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第一篇 理论与实践2

第1章 电子设计自动化（EDA）技术基础2

1.1从电子CAD到EDA2

1.1.1 EDA基本概念2

1.1.2 EDA发展概况3

1.1.3 EDA与传统的CAD主要区别5

1.2 EDA的技术特征和工程应用范畴6

1.2.1电子工程设计与EDA6

1.2.2 EDA技术特征7

1.2.3 EDA主要应用范畴8

1.3EDA设计方法概述9

1.3.1行为描述法10

1.3.2 IP设计与复用技术10

1.3.3 ASIC设计方法10

1.3.4 SoC设计方法10

1.3.5软硬件协同设计方法11

1.4 EDA工具软件简介12

1.4.1 IC设计工具13

1.4.2PLD设计工具14

1.4.3 PCB设计工具15

1.5.1 Cadence EDA工具18

1.5典型的EDA工具18

1.5.2 Synopsys EDA工具20

1.5.3Mentor Graphics EDA工具20

1.5.4 Magma EDA工具22

1.5.5中国华大EDA工具22

1.5.6Altium（Protel）EDA工具24

1.5.7 Altera EDA工具25

1.6 EDA技术面临深亚微米工艺技术的挑战25

1.6.1 EDA技术随工艺技术的需求而发展25

1.6.2深亚微米SoC集成电路设计对EDA技术的挑战26

思考题与习题27

第2章 电子系统设计与电子组装28

2.1电子系统设计概述28

2.2电子系统设计方法30

2.2.1电子系统设计过程30

2.2.2现代电子系统的设计方法及工具32

2.3数字系统设计33

2.3.1数字系统的基本组成34

2.3.2设计数字系统的基本步骤35

2.3.3用流程图与MDS图（或ASM图）表示状态转换关系36

2.3.4数字系统的层次化设计41

2.4模拟系统设计46

2.4.1模拟电路应用场合及其特点46

2.4.2模拟系统的设计方法与步骤47

2.4.3基本单元模拟电路49

2.5 以微机（单片机）为核心的电子系统设计50

2.5.1智能型电子系统特点50

2.5.2典型微型计算机应用系统的组成与分类52

2.5.3微型计算机系统组成和接口扩展部分55

2.5.5微型计算机实用器件与电路介绍58

2.5.4微型计算机应用系统设计要点58

2.5.6智能型电子系统设计方法与过程61

2.6系统芯片（SoC）设计72

2.6.1系统芯片（SoC）的结构72

2.6.2 SoC设计流程76

2.7电子组装基础知识78

2.7.1整机与组装的关系80

2.7.2整机与系统的组装层次81

2.7.3不同封装层次面临的技术课题84

思考题与习题85

3.1微电子和集成电路的定义和研究范畴86

第3章 微电子技术与集成电路基础86

3.2从晶体管到SoC87

3.2.1晶体管的发展87

3.2.2集成电路的发展89

3.2.3摩尔定律和CPU的发展90

3.3集成电路的分类96

3.3.1结构类型97

3.3.2集成电路规模98

3.3.3集成电路功能99

3.3.5定制方式100

3.3.4结构形式100

3.4集成电路封装102

3.4.1集成电路封装的发展历程102

3.4.2集成电路封装的基本类型105

思考题与习题108

第4章 系统级设计与仿真109

4.1系统建模109

4.1.1系统的概念109

4.1.2系统的模型及其建立111

4.1.3模拟系统及数字系统模型113

4.2.1仿真的基本概念115

4.1.4电子系统的程序化模型115

4.2系统仿真115

4.2.2仿真的分类116

4.2.3 EDA仿真的基本原理117

4.3系统设计与仿真软件应用举例117

4.3.1电子系统设计与仿真工具——SystemView118

4.3.2虚拟仪器测控系统设计环境——LabVIEW120

4.3.3通用的工程计算和数据分析软件——MATLAB122

4.3.4数字系统的系统级行为描述123

4.4.1 EDA的层次化设计及其含义126

4.4 EDA的层次化设计与综合问题126

4.4.2综合128

4.4.3可重复使用功能块、IP产业和SoC130

4.4.4验证131

思考题与习题135

第5章 电路级设计与仿真136

5.1模拟电路模型与SPICE程序136

5.1.1模拟电路模型136

5.1.2 SPICE程序及其发展状况138

5.1.3电路模型举例——双极晶体管电路模型140

5.2.1仿真的基本概念144

5.2模拟电路设计与原理图仿真144

5.2.2模拟电路设计与仿真145

5.3数字电路模型与硬件描述语言147

5.3.1数字电路模型147

5.3.2硬件描述语言HDL的现状与发展152

5.4数字电路设计与原理图仿真155

5.5数字电路与模拟电路混合设计与仿真159

