1、VLSI設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 課程教學(xué)大綱一、課程的基本信息適應(yīng)對(duì)象：電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科課程代碼：25E02907學(xué)時(shí)分配：4W賦予學(xué)分：4先修課程：模擬集成電路設(shè)計(jì)、集成電路CAD、集成電路工藝原理后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)二、課程的性質(zhì)與任務(wù)VLSI設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一門重要基礎(chǔ)課 程，實(shí)踐操作性較強(qiáng)，在專業(yè)人才培養(yǎng)中具有十分重要的作用和地位。復(fù)習(xí)、鞏固模擬集成電路 課程所學(xué)知識(shí),運(yùn)用HSPICE軟件,在一定的工藝模型基礎(chǔ)上，完成簡(jiǎn)單模擬集成電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 參數(shù)手工估算和電路仿真驗(yàn)證，并根據(jù)仿真結(jié)果與指標(biāo)間的折衷關(guān)系，對(duì)重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，掌 握電路分析、電路設(shè)計(jì)的基本

2、方法，加深CMOS模擬集成電路等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，訓(xùn)練學(xué)生 分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。三、教學(xué)目的與要求復(fù)習(xí)、鞏固模擬集成電路課程所學(xué)知識(shí)，運(yùn)用HSPICE軟件，在一定的工藝模型基礎(chǔ)上，完 成常用功能單元的CMOS模擬集成電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)估算和電路仿真驗(yàn)證，并根據(jù)仿真結(jié)果 與指標(biāo)間的折衷關(guān)系，對(duì)重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，掌握電路分析、電路設(shè)計(jì)的基本方法，加深CMOS 模擬集成電路等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。四實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與安排.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容（以下2個(gè)設(shè)計(jì)工程每組學(xué)生可任選一項(xiàng)）實(shí)訓(xùn)工程一、差分運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)：差分直流增益A， NOdB單位增益帶寬負(fù)載電容G=4pF相位裕度尸

3、M60差分壓擺率SR100Y/s共模電平%加=1.65 V差分輸出動(dòng)態(tài)范圍DR70dB等效輸入噪聲V*e 40V灰設(shè)計(jì)要求：依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)電路圖，確定器件參數(shù)。采用HSPICE工具進(jìn)行仿真分析。實(shí)訓(xùn)工程二、帶隙基準(zhǔn)源的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)：性能參數(shù)測(cè)試條件參數(shù)指標(biāo)工作電壓范圍2.55.5V靜態(tài)電流VDD=3.6V, Temp=2720pA輸出基準(zhǔn)電壓VDD=3.6V, Temp=270.6V0.5%范圍以內(nèi)線路調(diào)整率VDD=2.55.5V, Temp=2785dBPSRR (1 KHz)VDD=3.6V, Temp=2775dB溫度特性VDD=3.6V, Temp=-40-12515ppm/設(shè)計(jì)要

4、求：確定設(shè)計(jì)指標(biāo)（以上指標(biāo)供參考，可以進(jìn)行適當(dāng)修改，但需講清楚原因）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以在參考電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上確定參數(shù)和改進(jìn)設(shè)計(jì)，也可以查找文獻(xiàn)采 用其它結(jié)構(gòu)的電路或創(chuàng)造新的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；閱讀模型文件，了解可以選用的器件類型、尺寸范圍、關(guān)鍵參數(shù)；手工設(shè)計(jì)：根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，嘗試初步確定滿足指標(biāo)的各元件的模型與參數(shù)：MOS：溝道長(zhǎng)度與寬度，并聯(lián)個(gè)數(shù)；電阻：寬度、長(zhǎng)度、串并聯(lián)個(gè)數(shù)；電容：寬度、長(zhǎng)度、并聯(lián)個(gè)數(shù)；三極管：并聯(lián)個(gè)數(shù)。采用全典型模型，27C,驗(yàn)證帶隙基準(zhǔn)是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)（偏置可用理想電流源代替）；設(shè)計(jì)偏置電路：a）選定電路結(jié)構(gòu)；b）手工設(shè)計(jì)：確定各元件的模型與尺寸；c）采用全典型模型，仿

