清华大学电子工程系罗嵘制作
清华大学微电子系工硕课题介绍
课题介绍微电子与纳电子学系2013级工程硕士双选专用清华大学微电子与纳电子学系2013年12月有招生需求导师名单-------------------------------------------------------白国强（设计室）蔡坚、王谦（器件室）陈虹（设计室）陈炜（器件室）池保勇（设计室）邓宁（器件室）方华军（器件室）付军（集成室）姜汉钧（设计室）李福乐（设计室）李树国（设计室）李翔宇（设计室）李宇根（设计室）李兆麟（信研院）梁仁荣（集成室）刘雷波（CAD室）刘振宇（信研院）麦宋平（深研院）潘立阳（集成室）钱鹤（CAD室）任天令、杨轶（器件室）王敬（集成室）王晓红（器件室）王燕（CAD室）王喆垚（器件室）王志华、王自强（设计室）魏少军（CAD室）乌力吉（设计室）吴华强（工艺平台）伍冬（集成室）伍晓明（工艺平台）谢丹（器件室）谢翔（设计室）许军（集成室）叶佐昌（CAD室）尹首一（CAD室）岳瑞峰（器件室）张春（设计室）张进宇（CAD室）张雷（CAD室）刘泽文（器件室）何虎（设计室）北京朗波芯微技术有限公司课题介绍白国强一、招生老师联系信息E-mail: baigq@电话：62794391（O），136********办公室：主楼9区104二、招生人数：2-3名三、课题介绍课题一：（1）课题名称：面向低资源移动终端应用的新型公钥密码算法的集成电路实现技术研究。
（2）课题来源：国家自然科学基金重点项目“面向低资源移动终端的高效新型公钥密码芯片的理论与关键技术研究”。
（3）课题简介：受移动终端（如手机）硬件资源十分有限的限制，现有公钥密码算法，包括RSA算法和ECC算法很难直接应用于移动终端。
为解决这一问题，近年来多变量公钥密码学受到广泛关注，成为研究热点之一。
本课题研究内容是“面向低资源移动终端的高效新型公钥密码芯片的理论与关键技术研究”项目中的一部分内容，将以集成电路方式设计、实现基于多变量的新型公钥密码芯片。
清华大学电子工程系学科方向
电子工程系学科设置ﻩ通信与信息系统信号与信息处理电磁场与微波技术ﻩ物理电子学电路与系统电子工程系教学工作ﻩ年本科开课目录ﻩ年研究生课程目录ﻩ各研究所教研室介绍信息光电子研究所ﻩ一、情况介绍和研究方向二、年在研的科研项目ﻩ三、课题组介绍（)通信与微波研究所ﻩ一、情况介绍和研究方向二、年在研的科研项目ﻩ三、课题组介绍（)通信技术方向电磁场与微波技术方向ﻩ高速信号处理与网络传输研究所一、情况介绍和研究方向二、年在研的科研项目网络与人机语音通信研究所ﻩ一、情况介绍和研究方向ﻩ二、年在研的科研项目三、研究方向(）ﻩ图象图形研究所一、情况介绍和研究方向二、年在研的科研项目三、联系方式ﻩ电路与系统教研室一、情况介绍和研究方向ﻩ二、年在研的科研项目ﻩ三、研究方向()电子工程系学科设置专业设置本科生专业：ﻩ电子信息科学类研究生专业：一级学科ﻩﻩﻩ二级学科电子科学与技术ﻩﻩﻩ物理电子学ﻩﻩﻩﻩ电路与系统ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ微电子学与固体电子学ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ电磁场与微波技术信息与通信工程ﻩﻩ通信与信息系统ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ信号与信息处理ﻩﻩﻩﻩ电子与通信工程（工硕）通信与信息系统学科方向：通信与信息系统研究课题:、信息传输与接入、数字信号处理与终端技术、无线通信技术与系统、通信网络与交换技术、通信与信息系统的仿真与集成依托国家重点实验室及相关学术领域：微波与数字通信国家重点实验室、集成光电子学国家重点实验室系内:微波与天线、信息光电子与光电子学、电路与系统、信号与信息处理跨系、所:微电子学研究所、计算机科学与技术系、自动化系、电机工程与应用电子技术系、工程力学系、材料科学与工程系信号与信息处理学科方向：可视化的知识发现与知识表示研究课题:、通过可视化有效地组织和提取有用信息、通过可视化有效地表示有用信息重要生长点:汉字和语音地信息提取及由此进行人机直接对话多维空间的信息获取与显示信息融合、搜寻与决策依托国家重点实验室及相关学术领域:ﻩ国家重点实验室:智能技术与系统国家重点实验室(智能图形图象技术分室)相关学术领域:通信与信息系统、模式识别与智能控制、计算机科学与技术等电磁场与微波技术学科方向：射频及微波电路技术、无线通信及其它射频系统技术、电磁场理论与电磁波应用技术研究课题：、射频及微波电路技术、无线通信及其它射频系统技术、电磁场理论及电磁波应用技术依托国家重点实验室及相关学术领域：微波与数字通信国家重点实验室相关学术领域：通信与信息系统、信息光电子与光电子学、电路与系统、信号与信息处理跨系、所:微电子学研究所、电机工程与应用电子技术系、航天中心、海洋中心物理电子学学科方向:物理电子学与光子学研究课题:应用基础研究方面：、光电子与光子器件、光纤系统与网络应用技术、新型显示器件和新型电光材料与器件、相关应用技术与系统基础研究方面：、信息光电子学与光子学的新