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瑞士Christian Piguet，陈力颖 著

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• 电路设计

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030315687

商品编码：29596092746

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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低功耗CMOS电路设计——逻辑设计与CAD工具 简介 在当今数字化浪潮席卷的时代，电子设备的普及和性能的飞速提升，使得其对能源的需求呈现爆炸式增长。从移动通信设备到嵌入式系统，再到大型数据中心，如何更有效地利用能源，延长电池续航，降低运行成本，已成为行业面临的重大挑战。在此背景下，低功耗集成电路设计的重要性日益凸显，成为推动技术进步的关键驱动力之一。 本书《低功耗CMOS电路设计——逻辑设计与CAD工具》并非一本浅尝辄止的入门读物，而是一部旨在深入探讨CMOS电路低功耗设计核心理念、技术手段以及与现代电子设计自动化（EDA）工具紧密结合的专业参考书。本书的出发点，是对“如何最大限度地减少CMOS电路在运行过程中消耗的能量”这一核心问题进行系统性的梳理和深入的剖析。它面向的是已经具备一定数字逻辑设计和CMOS工艺基础的读者，希望能够帮助他们建立起对低功耗设计的全局观，并掌握在实际设计流程中应用各种低功耗技术的能力。 本书内容的主体，将围绕CMOS电路功耗的来源展开，并逐一击破。我们深知，CMOS电路的功耗主要来自于两大方面：动态功耗和静态功耗。 动态功耗，顾名思义，是电路在工作时，即晶体管开关切换过程中产生的功耗。这部分功耗与电路的工作频率、电源电压以及负载电容密切相关。书中将详细讲解动态功耗的物理学原理，包括电荷的充放电过程，以及如何通过优化逻辑结构、降低时钟频率、采用多电压域设计等策略来有效降低动态功耗。例如，对于门级功耗，我们将深入分析不同逻辑门（如NAND, NOR, XOR等）的功耗特性，以及如何选择最优的逻辑风格和实现方式。对于连线功耗，我们将探讨信号线负载效应，并介绍如何通过优化布线拓扑、减小金属线宽度和间距等手段来减少电容负载。书中还会重点介绍一种至关重要的动态功耗降低技术——时钟门控（Clock Gating）。我们将从原理上深入剖析其工作机制，即在不需要某个模块工作时，将其时钟信号置为无效，从而阻止其内部逻辑进行不必要的翻转，达到节电的目的。本书将不仅仅停留在理论层面，还会结合实际案例，讲解如何有效地识别和实现时钟门控，以及在设计中可能遇到的挑战和解决方案。 静态功耗，则是在电路处于非工作状态，即晶体管处于关闭状态时，仍然存在的漏电流所产生的功耗。随着CMOS工艺的不断缩小，漏电流问题愈发严峻，对低功耗设计提出了新的挑战。本书将对静态功耗进行细致的分析，包括衬底漏电、亚阈值漏电、栅氧化层漏电等多种漏电机制。在此基础上，我们将系统性地介绍应对静态功耗的多种有效方法。电源门控（Power Gating）将是本书重点阐述的内容之一。我们将深入探讨如何通过插入断电开关（Isolation Switch）和保留单元（Retention Cell）来有效地关闭不使用的模块电源，从而彻底切断漏电流的路径。本书将详细介绍电源门控的实现原理、设计流程，以及在实际应用中需要考虑的功耗回升时间、衬底电压控制等关键问题。此外，本书还将讨论多阈值电压（Multi-Vt）CMOS技术。通过在同一芯片上采用不同阈值电压的晶体管，可以根据对速度和漏电的要求，灵活地选择合适的晶体管类型，从而在保证性能的同时，显著降低漏电功耗。 除了上述两种主要的功耗来源和相应的应对策略，本书还将触及其他重要的低功耗设计技术。动态电压调节（Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS）作为一种能够根据实时计算需求动态调整工作电压和频率的技术，将得到详细的解析。我们将探讨如何设计合适的控制器来监控系统负载，并根据负载情况动态地调整电压和频率，从而在满足性能要求的前提下，最大程度地节省功耗。 本书的另一大亮点在于其对电子设计自动化（EDA）工具在低功耗设计中的作用的深入阐述。在现代集成电路设计流程中，EDA工具扮演着不可或缺的角色。本书将不会仅仅列举工具的名称，而是会从低功耗设计的角度，详细讲解这些工具如何在各个设计阶段提供支持。例如，在逻辑综合（Logic Synthesis）阶段，我们将介绍如何利用综合工具的低功耗选项，引导其生成更优化的低功耗逻辑网表。在布局布线（Place and Route）阶段，我们将讨论如何利用工具的功能来实现更精细的电源门控和时钟门控，以及如何优化布线以减小寄生电容。 本书还将着重介绍低功耗验证（Low Power Verification）的重要性。设计出低功耗电路只是第一步，如何有效地验证其功耗特性，并确保其符合设计规范，是至关重要的环节。我们将探讨各种低功耗验证方法，包括功耗估算（Power Estimation）、功耗分析（Power Analysis）以及低功耗形式验证（Low Power Formal Verification）。本书将介绍如何利用专门的低功耗分析工具，在设计的早期阶段就准确地估算电路的功耗，并识别出功耗瓶颈。同时，也会涵盖在验证过程中可能遇到的挑战，例如多电压域和多电源域的混合信号验证等。 本书的内容组织逻辑清晰，从理论基础到具体技术，再到工具实现，层层递进。每一章的讲解都力求深入浅出，既有严谨的学术论证，又不乏工程实践的指导意义。书中将穿插大量的图示、表格和伪代码，以帮助读者更直观地理解复杂的概念。我们相信，通过对本书内容的学习，读者不仅能够深刻理解CMOS电路低功耗设计的原理，更能够掌握在实际项目中应用各种先进的低功耗技术和EDA工具的实操能力，从而在激烈的市场竞争中设计出更具竞争力的低功耗产品。 总而言之，《低功耗CMOS电路设计——逻辑设计与CAD工具》是一本为有志于在集成电路设计领域深耕，特别是在低功耗技术方面寻求突破的工程师和研究人员量身打造的专业著作。它提供了一个全面、深入且实用的知识体系，旨在帮助读者掌握构建下一代高性能、低功耗电子系统的关键技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度给我留下了极其深刻的印象，尤其是在探讨当前电子设计领域热点问题时，作者展现出的那种前瞻性和洞察力，绝对是专业人士必备的参考手册。我最欣赏的是它对于基础理论的梳理，丝毫没有因为追求前沿技术而显得浮躁。相反，它像一位经验丰富的大师，耐心地引导读者从最核心的物理机制出发，理解为什么某些设计选择是优于其他选择的。例如，书中对亚阈值区操作和短沟道效应的深入剖析，绝非简单地罗列公式，而是结合实际的版图实现和对功耗-性能-面积（PPA）权衡的精妙分析。读完相关章节，我仿佛醍醐灌顶，明白了许多在实际项目初期难以把握的微妙平衡点。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一份关于如何进行高质量、高效率电路架构决策的思维导图。对于那些希望从“能跑起来”的初级设计迈向“极致优化”的资深工程师而言，这本书提供的设计范式和验证流程的讲解，无疑是无价之宝，能有效提升项目成功率和产品竞争力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格非常独特，它成功地在严谨的学术论述和工程实践的生动案例之间找到了一个完美的切入点。我发现它在讲解复杂的电路模型时，总能穿插一些极为精炼的行业典故或者“过来人”才会知道的陷阱规避技巧，这使得阅读过程充满了发现的乐趣，完全没有传统教科书那种枯燥乏味的代入感。比如，在谈到时序收敛和时钟树综合（CTS）时，作者没有简单地给出标准流程，而是深入探讨了不同工艺节点下，寄生电容和互连延迟带来的非线性影响，并提出了几种非常规但卓有成效的优化策略。这种将理论与实战紧密结合的写作手法，极大地增强了知识的可迁移性。我甚至在阅读过程中，忍不住回头翻阅了手边正在进行的项目文档，尝试用书中的新视角去重新审视那些一直困扰我的设计瓶颈。对于刚接触后端设计或流程集成的年轻工程师来说，这本书的实战指导价值，远超其纸面上的理论深度。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，这本书在处理设计工具链（CAD Tools）集成这一块做得非常出色，这在同类书籍中是相当少见的。很多书籍往往停留在原理层面，对实际的EDA流程和工具链的交互描述得过于笼统，导致读者学完理论后，在实际操作中依然感到无从下手。然而，这本书却花了大量的篇幅，详尽地描述了如何将新颖的电路概念映射到现有的商业或开源EDA环境中进行仿真、验证和最终的物理实现。它清晰地阐述了不同设计阶段的数据流转和数据格式的兼容性问题，这些都是在实际项目延期中经常被忽视的关键点。尤其是在涉及低功耗设计时，如何利用静态时序分析（STA）工具来精准预测和量化动态与静态功耗，并将其反馈到架构设计中，书中给出的方法论具有很强的可操作性。它真正做到了连接“纸面设计”到“硅片制造”之间的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

