数字电子技术基础 张克农 9787040119947 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张克农 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040119947

商品编码：29499245074

包装：平装

出版时间：2003-04-01

基本信息

书名：数字电子技术基础

定价：24.90元

作者：张克农

出版社：高等教育出版社

出版日期：2003-04-01

ISBN：9787040119947

字数：350000

页码：290

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是根据西安交通大学电子学教研组多年教学实践，参照原国家教委1995年颁发的“高等工业学校电子技术基础课程教学基本要求”（部分）和教育部每学时不超过5000字的新要求，结合新的课程体系和教学内容改革的需要而编写的。本书内容包括：数字逻辑基础、硬件描述语言VHDL基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路的分析和设计、集成触发器、脉冲的产生与整形电路、时序逻辑电路的分析和设计、半导体存储器与可编程逻辑器件及数一模和模一数转换等。各章末有小结，并配有难易程度和数量都比较适当的思考题和习题。本书可作为高等学校电气信息类、仪器仪表类、电子信息科学类及其它相近专业本、专科生“数字电子技术基础”教材和教学参考书，也可作为有关工程技术人员的参考书。
本教材建议授课学时为48～60学时。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《现代集成电路设计导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代集成电路（IC）设计基础。它不仅涵盖了数字电子技术的核心原理，更将前沿的集成电路实现技术、设计流程和应用场景融为一体，旨在培养具备创新能力和工程实践能力的IC设计人才。本书的编写紧密结合当前集成电路产业的发展趋势，以先进的设计理念和方法为主线，力求做到理论与实践并重，系统性与前沿性兼顾。 第一章：集成电路设计概述 本章首先对集成电路的发展历程、重要性及其在现代社会中的广泛应用进行宏观介绍。从早期的分立元件电路到大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）乃至今天的超大规模集成电路（ULSI），集成电路技术经历了翻天覆地的变化。我们将探讨集成电路在通信、计算、消费电子、汽车电子、医疗健康等领域的关键作用，强调IC设计在推动科技进步中的核心地位。 随后，本章将详细阐述集成电路设计的整个流程，从概念定义、系统架构设计、逻辑设计、电路设计，到物理设计、制造、测试及封装。我们将介绍不同设计层次（如系统级、寄存器传输级（RTL）、门级、晶体管级）及其之间的转换关系。同时，也将初步介绍EDA（Electronic Design Automation）工具在IC设计中的关键作用，为后续章节的学习打下基础。 第二章：数字逻辑基础与时序分析 本章将系统回顾和深化数字逻辑设计的基础知识。我们将从布尔代数和逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）开始，深入讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计。组合逻辑电路包括译码器、编码器、多路选择器、加法器、比较器等，它们的状态输出仅取决于当前的输入。时序逻辑电路则引入了存储元件（如触发器、寄存器、计数器），其状态输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的状态，这是构建复杂数字系统（如状态机、微处理器）的基础。 在此基础上，本章将重点讲解时序分析，这是确保数字电路可靠工作的关键。我们将深入探讨时钟信号、时钟周期、时钟频率、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、传播延迟（Propagation Delay）等概念。对于同步时序电路，理解时钟域、亚稳态（Metastability）的产生原因及其规避方法至关重要。我们将分析建立时间违例（Setup Violation）和保持时间违例（Hold Violation）对电路功能的影响，并介绍时序约束（Timing Constraints）和时序收敛（Timing Convergence）的基本方法，为后续的逻辑综合和布局布线提供理论支持。 