数字集成电路 电路系统与设计 chapter1

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数字集成电路设计第1章引论讲义.

数字集成电路设计第1章引论讲义.

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2.4抗噪声能力
噪声容限描述的一个电路超过一个 噪声源的能力。 抗噪声能力则表明系统在噪声存在的情况下 正确处理和传递信息的能力。许多数字电路, 它们的噪声容限很小,但却有很好的抗噪声 能力。
4、工艺尺寸的缩小会使以抽象为基础的模型的其 它一些缺陷更为明显。例如时钟分布、电源分布 这样的问题更为关键。 5、工艺水平提高导致新的设计问题和约束条件会 不断出现。如功耗、器件和互连线寄生参数之间的 比例。 6、对一个设计进行检查和排错需要电路方面的 专门知识。
数字电路设计中运用的典型抽象层次按抽象程度增加的顺序依次为:
三、为什么在设计自动化可以解决所有的设计问题后, 我们还要去关心数字集成电路的设计呢?
原因如下:
1、工艺升级后,而模型库不能直接移植
2、对模块内部的理解。例如数字电路中对一个单元内部的 关键是时序路径的寻找 3、以抽象为基础的方法只在一定程度上是正确的。例如一个 加法器的性能还与其环境连接方式的影响。
二、功能性和稳定性
1电路响应出现偏离的原因: a,制造过程中存在差异 b,芯片上或芯片外存在的干扰噪声源。对数字电路而言,噪声 为指在逻辑节点上不希望发生的电压或电流的变化。 数字系统中的大多数噪声都是内部产生的,噪声的值与信号的 摆幅成正比。 如何克服这些噪声干扰是高性能数字电路设计所面临的主 要挑战之一。
噪声源可分为以下两种类型: A,与信号摆幅VSW成正比的噪声。它对信号节点的影响用gVsw来 表示 B,固定噪声。它对信号节点的影响等于fVNf,VNf是噪声源的幅值, 而f是从噪声到信号节点的传递函数

数字集成电路-电路系统与设计

数字集成电路-电路系统与设计

数字集成电路-电路系统与设计数字电路设计的抽象层次:器件->电路->门->模块->系统时钟偏差对全局信号都可能产⽣影响,是⾼性能⼤系统的设计关键。

集成电路的成本:固定成本+可变成本;固定成本可理解为研发成本,⾮重复的成本;可变成本可理解为⽣产制造(芯⽚成本和封测成本)过程中产⽣的成本,与良率也有关,控制芯⽚⾯积能够有效且直接的控制芯⽚成本。

⼀个门电路要想具有再⽣性,其VTC(电压传输特性)应当具有⼀个增益⼤于1的过渡区,以及增益⼩于1的合法区域,如下图:封装可按照封装材料,互连层数量,散热⽅式进⾏分类:封装材料:陶瓷封装、塑封(⾼分⼦聚合物)NMOS与PMOS,以增强型为例,NMOS VGS>Vth时导通,PMOS |VGS|>|Vth|时导通,且VGS<0。

CMOS反相器电压传输特性(VTC)推导:上式为CMOS上下管需要遵守的规则。

结合上式得到,下图为CMOS中上官PMOS部分不同栅极输⼊电压下,下管NMOS电流与输出电压的关系为了使NMOS和PMOS的传输特性能够符合上式DC成⽴,需要根据⼆者的V-I曲线找到交叉点,使其满⾜DC平衡找到上图中的DC平衡交叉点,并提取绘制得到CMOS的电压传输特性如下图,可以看出CMOS的电压传输特性具有再⽣性其中res表⽰呈电阻特性PMOS和NMOS的电流⽅向问题:源極的源是指載流⼦的起點;漏極的漏是指載流⼦的終點。

載流⼦從源極出發,穿過溝道,到達漏極,從外部看,載流⼦最終從漏極漏出去了。

顯然,NMOS和PMOS的載流⼦是不同的,因此導致了令⼈困惑的電流⽅向問題。

盯住載流⼦即可,別被電流⽅向迷惑。

可以簡單地認為,柵極和襯底間的電壓超過閾值後,漏極和源極就接通了,⽽電流⼤⼩則是由柵漏源三極間的電壓決定。

因為MOS是對稱結構,所以源極和漏極無區別且可互換。

關於D和S,也就是漏和源,其實是從⼯藝⾓度觀察的結果。

在MOS中,有兩種載流⼦,⼀種是電⼦,另⼀種是空⽳,標記為N和P。

《数字电路与系统设计》 第1章习题答案

《数字电路与系统设计》 第1章习题答案

106682367.doc1.1将下列各式写成按权展开式:(352.6)10=3×102+5×101+2×100+6×10-1(101.101)2=1×22+1×20+1×2-1+1×2-3(54.6)8=5×81+54×80+6×8-1(13A.4F)16=1×162+3×161+10×160+4×16-1+15×16-21.3二进制数00000000~11111111和0000000000~1111111111分别可以代表多少个数?解:分别代表28=256和210=1024个数。

