的一些章节，其内容深度和广度给我留下了深刻印象。在逻辑设计方面，书中对于各种低功耗逻辑风格的介绍，如亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）逻辑、多阈值电压（Multi-threshold Voltage）CMOS、门控时钟（Gated Clocking）技术等，都进行了相当详尽的阐述。我特别欣赏书中对这些技术背后的原理进行了清晰的分析，不仅仅是简单地罗列，而是深入到晶体管层面的功耗产生机制，以及如何在逻辑层面进行有效的抑制。同时，在CAD工具的部分，书中似乎提供了一些关于如何使用EDA工具进行功耗建模和仿真的指导。我一直觉得，脱离了实际工具的理论指导是空中楼阁，而本书将理论与实践相结合，无疑会大大提升其价值。我希望书中能够提供一些关于如何选择合适的CAD工具，以及如何配置仿真环境来进行准确的功耗评估。例如，在进行面积、性能和功耗的权衡时，CAD工具是如何辅助设计师做出最优决策的。如果书中能包含一些实际的仿真波形和分析报告，那将能更直观地帮助读者理解这些概念。我也期待书中能够涵盖一些关于层次化低功耗设计方法的内容，以及如何在SoC（System-on-Chip）设计中实现全局的功耗管理。