CMOS 디지털 집적회로 설계(IT CookBook 343)

도서 장점



① 디지털 집적회로 설계 입문자를 위한 핵심 이론 선별

② 실무 지식을 기를 수 있는 [시뮬레이션 및 레이아웃 실습] 제공

③ 풍부한 객관식/주관식 연습문제 수록

④ 본문의 주요 개념은 [핵심포인트]로 정리



도서 특징



실무형 인재를 위한 첫걸음,

디지털 집적회로 설계의 기본 이론부터 실무 지식까지 담았다!



【누구를 위한 책인가?】

이 책은 디지털 집적회로 설계를 배우려는 전기/전자공학 관련 학생들과 실무자를 대상으로 한다. 크게 집적회로 기초, MOS 기본 회로(CMOS 인버터, MOSFET 스위치 및 전달 게이트), CMOS 디지털 회로(정적 논리회로, 동적 논리회로, 순차회로), 메모리 회로를 다룬다. 전반적으로 디지털 집적회로의 설계 및 해석에 꼭 필요한 핵심 이론을 설명했으며, 이를 제대로 이해했는지 확인할 수 있는 객관식/주관식 연습문제를 수록하였다. 또한, 각 장의 마지막 절에는 '시뮬레이션 및 레이아웃 실습'을 구성하여, 회로에 대한 응용력을 높이고 실무 능력까지 향상시킬 수 있도록 하였다.



【주요 실습 내용】

- CMOS 논리 게이트의 레이아웃 설계 및 검증

- MOSFET 특성 시뮬레이션

- CMOS 인버터의 DC 특성과 스위칭 특성 시뮬레이션 및 레이아웃 설계

- 여러 가지 CMOS 논리 게이트와 전달 게이트의 스위칭 특성 시뮬레이션 및 레이아웃 설계

- 다양한 동적/정적 래치와 플립플롭 회로의 시뮬레이션 및 레이아웃 설계



부/장별 내용 요약



1장_ 집적회로 개요

반도체 집적회로가 발전해 온 과정을 간략히 소개하고, 디지털 집적회로의 설계과정과 웨이퍼 가공에서부터 조립과 검사를 거쳐 최종 제품으로 출하되기까지의 반도체 IC 제조과정을 소개한다.



2장_ 반도체 제조공정 및 레이아웃

실리콘 웨이퍼를 만들기 위한 단결정 실리콘 잉곳 형성 과정, 반도체 IC 제조에 사용되는 단위공정과 CMOS 일괄공정, 그리고 반도체 레이아웃의 구성과 레이아웃 설계 규칙에 대해 설명한다.



3장_ MOSFET 및 기생 RC의 영향

증가형 및 공핍형 MOSFET의 구조와 문턱전압, 전압-전류 특성에 대해 설명한다. 또한, MOSFET의 기생 커패시턴스 성분, 금속배선의 기생 저항 및 커패시턴스 성분과 이들이 MOS 회로의 동작속도에 미

치는 영향을 설명한다.

4장_ CMOS 인버터

CMOS, nMOS 및 pseudo nMOS 인버터의 구조와 DC 특성, 스위칭 특성, 전력소모 특성 등을 설명하고, 회로 설계 시에 고려해야 하는 요소들을 알아본다. 또한, 다단 CMOS 인버터 버퍼의 지연시간 모델링과 최적 설계 조건에 대해 설명한다.



5장_ MOSFET 스위치 및 전달 게이트

디지털 스위치로 사용되는 통과 트랜지스터와 CMOS 전달 게이트의 특성을 설명하고, 이들을 이용한 회로에 대해 소개한다.



6장_ 정적 논리회로

CMOS 및 nMOS 정적 논리회로의 구조와 DC 특성, 스위칭 특성 등에 대해 설명한다. 또한, 논리적 에포트와 전기적 에포트 개념을 기반으로 한 선형 지연모델을 소개하고, 이를 이용한 논리 게이트 및 다단 논리회로의 지연시간 모델링을 설명한다.



7장_ 동적 논리회로

CMOS 동적 논리회로의 구조, 동작 원리 및 특성을 설명하고, 도미노 및 np-CMOS 동적 논리회로의 구조와 동작을 설명한다.



