高性能集成电路设计
作者：（美）Emre Salman（埃姆雷﹒萨尔曼），（美）Eby G. Friedman（伊比 G. 弗里德曼），范宝峡 译
出版时间：2015
内容简介
本书旨在整合目前纳米级集成电路主要关注的以互连为中心的设计方法。全书分为五个部分，从互连网络、电源管理、时钟同步、噪声隔离等几个方面来介绍以互连为中心的集成电路设计。第一部分主要介绍集成电路的发展史以及从晶体管和互连的角度来看工艺缩放技术；第二部分主要介绍互连网络，包括互连的一般特性、大型网络中的互连传输特性、串扰以及全局信号传输方法；第三部分主要介绍跟互连相关的电源管理，具体为电源的产生、分布、计算机辅助设计、降低供电噪声的方法以及功耗；第四部分主要介绍同步系统，包含同步过程、片上时钟的生成、同步系统、片上时钟分布等；第五部分主要探讨大规模混合信号系统，分析了集成电路中的衬底耦合噪声并介绍了降低该类噪声的方法。
目录
第Ⅰ部分 背 景 知 识
第1章 引言
1.1 历史简介
1.1.1 晶体管
1.1.2 集成电路
1.2 多样的摩尔和超越摩尔
1.3 IC设计目标回顾
1.4 本书架构
第2章 缩放技术
2.1 器件缩放
2.1.1 MOS器件原理
2.1.2 恒定电场缩放
2.1.3 恒定电压缩放
2.1.4 器件的缩放方案比较
2.2 小尺寸效应
2.2.1 阈值电压滚降
2.2.2 漏感应势垒降低
2.2.3 速度饱和
2.2.4 迁移率退化
2.3 器件优化
2.3.1 非均匀沟道掺杂
2.3.2 应变工程
2.3.3 高K和金属栅结构的组合
2.3.4 多栅器件
2.4 互连的缩放
2.4.1 全局与局部互连
2.4.2 理想缩放
2.4.3 更加实际的缩放方案
2.4.4 不同互连线缩放方案的比较
2.5 互连的改进
2.5.1 超低K介质材料
2.5.2 三维集成
2.5.3 片上光互连
2.5.4 碳基片上互连
2.6 本章小结
第Ⅱ部分 互 连 网 络
第3章 互连模型及其提取
3.1 互连设计标准
3.1.1 延迟
3.1.2 带宽
3.1.3 噪声
3.1.4 功耗
3.1.5 物理面积
3.2 互连电容
3.2.1 互连电容的组成
3.2.2 互连线的电容提取
3.3 互连电阻
3.3.1 铜电阻率
3.3.2 互连电阻的提取
3.4 互连电感
3.4.1 电感的定义
3.4.2 电感的频率的相关
3.4.3 片上电感何时重要
3.4.4 互连电感提取过程
3.5 本章总结
第4章 信号传输分析
4.1 集总模型和分布式模型
4.1.1 集总模型
4.1.2 分布式传输线模型
4.1.3 分布式互连线的集总表示
4.1.4 确定最高频率
4.1.5 封闭解
4.2 模型降阶
4.2.1 RC连线的Elmore延迟
4.2.2 Wyatt近似
4.2.3 延迟界限： PenfieldRubinstein算法
4.2.4 矩匹配
4.2.5 渐进波形估计
4.2.6 计算RLC树的矩
4.2.7 AWE方法的优点与局限性
4.2.8 传递函数的直接截断法（DTT）
4.2.9 RLC线的Elmore延迟
4.2.10 Krylov空间技术
4.3 本章总结
第5章 互连耦合噪声
5.1 主动和被动的器件噪声
5.1.1 热噪声
5.1.2 散粒噪声
5.1.3 闪烁噪声
5.2 容性耦合噪声
5.2.1 耦合电容的缩放特点
5.2.2 耦合电容与翻转率的关系
5.2.3 容性耦合噪声的建模
5.3 感性耦合噪声
5.4 总线结构的互连线
5.5 耦合噪声的影响
5.5.1 功能失效
5.5.2 毛刺功耗
5.5.3 延迟不确定性的增加
5.6 本章总结
第6章 全局信号
6.1 互连技术优化
6.1.1 构建互连树结构
6.1.2 线宽、 线间距及线形
6.2 电路级信号
6.2.1 容性负载： 锥形中继器设计
6.2.2 锥形指数因子
6.2.3 锥形指数因子的改进
6.2.4 电阻负载： RC线中中继器的插入
6.2.5 最优的中继器数量和大小
6.2.6 感性负载： RLC互连线中的中继器插入
6.2.7 树形互连结构中的中继器插入
6.2.8 插入中继器以降低耦合噪声
6.2.9 屏蔽线插入
6.2.10 调整门的尺寸
6.2.11 信号重布线及线重新排序
6.3 全局信号的权衡
6.4 本章总结
第Ⅲ部分 电 源 管 理
第7章 电源的产生
7.1 稳压器
7.1.1 稳压效率
7.1.2 能量效率
7.2 线性稳压器
7.2.1 基本特征
7.2.2 低压差稳压器
7.2.3 低压差稳压器设计中的权衡
7.3 开关电容变换器
7.3.1 基本特征
7.3.2 能量效率
7.4 开关DCDC变换器
7.4.1 基本特征
7.4.2 开关降压变换器
7.4.3 电压纹波
7.4.4 能量效率
7.5 稳压器比较
7.6 片上电源转换
7.6.1 机会
7.6.2 挑战
7.7 本章总结
第8章 电源分布网络
8.1 电源和电源噪声
