集成电路的作用篇1
[关键词]集成电路，布图设计，知识产权，集成电路保护法
集成电路是微电子技术的核心，是现代电子信息技术的基础。集成电路的应用极为广泛，计算机、通讯设备、家用电器等几乎所有的电子产品都离不开集成电路。自20世纪后半叶以来，集成电路工业在许多国家的国民经济中发挥着越来越重要的作用。我国当前也十分重视集成电路工业的发展。
2000年6月27日，国务院颁布的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》提出：“集成电路设计产品视同软件产品，受知识产权方面的法律保护。”①但我国现在还没有类似《计算机软件保护条例》那样的单行法规用来保护集成电路设计产品。而利用现有的知识产权法律，是将集成电路设计产品作为作品用著作权法来保护，还是将之作为发明用专利法来保护？这个问题我国尚无明确规定，还需要根据集成电路设计产品的性质和特点，来确定其应适用的法律。
本文对集成电路设计产品的性质和特点进行分析，不仅符合我国当前大力发展集成电路工业及即将加入世界贸易组织的形势需要，也希望能为我国制订集成电路保护法提供一些立法参考。
一、集成电路布图设计的知识产权性质和特点
集成电路设计产品，指的是集成电路生产过程中的布图设计这一中间产品。布图设计是制造集成电路产品中非常重要的一个环节，它的开发费用一般要占集成电路产品总投资的一半以上。不法厂商抄袭他人的布图设计，就能仿造出相同的集成电路产品，而其成本却比原开发者的少得多。这种抄袭行为严重损害了产品开发者的利益，而传统的物权法却对之束手无策。这是因为布图设计具有无形财产的性质特点，必须利用知识产权法予以保护。发达国家的立法部门出于对集成电路工业的关注，于20世纪70年代末开始研究对布图设计给予专有权的法律问题。20世纪80年代，美国、日本等集成电路工业发达的国家陆续颁布法律，保护布图设计权，将集成电路布图设计保护法作为知识产权法中的一个新的部门。20世纪90年代中期，我国已开始起草集成电路布图设计保护法，但由于种种原因，至今尚未颁布。从目前的形势看，我国需要在知识产权法律体系中增加这部法规。布图设计是独立的知识产权客体，其性质和特点表现为以下方面：
（一）布图设计是智力劳动的成果
集成电路（integratedCircuits）英文简称iC，也有人习惯将之称为芯片。通俗地说，集成电路就是一种电子电路产品，它的各种元件集成在一个固体材料中并作为一个整体单位来执行某种电子功能。这种电路高度集成地组合和联结若干电子元件，缩小电路的尺寸，加速电路的工作速度，降低电路成本和功耗。
集成电路布图设计，简称布图设计（LayoutDesign），是指集成电路中多个元件，其中至少有一个是有源元件和其部分或全部集成电路互连的三维配置，或者是为集成电路的制造而准备的这样的三维配置。②通俗地说，布图设计就是确定用以制造集成电路的电子元件在一个传导材料中的几何图形排列和连接的布局设计。
布图设计是制造集成电路产品中非常重要的一个环节，设计工程师们根据集成电路所要执行的功能设计集成电路的结构。布图设计是艺术创造力与精密的电子工程技术融合的产物。在设计中，设计人员借助计算机模拟，把数以千万计的线路组成部分一而再、再而三地调整位置，安排这些线路的组合，使一个芯片中能包含更多的元件，具有更强大的功能，以求生产效率的最大化和芯片体积的最小化。在早期的集成电路生产中，布图设计被绘制在掩膜上。掩膜（mask）如同一张摄影底片，是将要置放到芯片中的线路的底片。布图设计固定在掩膜上，该掩膜就成为制造芯片的模版，是制造集成电路的中间产品。这种掩膜也曾是工业间谍千方百计想要窃取的目标。③随着科技的发展，目前的集成电路布图设计更多的是以编码方式储存于磁盘、磁带等介质生产集成电路已经有些过时了。
从上述布图设计的创作过程可以看出，布图设计是设计工程师们根据集成电路所要执行的功能而设计的集成电路的结构，它无疑是智力劳动的产物。
（二）布图设计是无形的
布图设计是确定用以制造集成电路的电子元件在一个传导材料中的排列和连接的布局设计。布图设计可以固定在磁盘或掩膜上，也可以固定在集成电路产品中，但这些磁盘或集成电路只是它的物质载体，布图设计本身是无形的。这就如同作品可以固定在书本或磁盘上，而作品本身是无形的。布图设计的无形性特点，是它成为知识产权客体的主要原因。
布图设计虽然是无形的，但它也同其他无形财产一样，具有客观表现形式和可复制性。布图设计若要得到法律的保护，也必须具有一定的表现形式，必须固定于某种物质载体上，为人们感知，并可以复制。在集成电路产品的生产中，布图设计被固定于磁盘或掩膜中，并被大量复制于集成电路产品内。
（三）布图设计具有创造性和实用性
布图设计只有具有创造性，才受法律保护。已颁布布图设计保护法的国家，一般均在其法律中兼采著作权法的创作性（原创性）和专利法的创造性和新颖性的要求，又依据布图设计自身的特点而加以变化，确定布图设计的创造性要求。⑤受法律保护的布图设计，要求必须是设计人自己创作的，有自己的独特之处。此点借鉴著作权法的创作性要求。
同时，布图设计的创造性还要求，受法律保护的布图设计，与以往的布图设计相比，要有一定的进步性和新颖性。布图设计要应用于工业实践，若无进步性和新颖性，也就没有予以知识产权保护的必要。不过，布图设计的创造性和新颖性，不必达到专利法要求的标准，只要比以往的布图设计有一定的进步性和不同，就可以得到法律保护。这是因为，集成电路产品的更新换代表现为集成度的不断提高，在同样体积的芯片上布局更多的元件以增强功能、降低能耗。新的集成电路产品，不过是比原来的产品集成度高，不可能是前所未有的，也不大可能达到突出的实质性特点和显著的进步。所以，已颁布集成电路保护法的国家，均不直接采纳专利法中的创造性和新颖性的标准，而是降低要求，以适应实际情况。
集成电路是应用广泛的工业产品，布图设计是其生产过程的一个重要环节，是中间产品，布图设计的实用性是非常明显的。
（四）布图设计是独立的知识产权客体
布图设计是独立的知识产权客体，有着自己的特点。因而，已颁布集成电路保护法的国家，基本上不引用著作权法或专利法来保护它，而是依据其特点，制订单行法规，将之作为独立的客体予以保护。
美国是当今世界上半导体工业最发达的国家，也是最先对集成电路布图设计予以立法保护的国家。1984年美国颁布了《半导体芯片产品保护法》（“protectionofSemiconductorChipproductsact”），并于1984年11月8日起实施，确认了布图设计专有权。这部法律虽然作为《美国法典》第17编（版权法）的最后一章，即第9章，但它实际上是一个独立的体系，既不属于版权法体系，也不属于专利法体系。布图设计权不是版权，而是作为与版权近似的一项独立的权利（copyright-like），受特殊保护（suigenerispotection）.⑥在美国1984年《半导体芯片产品保护法》的影响下，日本于1985年5月31日颁布了《半导体集成电路的线路布局法》。日本的这部法律在立法体例和内容上均与美国法相似，既不隶属于版权法，也不隶属于专利法，而是自成体例，以单行法规的形式出现。
二、布图设计与其他相关知识产权客体的比较
在众多的知识产权客体中，布图设计与发明、作品较为接近。但它也有与发明等不同的特性。从布图设计与其他相关知识产权客体的比较中，可以进一步分析布图设计的特点。
（一）布图设计不同于发明
