集成電路設(shè)計原理精選(九篇)
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第1篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：集成電路專業(yè)；實踐技能；人才培養(yǎng)
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼： A 文章編號：1002-0845（2012）09-0102-02
集成電路產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展和國家安全的新戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國家核心競爭力的重要體現(xiàn)?！秶窠?jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》明確將集成電路作為新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展方向之一。
信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的特點決定了集成電路專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該具有很高的工程素質(zhì)和實踐能力。然而，目前很多應(yīng)屆畢業(yè)生實踐技能較弱，走出校園后普遍還不具備直接參與集成電路設(shè)計的能力。其主要原因是一些高校對集成電路專業(yè)實踐教學(xué)的重視程度不夠，技能培養(yǎng)目標和內(nèi)容不明確，導(dǎo)致培養(yǎng)學(xué)生實踐技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加強集成電路專業(yè)對學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
一、集成電路專業(yè)實踐技能培養(yǎng)的目標
集成電路專業(yè)是一門多學(xué)科交叉、高技術(shù)密集的學(xué)科，工程性和實踐性非常強。其人才培養(yǎng)的目標是培養(yǎng)熟悉模擬電路、數(shù)字電路、信號處理和計算機等相關(guān)基礎(chǔ)知識，以及集成電路制造的整個工藝流程，掌握集成電路設(shè)計基本理論和基本設(shè)計方法，掌握常用集成電路設(shè)計軟件工具，具有集成電路設(shè)計、驗證、測試及電子系統(tǒng)開發(fā)能力，能夠從事相關(guān)領(lǐng)域前沿技術(shù)工作的應(yīng)用型高級技術(shù)人才。
根據(jù)集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，我們明確了集成電路專業(yè)的核心專業(yè)能力為：模擬集成電路設(shè)計、數(shù)字集成電路設(shè)計、射頻集成電路設(shè)計以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)四個方面。圍繞這四個方面的核心能力，集成電路專業(yè)人才實踐技能培養(yǎng)的主要目標應(yīng)確定為：掌握常用集成電路設(shè)計軟件工具，具備模擬集成電路設(shè)計能力、數(shù)字集成電路設(shè)計能力、射頻集成電路設(shè)計能力、集成電路版圖設(shè)計能力以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力。
二、集成電路專業(yè)實踐技能培養(yǎng)的內(nèi)容
1.電子線路應(yīng)用模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生具有模擬電路、數(shù)字電路和信號處理等方面的應(yīng)用能力。其課程主要包含模擬電路、數(shù)字電路、電路分析、模擬電路實驗、數(shù)字電路實驗以及電路分析實驗等。
2.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式軟件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的前沿知識，具備能夠從事面向應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力。其課程主要有C語言程序設(shè)計、單片機原理、單片機實訓(xùn)、傳感器原理、傳感器接口電路設(shè)計、FPGA原理與應(yīng)用及SOPC系統(tǒng)設(shè)計等。
3.集成電路制造工藝模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生熟悉半導(dǎo)體集成電路制造工藝流程，掌握集成電路制造各工序工藝原理和操作方法，具備一定的集成電路版圖設(shè)計能力。其課程主要包含半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體材料、集成電路專業(yè)實驗、集成電路工藝實驗和集成電路版圖設(shè)計等。
4.模擬集成電路設(shè)計模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握CMOS模擬集成電路設(shè)計原理與設(shè)計方法，熟悉模擬集成電路設(shè)計流程，熟練使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事模擬集成電路設(shè)計的能力。其課程主要包含模擬電路、半導(dǎo)體物理、CMOS模擬集成電路設(shè)計、集成電路CAD設(shè)計、集成電路工藝原理、VLSI集成電路設(shè)計方法和混合集成電路設(shè)計等。此外，還包括Synopsis認證培訓(xùn)相關(guān)課程。
5.數(shù)字集成電路設(shè)計模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)字集成電路設(shè)計原理與設(shè)計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事數(shù)字集成電路設(shè)計的能力。其課程主要包含數(shù)字電路、數(shù)字集成電路設(shè)計、硬件描述語言、VLSI測試技術(shù)、ASIC設(shè)計綜合和時序分析等。
6.射頻集成電路設(shè)計模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握射頻集成電路設(shè)計原理與設(shè)計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事射頻集成電路設(shè)計的能力。其課程主要包含CMOS射頻集成電路設(shè)計、電磁場技術(shù)、電磁場與
天線和通訊原理等。
在實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、安排上要符合認識規(guī)律，由易到難，由淺入深，充分考慮學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)與基本技能的訓(xùn)練，既要有利于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與意識，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新進取的科學(xué)精神，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又要保證基礎(chǔ)，注重發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，強化綜合和創(chuàng)新。因此，在集成電路專業(yè)的實驗教學(xué)安排上，應(yīng)減少緊隨理論課開設(shè)的驗證性實驗內(nèi)容比例，增加綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型實驗的內(nèi)容，使學(xué)有余力的學(xué)生能發(fā)揮潛能，有利于因材施教。
三、集成電路專業(yè)實踐技能培養(yǎng)的策略
1.改善實驗教學(xué)條件，提高實驗教學(xué)效果。學(xué)校應(yīng)抓住教育部本科教學(xué)水平評估的機會，加大對實驗室建設(shè)的經(jīng)費投入，加大實驗室軟、硬件建設(shè)力度。同時加強實驗室制度建設(shè)，制訂修改實驗教學(xué)文件，修訂完善實驗教學(xué)大綱，加強對實驗教學(xué)的管理和指導(dǎo)。
2.改進實驗教學(xué)方法，豐富實驗教學(xué)手段。應(yīng)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，積極改進實驗教學(xué)方法，科學(xué)安排課程實驗，合理設(shè)計實驗內(nèi)容，給學(xué)生充分的自由空間，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考應(yīng)該怎樣做，使實驗成為可以激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實際的結(jié)合點，為學(xué)生創(chuàng)新提供條件。應(yīng)注重利用多媒體技術(shù)來豐富和優(yōu)化實驗教學(xué)手段，如借助實驗輔助教學(xué)平臺，利用仿真技術(shù)，加強新技術(shù)在實驗中的應(yīng)用，使學(xué)生增加對實驗的興趣。
3.加強師資隊伍建設(shè)，確保實驗教學(xué)質(zhì)量。高水平的實驗師資隊伍，是確保實驗教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵。應(yīng)制定完善的有利于實驗師資隊伍建設(shè)的制度，對實驗師資隊伍的人員數(shù)量編制、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃，從職稱、待遇等方面對實驗師資隊伍予以傾斜，保證實驗師資隊伍的穩(wěn)定和發(fā)展。
4.保障實習(xí)基地建設(shè)，增加就業(yè)競爭能力。開展校內(nèi)外實習(xí)是提高學(xué)生實踐技能的重要手段。
實習(xí)基地是學(xué)生獲取科學(xué)知識、提高實踐技能的重要場所，對集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)起著重要作用。學(xué)校應(yīng)積極聯(lián)系那些具有一定實力并且在行業(yè)中有一定知名度的企業(yè)，給能夠提供實習(xí)場所并愿意支持學(xué)校完成實習(xí)任務(wù)的單位掛實習(xí)基地牌匾。另外，可以把企業(yè)請進來，聯(lián)合構(gòu)建集成電路專業(yè)校內(nèi)實踐基地，把企業(yè)和高校的資源最大限度地整合起來，實現(xiàn)在校教育與產(chǎn)業(yè)需求的無縫聯(lián)接。
5.重視畢業(yè)設(shè)計，全面提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。畢業(yè)設(shè)計是集成電路專業(yè)教學(xué)中最重要的一個綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。由于畢業(yè)設(shè)計工作一般都被安排在最后一個學(xué)期，此時學(xué)生面臨找工作和準備考研復(fù)試的問題，畢業(yè)設(shè)計的時間和質(zhì)量有時很難保證。為了進一步加強實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，應(yīng)讓學(xué)生從大學(xué)四年級上半學(xué)期就開始畢業(yè)設(shè)計，因為那時學(xué)生已經(jīng)完成基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，部分完成專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而專業(yè)課教師往往就是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)教師，在此時進行畢業(yè)設(shè)計，一方面可以和專業(yè)課學(xué)習(xí)緊密結(jié)合起來，另一方面便于指導(dǎo)教師加強對學(xué)生的教育和督促。
選題是畢業(yè)設(shè)計中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過選題來確定畢業(yè)設(shè)計的方向和主要內(nèi)容，是做好畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)，決定著畢業(yè)設(shè)計的效果。因此教師對畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)應(yīng)從幫助學(xué)生選好設(shè)計題目開始。集成電路專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的選題要符合本學(xué)科研究和發(fā)展的方向，在選題過程中要注重培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，可以讓學(xué)生們適當?shù)貐⑴c教師的科研活動，以激發(fā)其專業(yè)課學(xué)習(xí)的熱情，在科研實踐中發(fā)揮和鞏固專業(yè)知識，提高實踐能力。
6.全面考核評價，科學(xué)檢驗技能培養(yǎng)的效果。實踐技能考核是檢驗實踐培訓(xùn)效果的重要手段。相比理論教學(xué)的考核，實踐教學(xué)的考核標準不易把握，操作困難，因此各高校普遍缺乏對實踐教學(xué)的考核，影響了實踐技能培養(yǎng)的效果。集成電路專業(yè)學(xué)生的實踐技能培養(yǎng)貫穿于大學(xué)四年，每個培養(yǎng)環(huán)節(jié)都應(yīng)進行科學(xué)的考核，既要加強實驗教學(xué)的考核，也要加強畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的考核。
對實驗教學(xué)考核可以分為事中考核和事后考核。事中考核是指在實驗教學(xué)進行過程中進行的質(zhì)量監(jiān)控，教師要對學(xué)生在實驗過程中的操作表現(xiàn)、學(xué)術(shù)態(tài)度以及參與程度等進行評價；事后考核是指實驗結(jié)束后要對學(xué)生提交的實驗報告進行評價。這兩部分構(gòu)成實驗課考核成績，并于期末計入課程總成績。這樣做使得學(xué)生對實驗課的重視程度大大提高，能夠有效地提高實驗課效果。此外，還可將學(xué)生結(jié)合教師的科研開展實驗的情況計入實驗考核。
