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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SOI 96

二、垂直CMOS 97

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

3.1 ASIC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

5.1 VHDL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——EPLD 429

三、FPGA 442

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Bit 490

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