布图设计是科技领域中的一种智力劳动的成果，又直接应用于工业生产，在知识产权诸多客体中，它与发明最接近。但与发明不同的是，布图设计只是中间产品，是制造集成电路产品中非常重要的一个环节，不具有独立的功能。因而，布图设计不能单独取得专利。
含有布图设计的集成电路产品，组装成能完成一定任务、具有特定功能的零件或设备产品，若具备专利法规定的发明的条件，可以作为发明获得专利。
在实践中之所以不将集成电路产品作为发明，用专利法来保护，原因在于：对集成电路产品而言，取得专利的条件过于严格，只有极少数的集成电路产品能获得专利，而绝大部分集成电路产品缺乏作为专利保护的发明所必需的创造性和新颖性。
集成电路产品的发展，基本表现在不断地提高集成度、节约材料、降低能耗上。现在的集成电路产品，由于工艺水平的提高，集成度越来越高，其体积和外形越来越小。虽然对于设计者来说，将几十万甚至上亿个元件布置在一小片半导体硅晶片上，要花费不少心血，但这种布图设计的创造性水平却不一定能达到专利法所要求的高度，集成度高未必就一定具备专利法上的创造性。在实践中，一些非常先进和尖端的集成电路产品也未能获得专利。
另外，在布图设计中，设计人员常常采用一些现成的单元电路进行组合。这些单元电路在实践中已为人们熟知，其中一些甚至已经是最优化设计，其表现形式是有限的、甚至是唯一的，要追求电路的最佳功能状态只能选择这些已经成型的单元电路，由现有的单元电路模块组合成的集成电路若作为组合发明去申请专利，则大多数难以达到专利法要求的取得意想不到的效果的条件。⑦
（二）布图设计不同于作品
集成电路的布图设计图纸，可以依照著作权法作为产品设计图纸作品而受到保护。布图设计本身，却不同于作品。布图设计虽然有着与作品类似的创作性和可复制性的特点，但布图设计也有着不同于作品的特点。
布图设计与作品的区别主要有以下几点：
1.布图设计的表现形式极为有限，而作品的表现形式则是丰富多采的。集成电路由一系列电子元件及连结这些元件的导线所组成，是执行一定电子功能的电路。基于其使用目的，其元件的布局、图形的大小，都由集成电路产品的电参数和生产工艺技术水平决定，因此布图设计的表现形式极为有限。若突破这些限制，由设计师任意发挥，则创作出的布图设计就没有工业实用性。这就不同于著作权法中的一般作品。一般作品是由语言、文字、图形或符号构成的，表现一定的思想。同一思想可以有多种表现形式，著作权法保护的就是思想的表现形式。因此，将有限表达形式的布图设计作为作品看待，显然是不妥的。⑧
2.布图设计也不适宜直接用著作权法保护。集成电路是一种电子产品，布图设计是其产品制造中的一个环节，因而集成电路及其布图设计是一种纯功利主义的实用物，不符合著作权法关于保护对象的要求。若将布图设计归入绘画、雕塑等造型艺术类作品中，则违背了著作权法的原则。在实践中，美国有人就曾提议修改版权法将布图设计列入绘画和雕塑作品而被拒绝。⑨再者，布图设计不需要作品那样长的保护期。如果将布图设计作为作品来保护，则会因著作权法保护的期限过长而不利于集成电路产业的发展。而且，由于集成电路产品更新换代很快，过长的著作权保护期对之也不必要。另外，若将布图设计列入作品，则在集成电路工业实践中广泛利用的反向工程，就会因其是对作品的复制而被认定为侵权，这不利于集成电路工业的发展。
3.布图设计不仅要具有创造性（原创性），还必须具有先进性和实用性，才能得到法律的保护。依照著作权法，有原创性的作品均受保护，哪怕这种创造性的分量十分微小。著作权法并不要求作品必须有先进性和新颖性。⑩而作为实用产品的集成电路及其布图设计，无先进性就无受保护的必要。
（三）布图设计不同于技术秘密
含有布图设计的集成电路虽然是一种科技产品，有一定的布图设计技术，但该产品一旦出售，其布图设计就公开了，无法再作为技术秘密予以保护。因为无论采用何种封装技术，持有该集成电路产品的人都可用适当的方法了解和复制其内部的布图设计。
总之，布图设计因其自身具有的独特性，而成为一个独立的知识产权客体。
注释：
[①]《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》第50条。
[②]参见世界知识产权组织《集成电路知识产权保护条约》第2条。
[③]参见埃弗雷德·m·罗杰斯、朱迪思、K·拉森：《硅谷热》，范国鹰等译，经济科学出版社1985年版，第13～27页。
[④]参见邝心湖：《集成电路技术现状与展望》，《电子知识产权》1993年第期；Christie，andrew，integratedCircuitsandtheirContents：internationalprotection，London：Sweetandmaxwell，1996，p.3.
[⑤]参见美国1984年的《半导体芯片产品保护法》（“protectionofSemiconductorChipproductsact”）、日本1985年的《半导体集成电路的线路布局法》。
[⑥][⑨]SeeChristie，andrew，integratedCircuitsandtheirContents：internationalprotection，London：Sweetandmaxwell，1996，p.5，p.3.
[⑦]参见郭禾：《试论我国集成电路的法律保护》，《计算机与微电子发展研究》1992年第3期。
[⑧]参见刘春茂等：《中国民法学·知识产权》，中国人民公安大学出版社1997年版，第27～28页；郭禾：《试论我国集成电路的法律保护》，《计算机与微电子发展研究》1992年第3期。
[⑩]参见德利娅·利普西克：《著作权与邻接权》，联合国教科文组织译，中国对外翻译出版公司2000年版，第43～44页。
[⑦][⑨]参见方美琪主编：《电子商务概论》，清华大学出版社1999年版，第289页，第294～295页。
[⑧]参见陈建民：《网络服务者在什么情况下承担侵权责任》，《电子知识产权》2000年第5期。
[10][13][14][27][28]参见薛虹：《网络时代的知识产权法》，法律出版社2000年版，第270页，第209～210页，第270页，第273页，第272页。
[11]Seewhitepaper，pp.114～124.
[15]SeeDmCa，art.512.
[16]SeeDmCa，art.512（i）.
[17]SeeDmCa，art.512（a）.
[18]SeeDmCa，art.512（b）.
[19]SeeDmCa，art.512（c）.
[20]SeeDmCa，art.512（d）.
[21]SeeDmCa，art.512（e）.
[22]SeeeC/2000Directiveone-Commerce，art.12～15.
[23]SeeeC/2000Directiveone-Commerce，art.12.
[24]SeeeC/2000Directiveone-Commerce，art.13.
[25]SeeeC/2000Directiveone-Commerce，art.14.
[26]SeeeC/2000Directiveone-Commerce，art.15.
[29][2000]C.t.L.R.iSSUe2nenSSeCtion：nationaLRepoRtSn-8.
[30]SeeSingaporee-transactionact（1998），sec.3.
