集成电路设计培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与集成电路技术发展路线，参考教育部“101计划”核心课程体系及产业界人才标准，按照从基础理论到专业应用、从模拟设计到数字验证、从工具实践到流片验证的完整知识体系分类，共分为六个技术专题。每个专题均结合主流EDA软件工具与工程实践。

专题目录

专题一：集成电路基础与器件物理

专题二：模拟集成电路设计

专题三：数字集成电路设计

专题四：集成电路版图设计与验证

专题五：数字前端设计与验证技术

专题六：集成电路后端设计与物理实现

课程体系概述

集成电路设计是微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统的核心专业领域，涉及半导体物理、器件建模、电路设计、版图绘制、验证测试等多学科交叉。随着我国集成电路产业的快速发展，对掌握从设计到流片全流程技能的复合型人才需求持续增长。本课程体系参考了国家高等教育智慧教育平台精品课程、北京大学精品课程、西安科技大学微专业及南京邮电大学产教融合实践项目等资源，按照从基础到高级、从理论到实践的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。课程覆盖模拟IC前端设计、数字IC设计、数模混合IC设计、版图验证、后端物理实现及EDA工具链应用，对接华大九天、Cadence、Synopsys等主流EDA工具链。

 

专题一：集成电路基础与器件物理

培训目标

• 掌握集成电路的基本概念、分类与发展历程

• 理解半导体物理基础与PN结工作原理

• 熟悉MOSFET结构与电学特性

• 具备集成电路制造工艺流程基础知识

培训内容介绍

1. 集成电路概述：集成电路的定义与分类，集成电路技术的发展历程，摩尔定律与后摩尔时代技术路线，集成电路产业生态与国产化趋势

2. 半导体物理基础：半导体材料特性，本征半导体与杂质半导体，载流子的统计分布，漂移运动与扩散运动，连续性方程

3. PN结原理：PN结的形成与平衡态特性，PN结的伏安特性，击穿机制，结电容特性，PN结二极管的应用

4. MOSFET结构与原理：MOS电容结构与C-V特性，MOSFET的基本结构，阈值电压概念，沟道电流形成机理，MOSFET的伏安特性

5. MOSFET二阶效应：体效应，沟道长度调制效应，短沟道效应，窄沟道效应，温度特性

6. MOSFET小信号模型：跨导定义与计算，输出电阻，本征增益，高频小信号模型，噪声模型简介

7. 集成电路制造工艺：从沙子到晶圆的过程，晶圆制备工艺，光刻工艺原理与流程，刻蚀技术，掺杂工艺，薄膜沉积，化学机械抛光

8. CMOS工艺流程：N阱/P阱工艺，双阱工艺，浅槽隔离，多晶硅栅形成，源漏注入，接触孔与金属互连，钝化层工艺

9. 集成电路中的无源元件：电阻类型，电容类型，电感与互连线的寄生参数

10. 器件模型与SPICE仿真：器件模型的作用与分类，SPICE模型参数，模型库文件结构，SPICE仿真基础

11. 集成电路设计流程：自顶向下与自底向上设计方法，设计层次，设计工具链概览

12. 综合实践：基于SPICE的单管特性仿真与分析

 

