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瑞士Christian Piguet，陈力颖 著

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• CMOS电路
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• 数字电路
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• 芯片设计
• 电子工程
• 电路设计

店铺： 世纪摆渡人专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030315687

商品编码：29740194514

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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部分 概述
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
0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
1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
2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
3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
4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
5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
6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
7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
8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
9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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工具书>百科全书

序言

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工具书>百科全书

芯片世界的脉搏：探索数字逻辑的精妙与实现 在这个信息爆炸、科技日新月异的时代，我们身边无处不见微电子芯片的身影。从智能手机到高性能计算机，从医疗设备到航空航天，芯片如同心脏般驱动着现代文明的运行。而构成这些强大计算能力的基石，正是那错综复杂却又逻辑严谨的数字电路。本书将带您深入探寻数字逻辑设计的奥秘，并介绍实现这些设计的关键工具，为您揭示芯片世界中那些看不见的“脉搏”。 第一部分：数字逻辑的基石——从开关到运算 我们首先要理解，构成数字电路的基本单元是什么。数字世界的基础是“0”和“1”，它们代表着电路的“关”和“开”，或者说是低电压和高电压。这种二元化的表达方式，带来了前所未有的精确性和可靠性。 二进制与逻辑门： 您将学习二进制数系的原理，以及它如何成为数字电路的语言。在此基础上，我们将介绍构成所有复杂逻辑电路的“积木”——基本逻辑门，如与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）。您将理解这些简单门电路如何根据输入的信号组合，输出特定的结果。例如，与门只有在所有输入都为“1”时，输出才为“1”，这就像是“并且”的关系。非门则简单地将输入信号反转，输入“0”输出“1”，输入“1”输出“0”，扮演着“非”的角色。 组合逻辑电路： 在掌握了基本逻辑门之后，我们就可以将它们组合起来，构建更复杂的逻辑功能。您将了解组合逻辑电路的特点——其输出仅取决于当前的输入，而不受过去输入的影响。我们将深入探讨几种关键的组合逻辑电路： 编码器与译码器： 编码器负责将一组输入信号转换为一种更紧凑的表示形式（例如，将多个输入按钮的状态转换为一个二进制码），而译码器则相反，将二进制码扩展成一组单独的输出信号，用于选择或控制特定的设备。 多路选择器（Multiplexer, MUX）与多路分配器（Demultiplexer, DEMUX）： MUX就像一个“数据路由器”，它可以根据选择信号，从多个输入通道中选择一个，将其传递到唯一的输出通道。DEMUX则扮演着相反的角色，它将一个输入信号，根据选择信号，导向多个输出通道中的一个。 加法器与减法器： 这是实现算术运算的核心。您将学习如何使用逻辑门构建半加器（处理两位二进制数相加）、全加器（处理三位二进制数相加，并考虑进位）以及更复杂的并行加法器。这些电路是CPU中进行计算的基础。 时序逻辑电路： 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的输入，还受到电路状态（即过去输入的影响）的影响。这种“记忆”能力，使得时序逻辑电路能够处理需要时间序列信息的任务。 