CMOS大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)：英文版

定　價(jià)：￥125.00

作　者：	（澳）尼爾H.E.威斯特（Neil H.E.Weste），大衛(wèi)·哈里斯（David Harris）著
出版社：	機(jī)械工業(yè)出版社
叢編項(xiàng)：	經(jīng)典原版書(shū)庫(kù)
標(biāo)　簽：	集成電路

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ISBN：	9787111159179	出版時(shí)間：	2005-05-01	包裝：	平裝
開(kāi)本：	24cm	頁(yè)數(shù)：	967	字?jǐn)?shù)：

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書(shū)詳細(xì)介紹了在一個(gè)芯片上設(shè)計(jì)復(fù)雜和高性能CMOS系統(tǒng)的現(xiàn)代化技術(shù)。作者結(jié)合理論和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，解釋了芯片設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化操作，包括時(shí)鐘、閉鎖、動(dòng)態(tài)電路、接插件工程、SPICE和模擬。本書(shū)充分反映了近十年中集成電路設(shè)計(jì)方面的巨大進(jìn)展。與前兩版相比，本版增添了更多的內(nèi)容，包括裝置、接插件和時(shí)鐘的最新資料，介紹了設(shè)計(jì)圖表和簡(jiǎn)單CMOS電路布局，更新了非理想晶體管行為和設(shè)計(jì)意圖的討論，擴(kuò)展介紹了接插件等。本書(shū)適合作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的教材。本書(shū)特點(diǎn)：提供高性能CMOS電路設(shè)計(jì)的權(quán)威性論述。單一的RC延遲模型和邏輯成果的綜合，作為討論快速電路和估計(jì)延遲的手段。更關(guān)注功率和泄漏。介紹SPICE模擬和處理特性。介紹高性能domino電路和電路缺陷。詳細(xì)介紹時(shí)鐘和閉鎖技術(shù)。統(tǒng)一論述高性能CMOS加法器比較技術(shù)。包含現(xiàn)代處理技術(shù)的實(shí)例。從實(shí)用的角度介紹Verilog和VHDL。本書(shū)前言前言自本書(shū)第1版出版以來(lái)的20年中，CMOS技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中取得了顯著的地位，并廣泛用于個(gè)人計(jì)算機(jī)。自本書(shū)第2版出版以來(lái)的10年中，CMOS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得Internet和無(wú)線(xiàn)通信迅猛發(fā)展。目前最先進(jìn)芯片的晶體管數(shù)和時(shí)鐘頻率已經(jīng)以數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。重新編寫(xiě)本書(shū)是為了反映在過(guò)去10年中集成電路設(shè)計(jì)方面的巨大發(fā)展。雖然基本原理是相同的，但由于晶體管預(yù)算和時(shí)鐘速度的增長(zhǎng)、能耗的增加以及生產(chǎn)率和CAD工具的提高，在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了巨大的變化。如何使用本書(shū)本書(shū)旨在一學(xué)期內(nèi)覆蓋較其他課程更寬和更深的內(nèi)容，適于本科第一門(mén)VLSI課程，對(duì)于研究生課程也足夠詳細(xì)，對(duì)于實(shí)際從業(yè)的工程師來(lái)說(shuō)，這也是一本有用的參考文獻(xiàn)。我們鼓勵(lì)根據(jù)興趣選擇主題。第1章概覽了全部?jī)?nèi)容，而后續(xù)的章節(jié)詳細(xì)描述了具體的主題。如果不需要理解其后的小節(jié)，可以將帶標(biāo)記的小節(jié)作為可選內(nèi)容，在第一次閱讀時(shí)跳過(guò)，然后當(dāng)涉及到相關(guān)內(nèi)容時(shí)再返回閱讀。我們已經(jīng)盡量多地配上插圖以便于更直觀地思考。對(duì)于本書(shū)的例子，我們強(qiáng)烈建議你在閱讀答案之前自己思考。我們也為需要深入了解本書(shū)中介紹的主題的讀者提供了豐富的參考文獻(xiàn)。我們強(qiáng)調(diào)工業(yè)界中所應(yīng)用的最佳實(shí)踐，并對(duì)容易犯的錯(cuò)誤提出了警告。隨著技術(shù)和應(yīng)用的變化，對(duì)具體電路優(yōu)劣的判斷可能會(huì)變得不正確，但我們相信試圖把好的和壞的分開(kāi)是作者的責(zé)任。輔助材料更新和擴(kuò)展已有輔助材料是本版的主要目的。我們?yōu)榻處熀蛯W(xué)生提供了大量的補(bǔ)充材料。所有這些材料都可以在本書(shū)的參考書(shū)網(wǎng)站（www.aw-bc.com/weste）上得到。學(xué)生使用的輔助材料包括：*有關(guān)第1章中8位微處理器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的配套手冊(cè)。*指向開(kāi)放源碼CAD工具和過(guò)程參數(shù)等的VLSI資源的鏈接集合。*包括部分習(xí)題答案的學(xué)生解答手冊(cè)。教師使用的輔助材料包括：*示例課程提綱。*VLSI入門(mén)課程的教學(xué)幻燈片。*包含習(xí)題解答的教師指導(dǎo)手冊(cè)。