《集成电路版图设计》课程教学大纲
060351013集成电路版图与工艺
《集成电路版图与工艺课程设计》教学大纲《Layout and Process of Integrated Circuits》syllabus of course design课程编号：060351013 学时/学分：2周/ 4学分一、大纲说明本大纲根据电子科学与技术专业2017年教学计划制订。
（一）适用专业电子科学与技术专业。
（二）课程设计性质《集成电路版图与工艺课程设计》是《集成电路版图与工艺》课程的重要实践环节，通过课程设计使学生从理论到实践初步结合，培养和提高学生工程设计与实际动手能力，为毕业设计和今后走上工作岗位打下一定的基础。
（三）主要先修课程和后续课程1、先修课程：半导体物理、晶体管原理。
2、后续课程：芯片封装技术。
二、课程设计目的及基本要求课程设计的目的是培养学生将逻辑表达式转化成管级电路原理图，再转化成版图，并熟练运用集成电路版图设计软件进行版图绘制和仿真的能力。
课程设计的要求是学生能够掌握集成电路设计流程，掌握电路图和版图的绘制、仿真及验证方法；能设计简单的CMOS单元电路的原理图和版图；在给定的工艺流程下，熟练运用集成电路设计软件-TANNER。
三、课程设计内容及安排1、CMOS单元电路原理图设计与仿真（1周）（1）查找资料，设计电路图（2）使用S-Edit软件进行原理图设计（3）使用T-Spice软件对原理图进行仿真，如果仿真结果错误，再重复步骤(1)(2)(3)。
2、CMOS单元电路版图设计与仿真（1周）（1）查找资料，设计版图（2）使用L-Edit软件进行版图设计，同时进行ＤＲＣ检查，如果有错误，修改版图，直到检查通过。
（3）使用T-Spice软件对版图进行仿真，如果仿真结果错误，再重复步骤(1)(2)(3)。
（４）对电路图和版图进行ＬＶＳ验证，如果有错误，修改电路图和版图，直到验证通过。
四、指导方式理论设计指导和实际操作指导相结合。
五、课程设计考核方法及成绩评定1、考核方法：答辩、撰写课程设计报告书。
集成电路版图课程设计
从 版 图 设 计 到 仿 真， 进 行 了 系 统 的 学 习。 例 如， 引 入
2“线上线下”混合教学
“同步降压式单片 DC-DC 电源芯片”工程案例，学生从
为了兼顾教师的教学效果和学生的学习效果，结合 原理图设计到仿真、从版图设计到仿真，进行了系统的
大量线上教学经验，集成电路版图设计采取线上与线下 学习。将工程案例进入课程中，理论与实际相联系，利
进的教学模式。如果只采用传统的教学模式，不能实时 看回放视频和录播视频。
掌握学生对知识的掌握情况，会忽略学生对课程的兴趣，
2.3 线下教学
导致课堂效率低。如果过多依赖线上教学模式，师生间
2.3.1 课堂教学
缺乏互动，出现学生不认真听课现象。因此，教师要合
教学中学以致用，将实际工程案例引入线下课堂，
理分配线上、线下教学内容及时间。
对基础知识不解的困惑，如果不及时答疑，会阻碍学生 验的内容。在此基础上，鼓励学生积极参加各类学科竞
学习进程。教师采取线上直播的形式，以班级为单位组 赛和创新实践活动，部分同学参加全国集成电路创新创
织线上授课（钉钉直播），实现师生双向互动。线上课 业大赛、大学生课外科技活动，并获得相应奖项。通过
堂，教师讲授相应的课程内容。另外，在线上教学过程 参与竞赛活动，能够发现教学不足，促进课程的优化，
随着信息技术和互联网技术的快速发展，信息化技 术被广泛地应用于各个领域。在疫情防控期间，传统教 学已不适用目前高校教学，为保证“停课不停教，停课 不停学”[1]，教育部鼓励各地高校充分利用信息技术和 互联网技术为学生提供学习支持，有序地开展高校相关 教学工作 [2]。越来越多教学工作者开始关注“线上线下” 混合式教学，对单一的传统教学进行改革。线上教学最 初源于网络上公开的教学视频，可以实现教学资源的共 享，但是缺乏师生间的互动 [3]。为了加强师生间的互动， 中国大学 MOOC 诞生了，该线上平台不仅实现教学资源 的共享，还能随时进行课堂测试，实现教师与学生间的 互动。中国大学 MOOC 的兴起，有效地推动了其他线 上教学平台发展，例如对分易平台、雨课堂平台、超星 平台、智慧树平台、腾讯课堂等。如果采取纯线上教学， 学生学习缺乏积极性，需要对学生提出较高的自我管理 要求，而大学生自我管理能力较差，因此不能采取纯线 上教学。王艳 [4] 等人通过案例结合对分易课堂传感器技 术课程进行教学改革，充分调动了学生的学习主动性， 有效地提高教学质量。申继伟 [5] 等人提出数字化教学资 源建设，将建立的数字化资源运用于模拟电子线路课程 中，进而推动移动式教学改革。边心田 [6] 等人提出基于 OBE 理念的教学模式，并运用于应用光学课程中，取得 了较好的教学成果。如何有效地将线上教学与线下教学 相结合，提高教学质量，这是每位高校教师值得认真思 考的问题。本文以集成电路版图设计课程为例，对“线
