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第七届中国研究生创"芯"大赛圣邦微电子企业命题

发布时间：2024-04-01 来源：中国研究生创“芯”大赛阅读次数：4072

圣邦微电子赛题专项奖设置:

圣邦企业命题专项奖专门用于奖励选择圣邦企业命题的赛队，圣邦企业命题专项奖是初赛奖，由企业专家评出。入围决赛的参赛队伍继续参加大赛决赛奖项评比，与初赛奖项互不冲突。

圣邦专项奖设：

一等奖 1队，每队奖金1万元
二等奖 3队，每队奖金0.5万元

圣邦赛题文档下载：

https://cpipc.acge.org.cn/sysFile/downFile.do?fileId=723ef8444d9d4384bceb7a312fce95e6

圣邦赛题答疑邮箱：

Campus@sg-micro.com

圣邦-创芯大赛人才政策：

圣邦微电子鼓励并且期望技术及业务部门从创芯大赛中发掘优秀人才，并为他们提供优先录用的机会。获得全国二等奖及以上的同学，将给予面试直通卡，即免笔试，由资深技术专家直接面试。

圣邦赛题视频讲解：

赛题一：16Gbps线性转接驱动器设计

https://www.bilibili.com/video/BV1XC41137K9/?share_source=copy_web

赛题二：快速锁定的低噪声晶振电路

https://www.bilibili.com/video/BV1Z1421d7Xn/?share_source=copy_web&vd_source=731983d24066c046753f8a80d7ad6bd5

赛题一：16Gbps线性转接驱动器设计

一、背景介绍

线性转接驱动器（Linear Redriver），集成了连续时间线性均衡器（CTLE, Continuous Time Linear Equalizer）来提供高频的增益补偿，从而减小或者消除信道引入的码间干扰（Inter Symbol Interference, ISI）。

线性转接驱动器（Linear Redriver）的典型应用如下，其可以补偿高速信号通过Pre-channel之后的高频衰减，从而在线性转接驱动器的输出获得较好的眼图输出。

二、设计指标

请设计一款16Gbps线性转接驱动器。该驱动器需满足以下指标：

Parameter	Min	Typ	Max	Unit	Comments
Power Supply, VDD		VDD		V	VDD depends on process node
Operating Temperature	-40		85	℃
Electrical spec for receiver
R_rx_diff		100		ohm	RX differential impedance
V_rx_term		0		V	Receive termination voltage
V_rx_pp		0.6	0.8	V	Differential peak to peak input voltage
Equalizer gain	0		18	dB	@ 8G Hz Maximum gain is 18dB Minimum gain is 0dB Adjustable, 1.2dB/step
RL_rx_diff		-12		dB	Differential return loss in RX, DC to 8GHz
RL_rx_cm		-10		dB	Common mode return loss in RX, DC to 8GHz
Gain_lf_var	-2	0	2	dB	Low frequency voltage gain variation over PVT for 0dB setting
Gain_hf_var	-2.5		2.5	dB	EQ boosting gain variation over PVT
Electrical spec for transmitter
R_tx_diff		100		ohm	TX differential impedance
RL_tx_diff		-12		dB	Differential return loss in TX, DC to 8GHz
RL_tx_cm		-10		dB	Common mode return loss in TX, DC to 8GHz
V_tx_cm			VDD	V	Transmitter termination voltage
V_tx_pp		0.6	0.8	V	Differential peak to peak output voltage
JIT_data		7		ps	Additive total jitter with data. 16Gbps, PRBS15, 800mVpp input swing

三、设计建议和文档要求

1、设计建议

建议使用先进CMOS工艺, 比如28nm或者类似工艺；
仿真工具请使用Spectre, SpectreRF；

2、文档要求

请提供相关的电路设计图和版图；
请提供相关的报告及PPT，包括系统架构和关键技术原理分析、电路指标仿真结果及仿真的Test-bench说明。

四、评分标准

	内容	分值	评分标准
基本指标考核	电路指标	40分	满足电路功能以及关键指标； Equalizer gain, Gain_lf_var, Gain_hf_var, V_tx_pp, JIT_data等性能越好，得分越高；
	版图质量	10分	芯片版图布局合理；完成版图后端流程验证（DRC/LVS）；
	设计完整性	10分	完整的电路设计；完整的版图设计；完整的设计方案和仿真分析报告；
优化指标考核		20分	创新性：电路结构是否具备创新性；在满足指标的情况下，版图面积越小以及FOM(Energy-per-bit, pJ/bit)值越低越好；性能相当的情况下，成本越低越好；后仿真结果与前仿真结果对比分析及优化方案；
文档及答辩	文档	10分	设计方案原理分析合理清晰；仿真验证报告内容详细且合理；
文档及答辩	答辩	10分	答辩PPT条理清晰；答辩和问答现场表现；
附加指标考核		20分	查询业界典型产品或者文献指标，分析差距以及改进方向；充分考虑输入IO的寄生对于电路性能的影响，额外设计带宽展宽技术的相关电路；本设计中EQ的增益为寄存器控制，优化方向为根据信道的不同衰减自行调整EQ的增益的自适应控制方式并实现功能；

五、补充内容

1、工艺角描述

电源电压：0.9*VDD, VDD, 1.1*VDD;
工艺corner：MOS(TT)_Res(Typ)_Cap(Typ), MOS(FF)_Res(Fast)_Cap(Fast), MOS(SS)_Res(Slow)_Cap(Slow), MOS(SS)_Res(Fast)_Cap(Fast), MOS(FF)_Res(Slow)_Cap(Slow)；
温度：-40℃, 27℃, 85℃。