机制、信息光电子学新材料(电、光特性的理论与实验）、微光机电系统、非线性光纤光学(对系统的影响与应用)、纳米材料与薄膜基础依托国家重点实验室及相关学术领域：国家重点实验室:集成光电子学国家重点实验室、微波与数字通信国家重点实验室系内:高速大容量光通信、电信网络与通信系统集成跨系、所:纳米研究中心、微电子所：微光电系统信息纳米材料中心：纳米材料的设计与分析光盘中心：宽禁带半导体材料、兰绿光器件电路与系统研究方向：、电子系统集成与专用集成电路设计技术、电子设计自动化、数字信号处理技术与应用、应用电子技术相关学术领域:通信与系统工程信号与信息处理微电子学与固体电子学电子工程系教学工作年本科开课目录年研究生课程目录各研究所教研室介绍信息光电子研究所一、情况介绍和研究方向信息光电子研究所于年月由原物理电子技术教研组和光电子技术教研组合并成立，现有教职工名,其中教授名（中科院院士一名，博士生导师人），副教授名,讲师与工程师人,教辅人员人。
比特与逻辑讲义
2010/5/10演讲内容•比特与逻辑处在哪个级别？特辑在个•什么是比特？•什么是逻辑？•如何用比特与逻辑构成各种数字系统？2010/5/103比特与逻辑处在哪个级别？版图级•逻辑级•电路级之上晶体管级/电路级系统级寄存器传输级门级/逻辑级设计复杂度设计效率2010/5/104演讲内容•比特与逻辑处在哪个级别？特辑在个•什么是比特？•什么是逻辑？•如何用比特与逻辑构成各种数字系统？2010/5/105什么是比特？关于比特的第一个故事关于比特的第个故事•国王数士兵的故事告诉我们如下事实：数的事告诉事实–利用空间位置可构成不同的进制系统–引入符号“零”（‘0’）可以简化计数系统–二进制可以用最少的非零符号计数2010/5/107什么是比特？关于比特的第二个故事•国际象棋棋盘上放麦子的故事(请见备注)象棋棋盘放麦的事请备–成倍增加是指数增长–二进制可以表达很大的数264=1844,6744,0737,0955,1616•～1845亿亿或者1.8×101918•如果百粒麦子重量为4克，则放满棋盘需要约7400亿吨麦子•目前全球年小麦产量约不到7亿吨2010/5/108什么是比特？认识0和1•0=什么都没有吗？什都有•0仅是个占位符号吗？•0是加法的单位元•0之后，二进制计数只需要再增加个有了之后二进制计数只需要再增加一个符号：1•1是乘法的单位元2010/5/109什么是比特？{0,1}构成计数系统01}•{0,1}在模2加法和模2乘法下构成一个“有{01}乘法下构成个“有限域”：–加法满足交换律：a+b=b+a()()–加法满足结合律：(a+b)+c=a+(b+c)–乘法满足交换律：a×b=b×a乘法满足结合律：(a×b)×c a×(b×c)–c=a–乘法加法满足分配律：(a+b)×c=a×c+b×c–0是加法的单位元：a=a+0–1是乘法的单位元：a=a×12010/5/1010什么是比特？{0,1}计数系统的运算01}•加法0+0=00+1=10111+0=11+1=0•乘法0×0=00×1=01×0=01×1=12010/5/1011什么是比特？{0,1}计数系统的扩展01}•通过空间位置来定义数制过位来义数制，，，，，–2N-1 (23222120)–BIT：Binary-digit–有多少个“位置”就说有多少个比特（bit）–假定总共有N个比特•可表达的数的个数是2N•20那个位置称为LSB（Least Significant Bit）•2N-1那个位置称为MSB（Most Significant Bit）•可表达最大无符号整数：2N-12010/5/1012什么是比特？与其它进制计数系统的关系进制与任意进制的相转化•二进制与任意进制的相互转化–通过除法转化（整数）121012101212222N N N N M M b b b b ------++++ 1210M M d Dd D d D d D--=++++ –通过乘法转化（小数）2010/5/1013什么是比特？十进制转换成二进制什么是比特十进制转换成进制0.39(1439)reminder×2(0).78MSB(14.39)10=(?)21471022LSB ()×2(1).56MSB()×2(1).12221131×2(0).24(1110)0Error<2-4×2LSB(14)10=(1110)2(0).48×2Error<2-52010/5/1014=(0.01100)2(0.39)10=(0.0110)2(14.39)10=(1110.01100)2什么是比特？与十进制的关系Decimal8.4.2.1BCD •Binary-coded-decimal 0000010001Binary coded decimal •30 billion coding schemes •8421 code2001030011–Each digit of a decimalnumber is represented by itsbinary equivalent4010050101y q –Weighted decimal codes, most commonother weighted decimal 6011070111•other weighted decimal codes•nonweighted decimal 8100091001nonweighted decimal codes–Excess-3 code2010/5/1015weights8421什么是比特？