《集成电路版图设计》课件
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶 体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如 电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确 性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、 掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重 要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电 路版图设计
案例一
某数字集成电路版 图设计
案例三
某射频集成电路版 图设计
案例五
某可编程逻辑集成 电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、 高复杂度、高一致性的特点，需 要综合考虑电路功能、性能、可 靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电 路设计转化为实际产品的 关键环节，是实现电路功 能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高 集成电路的性能和可靠性 ，确保产品在长期使用中 保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证 ，确保版图设计的正确性和可 制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节， 进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导 体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。
CMOS模拟集成电路版图设计课程大纲
CMOS模拟集成电路版图设计课程大纲第一讲CMOS模拟集成电路版图基础⏹CMOS模拟版图概述⏹CMOS模拟集成电路版图的定义⏹CMOS模拟集成电路版图设计流程❑版图规划❑版图设计实现❑版图验证❑版图完成⏹CMOS模拟集成电路版图设计工具第二讲模拟集成电路版图器件与互连⏹概述⏹器件❑MOS管❑电阻❑电容❑电感❑三极管⏹互连❑金属（第一层金属，第二层金属……）❑通孔第三讲寄生参数⏹概述⏹寄生电容⏹线电阻压降（IR drop）⏹寄生电感⏹连线寄生模型⏹MOS管寄生效应第四讲器件匹配⏹概述⏹指状交叉法线⏹共质心法⏹虚拟器件⏹MOS晶体管匹配⏹电阻匹配⏹电容匹配⏹差分线布线⏹器件匹配总则第五讲设计规则⏹概述⏹工艺库中各类器件的层信息⏹设计规则细则⏹工业标准的基本数据格式第六讲验证⏹设计规则检查（DRC）Design Rule Check⏹版图与电路图的对照（LVS）Layout Versus Schematic⏹电气规则检查（ERC）Electrical Rule Check⏹天线规则检查（ANT）⏹静电放电检查（ESD）第七讲可靠性设计⏹天线效应⏹闩锁效应⏹静电放电保护（Electro-Static Discharge ，ESD）⏹数模混合集成电路版图设计第八讲工艺设计工具包（PDK）⏹ 1.PDK名称的涵义⏹ 2.PDK中包含的内容● 2.1 IO lib2.1.1 GDS文件的导入操作2.1.2 网表导入2.1.3 IO使用文档介绍● 2.2 SMIC_13_PDK_v2.6_20142.2.1 Smic13mmrf_1233文件夹2.2.2 model 文件夹2.2.3 Calibre 文件夹● 2.3 SMIC_13_TF_LG_LIST_2014122.3.1 Standard cell Timing lib2.3.2 Calview.cellmap2.3.3 Standard cell netlist及网表导入操作2.3.4 Ant rule （天线规则）第九讲Cadence