思考题与习题163

6.1 SPICE仿真算法基础164

第6章 SPICE语言和模拟电路设计164

6.2 SPICE程序结构与分析类型167

6.2.1 SPICE程序结构167

6.2.2 SPICE分析类型169

6.3 SPICE电路结构描述和分析控制172

6.3.1电路的结构描述语句173

6.3.2电路特性分析和控制语句192

6.4模拟电路设计与仿真举例208

思考题与习题219

7.1 VHDL的基本结构224

7.1.1 VHDL基本结构224

第7章 VHDL224

7.1.2实体（ENTITY）226

7.1.3结构体（ARCHITECTURE）227

7.2 VHDL语法基础228

7.2.1标识符（Identifier）和保留字228

7.2.2数据对象（Data Objects）230

7.2.3数据类型（DataTypes）232

7.2.4运算符（Operators）235

7.2.5 VHDL的属性（Attribute）236

7.3.1顺序语句238

7.3 VHDL程序描述方法238

7.3.2并行语句241

7.4 VHDL基本程序设计245

7.4.1基本组合电路的设计245

7.4.2基本时序电路的设计246

7.5 VHDL数字系统设计方法249

7.5.1库、程序包、子程序249

7.5.2结构VHDL258

思考题与习题261

8.1.1简单的程序例子263

8.1 Verilog HDL模块结构263

第8章 Verilog HDL263

8.1.2模块的结构264

8.1.3模块的例化（Module Instance）267

8.2 Verilog HDL数据类型267

8.2.1常量的数据类型268

8.2.2变量的常用数据类型269

8.3 Verilog HDL运算符和表达式270

8.3.5位运算符（Bitwise operators）271

8.3.4逻辑运算符（Logical operators）271

8.3.3等号运算符（Equality operators）271

8.3.2关系运算符（Relational operators）271

8.3.1算术运算符（Arithmeticoperators）271

8.3.6缩减运算符（Reduction operators）272

8.3.7移位运算符（Shift operators）272

8.3.8条件运算符（Conditional operators）272

8.3.9位拼接运算符（Concatenation operators）273

8.3.10优先级273

8.3.11关键字273

8.4 Verilog HDL语句274

8.4.1赋值语句275

8.4.2条件语句277

8.4.3循环语句279

8.4.4结构说明语句281

8.4.5块语句283

8.4.6语句的顺序执行和并行执行284

8.4.7编译预处理287

8.5 Verilog HDL基本逻辑电路设计289

8.5.1组合逻辑电路设计289

8.5.2时序电路设计290

8.5.3状态机电路设计292

思考题与习题293

第9章 可编程逻辑器件（PLD）与SOPC295

9.1 PLD概述295

9.1.1 可编程数字电路概念295

9.1.2 PLD开发环境296

9.2 PLD结构特点297

9.2.1简单可编程逻辑电路297

9.2.2 CPLD的结构特点304

9.2.3典型的CPLD器件结构309

9.2.4 FPGA的结构特点315

9.2.5 FPGA的典型器件结构323

9.2.6 CPLD与FPGA的比较330

9.3可编程数字逻辑系统设计平台334

9.3.1 MAX+plusⅡ软件基本功能334

9.3.2 QUARTUS软件基本功能336

9.4可编程数字逻辑系统设计339

9.4.1基于原理图输入法的系统设计339

9.4.2基于硬件描述语言的系统设计342

9.4.3综合数字系统设计范例344

9.5可编程系统芯片（SOPC）及解决方案370

9.5.1 SOPC概念及软硬件基础370

9.5.2基于SOPC的嵌入式处理器解决方案372

9.5.3基于SOPC的嵌入式DSP解决方案373

思考题与习题380

第10章 IC设计流程与SoC382

10.1 IC工艺和版图基础382

10.1.1集成电路的主要生产工艺383

10.1.2版图基础386

10.2 IC设计特点与信息描述392

10.2.1设计特点392

10.2.2设计信息描述393

10.3.1 IC设计流程395

10.3 IC设计流程395

10.3.2系统功能设计396

10.3.3逻辑与电路设计397

10.3.4版图设计398

10.4 IC设计方法400

10.4.1全定制设计400

10.4.2半定制设计401

10.4.3定制设计404

10.5模拟IC设计范例409

