标题：CMOS电路活用技巧
图书信息
作　者：(日)大幸秀成　著，彭军　译  
出 版 社：科学出版社
出版时间：2012-6-1
版　次：1
内容简介
本书以CMOS的最小构成电路反相器为焦点,介绍CMOS器件的特点、结构、设计规则及制造方法。以标准逻辑电路为例，介绍了组合逻辑电路、时序逻辑电路的定义、基本电路结构及其应用举例。进而，介绍了接口的技巧和目前备受关注的模拟技术等。本书还涉及大规模集成电路(LSI)的话题，介绍其分类及发展趋势，以及ASIC和存储器的基本技术。
作者简介
大幸秀成
1982年毕业于爱媛大学电气工程专业，进入东京芝浦电气株式会社（现在的东芝）半导体事业本部，从事CMOS技术的标准逻辑工作。致力于推进日本与欧美厂商的产品共同开发及全球标准化。现在依然从事和CMOS相关的产品开发及技术市场工作。
主要著作：
《基本·C?MOS标准ロジックIC活用マスタ》（CQ出版社）
目录
第1章 CMOS器件的现状
1.1 半导体器件的分类
1.2 CMOS器件的特征
1.3 CMOS产品的种类和特点
第2章 CMOS的结构
2.1 CMOS的结构
2.2 设计规则
2.3 CMOS的制造工程
2.3.1 衬底材料的制作
2.3.2 前工序
2.3.3 后工序
第3章 CMOS的基本特性与逻辑电路的基本结构
3.1 CMOS的基本特性
3.1.1 N-ch MOS FET的特性表达式
3.1.2 P-ch MOS FET的特性表达式
3.1.3 CMOS反相器的特性
3.1.4 逻辑阈值电压
3.1.5 过渡区中的输出电压
3.1.6 电阻近似
3.2 CMOS的特点
3.2.1 功率消耗小
3.2.2 能够在低电压下工作/工作电压范围宽
3.2.3 噪声余量大
3.2.4 容易集成化
3.2.5 输入阻抗高
3.2.6 基于输入电容的初次记忆
3.3 基本逻辑电路
3.4 正逻辑与负逻辑
3.5 基本电路
3.5.1 反相器
反相器是可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在摸拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中,经常要用到反相器 
3.5.2 NAND门
3.5.3 NOR门
3.5.4 AND，OR门
3.5.5 传输门
所谓传输门（TG）就是一种传输模拟信号的模拟开关。CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成
3.5.6 时钟脉冲门
3.5.7 ExclusiveOR/NOR门
3.5.8 触发器
触发器（trigger）是个特殊的存储过程，它的执行不是由程序调用，也不是手工启动，而是由事件来触发，比如当对一个表进行操作（ insert，delete， update）时就会激活它执行。触发器经常用于加强数据的完整性约束和业务规则等。 触发器可以从 DBA_TRIGGERS ，USER_TRIGGERS 数据字典中查到。 
3.6 CMOS的保护电路
3.6.1 输入保护电路
3.6.2 输出的保护
3.6.3 电源/GND浮动时的保护
第4章 CMOS器件的种类与特征
4.1 CMOS标准逻辑
4.1.1 双极逻辑的诞生
4.1.2 CMOS逻辑的诞生
4.2 74***型的魅力
4.2.1 BiCMOS逻辑的特征
4.2.2 ECL的特征
4.2.3 ASIC的问世与标准逻辑的需要
4.2.4 单门逻辑的诞生
4.2.5 低电压化的趋势
4.2.6 封装的发展趋势
4.3 存储器
4.3.1 ROM
ROM是只读内存（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，资料并且不会因为电源关闭而消失。 
4.3.2 RAM
RAM（random access memory）随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。
4.4 ASIC的种类与特征
4.4.1 ASIC化的潮流
4.4.2 半定制
4.4.3 PLD
可编程逻辑器件PLD（programmable logic device) ：PLD是做为一种通用集成电路生产的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来决定。一般的PLD的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。这样就可以由设计人员自行编程而把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不必去请芯片制造厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。
早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可擦除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。 
其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。这一阶段的产品主要有PAL和GAL。PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。在PAL的基础上，又发展了一种通用阵列逻辑GAL，如GAL16V8,GAL22V10 等。它采用了EEPROM工艺，实现了电可按除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL结构的扩展型 CPLD和与标准门阵列类似的FPGA，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与门阵列等其它ASIC相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。