spectre概述与操作界面⏹Cadence spectre 概述⏹Cadence spectre的特点⏹Cadence spectre的仿真设计方法⏹Cadence spectre与其他EDA软件的连接⏹Cadence spectre的基本操作第十讲Spectre窗口和库元件⏹模拟设计环境（Analog Design Environment）⏹波形显示窗口（Waveform）⏹波形计算器（Waveform Calculator）⏹Spectre库中的基本器件第十讲Cadence Virtuoso版图设计工具⏹Cadence Virtuoso概述⏹Virtuoso 界面介绍⏹Virtuoso 基本操作第十一讲Mentor Calibre版图验证工具⏹Mentor Calibre版图验证工具概述⏹Mentor Calibre版图验证工具调用⏹Mentor Calibre DRC验证⏹Mentor Calibre LVS验证⏹Mentor Calibre寄生参数提取(PEX)第十二讲版图设计与验证流程实例⏹设计环境准备⏹反相器链电路的建立和前仿真⏹反相器链版图设计⏹反相器链版图验证与参数提取⏹反相器链电路后仿真⏹输入输出单元环设计⏹主体电路版图与输入输出单元环的连接⏹导出GDSII文件。
集成电路设计课程设计课程教学大纲
《集成电路设计课程设计》课程教学大纲Course Project for IC Design课程编号：DZ240060 适用专业：集成电路设计与集成系统先修课程：学分数：2总学时数：2周实验（上机）学时：2周考核方式：系考执笔者：孟李林编写日期：2010-07-2一、课程性质和任务本课程设计属于实践课程，主要针对集成电路设计与集成系统专业本科生，是重要的实践教学环节，应安排在第七学期后两周。
通过本课程的实践学习，使学生巩固《数字集成电路设计》、《CMOS模拟集成电路设计》、《EDA技术实验》等课程所学知识，熟练掌握集成电路设计的流程，熟练使用集成电路设计流程中的相应EDA工具软件，使学生初步具有对集成电路设计的综合能力和实践能力。
二、课程教学内容和要求课程设计要求学生根据指导教师布置的设计题目，使用EDA工具完成集成电路设计全部设计流程，包括：选题，需求分析，技术规范制订，详细方案设计，电路设计，设计功能仿真，电路综合，静态时序分析，版图设计等。
通过本课程的训练，使学生对集成电路设计流程有较完整和深入的认识和理解，能够熟练掌握和应用相关的EDA实现工具，培养学生初步的集成电路综合设计能力和较好的学习与实践能力。
第一章选题由教师提供设计题目，学生自己选题，完成IC设计流程的实践学习第二章需求分析、技术规范制订对选题进行需求分析，提出合理的设计需求，制订相应的技术规范。
掌握功能的定义和特点取舍，掌握接口的划分和接口时序的制定。
第三章详细方案设计熟悉设计方案编写格式。
针对所选题目，编写出详细设计方案。
第四章电路设计熟练掌握HDL，针对设计需求，采用HDL进行电路设计。
第五章设计功能仿真熟悉仿真工具的使用。
熟练应用EDA仿真工具进行设计功能仿真验证。
第六章电路综合理解电路综合的概念。
理解Tcl语言，掌握综合约束脚本的写法。
熟悉电路综合工具，完成设计电路的综合。
第七章时序分析理解静态时序分析中基本概念。
掌握PT工具的基本使用方法。
集成电路设计课程教学大纲
《集成电路设计》课程教学大纲课程编号：17143 适用专业：电子科学与技术专业学时数：48 学分数：3执笔者：董珍望编写日期：2006年2月一、课程的性质和目的《集成电路设计》是电子科学与技术专业一门选修专业课程，其任务是介绍VLSI的基本组成单元及构成、设计思想、导线布局、电路结构设计、硬件描述语言CAD设计概况等。
使学生对VLSI的构成及设计有一个基本的系统知识，为日后从事VLSI的设计及生产提供知识储备。
通过本课程的学习，学生需要了解数字系统和VLSI的知识概况；熟悉晶体管、逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路的构成、参数及设计；掌握子系统设计、导线设计、结构设计的理论和方法；理解CAD、硬件描述语言的原理。
二、课程的教学内容和学时分配(一)理论教学内容(共40学时)1、VLSI概况(2学时)集成电路制造技术概况、CMOS电路设计与测试、集成电路设计、VLSI设计及制造前景展望。
2、晶体管及其布局(4学时)晶体管制造程序、晶体管结构、寄生效应、布线、趋肤效应、设计规则、布局设计与工具。