7.借助學(xué)科競賽，培養(yǎng)團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新能力。集成電路專業(yè)的學(xué)科競賽是通過針對基本理論知識以及解決實際問題的能力設(shè)計的、以學(xué)生為參賽主體的比賽。學(xué)科競賽能夠在緊密結(jié)合課堂教學(xué)或新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以競賽的方式培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，引導(dǎo)學(xué)生通過完成競賽任務(wù)來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及研究的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新精神。
在參加競賽的整個過程中，學(xué)生不僅需要對學(xué)習(xí)過的若干門專業(yè)課程進行回顧，靈活運用，還要查閱資料、搜集信息，自主提出設(shè)計思想和解決問題的辦法，既檢驗了學(xué)生的專業(yè)知識，又促使學(xué)生主動地學(xué)習(xí)，最終使學(xué)生的動手能力、自學(xué)能力、科學(xué)思維能力和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力都得到不斷的提高。而教師通過考察學(xué)生在參賽過程中運用所學(xué)知識的能力，認真總結(jié)參賽經(jīng)驗，分析由此暴露出的相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)的問題和不足，能夠相應(yīng)地改進教學(xué)方法與內(nèi)容，有利于提高技能教學(xué)的有效性。
此外，還應(yīng)鼓勵學(xué)生積極申報校內(nèi)的創(chuàng)新實驗室項目和實驗室開放基金項目，通過這些項目的研究可以極大地提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。
參考文獻：
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第2篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；應(yīng)用型人才；課程改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0059-02
一、引言
在過去的20多年來，中國教育實現(xiàn)兩大歷史性跨越。第一是實現(xiàn)了基本普及義務(wù)教育，基本掃除青壯年文盲的目標；第二是中國高等教育開始邁入大眾化階段，高教毛入學(xué)率達到17%。據(jù)《2012年中國大學(xué)生就業(yè)報告》顯示[1]，在2011年畢業(yè)的大學(xué)生中，有近57萬人處于失業(yè)狀態(tài)，10多萬人選擇“啃老”；即使工作一年的人，對工作的滿意率也只有47%。2012年，全國普通高校畢業(yè)生規(guī)模達到680萬人，畢業(yè)人數(shù)再創(chuàng)新高，大學(xué)生將面臨越來越沉重的就業(yè)壓力。面對這樣的困境，國家相關(guān)部分提出了一系列的舉措，其中對本科畢業(yè)生的培養(yǎng)目標逐漸向應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)變[2-4]。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已成為當前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度以及綜合國力的重要標志。本文將在對集成電路設(shè)計專業(yè)特點分析的基礎(chǔ)上，以北京信息科技大學(xué)集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置為例，介紹面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標地集成電路設(shè)計本科課程現(xiàn)階段存在的問題并給出相關(guān)可行的改革方案。
二、集成電路設(shè)計專業(yè)特點
進入本世紀后，我國的集成電路發(fā)展迅速，集成電路設(shè)計需求劇增。為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，國家開始加大推廣集成電路設(shè)計相關(guān)課程的本科教學(xué)工作[5]。經(jīng)過十年多的發(fā)展，集成電路設(shè)計專業(yè)特色也越來越明顯。
首先，集成電路設(shè)計專業(yè)對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識要求高。隨著工藝的不斷進步，集成電路芯片的尺寸不斷下降，芯片功能不斷增強，功耗越來越低，速度越來越快。但隨著器件尺寸的不斷下降，組成芯片的最基本單元――“器件”的高階特性對電路性能的影響越來越大。除了器件基礎(chǔ)，電路設(shè)計人員同時還需要了解后端電路設(shè)計相關(guān)的版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)基礎(chǔ)知識，而這些流程環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很難想象芯片能正常工作[6]。因此，對于一個合格的電路設(shè)計人員，深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識是必不可少的。
其次，集成電路設(shè)計專業(yè)需要學(xué)生對各種電子設(shè)計自動化工具熟悉，實踐能力強。隨著電子設(shè)計自動化工具的不斷發(fā)展，在電路設(shè)計的每一個階段，電路設(shè)計人員可以通過計算機完成電路設(shè)計的部分或全部的相關(guān)內(nèi)容。另一方面，電子設(shè)計自動化工具的相關(guān)比較多，即使是同一家公司的同一種軟件的更新速度相當快，集成電路設(shè)計工具種類繁多，而且沒有統(tǒng)一的標準這對集成電路設(shè)計教學(xué)增加了很大的難度。
再次，集成電路設(shè)計專業(yè)的相關(guān)教學(xué)工作量大。正如前面所介紹，要完成一個電路芯片的設(shè)計，需要電路設(shè)計人員需要了解從器件基礎(chǔ)到電路搭建、電路仿真調(diào)試、版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)知識，同時還要通過實驗熟悉各種電子設(shè)計自動化工具的使用。所有相關(guān)內(nèi)容對集成電路設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容提出了更多的要求，但從現(xiàn)有的情況看，相關(guān)專業(yè)的課時數(shù)目難以改變，所以在有限的課時內(nèi)如何合理分配教學(xué)內(nèi)容是集成電路設(shè)計專業(yè)教師重要的工作。
最后，集成電路設(shè)計專業(yè)對配套的軟、硬件平臺要求高，投入資金成本高。從現(xiàn)有的情況看，國際上有4大集成電路設(shè)計EDA公司，還有很多中、小型EDA公司。每個公司的產(chǎn)品各不相同，即使針對相同的電路芯片，設(shè)計自動化工具也各不相同。在硬件方面，軟件的安裝通常在高性能的服務(wù)器上，因此，硬件方面的成本也很高。軟硬件方面的成本嚴重地阻礙了國內(nèi)很多高等院校的集成電路設(shè)計專業(yè)發(fā)展。
三、集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置及存在的問題
在集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置方面，不同的學(xué)校的課程設(shè)置各不相同。但總的來說可以分為三類：基礎(chǔ)課、專業(yè)課和選修課。在三類課程的設(shè)置方面，每個學(xué)校的定義各不相同，主要是根據(jù)本校集成電路設(shè)計專業(yè)的側(cè)重點不同而有所區(qū)別。從國內(nèi)幾大相關(guān)院校的課程設(shè)置看，基礎(chǔ)課主要包括：《固體物理》、《半導(dǎo)體物理》、《晶體管原理》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》等；專業(yè)課主要包括：《模擬集成電路設(shè)計》、《數(shù)字集成電路設(shè)計》、《信號處理》、《高頻電路》等；選修課主要包括：《集成電路EDA》、《集成電路芯片測試》、《集成電路版圖設(shè)計》、《集成電路封裝》等。
從現(xiàn)有的課程設(shè)置可以看到，針對國家應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，現(xiàn)有的課程設(shè)置還存在很多問題，具體地說：
首先，課程設(shè)置偏于理論課程，實踐內(nèi)容缺乏，不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標要求。從上面的課程設(shè)置情況可以看到，各大高校在課程安排方面都側(cè)重于理論教學(xué)，缺乏實踐內(nèi)容。比如：《模擬集成電路設(shè)計》課程總學(xué)時為48，實驗學(xué)時為8，遠遠低于實際需求，難以在短短8學(xué)時內(nèi)完成模擬集成電路設(shè)計相關(guān)實踐活動。雖然集成電路設(shè)計專業(yè)對于專業(yè)基礎(chǔ)知識要求寬廣，但并不深厚，因此，浪費太多時間在每個設(shè)計流程相關(guān)的理論知識的闡述是不合適的，也不符合我國大學(xué)生的現(xiàn)狀。
其次，實踐活動不能與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要相結(jié)合，實踐內(nèi)容沒有可行性。從目前各大高等院校的課程內(nèi)容方面調(diào)研結(jié)果表明，對于本科教學(xué)情況，90%以上的實踐內(nèi)容都是教師根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)置一些簡單可行的小電路，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容按相關(guān)步驟操作即可完成整個實驗過程。實驗內(nèi)容簡單、重復(fù)，與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要完全不相關(guān)，這對學(xué)生以后的就業(yè)、擇業(yè)意義不大。
最后，沒有突現(xiàn)學(xué)校的專業(yè)特色，不適于當今社會集成電路設(shè)計業(yè)界對本科畢業(yè)生的要求。但在競爭激烈的電子信息產(chǎn)業(yè)界，如果想要畢業(yè)生擇業(yè)或者就業(yè)時有更強的競爭力，各大高校需要有自己的專業(yè)特色，但現(xiàn)在各個高校的現(xiàn)狀仍然是“全面發(fā)展，沒有特色”。這對于地方高校的集成電路設(shè)計專業(yè)畢業(yè)生是一個劣勢。
四、面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的課程改革
針對上面闡述的相關(guān)問題，本文給出了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的集成電路設(shè)計專業(yè)課程改革的幾點方案，具體地說：
首先，削減理論課的課時，加大實驗內(nèi)容比例。理論課時遠遠高于實踐課時是當今大學(xué)生教育的一個重要弊端，這也直接導(dǎo)致了大學(xué)生動手能力差、實踐活動參與度低、分工合作意識薄弱。而在不增加授課學(xué)時的前提下要改變這一現(xiàn)象，唯一的方法就是改變授課內(nèi)容，適當削減理論課的課時，加大實驗內(nèi)容的比例。這樣既能滿足國家對于本科畢業(yè)生應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，也符合創(chuàng)新型本科生的特點。
其次，積極推進“校企聯(lián)合辦學(xué)”，讓學(xué)生更早接觸業(yè)界發(fā)展，指導(dǎo)擇業(yè)、就業(yè)。正如前面介紹，現(xiàn)在各大高等院校的教學(xué)內(nèi)容理論性太強，學(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識與實際應(yīng)用相脫離。這也造成很大一部分本科畢業(yè)生在入職后的第一年難以進入工作狀態(tài)，工作效率差，影響后面學(xué)生的就業(yè)、擇業(yè)。如果能在學(xué)生在校期間，比如大學(xué)三年級或更早，推進“校企聯(lián)合辦學(xué)”，使學(xué)生更早了解到業(yè)界真正工作模式以及業(yè)界關(guān)注的重點，這對于學(xué)生后續(xù)進入工作非常有利，同時也能推進學(xué)?？蒲泄ぷ鳌?/p>
最后，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。這里的教學(xué)資源，除了包括授課筆記、教案、教學(xué)講義外還包括高水平教師。雖然現(xiàn)在高等教育研究相關(guān)機構(gòu)也開設(shè)了一些青年教師課程培訓(xùn)相關(guān)內(nèi)容，但真正取得的成效還相對比較小。另外，針對集成電路設(shè)計專業(yè)來說，跟隨業(yè)界發(fā)展的相關(guān)知識更新較快，配套的軟硬件代價較高，如果能實現(xiàn)高校軟硬件教學(xué)資源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，這將更有利于提高畢業(yè)生的整體水平。
五、結(jié)論
本文詳細分析面對應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的集成電路設(shè)計專業(yè)的特點，并在對國內(nèi)相關(guān)院校集成電路設(shè)計專業(yè)調(diào)研基礎(chǔ)上給出集成電路設(shè)計專業(yè)的基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課課程的內(nèi)容以及教學(xué)方式情況，指出面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標現(xiàn)在課程設(shè)置方面存在的問題。同時，文章給出了在當今大學(xué)生招生人數(shù)劇增情況下，如何合理安排集成電路設(shè)計專業(yè)課程的方案從而實現(xiàn)應(yīng)用型培養(yǎng)目標。
