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目录3

EDA概况3

第1章　概论3

参考文献14

第2章　电子设计自动化的方案15

2.1　设计系统分类15

2.2　设计的步骤16

2.2.1　技术规范的制定17

2.2.2　算法模块17

2.2.3　寄存器传输级17

2.2.4　逻辑设计18

2.2.5　晶体管电路设计19

2.2.6　掩膜的几何图形设计（版图）20

2.2.7　试验结构的补充20

2.3　执行和验证21

2.4 自顶向下设计流程还是自底向上设计流程22

2.5　EDA的简史23

2.5.1　第一代EDA23

2.5.2　第二代EDA24

2.5.3　第三代EDA24

2.5.4　设计产出率的发展27

2.5.5　展望第四代EDA28

参考文献29

符号设计33

第3章　符号的设计规范33

3.1　符号的电路图输入作用33

3.1.1　电子设计的第一步33

3.1.2　结构和特性描述34

3.1.3　标准化34

3.2.1　电路图编辑器的图形元件35

3.2　电路图编辑器35

3.2.2　图形设计的结构和组织39

3.2.3　分配—性能—属性42

3.2.4　符号库45

3.2.5　符号编辑器46

3.2.6　编辑功能47

3.2.7　电路图编辑器的特殊功能51

3.3　网表的产生53

3.4　电路图输入的例子54

3.4.1　FPGA/CPLD设计例子54

3.4.2　电路板设计的例子58

3.4.3　集成电路单元设计的例子61

3.4.4　标准单元集成电路设计的例子63

参考文献69

4.1　概述73

4.1.1　VHDL的起源73

第4章　采用高级语言的设计规范73

高级语言设计73

4.1.2 VHDL设计流程74

4.2 VHDL设计的结构77

4.2.1　信号77

4.2.2　接口（端口）80

4.2.3　实体80

4.2.4　工作库WORK81

4.2.5　构造体81

4.2.6　器件83

4.2.7　配置84

4.2.8　“7段位十六进制”的两部分转换85

4.3　并行语句86

4.3.1　简单信号赋值86

4.3.2　条件信号赋值87

4.3.4　带有优先级判断的输入端编码器88

4.3.3　选择信号赋值88

4.4　VHDL里的仿真模块89

4.4.1　驱动90

4.4.2　△延时同步机制90

4.4.3　延时建模92

4.4.4　比较传输延时和惯性延时95

4.5　进程96

4.5.1　特性96

4.5.2　信号和变量98

4.5.3　顺序语句100

4.6　顺序（同步）逻辑110

4.6.1　组合体110

4.6.2　寄存器和D触发器111

4.6.3　时序进程112

4.6.4　异步总线信号的处理118

4.7.1　标准类型120

4.7　类型120

4.7.2　枚举类型122

4.7.3　物理类型122

4.7.4　记录类型123

4.7.5　数组类型123

4.7.6　存取类型125

4.7.7　文件类型125

4.7.8　存取类型堆栈形式的模块化126

4.8　操作符128

4.8.1　标准操作符129

4.8.2　布尔操作符129

4.8.3　比较操作符130

4.8.4　操作符的重载130

4.8.5　带重载的“+”操作符的枚举类型加法131

4.9.1　函数133

4.9　子程序133

4.9.2　进程135

4.9.3　决断函数Wired_Or136

4.10　测试平台138

4.10.1　激活模型138

4.10.2　响应模型139

4.10.3　包集合TEXTIO140

4.10.4　一个测试平台的例子141

4.11　程序包和库144

4.11.1　程序包的构造144

4.11.2　库文件144

4.11.3　在程序包里的多个操作符145

4.12　高级VHDL146

4.12.1 Generics语句146

4.12.2　Attribute（属性）描述与定义语句147

参考文献149

第5章　图解式特性说明150

5.1　概述150

5.1.1　简要说明150

5.1.2　设计结构151

5.1.3　使用图解式说明的设计周期151

5.2　图形化描述的原则152

5.2.1　方块图152

5.2.2　真值表152

5.2.3　流程图154

5.2.4　状态图155

参考文献160

第6章　逻辑综合161

6.1　概述161

6.2　可逻辑综合的VHDL代码示例162

6.3　分块化164

6.4　分层修改166

6.5　优化167

6.5.1　优化要求的作用167

6.5.2　优化策略169

6.5.3　两级逻辑的优化172

6.5.4　顺序逻辑的优化174

6.6　重新定时177

6.7　工艺映射179

6.8　可逻辑综合化的结构、属性、类型和操作符181

参考文献182

第7章　硬件／软件协作设计183

7.1　设计再应用183

