集成电路设计教程篇1
【关键词】集成电路；eDa；项目化
0前言
21世纪是信息时代，信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求激增。我国高校开设集成电路设计课程的相关专业，每年毕业的人数远远满足不了市场的需求，因此加大相关专业人才的培养力度是各大高校的当务之急。针对这种市场需求，我校电子信息工程专业电子方向致力于培养基础知识扎实，工程实践动手能力强的集成电路设计人才[1]。
针对集成电路设计课程体系，进行课程教学改革。教学改革的核心是教学课程体系的改革，包括理论教学内容改革和实践教学环节改革，旨在改进教学方法，提高教学质量，现已做了大量的实际工作，取得了一定的教学成效。改革以集成电路设计流程为主线，通过对主流集成电路开发工具tannerproeDa设计工具的学习和使用，让学生掌握现代设计思想和方法，理论与实践并重，熟悉从系统建模到芯片版图设计的全过程，培养学生具备从简单的电路设计到复杂电子系统设计的能力，具备进行集成电路设计的基本专业知识和技能。
1理论教学内容的改革
集成电路设计课程的主要内容包括半导体材料、半导体制造工艺、半导体器件原理、模拟电路设计、数字电路设计、版图设计及tannereDa工具等内容，涉及到集成电路从选材到制造的不同阶段。传统的理论课程教学方式，以教师讲解为主，板书教学，但由于课程所具有的独特性，在介绍半导体材料和半导体工艺时，主要靠教师的描述，不直观形象，因此引进计算机辅助教学。计算机辅助教学是对传统教学的补充和完善，以多媒体教学为主，结合板书教学，以图片形式展现各种形态的半导体材料，以动画的形式播放集成电路的制造工艺流程，每一种基本电路结构都给出其典型的版图照片，使学生对集成电路建立直观的感性认识，充分激发教师和学生在教学活动中的主动性和互动性，提高教学效率和教学质量。
2实践教学内容的改革
实践教学的目的是依托主流的集成电路设计实验平台，让学生初步掌握集成电路设计流程和基本的集成电路设计能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。传统的教学方式是老师提前编好实验指导书，学生按照实验指导书的要求，一步步来完成实验。传统的实验方式不能很好调动学生的积极性，再加上考核方式比较单一，学生对集成电路设计的概念和流程比较模糊，为了打破这种局面，实践环节采用与企业密切相关的工程项目来完成。项目化实践环节可以充分发挥学生的主动性，使学生能够积极参与到教学当中，从而更好的完成教学目标，同时也能够增强学生的工程意识和合作意识。
实践环节选取CmoS带隙基准电压源作为本次实践教学的项目。该项目来源于企业，是数模转换器和模数转换器的一个重要的组成模块。本项目从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证等流程对学生做全面的训练，使学生对集成电路设计流程有深刻的认识。学生要理解CmoS带隙基准电压源的原理，参与到整个设计过程中，对整个电路进行仿真测试，验证其功能的正确性，然后进行各个元件的设计及布局布线，最后对版图进行了规则检查和一致性检查，完成整个电路的版图设计和版图原理图比对，生成GDSii文件用于后续流片[2]。
CmoS带隙基准电压源设计项目可分为四个部分启动电路、提供偏置电路、运算放大器和带隙基准的核心电路部分。电路设计可由以下步骤来完成：
1）子功能块电路设计及仿真；
2）整体电路参数调整及优化；
3）基本元器件nmoS/pmoS的版图；
4）基本单元与电路的版图；
5）子功能块版图设计和整体版图设计；
6）电路设计与版图设计比对。
在整个项目化教学过程，参照企业项目合作模式将学生分为4个项目小组，每个小组完成一部分电路设计及版图设计，每个小组推选一名专业能力较强且具有一定组织能力的同学担任组长对小组进行管理。这样做可以在培养学生设计能力的同时，加强学生的团队合作意识。在整个项目设计过程中，以学生探索和讨论为主，教师起引导作用，给学生合理的建议，引导学生找出解决问题的方法。项目完成后，根据项目实施情况对学生进行考核，实现应用型人才培养的目标。
3教学改革效果与创新
理论教学改革采用计算机辅助教学，以多媒体教学为主，结合板书教学，对集成电路材料和工艺有直观感性的认识，学生的课堂效率明显提高，课堂气氛活跃，师生互动融洽。实践环节改革通过项目化教学方式，学生对该课程的学习兴趣明显提高，设计目标明确，在设计过程中学会了查找文献资料，学会与人交流，沟通的能力也得到提高。同时项目化教学方式使学生对集成电路的设计特点及设计流程有了整体的认识和把握，对元件的版图设计流程有了一定的认识。学生已经初步掌握了集成电路的设计方法，但要达到较高的设计水平，设计出性能良好的器件，还需要在以后的工作中不断总结经验[3]。
