VLSI设计基础

第1章 VLSI设计基础概述 1

1.1 VLSI设计技术基础与主流制造技术 1

1.2 VLSI设计方法与设计技术 2

1.3 新技术对VLSI的贡献 3

1.4 ASIC和VLSI 4

1.5 SOC 4

1.6 VLSI的版图结构和设计技术 5

1.6.1 VLSI的版图总体结构 5

1.6.2 VLSI版图的内部结构 5

第2章 MOS器件与工艺基础 7

2.1 MOS晶体管基础 7

2.1.1 MOS晶体管结构及基本工作原理 7

2.1.2 MOS晶体管的阈值电压VT 11

2.1.3 MOS晶体管的电流-电压方程 12

2.1.4 MOS晶体管的平方律转移特性 12

2.1.5 MOS晶体管的跨导gm 13

2.1.6 MOS晶体管的直流导通电阻 13

2.1.7 MOS晶体管的交流电阻 14

2.1.8 MOS晶体管的最高工作频率 14

2.1.9 MOS晶体管的衬底偏置效应 15

2.1.10 CMOS结构 16

2.2 CMOS逻辑部件 16

2.2.1 CMOS倒相器设计 16

2.2.2 CMOS与非门和或非门的结构及其等效倒相器设计方法 18

2.2.3 其他CMOS逻辑门 20

2.2.4 D触发器 26

2.2.5 内部信号的分布式驱动结构 27

2.3 MOS集成电路工艺基础 27

2.3.1 基本的集成电路加工工艺 27

2.3.2 CMOS工艺的主要流程 30

2.3.3 Bi-CMOS工艺技术 33

第3章 工艺与设计接口 35

3.1 工艺对设计的制约与工艺抽象 35

3.1.1 工艺对设计的制约 35

3.1.2 工艺抽象 36

3.2 设计规则 38

3.2.1 几何设计规则 38

3.2.2 电学设计规则 43

3.2.3 设计规则在VLSI设计中的应用 44

第4章 晶体管规则阵列设计技术 45

4.1 晶体管阵列及其逻辑设计应用 45

4.1.1 全NMOS结构ROM 45

4.1.2 ROM版图 47

4.2 MOS晶体管开关逻辑 52

4.2.1 开关逻辑 52

4.2.2 棒状图 55

4.3 PLA及其拓展结构 56

4.3.1 “与非-与非”阵列结构 56

4.3.2 “或非-或非”阵列结构 57

4.3.3 多级门阵列（MGA） 58

4.4 门阵列 60

4.4.1 门阵列单元 61

4.4.2 整体结构设计准则 64

4.4.3 门阵列在VLSI设计中的应用形式 65

4.5 晶体管规则阵列设计技术应用 66

第5章 单元库设计技术 69

5.1 单元库概念 69

5.2 标准单元设计技术 70

5.2.1 标准单元描述 70

5.2.2 标准单元库设计 71

5.2.3 输入、输出单元（I/O PAD） 73

5.3 积木块设计技术 84

5.4 单元库技术的拓展 85

第6章 微处理器 86

6.1 系统结构概述 86

6.2 微处理器单元设计 87

6.2.1 控制器单元 87

6.2.2 算术逻辑单元（ALU） 90

6.2.3 乘法器 102

6.2.4 移位器 103

6.2.5 寄存器 105

6.2.6 堆栈 108

6.3 存储器组织 109

6.3.1 存储器组织结构 109

6.3.2 行译码器结构 111

6.3.3 列选择电路结构 113

第7章 测试技术和可测试性设计 115

7.1 VLSI可测试性的重要性 115

7.2 测试基础 116

7.2.1 内部节点测试方法的测试思想 116

7.2.2 故障模型 117

7.2.3 可测试性分析 120

7.2.4 测试矢量生成 121

7.3可 测试性设计 124

7.3.1 分块测试 124

7.3.2 可测试性的改善设计 125

7.3.3 内建自测试技术 128

7.3.4 扫描测试技术 129

第8章 模拟单元与变换电路 130

8.1 模拟集成电路中的基本元件 130

8.1.1 电阻 130

8.1.2 电容 136

8.2 基本偏置电路 137

8.2.1 电流偏置电路 137

8.2.2 电压偏置电路 144

8.3 放大电路 148

8.3.1 单级倒相放大器 148

8.3.2 差分放大器 154

8.3.3 源极跟随器 158

8.3.4 MOS输出放大器 159

8.4 运算放大器 161

8.4.1 两级CMOS运放 162

8.4.2 CMOS共源-共栅（cascode）运放 163

8.4.3 带有推挽输出级的运放 163

8.4.4 采用衬底晶体管输出级的运放 164

8.5 电压比较器 165

8.5.1 电压比较器的电压传输特性 166

8.5.2 差分电压比较器 166

8.5.3 两级电压比较器 166

8.6 D/A、A/D变换电路 167

8.6.1 D/A变换电路 167

8.6.2 A/D变换电路 170

8.7 模拟集成电路单元的版图设计 174

8.7.1 大尺寸MOS管的版图设计 174

8.7.2 器件的失配问题 175

8.7.3 多层金属版图的互连问题 178

第9章 VHDL和Verilog HDL 179

9.1 硬件描述语言概述 179

9.2 VHDL 180

9.2.1 一些简单的例子 180

9.2.2 VHDL源程序的基本结构 183

9.2.3 VHDL的数据类型及运算操作符 190

9.2.4 VHDL的主要描述语句 193

9.2.5 仿真简介 205

9.3 VerilogHDL 207

9.3.1 简单的例子 208

9.3.2 Verilog HDL源程序的基本结构 209

9.3.3 Verilog HDL中的数值、数据类型和参数 214

9.3.4 运算操作符 218

9.3.5 Verilog HDL中的主要描述语句 221

第10章 设计系统 237

10.1 设计系统的组织 237

10.1.1 管理和支持软件模块 238

10.1.2 数据库 238

10.1.3 应用软件 239

10.2 设计流程与软件的应用 243

参考文献 247