1.4将下列个数分别转换成十进制数:(1111101000)2,(1750)8,(3E8)16解:(1111101000)2=(1000)10(1750)8=(1000)10(3E8)16=(1000)101.5将下列各数分别转换为二进制数:(210)8,(136)10,(88)16解:结果都为:(10001000)21.6将下列个数分别转换成八进制数:(111111)2,(63)10,(3F)16解:结果都为(77)81.7将下列个数分别转换成十六进制数:(11111111)2,(377)8,(255)10解:结果都为(FF)161.8转换下列各数,要求转换后保持原精度:解:(1.125)10=(1.0010000000)10——小数点后至少取10位(0010 1011 0010)2421BCD=(11111100)2 (0110.1010)余3循环BCD码=(1.1110)21.9用下列代码表示(123)10,(1011.01)2:解:(1)8421BCD码:(123)10=(0001 0010 0011)8421BCD(1011.01)2=(11.25)10=(0001 0001.0010 0101)8421BCD(2)余3 BCD码(123)10=(0100 0101 0110)余3BCD(1011.01)2=(11.25)10=(0100 0100.0101 1000)余3BCD1.10已知A=(1011010)2,B=(101111)2,C=(1010100)2,D=(110)2(1)按二进制运算规律求A+B,A-B,C×D,C÷D,(2)将A、B、C、D转换成十进制数后,求A+B,A-B,C×D,C÷D,并将结果与(1)进行比较。

数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计

数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计

数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
一、课程设计介绍
数字集成电路是现代电路设计中的重要组成部分,也是计算机科学与工程的重要分支。

本课程设计旨在通过对数字集成电路的系统与设计进行探究,并结合具体的案例来设计和实现数字集成电路,使学生能够熟悉数字集成电路的基本原理、设计方法和实现技术。

本课程设计主要包含以下内容:
1.数值系统和编码
2.逻辑功能设计:组合逻辑电路和时序逻辑电路
3.集成电路设计方法和流程
4.VHDL和FPGA实现数字逻辑电路
5.数字信号处理器
通过本次课程设计,学生将掌握数字集成电路的系统性设计思路和实现方法,具备数字电路设计的基本能力和实际操作技术,能够针对具体应用场景提出解决方案,实现数字电路的设计、验证和调试。