4存在问题及今后改进方向
集成电路设计课程改革虽然取得了一定的成果，但仍存在一些问题：由于微电子技术发展速度很快，最新的行业技术在课堂教学中体现较少；学生实践能力不高，动手能力不强。
针对上述问题，我们提出如下解决方法：
1）在课堂教学中及时引进行业最新发展趋势和（下转第220页）（上接第235页）技术，使学生能够及时接触到行业前沿知识，增加与企业的合作；
2）加大实验室开放力度，建立一个开放的实验室供学生在课余时间自由使用，为学生提供实践机会，并且鼓励能力较强的学生参与到教师研项目当中。
【参考文献】
[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，05（29）.
集成电路设计教程篇2
[关键词]集成电路教学改革tannerproFpGa
[中图分类号]G423.07[文献标识码]a[文章编号]2095-3437（2015）07-0165-02
集成电路课程是我院电子电气工程学院电子科学与技术专业的骨干课程，其与半导体物理基础、集成电路制造与工艺等课程共同构成了电子科学与技术专业微电子方向课程群。该课程旨在要求学生掌握坚实的模拟、数字集成电路的分析和设计方法，能够从事集成电路及系统设计、版图设计、芯片加工、芯片测试等方面的工作。
一、教学改革的起因
（一）人才培养目标错位
集成电路公司需求人才类型不一而同。如数字集成电路方面，包括算法设计、RtL、逻辑综合、布局布线、测试等;而模拟集成电路方面，包括电路设计、版图设计、DRC、LVS、生成GDSii、测试等。人才的需求既有高端也有低端。我院属于独立学院，以本科生培养为目标。独立学院的本科生无法与研究生竞争，相比于其他一本、二本院校也处于一定的劣势，在人才的需求端明显处于低端。然而本课程的培养目标却以算法设计、电路设计等高端人才需求为主，导致学生就业错位。
（二）实践性教学缺失
集成电路课程是门实践性很强的课程，但传统的教学过于重理论，而企业招聘，看中的是学生动手的能力，只知道一些公式、概念的学生，难以吸引企业眼球，造就了部分毕业生找不到合适的工作。
二、改革的思路
结合我院《南京理工大学泰州科技学院大学生主体性个性化教育培养方案》，在加强主体性，彰显个性化发展的目标下，坚持正确的人才培养目标定位很重要。因此，改革找准定位是关键。应在指导学生掌握系统集成电路框架知识的前提下，着力引导学生掌握集成电路制造、版图设计、RtL、逻辑综合、布局布线、测试等较基础的技能，使其具有一定的微电子工程实践能力和工程素养。
（一）弱化抽象理论
弱化抽象理论实质是定位的问题。集成电路，尤其是模拟集成电路，有过多公式的推导和抽象理论。理论的重要性在于集成电路的算法设计、电路设计等对于高端人才的培养尤为重要。而高端人才的培养明显偏离我院的培养目标。过多的强调抽象理论，不利于学生主体性的发挥。
（二）加强实践训练
该课程的教学定位于使毕业生有较高的工程素质、较强的实验技能和动手实践能力。实践训练中，引入tannerpro集成电路专用软件[1]和FpGa开发平台。利用课内实验和课程设计相结合，采用工程项目化管理模式有条件分级教学，突出学生个体化，挖掘学生潜能。
三、改革的具体措施
（一）改革课程体系
组建由模拟和数字集成电路、集成电路课程设计、FpGa系统设计三门课程构成的集成电路课程群。打通模拟集成电路、数字集成电路理论教学和实践环节，让学生在学中练，练中学。
1.课程合并
教学改革之前，集成电路课程由模拟集成电路设计和数字集成电路设计两门课程组成。两门课程分开教学，虽然能够更为详尽的讲解模拟和数字集成电路，然而知识点庞杂，知识量巨大，高于学生的接受能力，学生反响平平。因此，将模拟集成电路设计和数字集成电路设计两门课程合二为一，改为模拟和数字集成电路，选用王志功编著《集成电路设计（第3版）》教材。[2]该教材提供了集成电路设计从前端、版图、流片到封装测试的完整流程相关知识，并结合设计工具进一步强化了设计实例，具有难度适中，应用性强等特点。
授课过程中，注重和前期课程半导体物理基础、集成电路制造与工艺的知识衔接，避免知识讲解的跳跃性。在讲解集成电路材料、结构与理论章节和集成电路基本工艺章节时，引入视频教学，通过让学生观看教学录像、教学图片，形象地给学生展示制造集成电路的详细过程，避免纯粹语言授课的枯燥，提高教学效果，同时也解决了集成电路工艺线不适宜组织大量的学生进行实地参观的难题。在讲解模拟集成电路基本单元章节时，弱化放大器各项指标性能的公式推导，专注讲解电路工作原理，增强学生的感性认识，减轻学生学习的畏难情绪。
