《专用集成电路设计基础教程》循序渐进地介绍了集成电路的基本知识和设计方法。《专用集成电路设计基础教程》共分8章,主要包括专用集成电路概述、集成电路的基本制造工艺及版图设计、器件的物理基础及其SPICE模型、数字集成电路设计技术、模拟集成电路设计技术、专用集成电路设计方法、专用集成电路测试与可测性设计以及专用集成电路计算机辅助设计简介等内容。
《专用集成电路设计基础教程》可作为高等院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、测控技术与仪器、计算机技术以及自动化等专业高年级本科生或研究生的教材,也可供有关科技人员参考。
《专用集成电路设计基础教程》若与西安电子科技大学出版社同时出版的《专用集成电路设计实践》一书配套使用,效果更好。

1.集成电路的发明
集成电路(Integrated Circuit,IC)指通过一系列特定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互连,“集成”在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓)上并封装在一个外壳内,可执行特定电路或系统功能。
1959年2月,美国德州仪器公司的杰克·基尔比(Jack Kilby)在锗(Ge)衬底上形成台面双极型晶体管和电阻,再用超声波焊接将这些元器件用金属导线连接起来形成小型电子电路,并申请了专利(1964年获得美国专利)。严格地说这是一种混合集成电路,而不是一种布线和元器件同时形成的单片集成电路。但是这一发明为后来集成电路的飞速发展奠定了基础。
2.集成电路的发展及未来
1)集成电路的发展
*早的IC使用双极型工艺,多数的逻辑IC使用晶体管——晶体管逻辑(Transistor -Transistor Logic,TTL)或发射极耦合逻辑(Emitter - Coupled Logic,ECL)。虽然金属氧化物——硅(Metal——Oxide——Silicon,MOS)晶体管的发明早于双极型晶体管,但氧化物界面的质量问题使得*初的MOS晶体管很难制造。随着上述问题的逐步解决,20世纪70年代出现了金属栅N沟道MOS(NMOS)工艺。当时的MOS工艺只需要较少的掩膜步骤,而且与功能相当的双极型IC相比,MOS IC的密度大、功耗小。这表明当性能一定时,采用MOS IC比采用双极型IC更便宜,由此导致了对MOS IC的投资以及市场的增长。
自1958年美国TI公司试制成功**块集成电路(Integrated Circuit,IC)以来,IC技术的发展速度令人瞠目。IC的生产已经发展成为新兴的支柱产业,并且继续保持着迅猛发展的势头。随着IC技术的飞速发展,系统、电路、器件之间的界限正在逐渐消失。不管是工业界还是学术界,自行设计IC已成为电子信息领域的一个方向。
IC行业已经形成芯片设计、制造、封装三业并起的局面,IC设计业逐渐成为一个新兴的、独立的高技术产业。日前以Fabless(无生产线)公司与Foundry(芯片代工)厂商合作形成的F/F模式将会扩大半导体市场领域,推动集成电路技术的发展。
对集成电路设计工程师来说,现在虽然不需要去关心具体的集成电路工艺制造细节,但了解不同工艺的基本步骤、不同器件的特点和基本电路形式还是非常必要的。
本书以电子系统设计者的角度介绍集成电路设计所必需的基本知识和设计方法,涉及集成电路的基本制造工艺及版图设计、器件的模型、数字和模拟集成电路设计方法、集成电路测试与可测性设计以及集成电路计算机辅助设计等方面的内容。
学习本书时,必须结合具体工程设计实例进行大量实践,才能掌握集成电路设计的一些基本知识,领悟集成电路的设计方法和技巧,将自己的理念实现在芯片中。这里**使用由西安电子科技大学出版社同时出版的《专用集成电路设计实践》一书来进行实践。
集成电路设计毕竟是相当复杂的技术,涉及电子学、数字逻辑电路设计、程序设计语言、计算机图形学等,需要多门课程的广泛知识。本书主要是为电子信息类专业高年级学牛或研究生编写的。读者学习前应该掌握电子学、数字电路、计算机语言等方面的知识。
来新泉教授规划了本书的基本架构和主要内容。来新泉教授、王松林教授、李先锐、刘鸿雁、曹玉等参与了全书的编写。叶强、袁冰、陈富吉、李演明、韩敏、韩艳丽、徐自有、王惠、刘斌、曲玲玲、路璐、张伟、罗鹏、张震等参与了书稿的录入、绘图和校对工作。
限于编者水平,书中难免有疏漏之处,敬请读者批评赐教。来信请寄西安电子科技大学电路CAD研究所376信箱(邮编710071),或通过以下邮箱或网址联系:
来新泉 E-mail:xqlai@mail. xidian.edu.cn
王松林 E-mail:slwang@ mail.xidian.edu.cn
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编者
2008年9月