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第3篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；集成電路設(shè)計；平臺建設(shè)；IC產(chǎn)業(yè)
中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0270-03
國家教育部于2007年正式啟動了高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程（簡稱“質(zhì)量工程”），其建設(shè)的重要內(nèi)容之一就是使高校培養(yǎng)的理工科學(xué)生具有較強的實踐動手能力，更好地適應(yīng)社會和市場的需求[1]。為此，我校作為全國獨立學(xué)院理事單位于2007年6月通過了ISO2000：9001質(zhì)量管理體系認證[2]，同時確立了“質(zhì)量立校、人才強校、文化興?！比蠛诵膽?zhàn)略，深入推進內(nèi)涵式發(fā)展，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。對于質(zhì)量工程采取了多方面多角度的措施：加強教學(xué)改革項目工程；鼓勵參加校內(nèi)學(xué)生創(chuàng)新項目立項，（大學(xué)生創(chuàng)新基金項目）；積極參加國家、省級等電子設(shè)計大賽；有針對性地對人才培養(yǎng)方案進行大幅度的調(diào)整，增大課程實驗學(xué)時，實驗學(xué)時占課程的比例從原來的15%提高到25%以上，并且對實驗項目作了改進，提高綜合性和設(shè)計性實驗的比重；同時增加專業(yè)實踐課程，強調(diào)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力；課程和畢業(yè)設(shè)計更注重選題來源，題目比以前具有更強的針對性，面向?qū)I(yè)，面向本地就業(yè)市場。不僅如此，學(xué)院還建立了創(chuàng)業(yè)孵化中心、建立了實驗中心等。通過這些有效的措施，努力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新和應(yīng)用能力。除了學(xué)校對電子信息類專業(yè)整體進行統(tǒng)籌規(guī)劃和建設(shè)外，各個二級學(xué)院都以“質(zhì)量工程”建設(shè)為出發(fā)點和立足點，從專業(yè)工程的角度出發(fā)，努力探索各個專業(yè)新的發(fā)展思路和方向。由于集成電路設(shè)計是高校電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)等相關(guān)專業(yè)的主要方向，因此與之相關(guān)的課程和平臺建設(shè)成為該專業(yè)工程探索的重點。通過對當前國內(nèi)外高校該專業(yè)方向培養(yǎng)方案分析，設(shè)置的課程主要強調(diào)模擬/數(shù)字電路方向，相應(yīng)的課程體系為此服務(wù)，人才培養(yǎng)方案設(shè)置與之相對應(yīng)的理論和實踐教學(xué)體系；同時建立相應(yīng)的實習(xí)、實踐教學(xué)平臺。由此，依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的層次和專業(yè)面向，同時依據(jù)本地的人才需求深度和廣度，對以往的人才培養(yǎng)方案進行革新，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計專業(yè)應(yīng)用型的設(shè)計平臺。另外，從課程體系出發(fā)，強化IC設(shè)計的模擬集成電路后端版圖設(shè)計和驗證，使學(xué)生在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中得到實際的訓(xùn)練。通過這些改革既可有效地幫助學(xué)生迅速融入IC設(shè)計業(yè)，也為進入IC制造行業(yè)提高層次到新高度。
一、軟件設(shè)計平臺在集成電路設(shè)計業(yè)的重要性
自從1998年高等學(xué)校擴大招生以來，高校規(guī)模發(fā)展很快，在校大學(xué)生的人數(shù)比十五年前增長了10倍。高校的基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的投入呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，學(xué)校的辦學(xué)條件不斷改善，同時，各個高校對實驗室的建設(shè)也在持續(xù)增大，然而在實驗室建設(shè)的過程中，盡管投入的資金量在不斷增大，但出現(xiàn)的現(xiàn)象是重視專業(yè)儀器和設(shè)備的投入，忽視專業(yè)設(shè)計軟件的購置，這可能是由于長期以來形成的重有形實體、輕無形設(shè)計軟件，然而這種意識給專業(yè)發(fā)展必將帶來不利影響。對于IC專業(yè)來說，該專業(yè)主要面向集成電路的生產(chǎn)、測試和設(shè)計，其中集成電路設(shè)計業(yè)是最具活力、最有增長效率的一塊，即使是在國際金融危機的2009年，中國的IC設(shè)計業(yè)不僅沒有像半導(dǎo)體行業(yè)那樣同比下降10%，反而逆勢增長9.1%；在2010年，國際金融危機剛剛緩和，中國IC設(shè)計業(yè)的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行業(yè)銷售額為624.37億元，2012年比2012年增長8.98%達到680.45億元，集成電路行業(yè)不僅增長速度快，發(fā)展前景好，而且可以滿足更多的高校學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。為了滿足IC設(shè)計行業(yè)的要求，必須建設(shè)該行業(yè)需求的集成電路軟件設(shè)計平臺。眾所周知集成電路行業(yè)制造成本相對較高，這就要求設(shè)計人員在設(shè)計電路產(chǎn)品時盡量做到一次流片成功，而要實現(xiàn)這種目標需要建設(shè)電路設(shè)計驗證的平臺，即集成電路設(shè)計專業(yè)軟件設(shè)計平臺。通過軟件平臺可以實現(xiàn)：電路原理拓撲圖的構(gòu)建及參數(shù)仿真和優(yōu)化、針對具體集成電路工藝尺寸生產(chǎn)線的版圖設(shè)計和驗證、對版圖設(shè)計的實際性能進行仿真并與電路原理圖仿真對照、提供給制造廠商具體的GDSII版圖文件。軟件平臺實際上已經(jīng)達到驗證的目的，因此，對于集成電路設(shè)計專業(yè)的學(xué)生或工作人員來說，軟件設(shè)計平臺的建設(shè)特別重要，如果沒有軟件設(shè)計平臺也就無法培養(yǎng)出真正的IC設(shè)計人才。因此，在培養(yǎng)具有專業(yè)特色的應(yīng)用型人才的號召下，學(xué)院不斷加大實驗室建設(shè)[3]，從電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)角度出發(fā)，建設(shè)IC軟件設(shè)計平臺，為本地區(qū)域發(fā)展和行業(yè)發(fā)展服務(wù)。
二、建設(shè)面向中山本地市場IC應(yīng)用平臺
近年來，學(xué)校從自身建設(shè)的實際情況出發(fā)，減少因?qū)嶒灲?jīng)費緊張帶來的困境，積極推動學(xué)院集成電路設(shè)計專業(yè)方向的人才培養(yǎng)。教學(xué)單位根據(jù)集成電路設(shè)計的模塊特點確定合適的軟件設(shè)計平臺，原理拓撲圖的前端電路仿真采用PSPICE軟件工具，熟悉電路仿真優(yōu)化過程；后端采用L-EDIT版圖軟件工具，應(yīng)用實際生產(chǎn)廠家的雙極或CMOS工藝線來設(shè)計電路的版圖，并進行版圖驗證。這種處理方法雖然暫時性解決前端和后端電路及版圖仿真的問題，但與真正的系統(tǒng)設(shè)計集成電路相對出入較大，不利于形成IC的系統(tǒng)設(shè)計能力。2010年12月國家集成電路設(shè)計深圳產(chǎn)業(yè)化基地中山園區(qū)成立，該園區(qū)對集成電路設(shè)計人才的要求變得非常迫切，客觀上推進了學(xué)院對IC產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)力度，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的專業(yè)應(yīng)用型設(shè)計平臺變得刻不容緩[4]，同時，新的人才培養(yǎng)方案也應(yīng)聲出臺，促進了具有一定深度的教學(xué)改革。
1.軟件平臺建設(shè)。從目前集成電路設(shè)計軟件使用的廣泛性和系統(tǒng)性來看，建設(shè)面向市場的應(yīng)用平臺，應(yīng)該是學(xué)校所使用的與實際設(shè)計公司或其他單位的軟件一致，使得所培養(yǎng)的IC設(shè)計人才能與將來的就業(yè)工作實現(xiàn)無縫對接，從而提高市場對所培養(yǎng)的集成電路設(shè)計人才的認可度，同時也可大大提高學(xué)生對專業(yè)設(shè)計的能力和信心[5]。遵循這個原則，選擇Cadence軟件作為建設(shè)平臺設(shè)計軟件，這不僅因為該公司是全球最大的電子設(shè)計技術(shù)、程序方案服務(wù)和設(shè)計服務(wù)供應(yīng)商，EDA軟件產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計的整個流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設(shè)計，全定制集成電路設(shè)計，IC物理驗證，PCB設(shè)計和硬件仿真建模，而且通過大學(xué)計劃合作，可以大幅度的降低購置軟件所需資金，從而從根本上解決學(xué)校實驗室建設(shè)軟件費用昂貴的問題。另外，從中山乃至珠三角其他城市的IC行業(yè)中，各個單位都普遍采用該系統(tǒng)設(shè)計軟件，而且選用該軟件更有利于剛剛起步的中山集成電路設(shè)計，也更加有利于該產(chǎn)業(yè)的標準化和專業(yè)化，乃至進一步的發(fā)展和壯大。
2.針對中山IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計。定位于面向本地產(chǎn)業(yè)的IC應(yīng)用型人才，就必須以中山IC產(chǎn)業(yè)為培養(yǎng)特色人才的出發(fā)點。中山目前有一批集成電路代工生產(chǎn)和設(shè)計的公司，主要有中山市奧泰普微電子有限公司、芯成微電子公司、深電微電子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能進行IC設(shè)計、工藝制造和測試封裝，主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件和IC、應(yīng)用于家電等消費電子、節(jié)能照明等。日前奧泰普公司的0.35微米先進工藝生產(chǎn)線預(yù)計快速投產(chǎn)，該單位的發(fā)展對本地IC人才需求有極大的推動力，推動學(xué)生學(xué)習(xí)微電子專業(yè)的積極性，而這些也有力地支持本地IC企業(yè)的長遠發(fā)展。因此，建立面向本地集成電路產(chǎn)業(yè)的軟件設(shè)計平臺，有利于專業(yè)人才的培養(yǎng)、準確定位，并形成了本地優(yōu)勢和特色。
3.教學(xué)實踐改革。為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，形成專業(yè)特色，必須對人才培養(yǎng)方案進行修改。在人才培養(yǎng)方案中通過增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例，實驗項目中除了原有驗證性的實驗外、還增加了綜合性或設(shè)計性的實驗，這種變化將有助于學(xué)生從被動實驗學(xué)習(xí)到主動實驗的綜合和設(shè)計，提高學(xué)生對知識的靈活運用和動手能力，從而為培養(yǎng)應(yīng)用型的人才打下良好的基礎(chǔ)。除此之外，與集成電路代工企業(yè)及芯片應(yīng)用公司建立合作關(guān)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間到這些單位進行在崗實習(xí)和培訓(xùn)，可以將所學(xué)的專業(yè)理論知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)當中去，形成無縫對接；而從單位招聘人才角度上來說，可以節(jié)約人力資源培訓(xùn)成本，招到單位真正需要的崗位人才。因此，合作雙方在找到相互需求的基礎(chǔ)上，形成有效的合作機制。①課程改革。針對獨立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的特點，除了培養(yǎng)方案上增加多元化教育課程之外，主要是強調(diào)實踐教學(xué)的改革，增加綜合實驗課程，如：《現(xiàn)代電子技術(shù)綜合設(shè)計》計32學(xué)時、《微電子學(xué)綜合實驗》計40學(xué)時、《EDA綜合實驗》為32學(xué)時、《集成電路設(shè)計實驗》為40學(xué)時，其相應(yīng)的課程學(xué)時數(shù)從以驗證性實驗為主的16個學(xué)時，增加到現(xiàn)在32學(xué)時以上的帶有綜合性或設(shè)計性實驗的綜合實踐課程。這種變化不僅是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時加大，而且是實驗項目的改進，也是實踐綜合能力的增強，有利于學(xué)生形成專業(yè)應(yīng)用能力。②與單位聯(lián)合的IC設(shè)計基地。IC設(shè)計基地主要立足于兩個方面：一是立足于本地IC企業(yè)或設(shè)計公司；二是立足于IC代工和集成電路設(shè)計應(yīng)用。前者主要利用本地資源就近的優(yōu)勢，學(xué)生參觀、實習(xí)都比較方便，同時也有利于學(xué)校與用人單位之間的良好溝通，提高雙方的認可度和贊同感。如：中山市奧泰普微電子有限公司、木林森股份有限公司等。后者從生產(chǎn)角度和設(shè)計應(yīng)用出發(fā)，帶領(lǐng)學(xué)生到IC代工企業(yè)參觀，初步了解集成電路的生產(chǎn)過程，企業(yè)的架構(gòu)、規(guī)劃和發(fā)展遠景。也可根據(jù)公司的人才需要，選派部分學(xué)生到公司在崗實習(xí)[6]。如：深圳方正微電子有限公司、廣州南科集成電子有限公司等。通過這些方式不僅可以增強學(xué)生對專業(yè)知識的應(yīng)用能力，而且有利于學(xué)生對IC單位的深入了解，為本校專業(yè)應(yīng)用型人才找到一種行之有效的就業(yè)之路。
三、集成電路設(shè)計平臺的實效性
