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内容简介

本书涵盖数字集成电路和专用集成电路设计的基本流程和主要设计方法，共8章，主要内容包括：集成电路发展趋势及专用集成电路基本设计方法、集成电路工艺基础及版图、MOS晶体管与电路设计基础、CMOS数字集成电路常用基本电路、半定制电路设计、全定制电路设计、集成电路的测试技术、集成电路的模拟与验证技术等，每章后附习题与思考题。提供电子课件和习题参考答案。

作者简介

朱恩，东南大学教授、博士生导师，陈莹梅，东南大学大学教授、博士生导师。两位作者都有丰富的科研和教学经验，集成电路设计方向。

目　　录

第1章概论 1
1.1 集成电路工艺发展趋势 1
1.1.1 特征尺寸的发展 1
1.1.2 晶圆尺寸 2
1.1.3 铜导线 3
1.1.4 新型器件不断涌现 3
1.1.5 新材料新工艺的不断应用 4
1.2 专用集成电路基本设计方法 5
1.3 ASIC设计涉及的主要问题 6
1.3.1 设计过程集成化和自动化 6
1.3.2 可测试性设计问题 7
1.3.3 成本问题 7
习题 7
第2章集成电路工艺基础及版图 8

第1章 概论	1 
1.1 集成电路工艺发展趋势	1 
1.1.1 特征尺寸的发展	1 
1.1.2 晶圆尺寸	2 
1.1.3 铜导线	3 
1.1.4 新型器件不断涌现	3 
1.1.5 新材料新工艺的不断应用	4 
1.2 专用集成电路基本设计方法	5 
1.3 ASIC设计涉及的主要问题	6 
1.3.1 设计过程集成化和自动化	6 
1.3.2 可测试性设计问题	7 
1.3.3 成本问题	7 
习题	7 
第2章 集成电路工艺基础及版图	8 
2.1 引言	8 
2.2 集成电路制造基础	8 
2.2.1 氧化工艺	9 
2.2.2 光刻工艺	9 
2.2.3 掺杂工艺	10 
2.2.4 金属化工艺	11 
2.3 CMOS电路加工工艺	12 
2.4 设计规则与工艺参数	20 
2.4.1 设计规则的内容与作用	20 
2.4.2 设计规则的描述	21 
2.5 电学参数	27 
2.5.1 分布电阻	27 
2.5.2 分布电容	29 
习题	32 
第3章 MOS晶体管与电路设计基础	34 
3.1 MOS晶体管的基本模型	34 
3.1.1 NMOS管的I～V特性	34 
3.1.2 PMOS管的I～V特性	36 
3.2 CMOS反相器直流特性	37 
3.3 信号传输延迟	39 
3.3.1 CMOS反相器的延迟时间	39 
3.3.2 连线延迟	44 
3.3.3 电路扇出延迟	45 
3.3.4 大电容负载驱动电路	47 
3.4 功耗	52 
3.4.1 金属导线宽度的确定	53 
3.4.2 CMOS功耗	53 
习题	55 
第4章 CMOS数字集成电路常用基本电路	57 
4.1 组合逻辑	57 
4.1.1 CMOS组合逻辑的一般结构	57 
4.1.2 CMOS组合逻辑的几种基本门	59 
4.1.3 CMOS传输门	64 
4.2 时序逻辑	68 
4.3 动态逻辑电路	70 
4.3.1 动态存储电路	70 
4.3.2 简单移位寄存器	72 
4.3.3 预充电逻辑	75 
4.3.4 多米诺CMOS逻辑	78 
4.3.5 多米诺CMOS逻辑的改进电路——TSPC逻辑电路	81 
4.4 存储电路	84 
习题	86 
第5章 半定制电路设计	88 
5.1 引言	88 
5.2 门阵列设计	90 
5.2.1 门阵列母片结构	91 
5.2.2 门阵列基样元的	92 
5.3 标准单元设计	93 
5.3.1 标准单元库	94 
5.3.2 标准单元设计流程	94 
5.3.3 标准单元设计中的EDA工具	95 
5.4 可编程逻辑器件设计	96 
5.4.1 可编程器件的编程原理	97 
5.4.2 典型的PLD器件	98 
5.5 FPGA设计	105 
5.5.1 Xilinx FPGA的结构和工作原理	106 
5.5.2 Xilinx FPGA的设计流程	111 
习题	112 
第6章 全定制电路设计	114 
6.1 全定制电路设计与半定制电路设计的主要区别	114 
6.2 全定制电路的结构化设计特征	115 
6.2.1 层次性	115 
6.2.2 模块性	116 
6.2.3 规则性	117 
6.2.4 局部性	117 
6.2.5 手工参与	118 
6.3 全定制电路的阵列逻辑设计形式	118 
6.3.1 Weinberger阵列结构与栅列阵版图	119 
6.3.2 存储器结构	120 
6.4 全定制电路设计举例——加法器设计	129 
6.4.1 单位加法器	129 
6.4.2 多位加法器	130 
6.5 单元在全定制设计中的作用与单元设计	132 
习题	133 
第7章 集成电路的测试技术	134 
7.1 测试的重要性和基本方法	134 
7.2 故障模型	135 
7.2.1 固定型故障	136 
7.2.2 短路和开路故障	136 
7.2.3 桥接故障	137 
7.2.4 存储器故障	137 
7.2.5 其他类型故障	137 
7.3 测试向量生成	138 
7.4 可测性设计	141 
7.4.1 扫描路径法	142 
7.4.2 内建自测试（BIST）	145 
7.4.3 边界扫描测试	147 
习题	151 
第8章 集成电路的模拟与验证技术	153 
8.1 设计模拟与验证的意义	153 
8.2 电路模拟	154 
8.3 逻辑模拟与时序模拟	160 
8.3.1 逻辑模拟	160 
8.3.2 时序模拟	160 
8.3.3 建立时间与保持时间	161 
8.3.4 时钟周期	162 
8.4 定时分析	163 
8.4.1 定时分析原理	163 
8.4.2 定时分析举例	165 
8.5 电路验证	166 
8.5.1 版图验证系统的发展	167 
8.5.2 几何图形运算	168 
8.5.3 设计规则检查（DRC）	169 
8.5.4 电路网表提取（NPE）	171 
8.5.5 版图参数提取方法	172 
8.5.6 电学规则检查（ERC）	175 
8.5.7 版图与原理图一致性检查	175 
8.5.8 逻辑提取	178 
8.5.9 深亚微米版图的物理验证	179 
8.6 逻辑综合技术	180 
8.6.1 逻辑综合的原理	182 
8.6.2 逻辑综合流程	182 
习题	184 
参考文献	185