這些材料是專(zhuān)門(mén)為使用本書(shū)教學(xué)的教師準(zhǔn)備的，請(qǐng)聯(lián)系當(dāng)?shù)氐腁ddison-Wesley銷(xiāo)售代表或發(fā)郵件到aw.cse@aw.com以獲得如何得到這些材料的信息。致謝我（Neil）首先要感謝的是我的合著者DavidHarris，他確信由我來(lái)寫(xiě)該版可以得到好的效果。沒(méi)有他的持續(xù)努力，這本書(shū)不會(huì)存在。下一個(gè)要感謝的人是我的夫人Avril，她幾次三番地原諒了我：“決不再寫(xiě)書(shū)了”—但我又一次食言。在過(guò)去的10年里，我與我的同事一起在輻射通信/思科系統(tǒng)工作。我學(xué)到了很多關(guān)于信號(hào)和射頻CMOS電路相混合的從概念到生產(chǎn)的知識(shí)。這些經(jīng)驗(yàn)加入到了這個(gè)版本中。GordonFoyster編寫(xiě)了將掩模設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為postscript的軟件，這在10年前可是很不輕松甚至不可思議的工作。SteveAvery就如何處理掩模工藝給出建議，并提出其他各種圖書(shū)專(zhuān)業(yè)性的意見(jiàn)。GeoffSmith綜合了第1章中布局和布線(xiàn)的例子，并與Gordon一起提供了設(shè)計(jì)方法論的建議。JaredAnderson綜合了第8章中所介紹的MATLAB和NCO合成。PhilRyan、GregZyner和MikeWebb提供了數(shù)字方法論和設(shè)計(jì)管理的背景。AndrewAdams、JeffreyHarrison和JohnOlip在射頻問(wèn)題上指導(dǎo)了我。RodneyChandler提供了ADC的理論和實(shí)踐。BrianHart為第12章中的INL/DNL結(jié)構(gòu)做了貢獻(xiàn)。TomMcDermott提供了軟件指南和其他的資料。ChrisCorcoran利用廢棄的膝上型電腦以及從表面上看不可超越的軟件和網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，使我從困惑中走出來(lái)。JohnO誗ullivan提供了本版中的一些照片。BronwynForde給予了后勤援助。DaveLeonard和BillRossi從遠(yuǎn)方給予了支持。最后，我要為我們之間富有成果的協(xié)作感謝我的長(zhǎng)期商務(wù)伙伴和朋友DaveSkellern、ChrisBeare和DonMacLennan，也感謝思科系統(tǒng)對(duì)于這個(gè)修訂版本給予的支持。與第2版相比，第2版是在馬薩諸塞州的地下室中完成的，使用的是蘋(píng)果Macintosh和SymbolicsIvory處理器。這個(gè)版本主要是使用最近10年來(lái)已經(jīng)普及的技術(shù)完成的。這個(gè)版本包含了遍布于澳大利亞和世界各地家庭、旅館和機(jī)場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)熱點(diǎn)和ADSL的內(nèi)容，PC和Mac膝上型電腦技術(shù)在這個(gè)修訂版中也有大量的篇幅——提供在任何地點(diǎn)和任何時(shí)間工作的能力。我（David）感謝與我一起工作多年的優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)者M(jìn)arkHorowitz、JonathanAllen、BillDally、IvanSutherland、JasonStinson、SamNaffziger、TomFletcher和斯坦福的Horowitz小組，是他們影響了我認(rèn)識(shí)電路的方法。我希望能夠通過(guò)本書(shū)傳遞他們教授我的見(jiàn)識(shí)。我也要感謝倫敦大學(xué)帝國(guó)學(xué)院的PeterCheung，他在一個(gè)忙于著作的夏天招待了我。我們感謝給我們審閱和提出意見(jiàn)的很多人，他們是Bharadwaj“Birdy”Amrutur、JacobBaker、KerryBernstein、NeilBurgess、KrishnenduChakrabarty、C.K.Chen、BillDally、NanaDankwa、AzitaEmami-Neyestanak、ScottFairbanks、TomFletcher、JimFrenzel、ClaudeGauthier、RonHo、DavidHopkins、Nan“Ted”Jiang、MarcieKarty、StephenKeckler、FabianKlass、TorstenLehmann、RichLethin、MichaelLinderman、DeanLiu、WagdyMahmoud、ZiyadMansour、SimonMoore、AliceParker、BradenPhillips、ParameswaranRamanathan、JustinSchauer、AshokSrivastava、JamesStine、GuWei、KenYang和EvelinaYeung。JaehaKim、TomGrutkowski和CeciliaKrasuk為大部分原稿提供了全面的技術(shù)審閱。在此，我們對(duì)未提到的幫助者表示歉意。感謝TSMC許可我們?cè)谠S多例子中使用180nmSPICE模型。MOSISService為眾多的其他過(guò)程提供了已測(cè)試的SPICE參數(shù)。Artisan提供了TSMC180nm元素庫(kù)中的數(shù)據(jù)表頁(yè)。HarveyMudd學(xué)院提供了由KevinMapp拍攝的芯片圖。SteveRubin提出了用于產(chǎn)生許多布局的開(kāi)放源碼電子編輯器。來(lái)自幾個(gè)公司的設(shè)計(jì)者未署名地提供了9.12節(jié)的芯片設(shè)計(jì)問(wèn)題的“warstories”。我們感謝你們的“warstories”，并將它們作為下個(gè)版本的候選內(nèi)容。