[32]参见《关于审理涉及计算机网络著作权纠纷案件法律适用若干问题的解释》第4条。
集成电路的作用篇2
关键词：集成电路，移相电路元件参数发生变化，扭环形计数器，专用可控硅移相KJ004集成电路，单一移电路，快速同步压控振荡器
1.关于新型专用移相器件和触发器件的研发
即使目前有些科研单位及厂家研制出专用移相集成电路，使得三相桥式触发电路更简单，可靠性高大为提高。
如20多年前，西安交通大学自动化教研室曾经使用过的KJ系列专用触发集成电路是陕西航空部一间分公司在出品的，由KJ系列专用触发移相集成电路和六路双脉冲形成电路组成的三相桥式触发电路，使原来由普通公立元件组成的六块触发电路板比较来说已显得简单很多了，这种电路在脉冲输出端加功率扩展可以触发较大功率的可控硅。
这种由KJ004及KJ041组成的触发电路仍需要三块KJ004移相集成电路和三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，这样必需存在三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路。移相电路均由RC元件组成，每个移相电路由一个电阻和一个电容器组成RC时间常数电路，存在三个移相电路，即起码有六个RC元件及三块KJ004移相集成块，这样难免由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异，也同样会造成三相电压波头不平；采用三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，其中一套电压过零采样变压器及其相关电路出故障，造成更大的输出电压波头不平，出现上面已讲过的故障原因。
2.国内企业应用经验
在20年前，己有行家想到这一问题，为了避免采用三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路，曾经使用KC05组成的单一套电压过零采样变压器及其相关电路和单一移相电路。
例如以a相作为电压过零采样基准，KC05便得到+a、－a两脉冲，采用以a相作为同步电压作基准，通过延时电路得到其他两相的脉冲，根据相序关系，－C滞后+a60度，+B滞后+a120度，+C滞后－a60度，－B滞后－a120度，则60度相当于3.33ms，而120度相当于6.67ms，通过延时3.33ms及6.67ms得到B相和C相的脉冲，作为移相触发电路，可见此办法可行，但是要存在四套延时电路，这四套延时电路偏偏与B相和C相的移相有关，由于延时元件参数存在物理的差异及使用时间长了所产生的变值，也同样会造成三相电压波头不平，又可见没有真正解决存在问题。
3.本文采用单电压过零采样及单个移相电路的构思与实现
本文主要介绍如何实现及克服前面所述各种电路结构存在的问题，这里一举改变传统的做法，将前面陈述过的使用三组移相电路组成的三相桥式SCR触发电路的传统模式去掉，试图只采用a相作为单电压过零采样作基准、一块专用的可控硅移相KJ004集成电路、一块KJ041六路双脉冲电路及模拟集成电路和数字集成电路组成的三相桥式的一种新型的可控硅触发电路。
3.1电路组成见图1。
图1
电路结构将由一块而不再是三块KJ004移相集成电路和一块KJ041六路双脉冲集成电路及四块数字逻辑电路的CD4013双D触发器、二块CD4023三输入三与非门逻辑电路、一块带缓冲器的六反相CD4069集成电路、一块CD4070二输四异或门电路、一块双运放Lm741线性集成电路、一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和由九个线性电阻所组成的D/a转换电路由一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和线性电阻所组成的D/a转换电路及一块VCo压控振荡等组成新的三相桥式SCR触发电路，这种电路几乎全数字化。各集成电路的详细的工作原理在这里不作介绍。
3.2这种电路的特点及优点
（1）本电路特点是只用单个电压过零采样变压器及其相关元件，并以a相电压过零采样作为基准，B相和C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，在电路原理说明中再表述。避免了传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件所组成的电压过零采样电路，传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件中一个电压过零采样变压器及其相关元件的参数差异和变化所造成输出电压波头不平的缺点。
（2）本电路又一特点是用一块专用的可控硅移相KJ004集成电路，与由三块KJ004组成的移相电路相比，电路显待简单得多及可靠得多，并解决了传统、典型的三相桥式触发电路由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异所造成三相电压波头不平；移相电路只采用一块而不再是三块移相集成电路，故影响相位变化的元件只有两个RC元件及只有一块移相集成的变化，当它们发生参数变时，则三相电压波头都同时变化，不会出现波头不平的现象。
（3）用数字集成电路、模拟集成电路等组成a相、B相和C相的可控硅元件的触发脉冲，a相、B相、C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，也是这一电路特点之一，其原理在电路原理说明中再表述。
（4）本电路再一特点是用一块KJ041六路双脉冲电路，这种电路做在一块电路板上，由于使用的是集成电路，分立元件少，外接线口十分少，故事故发生率也少，特别与分立元件所组成的触发电路比较来说，电路显得更简单可靠。
由于这里使用的集成电路都是采用插座式连接，更换集成电路很方便，如果集成电路发生故障更换很容易（比较分立元件来说），如果分立元件发生故障，只要将iC全部拔出，那么电路板所集成的分立元件很少，很容易查找问题，一般的电气技工也很容易处理故障等。论文大全。
（5）做多几块整体电路，当故障出现时，整块更换，能使故障停台时间为零。
3.3这种新型的可控硅触发电路的组成及工作原理
（1）只用单个电压过零采样变压器与移相集成电路KJ004内部部分电路组成电压过零采样电路，并以a相作为电压过零采样基准。
（2）同步电路与普通的触发电路相同。
（3）移相电路由专用移相集成电路KJ004组成，KJ004是国内生产的，移相相位起点取决于移相输入电压，实际上是一个压控移相电路。脉冲输出由输出端输出正、负两路方波：输出口oUt1及oUt2，即得到+a、－a两脉冲，但+a、－a两脉冲并不直接控制+a、－a两个可控硅，而是只将+a取出作为KJ041六路双脉冲电路的基准时钟，送到紧接连的内同步电路。
（4）这里设置了一个内同步电路，电路组成见2，其原理简介如下。
图2
该电路的主要作用是使高稳定度的压控振荡器的振荡频率通过扭环形计数器后取出六分之一即a1的作频率及相位反馈，并与外部基准频率Fref作精确地同步。
压控振荡器的振荡频率Cp=3*a1=3x100=300Hz/s，a1=Fref。
电路由可预置可逆计数器CD4029、双D触发器CD4013、四异或门CD4070和运算放大器Lm741等组成为快速同步压控振荡器。其中iC1：CD4013将外部基准频率Fref进行4分频，产生相位差为90度的二个信号分别送入iC3：CD4070的门1和门2，iC2：CD4013也将压控振荡器输出的频率Fout进行4分频后送入iC3：CD4070的门1和门2，门1和门2两个输出端输出信号之间的相位关系取决于压控振荡器的频率高于还是低于外部基准频率Fref，而频率取决于压控振荡器的频率与基准频率之差。
iC4、iC5：Lm741组成施密特触发器为iC6：CD4029提供时钟Cp及控制信号V/D。如果压控振荡器的频率低于外部基准频率，则iC4输出高电平“1”状态，iC6按照与频率差成正比的速率进行加计数，虫iC6和2R-R梯形电阻网络组成的数/模转换器把增加的电压供给压控振荡器，从而提高振荡器的频率。如果压控振荡器的频率高于外部基准频率时其作用恰好相反。论文大全。
该D/a转换电路将由九个电阻及CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器四位输出端组成，由电阻组成的D/a转换电路价格较便宜，即简单的数模转换。该电路可用DaC0808，8位数/模电路代替。进行D/a转换后控制压控振荡器（VCo），由VCo发出脉冲，送给扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。论文大全。压控振荡器（VCo）的振荡频率fout=3fin=3x100=300Hz/s。
（5）扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。
由3个D触发器（实际上由两块二D触发器的CD4013集成电路）和两块三入三与非门的CD4023集成电路及一块带缓冲器的六反相器CD4049集成电路所组成；采用扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器是不存在数字脉冲竟争冒险现象。
电路采用了上升沿触发，触发信号是由VCo发出的脉冲串作扭环形计数器的时钟，由于交流电每一个周期采样有两次过零，50个周期共有100次过零采样脉冲，即fin=100Hz/s，所以fout=3fin，fin是已经实施了相位移动的+a相的触发脉冲，并以此作为内快速同步器的基准时钟。
使得VCo每两次同步后就发出六个时钟信号去控制扭环形计数器，使扭环形计数器所发出的六路脉冲间隔相等而发生时间不同的脉冲信号，再送到KJ041C实行双脉冲发生，以触发六个可控硅。
该电路每次发出六个脉冲信号，且每次从a1取出一个脉冲送回内同步电路作比较，所以该电路的脉冲次数每次都相等并以后保证相位同步。
整个电路还未画出是六个脉冲信号与六个可控硅的直流电路隔离部份，直流电路隔离可用光电方式隔离或用脉冲变压器方式电感隔离，该电路还可以扩展使用。
4.结论
1）此电路是基于各种技术知识综合而设计而成的。如模拟电子技术、数字电路技术、可控硅技术、集成电路开发应用等知识所组成。本电路是否完善，请专家们批评指出。本人利用业余时间及用自己出资购买的元件对本电路做了实验。
2)可控硅触发电路还有电路组成更简单的，就是采用单片微机即单片机iC组成。采用单片微机组成的可控硅触发电路可谓简单可靠而且成本低廉，但必须遍写控制程序，其程序也十分简单，但必须依赖计算机程序员，一般技工无法完成，这是使用单片机的缺点。
3)不采用专用移相iC及双脉冲iC，用普通数字iC及运算放大器和定时器等也可以组成与用专用移相iC及双脉冲iC组成的可控硅触发电路有相同的效果。
【参考资料】
[1]阎石主编.数字电子技术基础第五版,清化大学电子教研室编,2006.