矛盾体的表示•矛盾对立：一分为二，合二为一矛盾对立分为合为–阴阳、真假、对错、有无、正负、内外、…•{0,1}可以表示矛盾体(太极)，这一点与“分类”关系密切2010/5/1016什么是比特？对一般事物的编码对般事物的编码•对事物进行分类是常见问题，可以用二分法对事物进行分类是常见问题可以用分法•任意一个集合都可以编码–身份证号码、学号–房间号码、邮政编码•编码是一个数字，可以用二进制表达编码是个数字可以用进制表达•编码携带着各种信息•计算机里常用二进制对字符集编码–英文ASCII–中文国标码•ASCII码和国标码之间的关系：中文的键盘输入码2010/5/1017什么是比特？关于比特的第三个故事•(请见备注)三个考生算命的故事•1+1+n+n=2n n=3•算命都是骗人的！•考试结果是一个概率事件，只能依概率预考试结果是个概率事件只能依概率预测和编码如果要对个考生的考试结果进行编码要•如果要对三个考生的考试结果进行编码要几bit？•如果每个考生各有1/2的概率考上，一共有个考生，对考试结果编码需要多少N bit？2010/5/1018什么是比特？对概率事件的编码•N个考生，各有1/2概率考上个考生各有起来每种情况概率都•组合起来，每种情况的概率都是1/2N•一共需要N个比特–0 000–0 (1)–…–1 0–1 (1)g2()•注意：-log(1/2N)=N2010/5/1019什么是比特？对概率事件的编码事件出的概率与信息量•事件出现的概率与信息量N∑2log ip -i2ii=1logp p -平均•比特：信息量的单位()2log 1/21bit-=()2log 1/6 2.58bit-≈2010/5/1020什么是比特？小结•二进制计数系统的一个位（Bit: Binary digit）进制计数系统的个位•对事物分类编码：二分法•一个矛盾体（排中律）•信息量的单位•{0,1}既可以表示数值也可以表示非数值编码，既既可以表示数值也可以表示非数值编码既可以描述确定性事件也可以刻画概率性事件•总之，比特可以携带信息！可作为信息的载体! 2010/5/1021演讲内容•比特与逻辑处在哪个级别？特辑在个•什么是比特？•什么是逻辑？•如何用比特与逻辑构成各种数字系统？2010/5/1022什么是逻辑？命题与逻辑变量•命题与逻辑变量–命题：能够判断真伪的语句•太阳从东方升起•雪是黑的•二十能被四整除–命题不允许模棱两可•这苹果不大(,)好吃–命题可以用逻辑变量来表示•A=“雪是黑的”，则A=0•B=“太阳从东方升起”，B=12010/5/1023什么是逻辑？逻辑函数•如果一个命题的真伪依赖于其它命题的真伪相应的逻辑变量之间有因果关系则伪，相应的逻辑变量之间有因果关系，则这些逻辑变量之间构成逻辑函数关系–如果同学愿意听，我就讲如果同学愿意听我就讲•A=同学愿意听•F=我讲•F=A个命题的真伪可能依赖于多个命题此•一个命题的真伪可能依赖于多个命题，此时函数关系中需要逻辑运算2010/5/1024什么是逻辑？基本逻辑运算•三种基本逻辑运算–与(AND)：同时成立，可用 、×、·等表示•A B，A×B，A ·B，AB•0 0=0；0 1=0；1 0=0；1 1=1–或(OR)：任一成立，可用 、+表示•A B，A+B•0 0=0；0 1=1；1 0=1；1 1=1–非(NOT)：取反，可用～、’或上划线表示•~A，A’，Ā•0’=1；1’=02010/5/1025什么是逻辑？逻辑函数个命题的真伪依赖于多个命题此时函数关系•一个命题的真伪依赖于多个命题，此时函数关系中有逻辑运算–假设•A=张三参加会议•B=李四参加会议•F=我参加会议–如果张三和李四都参加会议，我就参加会议•F=AB–如果张三不参加会议并且李四参加会议，我就参加会议•F=F ĀB–如果张三和李四都不参加会议，我就不参加会议•F=A+B2010/5/1026什么是逻辑？逻辑运算与数值运算的关系•与0 0=00 1=0•乘法0×0=010 =1 0=01 1=1•0×1=01×0=0与乘或0 0=0 0 1=11×1=1•加法0+0=1 0=11 1=1•非00 0+1=010’=1 1’=01+0=01 1+1=102010/5/1027由逻辑运算构建一比特数值运算•由基本逻辑运算构建一比特的数值运算由基本逻辑运算构建比特的数值运算（1=真，0=假）与(AND)= 乘法(×)()()异或XOR)=加法+•由基本逻辑运算构建一比特的比较运算1=0=（1真，0假）(A≥B) =A(A>B) =(A AND(NOT B))B)=(A(A≠B)=(A XOR B)=(A⊕B)2010/5/1028由逻辑运算构建多比特数值运算F A+B 变量的二进制表示为•假定数值运算F=A+B ，变量的二进制表示为：–F=f 1f 0a –A=a 10–B=b 1b 0•则二进制加法可通过逻辑运算实现如下则进制加法可通过逻辑运算实现如下–f 0=a 0⊕b 0–c 0=a 0b 0为进位–f 1=a 1⊕b 1⊕c 0–c 1=a 1b 1+a 1c 0+b 1c 0为进位•如此扩展可构造多位二进制加法•乘法可由加法器构造（竖式乘法）2010/5/1029什么是逻辑？