Mixed Analog-Digital Vlsi Device and Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Yannis Tsividis

出品人:

页数:284

译者:

出版时间:2002-8

价格:$ 82.00

装帧:

isbn号码:9789812381118

丛书系列:

图书标签:

• 专业书
• VLSI
• Analog Circuit
• Digital Circuit
• Mixed-Signal Circuit
• Device Physics
• Semiconductor Technology
• IC Design
• Microelectronics
• Integrated Circuits
• Circuit Design

模拟与数字集成电路设计前沿：从基础理论到先进工艺的综合指南 本书旨在为电子工程、微电子学及相关领域的专业人士、高级本科生和研究生提供一个全面、深入且与时俱进的视角，聚焦于现代集成电路设计中模拟和数字领域的融合与挑战，同时不涉及特定出版物《Mixed Analog-Digital VLSI Device and Technology》的具体内容。 本书将围绕当前行业最为关注的几个核心议题展开，构建一个从器件物理到系统级实现的知识体系。 --- 第一部分：先进半导体器件物理与工艺基础 本部分深入探讨了支撑现代高性能集成电路（IC）的半导体器件的最新发展和内在机理。我们将超越传统的MOSFET模型，着重分析当前节点（如7nm及以下）所面临的短沟道效应、载流子输运的统计波动性以及工艺变异性带来的挑战。 1.1 深亚微米及纳米级CMOS器件的性能极限 详细分析了当前CMOS技术在尺寸微缩过程中遇到的热力学和量子效应限制。重点讨论了高k/金属栅极（HKMG）技术的演进，如何有效控制栅极漏电流，以及在不同功耗目标下，沟道材料（如SOI、FD-SOI）的选择和优化策略。 1.2 新型晶体管结构与替代方案 探讨了FinFET（鳍式场效应晶体管）的结构优势、设计参数对亚阈值摆幅（SS）和开关速度的影响。同时，系统性地介绍了下一代有前景的器件结构，例如全环绕栅极晶体管（GAAFET，特别是Nanosheet结构），分析其在静电控制、短沟道效应抑制以及工艺集成复杂性方面的Trade-off。 1.3 功率与可靠性考量 在追求高集成度的同时，器件的可靠性和功率密度管理变得至关重要。本章涵盖了热效应在纳米尺度下的建模，如热点形成机制和热阻的精确计算。此外，对电迁移（EM）、自热效应（Self-Heating）和闩锁效应（Latch-up）的物理机制进行了深入剖析，并提出了在布局布线阶段进行预防和优化的设计规则。 --- 第二部分：高性能模拟电路设计原理与实现 本部分着重于构建高精度、高动态范围的模拟电路块，这些电路块是所有混合信号系统（ADC/DAC、PLL、传感器接口）的基石。 2.1 运算放大器（Op-Amp）的架构与优化 系统性地比较了折叠式、共源共栅式以及单位增益反馈结构的优缺点。重点讲解了在低电压、低功耗设计约束下，如何通过引入新型偏置电路（如电流泵、自偏置技术）来维持足够的开环增益和相位裕度。对补偿技术（如密勒补偿、导纳提升）在宽带和高频应用中的选择进行了详细论述。 2.2 噪声分析与抑制技术 详细阐述了热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）以及散粒噪声的物理来源及其对电路性能的影响。提供了系统化的噪声预算方法，并针对不同应用场景（如RF前端、高精度数据转换器）推荐了最优的噪声处理策略，包括晶体管尺寸、偏置电流的选择对噪声系数的贡献分析。 2.3 高速采样电路与数据转换器设计 重点讨论了高速、高分辨率模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的架构选择。对流水线ADC、Sigma-Delta调制器（DSM）的性能指标（如SFDR、ENOB）进行了深入的数学分析。特别关注了量化噪声整形技术、时钟抖动（Jitter）对采样精度和系统带宽的影响。 --- 第三部分：低功耗与高密度数字电路设计 本部分关注现代SoC中数字逻辑的能效优化、时序收敛以及物理实现流程。 3.1 亚阈值与近阈值电路设计 为了应对功耗墙问题，本章探讨了在极低电压下（接近晶体管的阈值电压）运行数字电路的设计方法。分析了亚阈值电路的速度下降、过程变异敏感性增强等问题，并介绍了使用多阈值电压（Multi-Vt）技术和动态电压频率调节（DVFS）的策略，以在性能和功耗之间取得最佳平衡。 3.2 功耗管理与时钟网络设计 详细介绍了静态功耗（漏电）和动态功耗的精确建模方法。在时序分析方面，重点阐述了时钟树综合（CTS）的目标——最小化时钟偏斜（Skew）和时钟幅度（Jitter）。探讨了低功耗时钟分发网络的设计技术，如使用时钟衰减器和基于脉冲的逻辑（Pulsed Logic）。 3.3 物理实现与验证流程 涵盖了从RTL到GDSII的完整数字后端流程。这包括逻辑综合、静态时序分析（STA）、布局布线、寄生参数提取以及后仿真。重点强调了在先进工艺节点中，如何处理金属线电迁移、耦合噪声（Crosstalk）以及设计规则检查（DRC）的复杂性。 --- 第四部分：模拟与数字的接口：混合信号系统集成 本部分聚焦于连接模拟世界和数字世界的关键技术，即混合信号电路的设计挑战。 4.1 锁相环（PLL）与频率合成器 PLL是实现时钟同步和频率生成的关键模块。本章深入分析了压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和电荷泵（CP）的设计。特别关注了如何在宽带应用中降低相位噪声，并通过环路滤波器设计来优化锁定时间和瞬态响应。 4.2 匹配、失调与校准技术 在模拟和混合信号设计中，器件的匹配性直接决定了系统的精度。本章详细讨论了器件失配（Mismatch）的统计模型，及其对ADC/DAC性能的影响。随后，介绍了多种数字校准（Digital Calibration）技术，如增益/失调校正、线性化技术，用以补偿工艺和温度变化带来的系统性误差。 4.3 隔离、耦合与电磁兼容性（EMC） 随着模拟和数字电路密度增加，它们之间的相互干扰日益严重。本章探讨了串扰（Crosstalk）和电源噪声耦合的机制。提出了在版图层面进行有效隔离的策略，例如使用衬底隔离环、隔离器件、以及混合信号区域的电源/地平面分割技术，以确保高性能模拟模块不受高速数字开关噪声的干扰。 --- 本书的特点在于其强调设计与实现之间的紧密联系，通过大量的案例分析和性能权衡讨论，使读者能够掌握在当前集成电路设计领域中，如何有效驾驭模拟和数字子系统的复杂性，从而设计出满足严苛性能、功耗和面积指标的先进集成电路。

