集成电路设计理论与技术是现代工业的重要基础。本书包括了数字集成电路设计的两个主要部分，第一部分是建立相应的描述模型并对其进行仿真测试，通过仿真测试，检查所设计的逻辑描述模型是否符合设计规范的要求；第二部分是根据所建立的逻辑结构模型，完成相应电路设计和仿真测试。

通过学习本书内容并完成本书所提供的练习和实践，可以初步掌握数字集成电路设计的核心内容。

本书主要介绍了集成电路设计理论与技术的核心，内容包括集成电路理论与技术的发展简史、数字集成电路设计概论、Vetilog HDL，数字电路描述、数字逻辑模型与仿真分析、数字电路的逻辑设计、数字系统ASIC实现方法、数字集成电路结构设计、CMOS数字集成电路版图设计、数字集成电路设计中的规划、数字集成电路IP核应用技术。

本书紧密地将理论与实际结合起来，注重提高学生分析问题和解决问题的能力，本书可作为高等院校电子信息类专业高年级本科生和研究生的教材和学习参考资料。

前言

第1章 绪论    1

 1.1 集成电路的发展历史    1

 1.2 数字集成电路工艺的进展    5

 1.3 数字集成电路设计中的新课题    6

 1.4 数字集成电路设计技术的学习方法    8

1.4.1 掌握设计概念    8

1.4.2 掌握分析技术    10

第2章 数字集成电路设计概论    12

 2.1 数字集成电路设计的基本内容    12

2.1.1 数字集成电路的实现方法    13

2.1.2 数字逻辑系统设计    13

2.1.3 数字逻辑电路设计    17

2.1.4 数字电路版图设计    18

 2.2 数字集成电路设计流程    19

2.2.1 自顶向下的数字集成电路设计流程    19

2.2.2 系统级设计流程    21

2.2.3 电路级设计流程    25

2.2.4 版图级设计流程    26

 2.3 CMOS数字电路    27

2.3.1 基本CMOS数字电路    27

2.3.2 CMOS数字电路的主要技术特性    27

 2.4 数字集成电路设计基本技术    29

2.4.1 数字集成电路分层设计技术    29

2.4.2 仿真分析    30

 2.5 Verilog HDL基本概念    36

2.5.1 数字电路系统的模型概念    37

2.5.2 硬件描述与仿真的基本概念    38

2.5.3 Verilog HDL的编程原则    41

 本章小结    42

 习题    43

第3章 Verilog HDL数字电路描述    44

 3.1 数字电路的Verilog HDL描述概念    44

3.1.1 数字电路的描述方法    44

3.1.2 Verilog HDL中的时间描述    53

 3.2 Verilog HDL编程规则    55

3.2.1 Verilog HDL中的数据与变量    55

3.2.2 Verilog HDL的算子与表达式    64

3.2.3 Verilog HDL的语句    73

3.2.4 控制结构    87

3.2.5 定时控制    91

3.2.6 编译指令    93

3.2.7 系统任务    99

 3.3 Verilog HDL中的用户定义原语UDP    102

3.3.1 用户定义原语的基本概念    102

3.3.2 UDP中的逻辑结构体    103

3.3.3 用户定义原语UDP应用    110

 本章小结    110

 习题    111

第4章 数字逻辑模型与仿真分析    114

4.1 数字逻辑Verilog HDL模型    114

4.1.1 开关级模型    114

4.1.2 门级模型    122

4.1.3 行为级模型    127

 4.2 数据流分析与数字逻辑模型应用    129

4.2.1 数据流结构分析    129

4.2.2 组合逻辑模型应用概念    131

4.2.3 时序逻辑模型应用概念    133

 4.3 Verilog HDL模型仿真分析    135

4.3.1 Verilog HDL仿真的基础    135

4.3.2 组合逻辑的Verilog HDL仿真    140

4.3.3 时序逻辑的Verilog HDL仿真    142

 本章小结    144

 习题    145

第5章 数字电路的逻辑设计    147

5.1 数字逻辑系统设计与验证概念    147

5.1.1 数字逻辑系统设计    147

5.1.2 数字逻辑仿真验证与分析    148

 5.2 组合逻辑电路设计与仿真    150

5.2.1 组合逻辑模型描述    150

5.2.2 组合逻辑电路的行为描述设计    154

 5.3 同步时序逻辑设计    157

5.3.1 时序逻辑模型描述    157

5.3.2 门级描述设计    160

 5.4 存储器设计与仿真    162

 5.5 数字系统基本模块设计    162

5.5.1 多路选择器    163

5.5.2 数据比较器    164

5.5.3 串行加法器    166