组合逻辑•对于n个变量，最大项和最小项各有2n个个变最大最各有回忆下棋盘上放麦子的故事•回忆一下棋盘上放麦子的故事–当变量个数很多时，有可能不能穷尽所有的最大项或最小项–需要对逻辑“化简”–此时逻辑上或许会留下漏洞（如操作系统的漏洞）2010/5/1031什么是逻辑？时序逻辑•时序逻辑电路：函数值不仅跟当前的输入有关，还跟逻辑函数本身的状态有关–逻辑函数的状态与过去的输入有关；–时间维被引入进来，需要有时间标记（时钟）–需要有记忆单元来记录状态（触发器，多位称为存储器）–体现了比特和逻辑的相互作用•举例：–计数器、累加器–控制器2010/5/1032用EDA技术和可编程逻辑器件实现计数器设计_状态图•六进制，基于移位寄存器，扭环形计数器制基位寄存扭数0134672010/5/1033用EDA技术和可编程逻辑器件实现计数器设计_输入Verilog描述_比特与逻辑快捷•方便快捷2010/5/1034数器设计_仿真结果象生•形象生动2010/5/1035数器设计_下载结果思考：思考1、什么是EDA技术?、可编程逻辑器件的发展历史、分类和作用？2、可编程逻辑器件的发展历史、分类和作用3、现代数字系统设计流程？2010/5/1036演讲内容•比特与逻辑处在哪个级别？特辑在个•什么是比特？•什么是逻辑？•如何用比特与逻辑构成各种数字系统？2010/5/1037数字计算机DataFinal InstructionsResults Input MemoryOutput Inter-Instructions Data mediateFinalControlArithmetic ResultsCentral Process Unit DecisionInformatione ocess U 2010/5/1039将数字逻辑系统嵌入到实际电路模拟模拟数字逻辑系统A/D D/A 输入输出真实世界是连续的模拟的真实世界是连续的、模拟的！2010/5/10402010/5/10与课程的关系•基础课：离散数学基离散数•专业基础课–模拟电路、数字电路、程序设计语言•其它：其它–微机原理、数字信号处理、数字集成电路微机数字信数字集路–各类数字系统的课程2010/5/1042谢谢！2010/5/1043。
清华大学电子工程系各研究所科研方向及导师相关信息
通信与微波研究所....................................................................................................................... 1 通信技术方向...........................................................................................................................1 数字传输系统、网络及 SoC 课题组................................................................................... 1 多媒体通信技术研究组....................................................................................................... 2 数字电视技术研究中心宽带传输课题组........................................................................... 2 通信网络研究室................................................................................................................... 3 曹志刚、刘序明、晏坚课题组........................................................................................... 4 无线与移动通信技术研究中心无线通信课题组............................................................... 5 陆建华教授课题组............................................................................................................... 7 电磁场与微波技术研究方向................................................................................................... 8
