数字集成电路原理与设计 Principle of Digital Integrated Circuits Prereq: An Introduction to Microelectronics and Circuits, Semiconductor Physics, Digital Logic Circuits Mission: Understanding fundamental principle of digital integrated circuit, able to analysis and design circuits, able to do practical applications Covers microelectronics and electronics engineering Topics include semiconductor process and devices; MOs invertor; static CMOs circuits dynamic CMOS circuits; low power CMOS circuits; combinational circuits; sequential circuits; CMOS input/output design; MOS memory 课程基本情况 数字集成电路原理与设计 课程名称 Principle of Digital Integrated Circuits 信号处理 专业方向 年级二年级三年级四年级 电路与系统 专业方向 开课时间 专业方向 「秋在夏秋夏秋在夏秋夏 适用院系微电子学系、电子学系、元培学院 专业方向 课程定位专业必修课 学分3学分 总学时64学时 先修课程微电子与电路基础,半导体物理,数字逻辑电路 集成电路设计实习,集成电路计算机辅助设计 ]盟[] 后续课程 学院平台课程群 教学方式课堂授课为主 课时分配课堂授课(48学时)+讨论课(14学时)+期中考试(2学时) 考核方式|期末考试60%+作业25%+期中考试和考勤15% 主要教材甘学温、赵宝瑛,等,集成电路原理与设计,北京大学出版社,2006 1. Jan M rabaey," Digital Integrated Circuits, A Design Perspective”,2004,影印本“数字集 成电路一一设计透视(第2版)”,清华大学出版社:或者:周润德等,译,“数字集成 参考资料 电路:电路、系统与设计”(原书第二版),北京:电子工业出版社,2004 2.NelH.E. Weste, David harris"CMOS大规模集成电路设计”(英文版第3版),影印本, 北京:机械工业出版社,2005 其它信息htp:/w.jpk.pku.edu.cn/ pku jpk/ course//ic/ lindex.htm 大纲提供者贾嵩 二、教学目的和基本要求
数字 Pr Prer Circ Cred Miss desi Cove Topi dyna CMO Song 一、 课程 开课 适用 课程 学 总学 先修 后续 教学 课时 考核 主要 参考 其它 大纲提 二、 字集成电路 inciple req: An Intro uits dits: 3 sion：Underst gn circuits, ers microele cs include s amic CMOS c OS input/out g Jia 课程基 程名称 数字集 Princ 课时间 一年 秋 春 用院系 微电子 程定位 专业必 学分 3 学分 学时 64 学 修课程 微电子 续课程 集成电 学方式 课堂授 时分配 课堂授 核方式 期末考 要教材 甘学温 考资料 1. 2. 它信息 http: 提供者 贾嵩 教学目 路原理与 of Digi oduction to M tanding fund able to do p ectronics and semiconduct circuits; low tput design; 基本情况 集成电路原理与 ciple of Digi 年级 二年级 春 夏 秋 春 子学系、电子学 必修课 分 时 子与电路基础， 电路设计实习， 授课为主 授课（48 学时 考试 60%＋作业 温、赵宝瑛，等 Jan M Rabaey， 成电路――设 电路：电路、 Neil H. E. Wes 北京：机械工 ://www.jpk.pk 的和基本要 与设计 tal Inte Microelectron damental prin ractical appl d electronics tor process power CMOS MOS memo 与设计 ital Integrat 级 三年级 夏 秋 春 学系、元培学院 ，半导体物理， ，集成电路计算 ）＋讨论课（ 业 25%＋期中考 等，集成电路原 ， “Digital Int 设计透视（第 2 系统与设计” ste, David Harri 工业出版社，20 ku.edu.cn/pku 要求 egrated ics and Circu nciple of digi lications. engineering and device S circuits; co ory. ted Circuits 级 四年级 夏秋春 夏 院 数字逻辑电路 算机辅助设计 14 学时）+ 期 考试和考勤 15 原理与设计，北 tegrated Circuit 版）”，清华大 （原书第二版） is “CMOS 大规 005。 ujpk/course/i d Circuit uits，Semicon tal integrate g. s; MOS inve ombinationa 夏 路 期中考试（2 学 5% 北京大学出版社 ts, A Design Pe 大学出版社；或 ），北京：电子 规模集成电路设 ic/index.htm ts nductor Phys d circuit, abl ertor; static l circuits; se 时） 社，2006 rspective”, 200 或者：周润德 等 子工业出版社， 设计”（英文版 sics，Digital L le to analysis c CMOS circ equential circ 04，影印本“数 等，译，“数字 2004； 第 3 版）, 影 Logic s and cuits; cuits; 数字集 字集成 印本