從2002年創(chuàng)辦電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以來，學(xué)校特別重視集成電路相關(guān)的實驗室建設(shè)。從初期的晶體管器件和集成塊性能測量，硅片的少子壽命、C-V特性、方阻等測量，發(fā)展到探針臺的芯片級的性能測試，在此期間為了滿足更多的學(xué)生實驗、興趣小組和畢業(yè)設(shè)計的要求，微電子實驗室的已經(jīng)過三次擴張和升級，其建設(shè)規(guī)模和實驗水平得到了大幅度的提升。另外，為培養(yǎng)本科學(xué)生集成電路的設(shè)計能力，提高應(yīng)用性能力，學(xué)校還建立了集成電路CAD實驗室，以電路原理圖仿真設(shè)計為重點，著重應(yīng)用L-Edit版圖軟件工具，進行基本的集成電路版圖設(shè)計及驗證，對提升學(xué)生集成電路設(shè)計應(yīng)用能力取得了一定的效果。目前，為了大力提高本科教學(xué)質(zhì)量，提升辦學(xué)水平，重點對實踐課程和IC軟件設(shè)計平臺進行了改革。學(xué)校開設(shè)了專門實踐訓(xùn)練課程，如：集成電路設(shè)計實驗。從以前的16學(xué)時課內(nèi)驗證設(shè)計實驗提升為32學(xué)時獨立的集成電路設(shè)計實驗實踐課程，內(nèi)容從以驗證為主的實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽O(shè)計和綜合為主的實驗，整體應(yīng)用設(shè)計水平進行了大幅度的提升，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和動手能力。不僅如此，對集成電路的設(shè)計軟件也進行了升級，從最初的用Pspice和Hspice軟件進行電路圖仿真，L-Edit軟件工具的后端版圖設(shè)計，升級為應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)軟件平臺設(shè)計工具Cadence進行前后端的設(shè)計仿真驗證等，并采用開放實驗室模式，使得學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力得到一定程度的提升，提高了系統(tǒng)認識和項目設(shè)計能力。通過IC系統(tǒng)設(shè)計軟件平臺的建設(shè)和實踐教學(xué)課程改革，使得學(xué)生對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)和內(nèi)容了解更加全面，對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的深度和廣度也得到進一步提高，從而增強了專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，提高了自信心。此外，其他專業(yè)的學(xué)生也開始轉(zhuǎn)到本專業(yè)，從事集成電路設(shè)計學(xué)習(xí)，并對集成電路流片產(chǎn)生濃厚的興趣。除此之外，學(xué)生利用自己在外實踐實習(xí)的機會給學(xué)校引進研究性的開發(fā)項目，這些都為本專業(yè)的發(fā)展形成很好的良性循環(huán)。在IC設(shè)計平臺的影響下，本專業(yè)繼續(xù)報考碩士研究生的學(xué)生特別多，約占學(xué)生比例的45%左右。經(jīng)過這幾年的努力，2003、2004、2005、2006級都有學(xué)生在碩士畢業(yè)后分別被保送或考上電子科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、香港城市大學(xué)的博士。從這些學(xué)生的反饋意見了解到，他們對學(xué)校在IC設(shè)計平臺建設(shè)評價很高，對他們進一步深造起到了很好的幫助作用。不僅如此，已經(jīng)畢業(yè)在本行業(yè)工作的學(xué)生也對IC設(shè)計平臺有很好的評價：通過該軟件設(shè)計平臺不僅熟悉了集成電路設(shè)計的工藝庫、集成電路工藝流程和相應(yīng)的工藝參數(shù)，而且也熟悉版圖的設(shè)計，這對于從事IC代工工作起到很好的幫助作用?，F(xiàn)在已經(jīng)有多屆畢業(yè)的學(xué)生在深圳方正微電子公司、中山奧泰普微電子有限公司工作。另外，還有許多學(xué)生從事集成電路應(yīng)用設(shè)計工作，主要分布于中山LED照明產(chǎn)業(yè)等。
通過IC軟件設(shè)計平臺建設(shè)，配合以實踐教學(xué)改革，使得學(xué)生所學(xué)理論知識和實際能力直接與市場實現(xiàn)無縫對接，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐動手能力，增強了學(xué)生的自信心。另外，利用與企業(yè)合作的生產(chǎn)實習(xí)，可以使得學(xué)生得到更好的工作鍛煉，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。實踐證明，建設(shè)面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計實踐教學(xué)平臺，尋求高校與公司更緊密的新的合作模式，符合我校人才培養(yǎng)發(fā)展模式方向，對IC設(shè)計專業(yè)教學(xué)改革，培養(yǎng)滿足本地區(qū)乃至整個社會的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，具有特別重要的作用。
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第4篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：CDIO；集成電路設(shè)計；人才培養(yǎng)模式
中圖分類號：640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）03-0062-02
隨著經(jīng)濟全球化的飛速發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)急需高技能人才，企業(yè)的用人標準逐漸提高，畢業(yè)生的就業(yè)形勢越來越嚴峻。同時，又有相當一部分畢業(yè)生動手能力差，分析問題、解決問題的能力弱，難以滿足社會要求。為了緩解企業(yè)人才的需求和大學(xué)人才培養(yǎng)模式之間的沖突，國內(nèi)外各高校都開始積極調(diào)整現(xiàn)有的教學(xué)模式，提出工程創(chuàng)新教育與課程教學(xué)模式相結(jié)合的全新理念，即CDIO（構(gòu)思，設(shè)計，實施，運行）理念。它是“做中學(xué)”和“以項目作為核心的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)，以產(chǎn)品的生命周期為載體，讓學(xué)生將理論知識和實踐有機結(jié)合起來。在CDIO理念的指引下，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，通過對項目整個過程的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行作為載體的操作來提高學(xué)生的工程實踐能力，這些能力包括個人的學(xué)術(shù)知識，個人的終身學(xué)習(xí)能力，團隊的溝通能力和系統(tǒng)的控制能力等[1]。
作為一門新興專業(yè)，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)具有門檻高、內(nèi)容新、發(fā)展快、屬于交叉學(xué)科、與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密、實踐性強等一系列突出特點。它還沒有像其他專業(yè)一樣形成完成的知識體系，也沒有制定出專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范，導(dǎo)致我國各高校培養(yǎng)出來的集成電路專業(yè)人才無法適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的需要，造成高技能人才的緊缺[2]。因此，研究基于CDIO理念的集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，切實做好集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的工程教育，改革高校的工程教育模式，培養(yǎng)出能適應(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展需要的專業(yè)人才是十分必要的。
一、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的局限性
作為具有很強的工程性和實踐性的專業(yè)，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標應(yīng)定位于具有較高的工程素質(zhì)、很強的實踐和科研創(chuàng)新技能的高級人才。但由于我國集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)模式存在局限性，導(dǎo)致企業(yè)需求與人才能力相脫節(jié)，具體局限性表現(xiàn)如下。
1.教學(xué)嚴重學(xué)術(shù)化，過分重視學(xué)生的理論教育，而輕視實踐教育。在教育教學(xué)過程中，忽視了學(xué)生的自學(xué)能力和實際的動手能力，使得教學(xué)與實際相脫離。
2.專業(yè)課程之間存在知識的冗余，課程內(nèi)容之間的相關(guān)性、相承性、互補性得不到有機整合，使得學(xué)生對項目的思路混亂，阻礙了學(xué)生構(gòu)思能力的提升。
3.實驗與實踐環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，導(dǎo)致實驗內(nèi)容陳舊，實驗方法單一，實驗?zāi)Ｊ竭^于呆板。而實驗內(nèi)容大多為針對理論教材的驗證性實驗，呆板的實驗?zāi)Ｊ胶蛯嶒瀮?nèi)容很難使學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，不能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力。實踐環(huán)節(jié)沒有明確的培養(yǎng)目的，缺乏整體規(guī)劃，實踐環(huán)節(jié)是學(xué)生工程實踐能力提高的重要環(huán)節(jié)。因此，實驗與實踐環(huán)節(jié)應(yīng)與教學(xué)大綱相輔相成。
4.專業(yè)教師缺乏企業(yè)管理經(jīng)驗和工程訓(xùn)練能力。大多數(shù)教師雖然學(xué)位和學(xué)歷很高，但一直從事教育教學(xué)工作，缺少實際工程背景和實踐經(jīng)驗，帶領(lǐng)并指導(dǎo)學(xué)生做實際工程項目時，學(xué)生遇到的實際問題得不到很好的解決。
二、基于CDIO理念集成專業(yè)的人才培養(yǎng)目標
集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和國際競爭力，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高級人才。通過基礎(chǔ)與專業(yè)、理論與實踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)既具有良好的文化修養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)，又具有堅實的理論基礎(chǔ)，同時具有豐富的集成電路開發(fā)、設(shè)計和工程管理能力的應(yīng)用型高級人才[3]。通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，使得集成專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后掌握得以下幾方面的知識與能力。
1.具有深厚的理論修養(yǎng)、扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識、開闊的視野和高尚的職業(yè)素養(yǎng)。
2.具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和較強的外語應(yīng)用能力，對全世界科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展動態(tài)有敏銳的觀察力。
3.具有工程推理與判斷、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的技能，能夠進行科學(xué)研究和開發(fā)應(yīng)用實際的項目。
4.具有良好的溝通、組織協(xié)調(diào)、團隊合作的能力。
5.能夠掌握集成電路的基本設(shè)計原理，熟悉制造工藝，能從事或參與集成領(lǐng)域產(chǎn)品的研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、測試、應(yīng)用、銷售和管理工作。
三、CDIO理念下集成專業(yè)的人才培養(yǎng)模式的具體實施
（一）制定基于CDIO理念的專業(yè)教學(xué)大綱和實驗大綱
將CDIO理念融入到專業(yè)教學(xué)大綱和實驗大綱中，結(jié)合具體實際的項目制定集成專業(yè)課程大綱。大綱應(yīng)體現(xiàn)以下四個方面的內(nèi)容：基本技術(shù)和理論知識、個人的專職技能、人際交往能力和在現(xiàn)實社會環(huán)境中的CDIO能力。因此，制定專業(yè)教學(xué)大綱時，首先考慮在低年級引入導(dǎo)論課程，使學(xué)生對專業(yè)前景、發(fā)展方向有清晰的認識和了解。其次，要充分考慮課程導(dǎo)論與其他相關(guān)課程之間的內(nèi)在關(guān)系?？紤]課程的教學(xué)對象與教學(xué)目標、課程的內(nèi)容、學(xué)時具體分配及主要的教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)的要求、課程與教師考核等問題。大綱制定過程中，自始至終都要充分體現(xiàn)CDIO理念、本專業(yè)的教學(xué)課程同企業(yè)項目之間的緊密關(guān)系。在制定實驗大綱時要結(jié)合教學(xué)大綱，明確實驗?zāi)康?，將每門課程的實驗按照基礎(chǔ)類型、設(shè)計類型、創(chuàng)新類型和綜合類型的比例合理劃分，充分考慮實驗學(xué)時、實驗內(nèi)容、使用的工具及具體方法等問題，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力。