2.开设集成电路课程设计课程
学生能够熟练使用eDa软件，熟悉eaD软件开发设计的流程非常重要。开设集成电路课程设计课程旨在培养学生电路仿真、版图设计、布局布线等技能。该课程教学基于tannerpro实践教学平台。在实践教学的平台选择中，有Cadence、Synopsys等公司产品，但这些软件昂贵，使用成本较高。基于我院实际，本着经济实用性原则，最终选择了tannerpro实践教学平台。tannerpro软件是由tannerResearch公司开发的基于windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-edit，t-Spice，w-edit，L-edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。
结合人才定位，该课程注重培养学生L-edit版图编辑器的使用。L-edit版图编辑器包含iC设计编辑器（Layouteditor）、自动布线系统（StandardCellplace&Route）、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（Deviceextractor）、设计布局与电路netlist的比较器（LVS）等模块，用于电路特别是模拟集成电路的版图设计。[3]
该课程包含基础性实验和综合性实验。基础性实验，充分发挥学生主体性，要求每个学生都必须完成。综合性实验，体现学生个性化，设置难度梯度及不同的侧重训练方向，学生可根据自身掌握能力和兴趣，自由选择。
3.开设FpGa系统设计课程
FpGa系统设计课程任务是讲解Verilog或VHDL语言，要求学生利用所学硬件描述语言，编写测试脚本文件，在FpGa硬件平台上进行软件测试。[4]该课程以我院“FpGa系统设计实验室”为依托。我院“FpGa系统设计实验室”设有多套FpGa硬件开发实验箱和逻辑分析仪，选用altera公司Cycloneii系列，能够满足一般的验证和测试要求。
在FpGa系统设计课程学习中，要求学生从基本的与非门芯片开始，再到复杂的总线接口芯片。利用FpGa硬件开发实验箱搭建测试平台，在Quartusii、modelsim软件中，完成测试脚本文件的编写，通过逻辑分析仪或者示波器观察测试波形。
（二）改革考核体系
之前的考核模式，仅通过一张试卷来考查学生掌握知识的情况，缺乏全面性与科学性。因此将考核的重心从理论转向实践，变结果性考核为过程性考核。在授课的课程中，根据学生课堂的表现，特别是实践训练课程完成实验的情况，给学生打分。完成实验难度的等级越高，得分越高，从而激发学生学习的热情。
（三）加强学生就业引导
据相关部门统计，极少数集成电路设计专业的本科毕业生会从事集成电路高端设计方向相关工作。这是因为一方面本科生基本知识储备不够，更主要的原因是设置集成电路设计专业研究生课程的高等院校越来越多。[5]然而，随着集成电路产能的急速释放，以及eDa开发工具的发展，集成电路较低端设计的人才需求逐渐从研究生向本科生倾斜。集成电路版图、集成电路工艺以及集成电路测试等与集成电路设计相关的工作岗位对集成电路设计知识的要求较低。从事上述几个工作岗位若干年将有助于从事集成电路设计工作。就个人的长远发展而言，集成电路版图、集成电路工艺以及集成电路测试等工作岗位对于本科生而言更具有竞争力。因此，在学科专业讲座时，加强学生就业引导，避免就业时与高端人才竞争，找准自我就业方向。
同时，定期举办学术报告会，让学生了解集成电路产业的最新发展现状和发展趋势，了解相关人才市场需求，了解就业前景，从而激发学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。
四、结语
随着我国经济转型升级速度加快，集成电路产业的基础性、战略性、先导性的地位愈发凸显。党中央国务院高度重视集成电路产业，并于2014年6月24日正式了《国家集成电路产业发展推进纲要》，开启了国家集成电路产业的盛宴。在集成电路人才巨大需求的形势下，找准学生定位，强化理论与实践的结合，将有助于提升我院学生的竞争力。
[注释]
[1]李鸿强.以工程需求为导向的集成电路设计闭环教育研究[J].教育教学论坛，2009（44）：89-90.
[2]王志功，陈莹梅.集成电路设计（第3版）[m].北京：电子工业出版社，2013.
[3]李冰.两门集成电路课程的教学模式改革[J].电气电子教学学报，2009（3）：6-8.
集成电路设计教程篇3
关键词：微电子实验室；集成电路设计；微电子工艺；实验教学；
