《CMOS数字集成电路》课程教学大纲

《CMOS数字集成电路》课程教学大纲

一、课程简介

课程中文名CMOS数字集成电路

课程英文名CMOSdigitalintegratedcircuits

课程代码083S22A课程学分3总学时数51

□通识课程口线上

口学科基础课0必修0线下

课程类别0专业课课程性质口选修课程形态口线上线下混

口实验实践课口其他合

口其他□其他

0闭卷口开卷□一页开卷口面试口口试□答辩

考核方式

□论文□报告□大型作业口课程作品□其他

开课基层教

开课学院物理科学与技术学院微电子科学与工程系

学组织

面向专业微电子科学与工程开课学期3.2学期

课程负责人审核人

《半导体物理与器件1》、《半导体物理与器件2》、《数字电路》、

先修课程

《CMOS模拟集成电路》

后续课程无

课程网址无

该课程是微电子科学与工程专业必修课程，从介绍数字设计中

的核心模块反相器设计的详细介绍和分析开始。将学习用CMOS

实现方法，进一步学习更免杂的逻辑:门的设计与实现，如

课程简介

NAND,NOR和EXOR的设计，同时学习对速度、面积和功耗优化进

行讨论。所学知识将被用于更复杂的模块如加法器和乘发器的设

计。也将学习互联寄生对设计的影响以及处理方法。课程还将讲

解时序电路，定时方法，和存储器设计原理。此课程目的是指导

学生分析与设计数字集成电路，学生完成此课程之后要求达到用

CMOS工艺进行简单数字集成电路设计。

（英文）

无

二、课程目标

使学生了解CMOS数字电路的工作原理、设计规则与评估方法，系统地掌握

有关数字CMOS集成电路设计中所需的基础知识，并掌握CMOS集成电路基本单

元和模块的设计，培养学生对CMOS数字集成电路的实践和创新能力，从而为今

后从事超大规模集成电路设计打下基础，同时培养学生核心价值观，树立科学的

世界观、积极向上的人生观，以及爱岗敬业的事'也观，立志成为有理想信念和人

文情怀的科技人才。通过教学活动，达到以卜.课程目标：

表1课程目标

序号具体课程目标

课程目标1建立核心价值观，坚定勤奋学习、务实求真、报效祖国的理想信念。具备初步

的科学思维能力与解决工程问题的能力，立志成为有理想信念和人文情怀的科

技人才。

课程目标2CMOS数字集成电路原理及其晶体管级拓扑结构，CMOS数字集成电路设计方

法、指标与流程，CMOS逻辑电路静态和动态特性，数字集成电路的时序与互

连线问题。

课程目标3在掌握静态和动态CMOS逻辑单元的基础匕理露CMOS数字集成电路的设计

方法与优化规则，掌握真值表、流程图、时序图的分析方法与逻辑设计。

课程目标4掌握单•元与系统的建模仿真方法，理解作为一名数字电路设计工程师所肩负的

中国芯振兴重担，积极探索知识，研究芯片电路结构，努力学习，为实现中国

芯的伟大梦想奋斗终生。

三、课程目标与毕业要求对应关系

本课程的课程目标对科学教育专业毕业要求指标点的支撑情况如表2所示;

表2・1微电子科学与工程专业：课程目标与毕业要求对应关系

毕业要求毕业要求指标点

课程目

标

8-1.通过思政、人文、社科、体质训练、军训等课

8职业规范程的学习，理解世界观、人生观和价值观的基本意目标1

义及其影响。

1.3掌握从事微电子科学与工程所需专业知识，并能目标2

1科学与工程知识

用于解决微电子科学与工程相关的复杂问题。

4.3能够基于科学原理，研究微电子数字集成电路和

4、科学研究模拟集成电路的设计，包括设计电路拓扑结构、优

化电路参数、设计电路布局布线与版图、测试和分目标3

析实验数据，并能够通过信息综合得到合理有效的

结论。

5.2学会使用面向各种电路设计问题的EDA软件使用

5、使用现代工具方法，对大规模模拟集成电路和数字集成电路进行

目标4

模拟仿真和版图设计，表达和解决集成电路中的复

杂科学与工程问题。

四、课程目标与教学内容和方法的对应关系

表3课程目标与教学内容、教学方法的对应关系

教学

基本内容教学目标课程目标

方法

教学内容：（1）数字电路设计的历史，（2〉数字

电路的发展趋势。

教学重点：（1〉数字电路设计中唬需解决的问题，

CMOS数

（2）如何衡量设计质量，（3）如何寻找有价值的课堂

字集成电1,2

参考资料。讲授

路概论

教学难点：（1）评价一个设计好坏的重要指标：

成本、功能、稳定性、性能和功耗。

思政融合点1:

