数字集成电路设计与仿真课程标准

《数字集成电路设计与仿真》课程标准一、课程概述课程名称数字集成电路设计与仿真课程代码英文名称DigitalIntegratedCircuitDesignandSimulation学分4适用专业集成电路技术/微电子技术总学时64课程性质□公共基础课程（□必修课、□选修课）专业课程（□专业基础课程、专业核心课程、□专业拓展课程）其中：实践学时32课程定位《数字集成电路设计与仿真》课程在对集成电路技术专业面向的就业岗位进行整体调研与分析后，依据集成电路技术专业人才培养方案中对本课程的素质、知识和能力要求，结合“1+X集成电路设计与验证职业技能等级标准”的一门专业核心课程。旨在提高学生在集成电路设计与分析能力，着重使学生掌握从事IC类企业中电路设计岗位所必备的知识和基本技能，培养其分析问题和解决问题的学习能力，具备继续学习专业技术的能力，在本课程的学习中渗透思想道德和职业素养等方面的教育，使学生形成认真负责的工作态度和严谨的工作作风，为后续课程学习和职业生涯的发展奠定基础。先修课程：《数字电子技术》、《半导体器件物理》。后续课程：《集成电路版图设计》、《集成电路版图设计实训》。课程目标（一）素质目标（包括职业素养和育人目标）（1）很好具有安全、节能和环境保护意识；（2）很好具有良好合作交流和能力；（3）具有良好自我学习和管理能力；（4）敬业、精益、专注和创新的工匠精神；（5）（二）知识目标（1）熟练掌握MOS器件的结构和作用，工作原理，包括阈值电压的调整，电流电压特性，MOS电容等；（2）会解释CMOS数字集成电路电路结构图；（3）会对CMOS数字集成电路电路结构图进行正确分析，并明确设计任务；（4）会依据设计要求进行CMOS静态电路和动态电路的结构设计，参数设计等；（5）熟知现代集成电路的设计方法和设计流程。（三）能力目标（1）能够正确掌握集成电路的设计方法和设计流程，能对一个数字CMOS电路的设计进行描述；（2）能够根据半导体的掺杂类型和数量，计算出MOS器件的阈值电压，线性区及饱和区漏电流；（3）能够根据设计要求，设计最佳的CMOS反相器电路，会分析反相器的工作原理，计算反相器的宽长比值，并能运用反相器设计出环形振荡器，缓冲器等电路；（4）能够根据设计要求，分析或设计组合数字逻辑电路和时序数字逻辑电路，能利用不同的电路结构，如互补CMOS电路结构、伪NMOS电路结构、传输门结构设计电路；（5）能够对动态逻辑电路进行分析，掌握多米诺逻辑电路的设计方法。二、课程内容和要求序号课程单元主要教学知识点学习目标及能力要求育人元素融入途径、方式参考学时01集成电路设计认知1.初识集成电路设计1.能清晰表达集成电路的发展历史、数字集成电路的分类。2.能对集成电路的封装形式进行分类。3.熟悉集成电路设计平台及EDA软件。树立发展我国集成电路产业的职业理想，并具有艰苦奋斗的精神。新闻、视频。当前集成电路产业国际国内的形势。42.数字集成电路设计1.了解现代数字集成电路设计流程和设计风格；2.能通过一个具体电路的举例，描述电路的设计流程。02MOS晶体管认知1.MOS晶体管介绍熟悉MOS晶体管结构与CMOS工艺结构。82.MOS晶体管阈值电压1.熟悉外加不同栅压下，晶体管处于不同工作区域的阈值电压基本概念，能理解其工作原理及结构特点；2.并能对器件的阈值电压进行计算和调整。3.MOS晶体管电流方程1.熟悉MOS晶体管工作在三种不同的区域：饱和区、截止区、线性区；2.学会根据MOS晶体管的电压-电流特性方程计算MOS晶体的漏电流值；3.