作者简介：李建军(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要从事超大规模集成电路教学与科研工作
当前，全球微电子技术及产业飞速发展，22nm节点技术已量产，以微电子集成电路为核心的电子信息产业已成为全球第一大产业，而我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，集成电路设计和微电子工艺方面的人才比较匮乏。当前和今后一段时期是我国微电子产业发展的重要战略机遇期和攻坚期，2014年6月我国了《国家集成电路产业发展推进纲要》以加快推进我国集成电路产业发展，并明确指出“重点支持集成电路制造领域”[1]。因此，为适应该领域技术和产业的人才需求，亟须加强对微电子和集成电路相关专业本科生的工艺实验与工程实践能力的训练，培养其创新和实践能力。
高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，也是开展教学、科研、生产实践三结合的重要场所[2-3]，特别是对于实践性强的微电子学科，实验室在教学中发挥着举足轻重的作用。因此，建设专业的实验室并开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[4]。
1微电子实验室建设指导思想
微电子实验室建设及人才的培养是以国家对微电子技术人才的需求为目的，以满足社会经济快速发展的需要。近10多年来是我国微电子和集成电路产业飞速发展时期，2000年和2011年国家先后出台了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，到2014年了《国家集成电路产业发展推进纲要》。在政策导向下，高校微电子专业实验的建设成就也十分显著。但是，我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，这其中缩小差距重要的一点是缩小微电子实验室技术的差距。因此，对于高校微电子专业实验室的建设发展还需进一步的改革创新[5-7]。
微电子实验室建设应以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》为导则，明确国家教育改革战略目标和战略主题是优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力[8]。
在实验室建设的措施实施上，一是贯彻实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程》，进一步推动高校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源共享，提升高等学校办学水平，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，全面提高教育质量；二是贯彻实施《卓越工程师教育培养计划》，面向微电子产业，按通用标准和行业标准强化培养学生的工程和创新能力[9-10]。
2微电子实验室建设
为适应国际半导体产业和我国电子信息产业的快速发展以及社会对微电子专业人才的大量需求，从2002年起我校就对微电子实验室进行了改造，并持续进行了升级换代建设，截止到目前共计投入了800余万元的建设经费。我校的微电子实验室建设主要包括2方面的内容，一是微电子设计实验室建设，二是微电子工艺实验室建设。目前，微电子实验室可满足每年500人的实验教学规模以及高水平实验项目的开设。学生在此完成集成电路芯片设计、制造的整个过程，并对制造的芯片进行测试和分析。
2.1微电子设计实验室建设
微电子设计实验室主要开展超大规模集成电路设计以及微电子器件仿真和工艺模拟的实验教学。教学目的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法，初步掌握用于集成电路设计的电子设计自动化eDa(electronicdesignautomation)软件工具的使用，以及掌握用于半导体工艺流程模拟和微电子器件仿真的工艺计算机辅助设计tCaD(technologycomputeraideddesign)软件工具的使用。我校共计投资300余万元用于微电子设计教学实验室建设，建立了配备40台SUnBlade工作站、面积100m2的专用教室，并专门建立了eDa、tCaD软件校内共享第二层交换网络，多个实验室可以同时使用授权eDa、tCaD软件。
微电子设计教学内容的建设包括以下内容：
一是开设VHDL(高速硬件描述语言)程序实验，要求学生编写逻辑电路的VHDL代码，对程序代码进行仿真综合。目的使学生掌握运用VHDL语言进行逻辑电路设计的技能。