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前　　言

前言
本书内容源自作者为东南大学信息学院本科生开设的课程“专用集成电路设计”的教案和讲义，同时参考了近年来国内外发表的一些教材和论文、半导体公司的工艺文件、国外EDA厂商的设计软件文档等内容，并结合了作者的科研实践经验编写而成。
本书内容分为两大部分。**部分为基础部分，面向专用集成电路的底层设计，内容涉及1～4章，包括概论、集成电路工艺基础及版图、MOS 晶体管与电路设计基础以及CMOS 数字集成电路常用基本电路。第二部分为提高部分，面向专用集成电路的顶层设计，内容涉及第5～8章包括半定制电路设计、全定制电路设计、集成电路的测试技术以及集成电路的模拟与验证技术等。书中针对专用集成电路设计的需要，对内容进行了取舍，力图达到简明扼要、内容先进、通俗易懂和体系完整的目的，以满足一般48～54学时的本科高年级教学的需要。本书的**部分针对数字集成电路设计的需要，介绍了其基本发展趋势和一般性设计和制造方法，将MOS管的模型做了精简，给出了一般的电路分析和设计方法，引导读者掌握核心的方法，避免陷进复杂烦琐的模拟电路设计的范畴，在基本概念和方法的基础上，给出了常用的数字电路模块的设计方法。本书的第二部分着重介绍系统级的、顶层的设计方法和测试验证方法。这部分涉及的领域众多，难以全面展开，书中提纲挈领式地给出了*核心的框架式内容，引导学生掌握入门知识，便于进一步深入学习。

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