2025年(集成電路應(yīng)用工程師)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.在28nmCMOS工藝中，若柵氧厚度tox=1.2nm，相對介電常數(shù)εr=3.9，則單位面積柵氧電容Cox最接近A.1.7fF/μm2B.2.9fF/μm2C.4.1fF/μm2D.5.3fF/μm2答案：B解析：Cox=ε0εr/tox=8.854×10?12×3.9/(1.2×10??)=28.8mF/m2≈2.9fF/μm2。2.某SRAM單元采用6T結(jié)構(gòu)，在0.8V、25℃下讀靜態(tài)噪聲容限（RSNM）為180mV，若電源電壓降至0.6V，則RSNM約降至A.145mVB.120mVC.95mVD.70mV答案：C解析：RSNM近似與VDD呈線性關(guān)系，0.6/0.8×180≈135mV，但亞閾值斜率退化，實際再降約30mV，取95mV。3.在數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元庫中，下列延遲模型對輸入翻轉(zhuǎn)率最敏感的是A.線性延遲模型（LDM）B.非線性延遲模型（NLDM）C.電流源模型（CSM）D.查找表模型（LUT）答案：C解析：CSM直接以輸入電壓波形為激勵，翻轉(zhuǎn)率變化會顯著改變電流積分結(jié)果，敏感度最高。4.對于65nm工藝，金屬層厚度0.2μm，寬度0.1μm，間距0.1μm，采用低k介電常數(shù)2.6，則相鄰兩線間耦合電容約為A.0.08fF/μmB.0.15fF/μmC.0.22fF/μmD.0.30fF/μm答案：B解析：邊緣+平行板混合模型，2D場求解器結(jié)果約0.15fF/μm。5.在PLL設(shè)計中，若VCO增益KVCO=1GHz/V，環(huán)路帶寬fC=1MHz，相位裕度50°，則環(huán)路濾波器電阻R約A.5kΩB.10kΩC.20kΩD.40kΩ答案：C解析：由fC=1/(2πR·C)，取C=8pF，得R≈20kΩ。6.某10bitSARADC采用單調(diào)切換電容陣列，最高位電容為1pF，則總陣列電容為A.2pFB.4pFC.6pFD.8pF答案：A解析：二進(jìn)制拆分，總電容=2×最高位=2pF。7.在FinFET結(jié)構(gòu)中，若fin高度Hfin=25nm，fin寬度Wfin=8nm，等效氧化層厚度EOT=0.9nm，則每fin的柵電容Cg,fin約A.0.18fF/μmB.0.25fF/μmC.0.32fF/μmD.0.40fF/μm答案：B解析：Cg,fin=2×ε0εr/EOT×(Hfin+Wfin)=2×3.9×8.854×10?12/0.9×10??×33×10??≈0.25fF/μm。8.對于DDR43200接口，數(shù)據(jù)率3.2Gb/s，若采用Flyby拓?fù)?，則最大允許stub長度約為A.50milB.100milC.150milD.200mil答案：B解析：stub延遲<1/10UI，UI=312ps，F(xiàn)R46mil/ps，100mil≈167ps，滿足。9.在數(shù)字布局布線階段，下列算法最適合解決詳細(xì)布線階段串?dāng)_最小化的是A.迷宮算法（Lee）B.協(xié)商擁塞算法（NegotiatedCongestion）C.整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）D.序列對（SequencePair）答案：B解析：協(xié)商擁塞可在迭代中動態(tài)加權(quán)耦合電容，直接優(yōu)化串?dāng)_。10.某芯片采用TSV3D堆疊，TSV直徑5μm，高度50μm，SiO?襯墊厚0.2μm，則單TSV寄生電容約A.25fFB.50fFC.75fFD.100fF答案：C解析：C=2πε0εrL/ln(Rout/Rin)=2π×3.9×8.854×10?12×50×10??/ln(5.2/5)≈75fF。11.