二是开设FpGa(现场可编程门阵列)实验，要求学生将综合后的网表文件下载到FpGa器件中，对设计的电路进行硬件验证。目的是使学生掌握电子设计的FpGa物理实现方法，以及应用示波器等调试仪器对电路进行诊断排错的技巧。
三是开设aSiCapR(专用集成电路自动布局布线)版图设计实验，要求学生将通过硬件验证过的电路设计，借助半定制的aSiC设计eDa工具，结合代工厂提供的标准单元库，进行自动布局布线，得到所设计电路的物理版图。目的是使学生掌握电子设计的aiSC实现方法。
四是开设工艺模拟和器件仿真实验，要求学生通过tCaD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，并指定产生的器件结构，在满足制造设备的能力和精度下(即给定工艺参数范围内)，让学生设计实验并加以仿真实现。
2.2微电子工艺实验室建设
微电子技术的发展是以集成电路制造技术工艺节点为标志，遵循摩尔定律，变化日新月异。虽然理想的工程教育要求教学最新最前沿的技术，但是不断升级换代，昂贵的实验设备费用是任何高校都负担不起的。况且，每一代集成电路制造技术的工艺流程都具有类似性，因此，单纯追求工艺先进性的实验教学是没有必要的。所以，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。
我校先后投入500余万元建设微电子工艺教学实验室，建立了面积300m2的净化室，具有主流CmoS(互补金属氧化物半导体)工艺和具有代表性的双极工艺完整流程，最小工艺线宽为1μm。并且，由于工艺设备条件的限制，因地制宜地开发了铝栅CmoS工艺。这2类工艺实验课程的学时数都为40学时，学生根据专业方向选择具体工艺类型。
微电子工艺实验课程的目的是培养学生具有一定的工艺设计和分析能力，并通过实践掌握集成电路制造工艺流程。
首先，通过tCaD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，按指定器件结构设计实验并加以仿真实现。并且，tCaD软件是基于物理的器件仿真，不仅能够得到最终的电学特性，还可以了解器件工作时内部物理机制，能够直观分析器件内部能带、电场、电流以及载流子等的分布和变化，有助于学生分析工艺参数的变化对器件物理特性影响，从而最终导致电学参数的改变，从而有利于学生深入理解工艺原理与器件机理的联系。
然后，根据设计的器件尺寸参数，采用L-edit图形编辑器进行器件版图设计，并且选用已设计的器件单元来设计简单的集成电路，如倒向器、或非门、与非门等电路。最后是进行工艺实验实践环节，采用设计的版图制作掩膜版。微电子工艺实验课程的工程化能力要求也主要体现在这一环节，一方面是工程化的理念，另一方面就是相应的实践能力。在这一过程既要培养实际操作能力，更要培养分析问题、解决问题的能力，分析工艺过程中的原因以及造成芯片测试参数与设计参数差别的原因。
2.3实验教学资源建设
2.3.1实验教材编写
微电子设计实验开设的难点之一是实验步骤繁多，学生操作起来较为困难。其原因是国内外缺乏针对本科学生的实验指导书，而eDa工具厂商提供的操作指南过于繁琐，本科学生难以掌握。为配合上述实验的开展，课程组组织相关有实际aSiC设计经验的教师编写了《VLSi自动布局布线(apR)设计实验指导书》实验教材，从操作原理、操作步骤、数据管理、报告撰写等方面对学生进行指导，力求做到学生通过阅读实验教材就能按图索骥，自行完成实验流程。因此在教材的编写上，不厌其详，采用了大量的eDa工具实际操作的截面图，力争反映出每一个操作细节。
对于微电子工艺实验，由于实验内容根据学校实验工艺线实际条件开设，实验内容一是要具有代表性，二是要根据实际情况建立工艺流程。因此，也没有现成的教材或实验指导书可供选择。课程组组织具有丰富工艺实践经验的教师，根据实验室设备条件编写了对应的、适用的《微电子器件设计与制造综合性实验指导书》实验教材。
2.3.2多媒体资料制作
教学信息载体的多样化，包括文字、图片、音频、视频、网络等载体，这是现代教学发展的必然趋势。实验教学多媒体资料可以充分调动教学要素，激发学生的学习兴趣，融教与学为一体[11-12]。
为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。课程组结合实际的实验实践教学过程，制作了全程相关单项工艺原理、流程及设备操作视频演示多媒体资料。多媒体资料将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，做到图文声像并茂。由于微电子实验课程是与实际联系很紧密的课程，形象化教学素材十分丰富，能激发学生的学习兴趣，对提高教学效果、教学质量非常有益。同时制作器件、集成电路电路的设计、仿真视频演示多媒体资料，让学生能快速熟悉设计软件并理解设计方法。在熟悉微电子器件基本理论和集成电路制造工艺的基础上，掌握器件和集成电路的设计方法，最后通过实验操作制作芯片并测试。