3、逻辑门电路(4学时)组合逻辑电路构成、静态互补门结构、开头逻辑、交变门电路、低功耗门电路、电阻与导线连接的延时。
4、组合逻辑电路(4学时)单元电路布局、组合电路延时、连线设计、功率优化、开关逻辑网络、组合电路测试。
5、时序逻辑电路(4学时)触发器、时序系统与时钟规律、时序电路系统设计及有效性、功率优化、时序电路测试。
6、子系统设计(4学时)子系统设计原理、加法器、ALU、乘法器、高密度存储器、可编程门阵列和逻辑阵列。
7、布线设计(4学时)布线设计方法、单元布局、综合布线、电源和时钟布局、芯片连线、焊盘设计、I/O口结构，设计有效性。
8、结构设计(4学时)硬件描述语言VHDL、Verlog、C语言、寄存器—转换器设计、高端合成器、低功耗结构、芯片系统和嵌入式CPU、结构测试。
9、芯片设计(4学时)设计方法、定时器芯片设计、微处理器数据路径。
有集成版图的课程设计
有集成版图的课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握集成图的基本概念、绘制方法和应用技巧。
具体包括：1.知识目标：–了解集成图的定义、特点和分类；–掌握集成图的绘制方法和步骤；–理解集成图在实际问题中的应用。
2.技能目标：–能够独立绘制常见的集成图；–能够运用集成图分析和解题；–能够运用集成图进行有效的沟通和表达。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识和实践能力；–培养学生的团队协作和沟通能力；–培养学生的自主学习和探究精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.集成图的基本概念：介绍集成图的定义、特点和分类，使学生了解集成图的基础知识。
2.集成图的绘制方法：详细讲解集成图的绘制步骤，包括确定坐标系、绘制节点和边、添加标签等，使学生掌握集成图的绘制技巧。
3.集成图的应用：通过实际案例分析，使学生了解集成图在各个领域的应用，提高学生的实践能力。
4.拓展练习：布置一些实际的练习题，使学生在实践中巩固所学知识，提高解决问题的能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：通过讲解集成图的基本概念、绘制方法和应用技巧，使学生掌握基础知识。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解集成图在实际问题中的应用，提高学生的实践能力。
3.实验法：通过实际操作，使学生掌握集成图的绘制方法，培养学生的动手能力。
4.讨论法：学生进行小组讨论，促进学生之间的交流与合作，提高学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的集成图教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：推荐一些与集成图相关的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备相应的实验设备，如白板、彩笔、纸张等，方便学生进行实际操作。
5.在线资源：引导学生利用互联网资源，如学术文章、论坛等，进行自主学习和交流。
《集成电路版图设计》课件
布局原则
在布局时，应遵循一些基本原则，如模块化、层次化、信号流向清晰等，以提高 布局的可读性和可维护性。
优化方法
可以采用一些优化方法来提高布局的效率和可读性，如使用自动布局算法、手动 调整布局、考虑布线约束等。
布线优化
布线原则
在布线时，应遵循一些基本原则，如 避免交叉、减少绕线、保持线宽一致 等，以提高布线的可靠性和效率。
04
集成电路版图设计技巧与优化
布图策略与技巧
布图策略
根据电路功能和性能要求，选择合适的布图策略，如层次化、模块化、对称性 等，以提高布图的效率和可维护性。
技巧
在布图过程中，可以采用一些技巧来提高布图的效率和可读性，如使用标准单 元、宏单元等模块化设计，以及合理利用布局空间、避免布线拥堵等。
布局优化
用于实现电路中的电阻功能，调节电流和电 压。
电感器
用于实现电路中的电感功能，用于产生磁场 和感应电流。
版图设计规则
几何规则
规定了各种几何元素的使用方法和尺寸 ，以确保版图的准确性和一致性。
器件规则
规定了各种器件的尺寸、形状和排列 方式，以确保器件的性能和可靠性。
连线规则
规定了各种连线元素的宽度、间距和 连接方式，以确保电路的可靠性和稳 定性。
直线
用于连接集成电路中的不同部 分，实现电路的导通。
弧线
