集成电路的概念篇1
关键词：“虚短”“虚断”应用电路
当今世界电子技术飞速发展，集成电路正在逐步取代某些具有特定功能的分立元件电路。在目前使用的电子技术教材中，集成运算放大器的应用电路所占的分量也越来越大，由它们主要构成了信号运算电路、信号处理电路和信号发生器等。
1集成运放应用的特点及其判断
集成运放的应用分为线性应用和非线性应用，
（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，即闭环电压放大倍数auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom。
运放工作在哪个区域的判断标准是看集成运放应用电路中是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，即在单元运放的输出端与反相输入端之间跨接负反馈网络，只要电路中有负反馈网络，则电路工作在线性区，即电压传输特性的斜线区域；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。
2集成运放应用电路基本分析方法
运放的基本分析方法实际是指两个概念——“虚短”、“虚断”，它们是集成运放十分重要的特性。“虚短”、“虚断”是指集成运放的同相输入端和反相输入端即好像是短路，又像是断路的。
由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。把这种两输入端视为等电位的特性称为虚假短路，简称“虚短”，显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1mΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1ua，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。把这种两输入端视为等效开路的特性称为虚假开路，简称“虚断”，显然不能将两输入端真正断路。
集成运放两输入端的输入电流近似为0，相当于断路一样，但它们和内部电路又不是真正的断开，所以称为“虚断”。
我们利用“虚短”“虚断”的概念来分析电路，可以大大简化集成运放应用电路的分析过程。但集成运放工作在不同区域时，分析方法不尽相同。集成运放的线性应用电路可以使用“虚短”、“虚断”两个概念进行分析，而集成运放的非线性应用中，“虚短”不再成立，仅能用“虚断”的概念进行分析。
3两种应用的实例及分析
3.1集成运放线性应用电路
以同相比例运算电路为例，电路结构如图1，具体说明分析步骤：
（1）判断电路中含有负反馈网络，以确定集成运放工作在线性区；此电路含有电压串联负反馈网络；
（2）使用“虚短”、“虚断”和“虚地”的概念分析输入信号与输出之间的比例关系；
参考文献
集成电路的概念篇2
关键词集成运算放大器；虚短虚断概念；等效模型；反相比例运算电路
中图分类号o59文献标识码a文章编号1674-6708（2013）96-0111-02
0引言
外接的电路如何才能够与集成的运算放大器进行一个不同程度的连接，这应当是一个及其复杂的过程。对于不同的结构图层来说，其所能够反应的网络也是不同的。针对于这样的情况，我们就需要对于反馈元件所能够反馈的方法也是不同的。这就使得对于其所构成的功能也需要进行仔细的研究，每一个应用的电路对于其特性存在方式也是不尽相同。所以，在进行电路的分析过程时，对于其众多的线路来说，可以讲其中的集成电路细致化，将其粗略的看作为理想的运放，并且也可以将反馈的元件同时看做为理想的元件进行研究。本文基于这一背景，分析了集成运算放大器的虚短虚断概念，这一研究对于集成电路的进一步认识具有一定的参考价值。
1理想运放的基本条件
在进行差值的模式模拟的过程中，对于其电压在进行增加的时候，其增益的一方可以进行没有限制的扩大；于此同时那些频带的宽度也是没有优良限制的；并且，对于共模的电压来说，其增益的状况可能会变成数值零；而且当其电压在进行输入的时候，状况失调，并且其在进行电流的偏置过程时，能够将输入的噪声进行电压的分析，也需要将电流的均衡数值更改为零；另外在进行阴抗的输入的时候，其数值应当是无限大的；而在进行阴抗的输出时，其数值为零。
2理想运放的等效模型
对于理想的运放等效模型来说，我们可以从反馈的角度对其进行探讨。其在进行工作的时候，基本上处于两种态度，首先则是对于反馈的负面数值的工作状况，其次则是对于反馈的正面数值以及反馈在进行开环时候的状态。这样的话，当集成的运作在进行反馈的时候，正处于最为深度的反馈负值的情况下，那么对于其所输出的电压以及其所输入的电压来说，将会成正比的关系。
3虚短虚断虚地的概念
对于理想的数值进行运送和放收的时候，其存在的差值是会将其具体的电压进行增大的，并且结果还是能够增加到无限数值的扩大。而在进行电压之间的进行变化的时候，其过程的条件需要在有限的数值上面进行变化，这样做的前提条件就是需要将输入时所输入的差模更改为零电压，也就是说而，从这具体的状况可以明确的得出，这些在相同的端口进行的时候，与其在同等条件下的相反的端口所表达出来的电压情况在很大程度上都是一样的。所以，该电路就被成为起家的短路。如果在同样的设备之下，对于完全相反的两个端口，其显示的点位也是完全相反的，也并不存在着直接的进行接触，这样的状况被称之为虚地。然而，在这样的过程中，如果其显示的电阻并没有出现正常的情况，而后出现了无限大的电阻状况，那么这样的情况，在它集成电路的两端所存在的电路，在一定状况下几乎变化为零，这样的状况就被称之为虚假的断路。
4反相比例运算电路
在进行反比的验证的过程时，对于其所存在的电路计算图的模式，我们可以根据研究进行具体的阐述。通过具体的研究，我们可以得出，在经过信号1的输入之后，对于外接的电阻也能够进行相应的基础运作的，其中所能够呈现的应当是一个完全相反的电路，也就可以将其称之为反馈的电阻2。这样的话，在进行输出端口的实验之时，与其相反的如入端口之间存在着不同，并且还能够将连接而成的电压进行联系和反馈，对于那些集成性能十分强大的电压在过程的时候，也能够将其平均的实现电阻的平衡，这一过程就叫做平衡的电阻3.而那些主要是用来进行相同端口的使用，并且与相反的端口进行外界电阻方面的出现了相同的状况的时候，这样就能够在很大程度上能够保证其在进行工作的时候，一直处在一种相对比较平衡的状态。这样的话，也能够对于偏置的电流进行一种输入性质的消除，以及对于温漂也会产生一定的影响。所以，为了能够将传输的行为在一种最为理想化的情境下实现，这就需要对于短路进行反复的运算和选择。
6结论
建立理想集成运算放大器的等效模型，讨论集成运算放大器的虚断、虚短、虚地的概念，并运用它们分析集成运放的比例运算，在进行电路的比例性质的运算过程时，对于其最为基本的操作模式应当是运放应用电路，因为它可以讲具有实际电路的基础电路、放大器的通用数据，这样的三种集成运放共同组合而成，这样的状况会使得工业化进行控制的时候能够实现自动化，也能够运用多个方面。
参考文献
[1]王著.集成运算放大器放大倍数算法的研究[J].安防科技，2006，1：38-39.
[2]史正凤.集成运算放大器的虚短虚断概念及在线性运算中的应用[J].电脑知识与技术（学术交流），2007，no.1111：1293，1325.
[3]朱少根，潘强，李源.应用“虚短”和“虚断”求运算放大器的传输特性[J].电气电子教学学报，2002，6：48-49，93.