知识点：入我们FI常用的电子产品，例如手机、

电脑等，这些电子产品的组成肯定离不开集成电

子电路，虽然电子电路有这么多强大的功能，但

它的组成就是由这些默默无闻的元器件支撑的，

一旦有一个元器件损坏或不工作，那么整个集成

电路将无法正常工作。

思政点：正所谓天下兴亡，匹夫有责，国家的发

展兴旺和我们每个现实中的个人都是息息相美，

我们每个同学都要有使命、有责任担当。学有所

成之后力争到社会和祖国最需要的地方去，为祖

国的建设发展添砖加瓦、献一份力。从而会更有

益于树立学生正确的人生观、价值观、世界观，

培养学生个体与国家使命、责任相结合的价值观。

教学内容：（1）集成电路的制造工艺流程，（2）

集成电路的制造工艺的未来发展趋势。

集成电路教学重点：（1）集成电路的制造工艺中参数，（2）

课堂

的制造过集成电路的制造工艺规则。2

讲授

程和工艺教学难点：（1）电路设计规则，（2）根据工艺选

择合适的IC封装，（3）教学难点电路设计者和工

艺工程师之间的协议。

教学内容：（1）器件发展及特点，（2）简单二极

管的机构及静/动态特性，（3）教学内容二极管的

二次效应及SPICE模型。

教学重点：（1）MOSFET晶体管的简介及发展，（2）

MOSFET静态情况下MOSFET晶体管的分析，（3）关于课堂

2,3

器件MOSFET晶体管的一些二阶效应，（4）MOS管的讲授

SPICE模型。

教学难点：（1）MOSFET晶体管制备工艺偏差对器

件性能的影响，（2）工艺等比例缩小对晶体管的

影响。

教学内容：（1）电路中导线的简介，（2）建立与

互连相关的电感、电阻和电容分析模型的技术要

点。课堂

导线2,3

教学重点：（1）教学重点导线的基本模型的特点，讲授

并能区分，（2）导线的集总模型分析，（3）教学

重点分布rc线。

教学内容：CMOS反相器的结构、电压传输特性

CMOS反等特点。课堂

2,3,4

相器教学重点：（1）CMOS反相器稳定性的评估，（2）讲授

反相器开关阈值、噪声容限和稳定性等静态特性，

（3）反相器中电容计算、传播延迟等动态特性。

教学难点：（1）CMOS反相器的功耗、能量和能

量延时，（2）动态功耗及静态功耗的特点及分析

设计，（3）利用SPICE模型分析功耗。

教学内容：（1）CMOS组合逻辑门的特点及构造，

（2）组合逻辑门的设计参数选择及优化。

教学重点：（1）组合逻辑门的设计中静态CMOS

设计要求，（2）静态中互补CMOS、有比逻辑和

传输管逻辑的区别及各自特点，（3）组合逻辑门

的设计中动态CMOS设计的基本原理，（4）动态

逻辑的速度和功耗，（5）动态设计中信号完整性

CMOS组问题。

课堂

合逻辑门教学难点：（1）教学难点如何选择逻辑类型，（2）1,2,3,4

讲授

的设计低电源电压的逻辑设计。

思政融合点2：组合逻辑电路可以实现一定的功

能，但即使要实现同样功能的逻辑电路，所用到

的元器件个数及类型都有可能不同，当然所选用

的元器件越少，将会越经济、资源浪费越少，即

使达到报废，也会降低对环境污染程度，进而可

以培养学生的节约意识、浪费可耻意识、“绿水青

山”意识。

教学内容：（1）时序逻辑电路的时间参数，（2）

存储单元的分类。

教学重点：（1）静态锁存器和寄存器基本结构，

（2）双稳态原理，（3）多路开关型锁存器、主从

边沿触发寄存器和低电压静态锁存器，（4）教学

难点动态锁存器和寄存器.（S）动态传输门边沿

触发寄存器和C2Mos电路。

教学难点：（1）优化时序电路的流水线法，（2）

NORA-CMOS流7K线结构，（3）非稳态时序电路。

时序逻辑课堂

思政融合点3：集成电路现在已经从以前的小规1,2,3,4

电路设计讲授

模、中规模、大规模，慢慢地发展到了超大规模，

集成度越来越大，电子产品技术越来越先进。回

顾改革开放40年中国在集成电路领域的成就也是

举世瞩目，具有代表性的中国民营企业华为，其

生产的电子产品面向全球销售，2018年第三季度

己经赶超苹果手机，销售量在全球遥遥领先。为

