《专用集成电路设计方法》课程教学大纲

《专用集成电路设计方法》课程教学大纲课程编号：ABJD0530课程中文名称：专用集成电路设计方法课程英文名称：ASICDesignMethodology课程性质：选修课程学分：3学分课程学时数：48学时授课对象：电子信息工程、电子科学与技术本课程的前导课程：数字集成电路设计、模拟集成电路设计一、课程简介《专用集成电路设计方法》课程是物理学系物理学专业必修的技术基础课，具有非常重要的地位和作用。本课程以《数字集成电路设计》和《模拟集成电路设计》课程为基础，内容侧重于晶体管级电路设计和物理层设计。使学生把所学的电子线路、器件物理、工艺制造知识融汇到版图设计中去，最终达到电路或系统的功能和参数指标在电路的物理层设计中实现。本课程为研讨课，通过指导、研讨与上机实践，掌握ASIC的设计流程和设计技术，内容侧重于晶体管级电路设计和物理层设计。通过课程学习，使学生能够根据电路的功能和参数指标，完成逻辑网表设计、晶体管级电路设计和版图设计。二、教学基本内容和要求（一）绪论课程教学内容：电子技术的发展，模拟信号与模拟电路；电子信息系统的组成；模拟电子技术基础课的特点。课程的重点、难点：重点：如何学习这门课程难点：模拟电子的基本概念和课程的目的。课程教学要求：掌握：模拟电子系统组成，电子系统分类；理解：模拟和数字的区别和关系；了解：模拟电子系统主要性能指标。（一）绪论（2学时）具体内容：专用集成电路的设计流程和设计要求。（二）CMOS数字电路基本单元的设计（2学时）具体内容：CMOS反相器直流、交流特性和设计分析；CMOS传输门特性分析和CMOS版图设计。1．基本要求（1）了解反相器物理层设计与反相器直流特性、交流特性的关系和设计考虑。（2）了解CMOS传输门的结构和模型分析。2．重点、难点重点：CMOS结构与版图的对应关系。难点：CMOS结构与版图的对应关系。（三）CMOS组合电路和CMOS基本逻辑电路设计（2学时）具体内容：CMOS组合逻辑的设计规则；根据逻辑函数进行逻辑简化，画出逻辑图、晶体管级电路图和版图。基本要求（1）根据逻辑函数进行逻辑简化（2）画出逻辑图、晶体管级电路图和版图。2．重点、难点重点：CMOS组合电路的晶体管级电路图和版图设计。难点：CMOS组合电路的晶体管级电路图和版图设计。（四）CMOS开关逻辑电路、基本逻辑部件设计（6学时）具体内容：用传输门构成多路复合器（MUX）、多路分离器（DEMUX）、各种门电路、通用功能模块和各种触发器；四位并行逐次进位加法器和四位并行超前进位加法器的电路设计和版图设计。1．基本要求了解CMOS开关逻辑电路、基本逻辑部件的设计。2．重点、难点重点：四位并行超前进位加法器的电路设计、版图设计。难点：四位并行超前进位加法器的电路设计、版图设计。（五）双极集成电路的电路、工艺和版图设计（2学时）具体内容：双极集成晶体管的基本结构和模型，双极集成电路的基本单元电路，双极集成电路的版图设计规则的选择，双极集成电路有源器件和无源器件的设计，双极运算放大器的总体版图设计。1．基本要求了解双极集成电路的电路、工艺和版图设计。2．重点、难点重点：双极运算放大器的总体版图设计。难点：双极运算放大器的总体版图设计。（六）专用集成电路的设计方法（6学时）具体内容：标准单元法，宏单元法。1．基本要求（1）了解专用集成电路设计中的标准单元法（2）了解专用集成电路设计中的宏单元法。2．重点、难点重点：宏单元法的设计方法。难点：宏单元法的设计方法。三、实验教学内容及基本要求从以下四个实验中做8学时实验：（一）IC设计工具的使用（2学时）熟悉TannerPro软件中及使用TannerPro进行IC设计的流程；并学会使用S-Edit设计基本组件符号。使用S-Edit建立NMOS符号；将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图，在将该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果模拟结果有错误，再回S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。（二）使用S-Edit设计单元电路（2学时）进一步熟悉TannerPro软件中S-Edit软件的使用；了解和掌握用S-Edit设计简单逻辑电路的流程和方法，并能自行设计简单逻辑电路。使用S-Edit编辑反相器；S-Edit是一个电路图编辑的环境，在此以TannerPro所附范例的Lights.sdb文件为例来进行S-Edit基本结构的介绍。Lights.sdb文件中有很多模块（Module），如Lights，模块、Core模块、IPAD模块、OPAD模块。（三）使用T-Spice进行单元电路的瞬时分析（2学时）进一步熟悉TannerPro软件中T-Spice软件的使用；掌握使用T-Spice分析简单电路的方法与操作流程，从而学会分析较为复杂的逻辑电路。分析所绘制的电路图的功能是不是达到原来预计的效果，则需要进一步使用分析软件来验证其功能，而在TannerPro中，这种电路分析软件即为T-Spice。所以在本实验中将以实验2的反相器电路为例，经适当修改并输出成SPICE文件后，利用T-Spice来进行反相器瞬时分析，并以详细的步骤来引导同学门学习T-Spice的基本功能，然后请同学们对实验2自行设计的与非门、或非门进行T-Spice仿真检验设计是否正确。（四）用TannerPro进行ASIC设计（2学时）了解和掌握用Tanner进行ASIC设计的整个流程和方法。学会设计较为复杂的数字逻辑电路，并能完成T－Spice仿真，自动布局布线，LVS对比等一系列流程。以四位加法器为例介绍用TannerPro进行ASIC设计的整个流程：由S-Edit完成电路图设计并产生*.sp与*.tpr文件，*.sp文件用于T-Spice仿真，W-Edit显示波形，验证正确后利用输出的*.tpr文件进行标准组件自动配置与绕线（SPR），接着输出*.spc文件与前面输出的*.sp文件一起用于LVS比较布局图与电路图所描述的电路是否相同。基本要求：1.训练实验操作技能，培养分析并解决工程实际问题的能力；2.掌握专用集成实验系统的使用方法，熟悉模拟电子实验设备；3.能组成简单的专用电子系统，能按专用电子系统接线和查线，能查找简单的实验故障并加以排除；4.培养学生的综合性与设计性实验能力。四、教学方法与手段在该门课程的教学过程中，从学生未来的职业能力出发，贯彻了项目式教学和“理实一体化”的教学理念和模式，以行动为导向，以实践为先导，让学生扎实掌握所学知识和技能。结合课程，应安排相应的课堂演示实验和实验室学生实验，在整门课程结束后，安排一次实训，以提高学生的实际技能和实践动手能力。教学过程中，可多在多媒体教室结合实物，多做演示实验，并适当采用多媒体投影系统来辅助教学。并结合课程建设，组织学生开展课外科技活动和科技服务，体现了对学生实践技能和综合素质的培养和锻炼。教学方法——讲授式教学法+四步教学法；教学手段——案例分析、小组式学习。五、各教学环节学时分配章节与内容课时作业量备注绪论2基本单元的设计62CMOS组合电路8逻辑部件设计42双极集成电路22ASIC设计方法22总复习2合计48说明：实验安排可根据具体情况由教研室做适当调整。六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法出勤30%，平时作业成绩和平时实践成绩40%，实验30%2、成绩评定按照等级制来评定课程成绩。七、推荐教材和教学参考书教材：《专用集成电路设计》，曾烈光、苏厉等主编，华中科技大学出版社，2008参考书：1、《