第三章：硬件描述语言（HDL）与逻辑综合 本章将介绍现代IC设计中不可或缺的工具——硬件描述语言（HDL）。我们将主要聚焦于Verilog HDL，并简要提及VHDL。Verilog HDL以其简洁的语法和强大的功能，成为描述数字硬件结构和行为的行业标准。本章将涵盖Verilog的基本语法，包括模块定义、端口声明、信号类型（wire, reg, integer等）、运算符、赋值语句（阻塞性与非阻塞性）、条件语句（if-else, case）、循环语句（for, while）以及任务和函数。 我们将重点演示如何使用Verilog HDL描述组合逻辑电路和时序逻辑电路，例如，如何通过RTL代码实现一个简单的加法器、一个D触发器、一个移位寄存器或一个有限状态机（FSM）。理论的学习将通过大量实例得到强化，帮助读者掌握将设计思想转化为可执行的HDL代码的能力。 接着，本章将详细阐述逻辑综合（Logic Synthesis）的概念和流程。逻辑综合是将高层次的RTL描述转换为门级网表（Netlist）的过程。我们将介绍综合工具如何根据设计者的约束（如时序、面积、功耗）来优化电路，选择合适的标准单元（Standard Cells）并进行连接。本章将探讨综合过程中的关键技术，如逻辑优化、状态编码、寄存器复制等，以及如何通过编写高质量的RTL代码和设置合理的综合约束来指导综合工具生成满足性能要求的门级网表。 第四章：静态时序分析（STA） 静态时序分析（STA）是确保数字集成电路在特定工作条件下满足时序要求的最常用且最重要的方法之一。本章将深入讲解STA的原理、方法和应用。我们将解析STA如何通过分析电路中的所有可能的信号传播路径，并将其与时钟周期进行比较，来识别潜在的时序违例，而无需生成大量的测试向量。 本章将详细介绍STA的基本要素，包括时钟定义、时序路径类型（输入路径、寄存器到寄存器路径、输出路径）、时序约束（如时钟周期约束、时钟延迟约束、输入输出延迟约束）以及工作模式（如典型角、慢角、快角、高低温）和工艺角。我们将学习如何解读STA报告，识别建立时间违例和保持时间违例，并分析这些违例发生的原因。 此外，本章还将介绍STA的进阶技术，如多时钟域分析、时钟门控（Clock Gating）的时序处理、异步路径的时序分析以及功耗相关的时序分析。通过学习本章内容，读者将能够独立进行设计中的静态时序分析，并掌握解决时序问题的基本思路和方法。 第五章：版图设计与物理实现 本章将聚焦于集成电路的物理实现，即从门级网表到最终可制造版图（Layout）的转化过程。我们将详细介绍物理实现的主要流程，包括布局（Placement）和布线（Routing）。 布局是指将标准单元、宏单元（如SRAM、PLL）以及I/O Pad放置在芯片区域内的过程。优化的布局能够为后续的布线提供良好的基础，影响电路的性能、功耗和面积。本章将探讨影响布局的因素，如单元的连通性、时钟树结构、功耗分布以及热效应。 布线是指在已布局的单元之间建立物理连接，形成导线网络的过程。我们将介绍不同的布线策略，如全局布线、详细布线，以及多层金属布线技术。本章将详细讨论布线过程中面临的挑战，如拥塞（Congestion）、信号完整性（Signal Integrity）问题（如串扰 Crosstalk、信号反射 Reflection）、功耗分配以及抗电迁移（Electromigration）等。 此外，本章还将介绍物理验证（Physical Verification）的重要性，包括设计规则检查（DRC - Design Rule Check）和设计输出检查（LVS - Layout Versus Schematic）。DRC确保版图符合制造工艺的要求，而LVS则验证版图与原理图（网表）的一致性。读者将理解物理实现过程是迭代的，往往需要在逻辑设计、综合、STA和物理实现之间进行多次循环调整，以达到最佳的设计目标。 第六章：低功耗集成电路设计 随着移动设备和物联网设备的普及，低功耗设计已成为集成电路设计中至关重要的一个方面。本章将全面介绍低功耗IC设计的各种技术和策略。 我们将从功耗的来源入手，区分动态功耗（与开关活动相关）和静态功耗（漏电流导致）。随后，我们将深入探讨实现低功耗的多种方法。在架构层面，我们将介绍动态电压频率调整（DVFS - Dynamic Voltage and Frequency Scaling）和功耗门控（Power Gating）技术。 在逻辑设计层面，我们将学习如何通过优化算法、使用低功耗逻辑单元以及有效利用时钟门控（Clock Gating）来减少动态功耗。在电路设计层面，我们将介绍亚阈值（Subthreshold）工作模式、高阈值电压（High-Vt）和低阈值电压（Low-Vt）器件的使用以及体偏置（Body Biasing）技术。 