集成电路的概念篇3
【关键词】模拟电子技术；CDio；教学改革；差动变压器
0引言
模拟电子技术是电类专业重要的具有入门性质的技术基础课，扎实的理论基础和过硬的实践能力对于电类学生后续专业课的学习有着重要的作用。但是随着电子技术的发展，数字电子电路大行其道，使一部分学生产生了模拟电子电路不再重要的错误认识。加上课程的学时数越来越少，传统的教学模式存在着如教材重分析轻设计，验证性实验多综合性实验少，单一强调理论知识的考核方式等，严重影响了模拟电子技术课程的学习效果。本文以我校自动化专业进行的卓越工程师计划为契机，以CDio教育理念为指导，全面改革模拟电子技术课程教学，并在各种学生参加的电子大赛中得到了检验，取得了优异的成绩，教学效果显著。
1以CDio教育理念优化教学内容
模拟电子技术课程教学的内容繁多，模拟电子电路经典教材篇幅都很大，特别是在教学学时数大量压缩的情况，如何优化教学内容是教学改革首要任务。同时模拟电子技术课程与数学、物理、甚至电路课程的学习都有着明显的区别，即它的工程性和实践性，因此如何将模拟电子技术学习有机地融合到工程背景中，是教学改革的关键问题。为此我们以CDio教育理念为指导，对模拟电子技术课程教学内容的优化做了积极的探索。
1.1CDio教育理念
CDio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的重要成果。CDio教育模式是90年代末由美国麻省理工学院航空航天系首先创立的，在2000年联合3家瑞典大学完善了这一模式，并建立了12条标准，于2004年正式成立了国际组织。CDio是构思（Conceive）、设计（Design）、实施（implement）和运行（operate）四个英文单词的首字母，它涵盖了产品开发的完整过程[1-4]。
CDio教育模式以产品开发的全过程为载体，让学生以主动的、实践的方式进行工程开发学习，建立起完整的课程体系，并培养学生的专业基础知识、终身学习能力、团队交流协作能力和工程系统能力。CDio教育模式的关健是如何根据学习内容确定一个实际的开发案例，通过这个案例的开发逐步培养学生的工程能力以及其他能力。
1.2确定工程开发实例
如何把模拟电子技术教学内容完美地融合到一个工程开发实例中，是个不小的挑战。随着电子技术的发展，模拟电子技术应用领域绝大多数都集中在传感器信号调整电路中。通过对大量传感器调理电路的研究，发现用传感器调理电路作为开发实例可以很好包含模拟电子电路绝大部分核心教学内容。实际教学过程中，选择差动变压器式位移传感器（螺管式）的调理电路设计和制作作为模拟电子电路学习的工程案例，通过多年的教学实践，效果显著。
差动变压器式位移传感器是用来检测物件移动的位移量，在工业中应用非常广泛。其调理电路原理框图可以用图1表示。其中正弦波或方波产生电路的功能是产生一定频率的正弦波或方波激励传感器的初级线圈；检波电路的功能是将差动变压器次级线圈输出的电压，转换成一个既能反映位移的大小，又能反映位移的方向的电压信号；放大电路的功能是将检波电路得到的小信号放大成合适的大信号；滤波电路的功能是将放大信号的高频分量滤掉，获得一个纯净的直流电压信号；转换电路的功能是将电压信号转换成电流信号，以便适应信号的远距离传输；直流电源电路的功能是对整个电路进行供电，一般情况下供电电压为24VDC。
整个调理电路基本上包括了模拟电子电路课程教学的所有内容。下面以我校选用的童诗白主编的《模拟电子技术基础》[5]教材为例，将调理电路的各组成电路对应教材相应章节整理成图2。需要说明的是，设计调理电路必须有两个重要的基础，即熟悉运算放大器内部结构和外部特性，以及反馈的概念。从图中可以看出，调理电路中的各组成电路基本上包含《模拟电子技术基础》教材的所有章节，也就是说选择差动变压器式位移传感器（螺管式）的调理电路研发作为工程案例是恰当的。
1.3优化教学内容
图2已经非常清楚地概括了模拟电子技术课程教学内容，其大致可以归纳为三个方面：一个器件，即集成运算放大器；一个概念，即反馈；六种电路，即信号产生、检波、放大、滤波、转换和直流电源电路。
1.3.1一个器件――集成运算放大器
调理电路中的核心器件是集成运算放大器，学习模拟电子技术的第一个任务就是如何认识和正确使用集成运算放大器。为此可以将教材的前5章整合成一个模块，即集成运算放大器模块。集成运算放大器的学习可以再细化为以下三个方面。
第一是学习集成运算放大器的外部电压传输特性。运放作为调理电路中的核心器件，必须要掌握它的作用和功能，即放大作用。
第二是学习集成运算放大器内部组成电路。首先要弄清楚二极管和三极管的特性；其次以单管共射放大电路为基础学习运放的中间级；再次差分放大电路为基础学习运放的输入级；最后以单管共集放大电路为基础学习运放的输出级。
第三是学习集成运算放大器性能参数。不同的运放其性能指标差异较大，在理解这些参数的基础上，根据需要合理地选择运放。
1.3.2一个概念――反馈
\算放大器在电路中一般有三种状态，即开环、正反馈和负反馈，根据需要正确选择不同的反馈类型。学习反馈概念时要注意以下几点。
第一，根据集成运算放大器的电压传输特性，理解开环、正反馈和负反馈的作用。
第二，理解负反馈的四种组态，以及引入负反馈后对电路性能的影响。
第三，根据电路需要，要能够正确选择合适的负反馈组态，以满足电路设计要求。
1.3.3六种基本单元电路
学习了集成运算放大器和反馈这两个重要内容以后，就可以分析和制作实际电路了。但是实际电路多如牛毛，功能和电路结构各不相同，那又如何学习呢？分析传感器调理电路的组成，可以归纳为六种基本的单元电路，即信号的产生电路、信号的检波电路、信号的放大电路、信号的滤波电路、信号转换电路和直流电源电路。
熟悉了这六种基本单元电路后，就可以根据需要设计具体的电路了。
2更新教学手段
在确定了学习的工程案例和相应的教学内容以后，接下来的任务就寻找更好的教学手段，提高学习效率。
2.1善于吸收最新研究成果
在模拟电子电路的教学过程中，前人做了大量的探索，也取得了很多研究成果。在教学过程中要善于吸收最新的研究成果，提高教学效果，下面以实用的三极管共射放大电路为例加以说明，图3（a）为该电路的原理图。
国内教材在分析这个电路时，都是首先把三极管用微变等效模型替代，然后求解放大电路的各项指标。这种方式应该说是比较繁琐的，学生对三极管的微变等效模型也不易掌握，求解电路的性能指标时费时费力。日本作者铃木雅臣的《晶体管电路设计》[6]一书中已经提出了另外一种分析方法，这种分析方法简单明了，易于掌握。这种分析方法是将三极管的发射结等效成二极管的交流小信号模型，该部分内容在康华光主编的《电子技术基础・模拟部分》[7]一书中已经作了详细的分析。再利用图3（b）中的交流通路分析放大电路的放大倍数。
由于发射结可以等效为一个小的动态电阻，所以输入电压能够顺利达到三极管的发射极上，所以，而，则输出电压，因此放大倍数。相比传统的微变等效法，该方法概念清晰，直观明了，因此善于利用最新的研究成果，可以提高教学效果。
2.2采用软件仿真计算手段
仿真计算已经与理论分析和科学实验一道，成为当代科学研究的三大支柱。目前，学生基本上人手一台笔记本电脑，因此仿真计算也为教学提供了理论和实践结合的完美平台。在模拟电子技术教学过程中，应当把仿真计算提到突出的地位上，必须在教学过程中形成“理论分析仿真计算实验验证”的完整流程。仿真计算可以不受实验室条件的影响，对电路的分析更加的直观、形象，同时也可以节省大量的实验经费。利用Cadence软件的pSpicea/D组件对上述实用三极管共射放大电路进行时域和频域仿真计算，仿真结果如图4所示。
从图4（a）中可以计算出（时域分析时输入激励信号源振幅为0.5V）。从图5（b）中可以计算出（频域分析时输入激励信号源幅值为1V）。
仿真计算可以非常直观地看到结果，可以帮助学生提高系统的分析和设计能力，以及故障诊断和排除能力。
2.3拓宽课外学习渠道
电子技术是一门实践科学，要想真正对所学电路融会贯通，必须动手制作电路，如制作差动变压器调理电路。这就要求学校必须提供开放式的学习环境，以满足部分学有余力的学生得到个性发展。我校自动化专业为实施卓越工程师计划专门创建了创新实验室，并整合学校原有的电子协会资源，为我校自动化专业的学生提供了良好的实践环境，拓宽了学生的课外学习渠道。
3教学效果
以CDio教育理念为指导，优化了模拟电子电路课程的教学内容，并采用最新的教学手段，培养了学生的动手能力、团队协作能力和创新精神，取得了较为显著的效果。
3.1学生理论基础明显扎实
以前学生在学习模拟电子电路时，很多概念学的不是很扎实，自从课堂教学中使用了仿真计算后，特别是我校自动化专门开设Cadence软件的pSpicea/D组件的学习课程，学生的学习兴趣明显提高。利用仿真软件可以对学习的每一个电路都进行仿真计算，这样可以很好地检验理论学习效果。
3.2学生的创新能力得到明显提高
自从教学改革以来，学生参加各类电子设计大赛的人数大幅度提高，也取得了很好的成绩。截止2016年4月，我校电气学院学生参加的各类电子设计大赛中获得部级特等将1个，部级一等级3个，部级二等奖18个，部级三等奖3个，省级将项100多项的好成绩。特别是在2015年全国电子大赛，一举获得2个全国二等奖，3个全国三等奖。
4结论
以CDio教育理念为指导，对模拟电子技术教学进行了全方位的改革，结合实际的开发项目，优化教学内容，革新教学手段，形成了完善的课程体系。通过多年的教学实践，该体系能够有效地调动学生的主动性和兴趣，提高学生的实践创新能力，教学效果显著，发挥了良好的示范和辐射作用。
【参考文献】
[1]丁桂芝.CDio12个标准本土化应用专题之1-背景环境[J].计算机教育，2012（5）：106-109.