[2]童诗白主编.模拟电子技术基础第二版.清华大学教研组编,2006.
[3]童诗白，徐振英编.现代电子学及应用.高等教育出版社，1994.
[4]龙忠琪,贾立新.数字集成电路教程.科学出版社，2003.
集成电路的作用篇3
【关键词】集成电路现状发展趋势
目前，随着信息技术水平的逐渐提高，集成电路产业得到了迅猛的发展，集成电路是信息产业发展的基本保证，在市场经济愈加激烈的环境中，集成电路对国家、社会、企业都有着巨大的影响。文中将分析集成电路的现状及其发展趋势，旨在促进集成电路的进一步发展。
1集成电路的现状
集成电路发展起步较早，发展时间较长，通过不断的研发、引进与创新，其发展速度不仅逐步加快，其生产规模也在不断扩大。通过对集成电路的持续研究，实现了对其的全面了解与掌握，随着信息技术的提高，集成电路各种工艺技术在整机中得到了广泛的运用，而这主要得益于其具备批量大、成本低、可靠性强等特点。集成电路保证着信息产业的发展，其中对电子信息产业发展起到的积极影响最为突出。同时，集成电路受到市场与技术的影响，其产业结构在逐渐调整，但是其调整需要根据整机和系统应用的现状及发展需求来进行，只有这样，才能获得广阔的市场，进而实现其价值。
集成电路中单片系统集成芯片的特征尺寸在不断缩小、芯片的集成度在逐渐提升，工作电压在逐渐降低，集成电路的优势更加显著，主要表现在高集成度、低耗、高频等方面；同时，集成电路的工艺技术也在发展，其中超微细图形曝光技术得到了广泛的应用，促使iC制造设备及其加工系统实现了自动化与智能化。集成电路在设计过程中，最为重视的便是其系统设计、软硬件协同设计、先进的设计语言、设计流程，设计的低耗、可靠性等。为了促使集成电路形成完整的系统，实现了对各种技术的兼容，包括对数字电路与存储器的兼容、高低压的兼容以及高低频的兼容等。
集成电路的发展有着深远的影响，能够促进经济的持续发展。而电子产品的快速发展，使人们对电子产品的需求得到了满足；并且集成电路促进了通信的发展，进而给人们的生活带来了巨大的改变，人们的工作与学习都因此发生了较为明显的变化，具体表现在工作效率得以提高、学习方式得以丰富上；在信息技术的带动下，集成电路得以发展，满足了企业的需求，促进了企业综合竞争力的提高，使企业能够在激烈的市场竞争环境中有所发展，并在全球化、一体化的世界经济环境中，不断进步。集成电路的发展与应用影响着全球的经济，促进了区域经济的发展，推动了中国经济的快速增长。
2集成电路的发展趋势
在信息技术高速发展的时代，集成电路也在不断发展，不仅其各种技术逐渐发展成熟，其各个领域的应用也在不断扩展，集成电路发展的目标是为了实现高频、高速、高集成和多功能、低消耗，其发展趋势呈现出愈加小型化、兼容化的特征。下文将阐述集成电路的发展趋势，主要表现在以下几方面：
2.1器件的特征尺寸继续缩小
集成电路的特征尺寸一直按照摩尔定律在发展，集成电路的更新时间普遍为两年左右，随着集成电路的发展，依照此定律，集成电路的器件将逐渐进入纳米时代。相信，随着科学技术水平的逐渐提高，集成电路在新技术的带动下，其芯片的集成度将逐渐提升，其特征尺寸也将持续缩小。
在激烈的市场竞争环境中，要不断提高集成电路产品的性价比，才能获得综合的竞争优势，集成电路的高度集成与缩小的特征尺寸，提高了其性价比，促进了集成电路的持续发展。集成电路的特征尺寸已经接近其物理极限，但随着加工技术不断提升，市场竞争压力不断增加，集成电路的技术将有所发展，在其微细化方向有着巨大的发展潜力。同时，随着iC技术及其设计水平的提升，集成电路的发展规模也在不断扩大，并且集成技术愈加复杂，而这则使得集成电路的存储量不断增加，并且其反应与传输速率都在提升。
2.2结合其他学科，促进新技术、新产业的形成
集成电路积极与其它学科进行结合，进而形成新的技术、产业、专业，改变着传统的格局，使其逐渐融合，促使集成电路的片上系统愈加复杂。片上系统在不断发展，并得到了广泛的关注，对其研究也在逐渐深入，从而促进了其快速的发展与运用。片上系统技术的应用，对移动通信、电视及网络有着深远的影响，其发展前景十分广阔。
2.3集成电路的材料、结构与器件等快速更新
集成电路在发展过程中，其材料、结构与器件等在不断更新，其中新材料绝缘体上硅具有众多的优点，如：高度、低耗以及抗辐射等，在不同的领域均可以应用，发展空间十分广阔；其中Si异质结构器件也具有高速的优点，同时由于其具有较高的性价比，其应用较为广泛。集成电路的其他新材料、新结构与新器件等都普遍具有高速、低耗、抗辐射、耐温等特点，我们可以预见，集成电路的应用前景将越来越好。
2.4集成电路的系统集成芯片
集成电路的技术在不断发展，其可以通过将电子系统集成在一个微小芯片上，进而实现对信息的加工和处理。片上系统属于系统集成电路，而将集成电路的数字电路、存储器等集成在一个芯片上，将形成更加完整的系统。
3总结
综上所述，随着信息技术的持续发展，集成电路因其自身的优势得到了广泛的研究与运用，其发展速度是惊人的，目前，集成电路受到诸多因素的影响，其发展受到制约，但随着其整体尺寸的逐渐缩小及其材料、结构与器件等的快速更新，集成电路将得到进一步的发展，并进一步促进各个领域的自动化与智能化。
参考文献
[1]闵昊.中国集成电路的现状和发展趋势初析[J].电子技术，2011，12（01）：5-6.
[2]王永刚.集成电路的发展趋势和关键技术[J].电子元器件应用，2009，1（01）：70-72.
[3]张巍，徐武明.国内集成电路产业特点、问题、趋势及建议[n].江承德民族师专学报，2011，5（02）：9-10.
