数字集成电路设计实验教程(王忆文,杜涛,谢小东,李辉)思维导图
数字集成电路设计 pdf
数字集成电路设计一、引言数字集成电路设计是一个广泛且深入的领域，它涉及到多种基本元素和复杂系统的设计。
本文将深入探讨数字集成电路设计的主要方面，包括逻辑门设计、触发器设计、寄存器设计、计数器设计、移位器设计、比较器设计、译码器设计、编码器设计、存储器设计和数字系统集成。
二、逻辑门设计逻辑门是数字电路的基本组成单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与非门和或非门等。
在设计逻辑门时，需要考虑门的输入和输出电压阈值，以确保其正常工作和避免误操作。
三、触发器设计触发器是数字电路中用于存储二进制数的元件。
它有两个稳定状态，可以存储一位二进制数。
常见的触发器包括RS触发器、D触发器和JK触发器等。
在设计触发器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。
四、寄存器设计寄存器是数字电路中用于存储多位二进制数的元件。
它由多个触发器组成，可以存储一组二进制数。
常见的寄存器包括移位寄存器和同步寄存器等。
在设计寄存器时，需要考虑其结构和时序特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。
五、计数器设计计数器是数字电路中用于对事件进行计数的元件。
它可以对输入信号的脉冲个数进行计数，并输出计数值。
常见的计数器包括二进制计数器和十进制计数器等。
在设计计数器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。
六、移位器设计移位器是数字电路中用于对二进制数进行移位的元件。
它可以对输入信号进行位移操作，并输出移位后的结果。
常见的移位器包括循环移位器和算术移位器等。
在设计移位器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。
七、比较器设计比较器是数字电路中用于比较两个二进制数的元件。
它可以比较两个数的值，并输出比较结果。
常见的比较器包括并行比较器和串行比较器等。
在设计比较器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。
八、译码器设计译码器是数字电路中用于将二进制数转换为另一种形式的元件。
数字集成电路 数字集成电路设计流程和设计方法PPT课件
pmos p2 (i2, il, b); pmos p3 (i3, i2, c); pmosp4 (il, vdd, b); pmos p5 (i2, il, c); pmos p6 (i3, i2, a); pmos p7 (co, vdd, i3); end module
第16页/共58页
第17页/共58页
pmos p4 (i4, vdd, b); pmos p5 (i4, vdd, a); pmos p6 (co, vdd, en); pmos n6 (co, vss, en); end module
第18页/共58页
2.2 设计描述
• 四、物理描述
•
电路的物理描述是用来定义在硅表面的物理实现，并由物理实现
数字集成电路设计总体上可分为
1.电路设计（前端设计）
电路设计是指根据对ASIC的要求或规范，从电路系统的行为描述开 始，直到设计出相应的电路图，对于数字系统来说就是设计出它的 逻辑图或逻辑网表
2.版图设计（后端设计）
版图设计就是根据逻辑网表进一步设计集成电路的物理版图，也就 是制造工艺所需的掩膜版的版图。
Verilog-HDL 描述进位算法描述
module carry (co,a,b,c); output co; input a,b,c;
wire #10 co=(a&b)|(a&c)|(b&c) end module
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2.2 设计描述
• 三、结构描述
•
结构描述规定了电路系统的结构，规定了元件之间的连接关系，
第4页/共58页
2.1 设计流程
• 二、Top-Down设计
•
从电路行为到逻辑结构的转换是由逻辑综合这一步骤自动进行的。逻辑综合
第五章MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计
梁竹关
云南大学信息学院电子工程系
第一部分 理论课
第一章 绪言
1．1 集成电路的发展 1．2 集成电路分类 1．3 集成电路设计 第二章 MOS晶体管 2．1 MOS晶体管结构 2．2 MOS晶体管工作原理 2．3 MOS晶体管的电流电压关系 2．4 MOS晶体管主要特性参数 2．5 MOS晶体管的SPICE模型 第三章 MOS管反相器 3．1 引言 3．2 NMOS管反相器 3．3 CMOS反相器 3．4 动态反相器 3．5 延迟 3．6 功耗
5.4.2 CMOS传输门 1、工作原理
CMOS传输门由一个PMOS管和一个NMOS管并接 而成。PMOS管的衬底接高电平，而NMOS管的衬底接 地。两个MOS管的栅极上施加互补的控制信号，传输 门的输入端和输出端可以互换。
图5.4.4 CMOS传输门
2、应用 图5.4.3的逻辑功能也可以采用CMOS传输门来实
第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
4学时 4学时 6学时 4学时 36学时
参考文献
[1] 王志功，景为平，孙玲.集成电路设计技术与工具. 南京： 东南大学出版社，2019年7月（国家级规划教材）.
