译  者  序

CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design，即《CMOS数字集成电路——分析与设计》一书是现任韩国科学技术院院长的Sung-Mo“Steve”Kang教授和瑞士联邦理工学院的Yusef Leblebici教授编著的一本讨论CMOS逻辑电路的教材。该书于1995年首版，1998年、2002年、2013年分别出版了第二版、第三版和第四版，在美国被多所大学选为教材。
我们受电子工业出版社的委托，在2004年对该书的2002年版(即第三版)进行了翻译，意在为我国正在蓬勃兴起的集成电路设计人才培养提供可直接使用的教材，或为采用该原版教材进行双语教学的师生提供对照阅读的中文版本。经过近几年多所大学的使用，对此书反映普遍较好，为集成电路设计人才的培养发挥了一定的作用。所以，今年又对此书的第四版进行了翻译，以满足更多读者的需求。
在第四版的翻译过程中，合肥工业大学的潘敏、于红光老师都对该书做出了贡献，王翔宇、赵亦濛、陈强云、杨茜、刘国树等也参与了部分章节的翻译工作，在此对他们表示感谢。
鉴于时间紧迫，译者水平有限，译文中难免有错误之处，敬请读者批评指正。

译  者   
2014年10月
作 者 简 介

Sung-Mo(Steve)Kang(康松默)于美国加州大学伯克利分校气机工程系取得博士学位，主要研究全定制CMOS VLSI芯片的发展。在美国新泽西州默里山AT＆T贝尔实验室，他研究出了世界上第一个32位全CMOS微处理器及外围芯片。他曾在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、美国加州大学圣克鲁兹分校、美国加州大学默塞德分校以及韩国科学技术院(位于韩国大田)教授数字集成电路课程。他还在全球一些主要的会议和大学中，就CMOS数字电路、可靠性，以及电脑辅助VLSI电路和系统的设计等问题，发表特约演讲及担任特邀讲师。
Kang教授是IEEE、ACM及AAAS会员。曾获诸多奖项，包括IEEE Millennium奖、IEEE研究生教育技术领域奖、IEEE电路与系统协会M.E.Van Valkenburg奖、IEEE电路与系统协会技术成就奖、SRC卓越技术奖及Chang-Lin Tien教育领导奖。他曾在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校任系主任，美国加州大学圣克鲁兹分校任工程系主任，美国加州大学默塞德分校担任名誉校长，现在在韩国科学技术院担任院长。

Yusuf Leblebici于美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气和计算机工程系取得博士学位，是美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的客座副教授，土耳其伊斯坦布尔科技大学电气和电子工程系的副教授，美国伍斯特理工学院电气和计算机工程系的副教授。曾担任土耳其萨班哲大学微电子项目的协调人。目前，他是瑞士联邦理工学院的全职(主)教授，并兼任微电子系统实验室主任。主要研究高性能CMOS数字及混合信号的集成电路设计，VLSI系统的计算机辅助设计，智能传感器接口，半导体器件的建模与仿真，以及VLSI可靠性分析。他是IEEE会士，获北大西洋公约组织科学研究会奖，土耳其科学技术委员会年轻科学家奖，美国伍斯特理工学院Joseph Samuel Satin杰出人物奖。曾被选为IEEE电路与系统协会2010—2011年度杰出演讲人。

Chulwoo Kim于韩国高丽大学电子工程系取得理科学士学位和硕士学位，于美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气和计算机工程系取得博士学位。1999年，曾在美国加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司设计工艺部门进行暑假实习；2001年5月，加入位于得克萨斯州奥斯汀的IBM微电子部，研究单元处理器设计；2002年9月，加入韩国高丽大学电子和计算机工程系，现成为该系教授。曾任美国加州大学洛杉矶分校和美国加州大学圣克鲁兹分校的客座教授。目前研究有线线路收发器、存储器、功率管理及转换器。
Kim教授曾获三星人机工程论文比赛铜奖，ISLPED低功率设计比赛奖，DAC学生设计比赛奖，SRC发明家奖，韩国科学技术部青年科学家奖，Seokto优秀教师奖，ASP-DAC最佳设计奖。现任IEEE VLSI系统交流会编委会委员及IEEE固体电路国际会议科技项目委员会成员。

