CMOS电路设计与仿真 - 从LTspice学IC设计
教师: 鍾文耀
2019/11/04 ~ 2019/12/31
15小时/8周 (已经开始)

概要

微电子及集成电路(IC)产业的发展,造就了人类在现代科技与生活上有突破性的改变,我国在半导体产业对于专业人才的需求,如集成电路设计、布局、制程工程师等等仍有很大的空间与缺口。因此,如能借由各途径与资源,学习集成电路产业相关的知识与技能,将可以让不同专长的学习者有机会踏入这产业。本课程是借由LTspice的电路仿真工具,培养学习者具备有集成电路设计的核心基础技能。本课程共有五章,从IC设计及SPICE仿真综论,CMOS组件的工作机制,到数字电路元、模拟放大器子电路的层次化学习,透过LTspice的工具,了解电路的直流稳态分析、时间领域动态分析与频率响应的交流分析,带领学习者掌握集成电路设计概念及电路仿真的技能。

本课程将每章分成多个单元制作,拆成数个15-25分钟影片,透过「主题内涵说明」、「实例示范解析」、「实习作业讨论」等方式解说,搭配学习者课后的LTspice电路仿真实作练习,让学员更容易与有效率地学习此课程。

这些在线教材与自由下载的LTspice软件,可以很方便地提供有心想踏入集成电路产业的人选修使用,同时也可提供想了解集成电路设计的学员自主学习使用。 本课程纳入中原大学的「系统芯片设计」跨领域学程系列的核心选修课程。

课程目标

1.培養學生具備使用積體電路產業應用最廣之線路設計模擬軟體SPICE之知識與能力

2.利用SPICE為主體作CMOS積體電路之模擬與設計應用

3.訓練學生使用SPICE來描述數位與類比電路、模擬分析電路及設計電路,奠定學生日後電路架構設計應用之基本技術,使學生能投入進階之VLSI設計訓練。

4銜接課程:VLSI設計導論、VLSI設計與佈局實訓、專題實驗。

授课教师

鍾文耀教授任教於原大學電子工程系晶片設計組,並具有28年積體電路設計相關課程教學經驗,2018年鍾教授榮獲財團法人自強工業科學基金會「卓越貢獻教師」獎。鍾教授於1979、1981年分別在中原大學獲得電子工程學士及應用物理碩士學位,於1989年在美國密西西比州立大學獲得電機工程博士學位。​

鍾文耀教授於1981年任職於台灣工業技術研究院電子工業研究所晶圓工程部,擔任製程副工程師、1989年任職於美國Institute for Technology/Advanced Microelectronics Division高級設計工程師,以及1990年擔任聯華電子公司(UMC)通訊產品事業部設計副理,累積了在CMOS製程技術、BJT與CMOS FET積體電路設計與產品研發之實務經驗。鍾文耀教授於1991年也曾擔任台灣晶片設計實現中心(CIC)籌設時期的學術委員群之一員。

鍾文耀教授於1991年創立了中原大學電子系混合訊號VLSI研究室、也奠立了電子系在微電子與醫學工程整合的跨領域教育及研究;鍾文耀教授於2006年起兼任電子資訊技術研究中心主任、以低功耗系統晶片(SOC)技術為發展核心。鍾文耀教授共有7本專書著作,其中 “CMOS电路模拟与设计:基于Hspice”及“EWB電路設計入門與應用”兩本著作以簡體版發行。

课程进度表

1 Section:Chap.1 IC设计及SPICE仿真综论

2 Section:Chap.2 MOSFET组件综论

3 Section:Chap.3 SPICE之反相器直流特性化分析(1)

4 Section:Chap.3 SPICE之反相器直流特性化分析(2)

5 Section:期中考笔试

6 Section:Chap.4 标准电路元暂态特性分析

7 Section:Chap.5 SPICE之交流分析

8 Section:期末上机考试

课程内容

本课程着重SPICE电脑辅助电路分析与仿真,辅以集成电路设计概念进行数字与模拟电路设计仿真实习,含CMOS组件及其建置之子电路的直流、暂态与频率响应的分析讨论。带领学习者掌握集成电路设计概念及电路仿真的技能,可以进一步地衔接后续之布局专业与高端电路设计的学习。

上课形式

本課程分為五個主要章節,每個單元將由數個小單元所組成,每個小單元提供一段15~25分鐘的影片。每一至二週,配合課程各章內容提供線上小測驗及指定的課後LAB電路模擬實習,以幫助學習者快速確認是否瞭解上課內容,另安排期中筆試考、期末上機考、LAB實習報告用以考核學習成果,考核標準請參見「評分標準說明」。

评分标准

線上小測驗 : 每章一次,共五次,每次4分,總分20分(20%)

LAB作業:每章一次,共五次,每次8分,總分40分。(40%)

期中考:共一次,總分20分。(20%)

期末考:共一次,總分20分。(20%)

參與討論:加分 !! (一個議題加2分)

通过标准


课程及格标准:60分满分:100分

先修科目或先备能力

具備或同時修習基本「電路學(一)與電子學(一)」之相關知識

建议参考书目

*LTspice 官方網頁 : https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

*鍾文耀、鄭美珠(2013),「CMOS電路模擬與設計-使用HSPICE」,全華圖書股份有限公司,台北。

常见问答集

(1) 問:此課程完成後是否提供相關證書?
      答:是。
總成績超過(含) 60分者,可付費下載「修課通過證明」。
 
(2) 問:此課程需要背公式嗎?
      答:只需要熟悉NMOS/PMOS工作區相關的電流方程式、基體效應計算式及通道長度調變效應。

(3) 問:請問兩岸的專業術語翻譯不同會不會影響我的學習?
      答:不會。
     雖然兩岸的專業術語翻譯有些許不同,但本課程講義會提供英語專有名詞,並儘量做口語的說明解釋,以    供學習者利用。

(4) 問 : 參考之相關學習網站或書籍

    本課程之學習,除了上課影音教材外,學習者仍可參考網頁資訊、坊間書局或以下推薦之相關書籍,以獲得更豐富及更深入的學習內容。