第1章专用集成电路概述
1.1集成电路的发展
1.2集成电路的分类
1.2.1按集成规模分类
1.2.2按制作工艺分类
1.2.3按生产形式(按适用性)分类
1.2.4按设计风格分类
1.2.5按用途分类
1.3 ASIC及其发展趋势
1.4专用集成电路设计流程
第2章集成电路的基本制造工艺及版图设计
2.1集成电路的基本制造工艺
2.1.1双极工艺
2.1.2 CMOS工艺
2.1.3 BiCMOS工艺
2.2集成电路的封装工艺
2.2.1集成电路的封装类型
2.2.2集成电路封装工艺流程
2.2.3封装材料
2.2.4互连级别
2.2.5在封装中对于热学方面问题的考虑
2.3集成电路版图设计
2.3.1版图概述
2.3.2版图设计规则
2.3.3版图检查与验证
2.3.4 IC版图格式
第3章器件的物理基础及其SPICE模型
3.1 PN结
3.1.1 PN结的形成
3.1.2 PN结的理想伏安特性
3.1.3 PN结的单向导电性
3.2有源器件
3.2.1双极型晶体管及其SPICE模型
3.2.2 MOS晶体管及其SPICE模型
3.3无源器件
3.3.1电阻及其SPICE模型
3.3.2电容及其SPICE模型
3.3.3集成二极管及其SPICE模型
3.4模型参数提取
第4章数字集成电路设计技术
4.1 MOS开关及CMOS传输门
4.1.1 MOS开关
4.1.2 CMOS传输门
4.2 CMOS反相器
4.2.1 CMOS反相器的工作原理
4.2.2 CMOS反相器的直流传输特性
4.2.3 CMOS反相器的静态特性
4.2.4 CMOS反相器的动态特性
4.2.5 CMOS反相器的功耗和速度
4.2.6 BiCMOS反相器
4.3 CMOS组合逻辑
4.3.1 CMOS与非门
4.3.2 CMOS或非门
4.3.3 CMOS与或非门
4.3.4 CMOS组合逻辑门电路设计方法
4.4触发器
4.4.1 RS触发器
4.4.2 D触发器
4.4.3施密特触发器
4.5存储器
4.5.1随机存取存储器(RAM)
4.5.2只读存储器(ROM)
第5章模拟集成电路设计技术
5.1电流源
5.1.1双极型电流源电路
5.1.2 MOS电流源
5.2差分放大器
5.2.1双极IC中的放大电路
5.2.2 CMOS差动放大器
5.3集成运算放大器电路
5.3.1双极集成运算放大器
5.3.2 CMOS集成运算放大器
5.3.3集成运算放大器的主要性能指标
5.4比较器
5.4.1比较器的基本特性
5.4.2两级开环比较器
5.4.3其他开环比较器
5.4.4开环比较器性能的改进
5.5带隙基准
5.5.1基本原理分析
5.5.2实际电路分析
5.6振荡器
5.6.1概述
5.6.2环形振荡器
5.6.3压控振荡器(VCO)
第6章专用集成电路设计方法
第7章专用集成电路测试与可测性设计
第8章专用集成电路计算机辅助设计简介
参考文献

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