7.1.1　为什么要重复使用设计模块183

7.1.2　硬件／软件宏，虚拟器件和“有版权设备”（IP）185

7.1.3　参数可变化的器件186

7.1.4　标准化——“虚拟插座接口联盟”（VSIA）187

7.1.5　作为商业对象的虚拟器件188

7.2　使用虚拟器件和处理器的设计191

7.2.1　使用FPGA工艺的设计191

7.2.2　ASIC结构处理器的使用191

7.2.3　嵌入式软件194

7.2.4　硬件／软件协仿真198

7.2.5　ASIC里的元件的布局和布线200

7.3　面向硬件／软件码设计的EDA系统201

7.3.1　对于设计空间检测的程序系统（设计空间检测工具）201

7.3.2　面向不规则目标结构的编译器（可重定位编译器）202

7.3.3　集成程序系统205

7.4　片上系统的设计205

7.4.3　在SOC仿真中的问题206

7.4.4　一个挑战：片上系统的测试206

7.4.2　微机械系统：数字、模拟和机械世界的连接206

7.4.1　概念与规范206

7.4.5　SOC设计实例207

参考文献208

第8章　表格化的设计形式211

8.1　网络列表形式211

8.2 SPICE格式212

8.2.1　SPICE网络列表的格式212

8.2.2　控制指令的格式213

8.2.3　一个SPICE网络列表的例子214

8.3　EDIF（电子设计交换格式）215

8.3.1　“EDIF200”的结构与组件216

8.3.2　一个EDIF网络列表的实例217

8.4　SDF格式218

8.4.1　SDF格式的目标218

8.4.2　设计过程中的SDF数据219

8.4.3　SDF的结构与元器件221

8.4.4　一个SDF例子222

参考文献223

建模和验证227

第9章　设计验证227

9.1　仿真验证227

9.2　形式验证的基本操作法231

9.3　静态定时分析232

9.4　临界信号的识别233

9.5　借助可编程器件进行验证234

参考文献235

第10章　模拟仿真236

10.1 SPICE设计方案237

10.1.1　分析类型237

10.1.2　用网表描述电路237

10.1.3　历史238

10.1.4　SPICE的数学方法239

10.1.5　SPICE的程序结构243

10.2　SPICE晶体管模型244

10.2.1　双极型晶体管244

10.2.2　MOSFET251

10.3　运算放大器模型258

10.3.1　器件模型258

10.3.2　ABM模型259

10.3.3　运算放大器的宏模型261

10.4　判断模拟电路稳定性的闭环增益分析264

参考文献267

第11章　数字仿真268

11.1　数字仿真有什么用268

11.2　仿真模型和集成电路270

11.3　标准化数字模型的SDF格式270

11.4.1　证明规定功能的数字仿真器272

11.4　数字电路仿真系统的结构272

11.4.2　逻辑值系统273

11.5　证明电路可测试性的故障仿真275

11.6　仿真的功效和应用276

11.6.1　实例：“与非”电路276

11.6.2　实例：RS触发器280

11.7　证明电路可测试性时仿真器的效能289

11.8　用设计例子“七段译码器”看故障仿真的功效289

11.9　设计举例“带进位的16位计数器”的故障仿真293

11.9.1　“4位计数器”模块293

11.9.2　16位计数器电路298

11.10　用不同工具描述电路304

11.11　数字仿真的效率极限和大型设计的处理304

参考文献305

12.1　概述306

12.2　不同抽象级上的仿真306

第12章　混合信号仿真306

12.3　混合信号仿真的方案307

12.3.1　要求和仿真过程307

12.3.2　单独的仿真器309

12.3.3　总仿真器：PSPICE举例309

12.4　应用举例312

12.4.1　举例：CMOS环形振荡器312

12.4.2　举例：锁相环（PLL）313

参考文献315

第13章　系统仿真316

13.1　概述316

13.1.1　系统仿真的原因316

13.1.2　系统仿真的实现，模型构成316

13.1.3　系统仿真器的概况318

13.1.4　展望：VHDL-AMS321

13.2.1　引言325

13.2　信息技术的系统仿真325

13.2.2　信号处理算法仿真326

13.2.3　仿真器耦合333

13.3　微系统技术的系统仿真334

13.3.1　对仿真的要求334

13.3.2　微系统技术的模型化336

13.3.3　微系统技术用的仿真器连耦合342

13.4　特殊应用结果的表示344

参考文献347

第14章　形式验证350

14.1　模型检验351

14.2　等效检验351

14.3　基础技术352

14.3.1　判定图352

14.3.2　特征图354

14.4.1　等效的有限自动机355

14.4　顺序电路355

14.4.2　并行过程的模型化357

