《集成电路设计基础》PPT课件

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集成电路设计3版图设计PPT课件

N阱
P型衬底
24.09.2020 4
硅芯片上的电子世界--电阻
• 电阻：具有稳定的导电能力（半导体、导体）； • 芯片上的电阻：薄膜电阻；
薄膜电阻
宽度：微米
厚度：百纳米硅片
24.09.2020 5
电阻的版图设计
• 能与CMOS工艺兼容的电阻主要有四种：
• 扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻、MOS电阻
22
硅芯片上的电子世界—晶体管
• 三级管：pnp，npn • 硅芯片上的三极管：
24.09.2020
P+ …N…+. P+
N阱
P型衬底
23
三极管的设计
CMOS工艺下可以做双极晶体管。以N阱工艺为例说明PNP, NPN如何形成。
（1）多晶硅电阻最常用，结构简单。在场氧（非薄氧区域）。
多晶硅电阻（poly）
辅助标志层： res_dum
24.09.2020
P型衬底
为什么电阻要做在场氧区？
6
（2）扩散电阻
在源漏扩散时形成，有N+扩散和P＋扩散电阻。在CMOS N阱工艺下，N+扩散电阻是做在PSUB上，P＋扩散是在N阱里。
24.09.2020 13
平板电容
辅助标志层： cap_dum
比例电容的版图结构
P型衬底
24.09.2020
C2=8C1
14
平板电容
常见结构：MIM, PIP, MIP；
PIP、MIP结构，传统结构；
MIM结构，使用顶层金属与其下一层金属；
精度好；
下极板与衬底的寄生电容小；
钝化层
第n层金属
MIM 上电级
集成电路CAD设计

《集成电路》课件

《集成电路》ppt课件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04

《数字集成电路设计》课件

加法器和减法器
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。

《集成电路版图设计》课件

元器件工作原理
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电路版图设计
案例一
某数字集成电路版图设计
案例三
某射频集成电路版图设计
案例五
某可编程逻辑集成电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、高复杂度、高一致性的特点，需要综合考虑电路功能、性能、可靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电路设计转化为实际产品的关键环节，是实现电路功能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高集成电路的性能和可靠性，确保产品在长期使用中保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证，确保版图设计的正确性和可制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节，进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。

《集成电路设计》课件

掺杂与刻蚀
在晶圆表面进行掺杂和刻蚀，形成电路元件和互连结构。
晶圆制备
将高纯度硅晶棒进行切片，得到晶圆片，作为集成电路制造的基础材料。
图案转移
将设计好的电路图案通过光刻技术转移到晶圆表面，形成电路图形。
金属化与封装
在晶圆表面沉积金属，形成电路的互连线路，并将单个芯片封装成最终的产品。
集成电路工艺材料
详细描述
数字集成电路设计案例通常包括门电路设计、触发器设计、寄存器设计等，这些基本单元是构成复杂数字系统的基石。此外，数字系统级的设计案例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器等，这些系统级芯片广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
模拟集成电路设计案例
总结词
模拟集成电路设计案例主要涉及放大器、滤波器、比较器等模拟电路单元的设计，以及模拟系统级的设计。
电视、音响、游戏机等。
工业控制
PLC、DCS、机器人等。
汽车电子
发动机控制、ABS、 ESP等。
02
集成电路设计基础
集成电路设计流程
需求分析
对产品需求进行调研，明确设计目标、性能指标和限制条件。
规格制定
根据需求分析结果，制定出具体的规格说明书，包括芯片功能、性能参数等。
架构设计
根据规格说明书，设计出芯片的总体结构，包括各个模块的组成和相互关系。
电路仿真工具
用于模拟电路的行为和性能，常用的有ModelSim和 Matlab Simulink。
物理设计工具
用于将电路设计转换为版图，常用的有Cadence和 Synopsys。
测试工具
用于测试芯片的性能和功能，常用的有JTAG和Boundary Scan。