3微电子实验室建设成效
充分发挥了以学生为主的教学形式，完成从设计到实验制作再到测试验证整个过程。每个学生都设计了各自结构的器件，因此在器件制作过程中，每个学生就会切实关注每步工艺对器件性能的影响，在实际工艺过程中的操作锻炼了动手能力，在实践过程中了解哪些工艺因素可能对器件造成影响。微电子实验教学将理论与实践结合、创新与实践结合，培养了学生分析问题、解决问题的能力。
微电子实验采用理论联系实际的方式在国内首次实现了“微电子工艺原理”课程的完整实验教学，并因此而获得2004年四川省教学成果二等奖。此外，我校“电子科学与技术”在2012年全国学科评估中排名全国第一，其中微电子实验教学是本学科本科教学的重要组成部分。
我校微电子实验室除了满足每年本校500人的实验教学外，还向其他高校或二级学院开设微电子实验课程，如西南交通大学和电子科技大学成都学院，起到了教学资源共享，以及辐射带动作用。
集成电路设计教程篇4
【关键词】集成电路理论教学改革探索
【基金项目】湖南省自然科学基金项目（14JJ6040）;湖南工程学院博士启动基金。
【中图分类号】G642.3【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2015）08-0255-01
随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展。集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1]。因此，对集成电路相关人才的需求也日益增加。目前国内不仅仅985、211等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了相关课程。课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装与测试等[2]。随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型以及可发展型的本科人才显得日益重要。然而，从目前我国各普通院校对集成电路的课程设置来看，存在着重传统轻前沿、不因校施教、不因材施教等问题，进而导致学生对集成电路敬而远之，退避三舍，学习积极性不高，继而导致学生的可发展性不好，不能适应企业的要求。
本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了本校当前“集成电路原理与应用”课程理论教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校电子科学与技术专业学生的专业兴趣，培养学生的创新意识。
1.“集成电路原理与应用”课程理论教学存在的主要问题
1.1理论性强，课时较少
对于集成电路来说，在讲解之前，学生应该已经学习了以下课程，如：“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”等。但是，由于这些课程的理论性较强，公式较多，要求学生的数学功底要好。这对于数学不是很好的学生来说，就直接导致了其学习兴趣降低。由于目前嵌入式就业前景比较好，在我们学校，电子科学与技术专业的学生更喜欢嵌入式方面的相关课程。而集成电路相关企业更喜欢研究生或者实验条件更好的985、211高校的毕业生，使得我校集成电路方向的本科毕业生找到相关的较好工作比较困难。因此，目前我校电子科学与技术专业的发展方向定位为嵌入式，这就导致一些跟集成电路相关的课程，如“微电子工艺”、“晶体管原理”、“半导体物理”等课程都取消掉了，而仅仅保留了“模拟电子技术”和“数字电子技术”这两门基础课程。这对于集成电路课程的讲授更增加了难度。“集成电路原理与应用”课程只有56课时，理论课46课时，实验课10课时。只讲授教材上的内容，没有基础知识的积累，就像空中架房，没有根基。在教材的基础上额外再讲授基础知识的话，课时又远远不够。这就导致老师讲不透，学生听不懂，效果很不好。
1.2重传统知识，轻科技前沿
利用经典案例来进行课程教学是夯实集成电路基础的有效手段。但是对于集成电路来说，由于其更新换代的速度非常快，故在进行教学时，除了采用经典案例来夯实基础外，还需紧扣产业的发展前沿。只有这样才能保证人才培养不过时，学校培养的学生与社会需求不脱节。但目前在授课内容上还只是注重传统知识的讲授，对于集成电路的发展动态和科技前沿则很少涉及。