二、课程设计要求
1. 课程设计题目
本次课程设计的题目为“4位计数器设计”。

2. 软件工具
VHDL编程软件和EDA工具
1。

数字集成电路 电路系统与设计

数字集成电路 电路系统与设计

数字集成电路电路系统与设计
数字集成电路是指将若干个数字电路组合在一起,形成一个完整
的电路系统的过程。

数字集成电路充分利用了数字电子技术的优势,
将不同的数字电路模块集成至一个芯片上,从而大大提高了电路系统
的性能和可靠性。

数字集成电路的设计需要遵循特定的规范和标准,包括电路功能
的设计、电路参数的计算和选取,以及电路布局和制造等方面。

同时,数字集成电路的设计需要充分考虑电路系统的稳定性、抗干扰能力、
低功耗、高可靠性等特点,以满足不同应用场景的需求。

数字集成电路常常应用于各种高精度、高复杂度数字系统中,包
括计算机、通信系统、音视频处理、自动化控制等领域。

在数字集成
电路的设计和制造中,还需要根据具体应用场景选择不同的设计方案
和制造工艺,以获得最优性能和可靠性。

数字集成电路--电路、系统与设计

数字集成电路--电路、系统与设计

数字集成电路是现代电子产品中不可或缺的一部分,它们广泛应用于计算机、手机、汽车、医疗设备等领域。

数字集成电路通过在芯片上集成大量的数字电子元件,实现了电子系统的高度集成和高速运算。

本文将从电路、系统与设计三个方面探讨数字集成电路的相关内容。

一、数字集成电路的电路结构数字集成电路的电路结构主要包括逻辑门、寄存器、计数器等基本元件。

其中,逻辑门是数字集成电路中最基本的构建元件,包括与门、或门、非门等,通过逻辑门的组合可以实现各种复杂的逻辑功能。

寄存器是用于存储数据的元件,通常由触发器构成;而计数器则可以实现计数和计时功能。

这些基本的电路结构构成了数字集成电路的基础,为实现各种数字系统提供了必要的支持。

二、数字集成电路与数字系统数字集成电路是数字系统的核心组成部分,数字系统是以数字信号为处理对象的系统。

数字系统通常包括输入输出接口、控制单元、运算器、存储器等部分,数字集成电路在其中充当着处理和控制信号的角色。

数字系统的设计需要充分考虑数字集成电路的特性,包括时序和逻辑的正确性、面积和功耗的优化等方面。

数字集成电路的发展也推动了数字系统的不断完善和创新,使得数字系统在各个领域得到了广泛的应用。

三、数字集成电路的设计方法数字集成电路的设计过程通常包括需求分析、总体设计、逻辑设计、电路设计、物理设计等阶段。

需求分析阶段需要充分了解数字系统的功能需求,并将其转化为具体的电路规格。

总体设计阶段需要根据需求分析的结果确定电路的整体结构和功能分配。

逻辑设计阶段是将总体设计转化为逻辑电路图,其中需要考虑逻辑函数、时序关系、并行性等问题。

电路设计阶段是将逻辑电路图转化为电路级电路图,包括门电路的选择和优化等。

物理设计阶段则是将电路级电路图转化为实际的版图设计,考虑布线、功耗、散热等问题。

在每个设计阶段都需要充分考虑电路的性能、面积、功耗等指标,以实现设计的最优化。

结语数字集成电路作为现代电子系统的关键组成部分,对于数字系统的功能和性能起着至关重要的作用。

数字集成电路第1章PPT课件

数字集成电路第1章PPT课件
离子反应刻蚀 扩散
双极集成电路的基本制造工艺
掺硼P型硅作为衬底材料并进行初始氧化,以形 成二氧化硅表层,然后再进行隐埋层光刻以形 成一个窗口后进行N+层掺杂,接着就用外延层 所覆盖,故称隐埋层
制作隐埋层后,去除表面的二氧化硅,再进行N 型外延层生长
掺P型材料进行隔离扩散. 用第三块掩模版完成基区光刻
双极集成电路的基本制造工艺
基区重掺杂 制作晶体管发射极和集电极 形成表面金属互连接的接触区 完成一层金属铝膜的沉积,然后再介质淀积 在介质层上蚀刻出连接通孔 成第二层金属铝膜的沉积 后续工序,划片,粘片,压焊,封装,测试分类,筛选,
成品测试,入库
双极集成电路应用
TTL,DTL,RTL,HTL,ECL STLL,SLTTL,I2L,I3L ASTLL.ASLTTL
环 长PSG 引线孔光刻 铝引线光刻 压焊块光刻
N阱硅栅CMOS工艺(略)
▪ 双阱硅栅CMOS工艺
BI---CMOS工艺
双极工艺特点: 速度高、驱动能力强、模拟精度高 但功耗、集成度无法满足VLSI的
要求
BI---CMOS工艺
CMOS工艺特点: 功耗低、集成度高、抗干扰能力强 但速度低、驱动能力差

P+
NPN管的基区扩散 PMOS管的源、漏区扩散 横向PNP管集电区、发射区扩散 纵向PNP管的发射区扩散可以同时进行完成
以双极性工艺为基础的P阱BICMOS工艺
栅氧化在PMOS管沟道注入以后进行 可获的大电流、高压 LDMOS-LOW DOUBLE MOS VDMOS-VERTICAL DOUBLE MOS
以双极性工艺为基础的BI-CMOS工艺
以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺 以双极性工艺为基础的双阱BI-CMOS工艺 特点是对双极器件有利

数字集成电路:电路系统与设计(第二版)

数字集成电路:电路系统与设计(第二版)

数字集成电路:电路系统与设计(第二版)简介《数字集成电路:电路系统与设计(第二版)》是一本介绍数字集成电路的基本原理和设计方法的教材。

本书的内容覆盖了数字电路的基础知识、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器和程序控制电路等方面。

通过学习本书,读者可以了解数字集成电路的概念、设计方法和实际应用。

目录1.数字电路基础知识 1.1 数字电路的基本概念 1.2 二进制系统与数制转换 1.3 逻辑运算与布尔代数2.逻辑门电路 2.1 与门、或门、非门 2.2 与非门、或非门、异或门 2.3 多输入门电路的设计方法3.组合逻辑电路 3.1 组合逻辑电路的基本原理 3.2 组合逻辑电路的设计方法 3.3 编码器和译码器4.时序逻辑电路 4.1 时序逻辑电路的基本原理 4.2 同步时序电路的设计方法 4.3 异步时序电路的设计方法5.存储器电路 5.1 存储器的基本概念 5.2 可读写存储器的设计方法 5.3 只读存储器的设计方法6.程序控制电路 6.1 程序控制电路的基本概念 6.2 程序控制电路的设计方法 6.3 微程序控制器的设计方法内容概述1. 数字电路基础知识本章主要介绍数字电路的基本概念,包括数字电路与模拟电路的区别、数字信号的表示方法以及数制转换等内容。

