《專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)方法》課程教學(xué)大綱

《專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)方法》課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：ABJD0530課程中文名稱(chēng)：專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)方法課程英文名稱(chēng)：ASICDesignMethodology課程性質(zhì)：選修課程學(xué)分：3學(xué)分課程學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)時(shí)授課對(duì)象：電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)本課程的前導(dǎo)課程：數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、模擬集成電路設(shè)計(jì)一、課程簡(jiǎn)介《專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)方法》課程是物理學(xué)系物理學(xué)專(zhuān)業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有非常重要的地位和作用。本課程以《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》和《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程為基礎(chǔ)，內(nèi)容側(cè)重于晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和物理層設(shè)計(jì)。使學(xué)生把所學(xué)的電子線路、器件物理、工藝制造知識(shí)融匯到版圖設(shè)計(jì)中去，最終達(dá)到電路或系統(tǒng)的功能和參數(shù)指標(biāo)在電路的物理層設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。本課程為研討課，通過(guò)指導(dǎo)、研討與上機(jī)實(shí)踐，掌握ASIC的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)技術(shù)，內(nèi)容側(cè)重于晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和物理層設(shè)計(jì)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)電路的功能和參數(shù)指標(biāo)，完成邏輯網(wǎng)表設(shè)計(jì)、晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求（一）緒論課程教學(xué)內(nèi)容：電子技術(shù)的發(fā)展，模擬信號(hào)與模擬電路；電子信息系統(tǒng)的組成；模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn)。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：如何學(xué)習(xí)這門(mén)課程難點(diǎn)：模擬電子的基本概念和課程的目的。課程教學(xué)要求：掌握：模擬電子系統(tǒng)組成，電子系統(tǒng)分類(lèi)；理解：模擬和數(shù)字的區(qū)別和關(guān)系；了解：模擬電子系統(tǒng)主要性能指標(biāo)。（一）緒論（2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：專(zhuān)用集成電路的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)要求。（二）CMOS數(shù)字電路基本單元的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：CMOS反相器直流、交流特性和設(shè)計(jì)分析；CMOS傳輸門(mén)特性分析和CMOS版圖設(shè)計(jì)。1．基本要求（1）了解反相器物理層設(shè)計(jì)與反相器直流特性、交流特性的關(guān)系和設(shè)計(jì)考慮。（2）了解CMOS傳輸門(mén)的結(jié)構(gòu)和模型分析。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：CMOS結(jié)構(gòu)與版圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。難點(diǎn)：CMOS結(jié)構(gòu)與版圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（三）CMOS組合電路和CMOS基本邏輯電路設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：CMOS組合邏輯的設(shè)計(jì)規(guī)則；根據(jù)邏輯函數(shù)進(jìn)行邏輯簡(jiǎn)化，畫(huà)出邏輯圖、晶體管級(jí)電路圖和版圖?；疽螅?）根據(jù)邏輯函數(shù)進(jìn)行邏輯簡(jiǎn)化（2）畫(huà)出邏輯圖、晶體管級(jí)電路圖和版圖。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：CMOS組合電路的晶體管級(jí)電路圖和版圖設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：CMOS組合電路的晶體管級(jí)電路圖和版圖設(shè)計(jì)。（四）CMOS開(kāi)關(guān)邏輯電路、基本邏輯部件設(shè)計(jì)（6學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：用傳輸門(mén)構(gòu)成多路復(fù)合器（MUX）、多路分離器（DEMUX）、各種門(mén)電路、通用功能模塊和各種觸發(fā)器；四位并行逐次進(jìn)位加法器和四位并行超前進(jìn)位加法器的電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。1．基本要求了解CMOS開(kāi)關(guān)邏輯電路、基本邏輯部件的設(shè)計(jì)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：四位并行超前進(jìn)位加法器的電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：四位并行超前進(jìn)位加法器的電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)。（五）雙極集成電路的電路、工藝和版圖設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：雙極集成晶體管的基本結(jié)構(gòu)和模型，雙極集成電路的基本單元電路，雙極集成電路的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的選擇，雙極集成電路有源器件和無(wú)源器件的設(shè)計(jì)，雙極運(yùn)算放大器的總體版圖設(shè)計(jì)。1．基本要求了解雙極集成電路的電路、工藝和版圖設(shè)計(jì)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：雙極運(yùn)算放大器的總體版圖設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：雙極運(yùn)算放大器的總體版圖設(shè)計(jì)。（六）專(zhuān)用集成電路的設(shè)計(jì)方法（6學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)單元法，宏單元法。1．基本要求（1）了解專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)單元法（2）了解專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)中的宏單元法。