集成电路介绍ppt课件

11．TQFP 扁平簿片方形封装 12．TSOP 微型簿片式封装 13．CBGA 陶瓷焊球阵列封装 14．CPGA 陶瓷针栅阵列封装 15．CQFP 陶瓷四边引线扁平 16．CERDIP 陶瓷熔封双列 17．PBGA 塑料焊球阵列封装 18．SSOP 窄间距小外型塑封 19．WLCSP 晶圆片级芯片规模封装 20．FCOB 板上倒装片
CSP封装具有以下特点： (1)满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要； (2)解决丁IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题； (3)封装面积缩小，延迟时间大大缩小。
5.3 发展趋势
• 1、MCM封装 • 2、三维封装
1、MCM组装 Multi chip module
芯片封装体
芯片
封装外壳
五、集成电路封装技术
• 1、直插式 • 2、表面贴装式 • 3、芯片尺寸封装 • 4、发展趋势
5.1 直插式
• To封装：
• DIP封装
5.1 直插式
DIP封装特点： • (1)适合PCB的穿孔安装，操作方便； • (2)比TO型封装易于对PCB布线； • (3)芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积
二、集成电路特点
• 集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
1959年仙童公司制造的IC
诺伊斯
三、集成电路发展
• 第一阶段：1962年制造出集成了12个晶体管的小规模集成电路（SSI）芯片。

集成电路设计ppt

第四章半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
第六章 MOS管数字集成电路子系统设计 6.1 引言 6.2 加法器 6.3 乘法器 6.4 存储器
6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
7.1 引言 7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS模拟集成电路基本单元电路 7.4 MOS管集成运算放大器和比较器 7. 5 MOS管模拟集成电路版图设计第八章集成电路的测试与可测性设计
1.2 集成电路的发展
1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标（1）集成度（Integration Level）
集成度是以一个IC芯片所包含的元件（晶体管或门/数）来衡量（包括有源和无源元件）。随着集成度的提高，使IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构。硅晶片集成（Wafer Scale Integration -WSI)和三维集成技术也正在研究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集成或片上系统（SoC）的时代。

山东大学《集成电路设计基础》课件6

2020/7/29
《集成电路设计基础》
30
互连线设计中应注意的事项
对于各种互连线设计，应该注意以下方面：
为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片面积，连线尽量短。
为提高集成度，在传输电流非常微弱时(如 MOS栅极)，大多数互连线应以制造工艺提供的最小宽度来布线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
有源电阻将晶体管进行适当的连接和偏置，利用晶体管的
不同的工作区所表现出来的不同的电阻特性来做电阻。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
6
薄层集成电阻器
合金薄膜电阻
采用一些合金材料沉积在二氧化硅或其它介电材料表面，通过光刻形成电阻条。常用的合金材料有：（1）钽（Ta）；（2）镍铬（Ni-Cr）；（3）氧化锌SnO2；（4）铬硅氧CrSiO。多晶硅薄膜电阻
交流电阻： rds
VDS I DS
VGS V
VGS I DS
VGS V
1 gm
tox
n ox
L 1 W (V VTN )
2020/7/29
《集成电路设计基础》
16
有源电阻
饱和区的NMOS有源电阻示意图：
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
o
V
VDS
有源电阻的几种形式：
D VB
S (a)
CMOS工艺发展到深亚微米阶段后，互连线的延迟已经超过逻辑门的延迟，成为时序分析的重要组成部分。
这时应采用链状RC网络、RLC网络或进一步采用传输线来模拟互连线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
33
互连线

集成电路模拟版图设计基础106页PPT

第四部分：版图的艺术
1. 模拟版图和数字版图的首要目标 2. 首先考虑的三个问题 3. 匹配 4. 寄生效应 5. 噪声 6. 布局规划 7. ESD 8. 封装
IC模拟版图设计
第一部分：了解版图
1. 版图的定义 2. 版图的意义 3. 版图的工具 4. 版图的设计流程
第一部分：了解版图
PMOS版图
第二部分：版图设计基础
2.1 器件
反向器
器件剖面图及俯视图
器件版图
第二部分：版图设计基础
2.1 器件
2.1.1 MOS管 1)反向器
VDD
3u/0.18u
IN
OUT
1u/0.18u
2)NMOS，PMOS
3)金属连线
GND
4)关于Butting Contact部分
第二部分：版图设计基础
2）它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基本知识，设计出一套符合设计规则的“正确”版图也许并不困难，但是设计出最大程度体现高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图缺不是一朝一夕能学会的本事。
第一部分：了解版图
3. 版图的工具：
– Cadence
Virtuoso Dracula Assura Diva
IC模拟版图设计
目录
第一部分：了解版图
1. 版图的定义 2. 版图的意义 3. 版图的工具 4. 版图的设计流程
第二部分：版图设计基础
1. 认识版图 2. 版图组成两大部件 3. 版图编辑器 4. 电路图编辑器 5. 了解工艺厂商
目录
第三部分：版图的准备
1. 必要文件 2. 设计规则 3. DRC文件 4. LVS文件
第二部分：版图设计基础