10.6.1设计举例415

10.6数字IC设计范例415

10.6.2深亚微米／超深亚微米设计中的新问题423

10.7 SoC技术与IP重用技术428

10.7.1 SoC技术429

10.7.2 IP重用设计技术432

10.8 IC产业分工与多项目晶圆服务435

10.8.1 IC产业链形成及分工435

10.8.2多晶圆加工服务MPW438

思考题与习题443

11.1.1 印制电路板的结构和种类445

11.1 PCB基本知识445

第11章 PCB设计技术445

11.1.2 PCB的基本元素446

11.1.3印制电路板常用标准449

11.2 PCB设计的基本流程450

11.2.1基本流程450

11.2.2绘制PCB举例452

11.3 PCB设计的基本原则456

11.3.1 PCB布局原则456

11.3.2 PCB布线458

11.4.1地线设计459

11.4 PCB可靠性设计459

11.4.2电磁兼容性设计460

11.4.3去耦电容配置461

11.4.4印制电路板的尺寸与器件的布置462

11.4.5热设计462

11.5混合信号PCB的分区设计463

11.6高速PCB的信号完整性设计467

11.6.1信号完整性及相关参数的概念467

11.6.2确保信号完整性的电路板设计准则469

11.7集成系统PCB设计的新技术487

思考题与习题490

第二篇 工具软件使用指导492

第12章 动态系统仿真软件SystemView492

12.1 SystemView入门介绍492

12.1.1 SystemView的特点492

12.1.2第一个例子494

12.2系统设计窗口499

12.2.1主窗口介绍500

12.2.2工具栏501

12.2.3图符库区501

12.2.4动态系统棒503

12.3系统定时及仿真条件的设定504

12.4分析窗口工作环境506

12.4.1菜单和工具条507

12.4.2工具条507

12.4.3接收计算器508

思考题与习题515

第13章 Multisim电子实验工作台软件517

13.1 EWB与Multisim517

13.2 Multisim的安装518

13.3 Multisim基本界面介绍526

13.4一个电路仿真实例534

13.4.1编辑原理图534

13.4.2确定静态工作点和功能分析544

思考题与习题548

第14章 电路原理图及PCB设计软件Protel DXP552

14.1运行环境、安装与卸载552

14.1.1运行环境552

14.1.2安装与卸载552

14.2.1 运行555

14.2 Protel DXP操作环境555

14.2.2工作面板557

14.2.3打开或关闭工作区域559

14.2.4 PCB编辑器562

14.2.5原理图编辑器565

14.3基于PCB的电路设计入门565

14.3.1电子系统设计流程566

14.3.2设计简单原理图566

14.3.3设计PCB572

思考题与习题577

15.1.1布置电路图580

15.1 Capture的使用580

第15章 电路设计与仿真软件OrCAD580

15.1.2“Capture CIS”与层电路设计587

15.1.3零件制作与管理595

15.2 PSpice的使用604

15.2.1电路图的绘制605

15.2.2分析参数的设定607

15.2.3执行PSpice程序608

思考题与习题611

16.1.1 MAX+plusⅡ10.0的功能615

16.1 MAX+plusⅡ概述615

第16章 ALTERA可编程器件开发系统MAX+PlusⅡ615

16.1.2系统要求616

16.2 MAX+plusⅡ10.0的安装616

16.2.1 MAX+plusⅡ10.0的安装616

16.2.2第一次运行MAX+plusⅡ10.0618

16.3使用MAX+plusⅡ设计数字电路的步骤620

16.3.1项目建立与原理图输入621

16.3.2项目编译627

16.3.3项目校验628

16.3.4 目标器件选择与管脚锁定634

16.3.5器件编程和配置637

思考题与习题638

第17章 Silvaco IC设计软件介绍640

17.1原理图设计工具Scholar640

17.2创建一个新设计652

17.3原理图结构657

17.4库管理器658

17.5编辑原理图663

17.6原理图的视图678

17.7设计流程680

17.8仿真690

17.9 EDIF696

17.10 LVS700

17.11 Expert简介702

17.12 SmartSpice简介706

思考题与习题706

第18章 Microwind IC版图设计软件707

18.1进入Microwind707

18.2Microwind一些重要功能714

思考题与习题721

参考文献722