（二）制定基于CDIO理念的模塊化課程體系
按照CDIO理念的教學(xué)大綱對學(xué)生能力的要求，結(jié)合集成專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位，建立了以“基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、實踐課程、核心特色課程”相結(jié)合的模塊化課程體系[4]。其中，基礎(chǔ)課程主要由公共基礎(chǔ)課程、素質(zhì)課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程三部分組成，通過基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和文化修養(yǎng)的同時，又具有堅實的理論基礎(chǔ)。專業(yè)課程主要包括專業(yè)平臺課程、專業(yè)方向課程，由教師課堂傳授專業(yè)知識。實踐課程主要包括課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)與工程素養(yǎng)，具有較強的自學(xué)能力和分析解決問題的能力。核心特色課程主要包括專業(yè)選修課程，聘請國內(nèi)外集成專業(yè)資深教授、企業(yè)高級人才以實際項目作為案例進行授課。
（三）舉辦基于CDIO理念的電子設(shè)計競賽
電子設(shè)計競賽是在教師啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生通過競賽來提高自己的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實踐能力。圍繞指定的競賽題目，或?qū)W生以小組形式自主選擇的題目，讓學(xué)生進行構(gòu)思，設(shè)計，實現(xiàn)和運作，將所選題目進行產(chǎn)品化。通過構(gòu)思，分析客戶的需求，預(yù)估產(chǎn)品的功能，設(shè)計技術(shù)方案，制定技術(shù)程序，并對小組成員進行分工，細化每個成員的任務(wù)。設(shè)計的任務(wù)主要包括產(chǎn)品的規(guī)劃、原理設(shè)計、技術(shù)方案等。以構(gòu)思和設(shè)計為基礎(chǔ)，將最終的設(shè)計方案轉(zhuǎn)變成實際產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行測試的過程即為產(chǎn)品的實施過程。對產(chǎn)品的運作主要包括對產(chǎn)品的前期程序調(diào)試，對系統(tǒng)功能進行改進。通過電子設(shè)計競賽，將CDIO理念的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作融為一個有機的整體，提高學(xué)生的工程實踐能力，充分培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決實踐問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作能力和大系統(tǒng)掌控能力。
（四）基于CDIO理念的教學(xué)方法改革
改變傳統(tǒng)的教學(xué)手段和教學(xué)方法，在教育方法上力求做到教師講授與學(xué)生實踐相結(jié)合，個人學(xué)習(xí)與團隊合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，讓學(xué)生“主動學(xué)習(xí)”。將案例教學(xué)引入到課堂中，采用 “探究式”的授課方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，并分組進行討論，確定解決問題的方法，給學(xué)生創(chuàng)造實驗環(huán)境去驗證方法的可行性[5]。聘請校外專家、學(xué)者或企業(yè)工程管理人才為學(xué)生做專題講座，進行輔導(dǎo)與授課，并定期派學(xué)生到企業(yè)去學(xué)習(xí)與實踐鍛煉。
（五）加強教師隊伍建設(shè)，提高教師的CDIO能力
為教師提供去國外或者企業(yè)學(xué)習(xí)與交流的機會，讓教師親自參與到項目實訓(xùn)中，通過與企業(yè)項目工程師學(xué)習(xí)與合作提高教師自身的工程實踐能力。聘請集成領(lǐng)域的國內(nèi)外專家、學(xué)者、企業(yè)的項目經(jīng)理、工程管理人員、工程設(shè)計人員，與本專業(yè)教師共同組建一支“多樣性、復(fù)合型、高精端、產(chǎn)學(xué)研”的師資隊伍，一起承擔集成專業(yè)的人才培養(yǎng)任務(wù)。
針對我國目前集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)工程人才緊缺的現(xiàn)狀，本文提出了CDIO理念下的人才培養(yǎng)模式，強調(diào)高校學(xué)生的專業(yè)知識技能和實踐創(chuàng)新的工程能力，有效地解決了企業(yè)和人才能力相脫節(jié)的問題，從而為社會和企業(yè)培養(yǎng)更多合格的“專業(yè)型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型”的工程人才，更好地推進高等工程教育的改革，使我們的創(chuàng)新實踐教育更上一個臺階。
參考文獻：
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第5篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：微電子實驗室；集成電路設(shè)計；微電子工藝；實驗教學(xué)；
作者簡介：李建軍(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要從事超大規(guī)模集成電路教學(xué)與科研工作
當前，全球微電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，22nm節(jié)點技術(shù)已量產(chǎn)，以微電子集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)已成為全球第一大產(chǎn)業(yè)，而我國的微電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)同國外比還有較大的差距，集成電路設(shè)計和微電子工藝方面的人才比較匱乏。當前和今后一段時期是我國微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期和攻堅期，2014年6月我國了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》以加快推進我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并明確指出“重點支持集成電路制造領(lǐng)域”[1]。因此，為適應(yīng)該領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的人才需求，亟須加強對微電子和集成電路相關(guān)專業(yè)本科生的工藝實驗與工程實踐能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)其創(chuàng)新和實踐能力。
高校實驗室是培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力重要基地，也是開展教學(xué)、科研、生產(chǎn)實踐三結(jié)合的重要場所[2-3]，特別是對于實踐性強的微電子學(xué)科，實驗室在教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。因此，建設(shè)專業(yè)的實驗室并開展實踐與創(chuàng)新相結(jié)合的實驗教學(xué)，才能更多、更有效地培養(yǎng)滿足社會急需的微電子技術(shù)人才[4]。
1微電子實驗室建設(shè)指導(dǎo)思想
微電子實驗室建設(shè)及人才的培養(yǎng)是以國家對微電子技術(shù)人才的需求為目的，以滿足社會經(jīng)濟快速發(fā)展的需要。近10多年來是我國微電子和集成電路產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展時期，2000年和2011年國家先后出臺了《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》、《進一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，到2014年了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》。在政策導(dǎo)向下，高校微電子專業(yè)實驗的建設(shè)成就也十分顯著。但是，我國的微電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)同國外比還有較大的差距，這其中縮小差距重要的一點是縮小微電子實驗室技術(shù)的差距。因此，對于高校微電子專業(yè)實驗室的建設(shè)發(fā)展還需進一步的改革創(chuàng)新[5-7]。
微電子實驗室建設(shè)應(yīng)以《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》為導(dǎo)則，明確國家教育改革戰(zhàn)略目標和戰(zhàn)略主題是優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富社會實踐，強化能力培養(yǎng)，要著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力[8]。
在實驗室建設(shè)的措施實施上，一是貫徹實施《高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程》，進一步推動高校實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)改革，促進優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，提升高等學(xué)校辦學(xué)水平，加強學(xué)生動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全面提高教育質(zhì)量；二是貫徹實施《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃》，面向微電子產(chǎn)業(yè)，按通用標準和行業(yè)標準強化培養(yǎng)學(xué)生的工程和創(chuàng)新能力[9-10]。
2微電子實驗室建設(shè)
為適應(yīng)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和我國電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及社會對微電子專業(yè)人才的大量需求，從2002年起我校就對微電子實驗室進行了改造，并持續(xù)進行了升級換代建設(shè)，截止到目前共計投入了800余萬元的建設(shè)經(jīng)費。我校的微電子實驗室建設(shè)主要包括2方面的內(nèi)容，一是微電子設(shè)計實驗室建設(shè)，二是微電子工藝實驗室建設(shè)。目前，微電子實驗室可滿足每年500人的實驗教學(xué)規(guī)模以及高水平實驗項目的開設(shè)。學(xué)生在此完成集成電路芯片設(shè)計、制造的整個過程，并對制造的芯片進行測試和分析。
2.1微電子設(shè)計實驗室建設(shè)
微電子設(shè)計實驗室主要開展超大規(guī)模集成電路設(shè)計以及微電子器件仿真和工藝模擬的實驗教學(xué)。教學(xué)目的是使學(xué)生掌握超大規(guī)模集成電路設(shè)計的基本原理和方法，初步掌握用于集成電路設(shè)計的電子設(shè)計自動化EDA(electronicdesignautomation)軟件工具的使用，以及掌握用于半導(dǎo)體工藝流程模擬和微電子器件仿真的工藝計算機輔助設(shè)計TCAD(technologycomputeraideddesign)軟件工具的使用。我校共計投資300余萬元用于微電子設(shè)計教學(xué)實驗室建設(shè)，建立了配備40臺SUNBlade工作站、面積100m2的專用教室，并專門建立了EDA、TCAD軟件校內(nèi)共享第二層交換網(wǎng)絡(luò)，多個實驗室可以同時使用授權(quán)EDA、TCAD軟件。
微電子設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)包括以下內(nèi)容：
一是開設(shè)VHDL(高速硬件描述語言)程序?qū)嶒?，要求學(xué)生編寫邏輯電路的VHDL代碼，對程序代碼進行仿真綜合。目的使學(xué)生掌握運用VHDL語言進行邏輯電路設(shè)計的技能。
二是開設(shè)FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)實驗，要求學(xué)生將綜合后的網(wǎng)表文件下載到FPGA器件中，對設(shè)計的電路進行硬件驗證。目的是使學(xué)生掌握電子設(shè)計的FPGA物理實現(xiàn)方法，以及應(yīng)用示波器等調(diào)試儀器對電路進行診斷排錯的技巧。
三是開設(shè)ASICAPR(專用集成電路自動布局布線)版圖設(shè)計實驗，要求學(xué)生將通過硬件驗證過的電路設(shè)計，借助半定制的ASIC設(shè)計EDA工具，結(jié)合代工廠提供的標準單元庫，進行自動布局布線，得到所設(shè)計電路的物理版圖。目的是使學(xué)生掌握電子設(shè)計的AISC實現(xiàn)方法。
四是開設(shè)工藝模擬和器件仿真實驗，要求學(xué)生通過TCAD軟件的學(xué)習(xí)熟悉集成電路制造工藝流程，并指定產(chǎn)生的器件結(jié)構(gòu)，在滿足制造設(shè)備的能力和精度下(即給定工藝參數(shù)范圍內(nèi))，讓學(xué)生設(shè)計實驗并加以仿真實現(xiàn)。
2.2微電子工藝實驗室建設(shè)
微電子技術(shù)的發(fā)展是以集成電路制造技術(shù)工藝節(jié)點為標志，遵循摩爾定律，變化日新月異。雖然理想的工程教育要求教學(xué)最新最前沿的技術(shù)，但是不斷升級換代，昂貴的實驗設(shè)備費用是任何高校都負擔不起的。況且，每一代集成電路制造技術(shù)的工藝流程都具有類似性，因此，單純追求工藝先進性的實驗教學(xué)是沒有必要的。所以，結(jié)合實際教學(xué)資源情況，建設(shè)主流、典型工藝技術(shù)的工藝實驗線，并開展理論聯(lián)系實踐的實驗教學(xué)是微電子工藝實驗室建設(shè)的重點。