此外,还介绍了数字电路中常用的逻辑运算和布尔代数的基本原理。

2. 逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中的基本组成单元,本章主要介绍了与门、或门、非门以及与非门、或非门、异或门等逻辑门的基本原理和组成。

此外,还介绍了多输入门电路的设计方法,以及逻辑门电路在数字电路设计中的应用。

3. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的,本章主要介绍了组合逻辑电路的基本原理和设计方法。

此外,还介绍了编码器和译码器的原理和应用,以及在数字电路设计中的实际应用场景。

4. 时序逻辑电路时序逻辑电路是在组合逻辑电路的基础上引入了时序元件并进行时序控制的电路。

本章主要介绍了时序逻辑电路的基本原理和设计方法,包括同步时序电路和异步时序电路的设计。

数字集成电路—电路、系统与设计

数字集成电路—电路、系统与设计

数字集成电路(IC)在当今的电子装置和系统中发挥着至关重要的作用。

这些电路的设计将大量电子组件集成到一个单一芯片上,提供高性能和紧凑的尺寸。

在本篇文章中,我们将探索数字IC设计的关键方面,侧重于电路,系统和设计方面。

我们探索数字IC的电路方面。

数字 IC由晶体管,电阻器,电容器等基本电子元件构建而成,这些电子元件相互连接,可以实现逻辑功能。

现代数字IC集成水平惊人,数十亿晶体管被包装成一个芯片。

这种密集的集成使得在很小的物理空间内可以执行复杂的功能,如微处理器,内存单元,以及通信接口。

数字IC还设计为高速运行,消耗最小功率。

实现高速运行需要仔细考虑信号传播延迟,交叉对讲,以及动力消散。

为了应对这些挑战,IC设计师采用了先进的电路设计技术,如管道衬线,时钟标注,以及动力标注,以优化数字电路的性能和能效。

转到系统方面,数字IC常是更大的电子系统的一部分,它们与其他组件如传感器、起动器和通信接口相互作用。

数字IC的设计必须考虑到系统层面的要求,包括与外部组件的接口,处理输入、输出信号,以及支持各种通信协议。

数字IC在系统层面设计中的一个有趣例子是汽车电子领域。

现代车辆配备了广泛的数字IC,控制发动机,传输,安全系统,以及信息娱乐等功能。

这些IC必须满足可靠性、性能和安全性的严格要求,同时与各种传感器和起动器接口。

汽车数字IC的设计不仅涉及电路层面的考虑,还涉及系统层面的方面,如故障耐受性,通信协议,以及实时操作。

让我们谈谈数字IC的设计方面。

IC设计开始于具体说明电路的功能,之后是建筑和逻辑设计,电路执行,以及验证。

设计过程涉及各种工具和技术,包括逻辑综合、地点和路线、时间分析和功能核查。

设计可制造性和可检验性是关键考虑因素,可确保能够大规模生产高产量的IC并测试其可靠性。

IC设计中一个有趣的例子是开发适用于加密货币开采的集成电路。

为此目的设计的ASIC高度优化,用于履行采矿所需的密码散列功能,与一般用途处理器相比,往往能达到更高的性能和能源效率。

数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)复习资料

数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)复习资料

第一章 数字集成电路介绍第一个晶体管,Bell 实验室,1947第一个集成电路,Jack Kilby ,德州仪器,1958 摩尔定律:1965年,Gordon Moore 预言单个芯片上晶体管的数目每18到24个月翻一番。