集成电路课件ppt

总结词
集成电路的发展历程经历了从小规模集成电路到大规模集成电路再到超大规模集成电路的演变。随着技术的不断发展，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。
要点一
要点二
详细描述
集成电路的发展历程是一个不断创新和演进的过程。最早的集成电路是小规模集成电路，只能实现简单的电路功能。随着技术的不断发展，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。从20世纪60年代开始，大规模集成电路的出现使得电子设备变得更加小型化、轻便化。进入20世纪80年代后，超大规模集成电路的发展进一步推动了电子设备的微型化和智能化。如今，随着半导体制造工艺的不断进步，集成电路的集成度越来越高，性能越来越强大，为各种电子设备的发展提供了强大的支持。
全球集成电路产业竞争格局日益激烈，企业兼并重组加速，产业集中度不断提高。
中国集成电路产业面临技术瓶颈、人才短缺、产业链不完善等挑战，需要加强自主研发和创新能力。
中国政府出台了一系列政策措施，支持集成电路产业发展，推动产业升级和转型。
中国集成电路产业发展迅速，市场规模不断扩大，技术水平不断提高。
01
导出与交付
根据集成电路的规格和性能要求，选择合适的封装形式，如DIP、SOP、QFP等。
封装形式
测试设备
测试程序
测试报告
使用专业测试设备对集成电路进行功能测试、性能测试和可靠性验证。
编写测试程序，模拟集成电路的实际工作场景，进行全面测试。
根据测试结果生成测试报告，记录集成电路的性能指标和可靠性数据。
加强集成电路教育资源建设，包括教材建设、师资队伍建设、实验设备建设等，以提高教育质量。
建立集成电路教育平台，实现优质教育资源的共享和交流，促进教育公平和协同发展。
加强校企合作，推动产学研用深度融合，为学生提供实践机会和就业渠道，提高人才培养的针对性和实用性。