从排版和结构上看，这本书的编排体现出极高的专业素养。层次分明，索引清晰，使得查找特定知识点变得异常高效。对于一本技术深度如此之大的书籍而言，保持这样的结构清晰度本身就是一项挑战，但作者成功地做到了这一点。例如，书中将不同抽象层次的电路模型进行了逻辑上的递进划分，从晶体管级的非理想性，过渡到逻辑单元的行为建模，最后上升到系统级的功耗预算管理。这种清晰的结构意味着即便是需要快速回顾某个特定技术点的读者，也能迅速定位到最相关的章节，而不会被其他不相干的内容所干扰。我个人认为，这种严谨的结构设计，很大程度上降低了读者对复杂概念的认知负荷，使得学习曲线更加平滑，无疑提升了全书的可用性和参考价值，绝对是一本值得放在案头、随时翻阅的工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理前沿挑战，特别是新兴存储器技术和近阈值电压（Near-Threshold Voltage, NTV）操作下的可靠性问题时，展现出了极强的思辨能力。作者没有简单地介绍NTV带来的巨大功耗优势，而是深入挖掘了其伴随而来的工艺变异敏感性、噪声容限急剧下降等严重问题，并提供了应对这些挑战的健壮性设计框架。这种平衡地看待技术优劣的视角，比一味鼓吹新技术要成熟得多，它教会读者在追求极限性能的同时，如何构建起必要的工程冗余和容错机制。对于从事前沿ASIC或SoC开发的工程师来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种批判性的设计思维，即如何在一个不断变化的半导体制造和工艺环境下，设计出既创新又可靠的电路系统。这种深度和广度相结合的探讨，让本书远超了一般的教材范畴，更像是一份面向未来十年技术发展的路线图指引。