作者简介
钟文瀚（1986-），男，湖南省冷水江市人。2012年毕业于广西大学控制理论与控制工程专业，硕士学位。现为国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心实习研究员。研究方向为自动控制。
集成电路的作用篇4
【关键词】集成运放；aC放大器；DC放大器
1前言
集成运算放大器(简称集成运放)具有功能强、易用诸多优点，被广泛应用于音频电压放大、仪表信号放大、信号滤波等场合，其已成为电子电路尤其是模拟电路的标准器件，也是模拟电子技术课程教学的主要内容之一。为了使入门者更容易理解集成运放的工作原理和更容易解释集成运放电路，在教学中常使用集成运放的理想运放模型，如视输入阻抗无穷大、输出阻抗为零、开环电压增益无穷大和零输入失调电压。在DC放大器设计中，集成运放的零输入失调电压参数对电路设计影响很大，同一电路设计，因选择不同的集成运放，所得结果差异巨大，甚至电路完全不能工作。传统运放电路，通常隐藏公用电源脚，且默认为正负对称双电源供电，而当前，随着电子产品小型化趋势到来，很多场合并不能提供正负对称双电源，而只能提供单电源，由于很多初学者对集成运放电源的供电认识模糊，在设计单电源供电的aC放大器时，不对电路进行相关改造，而是直接用单电源代替双电源，导致电路工作不正常。
2aC放大器设计错误分析
图1为典型的aC放大器，电路采用Lm358集成运放，采用正负对称的双电源供电，交流信号的电压放大倍数aV=1+R2/R3=23，输入阻抗Ri=R1=1K。C1为耦合电容，隔掉信号源中的直流成份，C2对直流开路，使直流电压产生100%负反馈，从而稳定直流工作点，C2对交流信号相当于短路，从而不影响交流信号的电压放大倍数。无信号输入时，正相输入端、反相输入和输出端的直流电压都约为0V，有信号时，输出端电压在0V基础上变化。不少块合，如电池供电时，无法提供正负对称的双电源，不少初学者由于对集成运放的供电和集成运放电路的直流工作点认识模糊，在设计aC放大器时，直接用单电源代替双电源，设计电路如图2所示。图2电路，无信号输入时，正相输入端、反相输入和输出端的直流电压都约为0V，而当有交流信号输入时，输入信号为正极性时，输出端可以输出放大后的正极性电压，而输入信号为负极性时，输出端不可能输出负极性电压，导致产生严重的失真。单电源供电条件下，正确的电路设计如图3所示。图3电路增加了电阻R4、R5和电容C3、C4，电阻R4和R5阻值相等，提供7．5V直流电压给集成运放的正相输入端，从而使集成运放的正相输入端、反相输入端和输出端的直流电压都提升至7．5V。当输入交流信号时，输出端电压就可以在7．5V基础上进行上下摆动，从而完成交流信号的不失真放大。电容C3为滤波电容，电容C4为输出耦合电容，起到隔直通交作用。
3DC放大器设计错误分析
DC放大器大量应用于传感器信号放大和自动控制场合，图4为一典型的60dB电压增益的DC放大器，电路包括两级电压放大，每级电压放大倍数为34倍。仿真测试时，若选择理想集成运放模型，零输入时(输入端短路)，输出端电压为0V，1mV输入时，输出1V，电路实现设计要求;若选择常用Lm358集成运放，仿真测试发现，零输入时，输出端电压3．22V，发生了严重偏离，电路完全不可用。其实，真实的集成运放所组成的DC放大器，零输入时，输出端不可能零输出，输出电压为:Vo=Vios×avd其中，Vios为集成运放的输入失调电压参数，avd为放大器闭环电压放大倍数。不同的集成运放，其输入失调电压参数相差甚远，理想运放，视输入失调电压为零，因此，采用理想运放的DC放大器，零输入时，可实现零输出。而常用的Lm358运放，其输入失调电压达mV级别，因此，60dB电压增益的DC放大器，其输出误差可达数V之大。解决办法是选择低输入失调电压的集成运放，如op07，其输入失调电压低至几nV，用在本电路，输出端误差能控制在毫伏级别。
4结语
若对集成运放的电源供电条件和集成运放的相关参数了解不够，电路设计容易出错或电路指标不理想。设计单电源供电的aC放大器时，应将直流工作平移至电源电压的一半，设计DC放大器时，应采用低输入失调电压的集成运放。
参考文献:
［1］陈静，史雪飞．“模拟电子技术”课程中若干关键问题的探讨［J］．电气电子教学学报，2014(1):59～61．
［2］曹吉花，郭焕银，唐永刚．电子设计工程师认证与电子技术教学改革［J］．高校实验室工作研究，2011(1):35～36．
集成电路的作用篇5
【关键词】微电子；延伸领域；发展方向
1.引言
微电子技术是随着集成电路，尤其是大规模集成电路发展起来的一门新技术。微电子产业包括系统电路设计，器件物理，工艺技术，材料制备，自动测试及封装等一系列专门的技术的产业。微电子产业发展非常迅速，它已经渗透到了国民经济的各个领域，特别是以集成电路为关键技术的电子战和信息战都要依托于微电子产业。
微电子技术是微电子产业的核心，是在电子电路和系统的超小型化和微型化的过程中逐渐形成和发展起来的。微电子技术也是信息技术的基础和心脏，是当今发展最快的技术之一。近年来，微电子技术已经开始向相关行业渗透，形成新的研究领域。
2.微电子技术概述
2.1认识微电子
微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。
生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的iC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片―它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000Km/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。
“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。
2.2微电子技术的基础材料――取之不尽的硅
位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。
2.3集成电路的发展过程
20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块―集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，如图1所示。
图1集成电路发展示意图
集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：moS集成电路、双极型集成电路和BiimoS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSi、中规模集成电路mSi、大规模集成电路LSi、超导规模集成电路VLSi、特大规模集成电路ULSi和巨大规模集成电路CSi。
随着微电子技术的发展，出现了集成电路（iC），集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。
2.4走进人们生活的微电子
iC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储iC卡也称记忆iC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能iC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。
iC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。iC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。
随着iC技术的成熟，iC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料（如电话号码、主要数据、密码等）存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。
3.微电子技术发展的新领域
微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。
3.1微机电系统
memS（micro-electro-mechanicalsystems）微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
当前，常用的制作memS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基memS器件，它与传统iC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前memS的主流技术，第三种是以德国为代表的LiGa（即光刻，电铸如塑造）技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。
memS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。
3.2生物芯片
生物芯片（Biochip）将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有Dna基因检测芯片问世。如Santford和affymetrize公司制作的Dna芯片包含有600余种Dna基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层Dna纤维，不同的Dna纤维图案分别表示不同的Dna基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以Dna芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种Dna基本片段的芯片。Dna芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。
3.3纳米电子技术
在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管（Hemt），异质结双极晶体管（HBt），低阈值电流量子激光器等。
在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。
（1）在Fet中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。
（2）利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。
（3）制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。
利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。
量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。
4.微电子技术的主要研究方向
目前微电子技术正朝着三个方向发展。第一，继续增大晶圆尺寸并缩小特征尺寸。第二，集成电路向系统芯片（systemonchip，SoC）方向发展。第三，微电子技术与其他领域相结合将产生新产业和新学科，如微机电系统和生物芯片。随着微电子学与其他学科的交叉日趋深入，相关的新现象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光电子集成技术也不断发展，这些研究的不断深入，彼此间的交叉融合，将是未来的研究方向。
参考文献
[1]高勇，乔世杰，陈曦.集成电路设计技术[m].科学出版社，2011.
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[3]王颖.集成电路版图设计与tannereDa工具的使用[m].西安电子科技大学出版社，2009.
[4]毕克允.微电子技术[m].国防工业出版社，2000.
[5]于宝明，金明.电子信息[m].东南大学出版社，2010.
[6]王琪民，刘明候.秦丰华.微机电系统工程基础[m].中国科学技术大学出版社，2010.