触发器（Flip-Flop）： 这是时序逻辑电路中最基本的存储单元，能够存储一位二进制信息。您将了解不同类型的触发器，如SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器，以及它们的工作原理和应用。触发器是构建寄存器、计数器和状态机的核心。 寄存器（Register）： 寄存器是将多个触发器组合起来，用于存储一组二进制数据（例如，一个字节或一个字）。它们是CPU中临时存放数据的重要场所。 计数器（Counter）： 计数器能够按照特定的时钟信号，依次记录输入脉冲的数量。您将学习异步计数器和同步计数器，以及它们在定时、频率分频等方面的应用。 状态机（Finite State Machine, FSM）： 状态机是一种描述系统行为的模型，它具有有限数量的状态，并且根据输入信号和当前状态，在不同状态之间进行转换，并产生相应的输出。状态机是设计控制器、顺序逻辑等复杂数字系统的强大工具。 第二部分：实现数字逻辑的工具——从理论到实践 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。理解了数字逻辑的原理之后，如何将其转化为实际的硬件设计，就成为了关键。现代集成电路的设计已经高度自动化，离不开强大的计算机辅助设计（CAD）工具。 硬件描述语言（HDL）： HDL是设计和验证数字电路的“编程语言”。它们允许工程师以文本的方式描述电路的功能和结构，从而实现高度抽象的设计。 Verilog与VHDL： 您将接触到两种最流行的HDL——Verilog和VHDL。您将学习它们的语法、数据类型、结构化描述方式以及如何使用它们来描述逻辑门、组合逻辑和时序逻辑电路。通过HDL，我们可以清晰地表达设计意图，并与仿真器配合进行功能验证。 EDA工具链： EDA（Electronic Design Automation）工具是实现集成电路设计和制造的完整工具集。它们将HDL代码转化为最终的物理版图，并确保设计的正确性、性能和可制造性。 仿真（Simulation）： 在将设计转化为硬件之前，仿真器是验证设计功能是否符合要求的“试金石”。您将了解仿真器如何模拟电路的行为，检查逻辑错误，并验证时序特性。 综合（Synthesis）： 综合工具是将HDL代码转化为门级网表（Gate-level Netlist）的过程。网表是一种用标准逻辑门和连接关系来描述电路的表示形式。综合过程会根据目标工艺库和设计约束，选择最优的逻辑实现。 布局与布线（Place and Route）： 这一阶段是将门级网表映射到具体的芯片物理版图。布局（Place）负责将逻辑门放置在芯片的合适位置，而布线（Route）则负责连接这些逻辑门，形成实际的电路互连。这一过程直接影响到芯片的性能、面积和功耗。 静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）： 芯片的运行速度至关重要，STA工具用于在不进行仿真的情况下，分析电路中的所有时序路径，确保它们满足时序要求，避免出现时序违例。 设计规则检查（Design Rule Checking, DRC）与版图物理验证（Layout Versus Schematic, LVS）： 在完成物理版图设计后，DRC和LVS工具用于确保设计的可制造性，检查版图是否符合半导体制造工艺的约束，以及版图是否与原理图逻辑一致。 FPGA与ASIC设计流程： 您将了解两种主要的数字集成电路实现方式——FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）。 FPGA： FPGA是一种可编程逻辑器件，可以在生产后对其逻辑功能进行重新配置。这使得FPGA成为原型开发、小批量生产和需要灵活性的应用场景的理想选择。您将了解FPGA的设计流程，包括HDL编码、综合、实现（映射到FPGA资源）和下载配置。 ASIC： ASIC是为特定应用而设计的专用集成电路。虽然设计周期长、成本高，但ASIC能够提供最佳的性能、最低的功耗和最小的芯片面积，适用于大规模生产和高性能要求的场景。您将了解ASIC从RTL（Register Transfer Level）设计到最终制造的完整流程。 第三部分：走向高效——设计中的考量与实践 数字逻辑设计不仅仅是实现功能，更要追求高效。在芯片设计中，性能、面积和功耗是相互制约的关键指标。 性能优化： 您将学习如何通过优化逻辑结构、减少关键路径延迟、利用流水线技术等方法来提高电路的工作速度。 面积优化： 芯片面积直接关系到生产成本。您将了解如何通过使用更高效的逻辑单元、优化布线策略、避免冗余逻辑等方式来减小芯片尺寸。 功耗分析与优化： 功耗是现代电子设备面临的重要挑战。您将初步接触到静态功耗和动态功耗的概念，并了解一些基本的功耗优化技术，为设计出更节能的芯片打下基础。 本书的目标 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数字逻辑设计入门。无论您是电子工程专业的学生，还是对芯片设计充满好奇的技术爱好者，本书都将为您搭建一座坚实的桥梁，让您能够理解数字电路的精妙之处，并掌握使用现代EDA工具实现这些设计的核心技能。通过对本书的学习，您将能够： 深刻理解数字逻辑的基本原理和各种逻辑门的组合应用。 掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。 