在超低功耗亞閾值設(shè)計中，若閾值電壓Vth=0.3V，遷移率退化系數(shù)m=1.4，則最小能量點電壓VMEP約A.0.25VB.0.35VC.0.45VD.0.55V答案：B解析：VMEP≈2·m·VT·ln(2)=2×1.4×0.026×ln2≈0.35V。12.對于LDO穩(wěn)壓器，若負(fù)載電流階躍ΔI=50mA，輸出電容Cout=4.7μF，允許跌落ΔV=50mV，則環(huán)路帶寬需至少A.50kHzB.170kHzC.340kHzD.680kHz答案：B解析：ΔV=ΔI/(2πfC)→f=50mA/(2π×50mV×4.7μF)≈170kHz。13.在28Gb/sSerDes中，若采用4tapDFE，首抽頭系數(shù)h1=0.35，則ISI峰值可抑制約A.6dBB.9dBC.12dBD.15dB答案：C解析：DFE抑制比≈20log(1h1)=12dB。14.某芯片采用8層金屬，最厚頂層3μm，寬5μm，電流密度限值1mA/μm，則單線最大直流電流約A.5mAB.10mAC.15mAD.20mA答案：C解析：J=1mA/μm，寬5μm，考慮厚度3μm，有效截面積15μm2，但EM規(guī)則按寬度計，取15mA。15.在DFT中，若掃描鏈共1024個觸發(fā)器，測試頻率50MHz，則測試向量移入耗時約A.10μsB.20μsC.40μsD.80μs答案：B解析：T=1024/50MHz=20.48μs≈20μs。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）16.下列技術(shù)可有效抑制FinFET自熱效應(yīng)（SHE）的是A.增加fin間距B.降低VDDC.采用高導(dǎo)熱性層間介質(zhì)D.增加接觸面積答案：A、C、D解析：降低VDD減少功耗但非直接散熱路徑；其余均增強(qiáng)導(dǎo)熱。17.關(guān)于片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）虛通道（VC）技術(shù)，正確的是A.可緩解頭阻塞B.增加路由器面積C.降低平均延遲D.提高最大吞吐答案：A、B、C、D解析：VC四項均正確。18.在毫米波頻段（60GHz），片上天線設(shè)計需重點考慮A.硅基板損耗B.金屬表面粗糙度C.封裝塑封料介電常數(shù)D.溫度漂移答案：A、B、C解析：溫度漂移對天線諧振影響相對較小。19.下列屬于低功耗設(shè)計“功率門控”關(guān)鍵單元的是A.隔離單元（IsolationCell）B.保持單元（RetentionCell）C.電源開關(guān)單元（PSO）D.電平轉(zhuǎn)換單元（LevelShifter）答案：A、B、C解析：LevelShifter用于多電壓，非功率門控核心。20.關(guān)于3DIC熱力協(xié)同仿真，需耦合A.熱傳導(dǎo)方程B.熱應(yīng)力方程C.電遷移方程D.熱電耦合焦耳熱答案：A、B、D解析：電遷移為后期可靠性，非實時耦合。三、判斷改錯題（每題2分，共10分，先判斷對錯，若錯則給出正確表述）21.在亞閾值區(qū)，CMOS反相器噪聲容限隨溫度升高而增大。答案：錯。正確：隨溫度升高，亞閾值斜率退化，噪聲容限減小。22.對于相同面積，圓形TSV比方形TSV具有更低寄生電容。答案：錯。正確：圓形邊緣場更集中，寄生電容略高。23.在數(shù)字APR階段，時鐘樹綜合（CTS）前必須完成電源網(wǎng)格設(shè)計。答案：對。24.采用高k金屬柵后，PMOS的平帶電壓Vfb比Al/SiO?系統(tǒng)更負(fù)。答案：對。25.DVS技術(shù)中，電壓降低10%，動態(tài)功耗降低10%。答案：錯。正確：動態(tài)功耗∝V2，降低約19%。四、簡答題（每題8分，共24分）26.簡述FinFET中“寬度量化”對模擬電路設(shè)計的影響，并給出兩種補(bǔ)償方法。答案：寬度量化指FinFET導(dǎo)通電阻以整數(shù)fin為單位，無法連續(xù)調(diào)節(jié)。影響：1.增益精度下降；2.失配增加；3.鏡像比非理想。補(bǔ)償：1.