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这本《Mixed Analog-Digital VLSI Device and Technology》简直是为我们这些在模拟与数字电路设计夹缝中挣扎的工程师量身定做的宝典。我记得我最初接触这本书的时候，正面临一个棘手的项目，需要将一个高性能的ADC模块无缝集成到一个复杂的数字SoC中。市面上那些专注于纯数字或者纯模拟的书籍，讲到跨域接口时的那种轻描淡写，总是让我感到无力。但这本书不同，它没有回避那些最令人头疼的问题——比如衬底噪声耦合、电源完整性在混合信号设计中的极端重要性，以及如何巧妙地布局以最小化串扰。作者深入浅出地剖析了先进工艺节点下器件特性的非理想性对混合信号性能的冲击。我尤其欣赏它对“系统级思维”的强调，它不是简单地罗列公式，而是教你如何从系统需求出发，反推到前端器件选择和后端版图实现。读完关于自举电路（bootstrap circuit）在BCD工艺中的应用那一章后，我立刻优化了我们项目中一个关键的高压驱动器的启动时间，效果立竿见影。对于那些希望将理论知识转化为实际流片成功的工程师来说，这本书提供的设计哲学比任何具体的工艺参数都更有价值。它成功地构建了一座坚实的桥梁，连接了理论物理和实际硅片上的性能指标。