14.5　综合过程的正确性358

14.5.1　扫描路径生成358

14.5.2　版图综合358

14.6　设计验证359

参考文献359

第15章　易测试的设计361

15.1　芯片测试的意义361

15.2　黑盒测试362

15.3　故障模型362

15.3.1　黏着故障模型363

15.3.2　单元故障模型364

15.3.3　硬桥接故障365

15.3.4　参数故障365

15.3.5　晶体管故障366

15.4　为组合电路产生测试模板367

15.4.1　布尔微分368

15.4.2　不可发现的故障371

15.4.3　通过路径敏化产生测试模板372

15.4.4　故障仿真376

15.4.5　测试模板发生器的优化377

15.4.6　信号的可控性和可观察性378

15.4.7　测试模板的顺序381

15.5　顺序电路381

15.5.1　扫描路径382

15.5.2　有扫描路径能力的电路384

15.5.3　无扫描路径的顺序电路测试385

15.6　测试能力设计387

15.6.1　通用测试387

15.6.2　特征码分析389

15.6.3　片上产生的测试输入390

15.6.4　编码的应用391

15.6.5　多重计算的原理394

15.7　边界扫描395

15.7.1　边界扫描单元397

15.7.2　TAP控制器397

15.8　IDDQ测试399

15.8.1　功能上不可识别的缺陷399

15.8.2　IDDQ测试模板400

15.8.3　IDDQ阈值401

15.8.4　IDDQ测量原理401

15.8.5　IDDQ可测试性402

15.9　其他参数测试403

15.10　芯片的可靠性403

参考文献404

16.1　概述409

16.1.1　专用集成电路的工艺特征数据409

第16章　专用集成电路（ASIC）409

实现409

16.1.2　专用集成电路（ASIC）的设计目标410

16.1.3　CD机研究，ASIC作为关键部件410

16.2　设计方式411

16.2.1　全定制设计方式412

16.2.2　标准单元413

16.2.3　宏单元415

16.2.4　门阵列415

16.2.5　可编程门阵列：FPGA417

16.2.6　设计方式比较418

16.3　经济性评述420

16.3.1　作为产品的ASIC420

16.3.2　固定成本420

16.3.3　可变费用422

16.3.4　设计方式比较423

参考文献425

第17章　库设计方案426

17.1　数字器件库427

17.2　引脚焊盘单元库437

17.3　库标准（VITAL）439

17.4　模拟库444

17.5　宏库445

17.6　用于印制电路板设计（IBIS）的库446

17.7　库的维护和移植447

参考文献449

第18章　可编程逻辑电路450

18.1　可编程逻辑电路的基本思想450

18.1.1　历史的里程碑450

18.1.2　由存储器到可编程逻辑电路450

18.1.3　编程点的实现可能性452

18.2　简单可编程组合逻辑电路453

18.2.1　PAL的基本方案453

18.2.2　内部反馈和可断开的输出驱动器455

18.2.3　可编程极性456

18.2.4　与项的多次赋值457

18.3　简单顺序可编程逻辑电路458

18.3.1　可编程寄存器输入458

18.3.2　带输出寄存器的PLD459

18.3.3　寄存器输入端的异或门461

18.3.4　输入对输出的算术运算463

18.3.5　异步寄存器功能466

18.3.6　通用阵列逻辑GAL 16V8（V：Versatile通用）466

18.4　PLD编程469

18.4.1　GAL 16V8的编程469

18.4.2　编程的计算机支持470

18.4.3　JEDEC格式471

18.5　复杂的可编程逻辑电路473

18.5.1 ALTERA公司的多阵列矩阵（MAX）473

18.5.2 XILINX公司的逻辑单元阵列（LCA）474

18.5.3 ACT元件，ACTEL公司的FPGA475

18.5.4　复杂CPLD或FPGA的设计过程476

18.5.5　比较与展望477

18.6　资料来源478

18.6.1　参考文献478

18.6.2　可编程逻辑电路的供货商478

18.6.3　专门针对某个生产厂的设计工具的供货商479

18.6.4　编程器的供货商479

第19章　半导体工艺480

19.1　硅平面技术的基础知识480

19.1.1　序言480

19.1.3　光刻481

19.1.2　氧化481

19.1.4　掺杂483

19.1.5　层的淀积486

19.2　双极工艺488

19.2.1　工艺说明488

19.2.2　可集成的元件490

19.3　NMOS和CMOS工艺493

19.3.1　NMOS工艺493

19.3.2　CMOS技术497

19.4　工艺的继续发展501

19.4.1　高频双极工艺501