1.3不因校施教，因材施教
教材作为教师教和学生学的主要凭借，是教师搞好教书育人的具体依据，是学生获得知识的重要工具。然而，我校目前“集成电路原理与应用”课程采用的教材还没有选定。如：2012年采用叶以正、来逢昌编写，清华大学出版社出版的《集成电路设计》;2013年采用毕查德・拉扎维编写，西安交通大学出版社出版的《模拟CmoS集成电路设计》;2014年采用余宁梅、杨媛、潘银松编著，科学出版社出版的《半导体集成电路》。教材一直不固定的原因是还没有找到适合我校电子科学与技术专业学生实际情况的教材，这就导致教师不能因校施教、因材施教。
2.“集成电路原理与应用”课程理论教学改革
2.1选优选新课程内容，夯实基础
由于我校电子科学与技术专业的学生，没有开设“半导体物理”、“晶体管原理”、“微电子工艺”等相关基础课程，因此理想的、适用于我校学生实际的教材应该包括半导体器件原理、模拟集成电路设计、双极型数字集成电路设计、CmoS数字集成电路设计、集成电路的设计方法、集成电路的制作工艺、集成电路的版图设计等内容，如表1所示。因此，在教学实践中，本着“基础、够用”的原则，采取选优选新的思路，尽量选择适合我校专业实际的教材。目前，使用笔者编写的适合于我校学生实际的理论教学讲义，理顺了理论教学，实现了因校施教，因材施教。
表1“集成电路原理与应用”课程教学内容
2.2提取科技前沿作为教学内容，激发专业兴趣
为了提高学生的专业兴趣，让他们了解“集成电路原理与应用”课程的价值所在，在授课的过程中穿插介绍集成电路设计的前沿动态。如：从ieee国际固体电路会议的论文集中提取模块、电路、仿真、工艺等最新的内容，并将这些内容按照门类进行分类和总结，穿插至传统的理论知识讲授中，让学生及时了解当前集成电路设计的核心问题。这样不但可以激发学生的好奇心和学习兴趣，还可以提高学生的创新能力。
2.3开展双语教学互动，提高综合能力
目前，我国的集成电路产业相对于国外来说，还存在着相当的差距。要开展双语教学的原因有三：一是集成电路课程的一些基本专业术语都是由英文翻译过来的;二是集成电路的研究前沿都是以英文发表在期刊上的;三是世界上主流的eDa软件供应商都集中在欧美国家，软件的操作语言与使用说明书都是英文的。因此，集成电路课程对学生的英语能力要求很高，在课堂上适当开展双语教学互动，无论是对于学生继续深造，还是就业都是非常必要的。
3.结语
集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段。虽然集成电路的发展日新月异，但目前集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距。因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓。基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程理论教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义。
参考文献：
集成电路设计教程篇5
关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才
作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北武汉430068）
中图分类号：G642.423文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]
一、学科背景及问题分析
1.学科背景
21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。
湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
2.存在的问题与影响分析
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。
二、建设思路
电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：
第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。
第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。
第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。