本章还将讨论低功耗设计的EDA工具和流程，包括功耗建模、功耗分析（静态和动态）以及功耗优化。读者将了解如何在设计早期就进行功耗预算，并在整个设计流程中持续进行功耗的评估和优化，以满足日益严格的功耗限制要求。 第七章：高可靠性与异常处理 集成电路的可靠性直接关系到产品的稳定性和寿命。本章将探讨影响集成电路可靠性的各种因素，以及相应的防护和处理措施。 我们将讨论环境因素对可靠性的影响，如温度、湿度、电压应力以及电磁干扰（EMI）。同时，我们将深入研究集成电路内部可能出现的可靠性问题，包括： 瞬态效应（Transient Effects）：如电磁脉冲（EMP）攻击、静电放电（ESD - Electrostatic Discharge）的破坏机理和防护设计。 永久性损伤（Permanent Damage）：如迁移（Electromigration）导致的金属线断裂或桥接，以及热陷（Thermal Runaway）引起的器件失效。 可靠性退化（Reliability Degradation）：如栅氧化层击穿（Gate Oxide Breakdown）、热载流子注入（Hot Carrier Injection）和均质化（Bias Temperature Instability - BTI）等，这些会随着时间的推移导致器件性能下降甚至失效。 本章将介绍在设计阶段如何通过器件选择、电路拓扑设计、冗余设计（Redundancy）以及错误检测与纠正（EDAC - Error Detection and Correction）编码等技术来提高集成电路的可靠性。同时，也将讨论在制造和测试阶段如何通过可靠性测试（如加速寿命测试）来评估和验证产品的可靠性。 第八章：现代集成电路设计流程与EDA工具 本章将对整个现代集成电路设计流程进行一次系统性的梳理和总结，并介绍支撑这一流程的关键EDA工具。我们将从最初的需求分析和系统规范，到最终交付可制造的GDSII文件（版图格式），详细解析各阶段的任务和输出。 我们将详细介绍常用的EDA工具类别，包括： 仿真器（Simulators）：用于验证设计的功能正确性，如Verilog/VHDL仿真器。 逻辑综合工具（Logic Synthesis Tools）：如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus。 物理设计工具（Physical Design Tools）：包括布局布线工具，如Synopsys IC Compiler, Cadence Innovus。 静态时序分析工具（STA Tools）：如Synopsys PrimeTime, Cadence Tempus。 物理验证工具（Physical Verification Tools）：如Calibre, Pegasus。 功耗分析工具（Power Analysis Tools）：如PrimePower, Joules。 我们将简要介绍这些工具如何协同工作，完成从RTL到GDSII的转化。本章旨在帮助读者建立一个完整的IC设计流程概念，并了解不同EDA工具在其中扮演的角色，为读者在实际项目或学习中选择和使用工具提供指引。 第九章：特定应用集成电路设计入门（可选） 本章将简要介绍几个集成电路设计的典型应用领域，并概述在这些领域中，IC设计需要考虑的特殊因素和常用技术。这部分内容可以根据读者的兴趣和目标应用进行选择性学习。 数字信号处理（DSP）IC设计：介绍DSP架构特点，如MAC单元、流水线、专用指令，以及在通信、音频视频处理等领域的应用。 片上系统（SoC - System on Chip）设计：讲解SoC的集成化思想，如何将CPU、DSP、GPU、存储器、I/O接口等多种功能单元集成到单个芯片上，以及总线架构、IP复用、低功耗管理等关键技术。 FPGA（Field-Programmable Gate Array）与ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）的比较：对比两者的设计流程、优缺点、适用场景，帮助读者理解何时选择FPGA进行原型验证或小批量生产，何时需要进行ASIC设计以实现高性能、低功耗和大规模生产。 结论 《现代集成电路设计导论》旨在为读者打下坚实的集成电路设计理论基础，并介绍当前业界主流的设计方法和技术。本书通过系统性的讲解和丰富的实例，帮助读者理解从数字逻辑到物理实现的整个IC设计流程，掌握关键的设计工具和技术，为未来在集成电路设计领域的发展打下坚实基础。本书适合电子工程、微电子学、计算机科学及相关专业的学生，以及从事集成电路设计、验证和应用工作的工程师阅读。