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18.02.2021
可整理ppt
17
C
I LC
B
rBB
B'
I LE
rC
C
I EC R
I CC F
E
rE
E
GP直流模型
rB B
B
B
+
V r
-
18.02.2021
可整理ppt
15
EM小信号等效电路
B rBB
B
+
V r -
r C
+ V -
C
(gmFV gmRV ) E
rE
C rc
C
CCS ro
gmF：正向区跨导 rπ：输入电阻 r0：输出电阻
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E
gmR：反向区跨导
CCS ：集电极-衬底电容
rµ：集电极-基极电阻 Cπ：发-基极等效电容
可整理ppt
11
§ 7.3 双极型晶体管及其SPICE模型
双极型晶体管模型：（1） Ebers-Moll（即EM）模型 ——Ebers和Moll于1954年提出（2）Gummel-Poon（即GP）模型 ——Gummel和Poon 于1970年提出
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可整理ppt
12
EM直流模型：
EM电流方程：
c
IC -
ICIS exV V B p t E 1 IS R exV V B p t C 1
VBC
IR
IB
+
+ B
VBE
IF
IE E
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αFIF
IE IS F ex V V B tpE 1 IS ex V V B tpC 1
αRIR 晶体管KVL和KCL方程：
IBICIE
VCEVBEVBC
这四个独立的方程描述了双极型
晶体管的特性。
可整理ppt
13
c
IC -
VBC
IR
IB
+
+ B
VBE
IF
IE E
注意：
αFIF αRIR
C A
n B
p
n A’
E NPN管
虽然NPN晶体管常被设想为在两个N沟层之间夹着一个
P型区的对称型三层结构。但与MOS器件不同的是：集电
PN结内建势垒
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公式中符号
IS n
R S
τT
Cj0
m V0
SPICE中符号
IS N RS TT CJ0 M VJ
可整理ppt
单位 SPICE中默认值
A
1.0E-14
-
1
Ω
0
Sec
0
F
0
-
0.5
V
1
9
器件的电子噪声
所谓电子噪声是指电子线路中某些元器件产生随机起伏的电信号。这些信号一般是与电子（或其它载流子）的电扰动相联系的。
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可整理ppt
6
半导体器件等效电路模型
半导体器件等效电路模型在特定的工作条件下，把器件的物理模型用一组理想元件代替，用这些理想元件的支路方程表示器件的物理模型。
半导体器件在不同的工作条件下将有不同的等效电路模型。例如直流模型、交流小信号模型、交流大信号模型、瞬态模型等是各不相同的。
§ 7.1 § 7.2 § 7.3 § 7.4 § 7.5 § 7.6
引言二极管及其SPICE模型双极型晶体管及其SPICE模型 MOS场效应管及其SPICE模型短沟道MOS场效应管BSIM3模型模型参数提取技术
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可整理ppt
3
§ 7.1 引言
上一章主要介绍无源元件R、L、C的模型。
集成电路主要是由晶体管组成的，本章主要介绍晶体管等效电路模型。
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可整理ppt
4
半导体器件模型
半导体器件模型有：
器件的物理模型器件的等效电路模型
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5
半导体器件物理模型
半导体器件物理模型是从半导体基本方程出发，对器件的参数做一定的近似假设，而得到的有解析表达式的数学模型。
一般包括：热噪声（白噪声）和半导体噪声。半导体噪声包括散弹噪声、分配噪声、闪烁噪声（1/f噪声）和场效应管噪声。
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可整理ppt
10
二极管的噪声模型
热噪声：
In2
4kTA RS
闪烁（1/f）噪声和散粒噪声：
In2KF IDAF1 f 2qID
KF和AF是噪声系数
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8
二极管在反向偏压很大时会发生击穿。专门设计在击穿状态下工作的二极管称为齐纳二极管。但二极管的电流电压方程没有预示这种击穿，实际电路设计中需借助SPICE等模拟工具来大致确定击穿电压值。
二极管模型参数对照表
参数名
饱和电流发射系数串联体电阻渡越时间零偏势垒电容梯度因子
Cµ：基极-集电极电容 C CbCje
可整理ppt
16
双极型晶体管的GP模型
❖ GP模型对EM2模型作了以下几方面的改进：（1）直流特性
反映了基区宽度调制效应，改善了输出电导、电流增益和特征频率。反映了共射极电流放大倍数β随电流和电压的变化。（2）交流特性考虑了正向渡越时间τF随集电极电流IC的变化，解决了在大注入条件下由于基区展宽效应使特征频率fT和IC成反比的特性。（3）考虑了大注入效应，改善了高电平下的伏安特性（4）考虑了模型参数和温度的关系（5）根据横向和纵向双极晶体管的不同，考虑了外延层电荷存储引起的准饱和效应。
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可整理ppt
7
§ 7.2 二极管及其SPICE模型
端电压V与结电压VD的关系是：
+V
VDVIDRS
RS
其中
VD
ID ISenVt 1
+
VD
ID
Cj
Cd
-
高频下：
势垒电容Cj：Cj
Cj01VVD0
m
_
二极管等效电路模型
扩散电容Cd：Cd ddV D QτTddD V D I τ nTIVD t
区与发射区这两个电极不能互换。
18.02.2021
可整理ppt
14
改进的EM模型
Cbc
B RB Cbe
C
RC
Cjs
I bc BR I be
BF
Ibe- Ibc
RE
E
改进的EM模型用了电荷控制观点，模型中增加了电容Cbe 、Cbc并进一步考虑了集成电路中集电结对衬底的电容Cjs 。增加了发射极、基极和集电极串联电阻，模型对晶体管直流特性的描述更精确，使饱和区及小信号下的直流特性更符合实际。电容及电阻引入也使交流和瞬态特性的表征更为完善。
《集成电路设计基础》
山东大学信息学院刘志军
上次课内容
第6章集成无源器件及SPICE模型
§6.1 引言 § 6.2 薄层集成电阻器 § 6.3 有源电阻 § 6.4 集成电容器 § 6.5 电感 § 6.6 互连线 § 6.7 传输线
18.02.2021
可整理ppt

2
第7章晶体管的SPICE模型