8장_ 순차회로

디지털 회로에서 데이터 저장소자로 사용되는 래치와 플립플롭의 회로 구성과 동작 방식, 타이밍 파라미터를 설명하고, 순차회로의 동작 타이밍 조건에 대해 설명한다. 또한, 클록 스큐와 클록 지터가 순차회로의 동작에 미치는 영향을 설명한다.



9장_ 메모리 회로

반도체 메모리의 종류와 기본 구조를 소개하고, 비휘발성 기억소자인 ROM과 플래시 메모리 셀 회로, 구조 및 동작 원리를 설명한다. 또한, SRAM과 DRAM의 구조와 메모리 셀 회로, 메모리의 읽기와 쓰기 동작, 그리고 DRAM의 리프래시 동작에 대해 설명한다.

Chapter 01 집적회로 개요

1.1 집적회로의 역사

1.1.1 진공관에서 트랜지스터의 발명까지

1.1.2 트랜지스터 관련 기술의 발전과정

1.1.3 집적회로의 발명과 기술의 발전과정

1.1.4 마이크로프로세서의 발전과정

1.1.5 반도체 메모리의 발전과정



1.2 집적회로 설계과정

1.3 집적회로 제조과정

1.3.1 웨이퍼 가공공정

1.3.2 조립 및 패키징 공정

1.3.3 검사공정

핵심요약



Chapter 02 반도체 제조공정 및 레이아웃

2.1 단결정 실리콘 제조

2.1.1 고순도 폴리실리콘 제조

2.1.2 단결정 실리콘 잉곳 성장과 웨이퍼 가공

2.2 MOS 단위공정

2.2.1 에피택시공정

2.2.2 열산화공정

2.2.3 식각공정

2.2.4 이온주입공정

2.2.5 열확산공정

2.2.6 증착공정

2.2.7 리소그래피 공정

2.3 CMOS 일괄공정

2.4 레이아웃 설계

2.4.1 레이아웃

2.4.2 스틱 다이어그램

2.4.3 레이아웃 설계 규칙

2.5 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 03 MOSFET 및 기생 RC의 영향

3.1 MOS 구조

3.2 증가형 MOSFET의 구조 및 특성

3.2.1 증가형 MOSFET의 구조

3.2.2 증가형 MOSFET의 문턱전압

3.2.3 증가형 MOSFET의 전압－전류 특성

3.2.4 증가형 MOSFET의 누설전류

3.3 공핍형 MOSFET의 구조 및 특성

3.4 MOSFET의 기생 커패시턴스

3.4.1 게이트 커패시턴스

3.4.2 소오스 /드레인 접합 커패시턴스

3.5 기생 RC의 영향

3.5.1 도체의 저항

3.5.2 금속배선의 커패시턴스 성분

3.5.3 RC 지연모델

3.6 PSPICE 시뮬레이션 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 04 CMOS 인버터

4.1 MOS 인버터의 구조 및 특성 파라미터

4.1.1 MOS 인버터의 일반적인 구조

4.1.2 MOS 인버터의 DC 특성

4.1.3 MOS 인버터의 스위칭 특성

4.2 CMOS 인버터

4.2.1 CMOS 인버터의 DC 특성

4.2.2 CMOS 인버터의 스위칭 특성

4.2.3 CMOS 인버터의 전력소모 특성

4.2.4 다단 CMOS 인버터 버퍼

4.3 nMOS 및 pseudo nMOS 인버터

4.3.1 nMOS 인버터

4.3.2 pseudo nMOS 인버터

4.4 시뮬레이션 및 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 05 MOSFET 스위치 및 전달 게이트