1.使学生了解集成电路的发展,对集成电路重要作用有清楚的认识; 2.使学生掌握CMOS和双极集成电路的结构特点及制造工艺 3.使学生掌握CMOS和双极数字集成电路的基本电路结构、工作原理和电路分析方 使学生掌握简单电路的版图结构和版图设计; 5.为学生今后从事集成电路的设计、制造及应用研究等工作打下坚实的基础。 课程大纲和知识点 章节章节名称 课时 知识点 Key points 顺序 建议 集成电路的重要性,集成电 2/路的发展历史,摩尔定律,/ Application of Integrated Circuits, listory of IC develop, Moore's law, Scaling down theory integrated 等比例缩小定律,未来的发 Future and challenge of IC circuits 集成电路基本结 构和制作工艺 平面工艺的基本操作,N阱 Basic semiconductor process steps, N well p6cosr艺,深亚微米| MOs process, Deep submicron CMOS CMOS工艺,闩锁效应, SOI process, Latch-up, SOI CMOS process, Layout CMOS工艺,版图设计规则| design rules 集成电路中的元 阈值电压、 MOSFET电流方 Threshold voltage,, MOSFET current an 程、导电因子,寄生效应; voltage relationship, Parasitic devices 器件 8-6集成电阻、集成电容、互连| ntegrated resistors capacitors, 线的寄生电阻和寄生电容、 Interconnection and its itic resistor and Circuits devices 互连线的RC延迟 apacitor 直流电压传输特性,逻辑阈 值,噪声容限,可恢复逻辑,| Voltage transfer characteristic, Logic threshold MOS反相器 (MOS inverter) 6-4上升时间和下降时间,传输| point, Noise margin, Restorable logic, Rise and 延迟时间,有比电路和无比 fulltime, Propagation delay., Ratioless circuit 电路 静态CMOS逻辑 CMOS与非门,CMOS或非 CMOS NAND and NOR circuits, CMOS logic Static CMOS/86门,CMos逻辑门的设计, 电路 design, CMOS EXOR circuits, Transmission CMOS异或电路,传输门的 gate, Threshold loss 逻辑特点,阈值损失 动态CMOS逻辑 预充求值动态CMOS电路,| Pre-charge evaluation dynamic circuits, Charge (Dynamic CMOS/6. 电荷分享,级联问题,| sharing, Cascading dynamic logic, Domino Domino cmos CMOS inuits CMOS电路的功 耗 动态功耗、短路功耗、静态| Dynamic power dissipation, Short circuit 4-2|功耗、亚阈值电流、开关活 Sub-threshold current 动因子 Activity factors CMOS cIrcuits) 8CMos组合逻辑8-6多路器和逆多路器传输门 Multiplexor and Demux, MUX based or
1. 使学生了解集成电路的发展，对集成电路重要作用有清楚的认识； 2. 使学生掌握 CMOS 和双极集成电路的结构特点及制造工艺； 3. 使学生掌握 CMOS 和双极数字集成电路的基本电路结构、工作原理和电路分析方 法； 4. 使学生掌握简单电路的版图结构和版图设计； 5. 为学生今后从事集成电路的设计、制造及应用研究等工作打下坚实的基础。 三、 课程大纲和知识点 章节 顺序 章节名称 课时 建议 知识点 Key Points 1 绪论 (Introduction to integrated circuits) 2 集成电路的重要性，集成电 路的发展历史，摩尔定律， 等比例缩小定律，未来的发 展和挑战 Application of Integrated Circuits，History of IC develop, Moore’s law, Scaling down theory, Future and challenge of IC 2 集成电路基本结 构和制作工艺 (Integrated Circuits process basics ) 86 平面工艺的基本操作，N 阱 CMOS 工艺，深亚微米 CMOS 工艺，闩锁效应，SOI CMOS 工艺，版图设计规则 Basic semiconductor process steps, N well CMOS process, Deep submicron CMOS process, Latch-up, SOI CMOS process, Layout design rules 3 集成电路中的元 器件 (Integrated Circuits devices) 86 阈值电压、MOSFET 电流方 程、导电因子，寄生效应； 集成电阻、集成电容、互连 线的寄生电阻和寄生电容、 互连线的 RC 延迟 Threshold voltage, MOSFET current and voltage relationship, Parasitic devices ， Integrated resistors and capacitors ， Interconnection and its parasitic resistor and capacitor 4 MOS 反相器 (MOS inverter) 64 直流电压传输特性，逻辑阈 值，噪声容限，可恢复逻辑， 上升时间和下降时间，传输 延迟时间，有比电路和无比 电路 Voltage transfer characteristic, Logic threshold point, Noise margin, Restorable logic, Rise and fall time, Propagation delay, Ratioless