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第一章EDA（电子设计自动化）的进展1

1.1引言1

1.2回顾3

一、产品开发过程4

二、电子设计跨过的三个时期9

三、人才、工具和库——集成电子系统设计的三个要素11

四、设计方法演变的沿革15

五、工具与设计方法学的变革更新系统集成的观念15

1.3展望90年代EDA工具发展的态势16

一、设计输入与构思工具的非编程化趋势16

二、开发混合信号和混合层次的EDA工具16

三、仿真仍然是EDA的“瓶颈”17

四、设计综合工具的开发方兴未艾18

五、深亚微米设计要求改进EDA工具20

六、可测性EDA工具的开发21

七、CO-DESIGN和虚拟设计环境的建立22

八、EDA工具接口标准化的进展23

九、EDA产业将成为一种以咨询为前景的行业24

1.4设计方法学上的进展25

一、ASIC和系统集成的设计方法25

二、集成系统的高层次设计方法28

三、扩大VHDL在系统设计的全程的应用28

四、同步设计32

五、可编程设计32

六、设计与半导体厂家、工艺和产品类别无关33

七、设计独立于工具34

八、虚拟原形设计34

九、集成系统的设计管理34

第二章微电子学基础知识37

2.1按工艺分类微电子产品37

一、双极工艺37

二、场效应工艺38

三、砷化镓材料工艺39

2.2场效应原理及MOS电路40

一、场效应及基本场效应方程41

二、NMOSFET的逻辑电路42

三、CMOS逻辑电路及其结构56

2.3 MOS工艺的图形设计环境66

一、五种MOS设计的图形环境66

二、NMOS反相器的图形设计环境67

三、CMOS反相器的图形设计环境68

四、CMOS工艺的版图设计规则71

2.4双极工艺及其微结构75

一、双极工艺75

二、ECL结构与逻辑79

三、集成注入逻辑82

四、BCMOS逻辑与微结构89

五、集成运算放大器92

2.5 GaAs MESFET工艺与微结构92

一、GaAsFET结构93

二、GaAs 工艺流程94

三、GaAs逻辑门94

四、GaAs的逻辑门的耦合形式96

2.6用于ASIC的其他新工艺与微结构96

一、SOS和SOI96

二、垂直CMOS97

三、在硅基片上的GaAs器件97

第三章算法描述及其结构映射98

3.1ASIC设计中的“工艺—算法—结构”98

一、工艺始终是ASIC设计中最活跃的因素98

二、算法开发是系统数据流设计的核心99

三、系统设计的任务分解初析100

3.2 加法器设计中的行为描述到算法映射101

一、IEEE浮点加法器101

二、IEEE浮点加法器的行为建模102

三、浮点加法器的数据结构和设计流图描述102

四、IEEE浮点加法器的算法设计与结构映射104

3.3乘法器设计中的行为描述到算法映射114

一、数字乘法器114

二、算法开发116

3.4组合逻辑设计中的数据流算法开发136

一、在可硬线连接的随机逻辑门中巧用卡诺图136

二、逻辑方程描述的组合逻辑中PLA结构最小化乘积项算法139

三、在真值表描述的组合逻辑中用ROM器件简化算法140

四、用PAL结构实现ASIC设计中的ROM微码编程148

3.5时序逻辑设计中的数据流算法处理149

一、简单的时序设计中的“状态转换—输出表”的方法149

二、用J—K触发器的一个复杂时序逻辑设计的例子151

三、使用状态表和状态转移图的时序逻辑电路设计159

第四章电子系统的描述与仿真168

4.1数字集成电路的描述168

一、文字描述与图形描述168

二、行为描述与结构描述172

三、硬件设计的层次与层次式描述175

4.2建模、仿真过程、算法和库178

一、验证设计178

二、电路模型179

三、模拟过程181

四、模拟算法182

五、模拟库183

六、高层次模拟器的发展184

4.3仿真、仿真器及仿真系统184

一、逻辑仿真及其实现184

二、仿真器与仿真系统188

三、仿真器的应用190

4.4混合信号和混合层次的仿真191

第五章VHDL和VHDL的仿真建模193

5.1VHDL的基本语言特征193

一、引言193

二、VHDL被接纳为IEEE标准193

三、传统设计与VHDL设计的对照194

