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第1章 绪论1

1.1 集成电路发展概况1

1.2 集成电路的分类3

1.3 集成电路设计方法5

1.4 电路设计自动化9

1.5 集成电路的制造10

思考题与习题11

第2章 半导体物理基础12

2.1 半导体简介12

2.1.1 半导体的基本特性12

2.1.2 常见晶体结构12

2.1.3 半导体的导电机制：扩散和漂移13

2.1.4 半导体的电导率16

2.2 半导体中的能带17

2.2.1 电子的量子态和能级17

2.2.2 半导体中的能带19

2.2.3 掺杂半导体中的能带23

2.2.4 半导体中热平衡状态下的费密分布函数24

2.2.5 半导体导带和价带中载流子浓度的确定26

2.3 接触理论29

2.3.1 同种半导体接触29

2.3.2 半导体与金属接触36

2.3.3 异种半导体接触39

思考题与习题42

第3章 半导体器件模型43

3.1 二极管模型43

3.1.1 二极管的定压降模型44

3.1.2 二极管的分段线性模型44

3.1.3 SPICE中的二极管模型45

3.1.4 SPICE中的二极管模型参数46

3.2 MOS器件模型46

3.2.1 MOS1模型47

3.2.2 MOS2模型48

3.2.3 MOS3模型51

3.2.4 BSIM3模型52

3.2.5 SPICE中的MOS模型参数54

3.3 双极型器件模型56

3.3.1 双极型器件模型的基本概念56

3.3.2 双极型器件的EM模型56

3.3.3 双极型器件的GP模型58

3.3.4 SPICE中的三极管模型参数59

思考题与习题61

第4章 集成电路制造与版图设计62

4.1 集成电路制造工艺62

4.1.1 晶圆准备62

4.1.2 硅的氧化63

4.1.3 薄膜沉积64

4.1.4 外延65

4.1.5 掺杂66

4.1.6 光刻67

4.1.7 刻蚀69

4.2 工艺集成70

4.2.1 双极型工艺70

4.2.2 CMOS工艺73

4.2.3 BiCMOS工艺80

4.2.4 无源器件82

4.2.5 存储器件83

4.3 版图设计87

4.3.1 版图几何设计规则88

4.3.2 模拟电路版图设计89

4.3.3 数字电路版图设计93

4.3.4 闩锁效应93

4.3.5 版图设计验证95

4.4 封装96

4.4.1 封装的作用96

4.4.2 封装的过程96

4.4.3 封装类型97

4.4.4 未来封装技术趋势100

思考题与习题100

第5章 模拟单元与变换电路102

5.1 电流源设计103

5.1.1 MOS电流源设计103

5.1.2 双极型晶体管电流源设计105

5.2 差分放大器设计107

5.2.1 MOS差分放大器设计107

5.2.2 双极型晶体管差分放大器设计108

5.3 MOS基准电压源设计109

5.4 CMOS运算放大器110

5.5 集成电压比较器113

5.6 D/A转换器114

5.7 A/D转换器116

5.8 滤波器119

思考题与习题121

第6章 数字单元电路122

6.1 基本逻辑门和性能分析122

6.1.1 CMOS反相器122

6.1.2 CMOS反相器的动态特性128

6.1.3 CMOS反相器的功耗132

6.1.4 CMOS与非门和或非门134

6.1.5 CMOS复杂逻辑门设计137

6.1.6 有比逻辑和TTL逻辑139

6.1.7 CMOS传输门和传输门逻辑141

6.1.8 CMOS门电路的优化设计142

6.2 组合逻辑电路144

6.2.1 多路选择器144

6.2.2 译码器145

6.2.3 加法器146

6.2.4 乘法器148

6.3 时序逻辑电路151

6.3.1 触发器151

6.3.2 流水线152

6.3.3 寄存器堆154

6.4 存储器组织155

6.4.1 存储器概述155

6.4.2 只读存储器156

6.4.3 可编程只读存储器158

6.4.4 静态随机存储器159

6.4.5 动态随机存储器161

6.4.6 地址译码器162

6.4.7 灵敏放大器163

6.5 微处理器单元165

6.5.1 微处理器概述165

6.5.2 MIPS指令集简介168

6.5.3 单周期CPU设计171

思考题与习题180

第7章 ASIC/SoC系统设计182

7.1 ASIC/SoC简介182

7.2 SoC设计方法183

7.3 代码编写技术184

7.3.1 Verilog HDL语言介绍184

7.3.2 编码风格187

7.4 FPGA功能验证188

7.5 综合技术189

7.5.1 综合的步骤189

7.5.2 综合策略190

7.5.3 常用综合约束介绍191

7.5.4 代码与综合结果197

7.6 门级验证技术198

7.6.1 静态时序分析198

7.6.2 形式验证200

7.6.3 动态仿真验证201

7.6.4 三种验证技术比较201

7.7 布图规划以及布局布线技术202

7.7.1 布图规划203

7.7.2 布局203

7.7.3 布线204

7.8 低功耗设计204

7.8.1 静态功耗205

7.8.2 动态功耗206

思考题与习题207

第8章 集成电路测试与可测试性设计208

8.1 测试原理与故障模型208

8.2 组合逻辑电路的测试方法211

8.3 组合逻辑电路的可测试性设计215

8.4 时序逻辑电路的测试方法218

8.5 时序逻辑电路的可测试性设计222

8.6 SoC测试226

思考题与习题228

第9章 集成电路设计工具与设计实例230

9.1 工业界流行的设计软件简介230

9.1.1 EDA简介230

9.1.2 模拟电路设计流程及相关EDA软件231

9.1.3 数字电路设计流程及相关EDA软件234

9.2 设计实例——LCD控制器237

9.2.1 模块划分和功能简介237

9.2.2 验证程序设计237

9.2.3 逻辑综合238

9.2.4 布局布线247

思考题与习题257

附录A PSPICE软件简介258

A.1 PSPICE的发展与特点258

A.2 PSPICE的组成259

A.2.1 电路原理图编辑程序Schematics259

A.2.2 激励源编辑程序Stimulus Editor259

A.2.3 电路仿真程序PSPICE A/D260

A.2.4 输出结果绘图程序Probe260

A.2.5 模型参数提取程序Model Editor260

A.3 PSPICE的模拟功能260

A.3.1 直流分析OP and DC261

A.3.2 暂态分析TRAN261

A.3.3 交流分析AC261

A.3.4 灵敏度分析SENS262

A.3.5 统计分析MC and WCASE262

附录B 半导体的主要物理参数263

参考文献264