《数字集成电路设计》教学大纲

PAGE84PAGE87《数字集成电路设计》教学大纲课程英文名IntegratedCircuitDesign课程代码F0712Z71学分3.5总学时56理论学时40实验/实践学时16课程类别专业课课程性质必修课先修课程《数字电路》《模拟电路》适用专业微电子科学与工程开课学院光学与电子科技学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位《集成电路设计》课程是电子科学与技术专业的专业选修修课。学习本课程使学生对VLSI的构成及设计有一个基本的系统认识，为日后从VLSI的设计及生产提供知识储备。学习本课程对于学生在半导体器件、数字逻辑线路和电子电路的基础上进一步了解集成电路的组成单元和设计思想，了解CMOS和双极集成电路的结构特点及制造工艺、掌握CMOS集成电路的电路结构设计、工作原理和分析方法；了解简单电路的版图结构和版图设计，为学生今后从事集成电路的设计、制造及集成电路应用研究等工作打下坚实的基础。。（二）课程目标1、能够应用数学、物理、计算机等方面知识解决具有一定复杂性的CMOS集成电路技术问题（对应毕业要求1）；2、能够识别、表述、归类需要解决的问题，并结合文献分析类比，提出解决方案（对应毕业要求2）；3、能够利用电脑和软件等现代工具，针对待解问题建立电路模型，完成电路设计、电路仿真设计、版图设计和版图验证等（对应毕业要求3和5）；4、能够通过电路分析、软件计算、试验等方法得出定量结果，改进设计方案，进行数据分析，以恰当的形式表达结果，并对结果进行合理的评价（对应毕业要求4）。二、课程目标达成的途径与方法本课程采用小班化教学模式，理论教学、实验教学、专题讨论相结合；采用板书、多媒体教学和微课录像等多种教学手段，引入计算机辅助教学，布置实验作业或大型综合作业来实现本课程的课程目标。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1.3毕业要求2.3、2.4毕业要求4.3毕业要求5.2、5.3毕业要求10.2课程目标1HM课程目标2H课程目标3MM课程目标4H课程目标5L注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求第一章绪

论要求：了解集成电路设计的重要性，集成电路的发展历史。掌握集成电路发展的规律摩尔定律、等比例缩小定律。了解集成电路未来的发展和挑战。第二章CMOS集成电路制造技术2.1集成电路加工的基本操作2.2典型的CMOS结构和工艺2.3深亚微米CMOS结构和工艺2.4pn结隔离双极结构和工艺2.5氧化物隔离双极结构和工艺2.6先进的双极器件结构和工艺2.7SOICMOS结构和工艺2.8BiCMOS结构和工艺要求：掌握基本的n阱CMOS结构和工艺过程以及典型的SBC双极工艺过程；了解深亚微米CMOS电路在器件结构和工艺上的改进，先进的双极器件结构和实现工艺；了解SOICMOS和BiCMOS结构和工艺，以及n阱CMOS工艺的版图设计规则。能够根据工程需设计简单电路的工艺流程设计，具有对复杂工程电路工艺问题进行预测与模拟的能力。第三章集成电路中的元器件3.1长沟道MOS器件模型3.2小尺寸MOS器件中的二级效应3.3SPICE中的MOS晶体管模型3.4双极型器件的大信号模型3.5双极型器件的小信号模型3.6SPICE中的双极晶体管模型3.7集成电路中的无源元件要求：掌握MOS晶体管的基本原理和SPICE模型参数；了解双极晶体管的基本原理和SPICE模型参数；了解集成电路中电阻和电容元件的设计，集成电路中互连线的寄生效应。能够根据工程进行器件的建模设计，具有对国际新型器件工艺问题进行预测与模拟的能力。第四章数字集成电路的基本单元电路4.1MOS反相器4.2静态CMOS反相器4.3类NMOS反相器4.4MOS传输门逻辑电路4.5动态CMOS逻辑电路4.6CMOS逻辑电路的功耗4.7双极饱和型逻辑电路4.8ECL电路4.9BiCMOS逻辑电路要求:掌握CMOS反相器的直流特性和瞬态特性的分析；掌握CMOS传输门的工作原理，静态CMOS电路的工作原理及设计技术，理解类NMOS电路的工作原理和动态CMOS电路的工作原理及设计方法；掌握动态CMOS逻辑电路的分析和设计。