低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[瑞士] Christian Piguet，陳力穎 著

圖書標籤:

• CMOS電路
• 低功耗設計
• 邏輯設計
• CAD工具
• 集成電路
• 數字電路
• VLSI
• 芯片設計
• 電子工程
• 電路設計

店鋪： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030315687

商品編碼：29623817690

包裝：平裝

齣版時間：2011-07-01

基本信息

書名：低功耗CMOS電路設計--邏輯設計與CAD工具

定價：65.00元

作者：(瑞士)Christian Piguet,陳力穎

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2011-07-01

ISBN：9787030315687

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.663kg

編輯推薦

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，包括工藝與器件、邏輯電路以及CAD設計工具三個方麵的內容。在工藝器件方麵，描述瞭低功耗電子學的曆史、深亞微米體矽SOI技術的進展、CMOS納米工藝中的漏電、納米電子學與未來發展趨勢、以及光互連技術；在低功耗電路方麵，描述瞭深亞微米設計建模、低功耗標準單元、高速低功耗動態邏輯與運算電路、以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術，包括時鍾、互連、弱反型超低功耗設計和絕熱電路；在低功耗CAD設計工具方麵，描述瞭功耗模型與高層次功耗估計，國際上主要CAD公司的功耗設計工具以及低功耗設計流程。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

內容提要

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《低功耗CMOS電路設計》著重敘述低功耗電路設計，部分概述低功耗電子技術和深亞微米下體矽sOI技術的進展、CMOS納米技術中的漏電流及光互連技術等；第二部分闡述深亞微米設計模型、低功耗標準單元、低功耗超高速動態邏輯與運算電路，以及在結構、電路、器件的各個層麵上的低功耗設計技術；第三部分主要針對CAD設計工具及低功耗設計流程進行闡述。本書的內容來自低功耗集成電路設計領域三十多位學者和專傢的具體實踐，包括學術界與工業界多年來的研究設計成果與經驗，所介紹的技術可以直接應用於産品設計。
《低功耗CMOS電路設計》可以作為微電子、電子科學與技術、集成電路等領域的研發、設計人員及工科院校相關專業師生的實用參考資料。本書由(瑞士)christianPiguet主編。

目錄

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作者介紹

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ChristianPiguet，瑞士Nyon人，分彆在1974年和1981年獲得洛桑聯邦瑞士大學(EPFL)的電子工程碩士與博士學位。Piguet博士於1974年加入瞭瑞士納沙泰爾Centre Electronique HorlogerS.A.實驗室。主要研究鍾錶業的CMOS數字集成電路和嵌入式低功耗微處理器，以及基於門陣列方法的CAD工具。他目前是納沙泰爾CSEMCentre Suisse d'Electronique et de MicrotechniqueS.A.實驗室超低功耗部門的負責人，並參與低功耗和高速CMOS集成電路的設計與管理。他的主要興趣包括低功耗微處理器與DSP、低功耗標準單元庫、門控時鍾和低功耗技術及異步設計。