与芯片工程师该职业相关的书籍
与芯片工程师职业相关的书籍有《半导体物理与器件》、《信号与系统》、《模拟和数字电子电路基础》等。
这些书籍涵盖了芯片工程师所需的专业知识，包括半导体物理、电子系统设计、信号处理等方面的内容。
•《半导体物理与器件》是施敏教授的代表作之一，也是美国名校的教材。
施敏是半导体学术界的大牛，出生于南京，在台湾成长和求学，后来在斯坦福大学获得电机博士学位，毕业后进入美国贝尔实验
室工作超过20年。
施敏是微电子科学技术、半导体器件物理专家，台湾中央研究院院士、美国国家工程
院院士、中国工程院外籍院士。
•《信号与系统》上学时候选的是清华大学的教材，这本教材已经有42年的历史了，最早1981年出版。
作者郑君里，1961年毕业于清华大学无线电系。
现任清华大学电子工程系教授、通信与信息系统专业博士生导师。
中国电子学会电路与系统学会委员、中国神经网络委员会委员。
•《模拟和数字电子电路基础》是美国麻省理工学院Agarwal教授和Lang教授合作出版的模拟电路和数字电路的书籍。
本书也是MIT关于电路与电子学入门课程的教材。
该课程每学期均开设，每年有约500名学生选修。
Anant Agarwal，是麻省理工学院（MIT）电气工程与计算机科学系（EECS）教授，1988年成为教师。
讲授的课程包括电路与电子学，VLSI，数字逻辑与计算机结构。
Jeffrey ng，是麻省理工学院（MIT）电气工程与计算机科学系（EECS）教授。
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• 特征尺寸不断减小，集成电路中的互连线密 度不断提高，线宽和间距越来越小，互连线 逐渐成为决定芯片性能的主要因素；
• 工作频率不断提高，这使得集成电路的信号 延时敏感度提高；
• 电源电压被不断降低，虽然低电压能够有效 降低芯片的功耗，但是同时也降低了集成电 路的噪声容限；
数字系统设计方法
参考文献 王金明，杨吉斌编著，数字系统设计与 Verilog HDL，电子工业出版社，2002
内容
• 引言
• 设计方法 • EDA技术 • IP与SOC • 实现方式 • 设计方式
2019/10/27
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2
引言
• 数字系统的优点
• 数字系统的应用 • 数字系统的发展
• 根据系统功能，划分成软件(C语言)和硬 件（HDL）
• 统一的描述语言System C • 完善的设计验证工具
2019/10/27
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系统级 （IP模块）
寄存器级
复杂度
（HDL描述）
逻辑门级
（逻辑图）
晶体管级
设计效率
（原理图）
版图级 （物理版图）
2019/10/27
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– 开放性和标准化 • 多种多厂商EDA工具 • 标准的软件平台框架
2019/10/27
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内容
• 引言 • 设计方法 • EDA技术
• IP与SOC
• 实现方式 • 设计方式
2019/10/27
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29
IP
• Intellectual Property • 类型 • 典型的IP核
作者北京清华大学电子工程系 刘立涛 罗嵘 金平
基于S3C2410的TFT-LCD驱动电路设计作者:北京清华大学电子工程系 刘立涛 罗嵘 金平关键词：驱动电路，嵌入式系统，TFT-LCD，嵌入式处理器，S3C2410，液晶显示器引言随着电子技术的迅猛发展,具有耗电少、亮度高、体积小等特点的液晶显示器被广泛应用于嵌入式系统中。
S3C2410是三星公司开发的一款以ARM920T为核心的16/32位嵌入式处理器。
它主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。
LTS350Q1-PE1是三星电子公司生产的一款非晶硅有源矩阵TFT-LCD,它具有功耗低、亮度高和体积小等特点,目前在嵌入式设备中应用非常广泛。
基于S3C2410,采用LTS350Q1-PE1作为显示设备可以构成一个基于嵌入式平台的液晶显示系统,如图1所示,该系统可以满足大多数嵌入式手持设备的功能要求。
但是,要想S3C2410的LCD控制器可以正确有效地控制TFT-LCD,需要设计两者之间的硬件驱动电路。
本文设计了LTS350Q1-PE1的硬件驱动电路,将S3C2410的LCD控制器和TFT-LCD结合起来构成嵌入式液晶显示系统。
调试结果表明设计正确,本文所设计的液晶显示器的驱动电路只需要嵌入式处理器给出像点时钟、数据使能信号和RGB数据信号,因此,可以不做硬件上的修改就能成为以其它处理器为平台的显示解决方案,具有较大的灵活性和实用性。
