CMOS電路設計與模擬 - 從LTspice學IC設計
教師: 鍾文耀
2019/11/04 ~ 2019/12/31
15小時/8週 (已經開始)

摘要

微電子及積體電路(IC)產業的發展,造就了人類在現代科技與生活上有突破性的改變,我國在半導體產業對於專業人才的需求,如積體電路設計、佈局、製程工程師等等仍有很大的空間與缺口。因此,如能藉由各途徑與資源,學習積體電路產業相關的知識與技能,將可以讓不同專長的學習者有機會踏入這產業。本課程是藉由LTspice的電路模擬工具,培養學習者具備有積體電路設計的核心基礎技能。本課程共有五章,從IC設計及SPICE模擬綜論,CMOS元件的工作機制,到數位電路元、類比放大器子電路的層次化學習,透過LTspice的工具,瞭解電路的直流穩態分析、時間領域動態分析與頻率響應的交流分析,帶領學習者掌握積體電路設計概念及電路模擬的技能。

本課程將每章分成多個單元製作,拆成數個15-25分鐘影片,透過「主題內涵說明」、「例項示範解析」、「實習作業討論」等方式解說,搭配學習者課後的LTspice電路模擬實作練習,讓學員更容易與有效率地學習此課程。

這些線上教材與自由下載的LTspice軟體,可以很方便地提供有心想踏入積體電路產業的人選修使用,同時也可提供想了解積體電路設計的學員自主學習使用。 本課程納入中原大學的「系統晶片設計」跨領域學程系列的核心選修課程。

課程目標

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。

授課教師

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。

課程進度表

第1週:Chap.1 IC設計及SPICE模擬綜論

第2週:Chap.2 MOSFET元件綜論

第3週:Chap.3 SPICE之反相器直流特性化分析(1)

第4週:Chap.3 SPICE之反相器直流特性化分析(2)

第5週:期中考筆試

第6週:Chap.4 標準電路元暫態特性分析

第7週:Chap.5 SPICE之交流分析

第8週:期末上機考試

課程內容

本課程著重SPICE電腦輔助電路分析與模擬,輔以積體電路設計概念進行數位與類比電路設計模擬實習,含CMOS元件及其建置之子電路的直流、暫態與頻率響應的分析討論。帶領學習者掌握積體電路設計概念及電路模擬的技能,可以進一步地銜接後續之佈局專業與進階電路設計的學習。

上課形式

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」。

評分標準

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)

通過標準


課程及格標準:60分滿分:100分

先修科目或先備能力

具備或同時修習基本「電路學(一)與電子學(一)」之相關知識

建議參考書目

*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。

常見問答集

(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。