前    言

互补金属氧化物半导体(CMOS)数字集成电路是当今信息时代的一种领先技术。由于具有低功耗、大噪声容限以及易于设计等固有的特点，CMOS集成电路在开发研制随机存储器(RAM)、微处理器、数字信号处理(DSP)和专用集成电路(ASIC)芯片方面得到了广泛的应用。随着在移动计算平台、可穿戴设备、智能手机和多媒体系统等芯片开发方面对于低功耗、低噪声电子系统日益增长的需求，CMOS电路的广泛应用将持续增长。
CMOS集成电路涉及的领域非常广泛，通常分为数字CMOS电路和模拟CMOS电路两类。本书将集中讨论CMOS数字集成电路。然而需要指出的是：随着纳米制作工艺、极低的工作电压和吉赫兹(GHz)级工作频率带来的挑战，经典的数字CMOS电路设计与模拟CMOS电路设计的界限已渐趋模糊。因此，作者将试图从“模拟”的角度来分析和设计数字CMOS电路，例如用器件和电路的模拟及连续特性来实现数字化功能。
作者在20世纪90年代初期即计划撰写本书，当时两位主要作者正在从事本科及研究生的数字集成电路基础教学。在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校任教期间，在高年级工程技术选修课(即ECE382——大规模集成电路设计)教学中作者曾尝试选用已有的教材，然而老师和同学们一致反映需要一本深入讨论CMOS逻辑电路的全新教材，因此作者通过整理多年的课堂讲义开始编撰本书。从1993年起，作者在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、土耳其伊斯坦布尔科技大学、美国伍斯特理工学院、瑞士联邦工学院使用了这些新版的讲义。从广大同学、同行及审阅者的好评中，我们得到了极大的肯定和鼓舞。于1995年底出版了《CMOS数字集成电路——分析与设计》的第一版。
在第一版出版后不久，使用本书的众多师生提出了许多建设性的意见，作者迫切感到本书有待修订。作者对低功耗电路的设计、高速电路设计中的互连线问题、深亚微米电路设计等问题进行了修改和补充，并针对存储电路的新发展提供了众多更为精确有效的处理方法。在CMOS数字电路这个发展异常迅速的领域中，一本教科书只有通过不断修订，及时反映当今的技术发展水平，才能保证具有高的学术水平。基于这种认识，作者对本书不断地进行修订，先后于1998年、2002年出版了第二版和第三版，以反映技术水平和电路设计实践的最新发展。
从2002年本书第三版发行到现今的13年里，CMOS数字集成电路领域一直以越来越快的速度发展。纳米科技的出现以及集成大量功能模块的片上系统的广泛应用给CMOS数字集成电路的设计方式带来了巨大且亟需应对的改变。因此我们认为仅对内容进行增加修订已经不能满足本教材下一版本的要求了，而是需要对几乎所有章节进行全面重写。我们的作者团队加入了一位重要成员，来自韩国高丽大学的Chulwoo Kim教授。我们一起对本教材进行了大量修订。本书的第四版终于在付出艰辛努力后诞生了。
本书可作为高年级本科生和一年级研究生的教材，也可供从事集成电路设计、数字设计、VLSI等领域的工程师参考。数字集成电路设计正在持续高速地发展，作者也竭尽全力对本书所涵盖的内容提供最新的资料。本书共分15章，依据作者的教学经验，在一学期内教授本书所有内容略显局促，因此推荐按照如下计划授课：在面向本科生的教学中，用一学期的时间来讲授第1章至第10章有关CMOS数字集成电路的内容。
如时间允许，还可以有选择地讲授第11章“低功耗CMOS逻辑电路”、第12章“算术组合模块”和第13章“时钟电路与输入/输出电路”的内容。本书也可安排为两学期讲授，可以对后面章节中的新问题进行详细的探讨。在面向研究生的教学中，本书的全部章节可安排在一个学期内讲授。
本书的第1～8章详细讨论MOS晶体管及其相关特性、静态和动态工作原理与分析及基本反相器电路的设计、组合逻辑电路及时序逻辑电路的结构与工作原理。第四版第1章的内容有大量扩充，将详细介绍一些VLSI的设计方法。由于本书的前半部分主要讨论的是与数字VLSI及ASIC设计相关的一些数字IC设计方法，作者认为有必要在本书的开头加以说明。第6章深入讨论芯片上的互连线模型及互连线上的延迟时间计算，并将完整介绍数字集成电路的开关特性。第9章单独介绍应用于达到领先水平的VLSI芯片上的动态逻辑电路。第10章在内容和表达形式方面都做了全面的修改，深入地介绍许多达到当今领先水平的半导体存储电路。
由于低功耗电路设计的重要性日益增加，作者在第11章将致力于低功耗CMOS逻辑电路的讨论，全面覆盖了低功耗大规模数字集成电路的设计方法和实例。第12章介绍关键算数运算模块，并重点介绍高性能多位加法器和乘法器。
第13章将对时钟电路和芯片的I/O设计进行详细介绍。对如ESD保护电路、时钟分配、时钟缓冲及闩锁效应等一系列不可忽视的问题也给出了详细的讨论。最后，第14章和第15章分别讨论电路的可制造性设计和可测试性设计这两个重要问题。
作者曾就本书中的nMOS电路进行了长篇幅的讨论。从教学的角度来看，对nMOS电路进行一些介绍是有益的。为了强调广泛应用于数字电路设计的负载的概念，第5章介绍了基本的电阻型负载和伪nMOS反相器电路以及与其对应的CMOS电路，并在第7章介绍伪nMOS逻辑门(与非/或非)。
本书提供的Cadence设计教程和彩图可登录www.mhhe.com/kang或华信教育资源网 (www.hxedu.com.cn)注册下载，教辅资源包括习题解答，采用本书作为教材的老师可以通过向te_service@phei.com.cn发送邮件申请。