理想的故事就像偵探小說(shuō)從征兆開(kāi)始，然后是追蹤bug的過(guò)程，再以錯(cuò)誤電路的簡(jiǎn)圖和校正的方法結(jié)束。2002、2003和2004年春在HarveyMudd學(xué)院的E158CMOSVLSI課程和在QualcommandSunMicrosystems的工程師課程上測(cè)試了原稿的草稿。幫助我們改進(jìn)原稿的工程師包括MattAldrich、KevinAlley、ChiBui、AyoobDooply、TrevorGile、BradGreer、ShamitGrover、EricHenderson、NickHertl、NicoleKang、ClarkKorb、KarenLee、Li-JenLin、MichaelLinderman、MarkLocascio、ReneeLogan、DimitriosLymberopoulos、KhurramMalik、CharlesMatlack、JoePetolino、GeoffShippee、JoshuaSmallman、KeithStevens、AaronStratton、YushiTian、DanielWoo和AmyYang。HarveyMudd學(xué)院的GenevieveBreed、MatthewErler、TommyLeung和DavidDiaz開(kāi)發(fā)了很多貫穿全書(shū)的仿真和圖形。DavidDiaz、SeanKao和DanielLee幫助提供了HarveyMudd學(xué)院的MIPS處理器實(shí)例。MaxYi給出了附錄A和附錄B中的MIPS實(shí)例。Addison-Wesley利用繁重的評(píng)論和生產(chǎn)過(guò)程做了令人欽佩的工作。我們特別感謝編輯MaiteSuarez-Rivas、MattGoldstein和JulietSilveri，版面文字編輯KathySmith，以及排版人員和美工GillianHall。在David還是嬰兒時(shí)SallyHarris就已經(jīng)在編輯家庭叢書(shū)。她用驚人的注意力發(fā)現(xiàn)了許多錯(cuò)誤，她（在DanielHarris的幫助下）還主動(dòng)檢查了參考書(shū)目。我們已經(jīng)意識(shí)到，如此篇幅的書(shū)出現(xiàn)錯(cuò)誤是不可避免的，為此我們也很苦惱。剩余的錯(cuò)誤是我們自己的過(guò)失。請(qǐng)查閱www.aw-bc.com/weste上的勘誤表，是否書(shū)中的錯(cuò)誤已經(jīng)注明。將包含你的名字和地址的記錄發(fā)送到bug@cmosvlsi.com。

作者簡(jiǎn)介

　　尼爾H.E.威斯特，于澳大利亞阿德雷德大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前是NHEWR&DPty有限公司的董事，同時(shí)還是麥考瑞大學(xué)和阿德雷德大學(xué)的客座教授。他的研究領(lǐng)域包括無(wú)線(xiàn)技術(shù)、片上系統(tǒng)、模擬、RF和數(shù)字IC設(shè)計(jì)等。大衛(wèi)·哈里斯，于1994年在麻省理工學(xué)院獲得工程碩士學(xué)位，1999年在斯坦福大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前是HarveyMudd學(xué)院工程系副教授。他擁有7項(xiàng)專(zhuān)利，并曾為SunMicrosystems公司、Intel公司、HP公司和Evans&Sutherland公司設(shè)計(jì)芯片。他的研究領(lǐng)域包括高速CMOSVLSI設(shè)計(jì)、微處理器和計(jì)算機(jī)算法。

圖書(shū)目錄

CHAPTER  Introduction
1．1 A Brief Historv
1．2 Book Summarv
1．3 MOS Transistors
1．4 CMOS Logic
1．4．1 The Inverter
1．4．2 The NAND Gate
1．4．3 Combinational Logic
1．4．4 The NOR Gate
1．4．5 Compound Gates
1．4．6 Pass Transistors and Transmission Gates
1．4．7 Tristates
1．4．8 Mmdplexers
1．4．9 Latches and Flip—Flops
1．S CMOS Fabrication and Lavout
1．5．1 Inverter Cross—section
1．5．2 Fabrication Process
1．5．3 ．Layout DesigTl Rules
1．5．4 Gate Lavout
1．5．5 Stick Design Rules
1．6 Design Panitioning
1．7Example:A Simple MIPS Microprocessor
1．7．1 MIPS Architecture
1．7．2 MulticVCle MIPS Microarchitecture
1．8 Logic Desiin
1．8．1 Top-1evel Interface
1．8．2 Block Diaizram
1．8．3 Hierarchv
1．8．4 Hardware Descri—on Languages
1．9Circuit Description Languages
1．10 Phvsical Design
1．10．1 Floorplanning
1．10．2 Standard Cells
1．10．3 Snap—together Ceus
1．10．4 Slice P1ans
1．10．5 Area Estimation
1．11 Design Verification
1．12 Fabl-ication，Packaging，and Testing
Summarv
Exercises
CHAPTER 2 MOS Transistor Theory
2．1 Introduction
2．2 Ideal I-V Characteristics
2．3 C—V Chara~teristics