文摘

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序言

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探索微電子世界的奧秘：數字邏輯的基石與高效實現 在當今信息爆炸的時代，計算無處不在，從智能手機到超級計算機，再到物聯網的每一個角落，數字電路的設計與優化都扮演著至關重要的角色。它們是現代科技的基石，而數字邏輯的設計則是構建這些復雜係統的核心。本書將帶您深入數字邏輯設計的廣闊天地，探索其背後的原理，掌握實現高效、可靠電路的藝術，並為您揭示驅動這一切的強大計算機輔助設計（CAD）工具的魅力。 第一部分：數字邏輯設計的原理與基礎 本部分將為您打下堅實的數字邏輯基礎。我們將從最基本的概念齣發，逐步深入。 數字信號與邏輯門： 瞭解數字信號的本質，區分模擬信號與數字信號的差異。我們將深入剖析最基本的邏輯門，如與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT），理解它們的真值錶和邏輯功能。在此基礎上，我們將學習與非門（NAND）、或非門（NOR）、異或門（XOR）、同或門（XNOR）等通用邏輯門的原理及其在電路中的應用。我們將通過直觀的圖示和易於理解的例子，幫助您掌握這些基本構建模塊的工作方式。 布爾代數與邏輯錶達式： 布爾代數是數字邏輯設計的數學語言。您將學習如何運用布爾代數的公理和定理來化簡和優化邏輯錶達式，從而減少電路的復雜性。我們將詳細講解德摩根定理、分配律、結閤律等核心定理，並通過大量的實例演示如何應用這些定理解決實際問題。掌握布爾代數是設計高效邏輯電路的關鍵。 邏輯函數與真值錶： 任何數字邏輯電路都可以用一個邏輯函數來錶示。我們將學習如何根據實際需求，構建邏輯函數，並使用真值錶來清晰地描述函數的輸入輸齣關係。理解真值錶是分析和設計數字電路的重要工具。 組閤邏輯電路設計： 組閤邏輯電路的輸齣僅取決於當前的輸入。本部分將聚焦於組閤邏輯電路的設計方法。我們將介紹卡諾圖（Karnaugh Map）這一強大的邏輯化簡工具，它能幫助我們直觀地找到最簡化的邏輯錶達式，從而實現最精簡的電路。您將學習如何繪製和化簡不同變量數量的卡諾圖，並將其轉換為實際的邏輯電路。此外，我們還將探討Quine-McCluskey算法等更係統化的邏輯化簡方法。 常見組閤邏輯電路模塊： 我們將深入講解一些最常用的組閤邏輯電路模塊，包括： 譯碼器（Decoder）： 將二進製輸入信號轉換為唯一的輸齣信號，廣泛應用於地址解碼、數據選擇等。 編碼器（Encoder）： 與譯碼器相反，將多個輸入信號編碼成二進製輸齣。 多路選擇器（Multiplexer, MUX）： 根據選擇信號從多個輸入中選擇一個輸齣。 分路器（Demultiplexer, DEMUX）： 將一個輸入信號分發到多個輸齣中的一個。 加法器（Adder）： 實現二進製加法運算，包括半加器、全加器，以及進位傳播加法器（Ripple Carry Adder, RCA）和進位産生/預測加法器（Carry Lookahead Adder, CLA）等。 比較器（Comparator）： 比較兩個二進製數的數值大小。 時序邏輯電路設計： 時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於之前的輸入狀態，即具有“記憶”功能。我們將深入探討時序邏輯電路的設計。 觸發器（Flip-Flop）： 瞭解不同類型的觸發器，如SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器，以及它們的時鍾邊沿觸發、主從結構等工作原理。觸發器是構建時序邏輯電路的基本單元，可以存儲一位二進製信息。 寄存器（Register）： 學習如何將多個觸發器組閤起來構成寄存器，用於存儲多個二進製位的數據。我們將討論移位寄存器（Shift Register）和並行寄存器等。 計數器（Counter）： 學習如何設計各種類型的計數器，包括同步計數器（Synchronous Counter）和異步計數器（Asynchronous Counter）。我們將重點介紹行波計數器（Ripple Counter）和同步計數器的實現，以及如何設計模N計數器（Modulo-N Counter）。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 有限狀態機是描述和設計復雜時序邏輯係統的強大模型。我們將詳細介紹摩爾型（Moore）和米利型（Mealy）兩種狀態機模型，學習狀態轉換圖（State Transition Diagram）和狀態錶（State Table）的設計方法，以及如何將FSM轉換為實際的硬件電路。 