用于表示不同层之间的过渡， 以平滑电路。
折线
用于表示复杂电路中的分支或 连接点。
点
用于表示电路中的节点或连接 点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 器件元素
晶体管
用于实现电路中的逻辑功能，是集成电路中 的基本元件。
电容器
用于实现电路中的电容功能，用于存储电荷 和过滤信号。
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《集成电路版图设计》课程教学大纲
课程名称：集成电路版图设计课程代码：
英文名称：IC Layout Design
课程性质：专业课学分/学时：3/54
开课学期：春季
适用专业：微电子学、电子科学与技术
先修课程：
后续课程：
开课单位：课程负责人：
大纲执笔人：大纲审核人：
一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明
学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）
课程性质：简单介绍课程，说明本课程在专业培养中的地位和作用，下面给出一个例子供参考。
课程性质：集成电路版图设计是微电子学和电子科学与技术专业必修课程，同时也是专业主干课程。
本课程旨在让学生初步掌握集成电路版图设计的原理、方法并进行实践。
教学目标：说明本课程的主要内容，以及课程教学应达到的目标，下面给出一个例子供参考。
教学目标：本课程讲授集成电路版图设计涉及的流程、设计方法和优化方法，并基于CMOS 工艺讲授集成电路版图设计。
本课程的具体教学目标如下：
1、了解集成电路设计流程，掌握版图设计流程；
2、掌握集成电路版图设计和优化方法；
3、能利用Cadence仿真软件，基于CMOS工艺，完成集成电路的版图设计；
4、能利用Cadence仿真软件，基于CMOS工艺，完成集成电路的版图优化；
5、正确认识集成电路版图设计的重要意义、发展规律和未来发展趋势。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点
符合标准哪几条毕业要求指标点）
三、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内
容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：★；难点内容：∆）
1、课程介绍和集成电路版图设计导论（3课时）（支撑课程目标1、5）
1.1本课程的教学内容、结构和考核等
1.2集成电路版图设计的重要性★
1.3集成电路设计流程
1.4集成电路版图设计的流程★
1.5集成电路版图设计的发展规律和未来趋势
2、Cadence Virtuoso 应用（3课时）（支撑课程目标
3、4）
2.1环境配置与启动方式
2.2 界面介绍
2.3基本操作介绍
3、集成电路原理图设计（6课时）（支撑课程目标2、3、4）
3.1 原理图设计基本操作介绍
3.2 电路器件调用与修改参数
3.3 电路连线与端口设计
3.4 电路设计模块化
4、集成电路前仿真（12课时）（支撑课程目标3、4）
4.1仿真环境搭建
4.2 直流仿真
4.3 瞬态仿真
4.4 电路设计与调试★∆
5、集成电路版图设计基础（9课时）（支撑课程目标2、3、4）
5.1 版图设计基本操作介绍
5.2 版图器件调用与参数设置
5.3 版图连线与端口设计
6、集成电路版图设计规则检查DRC（3课时）（支撑课程目标3、4）
6.1 版图DRC环境配置
6.2 DRC结果报告阅读与理解
6.3 DRC错误修改★
7、集成电路版图与原理图对比LVS（12课时）（支撑课程目标3、4）
7.1版图LVS环境配置
7.2 LVS结果报告阅读与理解
7.3 LVS错误修改★
8、集成电路版图优化（6课时）（支撑课程目标2、3、4）
8.1 版图布板布局优化★
8.2 版图连线优化
8.3 版图局部优化
四、教学方法
1、教学方式：讲解与实验相结合；
2、教师以多媒体课件讲授为主线，学生复习课件内容，并自学教学参考书相关内容；
3、安排27课时设计实践，辅以设计实例的讲解，学生完成上机设计和设计报告。
五、考核及成绩评定方式
考核方式：平时考勤和2次设计作业，期末提交设计作品与设计报告
成绩评定方式：考勤10%，作业20%，期末70%。
六、教材及参考书目
《集成电路掩模设计--基础版图技术》，Saint,C.，Saint,J. 著，周润德，金申美译。