circuit 5 静态 CMOS 逻辑 电路 (Static CMOS circuits) 86 CMOS 与非门，CMOS 或非 门，CMOS 逻辑门的设计， CMOS 异或电路，传输门的 逻辑特点，阈值损失 CMOS NAND and NOR circuits, CMOS logic design, CMOS EXOR circuits, Transmission gate, Threshold loss 6 动态 CMOS 逻辑 电路 (Dynamic CMOS circuits) 64 预充求值动态 CMOS 电路， 电荷分享，级联问题， Domino CMOS Pre-charge evaluation dynamic circuits, Charge sharing, Cascading dynamic logic, Domino CMOS 7 CMOS 电路的功 耗 (Low power CMOS circuits) 42 动态功耗、短路功耗、静态 功耗、亚阈值电流、开关活 动因子 Dynamic power dissipation ， Short circuit power， Static power， Sub-threshold current， Activity factors 8 CMOS 组合逻辑 86 多路器和逆多路器,传输门 Multiplexor and Demux, MUX based on
电路 多路器电路编码器和译码| transmission gates, Encoder and decoder,Ful 器全加器进位链电路| adders, Carry chain CMOS circuits) 时序逻辑,双稳态电路,RS 时序逻辑电路 锁存器和触发器,D锁存器 Sequential logic, Bi-stable circuit, Rs latch an 9 Sequential CMOSI6-4 和触发器,数据建立时间 p-flop, D latch and flip-flop, Set inuits) hold time, Shifter register, Counter 移位寄存器,计数器 CMOS集成电路 的IO设计 输入缓冲器,输出缓冲器 10( CMOS 4-2ESD保护电路,三态输出和/" uffer, Output buffer, SD structure, Tristate output and bi-direction buffers input/output 双向ⅣO缓冲器 OS存储器的分类,存储 MOS memory types, Memory architecture, 11/Mos存储器 器的总体结构,存储器外围 (MOS memory) 电路,DRAM、SRAM和 Peripheral circuits, DRAM SRAM and ROM cells ROM的单元结构 四、课程特色 1.紧密结合集成电路的发展状况,不断调整课程设置、更新教材和教学内容。突出以 CMOS电路为主,为此我们编写了“集成电路原理与设计”教材(北京大学出版社 2006;2007年第2次印刷),该教材列入国家“十一五”教材规划,并在2007年被 评为国家普通高等教育精品教材。 2.教学内容先进,反映了集成电路发展中出现的新技术、新器件和新电路。如第1 章绪论的内容在讲课中随时更新。在第2章介绍了亚100 nmCMOS工艺中引入的 新工艺和新的器件结构 3.突出重点、加强基础。在课程内容安排上突出CMOS基本单元电路结构和特性的 分析,通过基本单元电路让学生掌握CMOS电路的结构特点和电路分析方法 4.理论和实践结合。在课程中安排简单的版图设计练习,以及用 SPICE进行电路方 针分析,使学生对影响电路性能的参数有感性的认识。另外,与后续课“集成电路 实习”紧密结合,培养学生的电路设计能力
电路 Combinational CMOS circuits) 多路器电路,编码器和译码 器,全加器, 进位链电路 transmission gates， Encoder and decoder, Full adders, Carry chain 9 时序逻辑电路 Sequential CMOS circuits) 64 时序逻辑,双稳态电路，R-S 锁存器和触发器,D 锁存器 和触发器, 数据建立时间, 移位寄存器，计数器 Sequential logic, Bi-stable circuit, RS latch and flip-flop, D latch and flip-flop, Setup time and hold time, Shifter register, Counter 10 CMOS 集成电路 的 I/O 设计 (CMOS input/output design) 42 输入缓冲器,输出缓冲器, ESD保护电路, 三态输出和 双向 I/O 缓冲器 Input buffer, Output buffer, ESD structure, Tristate output and bi-direction buffers 11 MOS 存储器 (MOS memory) 84 MOS 存储器的分类，存储 器的总体结构，存储器外围 电路， DRAM、SRAM 和 ROM 的单元结构 MOS memory types, Memory architecture, Peripheral circuits，DRAM SRAM and ROM cells 四、 课程特色 1. 紧密结合集成电路的发展状况，不断调整课程设置、更新教材和教学内容。突出以 CMOS 电路为主，为此我们编写了“集成电路原理与设计”教材（北京大学出版社， 2006；2007 年第 2 次印刷）, 该教材列入国家“十一五”教材规划，并在 2007 年被 评为国家普通高等教育精品教材。 2. 教学内容先进，反映了集成电路发展中出现的新技术、新器件和新电路。如第 1 章绪论的内容在讲课中随时更新。在第 2 章介绍了亚 100nmCMOS 工艺中引入的 新工艺和新的器件结构。 3. 突出重点、加强基础。在课程内容安排上突出 CMOS 基本单元电路结构和特性的 分析，通过基本单元电路让学生掌握 CMOS 电路的结构特点和电路分析方法。 4. 理论和实践结合。在课程中安排简单的版图设计练习，以及用 SPICE 进行电路方 针分析，使学生对影响电路性能的参数有感性的认识。另外，与后续课“集成电路 设计实习”紧密结合，培养学生的电路设计能力