[2]丁桂芝.CDio12个标准本土化应用专题之2-学习的目标效果[J].计算机教育，2012（7）：100-105.
[3]丁桂芝.17、CDio12个标准本土化应用专题之4-工程导论[J].计算机教育，2012（15）：104-106.
[4]丁桂芝.19、CDio12个标准本土化应用专题之6-工程实践场所[J].计算机教育，2012（19）：107-110.
[5]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第4版）[m].北京：高等教育出版社，2006.
集成电路的概念篇4
关键词：3D集成；系统封装；异质集成
presentSituationandDevelopmentof3Dintegration
XiaYan
（no.38ResearchinstituteofCetC,Hefei230088,China）
abstract:thedevelopmentof3Dintegrationisarevolutionprocessoftechnologyandconcept.Basedonthehistoricalevolutionofintegrationandpackaging,thecharacteristicsof3Dintegrationareintroducedinthispaper,showinghowthebreakthroughofconceptenablestheprogressoftechnology.thedevelopmenttrendcanbedescribedasthis:advancedsystemlevelpackagingoffersnewintegrationschemes,verticalstackingdecreasesinterconnectionlength,combinedwithwaferlevelpackagingbringspotentialcostreduction,andheterogeneousintegrationoffersapathformultifunctionsystemwithmeterial,subjectandtechnologyintegration.
Keywords:3Dintegration;systempacking;heterogeneousintegration
1引言
随着无线通信、汽车电子和其他消费类电子产品的快速发展，电路集成正面临着多功能、小型化、便携式、高速度、低功耗和高可靠性发展趋势带来的严峻挑战；而随着集成电路（integratedCircuit,iC）的微小化达到纳米尺度，摩尔定律的持续发展受到质疑，如何实现更加小型化、低成本的系统成为亟待解决的问题。三维（threeDimension,3D）集成采用在垂直方向堆叠多个芯片或模块的方法，使得按照摩尔定律的尺寸缩小得以延续，还可以集成不同的器件与技术，形成高集成、多功能的电子产品。随着封装互连技术的不断发展以及人们对集成概念的不断创新，3D集成逐渐广泛应用，尽管还面临着散热、成本等多种问题，但3D集成无疑是未来电子系统的发展方向。基于此，本文主要对3D集成技术的概念与发展特点做出专门的讨论。
23D集成概念
2.1产生背景
自摩尔定律首次预测硅片上晶体管的数量每18个月翻一番以来，电子学取得了重要的进步，预测到2016年前后，将批量生产设计规则22纳米的集成电路。但是随着晶体管的密度增加，开发难度及成本，以及相应生产工艺的成本也随之陡然增加，按比例缩小集成电路的发展已经接近极限，面临的问题有：
（1）由于晶体管的数量更多以及更高频率的工作，单芯片上的总能量需求和能量密度将会增加；
（2）未来系统需要集成多种非电子功能，如射频、光/光电、执行器、memS等；
（3）随着元件的不断缩小，引线延迟对性能影响的比例不断增大。
正是这一系列的严峻挑战促使了“morethanmoore”定律及3D集成的发展与应用。3D集成是“morethanmoore”应用的方法，在保证芯片面积不变的前提下提高芯片上的器件数目，国际半导体技术蓝图（itRS）宣称3D集成是达到更高晶体管集成密度的关键技术[1]。此外，3D集成更注重智能系统的集成和功能的翻番，有利于提高未来微电子系统的性能。
2.2定义
3D集成通常定义为堆叠和垂直互连的器件层的制造[2]。简单的说，3D集成是一种系统级的架构，是指将多层平面器件堆叠起来，器件层之间通过穿透硅的Z方向通孔（throughSiliconVia,tSV）来实现垂直互连的系统级集成方案。
3D集成的技术领域可以划分为三类：封装堆叠，芯片堆叠（没有tSV）以及tSV技术，前两类技术可统称为3D封装[2]。
2.3优势
3D集成的发展基于两个核心问题：一是发展摩尔定律，实现晶体管密度的翻番和芯片性能的提升；二是实现功能翻番，即异质集成（heterogeneousintegration）。
（1）降低系统尺寸。3D集成采用芯片在垂直方向的堆叠，显著提高了封装效率，从而降低系统尺寸。相对于二维封装，三维封装可以缩小体积5～6倍，减轻重量2～13倍[3]。
（2）显著提高系统性能。3D集成可以大大缩短互连长度，在减小芯片面积的同时缓解互连延迟问题，从而允许更高的运行速度和更低的功率消耗。
（3）允许异质集成。3D集成提供了构建混合多种技术器件的高复杂度系统的可能性，这是3D集成最重要的优势。异质集成将在后文中详细介绍。
33D集成发展特点
3.1面向系统的封装
封装技术从上世纪70年代的双列直插封装（Dip）开始，经过了矩形扁平封装（QFp）、球栅阵列（BGa）、芯片级尺寸封装（CSp）、多芯片组件（mCm）等阶段，发展到如今的3D封装。从表观上看，封装向小型化、高密度、低功耗的趋势发展，而更为根本的理念变革是封装从面向器件走向面向系统。
现代封装除了保护芯片、提供电连接等传统功能外，更利用薄膜、厚膜工艺以及嵌入工艺将系统的信号传输电路及大部分有源、无源元件进行集成，并与芯片的高密度封装和元器件外贴工艺相结合，从而实现对系统的封装集成，达到最高密度的封装。
随着封装技术与理念的发展，系统集成也随之不断变革。从最初的所有分立元器件在系统板上互连的板上系统（systemonboard,SoB）发展到当前的片上系统（SystemonChip，SoC）、系统级封装（Systeminpackage，Sip），以及Sop（Systemonpackage）、Sow（Systemonwafer）等多种集成方式并存，可以预见，封装与系统的概念将逐渐模糊，最终发展为“封装即系统”。
（1）SoC在单个硅片上集成一个系统，可包括处理器、高密度逻辑电路、模拟和混合信号电路、存储器等，主要是一种依赖于硅片工艺的技术，是最好的片上集成（bestofon-chipintegration）[4]。SoC在平面上而不是3D上实现系统，且主要适于CmoS工艺，在射频电路及传感器、无源元件等异质元件的整合上面临巨大困难，难以实现复杂的系统，混合信号处理难度大，成本高，面市周期长。
（2）Sip将多个不同功能的有源元件，以及无源元件、微机电系统（memS）、光学元件等其他元件，组合到一个单元中，形成一个可提供多种功能的系统或子系统，允许异质iC集成，是最好的封装集成。相比于SoC，Sip集成相对简单，设计周期和面市周期更短，成本较低，可以实现更复杂的系统，但Sip也仅仅集成了10~20%的系统[4]；
（3）Sop的定义：Sop是一个高度小型化的系统技术，将计算、通信、娱乐、生物－电子等功能合并在一个封装或组件中，它的小型化是通过系统级元件（微米级，甚至纳米级）的封装集成来达到的[5]。