图1系统结构框图TFT-LCD驱动电路设计TFT-LCD驱动电路的主体部分由多路电压源、能够给出正确数字逻辑信号的电路以及为了看到显示画面而设计的背光驱动电路构成,另外,不同的液晶显示器因为内部电路的差别还需要一些不同的外围附属电路。
多路电压产生电路由于液晶屏内集成有数字电路和模拟电路,需要外部提供数字电压和模拟电压。
另外,为了完成数据扫描,需要TFT轮流开启/关闭。
当TFT开启时,数据通过源极驱动器加载到显示电极,显示电极和公共电极间的电压差再作用于液晶实现显示,因此需要控制TFT的开启电压VON、关闭电压VOFF,以及加到公共电极上的电压VCOM,各电压的具体要求见表1。
清华大学电工电子实验教学中心副主任电子工程系
27
电子技术课程设计_教学内容_1
电子技术课程设计
基于FPGA的 数字系统设计
数模混合系统设计
28
2009年10月
清华大学罗嵘于武汉年会
电子技术课程设计_教学内容_2
数模混合系统设计”（32学时）
重点是电路设计与制作 实验内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂 的功能电路或小型电子系统 一般是给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、 电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写报告等过 程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能 力，提高电路设计水平和实验技能，培养研究性思维 和创新能力
26
2009年10月
清华大学罗嵘于武汉年会
电子技术课程设计_课程概况
课程学时：64 课程学分： 3学分 课程时间：2009年暑假小学期 授课对象：二年级升三年级电类本科生 《电子技术课程设计》是在《电子技术实验》的基础上 进行的研究型实验，是信息科学技术学院各专业本科生 的必修课 课程的教学目的 培养学生的研究性思维、习惯和能力，提高从事科学 研究和科学实验的素质 研究型实验强调系统性、交融性及研究性，强调学生 的自主研究与创新，将学习与研究有机地结合起来。 通过在学习中研究，在研究中学习，培养学生的研究 性思维、习惯和能力
培养学生正确观察/分析实验现象 掌握基本实验方法 培养基本实验技能 不再过分强调验证基础理论
设计型2/3
与理论课相配合 基础型上进行的综合性实验训练 实验内容侧重综合应用所学知识 设计制作较为复杂的功能电路
研究型3/3 （电子技术课程设计）
24
2009年10月
清华大学罗嵘于武汉年会
电子技术系列实验课程_两个阶段
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2021/2/18
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集成电路发展预测 (ITRS’2019)
年份
2019 2019 2019 2019 2019 2019 2019
特征尺寸 (nm)
150
130
107
90
80
70
65
工作频率 (MHz)
1684 2317 3088 3990 5173 5631 6739
数字系统设计方法
参考文献 王金明，杨吉斌编著，数字系统设计与 Verilog HDL，电子工业出版社，2019
内容
• 引言
• 设计方法 • EDA技术 • IP与SOC • 实现方式 • 设计方式
2021/2/18
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2
引言
• 数字系统的优点
• 数字系统的应用 • 数字系统的发展
– 器件发展 – 摩尔定律
• IC芯片
– IC发展蓝图 – 代表性IC芯片
2021/2/18
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摩尔定律
• Moore’s Law • The observation made in 1965 by Gordon Moore, co-
founder of Intel, that the number of transistors per square inch on integrated circuits had doubled every year since the integrated circuit was invented. Moore predicted that this trend would continue for the foreseeable future. In subsequent years, the pace slowed down a bit, but data density has doubled approximately every 18 months, and this is the current definition of Moore's Law, which Moore himself has blessed. Most experts, including Moore himself, expect Moore's Law to hold for at least another two decades. • 大约每18个月，芯片的集成度提高1倍，而功耗下降1半