8.1.1 电源噪声
8.1.2 电源噪声的影响
8.1.3 电源噪声的缩放趋势
8.1.4 电源地分布系统
8.2 片上电源分布结构
8.2.1 路由网络
8.2.2 不规则网格结构网络
8.2.3 规则的网格结构网络
8.2.4 电源和地平面
8.2.5 级联的电源地环
8.2.6 混合的电源和地网络
8.3 输出阻抗特性
8.3.1 目标阻抗
8.3.2 去耦电容和谐振
8.3.3 片上去耦电容的分类
8.3.4 不同电源网格类型的阻抗
8.4 本章小结
第9章 计算机辅助设计与分析
9.1 片上电源网络设计流程
9.1.1 布局规划前（prefloorplan）阶段
9.1.2 布局规划后阶段
9.1.3 版图后阶段
9.2 RLC阻抗建模
9.3 估算去耦电容
9.3.1 解析技术
9.3.2 基于仿真的技术
9.4 表征负载电路
9.4.1 使用无源器件
9.4.2 利用分段线性电流源
9.4.3 输入开关模式的依赖关系
9.5 片上电源/地噪声分析
9.5.1 静态分析技术
9.5.2 动态分析
9.5.3 层次化分析
9.5.4 统计分析
9.6 本章小结
第10章 电源降噪技术
10.1 电路级降噪
10.1.1 拓扑结构和布线宽度的优化
10.1.2 去耦电容的布局
10.1.3 利用阻尼因子
10.1.4 偏差和摆率控制
10.1.5 反相时钟树
10.1.6 分散谱时钟的产生
10.2 系统级降噪
10.2.1 感知电源噪声的布局
10.2.2 封装和板级特性
10.2.3 异步电路设计
10.3 本章小结
第11章 功耗
11.1 瞬态功耗
11.1.1 动态功耗
11.1.2 短路功耗
11.2 静态功耗
11.2.1 反偏pn结漏电电流
11.2.2 亚阈值漏电电流
11.2.3 亚阈值电流建模
11.2.4 亚阈值斜率
11.2.5 栅氧隧穿漏电电流
11.2.6 栅极漏电电流性质
11.2.7 高介电常数栅极电介质材料
11.2.8 高介电常数电介质与金属栅
11.2.9 直流功耗
11.3 本章小结
第Ⅳ部分 同 步
第12章 同步理论与选择
12.1 布尔信号的分类
12.1.1 等时与非等时信号
12.1.2 同步与异步信号
12.2 全同步电路操作
12.2.1 时序关系
12.2.2 优点
12.2.3 局限性
12.3 自定时电路操作
12.3.1 时序关系
12.3.2 优点
12.3.3 局限性
12.3.4 全同步对自定时系统
12.4 GALS电路操作
12.4.1 GALS系统中的同步器
12.4.2 优点
12.4.3 局限性
12.5 本章小结
第13章 片上时钟生成
13.1 环振
13.1.1 环振的频率稳定性
13.1.2 多相位时钟生成
13.2 晶振
13.2.1 晶体谐振器
13.2.2 标准晶振
13.2.3 皮尔斯振荡器
13.3 锁相环（PLL）
13.3.1 数字系统中的PLL
13.3.2 系统层面的特性
13.3.3 鉴相器
13.3.4 鉴频鉴相器（PFD）
13.3.5 电荷泵
13.3.6 环路滤波器
13.3.7 压控振荡器
13.3.8 频率响应和PLL环路动力学
13.4 延迟锁相环
13.4.1 工作原理
13.4.2 优点
13.4.3 频率响应
13.4.4 局限性
13.5 本章总结
第14章 同步系统的特性
14.1 数据路径延迟部件
14.1.1 最小时钟周期
14.1.2 竞争状态
14.2 寄存器的建立保持时间
14.3 建立保持时间的表征
14.3.1 独立型建立保持时间表征
14.3.2 依赖型建立保持时间表征
14.4 局部数据路径示例
14.5 时钟偏差
14.5.1 时钟偏差定义
14.6 时序约束
14.6.1 长数据路径的时序约束
14.6.2 短数据路径的时序约束
14.7 增强同步性能
14.7.1 局部负时钟偏差示例
14.8 本章总结
第15章 片上时钟分布
15.1 时钟分布设计
15.1.1 缓冲树形时钟分布
15.1.2 对称H树形时钟分布网络
15.1.3 控制时钟偏差的补偿技术
15.1.4 低功耗时钟分布网络设计
15.2 自动布局与综合
15.2.1 时钟分布的自动版图生成
15.2.2 自动时钟分布综合
15.2.3 重定时
15.3 分析与建模
15.3.1 工艺不敏感的时钟分布网络
15.3.2 时钟偏差的估算模型
15.4 时钟偏差调度
15.4.1 片外时钟偏差
15.4.2 全局和局部时序约束
15.4.3 示例
15.5 工业级时钟分布网络示例
15.5.1 贝尔电话WE32100 32位微处理器
15.5.2 DEC/Compaq 64位Alpha微处理器
15.5.3 8位×8位流水乘法器
15.5.4 Intel IA64微处理器
15.6 本章小结
第Ⅴ部分 衬底感知设计
第16章 混合信号系统中的衬底噪声
16.1 开关噪声耦合机制
16.1.1 互连耦合