Sop与Sip的最根本区别在于系统的集成度。itRS指出，Sip“选择性”的（optionally）集成无源、memS、光学等元器件；而Sop的目的是集成整个系统，利用薄膜技术将元件嵌入到基板中，尤其是系统中数量巨大的无源元件。因此，Sip虽然集成度稍低，但灵活度高，目前应用也十分广泛；Sop可集成80~90%的系统，但在设计、材料、处理、组装、可靠性和测试等多方面还存在一系列技术难题，目前，Sop更多的应用于小模块，或是实验室的概念型系统。
3.2追求更短的互连
系统从平面放置到垂直堆叠的突破大大缩短了互连长度，而在互连方式上，则先后经过了引线键合（wirebonding）、倒装芯片（flipchip）和tSV，在这三种技术发展过程中，互连长度不断降低，芯片利用率不断提高，tSV更是将3D集成的概念完美实现。
（1）采用引线键合方法的3D集成是将不同的堆叠芯片利用一个共用的插入板（或封装）互连，每个芯片通过引线键合连接到插入板。引线键合的主要缺点是紧密放置的引线之间存在很大电感耦合，性能受到互连长度的制约，不适合高频、高速电路。
按照堆叠芯片的尺寸，采用引线键合的3D集成可以分为金字塔式、悬挂式，如图1所示。在实际应用中，往往是几种构型的组合。
（2）与引线键合相比，倒装芯片可以减短芯片与系统其他部分互连的电长度，提高电性能；利用芯片的整个区域，允许更高数量的互连，是性能与成本折衷的较好选择。
倒装芯片的3D集成常采用混合芯片堆叠方式，即倒装芯片互连与引线键合组合，如图2所示。顶层芯片倒装可以消除到基板的长引线连接，常用于芯片间通信，具有高频运行、低寄生效应、高i/o密度、小型化等优点。底层芯片倒装有利于芯片高速运行，这种方法将基板互连分为两个区域，芯片下部用于倒装芯片，芯片之外用于引线键合，提高了基板的使用率，但顶部芯片的引线键合仍然有高寄生效应。
（3）tSV是在硅片（芯片、晶圆或者硅芯片载板）中钻的通孔，孔中填充铜、钼、钨等导体材料，形成模块或子系统中的垂直电互连。tSV的优势不在于成本而在于其出色的性能。与引线键合相比，可以明显降低系统尺寸，用于连接的表面可以降低至少30%[6]；tSV具有最短、最丰富的垂直方向互连；允许在硅里移植整个复杂、多芯片的系统；逻辑模块间的电连接更加紧密，避免了长的、水平面互连的RC延迟。
当前采用tSV集成的主要障碍是高成本、通孔的电隔离以及新设备的高额投资等，因此tSV还未获得广泛应用，但它是一个很有前途的发展方向，itRS曾经预测，到2010年后使用tSV的堆叠芯片数量将超过9片[7]。
3.3与晶圆级封装结合
晶圆级封装（waferlevelpackage,wLp）是在晶圆上完成封装制程，具有大幅减小封装结构的面积、降低制造成本、电性能优、批次制造等优势，可明显的降低工作量与设备的需求。随着晶圆加工处理技术的不断发展，人们将wLp与多种系统集成方法相结合，发展出了wLCSp、wLSip、wLSop等多种概念。3DwLp集成则是将wLp与3D集成技术结合的先进集成方法，如图3所示，对晶圆进行导线重布（redistribution）后，多个晶圆垂直堆叠粘合（wafertowafer,w2w），再切片形成3D集成的iC。该方法制造成本低，但存在已知合格芯片（knowngooddie，KGD）的问题。
图3所示的是最理想的wLp集成方法，所有步骤都是在晶圆级进行，最后完成切片，为了解决工艺、成品率等问题，人们提出了多种技术或工艺，可能并非所有步骤都在晶圆级进行，例如在文献[8]提出的“重构晶圆”（“re-builtwafer”）集成技术中，芯片在单晶圆上经过导线重布后，切割晶圆并测试芯片，再进行3D集成，这种方法可以避免KGD的问题，此外还有D2w（dietowafer）集成等。
随着wLp技术的发展，法国Cea-Leti提出了晶圆上系统（Systemonwafer,Sow）的概念[7]，如图4所示。
3.4走向异质集成
3D集成最大的优势在于其异质集成的能力。异质集成是在一个封装中灵活的、小型化的、成本合理的集成不同的功能，如信号处理、传感器、执行器、光子学、能量、冷却等。“异质”具有多种含义，包括：
（1）不同的学科：电子、机械、光学、化学等；
（2）不同的材料：硅、iii-V族及其他化合物等；
（3）不同的器件：半导体微电子器件、光电子/光子器件、memS、nemS等；
（4）不同的功能：信号处理、传感器、执行器、光子学、能量、冷却等；
（5）不同的工艺：CmoS工艺，Gaas工艺等；
（6）不同的尺寸：如不同尺寸的晶圆。
异质集成对不同的材料与器件采用最合适的工艺，从而可使系统性能最佳化，例如用硅提供无源元件和驱动电路，而用Gaas和其它iii-V化合物半导体构建高性能微波器件。异质集成可以“自下而上”进行，主要是在一块芯片上集成与CmoS兼容的技术和材料，也可“自上而下”进行，将不同技术和材料集成在封装中。异质集成有凸点键合、晶圆粘合、薄膜集成三种方法。
世界各国高度重视异质集成的发展。欧洲认为异质集成是微电子和应用系统间的桥梁，并提出了多个研究重点。美国国防先进研究计划局（DaRpa）针对异质集成有材料与硅的异质集成（HimS）、垂直互联传感器阵列（ViSa）、硅基化合物半导体材料（CoSmoS）等多个项目，发展3D电子集成和微系统的基本可行技术，实现化合物半导体器件与标准SiCmoS技术的微细尺度异质集成。
文献[9]提出采用硅插件板的异质集成方法。图5是用该方法实现的高集成收发器模块，并已采用这种概念制作了10GHzCmoS无线收发系统。
图6是由多家机构（imeC、Leti、CSem、FHG、tyndall）合作研制的Ku波段多普勒雷达模块[10]，图7是其功能单元示意图，该模块在衬底上集成了多种技术，目前已经完成了除移相器和贴片天线之外的集成。
上述多普勒雷达模块除去天线，可以看成是二维结构的异质集成，图8是格鲁门公司为DaRpa研制的X波段t/R模块[11]，该模块将wLp技术与3D异质集成技术结合，重量小于15mg，尺寸仅为2.5mm×2mm×0.46mm。
可以看出，异质集成使得各种器件能够用最优势的工艺与材料制作，不需要性能的折衷，是3D集成最重要的优势与发展方向，是电子系统小型化、实用化、多功能化的必经之路。当前，异质集成还需要解决不同材料集成过程中的材料生长、热管理等一系列问题，但异质集成的器件与系统已经在不断被开发，显示出优异的性能。
4结论
本文回顾了3D集成概念产生的背景，分析得出3D集成的几个发展特点，即面向系统的封装、追求更短的互连、与wLp结合、走向异质集成，这四个发展特点概括了3D集成的技术发展方向与应用前景，并可由此延伸展开3D集成的关键技术分析。
参考文献
[1]p.Ramm,m.J.wolf,a.Klumpp,etal.throughsiliconviatechnology：processesandreliabilityforwafer-level3Dsystemintegration[C].2008electronicComponentsandtechnologyConference,2008:841-846.
[2]peterRamm,arminKlumpp,Josefweber,etal.3Dintegrationtechnologies[C].2009SymposiumonDesign,test,integration&packagingofmemS/moemS,2009:71-73.
[3]何金奇.三维（3-D）封装技术[J].微电子技术，2001，29（4）：32-41.
[4]RaoR.tummala.Sop:whatisitandwhy?anewmicrosystem-integrationtechnologyparadigm-moore’sLawforSystemintegrationofminiaturizedConvergentSystemofthenextDecade[J].ieeetransactionsonadvancedpackaging,2004,27（2）:241-249.