[2]（美）R.Jacob Baker, Harry W. Li, David E. Boyce. CMOS Circuit Design, Layout and Simulation. 北京： 机械工业出版社，2019.
数字集成电路简介.ppt
v(t)
– 耦合电容 - 其中一条导线上电压的 变化会影响相邻导线上的信号
i(t)
– 耦合电感 - 其中一条导线上电流的 变化会影响相邻导线上的信号
VD
• 电源线和地线上的噪声
D
– 会影响该门的信号电平
说明：噪声是数字电路工程中一个主要关注的问题。如何克服所有这 些干扰是高性能数字电路设计所面临的主要挑战之一。
2019年12月31日12时10分
例题1.2 电源分布网络对系统设计的挑战
功能块A
功能块B
功能块A
功能块B
A. 布线通过功能块
引论. 26
B. 布线绕过功能块
2019年12月31日12时10分
1.3 数字设计的质量评价
• 集成电路的成本 • 功能性和稳定性 • 性能 • 功耗和能耗
• 为了保证整个设计层次中定义的一致性，我们采用了从下 而上的设计方法：从定义一个简单反相器基本的质量评定 标准开始，并逐渐将它们扩展到如逻辑门、模块和芯片这 些更为复杂的功能
数字IC（组合/时序） 模拟IC（线性/非线性）
模数混合IC 通用IC、专用IC
2019年12月31日12时10分
划分集成电路规模的标准
类型
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC
双极 IC
<100
<100
100~1000
100~500
103 ~ 105
500~2000
引论. 14
2019年12月31日12时10分
集成电路的概念
• Integrated Circuit，缩写IC
• 通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源 器件、电容和电阻等无源器件，按照一定的电路互连， “集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封 装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
数字集成电路第1章PPT课件
双极集成电路的基本制造工艺
掺硼P型硅作为衬底材料并进行初始氧化,以形 成二氧化硅表层,然后再进行隐埋层光刻以形 成一个窗口后进行N+层掺杂,接着就用外延层 所覆盖,故称隐埋层
制作隐埋层后,去除表面的二氧化硅,再进行N 型外延层生长
掺P型材料进行隔离扩散. 用第三块掩模版完成基区光刻
双极集成电路的基本制造工艺
基区重掺杂 制作晶体管发射极和集电极 形成表面金属互连接的接触区 完成一层金属铝膜的沉积,然后再介质淀积 在介质层上蚀刻出连接通孔 成第二层金属铝膜的沉积 后续工序,划片,粘片,压焊,封装,测试分类,筛选,
成品测试,入库
双极集成电路应用
TTL,DTL,RTL,HTL,ECL STLL,SLTTL,I2L,I3L ASTLL.ASLTTL
环 长PSG 引线孔光刻 铝引线光刻 压焊块光刻
N阱硅栅CMOS工艺（略）
▪ 双阱硅栅CMOS工艺
BI---CMOS工艺
双极工艺特点： 速度高、驱动能力强、模拟精度高 但功耗、集成度无法满足VLSI的
要求
BI---CMOS工艺
CMOS工艺特点： 功耗低、集成度高、抗干扰能力强 但速度低、驱动能力差
成
P+
NPN管的基区扩散 PMOS管的源、漏区扩散 横向PNP管集电区、发射区扩散 纵向PNP管的发射区扩散可以同时进行完成
以双极性工艺为基础的P阱BICMOS工艺
栅氧化在PMOS管沟道注入以后进行 可获的大电流、高压 LDMOS-LOW DOUBLE MOS VDMOS-VERTICAL DOUBLE MOS
以双极性工艺为基础的BI-CMOS工艺
以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺 以双极性工艺为基础的双阱BI-CMOS工艺 特点是对双极器件有利
初中物理《了解电路》单元教学设计以及思维导图1
了解电路适用初中九年级年级所需（课内共用6课时，每周3课时；课外共用3课时）时间主题单元学习概述本课是用电池与基本器件连接成简单电路进行电学的初始研究。
本课教学活动有四个部分。
1、提供一个问题情境：圣诞树上的灯泡是怎么一个一个亮起来的？2、使用电池、导线、灯泡连接一个简单电路，渗透由实物图向抽象的电路图过渡的思想。
让学生在了解一些电的基本知识的基础上得出结论：形成电流的通路，灯泡才会发亮。
电不仅是让灯泡发亮，还可以做很多事情。
3、学生探究出灯泡的大小、导线的粗细等不影响灯泡的亮度。
4、拓展活动，制作红绿灯。
在本课教学过程中，教师要因地制宜地取材，让每个学生在探究活动中操作能力得到培养。