4.4.4 门阵列
门阵列是指由半导体厂商准备出已经在硅片上形成了被称为基本单元的逻辑门的母板,通过按照用户希望的电路进行布线,在母板上形成电路的半客户定制品芯片。门阵列使用通用的母板,不仅可大幅度的缩短生产工期,还可以实现低成本,因此被广泛的应用在从数码相机、DVD刻录机等民用设备到机器人、工业机床等工业设备的多种领域。
门阵列属于半定制的集成电路，可分为有信道和无信道两种。 
有信道门阵列是在一个芯片上把门排列成阵列形式，严格地讲是把单元(含有若干个器件)排列成阵列形式。单元被排列成行，行与行之间留有作为连线用的信道区，信道的宽度是固定的。这就是“有信道门阵列”这一名称的由来。为了保证单元之间的布线具有100%的布通率，需要有较宽的信道，但这样会导致无用的走线区域，因而浪费了硅面积。 
4.4.5 标准单元
4.4.6 全定制LSI
4.5 半定制LSI的设计方法
第5章 标准逻辑IC的功能与使用方法
5.1 组合逻辑电路
5.1.1 门电路
5.1.2 门电路的应用举例
5.1.3 特殊门电路
5.1.4 开路漏极
5.1.5 模拟开关
5.1.6 总线缓冲器
总线缓冲器在总线传输中起数据暂存缓冲的作用。其典型芯片有74LS244和74LS245 。
74LS244是一种8位三态缓冲器，可用来进行总线的单向传输控制。
74LS245是一种8位的双向传输的三态缓冲器，可用来进行总线的双向传输控制，所以也称总线收发器。
5.1.7 双向总线缓冲器
5.1.8 总线缓冲器与总线的连接
5.1.9 多路转换器/逆多路转换器/选择器
5.1.10 在多变数1输出逻辑电路中的应用
5.1.11 译码器/编码器
码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。 变量译码一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。 显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。
译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象。把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。
根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平。
编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 
5.1.12 使用译码器的CPU周边LSI的选择
5.2 时序逻辑电路
5.2.1 锁存器
锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。 
只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。通常只有0和1两个值。典型的逻辑电路是D触发器。
由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫锁存器件。
逻辑结构与功能表
8位锁存器74LS373的逻辑图见图所示。其中使能端G加入CP信号，D为数据信号。输出控制信号为0时，锁存器的数据通过三态门进行输出。
5.2.2 锁存器的应用举例
5.2.3 总线数据的暂存记忆
5.3 触发器
5.3.1 触发器的动作
5.3.2 触发器的应用举例
5.3.3 总线的数据分配和保持电路
5.3.4 计数器
5.3.5 计数器的串级连接举例
5.3.6 移位寄存器
5.3.7 移位寄存器的应用举例
5.3.8 单稳多谐振荡器
5.3.9 单稳多谐振荡器的应用举例
第6章 CMOS逻辑IC的特性
6.1 CMOS器件的接口
6.2 CMOS器件的标准接口
6.2.1 CMOS的输入输出特性
6.2.2 CMOS电平与TFL电平
6.2.3 CMOS电平的趋势
6.3 接口的专门技术
6.3.1 扇出端数
6.3.2 三态输出与输出冲突
6.3.3 上/中/下冲，反射，激振噪声
6.3.4 线连“或”电路与从低电压向高电压的电平变换
6.4 电压变换接口
6.4.1 从高电压向低电压变换的接口
6.4.2 输出的容忍功能
6.4.3 从低电压向高电压变换的接口
6.4.4 高→低/低→高双向电压变换接口
6.5 冒险
6.5.1 冒险引起的故障
6.5.2 晶体管与CMOS逻辑的接口
6.5.3 高速接口(单端与差动传送)概要
6.5.4 单端
6.5.5 差动传送(异动)
第7章 CMOS器件的失效模式
7.1 器件自身的失效
7.1.1 早期失效
7.1.2 偶然失效
7.1.3 耗损失效
7.2 失效模式
7.3 外来因素引起的失效
7.3.1 ESD岜成的损伤
7.3.2 闩锁造成的损伤
第8章 器件模拟与传输模拟
8.1 SPICE与IBIS
8.1.1 SPICE
8.12 IBIS
8.1.3 IMIC
8.2 LSI设计流程
8.3 基于SPICE的器件/电路模拟
8.3.1 器件模拟
8.3.2 电路模拟
8.3.3 SPICE模拟器的功能
8.4 传输模拟
8.4.1 数字信号的误解
8.4.2 信号完整的基础--方波是危险的
8.4.3 传输信号的高速化技巧
8.4.4 传输线的等效电路
8.4.5 基于IBIS传输模拟
8.4.6 EMI的法规
参考文献[1]