VLSI設計基礎(東南大學提供的慕課)

VLSI設計基礎課程是東南大學於2017年04月28日首次在中國大學MOOC開設的慕課、國家精品線上開放課程。該課程授課教師是單偉偉、楊軍、劉新寧、黃見秋。據2021年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課7次。

VLSI設計基礎課程共有九章，包括反相器和組合邏輯電路、時序邏輯電路、設計與工藝接口、單元庫設計技術、MOS電晶體原、數據通路設計-乘法器、加法器和移位器理等內容。

基本介紹

• 中文名：VLSI設計基礎
• 授課教師：單偉偉、楊軍、劉新寧、黃見秋
• 類 別：慕課、國家精品線上開放課程
• 提供院校：東南大學
• 開課時間：2017年04月28日（首次）
• 授課平台：中國大學MOOC

課程性質

課程背景

積體電路（IntegratedCircuit）在人們的數位化生活中無處不在，是大部分電子產品運行的核心，而其中大部分是超大規模積體電路（VLSI）。遵循著“摩爾定律”，其集成度、功能和性能的大幅度提升，創造了空前的奇蹟。在此背景下，東南大學開設了VLSI設計基礎課程，帶領學習者進入到超大規模積體電路的設計領域，了解其背後的原理。

課程定位

VLSI設計基礎課程課是微電子專業的主幹課程，專注於超大規模積體電路的設計技術。

適應專業

VLSI設計基礎課程適合電子和計算機相關專業的本科生和研究生，也適合工作後需要重溫專業基礎知識的工程師。

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	授課教師	參與人數
第1次開課	2017年04月28日~2017年06月30日	1.5小時每周	單偉偉、楊軍、劉新寧、黃見秋	938
第2次開課	2017年09月15日~2018年01月21日	2小時每周		1128
第3次開課	2018年03月30日~2018年06月20日	待定	單偉偉	1505
第4次開課	2018年09月12日~2018年12月29日	1.5~2小時每周	單偉偉、楊軍、劉新寧、黃見秋	1294
第5次開課	2019年03月15日~2019年07月31日	1.5~2.5小時每周		1675
第6次開課	2019年10月13日~2020年01月22日	1.5~3小時每周		1795
第7次開課	2020年02月24日~2021年03月03日			4016

（表格內容參考資料）

課程簡介

VLSI設計基礎課程教學內容為超大規模積體電路設計的基礎理論與基本方法，從CMOS積體電路的主流技術介紹入手引入VLSI設計主要技術基礎：CMOS器件基礎，組合邏輯電路，時序邏輯電路，存儲器設計和。主要內容如下：第一章：VLSI設計概述，了解VLSI系統設計的方法與技術。第二章：MOS電晶體原理：掌握MOS器件的基本結構、模型與特性，了解積體電路製造工藝過程。第三章：反相器和組合邏輯電路，掌握CMOS反相器和組合邏輯電路分析與設計方法。第四章：時序邏輯電路和同步設計技術；第五章：設計與工藝接口，了解設計與工藝的關係及接口。第六章：單元庫設計技術，掌握標準單元和IO的設計，建立系統模組化設計的思想；認識積體電路的基本版圖。第七章：存儲器設計。第八章：低功耗專題。

課程大綱

第一章 概論 知識點1-課程介紹 知識點2-微電子發展史和摩爾定律 補充：從沙子到CPU-晶片是如何製造的 知識點3-系統與系統集成 知識點4：VLSI設計方法 調研你手機的套用處理器信息 第一章測試 第二章 MOS電晶體原理 知識點1-mos電晶體結構 知識點2-MOS電晶體的工作原理 知識點3-MOS電晶體的I-V方程 知識點4-MOS管的轉移特性和PMOS管的I-V特性、耗盡型MOS管及MOS器件的頻率特徵 知識點5-CMOS結構及其優勢 知識點6-短溝器件的工作原理和I-V方程 知識點7-MOS電晶體的二級效應 漫談摩爾定律 第二章測試 第三章 反相器和組合邏輯電路 知識點1-CMOS反相器設計 知識點2-CMOS反相器的動態指標 知識點3-CMOS邏輯門構造-與非門及複雜門 知識點4-等效反相器設計方法 知識點5-例子-複雜門等效反相器設計 知識點6-等效反相器練習及其修正 知識點7-異或門和同或門電路 知識點8-傳輸門 知識點9-三態門 第三章測試 第四章 -時序邏輯電路 知識點15-時序邏輯作用及狀態機舉例 知識點16-雙穩態結構和D觸發器 知識點17：觸發器時序參數 知識點18：時序邏輯的性能最佳化 知識點19：時序邏輯的功耗最佳化

知識點20：偏差和抖動對電路的影響 暢所欲言-你所理解的時序（timing） 第四章測試 第四章時序邏輯作業 第五章 設計與工藝接口 知識點1-問題的提出及選擇工藝線的原則 知識點2-NMOS管導通條件的再思考 知識點3-電學設計規則的形式及套用舉例-三輸入與門的SPICE仿真 知識點4-幾何設計規則 知識點0-工藝基礎 第六章 單元庫設計技術 知識點1：單元庫概念和真實單元庫示例 知識點2：標準單元設計技術 知識點3：用標準單元實現積體電路的過程 知識點4：輸入輸出單元的功能 知識點5：輸入單元的版圖設計 知識點6：倒向輸出I/O PAD設計 知識點7：其他輸出I/O PAD 知識點8：積木塊設計技術和單元庫小結 第六章測試 第七章 存儲器 知識點1-Memory的重要性及其分類 知識點2-SRAM結構 知識點3-SRAM的bitcell設計 知識點4-SRAM的decoder及SA設計、 第七章測試 第八章 數據通路設計-乘法器、加法器和移位器 知識點1-加法器設計 知識點2- 乘法器設計 知識點3-移位器設計 第八章測試 第七章-低功耗專題 知識點1-低功耗專題（上） 知識點2-低功耗專題（下）

（註：課程大綱排版從左到右列）

授課目標

通過學習VLSI設計基礎課程，了解VLSI系統設計的方法與技術；掌握MOS器件的基本結構、模型與特性，掌握基本的組合邏輯電路和時序邏輯電路的原理；了解半導體工藝基本過程；認識積體電路的基本版圖；掌握集主要的成電路設計技術，建立系統集成和系統模組化設計的思想。具備開展積體電路設計的基礎知識和基本方法。

課前預備

預備知識

學習VLSI設計基礎課程，學習者需要具備一定的半導體原理和器件知識，必須具備一定的電路知識基礎。

學習資料

書名	中譯本	作者	譯者	出版社
《Digital Integrated Circuits, A Design Perspective》	《數字積體電路-電路、系統與設計》	Jan.M.Rabaey, Anantha Chandrakasan	周潤德	電子工業出版社
《VLSI設計基礎 （第三版）》	-	李偉華	-

（註：表格內容參考資料）

所獲榮譽

2019年1月8日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“2018年國家精品線上開放課程”。

授課教師

單偉偉，副教授、博士生導師。2009年1月畢業於清華大學微電子學研究所，獲工學博士學位。

黃見秋，東南大學副教授。2004年於東南大學獲學士學位，2011年在東南大學獲博士學位並留校任教。

劉新寧，東南大學講師，主要從數字低功耗電路研究，有5年以上VLSI課程教學經驗。

楊軍，東南大學教授，博士生導師。