四、VHDL的描述196

五、基本的VHDL术语和文法举例198

六、语句的并行性203

七、数据类型204

八、非常丰富的库函数支持208

九、一种适于文档的语言213

5.2 VHDL的基本语句215

5.3按VHDL的性能和功能建模221

一、引言221

二、建模的原理228

三、用VHDL完成非解释模型的建模230

四、非解释模块246

五、HYBRID建模（混合建模）267

六、结论279

第六章设计综合283

6.1引言283

6.2逻辑级综合287

一、逻辑综合的定义288

二、逻辑综合的过程289

三、逻辑综合的方法301

6.3 VHDL综合306

一、并行赋值语句描述的简单门306

二、IF控制流语句描述的较为复杂的综合307

三、CASE控制流语句描述的复杂综合309

四、简单顺序语句描述的综合例子311

五、较为复杂的顺序语句描述的综合例子315

六、状态机综合的例子318

6.4高层次综合331

一、高层次综合的定义331

二、高层次综合的主要内容331

三、调度与分配332

四、调度算法与分配算法333

五、行为级综合的举例334

六、高层次综合中存在的问题350

七、与版图综合的衔接352

6.5版图综合352

一、传统设计环境面临的挑战352

二、深亚微米的器件模型355

三、版图综合对设计方法学的要求363

6.6功率优化372

一、低功耗设计372

二、在高层次设计中并入低功率设计的方法学373

三、功率模型375

四、功率分析和估算的方法376

五、功率优化381

六、功率优化的方法383

6.7结论391

第七章数字系统的测试与可测试性设计392

7.1测试与可测试性的基本概念392

一、故障与故障模型393

二、永久故障与瞬时故障393

三、激励与响应394

四、测试码与测试矢量394

五、故障检测、定位及诊断394

六、测试、测试矢量与测试图形394

7.2数字集成电路中的故障模型394

一、逻辑门层次的故障模型395

二、晶体管层次的故障模型398

三、功能块层次的故障模型400

7.3测试生成与故障模拟400

一、测试图形的设计测试生成401

二、测试图形的评价 故障模拟407

7.4可测试性设计408

一、针对性可测试性设计方法409

二、扫描路径法410

三、可测试性设计的其他方法412

7.5静态电源电流测试413

一、IDDQ测试的基本概念413

二、IDDQ测试的测试图形413

三、片外电流测试与内建自测试414

四、电流边界值的设置及其他问题416

7.6小结416

第八章在系统集成中的可编程器件417

8.1可编程器件的发展417

8.2可编程器件的基本结构及其分类420

一、基本结构420

二、可编程逻辑器件的分类421

8.3可编程器件结构剖析426

一、简单PLD的“与”阵列平面/“或”阵列平面结构427

二、带宏单元的复杂PLD——EPLD429

三、FPGA442

8.4可编程器件的开发工具456

一、从可编程设计的难点456

二、PLD开发工具和JEDEC文件457

三、FPGA中配置数据459

四、FPGA的开发系统461

第九章设计实例464

9.1多功能数字钟专用集成电路设计实例464

一、定时专用集成电路THU96C02和多功能时钟464

二、集成电路的功能与输入接口描述465

三、集成电路THU96C02的输出接口467

四、THU96C02的设计：自然语言描述向结构描述的转换469

五、显示译码及液晶驱动电路477

六、定时器输出信号的形成及其他电路481

七、多功能定时器专用集成电路设计小结483

9.2交通灯控制器设计实例484

一、设计的规范与步骤484

二、设计描述484

三、交通灯控制器的VHDL设计描述486

四、交通灯仿真验证方案的设计描述488

五、用配置语句连接TLC和TLC_Test并实现设计描述的验证489

六、选择预定义的数据类型Bit490

七、用新的数类型改写TLC的电路描述494

八、定时器的设计描述495

九、控制器元件的设计细化498

十、定时器元件的设计细化507

十一、归纳510

9.3自动售货机控制器设计实例511

一、自顶向下地设计描述511

二、自动售货机初步分解520