2．3．1 Simpk MOS Capacitance Models
2．3．2 Detailed Mos Gate capacitance Model
2．3．3 Detailed Mos Diffusion Capacitance Model
2．4 Nonideal -V Effects
2．4．1 Velocity Saturation and Mobmty Degradation
2．4．2 Channel Length Modulation
2．4．3 Bodv Efiect
2．4．4 Subthreshold Conduction
2．4．5 Tunction Leakage
2．4．6 Tunnehng
2．4．7 Temperature Dedendence
2．4．8 Geometry Dedendence
2．4．9 Summalw
2．5 DC Transfer Characteristics
2．5．1 Complementalw CMOS Inverter DC Characteristics
2．5．2 Beta Rati0 Efiects
2．5．3 Noise Margin
2．5．4 Ratioed Inverter Transfer Function
2．5．5 Pass Trartsistor DC Characteristics
2．5．6 Tristate Inverter
2．6 Switch-1evel RC Delav Models
2．7Piftalls and Fallacies
Summaw
Exercises
CMOS Processing Technology
3．1 Introduction
3．2 CMOS Technologies
3．2．1 Backuxound
3．2．2 Wafer Formation
3．2．3 Photolithography
3．2．4 WeU and Channel Formation
3．2．5 Smcon Dioxide(Si02)
3．2．6 Isolation
3．2．7 Gate Oxide
3．2．8 Gate alld Soufce／Drain Formation
3．2．9 Contacts and Metauization
3．2．10 Passivation
3．2．11 Metrolon
3．3 Layout Design Rules
3．3．1 Design Rule Background
3．3．2 Scribe Line and Other Structures
3．3．3 MOSIS Scalable CMOS Design Rules
3．3．4 Micron Design Rules
3．4 CMOS Process Enhancements
3．4．1 Transistors
3．4．2 Interconnect
3．4．3 Cirucit Elements
3．4．4 Beyond Conventional CMOS
3．5 Technology-related CAD Issues
3．5．1 Design Rule Checl(ing(DRC)
3．5．2 Circuit Extraction
3．6 Manufacturing Issues
3．6．1 Antenna Rules
3．6．2 Layer Dcnsit Rules
3．6．3 Resolution Enhancement Rules
3．7Pitfalls and Fallacies
3．8 Historical Perspective
Summarv
Exercises
CHAPTER 4 Circuit Characterization and
Performance Estimation
4．1 Introduction
4．2 Delav Estimation
4：2．1 RC Delav Models
4．2．2 Linear Delav Model
4．2．3 Logical Efrort
4．2．4 Parasitic Delay
4．2．5 Limitations to the Linear Delay Model
4．3 Logical Effort and Transistor SIzing
4．3．1 Delav in a logic Gate
4．3．2 Delay in Multistage L0gic Networks
4．3．3 Choosing the Best Number 0f Stages
4．3．4 Exampk
4．3．5 Summary and Observations
4．3．6 Limitadons of Logical Efrort
4．3．7 Extracting Logical Efrort from Datasheets
4．4 Power Dissipation
4．4．1 Static Dissipation
4．4．2 Dvnamic Dissipation
4．4．3 Low-power Design 191
4．5 Interconnect
4．5．1 Resistance
4．5．2 Capadtance
4．5．3 Delay
4．5．4 Crosstalk
4．5．5 Inductance
4．5．6 Tempe：rature Dependence 216
4．5．7 An Aside on Efiectivc Resistance and Elmore Delay
4．6 Wire Engineering
4．6．1 Width and Spadng
4．6．2 Layer Sekction
4．6．3 Shielding
4．6．4 Repeaters 221
4．6．5 Implications for Logical Efrort
4．6．6 crosstalk Control
4．6．7 LOW-swing signallng
4．7 Design Margin
4．7．1 Supplv Vohage
4．7．2 Temperature
4．7．3 Process Variation
4．7．4 Design Comers
4．7．5 Matching
4．7．6 Delay Tracking