我校先后投入500余萬元建設(shè)微電子工藝教學(xué)實驗室，建立了面積300m2的凈化室，具有主流CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝和具有代表性的雙極工藝完整流程，最小工藝線寬為1μm。并且，由于工藝設(shè)備條件的限制，因地制宜地開發(fā)了鋁柵CMOS工藝。這2類工藝實驗課程的學(xué)時數(shù)都為40學(xué)時，學(xué)生根據(jù)專業(yè)方向選擇具體工藝類型。
微電子工藝實驗課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的工藝設(shè)計和分析能力，并通過實踐掌握集成電路制造工藝流程。
首先，通過TCAD軟件的學(xué)習(xí)熟悉集成電路制造工藝流程，按指定器件結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗并加以仿真實現(xiàn)。并且，TCAD軟件是基于物理的器件仿真，不僅能夠得到最終的電學(xué)特性，還可以了解器件工作時內(nèi)部物理機制，能夠直觀分析器件內(nèi)部能帶、電場、電流以及載流子等的分布和變化，有助于學(xué)生分析工藝參數(shù)的變化對器件物理特性影響，從而最終導(dǎo)致電學(xué)參數(shù)的改變，從而有利于學(xué)生深入理解工藝原理與器件機理的聯(lián)系。
然后，根據(jù)設(shè)計的器件尺寸參數(shù)，采用L-edit圖形編輯器進行器件版圖設(shè)計，并且選用已設(shè)計的器件單元來設(shè)計簡單的集成電路，如倒向器、或非門、與非門等電路。最后是進行工藝實驗實踐環(huán)節(jié)，采用設(shè)計的版圖制作掩膜版。微電子工藝實驗課程的工程化能力要求也主要體現(xiàn)在這一環(huán)節(jié)，一方面是工程化的理念，另一方面就是相應(yīng)的實踐能力。在這一過程既要培養(yǎng)實際操作能力，更要培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，分析工藝過程中的原因以及造成芯片測試參數(shù)與設(shè)計參數(shù)差別的原因。
2.3實驗教學(xué)資源建設(shè)
2.3.1實驗教材編寫
微電子設(shè)計實驗開設(shè)的難點之一是實驗步驟繁多，學(xué)生操作起來較為困難。其原因是國內(nèi)外缺乏針對本科學(xué)生的實驗指導(dǎo)書，而EDA工具廠商提供的操作指南過于繁瑣，本科學(xué)生難以掌握。為配合上述實驗的開展，課程組組織相關(guān)有實際ASIC設(shè)計經(jīng)驗的教師編寫了《VLSI自動布局布線(APR)設(shè)計實驗指導(dǎo)書》實驗教材，從操作原理、操作步驟、數(shù)據(jù)管理、報告撰寫等方面對學(xué)生進行指導(dǎo)，力求做到學(xué)生通過閱讀實驗教材就能按圖索驥，自行完成實驗流程。因此在教材的編寫上，不厭其詳，采用了大量的EDA工具實際操作的截面圖，力爭反映出每一個操作細節(jié)。
對于微電子工藝實驗，由于實驗內(nèi)容根據(jù)學(xué)校實驗工藝線實際條件開設(shè)，實驗內(nèi)容一是要具有代表性，二是要根據(jù)實際情況建立工藝流程。因此，也沒有現(xiàn)成的教材或?qū)嶒炛笇?dǎo)書可供選擇。課程組組織具有豐富工藝實踐經(jīng)驗的教師，根據(jù)實驗室設(shè)備條件編寫了對應(yīng)的、適用的《微電子器件設(shè)計與制造綜合性實驗指導(dǎo)書》實驗教材。
2.3.2多媒體資料制作
教學(xué)信息載體的多樣化，包括文字、圖片、音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)等載體，這是現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。實驗教學(xué)多媒體資料可以充分調(diào)動教學(xué)要素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，融教與學(xué)為一體[11-12]。
為了讓學(xué)生對集成電路設(shè)計和微電子制造工藝有直觀的認識。課程組結(jié)合實際的實驗實踐教學(xué)過程，制作了全程相關(guān)單項工藝原理、流程及設(shè)備操作視頻演示多媒體資料。多媒體資料將動畫、聲音、圖形、圖像、文字、視頻等進行合理的處理，做到圖文聲像并茂。由于微電子實驗課程是與實際聯(lián)系很緊密的課程，形象化教學(xué)素材十分豐富，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對提高教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量非常有益。同時制作器件、集成電路電路的設(shè)計、仿真視頻演示多媒體資料，讓學(xué)生能快速熟悉設(shè)計軟件并理解設(shè)計方法。在熟悉微電子器件基本理論和集成電路制造工藝的基礎(chǔ)上，掌握器件和集成電路的設(shè)計方法，最后通過實驗操作制作芯片并測試。
3微電子實驗室建設(shè)成效
充分發(fā)揮了以學(xué)生為主的教學(xué)形式，完成從設(shè)計到實驗制作再到測試驗證整個過程。每個學(xué)生都設(shè)計了各自結(jié)構(gòu)的器件，因此在器件制作過程中，每個學(xué)生就會切實關(guān)注每步工藝對器件性能的影響，在實際工藝過程中的操作鍛煉了動手能力，在實踐過程中了解哪些工藝因素可能對器件造成影響。微電子實驗教學(xué)將理論與實踐結(jié)合、創(chuàng)新與實踐結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
微電子實驗采用理論聯(lián)系實際的方式在國內(nèi)首次實現(xiàn)了“微電子工藝原理”課程的完整實驗教學(xué)，并因此而獲得2004年四川省教學(xué)成果二等獎。此外，我?！半娮涌茖W(xué)與技術(shù)”在2012年全國學(xué)科評估中排名全國第一，其中微電子實驗教學(xué)是本學(xué)科本科教學(xué)的重要組成部分。
我校微電子實驗室除了滿足每年本校500人的實驗教學(xué)外，還向其他高?；蚨墝W(xué)院開設(shè)微電子實驗課程，如西南交通大學(xué)和電子科技大學(xué)成都學(xué)院，起到了教學(xué)資源共享，以及輻射帶動作用。
第6篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：USB 遙控接收機 數(shù)字化
中圖分類號： TN927.22 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00
USB測控應(yīng)答機主要應(yīng)用于民用衛(wèi)星，是完成衛(wèi)星與地面雷達站之間遙控、遙測、測距、測速等功能的關(guān)鍵單機。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星對星載單機小型化、通用化的要求日益迫切。本文實現(xiàn)了一種數(shù)字化USB遙控接收機，采用混合集成射頻前端和數(shù)字基帶電路設(shè)計，滿足了高動態(tài)、小型化、通用化的要求。
1 USB遙控接收機的實現(xiàn)原理
USB遙控信號的調(diào)制方式是PCM-PSK-PM，是一種符合國際航天測控標準的復(fù)合調(diào)制信號，一般遙控接收機需要對信號進行二次解調(diào)以得到遙控數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的模擬USB遙控接收機僅具備中頻解調(diào)的能力，為了實現(xiàn)基帶解調(diào)功能還需要在系統(tǒng)中使用專門的單機或模塊。而本文設(shè)計的遙控接收機增加了數(shù)字基帶解調(diào)功能，大大簡化了系統(tǒng)構(gòu)成。
本文設(shè)計的USB遙控接收機的原理框圖見圖1，主要由接收射頻前端和信號同步與解調(diào)兩部分構(gòu)成。接收射頻前端采用二次下變頻方案，接收鏈路由預(yù)選器、LNA、混頻器、中頻濾波器和中頻放大器組成，還包括兩個本振頻率合成單元。信號同步與解調(diào)部分由中頻載波捕獲跟蹤單元、中頻解調(diào)單元和數(shù)字基帶解調(diào)單元。中頻載波捕獲跟蹤單元采用窄帶載波跟蹤環(huán)的設(shè)計，利用鎖相環(huán)完成中頻載波相位的同步。中頻解調(diào)單元利用載波捕獲跟蹤得到的本地同步載波與中頻信號進行相干相位解調(diào)。數(shù)字基帶解調(diào)單元對中頻解調(diào)輸出的基帶信號進行PSK解調(diào)，從而得到遙控PCM碼流。
圖1 USB遙控接收機原理框圖
2混合集成射頻前端設(shè)計
一般要求USB遙控接收機從衛(wèi)星發(fā)射主動段到入軌運行整個過程不間斷開機工作，由于距離變化導(dǎo)致接收信號功率變化范圍至少60dB，考慮系統(tǒng)裕量，實際設(shè)計動態(tài)范圍為70dB。USB遙控接收機的射頻前端采用混合集成電路設(shè)計，預(yù)選器選用低損耗介質(zhì)濾波器，插入損耗小于1dB。LNA噪聲系數(shù)小于1.5dB。第一混頻器的三個端口都設(shè)計了驅(qū)動增益模塊，相比于單一無源混頻器噪聲系數(shù)大大降低，確保了整個系統(tǒng)級聯(lián)噪聲系數(shù)完全滿足接收靈敏度要求。混頻后還設(shè)計了自動增益控制（AGC），采用具備AGC檢波功能和可變增益的中頻放大器，在信號功率不低于噪聲功率的情況下，可以精確控制穩(wěn)定的中頻輸出功率。
3數(shù)字基帶解調(diào)設(shè)計
數(shù)字基帶解調(diào)單元主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA組成。遙控基帶信號首先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后進入FPGA進行信號處理，信號處理主要完成遙控PSK解調(diào)和數(shù)字量遙測的處理，解調(diào)和處理結(jié)果經(jīng)過接口芯片進行電平轉(zhuǎn)換并輸出。PSK解調(diào)采用Costas環(huán)進行副載波同步和碼字提取。AD采樣時鐘、Costas環(huán)工作時鐘、遙控碼字以及遙測量輸出時鐘都統(tǒng)一由獨立的時鐘晶振經(jīng)過FPGA的時鐘管理單元產(chǎn)生。數(shù)字基帶解調(diào)單元的軟件實現(xiàn)如圖2所示。
圖2 數(shù)字基帶解調(diào)軟件實現(xiàn)框圖
4設(shè)計進步點
該遙控接收機采用混合集成射頻前端設(shè)計和數(shù)字化基帶解調(diào)設(shè)計，實現(xiàn)了高接收動態(tài)、小型化和通用化。具有以下進步點：（1）對接收鏈路進行了精心設(shè)計，通過合理設(shè)計屏蔽腔體結(jié)構(gòu)和印制板布局，鏈路穩(wěn)定，輸出頻譜滿足要求。實際整機噪聲系數(shù)為2.7dB，實測遙控接收靈敏度為-120dBm，實現(xiàn)動態(tài)范圍82dB。動態(tài)范圍與傳統(tǒng)模擬USB接收機相比有了顯著提高。（2）采用混合集成電路設(shè)計，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，提高了產(chǎn)品內(nèi)部空間利用率，接收機外形尺寸為190mm×135mm×20mm，與傳統(tǒng)模擬USB接收機相比外形尺寸顯著縮小。（3）采用鎖相環(huán)同步載波作為本振合成的參考，僅需要在很小范圍內(nèi)改變VCXO的中心頻率就可以覆蓋整個USB測控頻段?；鶐Ы庹{(diào)采用獨立的工作時鐘，與載波頻率無關(guān)。該遙控接收機的設(shè)計具有較高的通用性。
5結(jié)語
該USB遙控接收機與傳統(tǒng)模擬USB接收機相比，采用混合集成射頻前端設(shè)計，增加了數(shù)字基帶解調(diào)功能，具有高動態(tài)、小型化、通用化的特點。代表了衛(wèi)星測控應(yīng)答機小型化、通用化的發(fā)展方向。
參考文獻
[1]金仲和.小型測控應(yīng)答機的研制與改進[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011，1-2.
第7篇：集成電路設(shè)計原理范文
關(guān)鍵詞：優(yōu)化算法 集成電路 優(yōu)化 設(shè)計
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0044-04
由于大量芯片制造技術(shù)變革，使得集成電路具有更加龐大的規(guī)模，在片上系統(tǒng)有更多復(fù)雜性的設(shè)計，要求芯片在進行設(shè)計時，不光有相應(yīng)的集成電路知識，還要能夠進行更加快捷的電路設(shè)計。在進行相應(yīng)的電路設(shè)計時，需要權(quán)衡各個性能指標，將其最優(yōu)性能發(fā)揮出來，使用更多目標化的領(lǐng)域進行電路優(yōu)化，還需要權(quán)衡各個目標，保證達到最優(yōu)化的同時，不會消耗各自的性能，保證各個目標間不存在惡劣影響，并互相保證最優(yōu)化功能[1]。
對于系統(tǒng)復(fù)雜性的設(shè)計，通過對設(shè)計過程的加速，來進行相應(yīng)計算機的輔助綜合性分析，包括對電路進行模擬、射頻等辦法。數(shù)字電路能夠更加簡單的將不同邏輯層次進行抽離，提高電路的自動分布。模擬電路設(shè)計過程，因為種類繁多，結(jié)構(gòu)差異巨大，設(shè)計需要大量的人力物力和技術(shù)指導(dǎo)。在一個小的芯片中，射頻電路雖然占用面積小，但是設(shè)計成本和設(shè)計時間卻要超出想象，其內(nèi)產(chǎn)生的相應(yīng)寄生效應(yīng)，會導(dǎo)致電路的失真，無疑對電路優(yōu)化增加阻礙。智能優(yōu)化算法通過自然界的生物群體進行相關(guān)智能表現(xiàn)的一系列現(xiàn)象，并能夠設(shè)計出較為基礎(chǔ)的優(yōu)化算法，并同生物一樣，能夠?qū)⒓呻娐愤M行更加優(yōu)化的智能設(shè)計，極好的調(diào)整自我，來適應(yīng)周圍環(huán)境變化。有效地將智能算法在各種大范圍的電路設(shè)計中進行應(yīng)用，可以更好地增加電路設(shè)計效率，解決集成電路中存在的多沖突指標。還能夠發(fā)揮出自身潛在特點，提供設(shè)計者相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進行電路方面的設(shè)計工作。
1 智能優(yōu)化算法
人們利用自然界來認識更多的事物，并通過事物的來源進行想象和創(chuàng)造。智能優(yōu)化算法也就是基于自然界，進行適應(yīng)性啟發(fā)，從而模擬進化出來的利用計算機進行表達的方法。智能優(yōu)化算法具體可以包括模擬退火、禁忌搜索、群智能優(yōu)化等，能夠通過各種模擬自然界的相關(guān)程序，擴大搜索范圍，具有較強的全局搜索特點，可以得到更為優(yōu)化的解決傳統(tǒng)問題的辦法，從任何研究角度，都能提供較為新穎的解決辦法。