(随时间呈指数增长)抽象层次:器件、电路、门、功能模块和系统 抽象即在每一个设计层次上,一个复杂模块的内部细节可以被抽象化并用一个黑匣子或模型来代替。

这一模型含有用来在下一层次上处理这一模块所需要的所有信息。

固定成本(非重复性费用)与销售量无关;设计所花费的时间和人工;受设计复杂性、设计技术难度以及设计人员产出率的影响;对于小批量产品,起主导作用。

可变成本 (重复性费用)与产品的产量成正比;直接用于制造产品的费用;包括产品所用部件的成本、组装费用以及测试费用。

每个集成电路的成本=每个集成电路的可变成本+固定成本/产量。

可变成本=(芯片成本+芯片测试成本+封装成本)/最终测试的成品率。

一个门对噪声的灵敏度是由噪声容限NM L (低电平噪声容限)和NM H (高电平噪声容限)来度量的。

为使一个数字电路能工作,噪声容限应当大于零,并且越大越好。

NM H = V OH - V IH NM L = V IL - V OL 再生性保证一个受干扰的信号在通过若干逻辑级后逐渐收敛回到额定电平中的一个。

一个门的VTC 应当具有一个增益绝对值大于1的过渡区(即不确定区),该过渡区以两个有效的区域为界,合法区域的增益应当小于1。

理想数字门 特性:在过渡区有无限大的增益;门的阈值位于逻辑摆幅的中点;高电平和低电平噪声容限均等于这一摆幅的一半;输入和输出阻抗分别为无穷大和零。

传播延时、上升和下降时间的定义传播延时tp 定义了它对输入端信号变化的响应有多快。

它表示一个信号通过一个门时所经历的延时,定义为输入和输出波形的50%翻转点之间的时间。

上升和下降时间定义为在波形的10%和90%之间。

对于给定的工艺和门的拓扑结构,功耗和延时的乘积一般为一常数。

清华大学《数字集成电路设计》周润德 第1章(课件)绪论

清华大学《数字集成电路设计》周润德 第1章(课件)绪论
电话: 62774249 电子邮件:shandy98@
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第1章第3页
评分规则(Grading Policy)
(1)作业: 20%
第 4 周起,每周一次,一周完成,上课时交,迟交无效
(2)期中考试:20%
100
P6 Pentium ® proc
10
8086 286
486
386
8085
1
8080
8008
4004
0.1 1971
1974
1978 1985 年
1992
最先进微处理器的功耗持续增长
2000
资料来源: Intel
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第 1 章 第 21 页
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第 1 章 第 17 页
微处理器单个芯片尺寸的增长趋势
100
单个芯片尺寸 (mm)
P6
10
486 Pentium ® proc 386
8080
286 8086
8085
8008
4004
资料来源: Intel
1 1970
1980
1990 年
每1.96年翻一倍!
Pentium® III
Pentium® II
Pentium® Pro
Pentium® i486
i386
80286
10
1 1975
8086
1980
1985 1990
1995
2000
资料来源: Intel

数字集成电路设计 第一章

数字集成电路设计 第一章
▪ 半导体代工阵营中的前四大企业为:台积电(TSMC)、 联电(UMC)、中芯国际(SMIC)、特许(Chartered)
▪ 以 X-Fab 、 Jazz Semiconductor 为 代 表 的 企 业 以 提 供 特 殊 Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。
无生产线的IC设计公司(Fabless)与IC代工制造公司 (Foundry) 相配合的方式成为IC产业发展的重要模式。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
Digital Integrated Circuits
A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
Introduction
吉林大学课程中心:数字集成电路设计
材料、设备业开发技术难度大,属于基础科学类 开发费用高,因此进入门槛高。
半导体设备制造业被AMAT(应材)、ASML( 艾司摩尔)-光刻机、Lam Research(科林研 发)-等离子刻蚀和单晶圆清洗、LKA-Tencor( 科磊)、Dainippon Screen(迪恩仕)等欧美 企业垄断。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
7
Introduction
硅纳米电子学材料
早期所需材料种类相比于目前很少
©Hale Waihona Puke DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
8
Introduction
三、封装、测试业分离后的集成电路产业
二十世纪70年代,封装、测试业逐渐从整个产业 中分离出来。

数字集成电路 电路系统与设计 chapter1

数字集成电路 电路系统与设计 chapter1
Small Signal RF Power RF
Digital Cellular Market (Phones Shipped)
Power Management
1996 1997 1998 1999 2000
Units
48M 86M 162M 260M 435M
Analog Baseband
Digital Baseband (DSP + MCU)
8086
Source: Intel
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
i486 i386 80286
1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Projected
EE141 © Digital Integrated
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
Power Dissipation
100 P6 Pentium ® proc 10 8086 286 1 8085 8080 486 386 Power (Watts)
8008 4004
0.1 1971 1974 1978 Year 1985 1992 2000
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
14
Moore’s law in Microprocessors
1000 Transistors (MT) 100 10 1 0.1 8086 8080 8008 4004 1980 386 286 486
2X growth in 1.96 years!