4．8 Reliabilitv
4．8．1 Reliabmty Terminolo
4．8．2 Electromigration
4．8．3 SeIf-heating
4．8．4 Hot Carriers
4．8．5 Latchup
4．8．6 Overv01tage Failure
4．8．7 Soft Etrots
4．9 Scaling
4．9．1 Transistor Scaling
4．9．2 Interconnect Scaling
4．9．3 Intemational Technology Roadmap for Semiconductors
4．9．4 Impacts on Design
4．10Pitfalls and Fallacies
4．11 Historical Perspective
Summary
Exercises
CHAPTER 5 Circuit Simulation
S．1 IntrOduction
5．2 A SPICE Tutorial
5．2．1 Sourccs and Passiv Components
5．2．2 Trartsistor DC Analvsis
5．2．3 Inverter Transient Analvsis
5．2．4 Subcircuits and Measurement
5．2．5 OptiInization
5．2．6 Other HSPICE Commands
5．3 Derice M0dels
5．3．1 Level 1 Models
5．3．2 Level2 and 3 Models
5．3．3 BSIM M0dels 288
5．3．4 Diffusion Capacitance Models
5．3．5 Design Comers
5．4 Device Characterization
5．4．1 I-V Characteristics 　
5．4．2 Tlareshold Voltage 　
5．4．3 Gate Capacitance 　
5．4．4 Parasitic Capacitance 　
5．4．5 Efiective Resistance 　
5．4．6 C0mparison of Processes 　
5．4．7 Process and Environmental Sensitivity
5．5 Circuit Charaterization
5．5．1 Path Simmations
5．5．2 DC Trartsfer Characteristics
5．5．3 Logical Effort
5．5．4 Power and Energy
5．5．5 Simulatinff Mismatches
5．5．6 Monte Carlo Simulation
5．6 Interconnect Simulation
5．7Piftalls and Fallacies
Summar
Exercises
CHAPTER 6 Combinational Circuit Design
6．1 Introduction
6．2 Circuit Famnies
6．2．1 Static CMOS
6．2．2 Ratioed Circuits
6．2．3 Cascode Voltage Switch Logic
6．2．4 Dynamic Circuits
6．2．5 Pass—transistor Circuits
6．3 Circuit Pitfaus
6．3．1 Threshold Drops
6．3．2 Ratio Failures
6．3．3 Leakage
6．3．4 Charise Sharing
6．3．5 Power Supply Noise
6．3．6 H0t Spots
6．3．7 Minority Cartier Injectioon
6．3．8 Back_ffate Coupling
6．3．9 Diflusion Input Noise Sensitivity
6．3．1Oprocess Scnsitivity
6．3．1Example:Domino Noise budgets1
6．4 More circuit Families
6．4．1 Difiercntial Circuits
6．4．2 Sensc—amplifier Circuits
6．4．3 BiCMOS Circuits
6．4．4 Other Circuit Fammes
6．5 LOW—power Lo百c Design
6．6 Comparison Of CirCUit Families
6．7 Silicon-on-Insulator Circuit Design
6．7．1 F10ating Body Vohage
6．7．2 SoI Advantages
6．7．3 SoI Disadvantages
6．7．4 Implicatioms for Circuit Stvles
6．7．5 Summarv
6．8Piftalls and Fallacies
6．9 Historical Perspective
Summarv
ExerciSes
Sequential Circuit Design
7．1 Introduction
7．2 Sequencing Static Circuits
7．2．1 Sequencing Methods
7．2．2 Max—Delay Constrajnts
7．2．3 Min—delay Constraints
7．2．4 Time Borrowing
7．2．5 Clock Skew 399
7．3 Circuit Design of Latches and Flip-flops
7．3．1 Conventional CMOS Latches
7．3．2 Conventional CMOS Flipp—llops
7．3．3 Pulsed Latehes
7．3．4 Resettable Latches and Flip—flops
7．3．5 Enabled Latches and Flip—floos
7．3．6 Incorporating Logic into Latches
7．3．7 K1ass Semidvnamic Flip—floo(SDFF)