专题二：模拟集成电路设计

培训目标

• 掌握单级放大器结构与分析方法

• 理解差分放大器与电流镜设计

• 熟悉运算放大器结构与频率补偿

• 具备使用Cadence/Multisim进行模拟电路仿真能力

培训内容介绍

1. 模拟集成电路概述：模拟信号与数字信号的区别，模拟集成电路的特点，模拟集成电路设计流程，模拟IC设计工程师的核心能力

2. 单级放大器：共源极放大器，源极跟随器，共栅极放大器，共源共栅放大器，各种结构的增益、带宽、输出摆幅对比

3. 差分放大器：差分信号的优势，基本差分对结构，差模特性与共模特性，差分放大器的增益计算，差分放大器的失调电压

4. 电流镜：基本电流镜，共源共栅电流镜，Wilson电流镜，Widlar电流源，电流镜的精度与输出阻抗

5. 放大器的频率特性：密勒效应与密勒电容，单级放大器的频率响应，多级放大器的频率响应，极点与零点的概念，增益带宽积

6. 运算放大器：运放的基本结构，两级运放结构，共模反馈电路，摆率与建立时间

7. 频率补偿：运放稳定性分析，密勒补偿原理，零点抵消技术，两级运放的频率补偿设计

8. 噪声分析：噪声的基本概念，噪声等效电路，噪声系数与输入参考噪声，低噪声放大器设计要点

9. 反馈系统：负反馈的基本结构，四种反馈类型，反馈对增益、带宽、阻抗的影响

10. 基准电压源与基准电流源：带隙基准原理，与电源无关的偏置，PTAT电流源，温度系数分析，启动电路设计

11. Cadence模拟设计流程：Virtuoso Schematic Editor使用，ADE仿真环境配置，DC/AC/瞬态仿真设置，参数扫描与优化，结果查看与分析

12. 综合实践：两级运算放大器设计与仿真

 

专题三：数字集成电路设计

培训目标

• 掌握CMOS反相器结构与静态特性

• 理解静态/动态组合逻辑电路设计

• 熟悉时序逻辑电路原理与设计

• 具备数字集成电路仿真与分析能力

培训内容介绍

1. 数字集成电路概述：数字信号的特点，数字集成电路的分类，数字电路设计流程，数字IC设计工程师的核心能力

2. CMOS反相器：CMOS反相器结构，电压传输特性，噪声容限，开关阈值，反相器的静态特性

3. 反相器的动态特性：传播延迟，上升时间与下降时间，功耗组成，功耗与延迟的折衷

4. 静态CMOS组合逻辑：与或逻辑网络的构建原则，与非门结构与设计，或非门结构与设计，复合门设计，传输管逻辑

5. 逻辑努力：逻辑努力的概念，门的努力与电气努力，路径逻辑努力计算，最优尺寸确定，延迟优化方法

6. 动态CMOS逻辑：预充电-求值逻辑原理，动态级联问题，多米诺CMOS电路，np-CMOS逻辑，动态逻辑的优势与挑战

7. 时序逻辑电路：双稳态原理，锁存器结构，触发器结构，时序参数

8. 寄存器与存储器：寄存器堆设计，静态随机存储器单元结构，动态随机存储器单元结构，只读存储器结构

9. 时钟系统设计：时钟分布网络，时钟偏差与时钟抖动，时钟门控技术，多时钟域处理

10. 低功耗数字设计：功耗来源分析，动态功耗降低技术，静态功耗降低技术，时钟门控与操作数隔离

11. 数字电路仿真：SPICE数字电路仿真设置，波形查看与分析，功耗仿真方法，延迟测量技术，工艺角仿真

12. 综合实践：8位加法器/乘法器电路设计与仿真

 