国家的经济发展起到了不可磨灭的贡献，它的成

就肯定与道路、体系、以及制度是离不开的。国

家在进步，同时人民生活越来越富裕，国家对教

育越来越重视，孩子们接收教育的机会越来越高，

我们之所以有那么多的人可以坐在教室里接受高

等教育与国家的不断进步是分不开的，从而更加

增强学生的国家、民族认同感和自豪感，增加学

生的道路自信、理论自信、制度自信。

教学内容：（1）数字集成电路的实现策略发展历

史及特点，（2）从定制到半定制以及结构化阵列

数字集成

的设计方法，（3）定制电路设计。课堂

电路的实2,3,4

教学重点：（1）以单元为基础的设计方法，（2）讲授

现策略

标准单元、编译单元和宏单元等模块化设计，（3）

以阵列为基础的设计方法。

五、学时分配

各章节的学时分配如表4所示。

表4学时分配表

外

内

课

课

讨

论

课

机

上

上

实验实践机自学习题

时

数

教学内容数

时

数

时数学时时时数课

ft

CMOS数字集成电路概

2

论

集成电路的制造过程

3

和工艺

MOSFET器件4

导线4

CMOS反相器9

CMOS组合逻辑门的设

10

计

时序逻辑电路设计9

数字集成电路的实现

10

策略

合计51

总计51

六、课程学生成绩评定方法

1.课程考核与成绩评定方法

该课程采用形成性评价与终结性评价相结合的评价方法，学期总评成绩使用

百分制评定，由二部分构成：平时成绩，占比50%；期末考试成绩，占比50%。

平时成绩至少包含4项考核项目，总占比40%。平时成绩的考核项目包括但

不仅限于课程思政实践（占5%）、考勤、课后作业、课堂综合表现等。

期末考核为闭卷考试，试卷主要题型有填空题、选择题、计算分析题等。

各部分的具体评价环节、关联课程Fl标、评价依据及方法和在总成绩中的占

比，如表5所示。

表5课程考核与成绩评定方法

成绩考核关联的占总评成

考核项目考核依据与方法

构成课程目标绩的比重

根据教学思政元素，通过讨论、课堂小组

课程思政

1讨论、报告等多种形式，考查学生的核心5%

实践

价值观状况等进行考核（五级制）。

每次作业单独评分，根据作业质量给出批

课后作业2,3,4阅成绩（五级制），折算为百分制后，计算

平时平均得分；占比不超过30%。

成绩

无故旷课者，每旷一次课扣20%的出勤成

45%

出勤绩，扣完为止。占比5%。申请自学+辅导

免于考勒。

课堂综合主要包括上课状态、互动交流、课堂练习

1,2,3,4

表现等；占比不超过10%

期末

闭卷考试1,2,3,4考试成绩50%

考试

总评成绩1,2,3,4=平时成绩*50%+考试成绩*50%100%

2.各个考核项目的详细评分标准

重修或因其它原因中请自学+辅导的学生，平时成绩可以申请不考核而取80分。

表6各个考核项目的详细评分标准

优(91-100)良(81-90)中(71-80)及格(61-70)不及格

考核项目

（0-60）

认真完成思比较认真完能够完成思基本完成思不能完成思

课程思政实政任务，表现成思政任务，政任务，表现政任务，无不政任务，有不

践积极，知行合表现积极，无较积极，无不良表现良行为表现

不良表现良表现

完成作业，多缺作业不多缺作业不多半数以上交交作业少于

次为A（24于•1次，较多于3次，基本作业，基本为半数，多为C

课后作业

次），作业有A（22次），为B及以上C及以上及以下

认真订正作业有订正

100%缺课1次（迟缺课2次玦课3次缺课4次

出勤到2次计缺

课1次）

认真听课，积认真听课，部较认真听课基本能够听较少听课,有

课堂综合表

极参与课堂分参与课堂果，效果较差其它违规行

现

活动活动为

七、教学资源

表7课程的基本教学资源

资源类型资源

数字集成电路-电路、系统与设计（第二版）周海德，等译电子工业出

教材

版社2016.6

CMOS电路设计、布局与仿真（第二版）刘艳艳，等译人民邮电出版社

参考书籍2008.4

或文献超大规模集成电路与系统导论周润德，等译电子工业出版社2