7．3．8 Difierential Flip—flops 412
7．3．9 True Si．gle—phase—clock(TSPC)Latehes and FliP—flops
7．4 Static Sequencing Element Meethodology
7．4．1 Choice of E1ements
7．4．2 Low-power Sequential Design
7．4．3 Two—phase Timing Types
7．4．4 Characterizing Sequencing Element Delays
7．5 sequencing Dynamic Circuits
7．5．1 Tradi60nal Domino Circuits
7．5．2 Skew-tolerant Domino Circuits
7．5．3 Unfooted Domin0 Gate Timing
7．5．4 Nonmonotonic Techniques
7．5．5 Static—to—domino Interface
7．5．6 Delayed Keepers
7．6 synchronizers
7．6．1 Metastabmt
7．6．2 A Simple Synchromzer
7．6．3 Commumcatink Between Asynchronous Clock Domains
7．6．4 Common Synchronizer Mistakes
7．6．5 Arbiters
7．6．6 Degrees of Synchrony
7．7 Wave Pipelining
7．8Piftalls and Fallacies
7．9 Case Study：Pentium 4 and Itanium 2
Sequencing Methodologies
7．9．1 Pentium 4 Sequencing
7．9．2 Itanium 2 Sequencing
Summarv
Exercises
Design Methodology and Tools
8．1 Introduction
8．2 Structured Design Strategies
8．2．1 A Software Radio--A System Example
8．2．2 Hierarchv
8．2．3 Remlarity
8．2．4 Modularity
8．2．5 Locality
8．2．6 Summary
8．3 Design Methods
8．3．1 Microprocessor／DSP
8．3．2 Proammable Logic
8．3．3 Gate Array and Sea 0f Gates Design 507
8．3．4 Cell-based Design
8．3．5 Full Custom Design
8．3．6 Platform—based Design一System on a Chip
8．3．7 Summaly
8．4 DeSign FlOWS
8．4．1 Behavioral Syndlesis Design Flow(ASIC Design Flow) 522
8．4．2 Automated Layout Generation
8．4．3 Mixed—signal 0r Custom—desi Folw
8．4．4 Prozrammed Behavioral Synthesis 535
8．5 DeSign Economics
8．5．1 Non—recurring E11g111eering Costs(NREs)
8．5．2 Recurrin Costs
8．5．3 Fixed Costs
8．5．4 Schedule
8．5．5 Personvower
8．5．6 Proiect Manaement
8．5．7 Design Reuse
8．6 Data Sheets and Documentation
8．6．1 The Summary
8．6．2 Pinout
8．6．3 Description 0f operation
8．6．4 DC Speciticatlolls
8．6．5 AC Specifications
8．6．6 Package Diagram
8．6．7 Principks 0f Operation Manual
8．6．8 User Manual
8．7 Closing the Gap betwceil ASIC and Custom
8．7．1 MicroRrchitecture
8．7．2 Sequendng Overhead
8．7．3 Circuit Families
8．7．4 Logic  Design
8．7．5 CeU and Wire Design
8．7．6 Lavout
8．7．7 Process Variation
8．7．8 Summarv
8．8 CMOS Physical Design Styles
8．8．1 Static CMOS Gate Layout
8．8．2 Gelleral CMOS Layout Guidehlles
8．8．3 Layout optimization for Performance
8．9 Interchange Formrts
8．9．1 GDS2 Stream
8．9．2 Caltech Interme(1iate Format(CIF)
8．9．3 Library Exchange Format(LEF)
8．9．4 Design Exchange Format(DED
8．9．5 Standard Delay Format(SDF)
8．9．6 DSPF and SPEF
8．9．7 Advanced LibrarF Format(ALF)
8．9．8 WAVES Waveforrn and Vector Exchanffe Specmcation
8．9．9 Physical Design Exchange Format(PDEF)
8．9．1 0 OoenAccess
8．10 Historical Perspective
8．11Piftalls and fallacies
Exercises
CHAPTER 9 Testing and Verification
9．1 Introduction
9．1．1 Logic Verification