能够对各类电路结构的原理进行直流特性和瞬态特性分析，能够进行电路的功耗、延迟、性能的测量。第五章数字集成电路中的基本模块5.1组合逻辑电路5.2时序逻辑电路要求：掌握用CMOS实现组合逻辑电路，如多路器和逆多路器、二选一多路器电路、用传输门实现四选一电路、编码器和译码器、全加器、对称形式的全加器电路、基于CMOS传输门的全加器、进位链电路；了解常用的组合逻辑电路的实现方法和性能分析；掌握时序电路的特点，基于双稳态电路的几种触发器，常用时序电路移位寄存器和计数器的实现。能应用电路直流特性和瞬态特性进行复杂电路问题分析和应用，并根据电路的功耗、延迟、性能设计复杂电路问题。第六章CMOS集成电路的I/O设计6.1输入缓冲器6.2输出缓冲器6.3ESD保护电路6.4三态输出和双向缓冲器要求：掌握CMOS集成电路输入、输出缓冲器的设计。掌握选择器，全加器，锁存器，触发器，寄存器的工作原理及设计方法，理解MOS时钟电路的设计和存储器的结构和工作原理及设计方法。能应用I/O电路原理进行复杂电路I/0问题分析和应用，并用于解决复杂电路的端口问题。第七章MOS存储器7.1MOS存储器的分类7.2存储器的总体结构7.3存储器的单元结构要求：了解存储器的分类，存储器的总体结构以及基本存储单元电路。第八章集成电路设计方法8.1集成电路的设计方法8.2集成电路的版图设计要求：掌握集成电路设计方法介绍，包括发展过程以及主要的设计方法。掌握基于晶体管定制设计方法，基于标准单元的ASIC方法，了解基于IP核的SoC方法。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章绪论2完成集成电路发展历史自学及课后讨论课程目标1第2章CMOS集成电路制造技术4完成结合集成电路制造作业课程目标1第3章集成电路中的元器件6完成MOS器件课后作业，开展MOS器件工程问题设计及提出解决方案课程目标1、3第4章数字集成电路的基本单元电路10完成课后作业，针对一位全加器和触发器的设计问题展开专题讨论。课程目标1、3第5章数字集成电路中的基本模块10完成课后作业课程目标2第6章CMOS集成电路的I/O设计4完成课后作业课程目标2、5第7章MOS存储器2完成课后作业课程目标2、4第8章集成电路设计方法2完成课后作业，研究全定定制设计方法在解决复杂工程问题的应用课程目标2六、实践环节及基本要求（无）序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1集成电路设计流程介绍和开发环境的介绍4熟悉基本操作了解集成电路设计流程，掌握linux操作命令和cadence\hspice的使用。验证性必做2反相器的设计4利用集成电路设计知识，完成反相器的设计。掌握集成电路的功耗、延迟和性能优化设计方法综合性必做3与非门的设计4利用集成电路设计知识，完成异或门的设计。完成与非门的优化设计验证性必做4D触发器设计4利用集成电路设计知识，完成D触发器的设计。独立完成小规模集成电路的设计验证性必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核过程考核（作业、点名、纪律、网络课堂）+专题讨论/大型作业/实验/翻转课堂平时及作业表现以及专题讨论/大型作业/实验/翻转课堂表现评分平时及作业占10%专题讨论/大型作业/实验/翻转课堂占30%期中考核大作业10%期末考核闭卷期末考试50%考核类别考试成绩登记方式百分制注：由主讲教师在开课前公布详细的成绩评定细则。各部分占总成绩的比率，任课教师可根据不同的教学安排作适当调整，但须事先报专业负责人批准并向学生公布。八、课程目标达成评价 1、各考核项对应课程目标权重分配如下表：平时及作业期中考试专题讨论/大型作业/实验/翻转课堂期末考试课程目标10.3课程目标课程目标课程目标课程目标50.20.82、课程目标达成度计算公式：达成值九、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：甘学温等编著.集成电路原理与设计.北京大学出版社，2006年（二）主要参考书：1．JanM.R