19.4.2　双极互补型金属氧化物半导体（BiCMOS）502

参考文献502

第20章　集成电路技术504

20.1　概述504

20.1.2　双极型工艺的模型公式505

20.1.1　各项工艺的使用范围505

20.1.3 MOS工艺的模型公式507

20.1.4　寄生元件、晶体管、导线508

20.1.5　噪声510

20.1.6　标量510

20.2　模拟电路511

20.2.1　匹配原则511

20.2.2　与温度的关系513

20.2.3　基本元件513

20.2.4　放大器基本电路522

20.2.5　差动放大器526

20.2.6　跨导放大器528

20.2.7　运算放大器529

20.2.8　电流和电压的基准532

20.2.9　振荡器535

20.3　数字电路538

20.3.1　基本元件539

20.3.2　触发器542

20.3.3　读写存储器（RAM）542

20.4　数模和模数转换器544

20.4.1　数模转换器544

20.4.2　模数转换器546

参考文献548

第21章　几何版图设计550

21.1 CMOS电路版图设计550

21.1.1　引言550

21.1.2　CMOS版图的层550

21.1.3　CMOS版图与“闩锁”现象555

21.1.4　CMOS中的电阻557

21.1.5　CMOS电路中的电容器559

21.1.6　CMOS中的二极管和双极型三极管561

21.1.7　模拟技术中CMOS布局特殊性563

21.1.8　衬底耦合566

21.2　标准单元布局567

21.2.1　引言567

21.2.2　标准单元的抽象568

21.2.3　平面图571

21.2.4　布局573

21.2.5　布线574

21.3　LEF数据格式575

21.4　GDSⅡ格式578

参考文献579

第22章　几何形状的验证582

22.1 引言582

22.2.1　逻辑连接583

22.2.2　选择命令（Select）583

22.2　层的预加工583

22.2.3　尺寸命令（Sizing）584

22.3　设计规则的检查（DRC）584

22.4　线路提取588

22.5　寄生电容和电阻的提取590

22.6　电气规则检查592

22.7　版图与电路图的比较检查592

参考文献593

第23章　装配与封装技术594

23.1　电路小片的装配594

23.1.1　粘结装配594

23.1.2　通过焊接的装配597

23.1.3　低共熔装配597

23.1.4　测量技术和检验技术598

23.2　电气连接599

23.2.1　焊丝焊接599

23.2.2　材料的可焊接性602

23.2.3　倒装晶片技术603

23.2.4　测量和检验技术605

23.3　封装技术606

23.3.1　金属封装607

23.3.2　陶瓷封装608

23.3.3　塑料封装608

23.3.4　其他封装工艺610

23.3.5　测量和检验工艺610

23.3.6　标记和使用611

参考文献611

第24章　印制电路板工艺612

24.1　连接技术的要求612

24.2　印制电路板的制造614

24.3　电路图像载体的制造：重复生产技术的胶片模板616

24.4　钻孔和仿形铣削617

24.4.1　钻孔618

24.4.2　仿形铣削620

24.5　使用光刻胶平版印刷法实现图形转印620

24.6　腐蚀技术621

24.7　金属沉积623

24.7.1　电镀法金属沉积624

24.7.2　无电流金属沉积624

24.8　其他工序625

24.9　组装与连接工艺625

24.10　MCM——多芯片模块626

24.11　展望与趋势627

参考文献628

第25章　计算机支持的电路板设计630

25.1　引言630

25.2　设计流程630

25.3　电路图输入631

25.4　布局636

25.4.1　预先的考虑636

25.4.2　设计规则637

25.4.3　栅格尺寸637

25.4.4　电路板的几何尺寸638

25.4.5　定位639

25.4.6　布线642

25.4.7　反标注644

25.4.8　输出数据647

参考文献　652

练习实例655

第26章　EDA练习655

26.1　系统级设计655

26.2　通过线路图输入完成设计657

26.3　通过VHDL中高级语言描述完成设计658

26.4　通过仿真来验证661

26.5　在FPGA上综合和仿真663

26.6　采用ASIC标准单元技术的综合程序666

26.7　端口单元电路的补充，总体设计的测试方案和验证668

26.8　用标准单元设计格式的设计布局与布线669

26.9　芯片安装，印制电路板混合设计671

参考文献673

附录677

附录A　符号677

附录B　VHDL-Syntax684

附录C　包693

附录D　EDA行业的公司和机构699

附录E　EDA的相关标准708

附录F　应用符号712

作者介绍714