9．1．2 Basic Digital Debugging Hints
9．1．3 Manufacturing Tests
9．2 Testers Test Fixtures and Test Programs
9．2．1 Testers and Tost Fixtures 575
9．2．2 Test Prolrams
9．2．3 Handkrs
9．3 Logic Veriflcation Plinciples
9．3．1 Test Benches and Hamesses
9．3．2 Regression Testing
9．3．3 Version Control
9．3．4 Bug Tracliing
9．4 Silicon Debug P1inciples
9．5 Manufacturing Test Principles
9．5．1 Fault M0dels
9．5．2 Observabmnr
9．5．3 Controuability
9．5．4 Fault Coverae
9．5．5 Automatic Test Pattem Generation(ATPG)
9．5．6 DelayFaultTestinff
9．6 Design for Testability
9．6．1 Ad boc testinff
9．6．2 Scan Design
9．6．3 Builtyin Self-Test(BIST)
9．6．4 IDDQ．Testing 608
9．6．5 Design for Manufacturability
9．7 BoundaIw Scan
9．7．1 TheTest Access Port(TAP)
9．7．2 The Test L0gic Architecture and Test Access Port
9．7．3 The TAP Controlier
9．7．4 The Instruction Register
9．7．5 Test Data Registers
9．7．6 Summary
9．8 System—on—chip(SOC)Testing
9．9 Mixed—signal Testing
9．10 Reliability Testing
9．11 Testing in a University Environment
9．12Piftalls and fallacies
Summary
ExerCises
CHAPER 10 Datapath Subsystems
10．1 Inttoduction
10．2 AdditiordSubtraction
10．2．1 Sin-BIe．bit Addition
10．2．2 Cany—Propagate Adclin
l0．2．3 Adder Variallts 677
10．3 One／Zeleo Detectors
10．4 COmpaTators
10．4．1 Magnimde Compator
10．4．2 Equdity Comp~ator
10．4．3K=A+B Comparator
10．5 Counters
10．5．1 Binary Counters
10．5．2 Linear—feedback Shilt Registers 684
10．6 Boolean Logical OpeTations
10．7 Coding
10．7．1 Parity
l0．7．2 EITOr—correcting Codes
10．7．3 Grav Codes
10．7．4 XOR／XNOR Circuit Forms
10．8 Shifters
10．9 Multiplication
10．9．1 Unsigned Array Multiphcation
10．9．2 2，s Complement Artay Mulfiplication
10．9．3 Booth Enco1ing
10．9．4 Wdlace Tree Multiplication
10．9．5 Hybrid Multiplication
10．9．6 Fused Multiply-Add
10．9．7 serial Multiphcation
10．10 Parallel一prefix Computations
10．11Pitfalls and Fallacies
10．12 Historical Perspective
Summflry
Exercises
CHAPTER 11 Array Subsystems
11．1 Introcuction
11．2 SRAM
11．2．1 Memory CeU Read／Wfite Operadon
11．2．2 Decoders
11．2．3 BithRe ConditioninK aJld Column Circukry
11．2．4 Multi．ported sRAM and Register Files
11．2．5 Large SRAMs
11．2．6 Logical Efrort of RAMs and Register Files
11．2．7 case Study：Itanium 2 Cache
11．3 DRAM
11．3．1 Subarray Architectures
11．3．2 column circukry
11．3．3 ApPhcadons to CMOS Systerns—on—chip
11．4 Read—only Memory
11．4．1 Programmable ROMs
11．4．2 NAND ROMs
11．5 Serial Access Memories
11．5．1 Shm Registers
11．5．2 Queues(FIFO，LIFo)
11．6 Content．a(chǎn)ddressable Memory
11．7 Programmable Logic Atrays
11．8 Arra Yield,Reliability,and Self test
11．9 Historical Perspective
Summary
Exercj ses
CHAPTER 12 Special-purpose Subsystems
12．1 Introduction
12．2 Packaging
12．2．1 Package options
