MOS VLSI分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:高保嘉

出品人:

页数:289

译者:

出版时间:2002-12-1

价格:29.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505382848

丛书系列:

图书标签:

MOS电路
VLSI
集成电路
模拟电路
数字电路
电路分析
电路设计
半导体
微电子学
电子工程

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具体描述

数字IC设计中的前沿技术与实践：从架构到验证图书简介：本书聚焦于现代数字集成电路（IC）设计领域的前沿技术与实用方法论，旨在为工程师和高级学生提供一套系统、深入的实践指南。内容涵盖了从系统级架构定义到芯片物理实现及最终验证的全流程，强调在当前半导体工艺节点（如7nm及以下）下面临的功耗、性能与面积（PPA）优化挑战及应对策略。第一部分：系统级建模与架构定义本部分深入探讨了现代SoC（系统级芯片）设计的基础，强调了自顶向下（Top-Down）设计流程的必要性。 1.1 硬件描述语言（HDL）的深入应用与高级特性 Verilog/SystemVerilog：不仅限于基础语法，重点讲解SystemVerilog在验证、高级抽象建模（如程序化接口/PLI）以及接口定义方面的强大功能。讨论了如何利用结构化抽象（如Interface和Modport）来管理复杂互联的信号组。硬件/软件协同设计（Co-Design）：阐述如何利用高级语言（如C/C++）通过高抽象度的描述（如SystemC）进行快速系统级建模与性能评估。重点分析C-based模型如何驱动RTL级的设计开发，并确保模型与最终硬件行为的一致性。断言驱动验证（Assertion-Based Verification, ABV）：详细介绍SVA（SystemVerilog Assertions）在设计中的嵌入式检查作用，如何用SVA来定义时序约束、协议规范和安全属性，并将其作为设计的一部分进行仿真验证。 1.2 总线架构与片上网络（NoC） AMBA协议栈的深度解析：详尽分析AXI4、AXI4-Lite、AXI4-Stream协议的握手机制、突发传输模式、缓存一致性扩展（ACE/CHI）以及跨时钟域（CDC）接口的设计要求。网络设计原理：探讨NoC在多核、异构SoC中的核心作用。分析路由算法（如XY Routing, Wormhole Routing）、仲裁机制（如Round Robin, Token Ring）和流量控制策略，以及如何使用NoC拓扑工具进行延迟与带宽的建模。内存一致性模型：针对多核处理器，深入剖析缓存一致性协议（如MESI, MOESI及其在SoC总线中的实现），以及如何设计高效的内存访问调度器以最小化内存延迟。第二部分：逻辑综合与优化本部分侧重于如何将抽象的RTL代码转化为满足特定工艺库约束的门级网表，并进行关键的性能优化。 2.1 逻辑综合（Synthesis）的原理与实践设计约束（SDC）的精细化管理：详细讲解如何编写精确的时序约束文件（SDC），包括时钟定义、输入/输出延迟、多周期路径约束、伪路径约束等，确保综合工具正确理解设计意图。逻辑优化技术：分析综合工具内部的优化算法，如布尔代数简化、逻辑提取、重定时（Retiming）在改善时序裕度中的作用。讨论如何通过属性（Attributes）引导综合过程，例如对关键路径的预算分配。功耗感知综合（Power-Aware Synthesis）：探讨低功耗设计方法在综合阶段的应用，如门控时钟（Clock Gating）的自动插入与手动控制、电压与频率调节（DVFS）对逻辑单元选择的影响。 2.2 时序收敛与静态时序分析（STA） STA基础理论：深入讲解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算模型，以及如何处理不同工艺库中的非理想效应（如Latch-up, IR Drop对时序的影响）。时序违例的诊断与修复：教授如何解读STA报告，识别关键路径、逻辑层次最深路径、和最大延迟路径。针对性地提出修复策略，如增加缓冲器（Buffering）、逻辑重定时、驱动强度调整或修改RTL代码。良率与裕度分析：引入跨工艺角（Corner Analysis）和基于统计的静态时序分析（SSTA）的概念，评估设计在不同PVT条件下的鲁棒性。第三部分：低功耗设计方法学在当前移动和边缘计算时代，功耗是设计的核心指标。本部分系统阐述了从RTL到物理实现层面的低功耗技术。 3.1 功耗建模与分析动态与静态功耗分解：详细区分瞬态活动功耗（动态）与亚阈值漏电（静态），并介绍功耗分析工具（如PrimeTime PX, PowerPro）如何进行精确的能量估算。功耗网表生成：如何在综合阶段嵌入功耗相关的设计元素，如电源开关单元（Power Switches）和隔离单元（Isolation Cells）。 3.2 功耗优化技术时钟树综合（CTS）与功耗：讨论如何优化时钟树结构以减少时钟网络本身的动态功耗，并确保时钟分配的均匀性。电源管理单元（PMU）与DVFS：设计高效的电源门控（Power Gating）架构，包括如何处理断电域（Power Domain）的唤醒/休眠逻辑，以及动态电压/频率调整的控制流程。多电压设计（Multi-Voltage Design）：讲解如何安全地在不同电压域之间进行信号传递，并实施必要的电平转换器（Level Shifters）以避免潜在的闩锁（Latch-up）风险。第四部分：物理实现与签核本部分覆盖了从逻辑网表到最终GDSII流片的后端流程，重点关注物理实现对PPA的最终锁定作用。 4.1 布局规划与时钟树综合（CTS）芯片级规划：讲解如何进行宏单元（Macro）的放置、电源网络（Power Grid）的初步设计，以及I/O端口的规划，这些步骤对后续的时序和功耗至关重要。时钟树综合的精细控制：深入探讨CTS目标，如最小化时钟偏差（Skew）和最大化时钟最小化（H-Tree vs. Mesh Network）。分析时钟门控如何集成到CTS中。 4.2 布线与后布线优化全局与详细布线策略：讨论如何在高密度设计中有效利用多层金属层，并处理绕线拥塞问题。寄生参数提取与后布线分析（Post-Layout STA）：阐述RC提取过程，以及如何使用提取的精确寄生参数对设计进行最终的时序、信号完整性（SI）和电源完整性（IR Drop）检查。良率关注：探讨设计规则检查（DRC）、金属填充（Metal Fill）和光刻规则（Lithography Rule Checking）对芯片制造良率的影响。第五部分：设计验证与签核本部分强调现代IC设计中验证的重要性，以及确保产品质量所需的全面测试策略。 5.1 验证环境的构建与收敛 UVM方法论实践：详细介绍基于SystemVerilog的通用验证方法学（UVM）框架的构建，包括环境组件（Agent, Sequencer, Driver, Monitor, Scoreboard）的协作流程。功能覆盖率与代码覆盖率：讲解如何定义和驱动功能覆盖率模型，以量化测试用例对设计特性的覆盖程度。分析代码覆盖率在发现未被激活代码路径上的作用。形式验证（Formal Verification）：介绍等价性检查（EC）、属性形式验证（FSM Traversal）在加速验证和保证设计正确性方面的应用，尤其是在处理异步逻辑和锁定单元时。 5.2 交付准备与可靠性分析 Sign-Off流程：总结从物理设计完成到Tape-out前的关键签核项，包括最终的STA报告、功耗签核报告（静态和动态）、DRC/LVS通过证明。可靠性验证：讨论ESD保护、闩锁（Latch-up）分析、电迁移（Electromigration, EM）检查以及热效应对长期可靠性的影响及设计规避措施。全书结构紧凑，理论联系实际，通过大量的案例分析和工程实践经验，旨在培养读者从宏观架构到微观物理实现的全面设计与验证能力。