第二部分：現代數字邏輯設計的工具與方法 在實際的數字電路設計中，手動繪製電路圖和進行布綫已經遠遠不能滿足需求。計算機輔助設計（CAD）工具極大地提高瞭設計的效率和準確性。本部分將為您揭示CAD工具在數字邏輯設計中的作用和基本流程。 硬件描述語言（HDL）： 硬件描述語言是描述數字電路行為和結構的文本語言。我們將重點介紹兩種主流的HDL： Verilog HDL： 學習Verilog的基本語法，包括數據類型、運算符、模塊實例化、進程（always塊）以及如何用Verilog描述組閤邏輯和時序邏輯。我們將通過實例演示如何用Verilog代碼實現前麵介紹的各種邏輯模塊，如加法器、寄存器、計數器和狀態機。 VHDL： 瞭解VHDL的基本結構和語法，包括實體（Entity）、架構（Architecture）、信號（Signal）、變量（Variable）等。我們將通過比較Verilog和VHDL的示例，幫助您理解它們各自的特點。 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 邏輯綜閤是將HDL代碼轉換為門級網錶（Gate-level Netlist）的過程。我們將介紹邏輯綜閤的基本原理，理解綜閤工具如何根據設計目標（如速度、麵積、功耗）來優化電路結構。您將瞭解綜閤過程中可能遇到的問題，以及如何編寫可綜閤的HDL代碼。 仿真（Simulation）： 仿真是在設計流程中驗證電路功能正確性的關鍵步驟。我們將學習如何編寫激勵文件（Testbench）來驅動被測電路（DUT, Device Under Test），並通過波形查看器（Waveform Viewer）來分析仿真結果。理解仿真過程中的時序和信號變化對於調試至關重要。 布局布綫（Place and Route）： 對於FPGA（現場可編程門陣列）和ASIC（專用集成電路）設計，布局布綫是將邏輯網錶映射到具體硬件資源的過程。我們將簡要介紹布局布綫的基本概念，瞭解它如何影響電路的性能。 FPGA設計流程簡介： 瞭解使用FPGA實現數字邏輯設計的典型流程，包括HDL編寫、綜閤、實現（布局布綫）和下載到FPGA芯片。 ASIC設計流程簡介： 瞭解ASIC設計的基本流程，包括邏輯設計、物理設計、製造等。 貫穿全書的實踐導嚮： 本書的重點在於將理論知識與實際應用相結閤。我們將通過豐富的實例，展示如何將學到的邏輯設計原理應用於構建實際的數字係統。例如，我們將設計一個簡單的微處理器中的ALU（算術邏輯單元），一個簡易的移位寄存器數據處理器，或者一個基本的控製器狀態機。這些實踐性的例子將幫助您更深刻地理解數字邏輯設計的強大力量。 本書的目標讀者： 本書適閤於電子工程、計算機科學、微電子學等相關專業的學生，以及對數字邏輯設計感興趣的工程師和技術人員。無論您是初學者，還是希望鞏固和深化數字邏輯設計知識，本書都將是您寶貴的參考。 通過閱讀本書，您將不僅掌握數字邏輯設計的核心理論，更能學會如何利用現代CAD工具將您的創意轉化為實際的數字電路。您將能夠自信地設計更復雜、更高效的數字係統，為您的學習和職業生涯奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對數字電路設計領域充滿熱情的老兵，我一直在尋找能夠係統性地梳理現代低功耗CMOS電路設計思路的寶藏。在我近期翻閱的眾多技術書籍中，有一本雖然名字聽起來樸實無華，但內容卻讓我驚喜連連。這本書首先以一種極其紮實的方式，為我復習瞭CMOS技術的基本原理。它不僅僅是簡單地羅列公式，而是通過深入淺齣的講解，讓我重新認識瞭CMOS晶體管的開關特性、亞閾值導通等關鍵物理現象，並在此基礎上，循序漸進地引齣瞭功耗的來源。從動態功耗（開關功耗和短路功耗）到靜態功耗（漏電功耗），本書都給齣瞭清晰的數學模型和直觀的物理解釋，這對於理解低功耗設計的挑戰至關重要。我尤其欣賞作者對於不同功耗成分的辨析，這使得我在後續的學習中能夠更有針對性地進行優化。此外，書中對不同工藝技術節點下功耗特點的對比分析，也讓我對設計挑戰的演變有瞭更深刻的認識，這對於我從事前沿研發工作，選擇閤適的工藝庫具有重要的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，循循善誘地引領我深入理解低功耗CMOS電路設計的每一個環節。它在理論深度、實踐指導以及工具應用方麵都達到瞭相當高的水平。從基礎的CMOS物理原理，到精妙的邏輯功耗優化，再到先進的CAD工具集成，書中內容環環相扣，邏輯嚴謹。我尤其贊賞其將前沿技術，如功耗感知設計和自動化優化，融入到整體的框架中，這讓我能夠更好地把握行業的發展趨勢。對於任何希望在低功耗領域深耕的工程師而言，這本書都將是一份寶貴的財富。它不僅能夠幫助你夯實基礎，更能激發你對創新設計的無限可能。我強烈推薦這本書給所有在數字設計、芯片驗證以及EDA開發等領域工作的專業人士。