评分☆☆☆☆☆

这本书我入手已经有一段时间了，一直在断断续续地翻阅，感觉收获挺大的。最直观的感受就是，它不像我之前看过的某些教材那样，上来就堆砌大量公式和概念，而是循序渐进，从最基础的数制和编码讲起，一点一点地构建起完整的知识体系。我尤其喜欢它在解释一些核心概念时，会引用一些生活中的例子，虽然有些例子可能有些老套，但确实能帮助我更好地理解抽象的理论。比如讲到逻辑门的时候，它会用开关电路来类比，虽然这只是一个非常简化的模型，但对于初学者来说，能够快速建立起一个直观的印象。而且，书中对每一个概念的推导过程都写得非常详细，步骤清晰，不会跳跃得太厉害，这点对于我这种数学基础不算特别扎实的读者来说，简直是福音。我经常会把书上的推导过程跟着演算一遍，感觉自己对原理的理解也加深了不少。不过，有时候也会觉得某些章节的例题稍微少了点，如果能再多几个不同类型的习题，让我多练习一下，那就更完美了。总的来说，这是一本非常适合入门的书，能够有效地引导读者进入数字电子技术的门槛。

评分☆☆☆☆☆

这本书的优点在于它的“厚重感”和“严谨性”。它不像一些速成的教程，只是点到为止，而是真正地在打基础。每一个概念的提出，都有其理论依据和推导过程，不会让你觉得知识是凭空出现的。我感觉这本书更像是一本“工具书”，你在遇到问题的时候，翻到相应的章节，总能找到相关的解释和参考。比如，当我遇到一个不熟悉的逻辑电路符号时，我能迅速在书中找到它的定义和功能。而且，它对一些关键概念的阐述，比如“亚稳态”、“竞争-冒险”等，都解释得相当到位，让我对这些容易出错的地方有了更深的认识。虽然有些地方的讲解确实需要花时间和精力去理解，但正因为如此，它才显得更加可靠。对于那些真正想深入理解数字电子技术原理的读者来说，这本书无疑是一个不错的选择。它可能不是最“轻松”的书，但绝对是“扎实”的书。

评分☆☆☆☆☆

我之所以推荐这本书，是因为它提供了非常全面且深入的知识覆盖。从最初的逻辑门电路的原理，到复杂的集成电路设计，它都进行了相当细致的介绍。书中的图示非常精炼，能够准确地传达电路的结构和工作原理，这一点对于我这种视觉型学习者来说非常重要。我经常会一边看书，一边在草稿纸上跟着画电路图，感觉这样更能加深记忆。尤其是在学习组合逻辑和时序逻辑电路的实现方法时，书中提供了多种设计思路和优化方案，让我能够了解到不同的设计取舍和权衡。让我印象深刻的是，它在讲解模数转换器和数模转换器时，不仅列出了不同类型的转换器，还对它们的优缺点和适用场景进行了比较，让我对这些重要模块有了更宏观的认识。虽然我还没有完全掌握书中的所有内容，但我能感受到，这本教材的知识体系非常完整，能够为我后续的学习打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书的语言风格比较学术化，但正是这种严谨的风格，让我觉得非常可靠。它没有过多的华丽辞藻，而是直击核心，用清晰、准确的语言来描述复杂的概念。一开始阅读的时候，确实会觉得有点枯燥，因为需要集中精力去理解每一个公式和每一个定义。但是，当你通过努力克服了这些初期的困难，真正理解了书中的内容时，那种成就感是无与伦比的。我最喜欢它在分析电路的逻辑功能时，会给出非常详细的真值表和状态转移表，这些表格能够清晰地展示电路在不同输入或不同状态下的输出，极大地帮助了我理解电路的整体行为。而且，它对一些基础器件（如TTL和CMOS系列门电路）的电气特性和逻辑功能都有深入的介绍，让我不仅知道“是什么”，还能了解到“为什么”。这本书给我最大的感觉是，它是在培养我独立分析和解决问题的能力，而不是简单地灌输知识。

评分☆☆☆☆☆

从内容上看，这本书的编排和逻辑性真的没得说。它从最基础的二进制系统，然后过渡到逻辑代数，接着讲解了组合逻辑电路和时序逻辑电路，最后还涉及了脉冲和数模/数数转换等内容。整个脉络非常清晰，层层递进，让你能感受到知识是如何一层层叠加起来的。我尤其欣赏它在讲解逻辑代数时，不仅仅是列出各种公式定理，还会通过大量的图示和例子来帮助理解，比如卡诺图的化简过程，书上就画了非常多的图，每一步的化简都标注得清清楚楚，跟着图一步步来，即使是复杂的表达式，也能找到化简的思路。在组合逻辑电路部分，对于一些典型的电路（如编码器、译码器、多路选择器等）的分析，书中都有详细的原理图和工作流程说明，让我能够理解它们是如何工作的。而时序逻辑电路部分，对触发器、寄存器、计数器等讲解得也非常透彻，特别是对状态转移图的绘制和分析，给了我很大的启发。虽然书中有不少公式，但它会用很通俗的语言来解释这些公式背后的含义，让我不会望而却步。