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《数字集成电路设计》教学大纲

课程编号:MI4221024                 

课程名称:数字集成电路设计           英文名称:Digital Integrated Circuit Design

学时:   58                          学分:  4

课程类型:限选                       课程性质:专业课

适用专业:集成电路设计与集成系统     先修课程:双极型器件物理,场效应器件物理

开课学期:7                          开课院系:微电子学院

一、课程的教学目标与任务

目标:通过本课程的学习,使学生掌握数字集成电路和系统的基本单元、结构、电学特性和测试技术,为数字集成电路的设计提供基础。

任务:掌握基本门电路的组成、分析方法、基本特性,版图设计方法,以及集成化数字子系统的组成和特点等;掌握现代半导体存储器的单元结构、基本特性及应用;了解超大规模数字集成电路的可测性设计方法学,以及片上系统(SOC)设计方法学。

二、本课程与其它课程的联系和分工

    本课程的先修课程是双极型器件物理和场效应器件物理。

三、课程内容及基本要求

(一)集成电路器件与模型 5学时)

具体内容:MOS晶体管及模型、双极型晶体管及模型、集成晶体管的Spice模型

1.基本要求

1)掌握MOS晶体管的结构、小信号等效电路

2)掌握双极晶体管的结构、小信号等效电路

3)掌握Spice仿真模型。

2.重点、难点

重点:MOS晶体管及模型、双极型晶体管及模型、集成晶体管的Spice模型。

难点:集成晶体管的Spice模型。

3.说明:该内容是集成电路的设计、分析和仿真基础。

(二)集成电路制造技术(2学时)

具体内容:集成电路基本制造技术、基本CMOS工艺与器件结构、基本Bipolar工艺与器件结构、基本BiCMOS工艺

1.基本要求

1)了解集成电路基本制造技术。

2)掌握基本CMOS工艺与器件结构

3)掌握基本Bipolar工艺与器件结构

4)了解基本BiCMOS工艺

2.重点、难点

重点:集成电路基本制造技术、基本CMOS工艺与器件结构、基本Bipolar工艺与器件结构。

难点:基本CMOS工艺与器件结构、基本Bipolar工艺与器件结构。

3.说明

该内容是集成电路物理设计的基础。

(三)晶体管-晶体管逻辑(TTL)电路5学时)

具体内容:六管单元TTL与非门、STTLLSTTL电路、TTL门电路逻辑扩展、简化逻辑门,工艺与版图的优化设计

1.基本要求

1)熟练掌握六管单元TTL与非门,能理论分析其传输特性和噪声容限。

2)掌握STTLLSTTL电路

3)掌握TTL门电路逻辑扩展、简化逻辑门

2.重点、难点

重点:六管单元TTL与非门、STTLLSTTL电路、TTL门电路逻辑扩展、简化逻辑门。

难点:六管单元TTL与非门。

3.说明

该内容是双极型数字集成电路设计的基础

(四)发射极耦合逻辑(ECL)与集成注入逻辑(I2L)电路(5学时)

具体内容:ECL电路、I2L电路,ECLI2L电路的工艺与版图设计

1.基本要求

1)熟练掌握ECL电路。

2)熟练掌握I2L电路

3)掌握ECLI2L电路的工艺与版图设计

2.重点、难点

重点:ECL电路、I2L电路。

难点:ECL电路。

3.说明:该内容是高速、低功耗双极型数字集成电路设计的基础。

() CMOS基本逻辑电路(9学时)

具体内容:CMOS逻辑门电路、CMOS传输门逻辑、CMOS触发器、CMOS多米诺逻辑CMOS施密特触发器,按比例缩小理论

1.基本要求

1)熟练掌握CMOS逻辑门电路、CMOS触发器,传输特性、速度的理论分析

2)熟练掌握CMOS施密特触发器的设计、仿真

3)掌握CMOS传输门逻辑、CMOS多米诺逻辑

4)了解器件和连线按比例缩小的理论和规则及其应用

2.重点、难点

重点:CMOS逻辑门电路、CMOS触发器、CMOS施密特触发器。

难点:CMOS触发器、CMOS施密特触发器。

3.说明:该内容是CMOS数字集成电路设计的基础。

(六)CMOS数字电路子系统10学时)

具体内容:CMOS二进制加法器电路、CMOS移位寄存器、CMOS数字乘法器CMOS算术逻辑单元(ALU

1.基本要求

1)熟练掌握CMOS二进制加法器电路,分析其传输路径。

2)熟练掌握CMOS移位寄存器

3)掌握CMOS数字乘法器CMOS算术逻辑单元(ALU

 (4) 掌握子系统电路和版图设计特点

2.重点、难点

重点:CMOS二进制加法器电路、CMOS移位寄存器、CMOS数字乘法器CMOS算术逻辑单元(ALU)。

难点:CMOS二进制加法器电路、CMOS数字乘法器。

3.说明:该内容是模块化CMOS数字集成电路设计的基础。

(七)现代半导体存储器8学时)

具体内容:存储器的结构、掩模编程只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程ROM、电可擦除可编程ROM、闪存(Flash Memory)、ROM的存取时间、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM

1.基本要求

1)熟练掌握存储器的结构

2)熟练掌握掩模编程只读存储器、电可擦除可编程ROM、闪存(Flash Memory)、

静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM

3)掌握可编程只读存储器、可擦除可编程ROMROM的存取时间。

2.重点、难点

重点:掩模编程只读存储器、电可擦除可编程ROM、闪存(Flash Memory)、

静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)。

难点:电可擦除可编程ROM闪存(Flash Memory)。

3.说明:该内容是CMOS数字集成电路设计中存储器设计及应用的基础。

(八) 集成电路可靠性设计与可测性设计7学时)

具体内容:集成电路可靠性设计、集成电路可测性设计

1.基本要求

1)熟练掌握集成电路可靠性设计,主要包括ESD设计和信号完整性设计。

2)熟练掌握集成电路可测性设计,主要包括JTAGBIST设计

2.重点、难点

重点:集成电路可靠性设计、集成电路可测性设计。

难点:集成电路可测性设计。

3.说明:该内容是CMOS数字集成电路可靠性设计及大规模设计的基础。

(九) 片上系统(SOC)设计初步7学时)

具体内容:SOC设计方法学、SOC仿真技术、SOC验证技术

1.基本要求

1)掌握SOC设计方法学和多层次的验证技术。

2)了解SOC仿真技术

2.重点、难点

重点:SOC设计方法学、SOC验证技术。

难点:SOC验证技术。

3.说明:该内容是SOC设计的基础。

     四、教学安排及方式

总学时 58学时,讲课 46 学时,上机, 24/2 学时

                   教学环节

教学时数

课程内容

   

   

习 题 课

讨 论 课

    

参观或

看录像

  

集成电路器件与模型

4

2

5

集成电路制造技术

2

2

晶体管-晶体管逻辑(TTL)电路

4

2

5

发射极耦合逻辑(ECL)与集成注入逻辑(I2L)电路

4

2

5

CMOS基本逻辑电路

8

2

9

CMOS数字子系统

8

4

10

现代半导体存储器

6

4

8

集成电路可靠性设计与可测性设计

6

2

7

片上系统(SOC)设计初步

4

6

7

五、考核方式

笔试(闭卷)。

各教学环节占总分的比例:平时测验及作业:30%,期末考试:70%

六、推荐教材与参考资料

    K.Martin,数字集成电路设计(影印版),北京:电子工业出版社,2002年。

(执笔人:朱樟明        审核人:杨银堂)

2005820

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