評分☆☆☆☆☆

CAD工具的應用，無疑是現代低功耗CMOS電路設計中不可或缺的一環。這本書在這方麵的內容，可以說是把我從繁瑣的手工計算和驗證中解脫齣來。它詳細介紹瞭多種業界主流的EDA（Electronic Design Automation）工具在低功耗設計流程中的應用。從邏輯綜閤（Logic Synthesis）階段的功耗感知優化，到物理設計（Physical Design）階段的布局布綫（Place and Route）對於功耗的影響，再到靜態功耗分析（Static Power Analysis）和動態功耗分析（Dynamic Power Analysis）的具體方法，本書都進行瞭深入的探討。我尤其欣賞書中對功耗仿真（Power Simulation）的講解，它不僅介紹瞭仿真工具的使用，更關鍵的是，它指導瞭如何正確地設置仿真環境，以及如何解讀仿真結果，從而發現設計中的功耗瓶頸。此外，書中還提及瞭一些先進的功耗優化技術，例如功耗感知時序分析（Power-Aware Timing Analysis）以及如何利用機器學習（Machine Learning）來加速功耗預測和優化，這些內容都讓我耳目一新，對未來的設計方嚮有瞭更清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的邏輯設計部分，簡直是為我這樣的實用主義者量身定製。它並沒有沉溺於抽象的邏輯理論，而是將重點放在瞭如何在實際的CMOS電路設計中實現低功耗。書中詳細介紹瞭各種低功耗邏輯風格，例如門控時鍾（Clock Gating）的設計技巧，以及如何根據電路的功能和時序需求，巧妙地實現局部和全局的時鍾門控，從而大幅度減少不必要的時鍾信號切換，這在我之前的項目實施中就吃盡瞭功耗的苦頭。另外，它對於數據相關的動態功耗優化，如數據編碼、信號壓縮等技術，也進行瞭詳盡的闡述。我特彆關注到關於多電壓域（Multi-Voltage Domain）設計的章節，書中不僅解釋瞭其原理，還提供瞭如何進行電壓域劃分、跨域信號處理等實際操作建議，這對於設計復雜SOC（System-on-Chip）係統來說，是必不可少的知識。本書的優勢在於，它總能將理論與實踐緊密結閤，讓我感覺所學知識觸手可及，能夠直接應用於實際的設計流程中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的另一大亮點，在於它對不同低功耗設計策略的權衡與選擇給齣瞭非常中肯的指導。在實際的芯片設計過程中，我們常常需要在性能、麵積和功耗之間做齣取捨。本書並沒有簡單地羅列各種技術，而是深入分析瞭每一種低功耗技術在不同應用場景下的適用性，以及它們可能帶來的副作用。例如，對於動態功耗降低策略，作者詳細分析瞭時鍾門控可能帶來的時序收斂問題，以及數據編碼在增加電路復雜度方麵的代價。對於漏電功耗降低技術，如閾值電壓（Threshold Voltage）的調整或多閾值電壓（Multi-Vt）設計，書中也探討瞭其對性能和工藝製約的潛在影響。這使得我不再是孤立地看待某一項技術，而是能夠從全局的角度去評估和選擇最適閤特定項目需求的功耗優化方案。這種辯證的思維方式，對於解決復雜的設計難題，避免“顧此失彼”的情況，具有極高的指導意義。