SoC设计方法与实现（第4版）教学设计.docx

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1、SoC设计方法与实现教学设计对应由节：7.2伞异步电路设计教学目标1 .掌握亚稳态的基本概念和产生原因：2 .掌握异步控M信号的同步和RT1.实现。教学重点异步估号与同步电路交互的基本方法教学难点异步控制佶号的同步教学方法与手段讲授、板书和幻灯片相结合教学进程中肺生互动教师与学生一起讳论对异步信号进行同步的基本方法教学内容时间安排1 .导入通过I可顾之前数字逻辑电路i殳计或集成电路设计课程中评解的有关异步电路的基本概念、异步电路和同步电路的区别.引入本章节要介绍的关于异步电路设计的相关问即。2 .目标给出本次课的学习目标，要求大家：(1) .掌旌异步电路设计的基本概念：(2) .掌握异步信号与

2、同步电路交互的明本方法；(3),掌握界步控制信号的同步和RT1.实现，(3)课前要求同学提前预习本章节中有关异步电路基本原理以及优块点.开始正式讲解本卓内容前，通过刘斯难即和选题题形式进行前itt,了解学生对就本概含的掌握情况，根据前测结果时教学内容和进度进行微调，如果平均准确度低于85%.则需要多花5-10分钟时异步电路的基本概念进行网颈.前测题题目如下，(1).判断题异步设计跟同步设计城大的不同就是它的电路中的数据传输可以在任5分钟5分钟5分钟何时候发生，电路中没有，个全局的或局部的控制时钟，O(2).多选题下面关于异步电路设计描述正确的是().A.异步电路因为使用握手信号进行模块间的通信

3、，模块互连后的功能不会受各个模块内部延时的影响，更不需要象新修改模块设计，B.异步电路使用握手信号进行通伯，电路的延迟只会影响工作速度,不会影响电路行为,电路的物理设计比较简单,并且对工艺偏差不敏感.c.异步电路的性能出电路的平均至迟决定，理论上比同步电路Ur以达到更而的速度，D.异步电路则由数据驱动,仅在布要处理数据时才常耗能信，具有低功耗的潜力20分钟4.章节内容讲授(1).首先通过如图I所示的波形图，介绍亚稳态产生的原因，如图所示，如果异步信号adat的下降沿正好发生在tclk时钟的上升沿附近，这样就违反了触发器的建立时间或保持时间,从而第2个触发器惯定了一个不确定的(fi.这个值可以姑

4、I,也可以是0,更有可能是一个物理上的不定态X一无效电平的状态，这种违反了触发器保持或建立时间且使触发器锁存到一个无效电平的状态称作亚稳态现思.图I亚稳态示意图(2).然后,如下图2所示.讲解通过同步器解决QE稳态的方法.异步信号只有在经过目的时钟域的两姐触发器采样后，才会对目的时钟域的后续电路起作用,这样的由双触发器构成的异步信号采样逻辑被称作同步器(Synchronizer).如图2所示，Ift然第级触发器(bdatl在采样界步伯号的时候可能进入qp稳态,但是经过一个时钟周期的延时.当第二级触发潺(IXIaI2采样其输出端信号时，它己经回友到一个有效电平的柩定状态，从而第：级触发器不会再出

5、现亚稳态，从而防止了亚稳态在整个电路中传播。V/_1一比电5理鲍浦住bdM2图2业稳态现象的解决办法(3) .最后,讲解快时钟同步慢时钟域下的异步控制信号和慢时怦同步快时钟域卜的异步控制信号的RT1.代码，分别如图3和图4所示。在讲解过程中引导学生，和学生一起讨论两种情况下HD1.的实现方案，CHTAAAKa1 42.1，4，(6.(心JUVWjUUUUI1.ouOC；_Mmanrdc加IIII_1IIn1._2r:图3快时钟同步同时慢信号示意图K,Mf酬及115的拉信号5分钟5.后窝通过发布小测验,检验学生课上学习情况，SS目如下：(1) .请简要说明亚稳态出现的原因以及避免亚枪态在电路中传

6、播的方法.(2) .请简述常见的异步控制信号的同步方法。6.总结对本节课堂教学内容进行总给，并布置作业.课堂总结：(1).回顾亚稔态产生的原因和解决办法。(2),梳理异步控制信号的同步方法。(3).布置作业：采用VCHlogHD1.实现异步控制信号的I可步处理.5分钟SoC设计方法与实现教学设计对应量节：I1.l-11.4低功耗设计1 .掌握功耗的基本类型：教学目标2 .掌握常见的低功耗设计技术.教学重点SoC中的低功耗设计技术教学难点SoC中的低功耗设计技术f：讲授、板曲和幻灯片相结合教学内容时间安排1 .导入速过讲解数据中心和移动终湘这两种当前常严重功耗何题,使学生理解进行低功耗设计的必q

7、格节的相关授课内容。2 .目标给出本次深的学习目标，要求大家：(1) .理解功耗的类型和产生原因：(2) .掌握常见的低功耗设计方法：(3) 节内容讲授(1).首先给出动态功耗的基本概念，它是由彷转耗。其中,翻转电流引起的功耗称为翻转功耗,长路功耗。通过图I推导动态功Au=uJ卬业=gc喉/小,并分I5分钟见的IT基础设施中存在的空性和重要性，从而引出本5分钟20分钟电流和短路电流引起的功i路电流引起的功耗称为短耗的计算公式.好公式中各祖成部分含义。，：TIIJTAPg*忸电电液图ICMOS电路中的动态电流(2) .然后，给出除态功耗的概念，它主要是由漏电流引起的功耗，其中漏电流由以下几部分组

8、成：PN结反向电流I,源极和漏极之间的亚间的温电流5桥极漏电流H棉板和衬底之间的隧道漏电流1.，如图2所示.警惕啊功耗10分钟5分钟(3)最后，讲解常见的低功耗设计方法，包括：工艺优化、电压优化、门控时钟优化、门级优化.此外.讲授如何在SOC中通过软便件结合的方法达到降低低功耗的目的.5 .JBM通过发布小测验,检验学生课上学习情况,跑目如下：(1) .下列有关功耗的叙述正确的是)。多选题A.CMOS电路的功耗由惮态功耗和动态功耗两部分组成,B.负拨电容充放电时引起的功耗，称为动态功耗.C.漏电流引起的功耗称为静态功耗.D.动态功耗又Ur进一步细分为翻转功耗和旬路功耗。(2) .请西出门控时钟的结构，并简述其工作原理，6 .总结对本节课堂教学内容进行总结，并布置作业，课堂总结；(1) .I-1RCMOS工艺下的功耗种类和各自产生的原因.(2) .梳理常见的低功耗设计技术并概述各自的优缺点和适用范围.5分钟5分钟