5.1 MOSFET 스위치

5.1.1 nMOS 및 pMOS 스위치

5.1.2 통과 트랜지스터 논리회로

5.2 CMOS 전달 게이트

5.2.1 CMOS 전달 게이트

5.2.2 CMOS 전달 게이트 응용회로

5.2.3 CMOS 전달 게이트의 스위칭 특성

5.3 시뮬레이션 및 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 06 정적 논리회로

6.1 CMOS 정적 논리회로

6.1.1 CMOS 정적 논리회로의 구조 및 동작

6.1.2 부울 함수의 CMOS 정적 논리회로 구현

6.2 CMOS 정적 논리회로의 스위칭 특성

6.2.1 NAND 게이트의 스위칭 특성

6.2.2 NOR 게이트의 스위칭 특성

6.2.3 팬－인과 팬－아웃에 따른 논리 게이트의 스위칭 특성

6.2.4 복합 논리 게이트의 스위칭 특성

6.3 논리회로의 지연모델링

6.3.1 논리 게이트의 지연시간 모델링

6.3.2 다단 논리회로의 지연모델링

6.4 비율 논리회로

6.4.1 nMOS 논리회로

6.4.2 pseudo nMOS 논리회로

6.5 차동 캐스코드 전압 스위치 논리회로

6.6 시뮬레이션 및 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 07 동적 논리회로

7.1 CMOS 동적 논리회로

7.1.1 동적 논리회로의 구조 및 동작

7.1.2 동적 논리회로의 동작 특성

7.1.3 동적 논리회로의 직렬접속

7.1.4 pseudo 정적 논리회로

7.2 도미노 동적 논리회로

7.3 np－CMOS 동적 논리회로

7.4 시뮬레이션 및 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 08 순차회로

8.1 래치회로

8.1.1 정적 래치회로

8.1.2 동적 래치회로

8.1.3 TSPC 래치

8.1.4 래치의 타이밍 파라미터

8.2 플립플롭 회로

8.2.1 정적 플립플롭 회로

8.2.2 동적 플립플롭 회로

8.2.3 TSPC 플립플롭 회로

8.2.4 플립플롭의 타이밍 파라미터

8.3 순차회로의 동작 타이밍

8.3.1 플립플롭 기반 순차회로의 동작 타이밍

8.3.2 래치 기반 순차회로의 동작 타이밍

8.4 클록 스큐와 클록 지터의 영향

8.5 시뮬레이션 및 레이아웃 설계 실습

핵심요약

연습문제



Chapter 09 메모리 회로

9.1 반도체 메모리 개요

9.1.1 반도체 메모리의 종류

9.1.2 반도체 메모리의 구조

9.2 ROM 회로

9.2.1 ROM의 구조

9.2.2 마스크 ROM

9.2.3 PROM

9.2.4 EPROM 셀의 동작 원리

9.2.5 EEPROM 셀의 동작 원리

9.3 플래시 메모리 회로

9.3.1 플래시 메모리 셀의 구조 및 동작 원리

9.3.2 NAND형 플래시 메모리

9.3.3 NOR형 플래시 메모리

9.3.4 NAND형과 NOR형의 비교

9.4 SRAM 회로

9.4.1 SRAM 구조

9.4.2 SRAM 셀 회로

9.4.3 SRAM 셀의 읽기와 쓰기 동작

9.4.4 감지증폭기 회로

9.4.5 주소 디코딩 회로

9.5 DRAM 회로

9.5.1 메모리 구조

9.5.2 DRAM 셀 회로

9.5.3 DRAM 셀의 읽기와 쓰기 동작

핵심요약

연습문제



참고문헌

찾아보기

신경욱 저자 신경욱은 한국항공대학교 전자공학과에서 공학사(1984)를 취득하고, 연세대학교에서 공학석사(1986)와 공학박사(1990) 학위를 취득하였다. 이후, 한국전자통신연구원(ETRI) 반도체연구단에서 근무하였으며, 1991년 7월부터 현재까지 금오공과대학교 전자공학부 교수로 재직 중이다. 일리노이 주립대학교 전기 및 컴퓨터공학과(1995)와 캘리포니아 주립대학교 전기 및 컴퓨터공학과(2003), 조지아공대 전기 및 컴퓨터공학과(2013)에서 방문연구를 수행하였으며, 연구 분야는 반도체 회로설계, 통신 및 신호처리용 SoC 설계, 정보보호 SoC 설계, 반도체 IP 설계 등이다..

[저서 및 역서]
- 핵심이 보이는 전자회로(2013, 한빛미디어)
- Verilog HDL을 이용한 디지털 시스템 설계 및 실습(2013, 카오스북)
- 전자회로：핵심 개념부터 응용까지(2010, 한빛미디어)
- VHDL과 FPGA 실습 기초부터 따라하기(2010, 아진)
- CMOS 집적회로 설계(2004, 청문각)
- 기초 전기회로실험(번역서, 2000, 한국맥그로힐)