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应用
• 对信息进行处理、传输 • 计算机 • 家用电器 • 便携式设备 • 医疗设备 • 军用设备
2021/2/18
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引言
• 数字系统的优点 • 数字系统的应用
• 数字系统的发展
2021/2/18
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发展
• 器件和集成技术的发展
IC chips
2021/2/18
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优点
• 易于设计 • 易于存储 • 精确度高 • 可编程 • 工作稳定度高，抗干扰能力强 • 便于大规模集成，芯片面积小
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引言
• 数字系统的优点
• 数字系统的应用
• 数字系统的发展
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自上而下设计方功能级描述
功能描述转换成 门级描述
功能仿真
门级描述 时序仿真
检查时序是否正 确（延时）
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自下而上
• 传统的积木式设计 • 在自下而上的设计中有时要用到自下而
上的方法 • 缺点：对整个系统缺乏规划
晶体管数 (M/cm2)
89
112 142 178 225 283 357
电源电压 (V)
1.1
1.0
1.0
0.9 0.9 0.7 0.7
International Technology Roadmap for Semiconductors
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IC发展的特点
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内容
• 引言
• 设计方法
• EDA技术 • IP与SOC • 实现方式 • 设计方式
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设计方法
• 半导体技术和计算机技术 • PLD器件和EDA技术 • 两种系统方法
– Top-down – Bottom-up
• 两种芯片版图方法
• 集成度越来越高，功能越来越多，芯片设计 越来越复杂；
• 特征尺寸不断减小，集成电路中的互连线密 度不断提高，线宽和间距越来越小，互连线 逐渐成为决定芯片性能的主要因素；
• 工作频率不断提高，这使得集成电路的信号 延时敏感度提高；
• 电源电压被不断降低，虽然低电压能够有效 降低芯片的功耗，但是同时也降低了集成电 路的噪声容限；
– 正向 – 逆向
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自上而下
• 自顶向下 • 设计方式 • 设计流程
设计验证修改设计再验证
• 优缺点
– 完全实现设计要求 – 需要反复多次设计流程 – 速度、功耗、价格和可靠性都较为合理 – 占据系统设计的主流地位
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优点
• Digital systems are generally easier to design
• Information storage is easy • Accuracy and precision are easier to
maintain throughout the system • Operation can be programmed • Digital circuits are less affected by noise • More digital circuitry can be fabricated on
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代表性芯片
• 微处理器Microprocessor • 可编程逻辑器件PLD • 数字信号处理器Digital Signal Processor • 存储芯片RAM/ROM • 光电集成芯片Optical Electronic IC
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