集成电路的作用篇6
关键词：电路图 读图 技巧
一、读集成电路图要做到“三清楚”
分析彩色电视机整机电路图，首先要弄清楚整机集成电路块的使用情况，即采用的是什么机心的电路。
1、集成电路的类型要清楚。即要弄清楚整机电路图中所使用各集成块的类型和型号，这是识读集成电路图的第一步。集成块类型可分为图像通道集成块，伴音通道集成块，伴音功放集成块，解码集成块，行扫描集成块，场扫描集成块，场输出集成块，遥控微处理器集成块，节目存储器集成块，字符存储集成块，开关电源集成块和模拟开关集成块等。首先要分清楚集成块类型，还要弄清楚具体型号。很多不同型号的集成块，其内部功能和电路结构是相同的；有的电路结构不同，但能完成相同的功能。了解了具体型号，才能掌握集成块的基本功能。
随着集成电路集成度的不断提高，整机中集成块的数量也再不断减少，由早期的六片机发展到四片机，以及现在市场上流行的两片机和单片机。集成度的提高，使集成块的功能越来越强大，只有通过了解集成块的型号，才能进一步熟悉集成块的功能。
2、集成电路内部的信号通路要清楚。要弄清这一点，首先要熟悉集成电路的功能框图，明确各个框图完成的具体功能，即熟悉输入什么信号、输出什么信号，信号波形、幅度和频率等的变化规律。要熟悉各方面的联系，熟悉信号在集成电路的流通过程。对集成电路内部各框图的具体电路结构、工作过程不必深究。
3、集成电路的内外联系要清楚。集成电路要完成一定的功能，还要与外部单元电路和外接元器件发生联系。首先要明确各功能框图引出脚的功能，引出脚外接元器件的功能作用。否则，就不能看深，看懂整机电路图。识别集成电路各引出脚，识别引出脚的外接元器件，是识读集成电路的主要工作。同一块集成电路，在不同的设计者手中，可能设计出不同的外接元器件网络。另外，要弄清楚集成电路与分立件单元电路的联系，这些分立件单元电路往往是识读电路的难点，这些难点不突破，就不能正确、全面识读整机电路图。
二、划分整机电路的方法
识读整机电路框图，弄清电路结构，是看懂彩电电路的第一步。但实际上常常很少能同时得到电路框图和原理图，将两种图对照识读。检修中遇到更多的，则是将印制电路板实物，与电路图对照，以确认某各元器件属于哪部分电路。这样，如何在整机电路原理图上划分电路结构，得到相应的框图，常常是识图的第一步。根据实践经验，划分整机电路框图的方法有以下几种：
1、以主要元器件为线索，这是读图实践中最常用的方法。彩电型号、电路尽管千变万化，但他们的主要部件和基本功能是不变的，所以在印制电路扳上找到显像管、行输出变压器高频头等体积较大的元器件，或在电路图上找到这些元器件符号后，就能确认它们周边所属的电路系统。例如，与天线插孔相连的高频头，而沿高频头if端引线，就能找到图像中频路；由显像管阴极，可以找到视频输出电路；由显像管阳极供电导线就可以找到行输出变压器；由行输出变压器可以找到行输出管，逆向推下去就能找到整个行电路；由行、场偏转线圈可以找到行场输出电路；由扬声器可以找到音频功放电路；由电源插头可以找到开关电源电路；由开关变压器的二次侧各路供电导线，可以找到场输出、行输出和cfu等系统功能电路。
大部分彩电电路中，元器件符号标注有一种习惯做法，即对同一系统或同一单元电路中的元器件，采用同一数字作为序号开头。例如，看到某一图样中开关电源部分元器件序号都是7xx。那么标注序号为c705的电容，或标号为vd709的二极管必然是在电源部分。同样道理，如果想知道某个序号为vd603的二极管属哪部分电路，只要看到印制电路板上行输出变压器序号为t602，马上就可以判断它是行电路器件。注意：厂方用于生产线上的样图，容易麽损，为保持清晰，一般元件序号与其代号平排，不采用下脚标方式，如r512，不写做r512，这一点是国家标准不完全相对。
2、以机心类型为线索。目前彩电型号虽多，但是许多彩电采用的是同一种机心，所以一旦看到相似的电路，或是确定彩电的机心类型，就能了解它们的电路结构。当然，这是需要积累资料，掌握一些典型机心的电路结构。这种方法对一些型号系列化彩电电路的框图认定简洁有效。
3、以集成块为线索。无论在整机电路图中，还是在印制电路板实物中，集成块都是“显眼”的器件，很容易找到和辨认型号。查清彩电电路中使用了哪些集成块，以及主要集成块(包括小信号处理器、cpu和存储器等)型号，就能根据资料认定机心类型和电路结构。这也是识读彩电电路的常用方法。
集成电路的作用篇7
关键词：电路图 读图 技巧
一、读集成电路图要做到“三清楚”
分析彩色电视机整机电路图，首先要弄清楚整机集成电路块的使用情况，即采用的是什么机心的电路。
1、集成电路的类型要清楚。即要弄清楚整机电路图中所使用各集成块的类型和型号，这是识读集成电路图的第一步。集成块类型可分为图像通道集成块，伴音通道集成块，伴音功放集成块，解码集成块，行扫描集成块，场扫描集成块，场输出集成块，遥控微处理器集成块，节目存储器集成块，字符存储集成块，开关电源集成块和模拟开关集成块等。首先要分清楚集成块类型，还要弄清楚具体型号。很多不同型号的集成块，其内部功能和电路结构是相同的；有的电路结构不同，但能完成相同的功能。了解了具体型号，才能掌握集成块的基本功能。
随着集成电路集成度的不断提高，整机中集成块的数量也再不断减少，由早期的六片机发展到四片机，以及现在市场上流行的两片机和单片机。集成度的提高，使集成块的功能越来越强大，只有通过了解集成块的型号，才能进一步熟悉集成块的功能。
2、集成电路内部的信号通路要清楚。要弄清这一点，首先要熟悉集成电路的功能框图，明确各个框图完成的具体功能，即熟悉输入什么信号、输出什么信号，信号波形、幅度和频率等的变化规律。要熟悉各方面的联系，熟悉信号在集成电路的流通过程。对集成电路内部各框图的具体电路结构、工作过程不必深究。
3、集成电路的内外联系要清楚。集成电路要完成一定的功能，还要与外部单元电路和外接元器件发生联系。首先要明确各功能框图引出脚的功能，引出脚外接元器件的功能作用。否则，就不能看深，看懂整机电路图。识别集成电路各引出脚，识别引出脚的外接元器件，是识读集成电路的主要工作。同一块集成电路，在不同的设计者手中，可能设计出不同的外接元器件网络。另外，要弄清楚集成电路与分立件单元电路的联系，这些分立件单元电路往往是识读电路的难点，这些难点不突破，就不能正确、全面识读整机电路图。
二、划分整机电路的方法
识读整机电路框图，弄清电路结构，是看懂彩电电路的第一步。但实际上常常很少能同时得到电路框图和原理图，将两种图对照识读。检修中遇到更多的，则是将印制电路板实物，与电路图对照，以确认某各元器件属于哪部分电路。这样，如何在整机电路原理图上划分电路结构，得到相应的框图，常常是识图的第一步。根据实践经验，划分整机电路框图的方法有以下几种：
1、以主要元器件为线索，这是读图实践中最常用的方法。彩电型号、电路尽管千变万化，但他们的主要部件和基本功能是不变的，所以在印制电路扳上找到显像管、行输出变压器高频头等体积较大的元器件，或在电路图上找到这些元器件符号后，就能确认它们周边所属的电路系统。例如，与天线插孔相连的高频头，而沿高频头if端引线，就能找到图像中频路；由显像管阴极，可以找到视频输出电路；由显像管阳极供电导线就可以找到行输出变压器；由行输出变压器可以找到行输出管，逆向推下去就能找到整个行电路；由行、场偏转线圈可以找到行场输出电路；由扬声器可以找到音频功放电路；由电源插头可以找到开关电源电路；由开关变压器的二次侧各路供电导线，可以找到场输出、行输出和cfu等系统功能电路。
大部分彩电电路中，元器件符号标注有一种习惯做法，即对同一系统或同一单元电路中的元器件，采用同一数字作为序号开头。例如，看到某一图样中开关电源部分元器件序号都是7xx。那么标注序号为c705的电容，或标号为vd709的二极管必然是在电源部分。同样道理，如果想知道某个序号为vd603的二极管属哪部分电路，只要看到印制电路板上行输出变压器序号为t602，马上就可以判断它是行电路器件。注意：厂方用于生产线上的样图，容易麽损，为保持清晰，一般元件序号与其代号平排，不采用下脚标方式，如r512，不写做r512，这一点是国家标准不完全相对。
2、以机心类型为线索。目前彩电型号虽多，但是许多彩电采用的是同一种机心，所以一旦看到相似的电路，或是确定彩电的机心类型，就能了解它们的电路结构。当然，这是需要积累资料，掌握一些典型机心的电路结构。这种方法对一些型号系列化彩电电路的框图认定简洁有效。
3、以集成块为线索。无论在整机电路图中，还是在印制电路板实物中，集成块都是“显眼”的器件，很容易找到和辨认型号。查清彩电电路中使用了哪些集成块，以及主要集成块(包括小信号处理器、cpu和存储器等)型号，就能根据资料认定机心类型和电路结构。这也是识读彩电电路的常用方法。
集成电路的作用篇8
关键词：ip技术模拟集成电路流程
中图分类号：tp3文献标识码：a文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
1模拟集成电路设计的意义
当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（iC，integratedcircuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言
而喻。
集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSi），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（mSi），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSi），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSi又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。
（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（aD，C）。
（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DaC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（aDC）以确定所传输的电平。
（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。
