2025年大三（微電子科學(xué)與工程）集成電路設(shè)計(jì)階段考核題

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，請將正確答案的序號(hào)填在括號(hào)內(nèi)）1.以下哪種集成電路設(shè)計(jì)方法常用于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)字電路？（）A.全定制設(shè)計(jì)B.半定制設(shè)計(jì)C.基于標(biāo)準(zhǔn)單元庫的設(shè)計(jì)D.基于FPGA的設(shè)計(jì)2.在集成電路設(shè)計(jì)中，版圖設(shè)計(jì)的主要目的是（）。A.確定電路的功能B.規(guī)劃芯片的布局和布線C.進(jìn)行邏輯仿真D.驗(yàn)證電路的正確性3.對于CMOS集成電路，以下關(guān)于PMOS和NMOS管的說法正確的是（）。A.PMOS管導(dǎo)通時(shí)，源極電壓高于漏極電壓B.NMOS管導(dǎo)通時(shí)，源極電壓高于漏極電壓C.PMOS管和NMOS管導(dǎo)通時(shí)，源極電壓都高于漏極電壓D.PMOS管和NMOS管導(dǎo)通時(shí)，源極電壓都低于漏極電壓4.集成電路設(shè)計(jì)中，功耗優(yōu)化的關(guān)鍵因素不包括（）。A.電源電壓B.工作頻率C.電路結(jié)構(gòu)D.芯片封裝形式5.以下哪種技術(shù)可以提高集成電路的集成度？（）A.減小晶體管尺寸B.增加芯片面積C.降低工作電壓D.提高時(shí)鐘頻率6.在集成電路設(shè)計(jì)流程中，邏輯綜合的主要任務(wù)是（）。A.將硬件描述語言轉(zhuǎn)化為門級(jí)電路B.進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)C.驗(yàn)證電路的功能D.優(yōu)化電路的性能7.對于高速集成電路設(shè)計(jì)，需要重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)是（）。A.功耗B.面積C.速度D.可靠性8.以下哪種集成電路設(shè)計(jì)工具常用于進(jìn)行時(shí)序分析？（）A.邏輯仿真工具B.版圖設(shè)計(jì)工具C.功耗分析工具D.時(shí)序分析工具9.在集成電路設(shè)計(jì)中，為了提高芯片的可測試性，通常會(huì)采用（）。A.掃描鏈設(shè)計(jì)B.低功耗設(shè)計(jì)C.面積優(yōu)化設(shè)計(jì)D.高性能設(shè)計(jì)10.以下關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性問題，說法錯(cuò)誤的是（）。A.信號(hào)反射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真B.信號(hào)串?dāng)_會(huì)影響信號(hào)的準(zhǔn)確性C.信號(hào)完整性問題只在高速電路中出現(xiàn)D.合理的布線設(shè)計(jì)可以減少信號(hào)完整性問題第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共10分）（總共5空，每空2分，請將答案填在橫線上）1.集成電路設(shè)計(jì)中，常用的硬件描述語言有______和______。2.CMOS集成電路中，PMOS管和NMOS管組成的基本邏輯門有______、______等。3.集成電路設(shè)計(jì)流程包括______、______、版圖設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與測試等階段。三、簡答題（共20分）（總共2題，每題10分）1.簡述集成電路設(shè)計(jì)中全定制設(shè)計(jì)和半定制設(shè)計(jì)的區(qū)別。2.說明在集成電路設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行功耗優(yōu)化。四、分析題（共20分）（總共2題，每題10分）材料：某集成電路設(shè)計(jì)中，采用了CMOS工藝，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的加法器電路。該加法器由多個(gè)邏輯門組成，工作頻率為100MHz，電源電壓為1.8V。在實(shí)際測試中，發(fā)現(xiàn)該加法器的功耗較高，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)主要是由于部分邏輯門的開關(guān)頻率過高導(dǎo)致的。1.請分析該加法器功耗高的原因，并提出至少兩種降低功耗的方法。2.對于該加法器的性能優(yōu)化，除了降低功耗，還可以從哪些方面進(jìn)行改進(jìn)？五、設(shè)計(jì)題（共20分）（總共1題，20分）設(shè)計(jì)一個(gè)基于CMOS工藝的4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，要求具有清零功能。請描述設(shè)計(jì)思路，并畫出電路的邏輯電路圖。答案：一、選擇題1.C2.B3.A4.D5.A6.A7.C8.D9.A10.C二、填空題1.VHDL、VerilogHDL2.與非門、或非門3.需求分析、邏輯設(shè)計(jì)三、簡答題1.全定制設(shè)計(jì)是對芯片的每個(gè)晶體管進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和布局，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)計(jì)周期長、成本高。半定制設(shè)計(jì)是基于預(yù)先設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)單元庫進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期短、成本低，但性能相對全定制設(shè)計(jì)會(huì)有所降低。2.可以通過降低電源電壓、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)減少不必要的邏輯門翻轉(zhuǎn)、合理設(shè)置工作頻率避免過高頻率導(dǎo)致過多功耗等方法進(jìn)行功耗優(yōu)化。四、分析題1.原因：部分邏輯門開關(guān)頻率過高，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)功耗增加。降低功耗方法：可以適當(dāng)降低這些邏輯門的工作頻率；優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，減少不必要的邏輯門翻轉(zhuǎn)。2.還可以從提高電路的速度，比如優(yōu)化邏輯門的延遲；增強(qiáng)電路的可靠性，比如增加冗余設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行改進(jìn)。五、設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)思路：采用D觸發(fā)器構(gòu)成4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過清零信號(hào)控制計(jì)數(shù)器的初始狀