1.1 禁忌搜索
禁忌搜索算法是通過對人類的大腦進行記憶啟發(fā)的算法，具有更加廣闊的搜索范圍，有全局搜索的功能[2]。利用十二表法來鎖住搜索區(qū)域，通過相應(yīng)的禁忌準則來減少重復(fù)搜索的工作量，釋放禁忌中的優(yōu)良個體，具有多樣性的搜索功能，減少系統(tǒng)陷入僵局，尋找到最適合的全局最優(yōu)。
1.1.1 流程
禁忌搜索算法需要尋找到一個較為可行的點作為當前的初始解，再通過對其所在結(jié)構(gòu)的函數(shù)鄰域解來進行相關(guān)鄰域的創(chuàng)建工作，隨后選出一定的鄰域解作為候選[3]。如果選出的候選是最優(yōu)目標，測得結(jié)果比搜索出來的最優(yōu)還好，就成為“超過預(yù)想狀態(tài)”，可以忽略其禁忌特點，用其作為當前解，填入禁忌中，修改每任禁忌對象；如果選出的候選不是最優(yōu)目標，那么這一結(jié)果就不能夠出現(xiàn)在禁忌中，忽略禁忌中的最優(yōu)解和當前解間的差異，將其填入禁忌中，改動每任緊急對象，反復(fù)搜索，直至找到“超過預(yù)想狀態(tài)”。具體的禁忌算法流程見圖1。
1.1.2 關(guān)鍵要素
完整的最優(yōu)算法通常包括多種要素，當然禁忌算法也如此，這些要素都會影響緊急搜索是否能夠找到最優(yōu)解。十二表法主要包括禁忌表、移動與鄰域、適配值函數(shù)、對象、長度、初始解、候選解、藐視、終止準則等[4]。
（1）初始解，也就是進行搜索時的最初狀態(tài)，初始解是通過隨機辦法生成的，遇到復(fù)雜約束時，隨機生成的初始解就不一定可行，因此具有很大的局限性。對于初始解的選取，在一個集成電路的設(shè)計中，占據(jù)較為重要的地位，選定合適的初始解，能夠有效降低工作量，增加搜索效率和搜索質(zhì)量。
（2）移動與鄰域。一個生成新的最優(yōu)解的過程就是所謂的移動。移動通常需要依據(jù)具體情況進行針對性的分析[5]。鄰域就是利用當前所解，通過一些列的移動產(chǎn)生的新的最優(yōu)解，領(lǐng)域主要視具體情況而定，而鄰域結(jié)構(gòu)能夠高質(zhì)量的保證其搜索產(chǎn)生的最優(yōu)解，從而增加算法的效率。
（3）候選解作為當前領(lǐng)域解中的最優(yōu)解，其范圍大小通過搜索速度來確定。遇到較大規(guī)模的問題時，候選解的范圍則會變大，結(jié)合鄰域搜索的速度，通常只用當前解作為候選集。
（4）適配值函數(shù)類似于遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)，主要是為了評價單個個體的優(yōu)劣情況。通常適配值函數(shù)都會改變目標函數(shù)來選擇，當遇到的目標函數(shù)具有較大的計算量時，需要簡單的改進適應(yīng)算法，只要能夠?qū)烧弑３衷谝欢ǚ秶鷥?nèi)，就可以當做適配值函數(shù)。
（5）禁忌表作為設(shè)計禁忌對象時的特有結(jié)構(gòu)，能夠有效防止搜索陷入重復(fù)的死循環(huán)僵局，也能夠保證算法不會拘泥在局部最優(yōu)解之內(nèi)[6]。而禁忌對象和長度作為緊急表中的兩個主要因素，前者影響表內(nèi)的變化，通常改變這些元素能夠有效避免其搜索到的結(jié)果是局部最優(yōu)解，可以使用狀態(tài)本身，后者是適配值，當做禁忌對象；而后者則表示了禁忌表的范圍。
（6）藐視準則，代表的是一種渴望與破禁的水平[7]，當移動后的解要優(yōu)于最優(yōu)解時，就可以進行移動，不論該結(jié)果是否存在于禁忌表之中。滿足這個條件，就是藐視準則。通常情況下，這一準則就是為了預(yù)防遺失最優(yōu)解而設(shè)立的。
（7）終止準則，當使用禁忌法進行搜索時，找不到最優(yōu)解，也就是說搜索到的結(jié)果不能夠保證是全局最優(yōu)解，也不能夠利用目前已知的數(shù)據(jù)進行判斷，所以需要使用終止準則進行停止搜索的工作。
1.1.3 特點和應(yīng)用
同智能優(yōu)化的其他算法比較，禁忌優(yōu)化算法能夠更好的跳出思維的局限，利用全局進行搜索，并且該算法可以接受一定的差解，可以很好的進行局部搜索，又兼顧全局搜索[8]。而禁忌優(yōu)化算法的缺點則是對于初始解和鄰域的依賴程度較大，不能夠很好的進行串行算法，降低了全局搜索的能力，多個關(guān)鍵性參數(shù)導(dǎo)致其并行算法的影響小，一旦出現(xiàn)不當?shù)脑O(shè)置，很容易降低整體算法的計算能力。由于禁忌優(yōu)化算法能夠更好的解決小規(guī)模問題的優(yōu)化，所以對于最短時間內(nèi)解決在設(shè)計超大規(guī)模的集成電路芯片問題時，具有較多的應(yīng)用，在生產(chǎn)、組合、電路設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，并有很多函數(shù)方面的全局最優(yōu)解研究，通過不斷改進禁忌算法，能夠擁有更加廣泛的適用范圍。近年來，對于模擬退火算法同禁忌優(yōu)化算法結(jié)合的方案也有一定程度的研究，利用二者配合使用的混合式搜索算法，能夠較好的解決相關(guān)問題，并進行算法的優(yōu)化工作。
1.2 模擬退火算法
模擬退火算法是一種利用概率來接收新事物的Metropolis準則[9]。進行組合間最優(yōu)解的尋找工作，主要的思想是根據(jù)固體物質(zhì)在退火時，依據(jù)溫度的變化，選出的最高熵值（即內(nèi)部無序狀態(tài)），熵值下降（即粒子逐漸出現(xiàn)一定的規(guī)律），通過這一過程進行溫度的平衡狀態(tài)，從而達到基本溫度狀態(tài)，也就是最低熵值（即固體內(nèi)部最低內(nèi)能），這一過程同尋求最優(yōu)解的過程極為相似，概率論上利用退火過程進行模擬來解釋相關(guān)模型。
1.2.1 流程
模擬退火算法開始于一個較高溫度，隨著溫度的降低，呈現(xiàn)一種跳躍的征象，利用目標函數(shù)搜索全局，尋找全局最優(yōu)解[10]。模擬退火算法可以說是一種能夠進行多問題解決的優(yōu)化辦法，基本上能夠進行全局優(yōu)化。
（1）Metropolis準則，假設(shè)一個系統(tǒng)的自由能等于系統(tǒng)內(nèi)能與系統(tǒng)溫度的差值，用公式（1）代表，s是系統(tǒng)的熵。假設(shè)恒溫系統(tǒng)的兩個狀態(tài)是i和l，使用公式（2）和（3）表示。
F=E-Ts （1）
Fi=Ei-Tsi （2）
Fl=El-Tsl （3）
通過計算可以得出，F(xiàn)=Fl-Fi=Ei- El-（Tsi+Tsl）=E-Ts。當系統(tǒng)從狀態(tài)l變成狀態(tài)i時，F(xiàn)則會小于正常，說明能量明顯減少，熵值明顯增加，對自身變化較大。因此，溫度恒定，系統(tǒng)會把自身的非平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)，由溫度決定兩因素的地位。假設(shè)微粒的原始狀態(tài)l是固體物質(zhì)當前所處的狀態(tài)，使用能量狀態(tài)Ei來表示，隨后利用一個抗干擾裝置，隨機改變微粒位置，產(chǎn)生了一個新的能量狀態(tài)El，如果Ei
R=Exp[-（Ei- El）/kT] （4）
T代表絕對溫度，k是常數(shù)，R
Pl=1/z*exp（-El/kT） （5）
Pl代表系統(tǒng)處于微觀l的概率，而exp（-El/kT）是分布因子。當處于較高溫度時，系統(tǒng)能夠接收能量差距極大的新狀態(tài)，所以，當溫度處于一個較低的水平時，系統(tǒng)接收的新狀態(tài)要求僅有極小幅度的變化，所以對于不同溫度而言，具有相同的熱運動原理，但是溫度是零攝氏度時，任何的Ei>El均是不成立的。
（2）流程，假定初始溫度是T0，初始點是X0，計算初始點的函數(shù)值是f（X0），隨機產(chǎn)生的擾動為X，新點則變?yōu)楣剑?）。計算該函數(shù)f（X1）和該函數(shù)同初始值之間存在的差異，即公式（7）。
X1=X+X （6）
f=f（X1）-f（X0） （7）
如果差異函數(shù)f低于正常，則下一次進行退火的模擬初始點可以使用新的點來代替；如果差異函數(shù)f高于正常，則需要計算新點接收的概率，即公式（8）。
P（f）=exp（-f/kT） （8）
在[0，1]區(qū)間內(nèi)，偽隨機產(chǎn)生的數(shù)s，如果P（f）低于s，則下一次進行退火的模擬初始點可以使用新的點來代替，否則需要重復(fù)Metropolis準則，直到選出合適的數(shù)值為止。
1.2.2 關(guān)鍵要素
（1）狀態(tài)空間和鄰域函數(shù)。狀態(tài)空間也就是搜索空間，包括所有編碼后產(chǎn)生的可行解。在進行候選解的創(chuàng)建時，需要盡可能使用原始狀態(tài)函數(shù)進行創(chuàng)建，從而充滿整個空間[11]。
（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，也就是接受概率，使用Metropolis準則，在進行可行解的轉(zhuǎn)化過程時，也受到T（溫度參數(shù)）的影響。
（3）冷卻進度表T，是從高溫T0到低溫冷卻時進行相應(yīng)管理的一個進度表。如果使用T（t）來表示溫度，經(jīng)典的模擬退火算法進行冷卻的方式使用公式（9）表示?？焖倮鋮s法則可以用公式（10）表示。
T（t）=T0/lg（1+t） （9）
T（t）=T0/（1+t） （10）
以上兩種辦法都能夠降低模擬退火點至全局最小。冷卻進度表也說明該算法的效率，并且要想得到最佳組合，需要進行大量實驗才能夠得到。
（4）初始溫度，如果具有較高的初始溫度，那么會有較高的概率搜到高質(zhì)量解，但需要更長的運算時間。對于初始溫度的給定時，需要結(jié)合算法優(yōu)化所消耗的時間和效率，通常有兩種辦法，一是利用均勻辦法產(chǎn)生的一種狀態(tài)，將每一個目標函數(shù)都設(shè)定為初始溫度。另一個辦法是使用任意產(chǎn)生的狀態(tài)，利用最大目標函數(shù)進行確認，記錄其差值，即max，根據(jù)差值使用某一函數(shù)作為初始溫度。
（5）外循環(huán)終止準則，又叫做終止算法準則，常用準則包括設(shè)置溫度終止閾值，外循環(huán)的迭代，系統(tǒng)熵穩(wěn)定程度的判定。
（6）內(nèi)循環(huán)終止準則，也就是Metropol
is準則，利用不同溫度選出不同候選解，又被稱為是抽樣穩(wěn)定性質(zhì)準則，主要包含以下內(nèi)容：目標函數(shù)均值是否穩(wěn)定，連續(xù)若干個目標函數(shù)變化幅度，采樣辦法。
1.2.3 特點和應(yīng)用
模擬退火算法通過概率的辦法尋求全局最優(yōu)解，不受初始值的影響，能夠緩慢進行收斂，能夠較好的進行多數(shù)據(jù)的并行、擴展和通用，使用極高的效率進行有關(guān)最優(yōu)化組合問題的解。不足之處是在一定程度上，雖然能夠降低程序陷入優(yōu)化僵局的可能性，但在進行大范圍搜索時，需要多次進行計算，從而尋找到最優(yōu)解，在實際的應(yīng)用中，這一缺點極大地增加了工作量，不利于優(yōu)化計算效率。
作為一種較為通用的使用隨機辦法進行搜索的計算方法，模擬退火算法已經(jīng)廣泛的在機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)、生產(chǎn)、圖象等領(lǐng)域進行應(yīng)用，對自動設(shè)計的模擬集成電路，應(yīng)用模擬退火算法進行設(shè)計，多目標進行優(yōu)化設(shè)計等。
1.3 遺傳算法
遺傳算法是基于達爾文生物進化論有關(guān)自然選擇同生物進化過程進行相關(guān)的計算所制作出來的模型，足以滿足適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機制。
1.3.1 流程
遺傳算法優(yōu)化問題解叫做個體，通常使用變量序列來表示，叫做染色體或基因串。利用簡單的字符或數(shù)字表示染色體，通常使用0和1的二進制進行表示，或利用其他特殊問題進行表示，叫做編碼。
遺傳算法開始于種群，依據(jù)適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機制，不斷進行迭代進化，通過選擇、交叉和變異生成新種群，從而產(chǎn)生最優(yōu)解。遺傳算法流程圖如圖2所示。
1.3.2 優(yōu)點及應(yīng)用
遺傳算法依據(jù)適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機制，主要優(yōu)點包括以下幾點。第一，不需要使用函數(shù)，就能夠直接對結(jié)構(gòu)對象進行有關(guān)求導(dǎo)的操作；第二，遺傳算法整體優(yōu)化不受梯度和輔助的影響，只受目標和適應(yīng)度的影響；第三，使用一定概率進行變遷，不需要固定在某一區(qū)域，很好的對搜索方向進行校正和適應(yīng)，從而自動獲得結(jié)果；第四，遺傳算法具有較強的全局搜索力。以上這些優(yōu)點很好地為相對較為復(fù)雜的問題進行有關(guān)系統(tǒng)求解時提供了相應(yīng)的框架，因此被廣泛地應(yīng)用在人們各個領(lǐng)域的生活中。
2 基于遺傳算法的二級運放電路優(yōu)化
利用遺傳算法進行有關(guān)系統(tǒng)優(yōu)化能夠使用更少的資源來設(shè)計自動化電路優(yōu)化，既降低硬件的成本又縮短設(shè)計的使用時間。利用仿真軟件進行有關(guān)電路設(shè)計的優(yōu)化，能夠使用更加精確的模型進行優(yōu)化，但是其缺點在于巨大的求解空間導(dǎo)致耗費時間長。所以目前有一種提法是根據(jù)電路性能進行相關(guān)遺傳算法的解析，具有用時短、操作性能有所改善的優(yōu)點。對于不是要求很嚴格的設(shè)計條件，可以使用二級運放進行電路設(shè)計，更加縮短設(shè)計時間。
2.1 二級運放的電路分析
進行有關(guān)集成電路的模擬中，使用運算放大器，能夠很好的將單元模塊進行高倍放大，通常情況下，使用反饋網(wǎng)絡(luò)進行有關(guān)電路模塊功能的重組。運算放大器作為一種較為重要的模擬和數(shù)模信號的系統(tǒng)電路模塊，已經(jīng)被應(yīng)用到各種系統(tǒng)的電路設(shè)計之中，運算放大器主要包括輸入差分、增益中間、緩沖輸出以及電路偏置和補償四種?；窘Y(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.2 二級運算放大器性能指標
下面通過二級運算放大器的交流小信號模型對運放的重要性能進行分析。第一級運放為M1-5的差分運放構(gòu)成，第二級運放為M6-7的共源放大器構(gòu)成。二級運放等效模型如圖4所示。
轉(zhuǎn)換速率，又叫做壓擺率，也就是說在運算放大器進行電壓輸出時候產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換速率，很好的提示運放速度。在輸入端連接一個比較活躍的信號，通過運放輸出測得最大上升速率。