（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。
（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和a/D转换在这些应用中都是基本的功能。
（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的
设计。
2模拟集成电路设计流程概念
在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SoC和ip技术越来越成为iC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。
一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、ip和ip复用的
设计。
另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。
3模拟集成电路设计流程
3.1模拟集成电路设计系统环境
集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。
（1）模拟集成电路设计eDa工具种类及其举例
设计资料库―CadenceDesignFramework11
电路编辑软件―texteditor/Schematiceditor
电路模拟软件―Spectre，HSpiCe，nanosim
版图编辑软件―Cadencevirtuoso，Laker
物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules
（2）系统环境
工作站环境；Unix-Based作业系统；由于eDa软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。eDa软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。
3.2模拟集成电路设计流程概述
根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。
模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。
（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。
除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。
这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。
3.3模拟集成电路设计流程分述
（1）系统规格定义
这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。
（2）电路设计
根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有eDa厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。
（3）电路模拟
设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助eDa工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。
（4）版图实现
电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。
（5）物理验证
版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，DesignRuleCheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，LayoutVersusschematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。
参考文献
集成电路的作用篇9
1.1认识微电子
微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的iC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片—它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000Km/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。
1.2微电子技术的基础材料——取之不尽的硅
位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。
1.3集成电路的发展过程
20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块—集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：moS集成电路、双极型集成电路和BiimoS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSi、中规模集成电路mSi、大规模集成电路LSi、超导规模集成电路VLSi、特大规模集成电路ULSi和巨大规模集成电路CSi。随着微电子技术的发展，出现了集成电路(iC)，集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。
1.4走进人们生活的微电子
iC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储iC卡也称记忆iC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能iC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。iC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。iC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。随着iC技术的成熟，iC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料(如电话号码、主要数据、密码等)存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。
2.微电子技术发展的新领域
微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。
2.1微机电系统
memS(micro-electro-mechanicalsystems)微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。当前，常用的制作memS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基memS器件，它与传统iC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前memS的主流技术，第三种是以德国为代表的LiGa(即光刻，电铸如塑造)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。memS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。
2.2生物芯片
生物芯片(Biochip)将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有Dna基因检测芯片问世。如Santford和affymetrize公司制作的Dna芯片包含有600余种Dna基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层Dna纤维，不同的Dna纤维图案分别表示不同的Dna基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以Dna芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种Dna基本片段的芯片。Dna芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。
2.3纳米电子技术
在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管(Hemt)，异质结双极晶体管(HBt)，低阈值电流量子激光器等。在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。(1)在Fet中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。(2)利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。(3)制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。
3.微电子技术的主要研究方向
集成电路的作用篇10
关键词:专用集成电路设计;创新;教学;探讨
中图分类号:G424文献标识码:a文章编号:1009-3044(2010)04-0920-02
DiscussingaboutHowtoteachthe"Designofapplication-SpecificintegratedCircuit"Course
wUYu-hua
(BeijingelectronicScienceandtechnologyinstitute,Beijing100070,China)