5、真驗(yàn)證偏置電流源的性能；將偏置電路和帶隙基準(zhǔn)電路合在一起仿真（采用全典型模型，27）驗(yàn)證帶隙基準(zhǔn)的 性能參數(shù)（應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容）；VDD從0V上升到5. 5V過(guò)程中的基準(zhǔn)電壓波形，觀察基準(zhǔn)的建立過(guò)程與電源電壓對(duì)基 準(zhǔn)的影響（線路調(diào)整率）以及工作電流曲線（直流掃描）；VDD在1 uS內(nèi)由0V上升到3.6V然后保持不變時(shí)的基準(zhǔn)電壓波形，觀察快速上電時(shí)基 準(zhǔn)的建立過(guò)程（瞬態(tài)掃描）；VDD在10mS內(nèi)由0V上升到3.6V然后保持不變時(shí)的基準(zhǔn)電壓波形，觀察慢速上電時(shí) 基準(zhǔn)的建立過(guò)程（瞬態(tài)掃描）；d）在VDD = 3.6V時(shí)，PSRR對(duì)于頻率（1Hz1OOKHz）的特性曲線（交流掃描）；e）在 VD

6、D = 3.6V時(shí)，溫度由-40上升到125的帶隙輸出電壓曲線（溫度掃描）；要求 全典型模型下，電路要到達(dá)“設(shè)計(jì)指標(biāo)”要求，否那么應(yīng)對(duì)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改 與優(yōu)化，直至滿足要求（可能需要屢次調(diào)整）。采用全慢模型，電源電壓2.5V,溫度-40進(jìn)行仿真，觀察以上參數(shù)的變化；采用全快模型，電源電壓5.5V,溫度125進(jìn)行仿真，觀察以上參數(shù)的變化；根據(jù)以上仿真結(jié)果，分析模型變化時(shí)，基準(zhǔn)輸出電壓變化的分析。.進(jìn)度安排（工作進(jìn)度安排見(jiàn)下表）自由組合，3人一個(gè)設(shè)計(jì)小組選擇2道題目中的一道完成。小組成員協(xié)調(diào)好每個(gè)人的任務(wù), 分工合作，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)注意習(xí)課堂所學(xué)內(nèi)容，必要時(shí)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，完成設(shè)計(jì)。“VL

7、SI設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)”時(shí)間分配表序號(hào)實(shí)習(xí)及設(shè)計(jì)內(nèi)容安排時(shí)間安排（天）1實(shí)訓(xùn)集中講解32設(shè)計(jì)方案的制定13電路設(shè)計(jì)74HSPICE仿真55報(bào)告撰寫46辯論27合計(jì)21.設(shè)計(jì)報(bào)告要求1）設(shè)計(jì)指標(biāo)確實(shí)定及其原因（如果需要對(duì)上面的指標(biāo)進(jìn)行修改的話）；2）電路結(jié)構(gòu)確實(shí)定及其原因；3）電路原理論述（具體到每個(gè)器件的作用）；4）每個(gè)晶體管的溝道長(zhǎng)度確實(shí)定及其原因；5）手工設(shè)計(jì)過(guò)程（可能要迭代）；6）報(bào)告“設(shè)計(jì)要求”中的各種波形和性能指標(biāo)；7）仿真結(jié)果的分析與設(shè)計(jì)總結(jié)（感想、改進(jìn)）；8）組內(nèi)成員的具體分工與任務(wù)量；9）參考文獻(xiàn)；10）附錄報(bào)告模板見(jiàn)附件。五、教學(xué)設(shè)備和設(shè)施電腦；HSPICE軟件。六 課程考核與評(píng)估該門實(shí)訓(xùn)課程的考核將采取現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和設(shè)計(jì)報(bào)告相結(jié)合的方式。當(dāng)小組成員完成了所選題目 的設(shè)計(jì)過(guò)程，并且仿真結(jié)果到達(dá)了所要求的性能指標(biāo)，可以申請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，向老師演示設(shè)計(jì)步驟 和仿真結(jié)果，通過(guò)驗(yàn)收后每小組提交一份設(shè)計(jì)報(bào)告（打印版和電子版）。其中，設(shè)計(jì)指標(biāo)，電路 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)報(bào)告要求的具體內(nèi)容在上面的各個(gè)題目中給出了參考。成績(jī)的評(píng)定將根據(jù)各個(gè)小 組成員在完成工程中的貢獻(xiàn)度以及驗(yàn)收情況和設(shè)計(jì)報(bào)告的完成度來(lái)確定。成績(jī)按優(yōu)、良、中、及 格和不及格五級(jí)來(lái)評(píng)定，其中：現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，占總成績(jī)60%；設(shè)計(jì)報(bào)告，占總成績(jī)30隊(duì)方案辯論，占