数字集成电路第一章

数字集成电路第一章

Complexity Logic Transistor per Chip (M)
100,000 100,000,000
1,000 1,000,000 58%年增长率 100 100,000 10 10,000 21%年增长率 1 1,000 0.1 100 0.01 10
0.01 10 0.001 1
286 486 8086 386 10 8085 8080 8008 1 4004 0.1
1971 1974 1978 1985 1992 2000 2004 2008 Year
EE141 数字集成电路
引言
29
CMOS的摩尔定律
功率密度
– 功率密度过高导致结温升高!
10000 Power Density (W/cm2)
– Bardeen – Schockley
EE141 数字集成电路
引言
15
集成电路革命
双极型
– 1960年代
发明人
– Jack Kilby
ECL 3输入逻辑门
– 1966年
发明人
– Motorola
EE141 数字集成电路
引言
16
集成电路工艺沿革
双极型
– 1947年:晶体管(Bardeen/Bell Lab) – 1949年:双极型晶体管(Schockley) – 1956年:数字逻辑门(Harris) – 1962年:TTL系列( Beeson/Fairchild ) – 1974年:ECL高速系列(Masaki) – 1972年:I2L低功耗高密度系列(Hart)
1981
1983
1985
1987
1989
1991

数字集成电路——电路、系统与设计

数字集成电路——电路、系统与设计

IC,这些微小但强大的芯片,是我们电子设备的无名英雄,从我们口袋里的光滑智能无线终端,到我们桌子上的强大的截肢者,甚至我们车上最先进的汽车系统。

当它到数字集成电路时,全部是创建顶尖的系统,来传递心跳的性能,而吸电就像一个花哨的鸡尾酒,永远,永远,投球在可靠性上。

这些电路是数据处理、信号处理和控制系统的摇滚巨星,使得我们技术精湛的世界开始运转。

但是,在所有的滑翔和魅力背后,工作上有大量的脑力。

设计数字集成电路就像开始一个令人惊叹的冒险,任务包括设定舞台有规格,通过模型化将人物带入生命,在模拟中通过脚步化,通过合成来伤害它们的存在,最后通过彻底的验证确保一切的平稳航行。

就像是数字交响乐的策划者,进行电路,系统和设计技术的和谐混合,在区块上创建最高效和可靠的集成电路。

这是一个疯狂的旅程,但有人必须做到这一点!设计数字集成电路需要使用不同的工具和方法来开发和改进数字系统。

首先要弄清楚数字系统需要做什么以及它需要多好的表现我们用维利洛格和VHDL等特殊语言创建模型并测试数字系统。

接下来,我们把模型变成逻辑门列表,我们努力确保设计符合所有要求。

我们用半导体制造来制造实际的电路。

这涉及到根据设计创建布局和建造电路。

数字集成电路领域是一个不断发展和动态的研究领域,其特点是设计方法、技术和应用方面不断取得进展。

随着数字系统继续在各种电子装置和系统中发挥重要作用,对数字集成电路设计专业人才的需求日益增加。

对这一领域感兴趣的个人必须在数字电路、系统和设计原则方面奠定坚实的基础,并随时了解数字集成电路技术的最新发展。

只要具备必要的知识和技能,就能够有助于创造创新的数字集成电路,推动技术进步,提高电子系统的性能。

数字电路与系统设计课件1

数字电路与系统设计课件1

2. 数制转换
1) 任意进制数转换为十进制数 首先写出待转换的R进制数的按权展开式, 然后按十进制数 的运算规则进行计算,即可得到转换后的等值十进制数。这称为 按权展开法。 【例1-1】将二进制数(1011001.101)2和十六进制数(AD5.C) 16 转换为十进制数。
第1章 数字逻辑基础 解
冲来表示“1”或“0”, 如图1 - 1所示。
第1章 数字逻辑基础
0 1 0 0 1 1 0 1 0
(a)
(b)
图 1 - 1 数字信号的传输波形 (a) 电平型信号; (b) 脉冲型信号
第1章 数字逻辑基础 2. 数字电路及其优点 在电子电路中,人们将产生、变换、传送、处理模拟信号 的电子电路叫做模拟电路(Analog Circuit), 将产生、存储、 变换、 处理、 传送数字信号的电子电路叫做数字电路(Digital
现的。人们常常将表示模拟量的电信号叫作模拟信号Analog Signal),
峭、持续时间短的特点。广义讲,凡是非正弦信号都称为脉冲信号。 数字信号有两种传输波形,一种称为电平型,另一种称为脉冲 型。 电平型数字信号是以一个时间节拍内信号是高电平还是低电平 来表示“1”或“0”,而脉冲型数字信号是以一个时间节拍内有无脉
十进制数转换为二进制数的过程相对复杂一些, 需要将整数部 分和小数部分分别进行转换。 (1) 十进制整数转换为二进制数时, 其结果也必然是整数。利 用转换前后数值相等的原理,有
N10 = N2 = 2n-1×bn-1 + … + 21×b1 + 20×b0
将上式左右两端同时除以2,所得的整数商应该相等,余数也应该相等。而右端 的二进制按权展开式除以2后的余数是b0, 因此,十进制数第1次除以2所得的余