2.3 遺傳算法對電路進行優(yōu)化設(shè)計
目前一種較為新穎的優(yōu)化電路生成辦法是在小環(huán)境范圍進行有關(guān)二級運放的優(yōu)化。具體編碼方式包括集合染色體內(nèi)的各種未知參數(shù)，使用0和1的二進制代碼，代表不同的設(shè)計電路的方案。使用每個指標的性能函數(shù)相乘，得到適應(yīng)度函數(shù)，從而顯示出最大化目標函數(shù)和最小化目標函數(shù)。
自適應(yīng)免疫遺傳算法是目前較為新穎的智能優(yōu)化改進算法，求解模擬相關(guān)生物學(xué)中的免疫系統(tǒng)，利用抗體的產(chǎn)生來排除抗原。自適應(yīng)免疫遺傳算法使用一種較為高質(zhì)量的節(jié)約資源進行有關(guān)機制的克隆，對于優(yōu)化解即抗體進行高概率的選擇，同適應(yīng)度函數(shù)有一個正比例關(guān)系。選定個體后將其復(fù)制傳代，放棄本身的親和力，也就是抗原抗體的匹配度，將優(yōu)化的目標函數(shù)作為個體抗原。利用自適應(yīng)免疫遺傳算法，提出相應(yīng)電路圖的設(shè)計圖案，如圖5。
自適應(yīng)免疫遺傳算法引入生物界內(nèi)免疫系統(tǒng)相關(guān)概念與免疫系統(tǒng)方法，有效提升遺傳算法進行全局搜索方面的能力，并有效進行相關(guān)速度的收斂。改進后算法能夠有效的克服傳統(tǒng)算法中過早收斂的問題，以及盲目進行交叉和變異的操作，進行自適應(yīng)免疫遺傳算法電路的優(yōu)化，如圖6所示。
2.4 電路優(yōu)化及仿真結(jié)果
運算放大器作為在進行電路的集成模擬過程中應(yīng)用最為廣泛的電路，也具有較大的功耗和時間模塊，所以不同的方法設(shè)計顯示出不同的電路性能。比較具有代表性的二級運算放大器的電路圖如圖7所示。
從圖7可以看出，對于具有特定結(jié)構(gòu)的功能電路，如果擁有較為合理的尺寸設(shè)計，可以得到一個較為固定的電路指標，某一性能改變會導(dǎo)致其他性能的變化。依據(jù)自身的電路設(shè)計經(jīng)驗和實際電路的設(shè)計要求，來選擇合理的電路設(shè)計，雖然使用優(yōu)化算法可以在設(shè)計電路時進行一定的優(yōu)化，但是有關(guān)電路性能方面的解析，有關(guān)目標函數(shù)準確性模型的建立，具有一定的限制條件，需要進行更加深入的研究。
3 結(jié)語
智能優(yōu)化算法在當今的很多領(lǐng)域內(nèi)，都是重點的研究項目，該文主要針對智能優(yōu)化算法的產(chǎn)生和發(fā)展進行闡述，并詳細分析了幾種較為典型的智能優(yōu)化算法，其中，最具有代表性的集中算法是粒子群優(yōu)化、遺傳算法等。雖然該文分析和研究的是集成電路進行智能設(shè)計的更為優(yōu)化的方法，但是今后對于集成電路的智能設(shè)計，還有很多問題值得進行深入研究。
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第8篇：集成電路設(shè)計原理范文
【關(guān)鍵詞】集成電路；設(shè)計；乘法器；低功耗算法；實現(xiàn)技術(shù)
一、引言
低功耗設(shè)計一般可以分成兩種：動態(tài)和靜態(tài)技術(shù)。靜態(tài)化技術(shù)一般是從系統(tǒng)的構(gòu)造與工作原理出發(fā)，使系統(tǒng)的功耗得到降低，比如選擇低功耗的器件；動態(tài)化技術(shù)主要是使系統(tǒng)運行得到改變來降低功耗，比如按照實際運行情況對器件的工作狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。
二、定點乘法運算優(yōu)化
目前，集成電路的設(shè)計中，定點乘法運算一般都使用移位相加算法邏輯，具有方便理解、簡單和直接的優(yōu)點，但是缺陷也很明顯，運算的效率比較低，需要數(shù)量很多的硬件設(shè)備，占用的資源也比較多。在普通的移位相加算法內(nèi)，每位乘數(shù)都會出現(xiàn)積，運算量比較大，事實上，如果某位乘數(shù)是0，就不需要開展累加性的運算，所以累加器完成次數(shù)要和乘數(shù)中值是1的位數(shù)有明確關(guān)系，如果可以降低中值是1的位數(shù)，就能夠降低需要運算的累加次數(shù)。1、BOOTH算法思想。就是使乘數(shù)和某一較大整數(shù)相近，然后借助這一整數(shù)和被乘數(shù)之積，減去對應(yīng)數(shù)值補碼和被乘數(shù)乘積來計算，能夠提升運算的效率。BOOTH算法被稱作補碼移位算法，符號位是參與到運算的，運算數(shù)都借助補碼進行表示。乘數(shù)的末位會增加附加位，初值是0。對乘數(shù)的最末兩位進行觀察，00對部分積進行向右移動移位的操作，01則對部分積的被乘數(shù)相加然后取其補碼，結(jié)果向右移動一位，10則對部分積的被乘數(shù)相減，取其補碼，結(jié)果向右移動一位，11則直接額對部分積執(zhí)行向右移動一位的操作。根據(jù)上述算法，對n+1步進行操作，那么第n+1不就不用在位移，最終的結(jié)果就是運算的結(jié)果。2、定點乘法運算中乘法系數(shù)優(yōu)化的算法。以BOOTH算法那為基礎(chǔ)，還有一種更先進的算法，屬于三元數(shù)值系統(tǒng)，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，如果乘數(shù)系數(shù)是2的整數(shù)次冪時，乘法能夠借助移位實現(xiàn)，這就使占用的硬件資源得到降低。為了降低系數(shù)二進制表示內(nèi)非零位個數(shù)，通常使用帶符號的二進制對整數(shù)進行表示。這一方法的優(yōu)點如下：只利用了加法和位移，整個算法過程是以非零位不同的位置為基礎(chǔ)，和其他的算法比較起來，更加準確，有限的字長也沒有對程度有太大的影響。3、數(shù)字濾波器編碼的優(yōu)化。設(shè)計芯片時，為了使類型不同的數(shù)字濾波器能夠盡量降低面積，并加快速度，發(fā)展出一些優(yōu)秀數(shù)乘與編碼算法。先對信號進行處理時，首先會從模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)輸出，然后把信號由高頻率載波信號降低到基帶信號并解調(diào)，要想得到理想的信號需要不同階段濾波。包括把較高采樣率降低到降低采樣率，然后借助解調(diào)轉(zhuǎn)換至基帶的頻率，基帶信號的頻率比采樣的頻率范圍低，因此借助抽取濾波器進一步抽取信號，進而得出有用信號。
三、集成電路設(shè)計中乘法器低功耗實現(xiàn)技術(shù)
1、編碼優(yōu)化算法實現(xiàn)技術(shù)。首先，可以把編碼優(yōu)化算法實現(xiàn)成一個VHDL函數(shù)，然后存進庫中和乘法器進行分離。接著，對乘法器的木塊進行設(shè)計和優(yōu)化，最后算出乘法運算的結(jié)果并輸出。在模塊的內(nèi)部，對編碼優(yōu)化函數(shù)進行調(diào)用，將優(yōu)化乘法器類屬參數(shù)當做這一函數(shù)的輸入，輸出的結(jié)果中，三個變量分別表示三個常數(shù)。優(yōu)化的結(jié)果使用常數(shù)來表示，原因為在乘法器的綜合初期，上述三個常數(shù)能夠按照優(yōu)化函數(shù)的計算而得出，進行綜合之后，乘法器按照這三個常數(shù)就能夠轉(zhuǎn)化成對應(yīng)移位加的結(jié)構(gòu)，而且對加法的結(jié)果進行計算，這是優(yōu)化算法的邏輯單元是在庫中保存的，不會算進優(yōu)化之后的乘法器。為了對這一技術(shù)優(yōu)化的效果進行驗證，可以將相同射頻的模塊當做測試的平臺，在模塊內(nèi)全部乘法器都被優(yōu)化乘法器的模塊替代后，導(dǎo)入RTL的代碼，對功耗結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)總功耗和邏輯單元都有所下降，面積也有所降低。在對硬件進行測試時，使用編碼優(yōu)化算法對射頻模塊進行匹配開展測試，結(jié)果顯示邏輯占用率是4.5%，產(chǎn)生寄存器的總數(shù)是13559，存儲單元的占用率是4.6%。2、缺省優(yōu)化算法實現(xiàn)技術(shù)研究。根據(jù)缺省優(yōu)化算法模式，用VHDL函數(shù)的形式和小數(shù)乘法器相分離并存進庫中。對優(yōu)化乘法器的模塊進行設(shè)計，在進行綜合的初期，常數(shù)是由優(yōu)化算法經(jīng)過計算而得出的，在進行綜合之后，乘法器按照常數(shù)就能夠轉(zhuǎn)化成對應(yīng)移位加結(jié)構(gòu)，并開展右移缺省操作，計算的結(jié)果在小數(shù)化處理之后從模塊的輸出端內(nèi)輸出。經(jīng)過實驗，發(fā)現(xiàn)總功耗有所降低，面積也有降低。
結(jié)語
綜上所述，集成電路設(shè)計中乘法器的低功耗算法與實現(xiàn)技術(shù)具有重要意義，需要引起相關(guān)人員的重視，不斷對這一技術(shù)進行改進與完善，切實發(fā)揮出低功耗算法的作用，進而促進集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。
參考文獻
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第9篇：集成電路設(shè)計原理范文
在洗衣機工作中，水是洗衣的必備條件，水的合理用量決定了洗滌效果。因此檢測水量成為洗衣機工作中的一項重要內(nèi)容。本文介紹一款洗衣機控制器的水位檢測電路，通過原理及參數(shù)選擇等方面的內(nèi)容講解，使大家對該電路起到更深的了解。
【關(guān)鍵詞】振蕩頻率 傳感器 反相器
在洗衣機控制器中，原先采用水位開關(guān)，通過開關(guān)信號來判定水量是否滿足設(shè)定值，該方案大多采用于雙缸洗衣機及一些小容量的全自動洗衣中，無法檢測水位頻率，只能讀取其中一個設(shè)定值。隨著家電智能技術(shù)的不斷發(fā)展，精確感知洗滌水量成為洗衣機設(shè)計一種趨勢。目前，在洗衣機設(shè)計中使用較多是諧振式水位傳感器，通過電控板上的邏輯電路來實現(xiàn)水位檢測的功能，該檢測電路可靠性、實用性較高，本文介紹的就是這方面的內(nèi)容。
1 電路設(shè)計
1.1 電路原理圖
水位檢測電路如圖1所示，該電路是將水位傳感器采集的水位信號轉(zhuǎn)化為洗衣機控制器MCU所需的信號。電路中采用4069反相器集成IC為核心元器件進行電路設(shè)計。4069為反相器集成IC，內(nèi)部由六個反相器組成，如圖1。本電路利用其中三個反相器（a、b、c）進行設(shè)計，未被使用的反相器輸入端均接地，其中4069第8腳為方波信號輸出腳，輸出給洗衣機控制器MCU檢測端口。
1.2 電路工作原理
諧振式水位傳感器通過水壓氣管與洗衣機桶內(nèi)側(cè)相連，隨著水位的變化，感知的氣壓也發(fā)生變化，內(nèi)部電感線圈的電感量也隨之變化，根據(jù)公式f=1/2π的原理，氣壓越大，電感量越大，諧振頻率越小，反之則越高。如圖1傳感器等效電路圖，水位傳感器內(nèi)部由電感L1與電容C1、C2組成，電感和電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)，并與4069檢測電路形成三點自激振蕩電路，將電感信號的變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號，便于控制器MCU芯片的采集，從而檢測到桶內(nèi)水位的變化。為了使整個LC回路實現(xiàn)自激振蕩，需使反相器偏置在高增益線性放大區(qū)，形成放大器，因此需要在反相器兩端并聯(lián)一個電阻R3。
在電路中，水位傳感器內(nèi)部作為一個π型選頻網(wǎng)，形成180度的相位差，并且信號經(jīng)過4069反相器也產(chǎn)生了180度的相位差，導(dǎo)致整個振蕩回路形成360度相位差，但在實際處理中，反相器存在延遲，導(dǎo)致額外的相位移，為確保整個振蕩環(huán)路總相位差在360度，水位傳感器π選頻網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)反相器的延時情況，生成小于180度的相位差，因此本電路中采用了R2、R1兩個電阻分別串于反相器（a、b）的輸入輸端，通過調(diào)整電阻的參數(shù)來調(diào)節(jié)振蕩環(huán)路增益和相位差。
反相器（a、b）與電阻R1、R2、傳感器構(gòu)成振蕩電路，參與波形的處理，輸出近似于方波的信號，見圖3，而第三個反相器（c）針對這個波形進行了最后的整形，使其輸出理想的方波信號，控制器主芯片通過采集這個方波頻率來判斷水位的高低。
2 元器件的選擇
為了提高水位檢測電路的可靠性，需對所用元器件進行必要的選型工作，確保元器件的選型更加符合電路的設(shè)計要求。
IC1選用4069集成IC，內(nèi)部由六個COS/MOS反相器電路組成，一般選擇可靠性較高的品牌型號。
電阻R3兩端與IC1的第12、13腳相連，即在并聯(lián)在反相器（a）之間，電阻R3一般選擇阻值較大的型號，該電路中選用阻值為100KΩ。
電阻R1、R2作為限流電阻，起到限制反相器輸出的功能，R1選擇560Ω，R2選擇3.3K。電阻R2處于反相器的輸入端，R1處于輸出端，注意R2的阻值須大于R1，否則會導(dǎo)致輸入信號的幅值變小，抗干擾能力下降，容易導(dǎo)致電路無法正常工作。
電阻R4與電容C3對輸出的方波進行濾波，減少噪聲干擾。電阻選擇150Ω，電容選擇0.001uf。注意電容C3容量的大小選擇非常重要，往往因選擇較大導(dǎo)致方波變形，使信號失真，該電容容量值一般在0.001uf左右，既能起到濾波的作用，也能確保方波信號不失真。
3 工作中的波形
為確保輸出理想的信號，在電路中設(shè)置了3個測試點（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），對信號處理的重要環(huán)節(jié)進行波形測量與分析。
水位傳感器采集了水量的變化，并以正弦波的方式輸出，現(xiàn)對傳感器輸出端a點波形進行測量，如圖2。
正弦波輸入至4069（a、b）反相器中，如圖1，反相器對正弦波進行了處理，輸出波形失真為近似方波的信號，如圖3。
信號經(jīng)過第三個反相器（c）整形，并經(jīng)過R4及C3濾波等處理，輸出的方波信號，如圖4。
4 結(jié)束語
水位檢測作為洗衣機工作的關(guān)鍵內(nèi)容，貫穿整個洗滌過程，直接影響消費者所關(guān)心的洗凈度與用水量，因此水位電路設(shè)計的合理性、實用性顯得尤為重要。相信隨著家電智能化的迅速發(fā)展，這種低成本，實用性較強的電路將越來越多地使用在產(chǎn)品中。
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作者簡介
顏東亮，男，江蘇省建湖縣人?，F(xiàn)為無錫小天鵝股份有限公司飛翎電子工程師，主要從事洗衣機控制器設(shè)計工作。