通过实践仿真不同工作区漏极电流。4.MOS晶体管电容熟悉不同工作区域的MOS晶体管分布电容及其计算公式。03CMOS反相器设计与仿真1.CMOS反相器的工作原理熟悉CMOS反相器的基本组成、开关特性与工作原理。树立大国工匠精神、民族自信心案例:大国工匠精神。引导同学将工匠精神移植的集成电路版图设计过程中。162.CMOS反相器静态特性1.熟悉反相器传输特性、电压与电流转移特性。2.会正确绘制CMOS反相器的符号图和电路图，并在图中标明参数。3.通过实践仿真反相器电压与电流传输特性曲线。3.CMOS反相器设计与分析1.会根据设计要求，设计CMOS反相器的开关阈值电压；2.熟悉反相器的噪声容限，了解其计算公式。3.通过实践仿真验证CMOS反相器的开关阈值电压。4.CMOS反相器动态特性熟悉反相器转换时间、传输延时及驱动能力等概念。5.CMOS环形反相器链和振荡电路的应用能理解反相器的基本应用例子，学会设计简单项目时的一些基本方法和原则。6.常用反相器电路结构1.熟练掌握有比反相器与无比反相器的电路结构与工作原理；2.掌握有比反相器与无比反相器的区别。04静态组合逻辑门设计与仿真1.逻辑电路认知了解组合和时序逻辑电路的概念与CMOS静态逻辑门电路的分类。162.互补CMOS逻辑门电路会解释上拉电路和下拉电路的结构构成，能理解互补CMOS网络中并联和串联所表示的逻辑操作。3.简单CMOS逻辑门电路设计与仿真1.熟悉与非门、或非门电路的工作原理与开关阈值电压计算方法；2.掌握简单CMOS逻辑门电路的设计思路:对于NMOS晶体管，与串或并；对于PMOS晶体管，与并或串；3.通过实践仿真验证或非门的开关阈值电压。4.复杂CMOS逻辑门电路设计与仿真1.能学会简单互补CMOS逻辑门电路的分析和设计方法，使复杂电路的设计最简化；2.熟悉有比类NMOS逻辑电路的设计方法。3.通过实践仿真验证与或非门的瞬态时序逻辑。5.传输门逻辑电路3．学会传输门逻辑电路的电路结构与工作原理；2.熟悉传输门的工作应用电路，并能理解其工作原理；3.通过实践仿真验证异或门/同或门的瞬态时序逻辑。6.加法器电路了解半加器和全加器的设计方法，会解释其工作过程。05时序逻辑门设计与仿真1.时序逻辑电路认知1.基于组合逻辑电路，学会设计时序逻辑电路；2.了解时序逻辑电路的特点与分类。培养学生爱国主义情怀以中美贸易战中的高端集成电路芯片卡脖子问题引出核心技术只能靠自己的自强意识。培养学生的爱国主义情操。122.锁存器电路1.熟悉工作锁存器的工作原理；2.会设计各类锁存器电路的电路图；3.通过实践仿真验证SR锁存器的瞬态时序逻辑。3.触发器电路1.熟悉触发器工作原理；2.会使用反相器和传输门的特点，进行D触发器的分析与设计；3.通过实践仿真验证D触发器的瞬态时序逻辑。06动态逻辑门设计与仿真1.动态逻辑电路认知熟悉动态逻辑电路结构特点与工作原理。82.传输门动态逻辑电路1.能够对简单的动态逻辑电路进行分析，能清晰地进行工作原理表述；2.能熟练掌握动态电路分析方法及应用场合；3.通过实践仿真动态电路的工作过程。3.高性能动态逻辑电路1.了解高性能动态逻辑电路的分类；2.能够正确理解预充电-定值逻辑工作原理，并在此基础上学会多米诺逻辑电路、真单相动态逻辑电路的分析与设计，会画出电路图。3.通过实践仿真验证真单相时钟动态CMOS电路的时序逻辑。4.施密特触发器熟悉施密特触发器的工作原理及其应用电路。