[5]RaoR.tummala,madhavanSwaminathan.introductiontoSystem-on-package（Sop）[m].mcGraw-HillCompanies,2008.25-60.
[6]Gillespoupon,nicolasSillon,DavidHenry,etal.Systemonwafer:anewSiliconConceptinSip[J].proceedingsoftheieee,2009,97（1）:60-69.
[7]m.J.wolf,p.Ramm,a.Klumpp,etal.technologiesfor3DwaferLevelHeterogeneousintegration[C].2008SymposiumonDesign,test,integrationandpackagingofmemS/moemS,2008:123-126.
[8]Jean-CharlesSouriau,olivierLignier,michelCharrier,etal.waferLevelprocessingof3DSysteminpackageforRFandDataapplications[C].2005electronicsComponentsandtechnologyConference,2005:356-361.
[9]LindaKatehi,Barryperlman,williamChappell,etal.threeDimensionalintegtationandon-waferpackagingforHeterogeneouswafer-scalecircuitarchitectures[R].Universityofillinois,Urbana-Champaign,iL,2006.
[10]X.Sun,S.Brebels,S.Stoukatch,etal.DemonstrationofHeterogeneousintegrationoftechnologiesforaKu-BandSipDopplerRadar[C].38theuropeanmicrowaveConference,2008:1497-1500.
[11]pattyChang-Chien.wafer-Levelpackagingandwafer-Scaleassemblytechnologies[eB/oL].,2010-5-17.
集成电路的概念篇5
“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。
一、“电子设计自动化”课程教学的特点
电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、pCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。
1.既要有广度，又要有深度
有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。
2.突出硬件电路设计的概念
在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CpU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。
3.理论与实践并重
“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。
二、“电子设计自动化”课程教学方法总结
良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。
1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界
电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CpU引入，通过一段“CpU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出eDa的概念，并详细讲解eDa对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用eDa技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对eDa的具体认识。这些方法不仅使学生对eDa相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。
2.以实例展开理论教学
“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUaRtUSii为学习对象）和实验用开发板（以FpGa开发板为学习对象）。硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。
3.将硬件电路设计的概念贯穿始终
硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。
如以下两个程序：（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<='1'；elsifa
4.通过实践拓展强化学生动手能力
“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。
集成电路的概念篇6
关键词：中考；物理学习；多读；课本
中图分类号：G632文献标识码：B文章编号：1002-7661（2013）24-231-01
中考前无论怎样复习，物理课本都是复习的主要依据，从近几年的中考试题来看，基本上都是教材内容的重现，基础知识占的分量大，一些试题“似曾相识”，而学生在这方面往往失分多，究其原因，就是忽视基础知识，忽视课本。中考物理复习应该注意有效地多读课本。
一、系统化，条理化，把书读簿
中学物理知识是一个完整的知识体系。平时学习，基本上是把整个知识分解为若干个部分，分别学习，如果不把它们按其内部联系组成一个整体结构，则所学的知识是一些零散的、杂乱的知识集合。因此，在中考物理复习中同学们应统揽全书，积极主动地从纲到目分别对声、光、热、电、力、能、实验等几大板块进行阅读、思考。把前后的知识联系起立，经过自己大脑加工，绘制直观反映内在联系的逻辑结构图；绘制突出重点内容的知识主干图；绘制便于记忆的纲要信息图。如按篇、按单元或章节整理知识链，画知识树，设计方框图等。这样看书有利于把零散知识系统化；有利于自己从整体到部分，由主到此地掌握知识结构；有利于自己精要简明地记忆内容；有利于提高自己的统摄思维能力和联想能力。
二、善于比较，加深理解，把书读准
物理概念是整个物理学知识的核心，它是学习其它物理知识的基础，又是更高层次的物理思维工具。准确地、科学地把握物理概念是学好物理的一个基础工程。
复习时，同学们头脑里一方面仍留有一些学习物理之前的前观念，另一方面又装进了不少物理概念，由于在平时物理学习中，不可能把每一个物理概念立刻放大到较大范围内去考察，所以不可能十分准确地把握其内涵和外延，深刻理解其物理意义。另外随着概念的增多，从知识的泛化，概念间的渗透、交叉、又会增加新的模糊点，这些都需要通过复习时自己认真看书加以澄清。相关概念一并看，如电流、电压、电阻；相似概念类比看，如电荷与磁极；相对概念对照看，如串联与并联；易混概念对比看，如功率与效率，热量、温度与内能，额定功率与实际功率；易错概念用心看，如热值、比热容、磁感线。这样便于自己在概念间建立实质性的联系，从联系中，从整体上，从比较中准确把握概念；便于从思维的深层次根除错误概念，特别要注意课本中的物理概念、规律形成的过程和伴随的科学方法（例如控制变量法、比值定义法、理想模型法、比较法、等效代替法等），以及课本中的实例分析（包括各类插图、生活及有关科技发展的实例等），做到基本概念牢固掌握，基本理论相互联系。
三、破旧立新，把书读活
成功的物理复习，都要在每章、每节、乃至每一课的学习中，建立起带有明显物理学科特征的思维定势。随着学习的深入，要不断打破旧的思维定势，因为各自独立的建立起来的定势，被同学们在练习中多次套用，过分强化，有时会对后面的学习产生负迁移，构成干扰。