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：宏單元法的設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)：宏單元法的設(shè)計(jì)方法。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求從以下四個(gè)實(shí)驗(yàn)中做8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：（一）IC設(shè)計(jì)工具的使用（2學(xué)時(shí)）熟悉TannerPro軟件中及使用TannerPro進(jìn)行IC設(shè)計(jì)的流程；并學(xué)會(huì)使用S-Edit設(shè)計(jì)基本組件符號(hào)。使用S-Edit建立NMOS符號(hào)；將要設(shè)計(jì)的電路先以S-Edit編輯出電路圖，在將該電路圖輸出成SPICE文件。接著利用T-Spice將電路圖模擬并輸出成SPICE文件，如果模擬結(jié)果有錯(cuò)誤，再回S-Edit檢查電路圖，如果T-Spice模擬結(jié)果無(wú)誤，則以L-Edit進(jìn)行布局圖設(shè)計(jì)。（二）使用S-Edit設(shè)計(jì)單元電路（2學(xué)時(shí)）進(jìn)一步熟悉TannerPro軟件中S-Edit軟件的使用；了解和掌握用S-Edit設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單邏輯電路的流程和方法，并能自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單邏輯電路。使用S-Edit編輯反相器；S-Edit是一個(gè)電路圖編輯的環(huán)境，在此以TannerPro所附范例的Lights.sdb文件為例來(lái)進(jìn)行S-Edit基本結(jié)構(gòu)的介紹。Lights.sdb文件中有很多模塊（Module），如Lights，模塊、Core模塊、IPAD模塊、OPAD模塊。（三）使用T-Spice進(jìn)行單元電路的瞬時(shí)分析（2學(xué)時(shí)）進(jìn)一步熟悉TannerPro軟件中T-Spice軟件的使用；掌握使用T-Spice分析簡(jiǎn)單電路的方法與操作流程，從而學(xué)會(huì)分析較為復(fù)雜的邏輯電路。分析所繪制的電路圖的功能是不是達(dá)到原來(lái)預(yù)計(jì)的效果，則需要進(jìn)一步使用分析軟件來(lái)驗(yàn)證其功能，而在TannerPro中，這種電路分析軟件即為T(mén)-Spice。所以在本實(shí)驗(yàn)中將以實(shí)驗(yàn)2的反相器電路為例，經(jīng)適當(dāng)修改并輸出成SPICE文件后，利用T-Spice來(lái)進(jìn)行反相器瞬時(shí)分析，并以詳細(xì)的步驟來(lái)引導(dǎo)同學(xué)門(mén)學(xué)習(xí)T-Spice的基本功能，然后請(qǐng)同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)2自行設(shè)計(jì)的與非門(mén)、或非門(mén)進(jìn)行T-Spice仿真檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否正確。（四）用TannerPro進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）了解和掌握用Tanner進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)的整個(gè)流程和方法。學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路，并能完成T－Spice仿真，自動(dòng)布局布線，LVS對(duì)比等一系列流程。以四位加法器為例介紹用TannerPro進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)的整個(gè)流程：由S-Edit完成電路圖設(shè)計(jì)并產(chǎn)生*.sp與*.tpr文件，*.sp文件用于T-Spice仿真，W-Edit顯示波形，驗(yàn)證正確后利用輸出的*.tpr文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)組件自動(dòng)配置與繞線（SPR），接著輸出*.spc文件與前面輸出的*.sp文件一起用于LVS比較布局圖與電路圖所描述的電路是否相同?；疽螅?.訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)分析并解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；2.掌握專(zhuān)用集成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法，熟悉模擬電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備；3.能組成簡(jiǎn)單的專(zhuān)用電子系統(tǒng)，能按專(zhuān)用電子系統(tǒng)接線和查線，能查找簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)故障并加以排除；4.培養(yǎng)學(xué)生的綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。四、教學(xué)方法與手段在該門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程中，從學(xué)生未來(lái)的職業(yè)能力出發(fā)，貫徹了項(xiàng)目式教學(xué)和“理實(shí)一體化”的教學(xué)理念和模式，以行動(dòng)為導(dǎo)向，以實(shí)踐為先導(dǎo)，讓學(xué)生扎實(shí)掌握所學(xué)知識(shí)和技能。結(jié)合課程，應(yīng)安排相應(yīng)的課堂演示實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在整門(mén)課程結(jié)束后，安排一次實(shí)訓(xùn)，以提高學(xué)生的實(shí)際技能和實(shí)踐動(dòng)手能力。教學(xué)過(guò)程中，可多在多媒體教室結(jié)合實(shí)物，多做演示實(shí)驗(yàn)，并適當(dāng)采用多媒體投影系統(tǒng)來(lái)輔助教學(xué)。并結(jié)合課程建設(shè)，組織學(xué)生開(kāi)展課外科技活動(dòng)和科技服務(wù)，體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和鍛煉。教學(xué)方法——講授式教學(xué)法+四步教學(xué)法；教學(xué)手段——案例分析、小組式學(xué)習(xí)。五、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配章節(jié)與內(nèi)容課時(shí)作業(yè)量備注緒論2基本單元的設(shè)計(jì)62CMOS組合電路8邏輯部件設(shè)計(jì)42雙極集成電路22ASIC設(shè)計(jì)方法22總復(fù)習(xí)2合計(jì)48說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)安排可根據(jù)具體情況由教研室做適當(dāng)調(diào)整。六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1、考核方法出勤30%，平時(shí)作業(yè)成績(jī)和平時(shí)實(shí)踐成績(jī)40%，實(shí)驗(yàn)30%2、成績(jī)?cè)u(píng)定按照等級(jí)制來(lái)評(píng)定課程成績(jī)。七、推薦教材和教學(xué)參考書(shū)教材：《專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)》，曾烈光、蘇厲等主編，華中科技大學(xué)出版社，2008參考書(shū)：1、《