合计学时：64三、教学组织与实施教学设计以CMOS集成电路分析与设计典型工作过程为依据，全部学习情境都在引导学生实践集成电路设计的典型工作过程和完整设计流程，设计思想和理论都融会贯通在设计项目进行过程中。本课程的教学设计，是以培养学生数字集成电路应用能力为设计依据确定工作任务；将课程全部内容具体化为学习情境；以实际的应用项目为载体设计教学过程，具有综合性、可扩展性，给学生足够的发挥空间。在教学设计中以满足岗位能力需求和培养学生CMOS电路技术应用能力为依据，确定课程内容；以基于工作过程的学习情境和项目驱动的教学模式作为课程设计的基本思路，同时培养学生协同工作，耐心细致和严谨踏实的职业素质。教学方法1．项目导向、任务驱动教学法教学过程中坚持工学结合，以项目为导向、以任务驱动的学生技能学习。选取典型任务，涵盖相关知识点。注重培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及创新思维与技术综合应用能力。2．现场教学与多媒体教学相结合传统的板书与多媒体教学有机结合，使师生良好互动与技术媒体的信息良好展示得以充分的融合。在条件允许的情况下，可以带领学生去集成电路企业进行参观和听取相关讲座。3．“教、学、练、做”四位一体教学法在IC电路设计的理论和实践技能讲授过程中，坚持采用教、学、练、做四位一体教学法，边讲边学，边学边练，边练边做，讲、学、练、做相互交叉，学做合一、理实一体，使学生具有坚实的理论知识和过硬的实践技能。4.智慧职教在线开放课程学习。5.以集成电路丰富的产业信息、国家政策、国际贸易战等素材为教学背景，培养学生科学技术是第一生产力的意识，激发学生的爱国主义情操。教学手段1.多媒体在教学过程中全程使用。2.恰当运用现代辅助教学手段。教学过程中，采用虚拟项目等仿真教学环境、视频等教学手段辅助教学。3.充分利用网络资源。学生可通过在网上了解本课程开设的背景、学习本课程相关教学资源。四、教学条件【教师团队】专任教师：具备双师型教师素质，具备讲师（工程师）及以上职称，要求对集成电路原理及概念非常熟悉，对设计软件相当了解，对IC数字电路设计非常熟练。企业兼职教师：要求具有一定的授课能力，在IC数字电路设计行业多年，对本行业现状及发展趋势相当了解，对IC数字电路设计的经验十分丰富。【教材、新型活页式或工作式手册】集成电路设计与仿真，机械工业出版社，2025年.数字集成电路：电路、系统与设计（第二版），电子工业出版社出版，2017年1月.CMOS数字集成电路分析与设计（第四版）电子工业出版社，2015年04月.【信息化教学资源、其他参考资料】智慧职教：/search，《集成电路设计与仿真》：/courseDetailed?id=wliyajev261fgliob9fmka&openCourse=41f4b5f9-4ed6-4fa4-ab49-a9c208bcd04d【实验实训条件与项目】实验/实训室名称主要设备（硬件、软件）及台套数主要实验/实训项目集成电路设计实训室服务器环境或虚拟机环境，集成电路EDA设计软件：CadenceVirtuoso设计软件，验证软件Calibre。学生机48台，其它教学软件与设备。MOS管特征曲线仿真反相器电压传输特性曲线仿真复杂逻辑门电路AOI的设计与仿真八管异或门电路的设计与仿真D触发器设计与仿真五、考核评价考核项目考核方式成绩比例过程考核学习态度以课堂纪律、讨论发言情况及课后练习（条件成熟将改为网上练习）为评分依据，缺课不得分。（教师评价）10%实验考核以训练过程中的态度、结果和所撰写的实验报告为评分依据。实验报告填写完整、内容正确