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《集成电路设计原理》试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填入括号内）

1.在CMOS反相器中，当输入电压处于高阈值电压（VTH）和低阈值电压（VTH）之间时，晶体管的工作状态是？

A.PMOS导通，NMOS截止

B.PMOS截止，NMOS导通

C.PMOS和NMOS均导通

D.PMOS和NMOS均截止

2.对于一个n沟道增强型MOSFET，其开启电压（VTH）是一个正值。当栅极电压VGS小于VTH时，该MOSFET的工作状态是？

A.可逆夹断区

B.饱和区

C.线性区（ohm区）

D.截止区

3.在CMOS逻辑门设计中，通常使用有源下拉网络而不是简单的电阻下拉的原因是？

A.有源下拉速度更快

B.有源下拉功耗更低

C.有源下拉能提高电路的驱动能力

D.有源下拉在工艺角变化时性能更稳健

4.一个NAND门和一个NOR门互连，如果输入端连接相同信号，那么它们等效于一个？

A.与门

B.或门

C.非门

D.异或门

5.在组合逻辑电路中，冒险现象是指？

A.电路输出产生毛刺

B.电路延迟时间过长

C.电路功耗过高

D.电路无法实现预期逻辑功能

6.对于一个由两个与非门构成的S-R锁存器（基本RS触发器），当S和R输入都为高电平时，电路的状态是？

A.置位（Q=1,Q=0）

B.复位（Q=0,Q=1）

C.保持原状态

D.不确定，可能置位或复位

7.时序逻辑电路与组合逻辑电路的根本区别在于？

A.使用的器件类型不同

B.是否包含存储元件

C.输入端数量不同

D.输出端数量不同

8.在设计同步时序电路时，通常需要避免出现的状态是？

A.有效状态

B.无效状态

C.穆尔状态

D.同步状态

9.功耗延迟积（PDP）是衡量集成电路性能的一个重要指标，它通常用于？

A.比较不同工艺节点的性能

B.评估电路的能量效率

C.指导电路设计中的功耗和速度权衡

D.衡量电路的散热能力

10.MOS晶体管的跨导（gm）反映了其？

A.输入电阻大小

B.输出电阻大小

C.输出电流随输入电压的变化率

D.输入电流随输入电压的变化率

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线处）

1.MOSFET的三个工作区通常称为______区、______区和______区。

2.CMOS反相器的静态功耗理论上为零，因为静态时流过电源和地之间的电流近似为零。

3.在CMOS电路中，提高电源电压VDD通常会增大电路的______和______。

4.时序电路的输出不仅取决于当前的输入状态，还取决于______。

5.一个D触发器具有______个输入端和______个输出端。

6.在传输门电路中，PMOS和NMOS晶体管的栅极通常连接在一起，并加一个控制信号，这个控制信号的作用是控制传输门的通断。

7.集成电路设计流程通常包括系统定义、架构设计、______、______、验证和物理设计等阶段。

8.噪容（NoiseMargin）是衡量逻辑电路抗干扰能力的重要参数，它包括高电平噪声容限和低电平噪声容限。

9.模拟电路设计通常比数字电路设计更关注______和______。

10.晶体管的宽长比（W/L）是影响其电流驱动能力的重要参数。

三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）

1.简述CMOS反相器的工作原理，并说明其主要的优点。

2.什么是静态功耗和动态功耗？简述它们分别由什么因素决定。

3.简述时序逻辑电路和组合逻辑电路的主要区别。

4.什么是时钟偏移（ClockSkew）？它可能对时序电路造成什么影响？

四、计算题（每题10分，共30分。请写出详细的计算步骤和结果）

1.已知一个n沟道增强型MOSFET的参数为：VTH=0.4V，Kn=150uA/V2。假设该MOSFET工作在饱和区，其沟道长度L=2um，宽度W=10um，漏源电压VDS=1V，栅源电压VGS=1.5V。请计算该MOSFET的饱和区漏极电流ID。

2.分析一个由两个与非门构成的S-R锁存器（基本RS触发器