5.5.4 超前进位加法器    169

5.5.5 乘加器    170

5.5.6 时钟分频电路    172

5.5.7 并串和串并转换电路    173

 本章小结    178

 习题    178

第6章 数字系统ASIC实现方法    180

 6.1 FPGA/CPLD的基本特征    180

6.1.1 ASIC基本概念    180

6.1.2 可编程逻辑器件概述    181

6.1.3 FPGA/CPLD的应用特征    182

 6.2 可编程器件结构    183

6.2.1 组合逻辑的电路结构    183

6.2.2 时序逻辑的电路结构    186

6.2.3 CPLD器件的基本结构    188

 6.3 基于FPGA/CPLD的数字电路系统    192

6.3.1 基本应用技术    192

6.3.2 系统设计基本方法    197

6.3.3 应用开发系统Quartus II    205

 本章小结    207

 习题    207

第7章 数字集成电路结构设计    209

 7.1 数字集成电路结构的图形描述    209

7.1.1 电路原理图    209

7.1.2 棒图    210

 7.2 数字集成电路基本模块电路结构设计    213

7.2.1 基本门电路模块    213

7.2.2 组合逻辑电路设计方法    218

7.2.3 触发器逻辑电路模块    221

7.2.4 时钟电路    223

7.2.5 多米诺（domino）逻辑电路    224

 7.3 数字集成电路的电路参数    225

7.3.1 CMOS的时间参数    225

7.3.2 CMOS的电阻与电容参数    229

7.3.3 内部连线的传输参数    230

7.3.4 CMOS的功率计算    234

 7.4 加法器电路结构    236

7.4.1 基本加法器    236

7.4.2 超前进位加法器    236

 7.5 乘法器电路结构    237

7.5.1 基本数字乘法器    238

7.5.2 串行乘法器    239

7.5.3 并行乘法器    239

 本章小结    240

 习题    240

第8章 CMOS数字集成电路版图设计    243

 8.1 CMOS版图设计基本内容    243

8.1.1 数字集成电路综合技术    243

8.1.2 数字集成电路设计中的仿真技术    245

8.1.3 版图设计工具    250

 8.2 基本元件设计    250

8.2.1 基本元件的设计概念    250

8.2.2 CMOS元件设计    251

8.2.3 无源元件参数分析    255

 8.3 CMOS单元电路版图设计    259

8.3.1 单元电路版图设计规则    259

8.3.2 单元电路版图结构设计    262

8.3.3 单元电路参数抽取与仿真    264

8.3.4 单元电路功率损耗分析    265

8.3.5 可升级设计规则    265

 8.4 数字集成电路布局分析    266

8.4.1 内部网络的信号传输特征    266

8.4.2 内部网络布局设计    267

 8.5 存储器结构设计    269

8.5.1 存储器电路结构    269

8.5.2 存储器单元电路结构    271

8.5.3 存储器结构布局    277

8.5.4 存储器功率分析    277

 8.6 管脚设计    277

8.6.1 数字集成电路对管脚的设计要求    278

8.6.2 集成电路管脚结构    279

 本章小结    280

 习题    280

第9章 数字集成电路设计中的规划    281

 9.1 集成电路规划的概念    281

 9.2 数字逻辑规划    284

9.2.1 功能规划    284

9.2.2 信号传输路径分析    286

 9.3 电路规划    287

9.3.1 传输时间规划    287

9.3.2 电路结构规划分析    288

 9.4 版图规划    289

 本章小结    290

 习题    291

第10章 数字集成电路IP核应用技术    292

 10.1 IP核验证的基本概念    292

10.1.1 数字集成电路器件设计中的验证问题    292

10.1.2 IP核验证中的技术概念    295

 10.2 IP核仿真测试    301

10.2.1 仿真基本概念    301

10.2.2 逻辑仿真验证的基本原理    304

10.2.3 仿真的验证能力    307

 10.3 可复用IP软核测试    308

10.3.1 IP软核测试的基本概念    308

10.3.2 测试平台设计    309

10.3.3 验证文件    310

 本章小结    310

 习题    311

附录A ModelSim简明使用手册    312

附录B Microwind2操作说明    318