《数字集成电路》课程教学大纲
课程代码：060341001
课程英文名称：digital integrated circuits 课程总学时：48 讲课：44 实验：4 上机：0 适用专业：电子科学与技术
大纲编写（修订）时间：2017.05
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
数字集成电路是为电子科学与技术专业开设的学位课，该课程为必修专业课。课程主要讲授CMOS数字集成电路基本单元的结构、电气特性、时序和功耗特性，以及数字集成电路的设计与验证方法、EDA前端流程等。在讲授基本理论的同时，重在培养学生的设计思维以及解决实际问题的能力。通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1． 掌握CMOS工艺下数字集成电路基本单元的功能、结构、特性；
2．掌握基于HDL设计建模与仿真、逻辑综合、时序分析；熟悉Spice模型； 3．具备将自然语言描述的问题转换为逻辑描述的能力； 4. 具有解决实际应用问题的能力。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：CMOS数字集成电路设计方法与流程；CMOS逻辑器件的静态、动态特性和Spice模型；数字集成电路的时序以及互连线问题；半导体存储器的种类与性能；数字集成电路低功耗解决方法以及输入输出电路；数字集成电路的仿真与逻辑综合。
2.基本理论和方法：在掌握静态和动态CMOS逻辑器件特性基础上，理解CMOS数字集成电路的特性和工作原理；掌握真值表、流程图/状态机、时序图的分析方法和逻辑设计的基本思想。 3.基本技能:掌握器件与系统的建模仿真方法；具备逻辑描述、逻辑与时序电路设计能力；熟悉电路验证与综合软件工具。 （三）实施说明
1．教学方法：课堂讲授中要重点对基础概念、基本方法和设计思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加习题和讨论课，并在一定范围内学生讲解，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用网络资源、参照设计规范及芯片手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。
2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
3．计算机辅助设计：要求学生采用电路建模语言（SPICE/HDL）和仿真模拟工具软件进行电路分析与设计验证；采用逻辑综合工具软件进行电路综合；采用时序分析工具进行时序验证。 （四）对先修课的要求
本课程主要的先修课程有：大学物理、电路、线性电子线路、脉冲与逻辑电路、EDA技术与FPGA应用、微机原理及应用，以及相关的课程实验、课程设计。 （五）对习题课、实践环节的要求
1．对重点、难点章节（如：MOS反相器静态特性/开关特性和体效应、组合与时序MOS电路、动态逻辑电路、数字集成电路建模与仿真验证、数字集成电路逻辑综合）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。
2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及分析设
计方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握分析与设计的方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉逻辑设计方法和技巧等作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，鼓励将自学内容作为课后作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，实验部分着重培养学生的CMOS数字集成电路分析与设计能力。通过实验环节，学生应掌握CMOS逻辑器件的建模与仿真、数字电路HDL描述与仿真、HDL逻辑综合、静态时序分析等方面的技能，获得实验操作的基本训练。实验成绩作为评定课程成绩的一部分。
4．安排大作业，大作业成绩作为平时成绩的一部分。
5．本课程的课程设计单独设课，用于理论联系实际，采用现代设计方法和手段完成。课程设计单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。
（六）课程考核方式 1．考核方式：考试
2．考核目标：在考核学生对数字电路基本知识、基本设计原理和方法的基础上，重点考核学生的电路分析与设计能力、信号与数据的逻辑、时序处理能力、电路模拟仿真/逻辑综合/时序分析能力。
3．成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占10%，实验成绩占10%，期末考试成绩占80%。 平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。
（七）参考书目
《CMOS数字集成电路—分析与设计》（第三版），Jan M. Rabaey等著，王志功等译，电子工业出版社，2009年6月
《数字集成电路—电路、系统与设计》（第二版），Sung-MO Kang等著，周德润等译，电子工业出版社，2004年10月
《数字CMOS VLSI分析与设计基础》 甘学温 北京大学出版社，北京大学出版社，1999年2月
二、中文摘要
本课程是电子科学与技术专业学生必修的一门实践性较强的专业学位课程。课程通过对CMOS数字集成电路基本器件的功能、结构、特性、模型，以及数字集成电路的工作原理、设计方法与工具流程等内容的讲授，使学生掌握数字集成电路的基础知识、信号与数据逻辑处理的基本原理和基本方法以及数字集成电路的设计与验证方法，使学生具有一定的CMOS数字集成电路设计能力。课程主要包括CMOS数字集成电路基本单元的结构和特性以及建模、数字集成电路设计、仿真、逻辑综合、时序分析等。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。
三、课程学时分配表
序号 1 1.1 课程概述 1.2 数字集成电路设计方法与流程 1.3 半定制设计及模型库 2 用SPICE进行MOS管建模 教学内容 数字集成电路概述 学时 2 0.5 1 0.5 2 讲课 2 0.5 1 0.5 2 实验 0 0 上机 0 0 2.1 二级与三级模型方程 2.2 先进的MOSFET模型 2.3 无源器件模型 3 MOS反相器 3.1 电阻负载型反相器 3.2 n型MOSFET负载反相器 3.3 CMOS反相器 3.4 延迟时间的定义与计算 3.5 延迟限制下的反相器设计 3.6 互连线电容与延迟 3.7 CMOS反相器的开关功耗 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5 反相器SPICE建模与仿真（课外） MOS逻辑电路单元 耗尽型NMOS负载的MOS组合逻辑电路 CMOS组合逻辑电路 复合组合电路 CMOS传输门 双稳态器件特性及SR锁存电路 钟控触发器和锁存器电路 CMOS D锁存器和边沿触发器 动态逻辑电路 1 0.5 0.5 12 2 1 4 1 2 1 1 6 1 1 1 1 0.5 0.5 1 8 2 1 1 2 2 6 1 1 1 1 1 1 12 2 2 2 2 0 0 48 1 0.5 0.5 12 2 1 4 1 2 1 1 0 6 1 1 1 1 0.5 0.5 1 8 2 1 1 2 2 6 1 1 1 1 1 1 8 2 2 2 2 0 0 44 0 0 0 0 4 2 2 4 0 0 0 0 0 0 5.1 传输晶体管的基本原理 5.2 电压自举技术 5.3 同步动态电路技术 5.4 动态CMOS电路技术 5.5 高性能动态逻辑CMOS电路 6 半导体存储器及芯片输入输出电路 6.1 随机存储器SRAM和DRAM 6.2 非易失存储器 6.3 铁电存储器FRAM 6.4 静电放电(ESD)保护 6.5 输入电路 6.6 输出电路 8 数字集成电路设计 7.1 基于HDL的数字集成电路设计基础 7.2 数字集成电路设计常用的功能描述方法 7.3 HDL时序仿真 7.4 逻辑综合及工具 合计 实验1：电路的HDL逻辑综合 实验2：电路的时序仿真
数字集成电路教学大纲
