从实际应用出发详细的介绍了低功耗集成电路的设计与验证,并具体介绍了数字集成电路与模拟集成电路不同的验证原理与方法。最后采用实际应用案例的方法具体介绍了VLSI集成电路的低功耗设计流程和实现方法。从实际应用出发详细的介绍了低功耗集成电路的设计与验证,并具体介绍了数字集成电路与模拟集成电路不同的验证原理与方法。最后采用实际应用案例的方法具体介绍了VLSI集成电路的低功耗设计流程和实现方法。
信息时代发展的一个重要标志是集成电路晶体管的发明,信息技术的革命性发展是建立在集成电路技术的不断革新的基础之上的。如今,几乎任何一个电子产品中都会有集成电路(integrated circuit,IC)产品,它每时每刻地在改变着人们的生活习惯,使人们通信更加便捷,生活更加方便,它的重要性已经不言而喻。
中国的集成电路产业发展到今天,已不再是世界集成电路的配角。中国的集成电路企业正在由过去从事简单、低端的集成电路产品向利润更高、高端的集成电路产品过渡,而科研界也慢慢的向世界一流的学术领域过渡,中国的学者在集成电路领域发表的文章已经逐渐跻身世界前列。因此,对于集成电路领域的一些前沿课题非常值得深入的学习和探讨。本书从集成电路低功耗的角度出发,对集成电路芯片设计中数字SoC低功耗芯片、模拟集成电路低功耗设计、存储器的低功耗设计等关键部分展开深入的分析和介绍,还在其中穿插了一定的工程实例,以供对集成电路低功耗感兴趣的读者学习之用。
本书主要包括9章。
第1章~第3章分别介绍集成电路低功耗的来源、低功耗技术的设计和实现、低功耗技术的评估和验证。
第1章从三个部分介绍集成电路低功耗来源,分别是动态切换功耗,瞬时短路功耗以及静态功耗。第2章从集成电路设计方法出发,自顶向下的从系统级到算法级、体系结构级、RTL级、门级、电路级直到最终工艺级详细介绍低功耗的设计方法。第3章从多个角度介绍功耗评估的方法。
第4章~第6章,从微电子的固态电路设计角度出发,介绍基于晶体管电路设计的低功耗技术。
第4章介绍弱反型区MOSFET器件模型知识,重点讨论弱反型区中MOS晶体管的PVT(电源、电压、温度)变量、失配效应,以及器件噪声等设计问题。第5章主要介绍放大器电路噪声的来源以及电路解决方法,同时介绍个别工程案例。第6章介绍Sigma-Delta模数转换器的基础知识,包括Sigma-Delta模数转换器的基本结构、调制器电路,以及性能参数等,并着重讨论低电源电压环境下Sigma-Delta调制器的设计思路和挑战。
第7章和第8章,介绍挥发性存储器的代表静态随机存储器(SRAM)和非挥发存储器的代表阻变存储器(RRAM)。这是两种典型存储器的高性能低功耗技术。
《信息科学技术学术著作丛书》序
前言
第1章 集成电路功耗来源
1.1 动态切换功耗
1.2 瞬时短路功耗
1.3 静态功耗
第2章 低功耗的设计与实现
2.1 系统级实现
2.1.1 动态电压/频率调节技术介绍
2.1.2 分块耗能控制的自动DVFS在能量受限的NoC通信模块上的应用
2.1.3 在线学习进行系统级能量控制
2.1.4 带有DvFs的多分区的内存结构
2.1.5 多时钟域处理器中的集成CPU高速缓存功耗管理
2.2 算法级实现(通过较少总线上比特翻转的次数减少功耗)
2.2.1 编译码算法
2.2.2.Markov模型
2.2.3 减少比特翻转次数的算法
2.3 结构级低功耗设计方法
2.3.1 总线的低功耗设计
2.3.2 存储器优化
2.3.3 预运算技术
2.3.4 并行技术
2.3.5 流水线技术
2.4 寄存器传输级(RTL)和门级(Gate一1evel)低功耗设计
2.4.1 时钟门控
2.4.2 动态频率调整(DFS)技术
2.4.3 电源门控技术
2.4.4 信号门控
2.5 电路级
2.5.1 电荷循环总线结构
2.5.2 多米诺逻辑
2.6 工艺级
2.6.1 多阈值电压
2.6.2 多电压技术
2.6.3 GateSizing
2.6.4 面积优化技术
第3章 功耗评估
3.1 基于模拟方法的Fractal算法低功耗估计
3.2 混合级别功率估计
3.3 存储器的功率估计
第4章 亚阈值MOS晶体管
4.1 MOS工艺概述
4.2 MOS器件模型
4.2.1 MOS管I/V特性
4.2.2 二阶效应
4.3 亚阈区设计考虑
4.3.1 PVT变量
4.3.2 匹配性
4.3.3 噪声
4.4 极低功耗亚阈值MOS晶体管电路设计
4.4.1 MOS晶体管泄漏机理
4.4.2 MOS晶体管泄漏降低技术
4.5 亚阈值CMOs逻辑中的参数变化影响
4.5.1 噪声裕度
4.5.2 能耗
4.6 小结
第5章 低功耗、低噪声放大器
5.1 芯片中的噪声
5.2 低频噪声及失调电压消除技术
5.3 斩波调制放大器设计
5.3.1 传统斩波调制放大器设计
5.3.2 低阻结点斩波调制放大器设计
5.4 亚阈值心电放大器设计
5.5 小结
第6章 低功耗Sigma-Delta模数转换器
6.1 Sigma-Delta模数转换器基础
6.2 Sigma-Delta模数转换器结构
6.2.1 单环调制器结构
6.2.2 多级噪声整形调制器结构
6.2.3 多位量化调制器结构
6.3 Sigma-Delta调制器的性能参数
6.4 低功耗Sigma-Delta调制器电路设计
6.4.1 前馈Sigma-Delta调制器结构
6.4.2 采样开关运算放大器
6.4.3 低功耗运算放大器
6.4.4 低功耗比较器
6.5 小结
第7章 低功耗高速静态随机存储器
7.1 存储器说明
7.2 SRAM的设计基础
7.2.1 基于CMOS工艺SRAM的电路结构
7.2.2 sRAM的性能指标
7.3 SRAM的高速低功耗设计技术
7.3.1 SRAM的译码电路功耗
7.3.2 数据通路的高速低功耗设计技术
7.3.3 SRAM的低功耗结构优化技术
7.4 小结
第8章 低功耗阻变存储器
8.1 阻变存储器说明
8.2 阻变存储器的低功耗操作
8.2.1 RRAM的低功耗高可靠写入操作
8.2.2 RRAM的低功耗高可靠读出操作
8.3 阻变存储器的热效应
8.4 小结
第9章 低功耗集成电路发展趋势分析
9.1 低功耗SoC的技术发展趋势分析
9.2 低功耗混合信号集成电路发展方向分析
9.3 低功耗存储器电路的未来发展方向
参考文献