本书从非微电子专业读者掌握VLSI设计知识和技能的需求出发，以器件、电路和系统设计为背景，系统全面地介绍VLSI设计的知识和方法，主要内容包括VLSI设计概论、MOS器件设计、半导体工艺基础知识、电路设计及参数计算、基本逻辑电路设计、VLSI版图设计、半定制全定制及片上系统(SOC)的设计方法以及VLSI计算机辅助设计等。 本书是作者十多年来在清华大学计算机科学与技术系为本科生和研究生开设VLSI设计相关课程教学与VLSI EDA研究的经验基础上，结合目前集成电路设计的发展状况编写而成。本书作为VLSI设计导论性书籍，内容广泛，叙述由浅入深，既可作为大专院校计算机、自动化、电机和机电等专业本科生和研究生学习的教材或参考书，也可作为从事VLSI设计的技术人员的参考书。第1章 集成电路设计概论 1
1.1 集成电路的发展 1
1.2 集成电路设计的发展 3
1.3 电子设计自动化技术的发展 3
1.4 深亚微米和超深亚微米工艺对 EDA技术的挑战 5
1.5 VLSI设计的要求 6
1.6 VLSI的设计方法学 7
习题 13
第2章 CMOS集成电路制造技术 15
2.1 半导体材料——硅 15
2.2 集成电路制造技术简介 16
2.2.1 热氧化工艺 16
2.2.2 扩散工艺 18
2.2.3 淀积工艺 21
2.2.4 光刻工艺 22
2.3 CMOS集成电路制造过程 27
2.3.1 晶圆处理 27
2.3.2 CMOS集成电路工艺 (前部工序) 28
2.3.3 后部工序 32
习题 34
第3章 器件设计技术 35
3.1 引言 35
3.2 MOS晶体管的工作原理 37
3.2.1 半导体的表面场效应 37
3.2.2 PN结的单向导电性 39
3.2.3 MOS管的工作原理 40
3.3 MOS晶体管的直流特性 41
3.3.1 NMOS管的 电流-电压特性 41
3.3.2 PMOS管的 电流-电压特性 43
3.4 反相器直流特性 45
3.4.1 MOS反相器的一般问题 46
3.4.2 电阻负载反相器(E/R) 50
3.4.3 增强型负载反相器(E/E) 50
3.4.4 耗尽型负载反相器(E/D) 52
3.4.5 CMOS反相器 54
习题 57
第4章 电路参数及性能 58
4.1 MOS晶体管的参数 58
4.1.1 阈值(开启)电压 58
4.1.2 沟道长度调制效应 60
4.1.3 漏-源截止电流 60
4.1.4 直流导通电阻 62
4.1.5 栅-源直流输入电阻 62
4.1.6 栅-源击穿电压 63
4.1.7 漏-源击穿电压 63
4.2 信号传输延迟 64
4.2.1 CMOS门延迟 64
4.2.2 连线延迟 69
4.2.3 电路扇出延迟 71
4.2.4 大电容负载驱动电路 71
4.3 CMOS电路功耗 74
4.3.1 CMOS电路的静态功耗 74
4.3.2 CMOS电路的动态功耗 75
4.3.3 电路总功耗 77
4.3.4 功耗管理 77
4.4 CMOS电路的闸流效应 82
4.4.1 闸流效应的起因 82
4.4.2 闸流效应的控制 84
4.5 电路模拟HSPICE简介 85
4.5.1 文件格式说明 85
4.5.2 HSPICE应用例子 91
4.6 电路设计例子 92
习题 97
第5章 逻辑设计技术 99
5.1 MOS管的串、并联特性 99
5.1.1 串联特性 99
5.1.2 并联特性 100
5.2 逻辑门的延迟 101
5.3 传输门 106
5.3.1 NMOS传输门 106
5.3.2 PMOS传输门 107
5.3.3 CMOS传输门 107
5.4 CMOS逻辑结构 108
5.4.1 异或门 109
5.4.2 同或门 110
5.4.3 虚拟NMOS逻辑 111
5.4.4 CMOS骨牌逻辑 114
5.4.5 可编程逻辑阵列 114
5.4.6 多路选择器 116
5.4.7 锁存器和触发器 117
5.5 时钟策略 119
5.5.1 时钟控制系统 119
5.5.2 单相时钟的参数 120
5.5.3 系统时序 121
5.5.4 时钟电路 122
习题 125
第6章 子系统设计 126
6.1 数据路径运算器 126
6.1.1 加法器 127
6.1.2 二进制计数器 130
6.1.3 寄存器 132
6.2 存储器 136
6.2.1 存储器的结构 137
6.2.2 掩膜编程存储器MROM 138
6.2.3 现场可编程PROM 139
6.2.4 可擦除可编程EPROM 140
6.2.5 电可擦除可编程EEPROM 141
6.2.6 动态随机存储器DRAM 142
6.2.7 静态随机存储器SRAM 146
6.3 控制电路 147
6.4 I/O电路 151
6.4.1 整体结构 151
6.4.2 电源和地线 152
6.4.3 输出压焊块 152
6.4.4 输入压焊块 153
6.4.5 三态和双向压焊块 154
习题 155
第7章 版图设计技术 156
7.1 引言 156
7.2 版图设计过程 157
7.3 版图设计规则 159
7.3.1 设计规则的内容与作用 159
7.3.2 设计规则的描述 160
7.3.3 CMOS的N阱工艺 设计规则 161
7.3.4 设计规则的基础 165
7.3.5 版图设计例子 167
7.4 版图描述语言CIF 167
7.5 版图电学参数计算 170
7.5.1 电阻的估算 170
7.5.2 电容的估算 174
习题 182
第8章 系统设计方法与实现技术 183
8.1 系统设计方法 183
8.1.1 结构化设计思想 184
8.1.2 自动设计、半自动设计 和手工设计 185
8.1.3 正向设计与反向设计 186
8.1.4 自顶向下设计与自底 向上设计 186
8.1.5 基于单元的设计方法与 IP复用技术 187
8.2 系统实现技术 188
8.3 门阵列、宏单元阵列及门海 189
8.3.1 门阵列实现技术 189
8.3.2 宏单元阵列模式 195
8.3.3 门海设计模式 196
8.4 标准单元实现方式 196
8.5 现场可编程门阵列 199
8.6 全定制电路设计 201
8.6.1 全定制电路的结构化 设计特征 201
8.6.2 几种全定制设计方法 202
8.6.3 不同设计方法比较 204
8.7 设计经济学 206
8.7.1 非循环成本 206
8.7.2 循环成本 207
8.7.3 固定成本 208
8.8 系统芯片SOC设计方法 210
8.8.1 系统芯片的研究背景 210
8.8.2 系统芯片的研究内容 211
8.8.3 软硬件协同设计 212
8.8.4 IP 核的生成及复用 214
8.8.5 超深亚微米集成电路设计 215
8.8.6 系统芯片设计 方法学发展方向 217
习题 218
第9章 数字系统设计自动化 219
9.1 数字系统设计流程概述 219
9.1.1 数字系统及其设计自动化 219
9.1.2 基于设计自动化的 设计流程 223
9.1.3 单元库 226
9.1.4 EDA技术的发展趋势 227
9.2 硬件描述语言 228
9.2.1 VHDL语言 230
9.2.2 Verilog HDL语言 239
9.3 设计分析与模拟 245
9.4 自动综合与设计验证 248
9.4.1 自动综合 248
9.4.2 设计验证 257
9.5 系统测试及封装 259
9.5.1 系统的测试方法 259
9.5.2 系统封装 263
习题 268
参考文献 269
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