主题单元规划思维导图主题单元学习目标知识与技能：1、能够连接基本电路，画出电路图，根据电路图连接简单电路，制作简单的红绿灯模型；2、知道一个基本电路的组成要素，认识常见的符号；过程与方法：通过讨论、分组实验、演示实验的教学方法情感态度与价值观：与同学一起探讨有关电路的问题，体会制作的快乐，感受成功的喜悦。
对应课标1.使用相同的材料，电路可以有不同的连接方法;用简易符号表示一个电路的不同部分。
2.：用更多的方法和材料点亮更多的小灯泡。
主题单元问题设计看了这么多图片，你们觉得霓虹灯美不美？霓虹灯上小灯泡是怎样亮起来的呢？灯泡是怎样发亮的？专题划分专题一：电是什么（1 课时）专题二：让点灯发光（ 1 课时）专题三：串联和并联电路（ 1 课时）专题四：科学探究：串联和并联电路的电流（2课时）专题五：测量电压（1课时）其中，专题四作为研究性学习专题一电是什么所需课时1课时专题学习目标1. 认识摩擦起电现象2. 知道电荷间的相互作用规律，会使用验电器3. 能用静电知识解释生活中和自然界中的有关现象专题问题设计在我们的生活中，哪些地方用到电？假设一座城市完全断电，同学们想像一下可能会出现哪些现象？既然电对我们来说是不可缺少的，那么什么是电呢？电是什么？通常我们可以采取什么办法使物体带电？自然界中有几种电荷？毛皮摩擦过的橡胶棒与绸子摩擦过的玻璃棒带的电荷是否相同？验电器的构造有哪些？依据什么原理构成的？怎样检验物体是否带电？所需教学环境和教学资源演示实验器材：玻璃棒两根、橡胶棒两根、丝绸一块、毛皮一块、支架两个、验电器一个、碎屑若干、气球两个、塑料棒一根。
数字集成电路实验说明(Lab1 and Lab2)
也包括制作NMOS衬底接触的掺杂
Digital IntegratedMicroelectronics School of Circuits
EE141 18
Combinational Circuits
6 形成contact孔以及欧姆接触的重掺杂
Digital IntegratedMicroelectronics School of Circuits
低功耗设计 Synopsys Epic 布局布线 后仿真 Cadence Avant! Mentor Graphics Synopsys Cadence Compass IKOS Vantage
Digital IntegratedMicroelectronics School of Circuits
Digital IntegratedMicroelectronics School of Circuits
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Combinational Circuits
4 建立库和单元
（1）建立一个库
说明：库的名字包含自己的名字和学号的个人信息，以便检 查。 如：刘丽萍（学号：07060241X08），建的库名为LLP06 杨国强（学号：0706024219），建的库名为ygq19
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Combinational Circuits
Cadence 概述
全球最大的 EDA 公司 提供系统级至版图级的全线解决方案 系统底杂，工具众多，不易入手 除综合外，在系统设计，在前端设计输入 和仿真，自动布局布线，版图设计和验证 等领域居行业领先地位 具有广泛的应用支持 电子设计工程师必须掌握的工具之一
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Combinational Circuits
清华大学《数字集成电路设计》周润德 第1章(课件)绪论
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第1章第3页
评分规则（Grading Policy)
（1）作业： 20％
第 4 周起，每周一次，一周完成，上课时交，迟交无效
（2）期中考试：20％
100
P6 Pentium ® proc
10
8086 286
486
386
8085
1
8080
8008
4004
0.1 1971
1974
1978 1985 年
1992
最先进微处理器的功耗持续增长
2000
资料来源： Intel
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第 1 章 第 21 页
2004-9-15
清华大学微电子所《数字大规模集成电路》 周润德
第 1 章 第 17 页
微处理器单个芯片尺寸的增长趋势
100
单个芯片尺寸 (mm)
P6
10
486 Pentium ® proc 386
8080
286 8086
8085
8008
4004
资料来源： Intel
1 1970
1980
1990 年
每1.96年翻一倍!
Pentium® III
Pentium® II
Pentium® Pro
Pentium® i486
i386
80286
10
1 1975
8086
1980
1985 1990
1995
2000
资料来源: Intel