UCAS超大规模集成电路与系统设计（段成华老师）2024期末试题回忆版

在超大规模集成电路（VLSI）领域，UCAS（University of Chinese Academy of Sciences）是众多学子深造与研究的重要学府之一。段成华老师所教授的课程——超大规模集成电路与系统设计，无疑是该领域重要的学术内容，它的期末试题则深刻体现了课程的教学重点和学术深度。 名词解释部分涵盖了与VLSI设计相关的专业术语，包括“abstraction hierarchy（抽象层次）”、“strong inversion（强反转）”、“parasitic parameter（寄生参数）”等概念。这些术语是理解VLSI设计基础的基石，它们代表了从材料物理性质到集成电路功能实现的不同层面。例如，“mobility degradation（迁移率退化）”描述了载流子在晶体管中的运动速率如何受到其他因素的影响，这对于理解和优化器件性能至关重要。 电路设计方面，“Y-Chart”是一个重要的设计方法论，它提供了一种从不同维度审视集成电路设计的方法。通过Y-Chart，设计师可以分别从物理、逻辑和系统三个视角来分析和优化电路设计，从而达到更高效的设计目标。 在实际计算问题中，考生需要掌握特定技术节点下的器件性能参数计算，如NMOS和PMOS晶体管的饱和电压和电流。这类计算不仅涉及基本的物理常数，如介电常数、载流子饱和速度等，还需要对给定的技术参数进行精确的数学运算，进而推导出电路性能的具体数值。 布尔逻辑表达式的CMOS实现问题，考验的是学生对于数字电路基础的理解及其逻辑构建能力。如题目中提到的“F = /(D+A·(B+C))”，需要学生将复杂的逻辑表达式转化为CMOS电路结构，这个过程涵盖了逻辑简化、逻辑门选择和晶体管级电路设计等多方面的知识。 在时序电路设计方面，试题要求学生描述电路的工作原理并计算关键的时间参数，包括建立时间、保持时间和传播延迟。这些参数是评估数字电路性能的关键指标，尤其是在高速电路设计中至关重要。通过这类问题的解答，学生能够深入理解电路的动态性能，并掌握相关分析技能。 在有限状态机（FSM）的设计中，试题涉及到了One-Hot编码，这种编码方式常用于状态机设计，因为它具有良好的可扩展性与故障诊断的便利性。对于FSM的状态转换和输出逻辑进行数学描述，是VLSI设计中的重要技能，它涉及到了对状态转移逻辑的严谨分析。 部分试题中还涉及到了电路的布局与布线效率问题，证明和优化电路的布局和布线效率对于减少芯片面积和提高信号传输速度具有重要意义。特别是对于大规模集成电路，布局与布线的效率直接影响到芯片的性能和成本。 以上所述，涉及的知识点是UCAS超大规模集成电路与系统设计课程的核心内容，也是该领域工程师必须掌握的关键技术。通过这样的期末试题，不仅考察了学生对课程知识的掌握程度，更是对学生综合运用所学知识解决实际问题能力的检验。