专题四：集成电路版图设计与验证

培训目标

• 掌握版图设计基本规则与层次定义

• 能够进行模拟电路版图绘制

• 熟悉DRC/LVS验证流程

• 具备寄生参数提取与后仿真能力

培训内容介绍

1. 版图设计概述：版图的概念与作用，从电路到版图的映射，版图设计工程师的岗位要求，版图在IC设计流程中的位置

2. CMOS工艺层次：衬底与阱层，有源区，多晶硅层，注入层，接触孔，金属层，钝化层

3. 设计规则：设计规则的定义与作用，基本设计规则，λ规则与微米规则，天线规则

4. 基本器件版图：MOS管版图结构，叉指结构设计，源漏共用技术，电阻版图，电容版图

5. 匹配设计技术：共心布局，交叉耦合布局，虚拟器件添加，匹配对布局要求，梯度效应抑制

6. 闩锁效应与防护：闩锁效应机理，闩锁触发条件，闩锁防护措施

7. 天线效应与防护：天线效应的产生机理，天线比率计算，天线效应防护

8. Cadence Virtuoso版图设计：Layout Editor界面使用，图层显示与控制，版图绘制工具，版图编辑操作，快捷键应用

9. 设计规则检查：DRC工具使用，DRC规则文件加载，DRC错误定位与修复，常见DRC错误类型

10. 电路版图一致性检查：LVS工具使用，LVS对比原理，版图网表提取，LVS错误类型与修复

11. 寄生参数提取与后仿真：寄生参数类型，寄生参数提取工具，提取文件格式，后仿真流程，前后仿真差异分析

12. 综合实践：运算放大器版图设计及DRC/LVS完整验证

 

专题五：数字前端设计与验证技术

培训目标

• 掌握Verilog/VHDL硬件描述语言

• 能够进行数字电路RTL设计

• 熟悉逻辑综合与静态时序分析

• 具备数字前端完整设计能力

培训内容介绍

1. 数字前端设计流程：从设计规格到网表的完整流程，前端设计任务，EDA工具链

2. Verilog HDL基础：Verilog基本结构，组合逻辑描述，时序逻辑描述，测试平台编写

3. 高级Verilog编程：状态机设计，有限状态机编码风格，可综合代码风格，参数化设计

4. 功能仿真：仿真器使用，测试平台架构，波形查看与分析，断言验证基础

5. 逻辑综合：综合的概念与目标，约束编写，综合策略，综合结果分析

6. Design Compiler综合实践：SDC编写，时序路径分组，综合脚本编写，综合后网表生成

7. 静态时序分析：时序路径分类，建立时间检查，保持时间检查，时钟特性分析

8. PrimeTime STA应用：STA环境配置，时序约束读取，时序报告解读，违例路径分析与优化

9. 形式验证：形式验证的概念，逻辑等价性检查，综合前后网表对比，ECO验证

10. 可测性设计：DFT概念，扫描链插入，边界扫描，存储器内建自测试，自动测试向量生成

11. RTL设计与验证项目：RTL编码规范，代码风格指南，综合指导编码，验证覆盖率分析

12. 综合实践：简单RISC处理器设计与前端完整验证

 

专题六：集成电路后端设计与物理实现

培训目标

• 掌握布局规划与电源网络设计

• 能够进行时钟树综合与布线

• 熟悉时序收敛与物理验证

• 具备数字后端物理实现能力

培训内容介绍

1. 数字后端设计流程：从门级网表到GDSII的完整流程，后端设计任务，EDA工具链

2. 数据准备：输入文件类型，设计数据组织，工具初始化

3. 布图规划：芯片尺寸确定，I/O单元布置，宏单元布局，模块划分与分割

4. 电源网络设计：电源环设计，电源条线规划，电源轨生成，电压降考虑，电迁移分析

5. 标准单元布局：自动布局流程，时序驱动的布局，拥塞控制，布局优化，密度平衡

6. 时钟树综合：时钟树结构设计，时钟缓冲器插入，时钟偏移控制，时钟树优化，CTS后的时序分析

7. 布线：全局布线原理，详细布线流程，布线资源分配，串扰避免，布线优化

8. Innovus后端设计实践：Innovus工具介绍，设计初始化，布局规划与电源网络设计，布局与优化，时钟树综合，布线，ECO处理

9. 寄生参数提取：寄生参数类型，提取工具使用，提取文件生成，延迟计算

10. 静态时序分析与优化：布线后STA，时序收敛策略，ECO修复方法，建立时间违例修复，保持时间违例修复

11. 物理验证：设计规则检查，版图与原理图一致性检查，天线效应检查，密度检查，填充单元插入

12. 综合实践：基于Innovus的数字芯片后端完整设计流程

课程学习路径建议

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