数字集成电路——电路、系统与设计

数字集成电路——电路、系统与设计

数字集成电路——电路、系统与设计目录第一部分基本单元第1章引论1.1 历史回顾1.2 数字集成电路设计中的问题1.3 数字设计的质量评价1.4 小结1.5 进一步探讨第2章制造工艺2.1 引言2.2 CMOS集成电路的制造2.3 设计规则——设计者和工艺工程师之间的桥梁2.4 集成电路封装2.5 综述:工艺技术的发展趋势2.6 小结2.7 进一步探讨设计方法插入说明A——IC版图第3章器件3.1 引言3.2 二极管3.3 MOS(FET)晶体管3.4 关于工艺偏差3.5 综述:工艺尺寸缩小3.6 小结3.7 进一步探讨设计方法插入说明B——电路模拟第4章导线4.1 引言4.2 简介4.3 互连参数——电容、电阻和电感4.4 导线模型4.5 导线的SPICE模型4.6 小结4.7 进一步探讨第二部分电路设计第5章CMOS反相器5.1 引言5.2 静态CMOS反相器——直观综述5.3 CMOS反相器稳定性的评估——静态特性5.4 CMOS反相器的性能——动态特性5.5 功耗、能量和能量延时5.6 综述:工艺尺寸缩小及其对反相器衡量指标的影响5.7 小结本文由整理提供5.8 进一步探讨第6章CMOS组合逻辑门的设计6.1 引言6.2 静态CMOS设计6.3 动态CMOS设计6.4 设计综述6.5 小结6.6 进一步探讨设计方法插入说明C——如何模拟复杂的逻辑电路设计方法插入说明D——复合门的版图技术第7章时序逻辑电路设计7.1 引言7.2 静态锁存器和寄存器7.3 动态锁存器和寄存器7.4 其他寄存器类型7.5 流水线:优化时序电路的一种方法7.6 非双稳时序电路7.7 综述:时钟策略的选择7.8 小结7.9 进一步探讨第三部分系统设计第8章数字IC的实现策略8.1 引言8.2 从定制到半定制以及结构化阵列的设计方法8.3 定制电路设计8.4 以单元为基础的设计方法8.5 以阵列为基础的实现方法8.6 综述:未来的实现平台8.7 小结8.8 进一步探讨设计方法插入说明E——逻辑单元和时序单元的特性描述设计方法插入说明F——设计综合第9章互连问题9.1 引言9.2 电容寄生效应9.3 电阻寄生效应9.4 电感寄生效应9.5 高级互连技术9.6 综述:片上网络9.7 小结9.8 进一步探讨第10章数字电路中的时序问题10.1 引言10.2 数字系统的时序分类本文由整理提供10.3 同步设计——一个深入的考察10.4 自定时电路设计10.5 同步器和判断器10.6 采用锁相环进行时钟综合和同步10.7 综述:未来方向和展望10.8 小结10.9 进一步探讨设计方法插入说明G——设计验证第11章设计运算功能块11.1 引言11.2 数字处理器结构中的数据通路11.3 加法器11.4 乘法器11.5 移位器11.6 其他运算器11.7 数据通路结构中对功耗和速度的综合考虑11.8 综述:设计中的综合考虑11.9 小结11.10进一步探讨第12章存储器和阵列结构设计12.1 引言12.2 存储器内核12.3 存储器外围电路12.4 存储器的可靠性及成品率12.5 存储器中的功耗12.6 存储器设计的实例研究12.7 综述:半导体存储器的发展趋势与进展12.8 小结12.9 进一步探讨设计方法插入说明H——制造电路的验证和测试本文由整理提供。