12．2．2 Chip—to—package Connections
12．2．3 Packare Parasi6cs
12．2．4 Heat Dissipafion
12．3 Power Distl-ibution
12．3．1 On—chip Power Distribudon Network
12．3．2 IR Drods
12．3．3 L di／dt N0ise
12．3．4 On—chip Bypass Capacitance
12．3．5 Power Network Modeling
12．3．6 Signal Return Paths
12．3．7 Power supply Filtering
12．3．8 Substrate Noise
12．4 I／O
12．4．1 Basic I／O Pad Circuits
12．4．2Example:MosIs I／0 Pads
12．4．3 Level Converters
12．5 Clock
12．5．1 Definitions
12．5．2 Clock System Arcmtecture
12．5．3 G10bal C10Ck Generation
12．5．4 G10bal Clock Distributioll
12．5．5 Local CloCk Gaters
12．5．6 Clock Skew Budgets
12，5．7 Adaptive Deskewing
12．5．8 Clocking Alternatives
12．6 Analog Circuits
12．6．1 MOS Small—signal Model
12．6．2 Common Source Amplifter
12．6．3 The CMOS Inverter as an Amplifier
12．6．4 Current Mirrors
12．6．5 Difietential Pairs
12．6．6 Simple CMOS operadonal Amplifier
12．6．7 Digital—t0一analog and Analog—to-digital converter Basics
12．6．8 Digital一to—analol Converters
12．6．9 Analog—t0一digital Converters
12．6．10 Ra(1io Frequency(RF)Circuits
12．6．11 Analog Summary
12．7 Piftalls and fallacies
12．8 Historica Perspective
Summarv
Exercises
APPENDIX A Verilog
A．1 Introduction
A．2 Behavioral Modeling With Continuous Assignments
A．2．1 Bimdse Operators
A．2．2 Comments and White Srace
A．2．3 Reduction Ooerators
A．2．4 Other Orators
A．3 Basic Constructs
A．3．1 Intemal Signals
A．3．2 Precedence
A．3．3 Constants
A．3．4 Hierarchv
A．3．5 Tristates
A．3．6 Bit Swizzling
A．3．7 Delays
A．4 Behavioral Modeling with Alwalvs Blocks
A．4．1 Registers
A．4．2 Latches
A．4．3 Counters
A．4．4 Combinadonal Logic
A．4．5 Memories 866
A．4．6 Bloclcing and Nonblocking Assignment
A．5 Finite State Machines
A．6 Parameterized Modules
A．7 Structural Primitives
A．8 Test Benches
A．9 Pitfalls
A．9．1 Verilog Style Guidelincs
A．9．2 Incorrect Stimulus List
A．9．3 Missing begin／end Block
A．9．4 Undefined Outputs
A．9．5 Incompkte Specification 0f Cases
A．9．6 Shorted Outputs 884
A．9．7 Incorrect Use 0f Nonblocking Assignments
A．10Example:MIPS Processor
APPENDIX B VHDL
B．1 Introduction
B．2 Behavioral Modeling with Concurrent Signal Assignments
B．2．1 Bitwise operators
B．2．2 Comments and Wmte Space
B．2．3 other operators 897
B．2．4 Conditional Signal Assignment Statements
B．2．5 Selected Signal Assignment Statements
B．3 Basic Constructs
B．3．1 Blocks，Entities，and Architectures
B．3．2 Internal Signals
B．3．3 Precedence
B．3．4 Hierarchy
B．3．5 Bit Swizzling
B．3．6 Types
B．3．7 Libralw and Use Clauses
B．3．8 Tristates
B．3．9 Delays
B．4 Behavioral Modeling With Process Statements
B．4．1 Flip—flops
B．4．2 Latches
B．4．3 Counters
B．4．4 Combinational Logic
B．4．5 Memories
B．5 Finite State Machines
B．6 Parameterized Blocks
B．7Example:MIPS Processor
References
Index