采用并聯(lián)不同fin數(shù)的單元陣列，通過數(shù)字校準(zhǔn)選擇最佳組合；2.利用電阻退化或電流源陣列，在fin量化基礎(chǔ)上引入微調(diào)電流，實現(xiàn)亞fin級等效寬度。27.畫出典型SARADC的切換能量曲線，并說明“能量回溯”技術(shù)的原理與實現(xiàn)。答案：曲線呈指數(shù)下降，高位切換耗能最大。能量回溯：在DAC切換序列中，若比較器輸出與預(yù)期相反，立即撤銷本次切換，使電容回到原態(tài)，避免能耗。實現(xiàn)：在切換控制邏輯中插入可逆緩沖器，比較結(jié)果確認(rèn)后再提交，需增加約5%面積，節(jié)省切換能量2030%。28.解釋“時鐘門控?zé)o效毛刺”產(chǎn)生的機(jī)理，并給出一種RTL級防止方法。答案：機(jī)理：門控使能信號與時鐘存在組合邏輯冒險，導(dǎo)致使能在時鐘邊沿附近抖動，產(chǎn)生窄脈沖。防止：采用“鎖存器+與門”結(jié)構(gòu)，使能信號經(jīng)電平敏感鎖存器在時鐘低電平采樣，確保與門輸入穩(wěn)定，消除毛刺。五、計算與綜合題（共51分）29.（10分）某65nm工藝反相器，Wn=0.5μm，Wp=1μm，VDD=1V，Vthn=|Vthp|=0.3V，μnCox=300μA/V2，μpCox=120μA/V2，計算輸入高電平噪聲容限NM_H。答案：VOH=VDD=1VVOL→令NMOS線性，PMOS飽和：IDn=μnCox(Wn/L)(VDDVthnVOL/2)VOLIDp=0.5μpCox(Wp/L)(VDD|Vthp|)2聯(lián)立得VOL≈0.12VVIH：PMOS線性，NMOS飽和：IDn=0.5μnCox(Wn/L)(VIHVthn)2IDp=μpCox(Wp/L)(VDDVIH|Vthp|(VDDVOL)/2)(VDDVOL)解得VIH≈0.68VNM_H=VOHVIH=10.68=0.32V30.（12分）設(shè)計一個28Gb/sCTLE，信道插損在14GHz處為12dB，要求提升6dB，采用單級差分RC結(jié)構(gòu)，求RC參數(shù)與增益電阻，假設(shè)負(fù)載RL=50Ω，電容Cvar可調(diào)。答案：傳遞函數(shù)H(s)=gmRL(1+sRC)/(1+sR(C+CL))需峰值6dB→|H(jω)|=2令零點fz=14GHz→1/(2πRC)=14GHz選C=0.5pF→R=1/(2π×14G×0.5p)=22.7Ω增益電阻：gmRL=2→gm=2/50=40mS實際采用差分對，W=40μm，ID=4mA，gm≈40mS，滿足。31.（14分）某SoC集成4核A53，最大功耗2W，采用動態(tài)電壓頻率調(diào)整，已知：40nm工藝，Ceff=5nF，活動因子α=0.15頻率電壓關(guān)系：f≤f0時VDD=0.9V，f>f0后VDD∝f^0.6熱阻θJA=15℃/W，環(huán)境溫度45℃，結(jié)溫限85℃求：1.最大允許功耗Pmax；2.在Pmax下對應(yīng)最高頻率fmax；3.若降頻至0.8fmax，節(jié)省能耗百分比。答案：1.Pmax=(8545)/15=2.67W，但芯片限2W，取Pmax=2W2.P=αCeffVDD2f→2=0.15×5n×VDD2f又VDD=kf^0.6→2=0.75n×k2f^2.2先求f0：當(dāng)VDD=0.9，P=0.15×5n×0.81×f0=2→f0=2/(0.15×5n×0.81)=3.29GHzk=0.9/f0^0.6=0.9/3.29^0.6=0.42代入得2=0.75n×0.422f^2.2→fmax=3.6GHz3.0.8fmax時VDD’=0.42×(0.8×3.6)^0.6=0.81VP’=0.15×5n×0.812×0.8×3.6=1.4W節(jié)省=(21.4)/2=30%32.（15分）給定一個8×8MeshNoC，XY路由，每鏈路帶寬128bit@1GHz，包長128bit頭+256bit負(fù)載，平均跳數(shù)5，求：1.理論飽和吞吐（包/節(jié)點/周期）；2.若采用VC=2，頭阻塞概率下降40%，求新飽和吞