abstract:"Designofapplication-SpecificintegratedCircuit"isanimportantspecialtycourse.inthispaper,wewilldiscusstheteachingtechniqueaboutthiscourseofnon-micro-electronicsspecialty.Combiningtheteachingpractice,severalteachingexperiencesabout"Designofapplication-SpecificintegratedCircuit"coursearesummarized.
Keywords:designofapplication-specificintegratedcircuit;innovate;teaching;discuss
《专用集成电路设计》是电气信息类专业开设的一门比较重要的专业课。为了培养宽口径、基础扎实的集成电路设计人才,满足iC行业对人才的大量需求,无论是在微电子专业,还是在相关的其他电气信息类专业,不少重点高等院校都已经开设了本门课程。在学生已经掌握了模拟电子技术、数字电子技术和一定的晶体管原理知识的基础上,通过学习《专用集成电路设计》课,进行aSiC设计理论的学习和实践的强化,进一步掌握集成电路和电路系统的设计知识,提高集成电路设计能力,增长集成电路设计经验;通过理论教学和实践教学,来加强电气信息类专业学生的电路设计基础、版图设计基础以及集成电路设计各环节的验证知识等,培养学生在集成电路设计方面的研究兴趣,为后续课程的学习和进一步的深造打好基础。
由于专业建设和人才培养的需要,北京电子科技学院同样开设了《专用集成电路设计》的专业选修课,授课对象是电子信息工程专业的本科生,由于非微电子的专业背景原因,他们并不具备足够的半导体物理、晶体管原理等知识,因此在本课程的教学过程中,必然要针对具体对象,调整教学内容,创新教学思路,加强教学研究,找到一种适合于非微电子专业本科生的教学思想和教学方法。通过教学实践,学生对于课程组在这一课程中的创新、探索和具体的教学方法比较认可。这里把我们在《专用集成电路设计》课教学实践中的初步探索做一些总结,希望与大家分享。
1结合实际合理设置授课内容,以学生能够接受为目标
电子信息工程专业的学生在学习《专用集成电路设计》课程之前,已经系统地学习了《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《eDa技术》等有关电子技术和电路系统的课程,对于电路系统的设计已经有了一定的理解,并进行过比较系统的动手实践训练,为进一步学习《专用集成电路设计》课程打下了比较坚实的知识基础和实践基础。但是由于专业背景的原因,该专业不太可能只是为了《专用集成电路设计》课而专门开设《半导体物理》、《晶体管原理》等这些在微电子专业才有的课程,因此,与微电子专业相比,电子信息工程专业的本科生欠缺有关晶体管原理和半导体工艺等方面的必要知识。在设置授课内容时,必然要考虑到这一点,总的原则应当是以学生能够接受、但又不应该过于轻松接受为目标,而且要尽量避免与《eDa技术》等课程的知识重复。
根据我们的课程内容设置原则,将《专用集成电路设计》课的讲授内容分为以下几章:第一章:aSiC设计概述;第二章:CmoS逻辑;第三章:aSiC库设计;第四章:aSiC的前端设计;第五章:aSiC的后端设计;第六章:可测性设计技术;第七章:SoC设计技术简介。在各章的讲授中,占用课时较多的分别是第二章、第三章和第五章。在讲授时强调培养学生的系统设计能力,使学生对专用集成电路的设计、制造、测试等一整套流程有一般性、整体性的了解,建立专用集成电路的基本概念和方法,了解iC领域的最新发展趋势,激发学生潜在的对集成电路前、后端设计的兴趣。为了配合理论教学,提升教学效果,还设置了合适的实验教学内容。
2注重实验教学效果,以培养动手实践能力为目标
集成电路设计类课程除了理论教学以外,实验教学尤为重要,因为这类课程对学生的训练重点正是在于动手实验,提前接触到未来在进一步的研究和工作中可能会应用到的一些软件工具、设计流程以及设计技巧等,这样才能促进学生理论与实践相结合,真正帮助学生掌握aSiC设计技术。因此本课程要更加注重实验教学效果,着力培养学生的动手实践能力,进而使学生能够更加准确、具体和形象地掌握在课堂上学到的理论知识。根据这一原则,经过试用修订,我们专门编印了《专用集成电路设计实验指导书》,根据大纲的变化,使用工具版本的提高,目前已经编印了2007版和2009版的实验指导书,共设计了五个实验,具体是:实验一:iC设计工具的使用;实验二:单元电路的前端设计;实验三:标准单元的版图绘制与验证;实验四:四位加法器和减法器aSiC的设计;实验五:计数器aSiC的设计。每个实验3学时,其中实验二、实验四和实验五为综合性、设计性实验。
选用一种合适的集成电路设计工具是顺利进行实践教学的关键。我们选用了美国tannerResearch公司开发的一种优秀集成电路设计工具――tannertoolspro,它虽然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具强大,但它的最大优点是成本低,可以在pC机上使用,而且图形处理速度快,编辑功能强,便于学习,使用方便,特别适用于高校进行相关的教学和科研工作。tannerpro工具在美国和台湾的很多大学中早已被广泛应用,台湾不少iC设计企业也在使用tannerpro工具。该工具较新版本为tannertoolspro13.0,主要包含了S-eDit(原理图编辑)、L-eDit(版图编辑)、t-SpiCe(电路仿真)、w-eDit(波形观察)和LVS(版图与原理图比对)等几个功能不同的子工具,满足了集成电路设计从前端到后端、设计验证的一系列过程的需要,完全可以适用于《专用集成电路设计》课程的实践教学。通过我们在课程实验、毕业设计等实践教学环节的使用,发现学生对这个工具上手快、掌握熟,对于以后使用其他的iC设计工具也有一定的帮助,而且培养了他们将来涉足iC设计领域的兴趣和信心。图1是学生在实践教学中得到的一个版图设计结果。
3适当讲授最新技术进展,以让学生跟上行业发展脚步为目标
我们都知道,集成电路设计技术、制造工艺等的发展速度飞快,遵循着集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降、集成度每年翻一番和价格每两年下降一半的著名的摩尔定律,集成电路的设计和制造技术发展日新月异。因此,在《专用集成电路设计》的教学过程中,必须要根据教学大纲的要求,在系统讲授已经设置好的教学内容的前提下,结合具体授课内容,适当讲授最新技术进展,以期让学生跟上集成电路设计行业发展的脚步,并不断将这些新技术、新进展、新方法、新工具、新工艺融入到授课内容中,做到授课内容常讲常新。其实这除了让学生可以接受到最新的知识和了解到该领域最新进展之外,同时也是一个教学相长的过程,对于教师的教学和相关科研也是一种无形的促进,可以督促教师不断地跟踪与iC设计、制造相关的最新研究成果,并进行精心的组织,将这些成果有机融入到课程教学中,做到授课内容的不断更新,而且这样也才能够避免一份讲稿多年重复使用,保证教师在教学中的激情,增强教学效果。
在这里仅仅举一个具体例子。在一次讲授到集成电路工艺的内容时,作者为同学们讲授了不断发展的集成电路工艺水平,以及所遇到的工艺发展瓶颈对于摩尔定律的挑战,还具体讲到了intel公司新推出的0.45nm工艺的CpU,它采用了大大不同于以往的工艺方法,这次工艺变革可以称得上是“拯救摩尔定律”的一大技术进展。本次课后,不少同学纷纷通过互联网等来查阅这一最新工艺的具体情形,表现出了浓厚的学习兴趣。
4创新课程考查方式,以激发学生进一步的研究兴趣为目标
一门课程的考查方式如何,对于这门课程能不能按照教师的预想,达到既定的最终教学目的,有着比较重要的作用。传统的一张试卷去“考”出学生学习效果的方式虽然比较简单省事,但却过于单调,虽然从某种程度上能够考查出学生对这门课程知识的掌握程度,但是对于激发学生在学完这门课程之后,对本学科、本领域进行进一步研究的兴趣却作用不大。由于自从接受学校教育以来经历了无数次的考试,不少学生厌烦考试的情绪比较严重,恨不得考完后把教材、作业、笔记等都马上丢弃,这是现实存在的、我们必须得承认的事实。从某种意义上说,通过考试来考查学生的学习,有时对最终教学目标的实现会起到一定的反作用。而且单纯考试的方式也很难发现学生对于这门课、这个领域、这个行业的独特想法和创新思路。
作者在《专用集成电路设计》教学过程中,结合课程的专业特点,积极探索并实践了采用提交论文和现场答辩相结合的课程考查方式,即在课程讲授到二分之一左右时,布置给学生论文题目,对于论文的范围、参考文献的篇数、论文的格式和字数等做出明确而具体的规范,要求学生在最后一次课之前提交自己的论文,做好答辩ppt,并利用专门的时间集中进行答辩,每位学生对自己准备的论文,进行5分钟左右的讲解,并接受教师和其他学生的提问。通过创新课程考查方式,提交论文和现场答辩相结合,让学生在准备论文和答辩材料的过程中对专用集成电路设计的有关内容和工艺、方法等有了更加深刻的理解,并有了一个系统的知识梳理过程,现场答辩的方式也更能够展现学生对于集成电路设计的一些独特的思路和创新性的理解,学生在经历这一过程时,也促使自己积极思考,主动研究,努力去探索和集成电路、微电子学有关的一些研究方法和最新进展,激发自己在完成本门课程的学习后、甚至是大学毕业后进行进一步研究的兴趣和信心;另外还在这个过程中提升了学生的论文写作能力、科学研究能力。
5结束语
《专用集成电路设计》课(或者其他名称的类似课程)在不少设有微电子学专业的重点大学中开设较为普遍,但在没有微电子学专业的高校特别是非重点高校中开设并不多,对于该课程教学实践中的一些具体的方法研究和探讨需要更加深入。作者在教学实践中,紧密围绕本校、本专业的培养目标,以授课对象为主体,遵循课程的教学规律和科学研究规律,选择合适的授课内容和教学方法,并且不断地对此进行探索和研究,收到了初步的教学效果。当然,教学创新永无止境,教学方法的研究和探讨不能止步,作为一名年轻教师,在今后的教学实践中,作者将在加强学习以及与同行交流的前提下,进一步拓宽和创新教学思路,探索和完善教学模式,研究和更新教学内容,学习和探讨教学技巧,敢于创新,善于创新,真正做到教好书,育好人。
参考文献:
[1]michaelJohnSebastianSmith.专用集成电路[m].虞惠华,等,译.北京:电子工业出版社,2004.
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[3]廖裕评,陆瑞强.集成电路设计与布局实战指导[m].北京:科学出版社,2004.