如在串联电路中开关所处的位置不同，但对电路的控制作用相同，往往会对生活用电中开关只能靠近火线的学习产生一些先入为主的消极影响，同样对于公式p=w/t当表达电功时，t、w的单位可以分别用时（h）、千瓦时（kwh）和秒（s）、焦耳（J），这样也会对p=w/t表达机械功时，t、w的单位只能用秒（s）、焦耳（J）产生消极影响。中考物理复习时就一些似乎“矛盾”的东西提出问题，自己通过反复看书深入思考加以解决，打破旧的思维定势，使其使用范围更广，正迁移更大，思维更加流畅、灵活。
四、开阔思路、创造想象，把书读新
中考物理复习，应积极地把知识变为应用的工具，增强可操作性，形成一定的解题策略，拓宽并加深课本的应用领域。专题专读，易于纵观全部内容，理清思路。
集成电路的概念篇7
在观察家看来，中国彩电行业新概念层出不穷，并非缘于技术进步，很大程度上是“概念营销”的结果。
换而言之，云电视从一开始，就被染上了浓重的“云时髦”色彩。在这场名为“云”的集体性躁动中，我们看到的是中国彩电企业“人云亦云”，以及失去产品独立判断之下的盲动。
曾有媒体追问：究竟什么是云电视？从互联网电视、智能电视到云电视，产品概念频繁更新交替，是技术创新还是概念炒作？何以国内厂家在云端闹得不亦乐乎，外资品牌却集体保持沉默？
至今，我们未看到中国彩电企业给出像样的答案。
到底什么是云电视？创维集团副总裁杨东文说，传统电视好比家里自挖的水井，难以共享，“云”则是自来水系统，电视是水龙头，网络是水管，厂家则是自来水厂，用户打开水龙头就可以随时随需使用。
tCL集团副总裁闫晓林则把“自来水”换成了“煤气管道”，他说，智能电视如同过去家庭常备的煤气罐，进入超级智能云电视时代，如同大家用上了管道煤气，随时使用。
用比喻的方式解释严谨的产品概念，我不知道本土彩电企业是不是开了先河。在我看来，通俗倒是通俗，只是不那么严谨，云电视对大多数人而言，依然云山雾罩。
这是一个压根儿不可能说清楚的概念，“云”是“拿来主义”，把“云”冠在电视头上，则显得不伦不类。
实际上，凡是见过被中国企业吹得神乎其神的云电视者，大多表示不解：云电视和用电脑看电视、看视频到底有什么区别？仅仅是云电视屏幕比电脑更大一些？
消费者的疑问，揭示了云电视的本质：一台电视加一台低配电脑，仅此而已。
就是这样一款产品，竟然让中国彩电企业激动不已。据说，海信董事长周厚健在其i’tV会上，甚至使用了“这是我儿时的‘梦想’，是盼了一辈子的革命性产品”的表达方式。
然而，如果拿海信i’tV与刚上市的苹果iphone4S相比，你会发现，中国彩电企业那点创新，实在微不足道。
实际上，“3D”与“智能”（云电视被彩电企业称为智能电视升级版）到底谁是主流发展方向，业界并未形成共识，在日韩彩电企业看来，只有围绕显示技术进步所作的努力，才是有价值的，比如3D、oLeD等。
有人提出一个问题：如果云时代的电视是水龙头，网络是水管，制造商是自来水厂，那么请问，电视制造商有能力扮演自来水厂的角色吗？显然，电视机制造商弄错了自己的定位。给消费者输送“自来水”，那是电视台的事，不是制造商的事，如果制造商能给观众提供内容，还要电视台干什么？
在我看来，云电视很难成为一个产品类别的概念，还有一层原因，那就是中国彩电企业至今尚未取得产品定义权资格。时至今日，中国彩电企业对产品的命名，无一项被国际同行所接受。如果日韩彩电企业（如索尼、夏普、三星、LG等）无意追随这一概念，则云电视将成过眼烟云。
在互联网时代，赋予电视一定的网络功能是必须的，不值得大惊小怪。何况，用电脑看电视早就不是什么新鲜事；给电视附加一点电脑功能就说是“革命性产品”，未免被it行业视为浅薄。
有人说，智能电视到底什么样，要等苹果推出电视产品再说。这话听起来有点崇洋，却未必没有道理。如果苹果能颠覆人们对手机的认知，也一定能颠覆人们对彩电的认知。
实际上，已经有研究人士指出，苹果刚上市的iphone4S，就可能有苹果电视的影子。iphone4S实现了虚拟键盘和虚拟显像，让手机彻底突破屏幕限制，从而向“手机取代电脑和电视”方向，迈出大大一步。
可以预见的是，这场由中国彩电企业掀起的云热潮，很快就将烟消云散，就像2009年的互联网电视一样昙花一现。
中国发展智能电视、云电视的产业环境，比其他任何国家都要严峻得多，这是由中国对广播电视、互联网管理的特殊国情决定的。外资企业至今未在中国投放智能电视，也是一朝被蛇咬，十年怕井绳。
还有，从技术层面讲，中国彩电企业期待“青云直上”也不现实，毕竟它们在it及移动通讯领域的技术积累十分薄弱，根本无法与谷歌、微软、苹果相媲美。
热闹有时候恰恰是躁动和不安的表现。中国彩电企业最大的问题，就是始终认不清产业发展方向，缺乏独立的产业主见，耐不住寂寞搞研发与创新，总想抄近路、走捷径，结果反而走了更多的弯路。
集成电路的概念篇8
一、采用比拟法提高学生学习兴趣
在《电工学》中有些概念不容易理解,容易混淆,学生对这些内容往往兴趣不浓。如何帮助学生掌握这部分内容,要在教学中突出概念的理解性,采用比拟法是一种让学生能理解掌握知识的好方法。例如在讲解电压与电位的区别时,学生对参考点的含义不理解,因而将电压、电位经常混淆。在教学中可以把电位比作水位,把电位差(既电压)比作水位差。学生对水位和水位差有深刻的感性认识。电位的特点是电路中某点相对于参考点的电压。它是相对值,其大小随着参考点的改变而不同。在教学中可以把学生的座位比作电路中某点的电位,这时,可以选择不同座位作为参考点来看某位学生位置,选择的参考点不同,学生的位置数不同,这些值既可以是正值(以前面学生作为参考点);也可以是负值(以后面学生作为参考点);也可以为零(此学生作为参考点)。以此来加深学生对电位是相对值这一概念的理解和记忆。电位差的特点是电路中某两点间的电压。它是绝对值,不随参考点的改变而改变。在教学中可以把瀑布上某两点的水位差比作电路中某两点间的电位差,此时无论选择的参考点怎样改变,这两点的水位差是不会发生变化。通过比较,加深学生对电位是相对值、电位差是绝对值这两个概念的理解,使抽象的概念变得具体、直观。
二、突出知识的实践性
结合生活和生产实际,把理论性较强、较抽象的课本知识与日常生活和实际相联系,能起到事半功倍的教学效果。在学习概念时,学生往往只是死记硬背,结果只能是一知半解。如电路部分重点介绍电路的基本概念、基本定律和基本分析方法;电机与控制及安全用电部分主要讨论变压器与异步电动机的外部特性,控制和使用及安全用电的基本常识;电子技术部分重点介绍电子器件的外部特性与功能及电子电路的定性分析与应用。而电子测量部分介绍常用电工测量仪表的基本原理和应用及实验,可以通过实验讲解。教学的目的不仅仅是教会学生知识,更重要的是教会学生怎样应用所学的知识,例如在介绍二极管的特性曲线时,介绍曲线的基本概念后,进一步联系实际,说明二极管特性曲线可由晶体管图示仪来测量获得,利用特性曲线可以观测二极管的主要参数和检测性能的优劣,从中体会特性曲线的应用。教学中还应注意通过“应用实例”使学生了解电路的功能和应用。选择教学内容,突出“学以致用”理念。
三、培养学生的想象能力和推导能力
在《电工学》的教学中,联系实际分析知识的实际应用。例如在讲到用电设备的效率时说现在提倡节约能源,国家采取什么办法提高用电效率的?学生回答可以用太阳能,还有的回答用节能灯……那么还可以采取错时用电可以提高用电效率,节约能源。在《电工学》的教学中善于引导和充分发挥学生的想象力也是十分重要的。在讲串联电路中电压和电阻成正比的关系时,突然问了这样一个问题:如果两个电阻串联,其中一个电阻特别大,大到了无穷大,那么在电阻两端的电压是多少?有的学生感到茫然,有的学生说那就没有电压了。其实这个问题可用动态抽象的电路去想象:在那个逐渐变大的电阻两端接上电压表一直监视,则电压表读数必然会越来越大,最终电压表的读数必然与电源电压相同。这就是为什么电线断线后如果有人碰到就会触电的原因。引导学生联系实际,挖掘学生的想象力不仅能加深学生对概念的理解,而且同时能调动学生的学习积极性,让他们感到学的东西有用。
四、适当调整教学内容,扩展学生知识面