熟悉硬件描述语言（HDL）在数字设计中的应用。 了解EDA工具链在集成电路设计流程中的作用。 初步认识FPGA和ASIC的设计差异与流程。 建立起在设计中权衡性能、面积和功耗的基本意识。 让我们一起踏上这段探索数字逻辑与芯片实现的精彩旅程，揭开现代科技背后那无形的智慧之光。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那深邃的蓝色调配上简洁有力的白色字体，立刻就给人一种专业、严谨又不失现代感的印象。我记得当时在书店里一眼就被它吸引了，那种低饱和度的色彩搭配，让我想起了精密仪器上那些冷静的数据流，精准而富有科技感。 光是看着这个封面，我就仿佛能感受到它内部蕴含的深厚技术底蕴。它没有采用那种老套的、堆砌着复杂电路图的封面，而是用了一种更具抽象美学的方式来传达主题，仿佛在暗示这本书不仅仅是教科书，更是一本引领未来设计理念的指南。 翻开扉页，印刷质量也相当出色，纸张的触感细腻，油墨的着色均匀，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。这种对细节的极致追求，从外在的装帧上就预示了内容本身的严谨性。这种对品质的坚持，让这本书在众多技术书籍中脱颖而出，成为了我书架上一个低调而又闪耀的存在。 我特别欣赏它在标题选择上的克制与精准，没有使用过于夸张的词汇，而是直接点明了核心——“低功耗”、“逻辑设计”、“CAD工具”，每一个词都像一块精确切割的基石，奠定了全书的基调：务实、前沿、面向实践。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个充满挑战的项目瓶颈期接触到这套书的。当时我们团队正在为一个移动设备的核心模块做功耗优化，遇到了一个跨越了传统架构思维的死结。坦白讲，我原本对“逻辑设计”这种偏理论的部分兴趣不大，更倾向于直接看具体实现和代码库。然而，这本书的叙事方式完全颠覆了我的固有印象。它并没有把逻辑设计讲成枯燥的布尔代数复习，而是将其置于整个系统功耗预算的宏观框架下去讨论。作者似乎有一种神奇的能力，能把那些原本需要复杂数学推导才能理解的功耗陷阱，用非常直观的、接近于工程直觉的方式阐述出来。例如，在讨论时序违例导致的功耗浪费时，书中通过一系列精心绘制的时序图和状态机转换的动画效果（想象中的动态演示，但文字描述得极其生动），让我豁然开朗。它教会我的不是“怎么做”，而是“为什么这样做会更省电”，这种思维深度的引导，对于解决真正的工程难题至关重要，远超出了任何快速入门手册的价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构布局堪称一绝，简直是为自学者量身定做的路线图。我通常习惯于先浏览目录，判断作者的逻辑走向。这本书的章节过渡极其自然，从最基础的CMOS器件功耗模型开始，像剥洋葱一样，一层层深入到复杂的系统级功耗管理策略。最让我印象深刻的是它对“CAD工具链”的介绍部分。很多书籍在讲工具时，往往只是罗列功能，或者干脆用官方文档的语言搪塞过去。但在这里，作者似乎是带着我们亲手操作过每一个EDA流程一样，详尽地分析了不同优化阶段（如综合、布局布线、静态时序分析）对最终功耗的影响因子。特别是对于如何利用高级综合（High-Level Synthesis, HLS）工具来指导底层逻辑的修改以降低动态功耗的论述，那种手把手的指导感，让我觉得我不是在读一本印刷品，而是在和一位经验丰富的老工程师进行一对一的辅导。这种知识的密度与实操性的完美结合，极大地缩短了理论到实践的转化周期。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提到这本书的语言风格，它有一种奇特的“冷静的激情”。作者在阐述技术细节时，用词极其精确，几乎没有出现任何模棱两可的表达，每一个参数、每一个约束条件的引用都仿佛经过了千锤百炼的验证。然而，这种严谨背后，却隐藏着一种对低功耗设计艺术的深深热爱。它不是那种冰冷的、纯粹的学术论文集，在一些关键的“经验之谈”部分，比如如何处理亚阈值漏电或如何进行电源门控的边界条件设计时，字里行间流露出的那种“过来人”的智慧，非常鼓舞人心。每次我被复杂的工艺参数搞得焦头烂额时，翻到这些段落，总能找到一种锚定感，仿佛作者在告诉我：“是的，这很难，但这是可以被系统性攻克的。” 这种既有深度又有温度的写作风格，让一本技术书读起来竟有了些许史诗般的史诗感，让人愿意反复研读，去挖掘那些隐藏在公式背后的工程哲学。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的真正价值在于它为行业设立了一个极高的标杆，尤其是在“面向未来的设计”这一块的探讨上。它没有停留在当前主流工艺节点的优化上，而是花了不少篇幅前瞻性地讨论了新型存储器结构、类脑计算架构对低功耗逻辑提出的新要求，以及如何将软件定义的功耗管理策略嵌入到硬件设计流程中去。这使得这本书具有了极强的生命力，即便几年后，书中的核心逻辑和方法论依然适用，只需在CAD工具的使用细节上做微调即可。它培养的不是一个能套用现有工具的工程师，而是一个能够预判下一代挑战并主动构建解决方案的设计者。这种前瞻性和战略高度的把握，是很多专注于特定工具或特定工艺的书籍所不具备的。购买这本书，就像是为自己的职业生涯购买了一份长期的技术视野和解决问题的“元认知能力”，这笔投资绝对是值得的。