2、仿真条件

参考的信道，该信道（‘pre_channel_12inch.s4p’）在Nyquist Frequency处衰减约为-18dB；
需要考虑输入输出IO带来的寄生影响；其中主要考虑寄生电容带来的影响，需要在仿真中每个输入输出IO需要加容性负载Cp=120fF，其主要由PAD和ESD器件引入的寄生；
输入数据格式为PRBS15，NRZ，16Gbps；

赛题二：快速锁定的低噪声晶振电路

一、背景介绍

晶体简化模型如下，由R-L-C器件组成，设计需要的模型参数可以在设计指标中获得。

晶振电路的整体框图如下，左侧是片外的晶体以及电容，右侧是片上的有源电路。

二、设计指标

请设计一款快速锁定的低噪声晶振电路，该电路需要满足以下指标：

Parameter	Min	Typ	Max	Unit	Comments
Power Supply, VDD33		3.3		V	IO voltage
Operating temperature	-40		125	℃
XTAL osc frequency		25		MHz
Clock frequency accuracy	-50		50	ppm	Here assume XTAL’s accuracy is +/-30ppm, need consider about active circuit induced frequency error
Startup time			1	ms
Power			2	mW
Duty cycle	45		55	%	@ output
Output swing @ Fout		Vreg		V	Single ended, @ output, Vreg depends on process node, Cload=100fF
Quartz resonator parameters
Rm			60	ohm
Cm		2.04		fF
Lm		1~~9.84~~ 19.87		mH
C0		0.62		pF
CL, crystal load capacitance		12		pF
Output clock phase noise mask
PN: 100Hz offset			-95	dBc/Hz
PN: 1KHz offset			-125	dBc/Hz
PN: 10KHz offset			-133	dBc/Hz
PN: 100KHz offset			-140	dBc/Hz
PN: 1MHz offset			-145	dBc/Hz
PN: 10MHz offset			-148	dBc/Hz

三、设计建议和文档要求

1、设计建议

建议使用CMOS工艺，比如40nm或者类似工艺；
仿真工具需要Spectre，Spectre RF；
要求使用3.3V单独供电，需要设计LDO及偏置电路；

1）LDO输出Vreg给XTAL的起振电路及输出Buffer供电；

2）Vreg的数值与工艺选取及设计优化相关；

2、文档要求

提供相关的电路和版图；
提供相关的报告及PPT，包括系统架构和关键技术原理分析、电路指标仿真结果及仿真的Test-bench说明；

四、评分标准

	内容	分值	评分标准
基本指标考核	电路指标	40分	满足电路功能以及关键指标； Frequency accuracy, Power, Startup time, Phase noise等性能越好，得分越高；
	版图质量	10分	芯片版图布局合理；完成版图后端流程验证（DRC/LVS）；
	设计完整性	10分	完整的电路设计；完整的版图设计；完整的设计方案和仿真分析报告；
优化指标考核		20分	创新性：电路结构是否具备创新性；在满足指标的情况下，版图面积越小以及FOM值越低越好；后仿真结果与前仿真结果对比分析及优化方案；
文档及答辩	文档	10分	设计方案原理分析合理清晰；仿真验证报告内容详细且合理；
文档及答辩	答辩	10分	答辩PPT条理清晰；答辩和问答现场表现；
附加指标考核		20分	能够充分分析以下指标的原理并提出优化解决方案：电路的起振原理； XTAL总体精度限制因素及优化；输出噪声贡献因素及优化；快速启动的限制因素及优化； XTAL所需的低噪声LDO设计及优化；输入IO电路对于XTAL的影响；

五、补充内容

1、工艺角描述

电源电压：0.9*VDD33, VDD33, 1.1*VDD33;
工艺corner：TT，SS，FF；
温度：-40℃, 27℃, 125℃；
如果工艺提供噪声的corner（typ， best, worst），需要考虑噪声worst情况下也满足phase noise的要求。

2、仿真条件

若考虑输出Jitter的计算，积分范围为10KHz到10MHz；
输出负载为Cload=100fF。

第七届中国研究生创芯大赛承办单位介绍

第七届中国研究生创“芯”大赛承办单位华中科技大学坐落于湖北省武汉市，是国家教育部直属重点综合性大学、国家“211工程”重点建设和“985工程”建设高校之一，也是首批“双一流”建设高校。学校校园占地7000余亩，园内树木葱茏，碧草如茵，绿化覆盖率72%，被誉为“森林式大学”。学校师资力量雄厚，并遵循“应用领先、基础突破、协调发展”的科技发展方略，构建起了覆盖基础研究层、高新技术研究层、技术开发层三个层次的科技创新体系。

华中科技大学集成电路学院以服务国家重大战略和区域经济发展为目标，承建集成电路科学与工程和电子科学与技术两个一级学科，电子科学与技术、集成电路设计与集成系统、微电子科学与工程三个国家一流本科专业，学院是全国同时拥有国家集成电路学院、国家集成电路产教融合创新平台、国家示范性微电子学院、国家集成电路人才培养基地、微电子学与固体电子学国家重点学科等集成电路领域五大国家级人才培养学科平台的6所高校之一。学院按照“国际视野、拔尖示范、协同育人、自主创芯、服务地方"的思路，通过人才培养、科学研究、学科建设“三位一体”，充分发挥产教融合优势，支撑和引领华中地区集成电路产业高速发展。

武汉东湖新技术开发区简称东湖高新区，又称中国光谷、简称光谷，于1988年创建成立，是中国首批国家级高新区、第二个国家自主创新示范区、中国（湖北）自由贸易试验区武汉片区，并获批国家光电子信息产业基地、国家生物产业基地、央企集中建设人才基地、国家首批双创示范基地等。经过30多年的发展，东湖高新区综合实力和品牌影响力大幅提升，知识创造和技术创新能力提升至全国169个国家级高新区第一，成为全国10家重点建设的“世界一流高科技园区”之一。