《电工学》的教学内容中有些概念与实践联系比较紧密,但书中没太多铺开讲解。教师应收集更多的当代信息,填补书本的空缺,比如电工操作中导线的绝缘性比较重要,但教材只简单介绍绝缘体的材料和按允许温度的分级,兆欧表是电工测量绝缘的常用工具,用于检查电机、电器及线路的绝缘情况和测量高值电阻。兆欧表的接线端钮有3个,分别标有“G(屏)”、“L(线)”、“e(地)”。被测的电阻接在L和e之间,G端的作用是为了消除表壳表面L、e两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响。在进行一般测量时,把被测绝缘物接在L、e之间即可。但测量表面不干净或潮湿的对象时,为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻,就必须使用G端。教师要注重从网络、电视、杂志等方面收集更多的当代信息和科技,充实到教学中。例如纳米科技是当今的热门话题,但在书中只字未提。这时应及时查阅各种资料,对学生进行必要的补充说明。这样教出来的学生,才能应付将来在工作中存在的问题,至少不至于一无所知。
五、利用多媒体辅助教学,提高课堂教学效率
采用多媒体辅助教学,使枯燥的内容变得生动形象,可以充分调动学生的学习积极性,这种教学方法深受学生欢迎。通过形式多样的教学探讨,不难发现,其实教学过程和方法,没有定论,也没有固定的公式可照搬照套,只有在教学的过程中,不断地发现问题,总结经验,采取行之有效的教学手段,才会取得满意的教学效果。
《电工学》教学过程中会发现很多耐人寻味的细节问题,多观察、多思考、多联想、多实践,就能使这门课上得生动、富有吸引力,使更多的学生喜欢它。
集成电路的概念篇9
【关键词】概念教学；创设情境；思维加工；运用
【中图分类号】G253【文章标识码】B【文章编号】1326-3587（2012）05-0073-01
物理概念的理解和掌握是中学物理教学的最重要的基础，让学生掌握好物理概念也是物理教学的关键。如何使学生形成、理解和掌握物理概念进而掌握物理规律，是中学物理教学中的核心问题，究竟应该如何进行物理概念的教学呢？我想应着重抓好以下几个环节：
一、创设一个学习物理概念的良好环境
创造一个适应教学要求的物理环境，能够借以引导启发学生发掘问题、思考问题、探索事物的本质。常用的方法有：
1、运用实验：运用实验来展示有关物理现象和过程，显得直观、形象、生动，容易吸引学生的注意力，创设的环境愈新颖生动，就愈能引起学生的兴趣和积极性。例如，我在教学“大气压”的概念时，曾创设过这样一个情景：先将一个剥去外壳的熟鸡蛋，置于比蛋稍小的玻璃瓶口上，鸡蛋停在瓶口上不动，接着拿去鸡蛋，将酒精棉花点燃后投入瓶内，燃烧片刻，使瓶中空气稀薄，再将那只鸡蛋放置于瓶口上，他们惊奇地看到鸡蛋慢慢被瓶子“吞入”，最后落在瓶中，面对这种意想不到的现象，他们不但立即引起了浓厚的兴趣，而且激发起主动探索其中奥秘的积极性。我乘机抓住这一求知欲望，引导学生把注意力集中到被研究的对象和实验现象上来，注意观察现象的变化及其产生的条件，终于让学生明白原来是“大气压”在作怪。
2、利用学习积累的生活经验。
学生在日常生活中，观察和接触过许多物理现象和应用物理知识的事例，善于恰当地利用学生已有的经验，也能创设良好的物理环境。例如在进行“惯性”概念的教学时，我提了这样两个问题，骑自行车下坡时，不用力气蹬踏板，车也能自己向下运动，这是为什么？衣服上粘了尘土，人们只要把衣服抖几下，就能把粘在衣服上的尘土抖掉，这是利用了什么物理知识呢？学生往往知其然不知其所以然，把学生的思维带入这些熟悉的物理环境中并陷入思考时，然后老师再引入“惯性”的概念，学生领会概念的含义就容易多了。又比如，在进行“压强”概念的教学时，先提出这样的问题：下雨天，道路很泥泞，直接踩在路面上，脚会陷入很深，如果在路面上垫一块木版，脚踩在木版上，就不会陷入那么深，这里面包含了什么物理知识呢？挑担时，你喜欢用扁担挑还是用一根圆木棍挑？为什么？列举这些学生熟悉的事例来创设物理问题情境，就会使学生有身临其境的感觉，并产生求知的欲望。然后老师再分析、解释这是与压强有关的现象，从而引入压强的概念。利用学生日常生活积累的感性经验，创设一个良好的物理环境，再进行概念的教学，更容易使学生的思维由感性认识上升到理性认识，从而提高课堂教学的效率。
此外，运用图表、幻灯、电影、电视、参观等等，也可创设便于学生学习的良好的物理环境。
3、利用比喻。
用比喻的方法帮助学生理解物理概念，也是教学中常用的方法，特别是一些抽象的概念，学生接受起来比较困难。用学生熟识的事物打比方，可以较快地帮助学生在头脑中建立起新概念的“形象”，有利于学生接受和理解新知识。如：在初中的电学中用水流引出电流，用水压引出电压，使学生容易建立起电流和电压的概念。再比如：我在讲导体的电阻这一节时，用马路交通做比喻，不同的材料好比不同的路，沥青路与石子路对车辆的阻碍作用不同；导线越长好比路途越长，受到的阻碍就越多，导线的粗细好比路的宽窄，路窄车行就慢，路宽车行就快，受到的阻碍就越少，这样一比喻，学生对电阻的因素领会得较透，记得也较牢。
二、进行思维加工
物理概念是对物理现象、过程等感性材料进行科学抽象的产物，所以在概念教学中，若只向学生提供感性材料，而不同时让学生参与思维加工活动，对学生来说感性认识和理性认识，生活经验和科学概念仍处于分离状态。因此，要使学生形成正确的概念就必须在他们获得足够多的感性材料的基础上，引导学生运用比较、分析、综合等方法，对感性材料进行思维加工，进而抽象出事物的本质属性，得到它的量度公式。
例如，对“密度”这个概念的教学，学生从实验中直接取得的是几组数据，如何对这些数据进行分析、比较、抽象、概括，使学生形成密度这一概念呢？首先研究一组数据，由同种物质构成的两个物体，测得体积和质量不同，从对数据的分析、整理中可以得出：对同种物质构成的物体，其质量与体积的比值是一个与质量和体积都无关的恒量。然后再研究另一组数据，不同物质构成的物体，质量和体积都相同，通过分析，得出的结论是：不同的物质构成的物体，质量与体积的比值不同。综上所述，可初步概括出如下结论：每种物质都存在着一个恒量，这个恒量表明物质的一种特性――密度。它虽然不受质量和体积的影响，但它可用质量与体积的比值来量度其大小。因此可用数学形式p=m\v来计算密度的大小，在进行电阻概念的教学时，也可以依照上述教法，采用与密度概念对比的方法，帮助学生分析、形成电阻这一概念。
三、运用
集成电路的概念篇10
关键词：soc单片机嵌入式系统
引言
现场电子技术应用中包含了硬件（hw）、硬件加软件（hw+sw）、固件（fw）3个层次。这3个层次也可以说是现代电子技术应用的3人发展阶段。自1997年以来，电子技术应用又增加了一个新的层次——片上系统（soc）层次。soc技术概念和应用技术层次的出现，标志着现代电子技术应用进入了soc阶段。
从各个发展阶段看，自hw+sw阶段开始，电子技术应用就与单片机紧密地联系在一起。在fw阶段，作为固件系统的重要核心技术，单片机又以嵌入式技术为基础，再次成为现代电子应用技术的核心技术之一，并为soc应用技术提供了紧实的基础。
soc为各种应用提供了一个新的实现技术。这种新的电子系统实现技术促使工业界在近3年中发生了巨大的变化，为信息技术的应用提供坚实的基础，因此，完全可以称之为soc革命。同时，soc也为单片机技术提供了更广阔的应用领域，使单片机应用技术发生了革命性的变化。
本文根据几年来对soc技术和单片机应用技术发展的研究，对soc的基本技术概念以及单片机与soc技术的关系进行了讨论，指出了soc中单片机嵌入式应用的技术特点。
一、soc技术与应用概念
所谓soc技术，是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用soc技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用soc技术设计应用系统，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。
1.系统功能集成是soc的核心技术
在传统的应用电子系统设计中，须要根据设计要求的功能模块对整个系统进行综合，即根据设计要求的功能，寻找相应的集成电路，再根据设计要求的技术指标设计所选电路的连接形式和参数。这种设计的结果是一个以功能集成电路为基础，器件分布式的应用电子系统结构。设计结果能否满足设计要求不仅取决于电路芯片的技术参数，而且与整个系统pcb版图的电磁兼容特性有关。同时，对于须要实现数字化的系统，往往还须要有单片机等参与，所以，还必须考虑分布式系统对电路固件特性的影响。很明显，传统应用电子系统的实现，采用的是分布功能综合技术。