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坦率地说，初翻这本书时，我带着一种略微的怀疑态度。毕竟，“混合信号”这个领域已经被讨论了太久，市面上充斥着大量浮于表面的概述性文字。然而，当我翻到关于低噪声放大器（LNA）在CMOS工艺中实现的文章时，我立刻意识到我找到了一个重量级作品。作者对于噪声分析的严谨程度，简直到了“吹毛求疵”的地步，但这种严谨恰恰是高精度设计所需要的。他们不仅讨论了热噪声和闪烁噪声的基本模型，更重要的是，详细探讨了在版图层面如何通过特定的共质心（common-centroid）技术来补偿工艺偏差和噪声源的相互影响。再比如，在讨论数据转换器时，书中对Dithering和Noise Shaping技术的阐述，远超出了教科书的范畴，直接对接到了最新的Sigma-Delta调制器的实际应用。我甚至发现了一些关于时钟抖动（Jitter）对混合信号系统相位噪声影响的详细建模方法，这在其他参考资料中鲜有提及。这本书的深度，迫使我不得不重新审视我对“集成”二字的理解——它不仅仅是把两个模块放在一起，而是要让它们在物理上和谐共存，这种和谐是需要精妙的物理和电气工程知识来调和的。

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从一个追求极致性能的模拟设计工程师的角度来看，这本书最让我感到兴奋的是它对先进半导体工艺——尤其是FinFET和SOI技术——对模拟电路性能影响的剖析。过去我们习惯于平坦的CMOS模型，但进入三维器件结构后，器件的亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）和栅极漏电的复杂性，对高精度电路的失调电压（Offset Voltage）产生了难以预测的影响。这本书详细讨论了如何通过选择特定的阈值电压（Threshold Voltage）组合，并在版图中应用更复杂的共质心阵列来对抗这些工艺带来的不确定性。它甚至涉及到了对新兴的FD-SOI（全耗尽绝缘体上硅）技术在低功耗射频前端中的应用潜力。我尤其欣赏作者对“寄生效应”的执着，他们不仅仅停留在RC延迟的层面，而是深入到了电感耦合和电容耦合的物理机理，这对于设计高速串行接口或高Q值滤波器至关重要。这本书绝对不是给初学者的入门读物，它要求读者对半导体物理和版图设计规则有扎实的背景知识，否则阅读体验会比较吃力。

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这本书的结构编排非常具有启发性，它不像传统教材那样线性推进，更像是一个经验丰富的首席架构师在带领你进行一次实战演练。最让我印象深刻的是它对“技术选择”的辩证思考。在介绍不同类型的开关电容滤波器（Switched Capacitor Filters）时，作者没有武断地下结论哪个最好，而是极其细致地分析了在特定功耗预算和信噪比要求下，哪种拓扑结构更具优势，以及该结构对后端匹配的要求。这种基于权衡（Trade-off）的教学方式，极大地培养了读者的决策能力。我记得有一次，我们在一个便携式医疗设备的设计中，必须在功耗和带宽之间做出艰难抉择，当时我翻阅了书中的相关章节，立刻意识到了我们选用的斩波稳定（Chopper-stabilized）架构在面对高频共模抑制挑战时的固有局限性，从而及时调整了滤波器的布局和驱动级设计。这种“预见性”是经验积累的结果，而这本书，像是把几十年的经验浓缩进了几百页的文字中，非常高效且实用。

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这本书的价值，很大程度上体现在它对“工艺与设计”之间鸿沟的弥合上。对于习惯于在仿真软件中得到完美结果的设计师来说，流片失败往往是由于对物理实现的误判。这本书提供了一个从晶体管层面的物理非理想性，逐步抽象到系统级性能指标的完整链条。例如，它在讨论数模转换器（DAC）的线性度时，不仅仅分析了匹配误差，还详细推导了在特定制造工艺下，随机匹配和距离相关匹配对DNL/INL的贡献权重，并提出了针对性的版图修正方案，例如使用虚拟器件来改善环路内匹配。这种深度的结合，使得这本书成为一个强大的“诊断工具”。每当我遇到一个性能衰减的问题，我都会习惯性地翻阅其中的章节，看看是否是由于我忽略了某一特定工艺的物理效应导致的。它教会我的，是如何像制造者一样思考设计，而不是仅仅像一个抽象的电路图操作者。这本书的购买成本，远远低于一次流片失败所带来的损失，从这个角度看，它简直是物超所值。

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