《数字电路与系统设计 》课件第1章

《数字电路与系统设计 》课件第1章
十进制(Decimal System)、 二进制(Binary System)和十六进制 (Hexadecimal System)的数符、权、运算规则及其对应关系详见表 1 - 1。需要特别注意的是,在十六进制数中, 用英文字母A、 B、 C、 D、 E、 F分别表示十进制数的10、 11、 12、 13、 14和15。
第1章 数字逻辑基础
1.1 绪论 1.2 数制与代码 1.3 逻辑代数基础 1.4 逻辑函数的描述方法 1.5 逻辑函数的化简
1.1 绪 论
1.1.1
1. 数字量与数字信号
在自然界中,存在着两类物理量:一类称为模拟量(Analog Quantity),它具有时间上连续变化、 值域内任意取值的特点,例 如温度、压力、交流电压等就是典型的模拟量;另一类称为数字 量(Digital Quantity),它具有时间上离散变化(离散也就是不连 续)、值域内只能取某些特定值的特点, 例如训练场上运动员 的人数、车间仓库里元器件的个数等就是典型的数字量。
在电子设备中, 无论是数字量还是模拟量都是以电信号形 式出现的。人们常常将表示模拟量的电信号叫作模拟信号 Analog Signal), 将表示数字量的电信号叫作数字信号(Digital Signal)。 正弦波信号、话音信号就是典型的模拟信号, 矩形波、 方波信号就是典型的数字信号。
数字信号是一种脉冲信号(Pulse Signal)。脉冲信号具有边 沿陡峭、持续时间短的特点。广义讲,凡是非正弦信号都称为 脉冲信号。
(215.12)10 = 102×2 + 101×1 + 100×5 + 10-1×1 + 10-2×2 在计算机等数字设备中,用得最多的是二进制数和十六进制数, 这是因为当前数字设备中所用的数字电路通常只有低电平和高电 平两个状态, 正好可用二进制数的 0和1 来表示。 由于采用二进 制来表示一个数时数位太多, 所以常用与二进制数有简单对应关 系的十六进制数(或八进制数)来表示一个数。
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Introduction
2
Digital Integrated Circuits
Introduction: Issues in digital design The CMOS inverter Combinational logic structures Sequential logic gates Design methodologies Interconnect: R, L and C Timing Arithmetic building blocks Memories and array structures
(data from Texas Instruments)
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Introduction
21
Challenges in Digபைடு நூலகம்tal Design
DSM
“Microscopic Problems”
• Ultra-high speed design • Interconnect • Noise, Crosstalk • Reliability, Manufacturability • Power Dissipation • Clock distribution. Everything Looks a Little Different
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5
ENIAC - The first electronic computer (1946)
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The Transistor Revolution
Lead Microprocessors power continues to increase
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Introduction
18
Power will be a major problem
100000 10000 Power (Watts)
Circuits2nd Introduction
12
Evolution in Complexity
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Introduction
13
Transistor Counts
K 1,000,000 100,000 10,000 1,000 100 10
1980
1990 Year
2000
2010
Die size grows by 14% to satisfy Moore’s Law
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Courtesy, Intel
Introduction
16
Frequency
10000 Frequency (Mhz) 1000 100 486 10 1 0.1 1970 8085 8086 286 386
1000
100
18KW 5KW 1.5KW 500W
Pentium® proc
286 486 8086 386 10 8085 8080 8008 1 4004 0.1 1971 1974 1978 1985 1992 2000 2004 2008 Year
Power delivery and dissipation will be prohibitive
Digital Integrated Circuits
A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
Introduction
July 30, 2002
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19
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Courtesy, Intel
Introduction
Power density
10000 Power Density (W/cm2) 1000
Rocket Nozzle
100
Nuclear Reactor
8086 10 4004 Hot Plate P6 8008 8085 Pentium® proc 386 286 486 8080 1 1970 1980 1990 2000 2010 Year
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Moore’s Law
Electronics, April 19, 1965.
1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975

3
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Introduction
Introduction
Why
is designing digital ICs different today than it was before? Will it change in future?
1/DSM
“Macroscopic Issues”
• Time-to-Market • Millions of Gates • High-Level Abstractions • Reuse & IP: Portability • Predictability • etc. …and There’s a Lot of Them!
8086
Source: Intel
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
i486 i386 80286
1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Projected
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What will you learn?
Understanding, designing, and optimizing digital circuits with respect to different quality metrics: cost, speed, power dissipation, and reliability
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Introduction
4
The First Computer
T he B abbage D iffer e n c e E n g in e (1 8 3 2 ) 2 5 ,0 0 0 p a rts c o st: ? 7 ,4 7 0
Doubles every 2 years
P6 Pentium ® proc
8080 8008 4004 1980 1990 Year 2000 2010
Lead Microprocessors frequency doubles every 2 years
17
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Power density too high to keep junctions at low temp
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Courtesy, Intel
Introduction
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Not Only Microprocessors
Cell Phone
Introduction
15
Die Size Growth
100 Die size (mm)
10 8080 8008 4004 1 1970 8086 8085 286
386
P6 Pentium ® proc 486
~7% growth per year ~2X growth in 10 years
Introduction
9
Intel Pentium (IV) microprocessor
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Introduction
10
Moore’s Law
In
1965, Gordon Moore noted that the number of transistors on a chip doubled every 18 to 24 months. He made a prediction that semiconductor technology will double its effectiveness every 18 months
Introduction
1
What is this book all about?

Introduction to digital integrated circuits.
CMOS devices and manufacturing technology. CMOS inverters and gates. Propagation delay, noise margins, and power dissipation. Sequential circuits. Arithmetic, interconnect, and memories. Programmable logic arrays. Design methodologies.
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