对于soc来说，应用电子系统的设计也是根据功能和参数要求设计系统，但与传统方法有着本质的差别。soc不是以功能电路为基础的分布式系统综合技术。而是以功能ip为基础的系统固件和电路综合技术。首先，功能的实现不再针对功能电路进行综合，而是针对系统整体固件实现进行电路综合，也就是利用ip技术对系统整体进行电路结合。其次，电路设计的最终结果与ip功能模块和固件特性有关，而与pcb板上电路分块的方式和连线技术基本无关。因此，使设计结果的电磁兼容特性得到极大提高。换句话说，就是所设计的结果十分接近理想设计目标。
2.固件集成是soc的基础设计思想
在传统分布式综合设计技术中，系统的固件特性往往难以达到最优，原因是所使用的是分布式功能综合技术。一般情况下，功能集成电路为了满足尽可能多的使用面，必须考虑两个设计目标：一个是能满足多种应用领域的功能控制要求目标；另一个是要考虑满足较大范围应用功能和技术指标。因此，功能集成电路（也就是定制式集成电路）必须在i/o和控制方面附加若干电路，以使一般用户能得到尽可能多的开发性能。但是，定制式电路设计的应用电子系统不易达到最佳，特别是固件特性更是具有相当大的分散性。
对于soc来说，从soc的核心技术可以看出，使用soc技术设计应用电子系统的基本设计思想就是实现全系统的固件集成。用户只须根据需要选择并改进各部分模块和嵌入结构，就能实现充分优化的固件特性，而不必花时间熟悉定制电路的开发技术。固件基础的突发优点就是系统能更接近理想系统，更容易实现设计要求。
3.嵌入式系统是soc的基本结构
在使用soc技术设计的应用电子系统中，可以十分方便地实现嵌入式结构。各种嵌入结构的实现十分简单，只要根据系统需要选择相应的内核，再根据设计要求选择之相配合的ip模块，就可以完成整个系统硬件结构。尤其是采用智能化电路综合技术时，可以更充分地实现整个系统的固件特性，使系统更加接近理想设计要求。必须指出，soc的这种嵌入式结构可以大大地缩短应用系统设计开发周期。
4.ip是soc的设计基础
传统应用电子设计工程师面对的是各种定制式集成电路，而使用soc技术的电子系统设计工程师所面对的是一个巨大的ip库，所有设计工作都是以ip模块为基础。soc技术使应用电子系统设计工程师变成了一个面向应用的电子器件设计工程师。由此可见，soc是以ip模块为基础的设计技术，ip是soc应用的基础。
5.soc技术中的不同阶段
用soc技术设计应用电子系统的几个阶段如图1所示。在功能设计阶段，设计者必须充分考虑系统的固件特性，并利用固件特性进行综合功能设计。当功能设计完成后，就可以进入ip综合阶段。ip综合阶段的任务利用强大的ip库实现系统的功能i。p结合结束后，首先进行功能仿真，以检查是否实现了系统的设计功能要求。功能仿真通过后，就是电路仿真，目的是检查ip模块组成的电路能否实现设计功能并达到相应的设计技术指标。设计的最后阶段是对制造好的soc产品进行相应的测试，以便调整各种技术参数，确定应用参数。
二、soc的应用概念
现代科学技术应用的重要特点之一，就是技术多样性、智能多变性和面向对象的系统设计性。所谓技术多样性，就是实现同一个应用电子系统可以有许多不同的设计方案供选择；而不同的设计方案就意味着必须使用不同的设计和生产技术。所谓知识多变性，是指在现代电子技术应用系统中，实现系统目标的基础理论和方法随着新知识的出现不断地在变化。这种变化不仅使应用电子系统技术指标发生变化，甚至改变了系统的整体结构。
随着现代信息和电子技术应用领域的不断拓宽，越来越多的应用领域提出了各种特殊要求。例如，航空航天领域要求的小体积大系统，信息应用领域提出的个性化等要求，都使得一般固件技术难以胜任。特别是在民用领域，重视个性化的产品设计概念使应用电子产品的更新速度极快，而且小批量多品种的要求也越来越高。这就是提出了小批量产品与成本、集成化与成本、产品研制周期与成本等一系列的问题。
soc正是成为满足现代科学和工程技术发展的要求而产生的现代应用电子技术。传统的观念认为，只有大批量的产品才有集成的可能，才具有价格竞争优势。因此，到目前为止，大多数小批量产品，特别是研究性质的应用电子系统，一般都采用hw，hw+sw或fw技术实现。但随着soc的出现、发展和成熟，这种现状已经发生极大的变化。soc为现代电子工程师提供了一个快捷经济的系统设计方法，使那么传统观念上认为高性能、高复杂度、高成本的嵌入式结构，能够通过低成本的单片芯片实现。
1.soc的设计观念
soc的设计观念与传统设计观念完全不同。在soc设计中，设计者面对的不再是电路芯片；而是能实现设计功能的ip模块库。设计者不必要在众多的模块电路中搜索所须要的电路芯片，只需要根据设计功能和固件特性，选择相应的ip模块。这种电路的设计技术和综合方法，基本上消除了器件信息障碍，因为每一个应用设计都是一个专用的集成系统，都是一个专用的集成电路。换句话说，soc的设计观念是“设计自己的专用集成电路”。从某种意义上讲，就是把用户变成了集成电路制造商。
2.高效便利的设计工具
由于ip是soc的基础，所以，必须采用相应的eda软件才能完成设计技术。如果没有高效便利的设计工具，soc设计就是一句空话。实际上，传统应用电子系统设计工作对eda和其他相应的设计软件并没很高的要求，只要求能提供相应的便利条件；而soc设计则必须建立在eda基础之上。例如，使用soc技术设计一个智能温度控制系统，由于整个系统集成在一个芯片中，用户就必须能对其中的cpu核、存储器、a/d、模拟放大器等电路进行综合仿真，显然，必须要有一个高效便利的eda工具才能完成这些工作。
三、soc技术中的单片机
单片机现代电子技术应用中的主流技术，特别是在工业和民用的独立电子系统中，单片机起着系统核心的作用。由于单片机系统特有的固件特性，使单片机在soc技术中占有重要的地位。
1.soc中的单片机嵌入技术
随着电子技术的发展，特别是应用技术的飞速发展，单片机应用系统已经形成了常用的、独特的嵌入式结构。如不同系列的单片机，都是通过嵌入不同的cpu和其他辅助电路而形成的。目前，单片机已经成为cpu和其他辅助电路而形成的。目前，单片机已经成为ip库中的重要成员，而其嵌入式结构正是soc的一种重要实现技术和方法。
用soc设计单片机系统嵌入式结构，为设计者提供了现有技术所无法比拟的优越条件。设计者必在选择单片机的型号上下功夫；只须要根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应的单片机cpu内核，再根据需要选择其他的ip模块，就可以实现完整的系统。从某种意义上看，soc为单片机应用提供了更广阔的应用技术，并赋予了单片机更强大的生命力。试想，如果整个soc目标系统的核心是一个单片机cpu，那么，这个系统设计成功之后就不仅是真正意义上的单片机，而且还实现了真正的系统单片机。这正是单片机强大生命力的根源。
2.soc中单片机系统优化
目前在单片机应用中，有相当一部分实际上并不能叫做单片机。因为许多应用中需要形成单片机的外部系统总线。因此，单片机资源的充分利用和避免形成外部总线，往往是单片机应用设计的主要追求目标。换句话说，优化问题是单片机应用中的一个重要问题。
例如，设计一个具有多个传感器的测试系统，往往须要根据单片机的特点设计相应的外部总线，应用系统由此而庞大。采用soc技术后，系统不再需要外部总线，所选用单片机中不需要的资源也可以去除掉，只保留所需要的cpu等功能模块。这两种设计方法的方框图如图2所示。
从图2中可以看出，设计人员不必为如何最大限度地利用单片机资源而发愁，可以根据自己的需要选择所需的电路，并与所熟悉单片机的cpu内核相结合。同时还把现有技术需要精密调整的前置电路（模拟信号处理部分）也全部安放在一块芯片中，从而避免了大量的pcb板调试工作。从“单片机必须实现系统单片化”的角度看，这种系统正是用户自己设计的专用单片机系统，而且是一个能实现全部系统功能的优化系统。这种系统的调试、测试方法与传统的单片机系统完全不同，已经成为一个能处理模块-数字混合信号的全新系统。因此，soc技术使单片机应用系统实现了更高层次上的集成。
概括地说，soc使单片机应用技术发生了革命性的变化，这个变化就是应用电子系统的设计技术，从选择厂家提供的定制产品时代进入了用户自行开发设计器件的时代。这标志着单片机应用的历史性变化，一个全新的单片机应用时代已经到来。
结束语