第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。
三、建设内容
微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。
电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LeD封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。
（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其eXCeL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频moSC-V特性测试、pn结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、pn结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。
（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、moS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LeD光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。
（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。
（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LeD封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和部级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。
四、总结
本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
参考文献：
[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.
集成电路设计教程篇6
关键词：数字电子技术；教材改革；工程应用
1.引言
《数字电子技术》是高等学校通信工程、电子信息工程、自动化、电气工程及自动化等专业的重要专业基础课程［1］。随着数字电子技术、数字系统的高速发展，以FpGa(Fieldpro-grammableGatearray）和CpLD（ComplexprogrammableLogicDevice)为代表的大规模可编程逻辑器件(programmableLogicDevice，pLD)的广泛应用，使传统“板上数字系统”被“片上数字系统”替代［2］。为适应数字电子技术的发展趋势，对传统《数字电子技术》教材内容进行了改革，在教材内容的安排和例题选用上，立足于应用型人才培养，以现代信息技术为依托，注重理论联系实际，取得较好的应用效果。
2.教材改革的基本思路
随着数字电子技术的快速发展，如何处理数字电子技术的经典内容与现代内容、传统分析设计方法与现代分析设计方法之间的关系，是教材内容改革的重点。教材以“基础知识器件原理器件应用器件仿真系统构建系统仿真”为主线，构建数字系统的知识框架。在教材内容组织上，将数字电子技术和数字系统有关知识融为一体，系统介绍数字电子技术与数字系统的基本分析方法和设计方法；在教材内容编写上，以培养学生的应用能力和实践能力为目的，采用案例式或项目式编写思路，将理论知识和实际应用相结合，把突出知识的应用性和实践性作为主要方向，做到理论和实践并重，既强调理论基础，又突出应用性。对于集成电路注重逻辑功能和使用方法介绍，增加eDa(electronicDesignautomation)技术基础知识［3］，利用multisim软件对部分电路进行功能仿真，并介绍VHDL语言、QuartusⅡ软件的基本使用方法，利用VHDL语言设计部分数字电路，利用QuartusⅡ软件进行仿真分析，适应现代电子技术飞速发展和应用的需要。
3.教材的主要特点
3.1教材内容组织
按照教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导委员会对《数字电子技术基础》课程教学的基本要求，对《数字电子技术》教材内容进行重新组织，将教材内容分为十章［4］。第一章介绍逻辑代数的基础知识，主要包括各种数制、常用的编码规则、逻辑代数的基本定理、逻辑函数的表示方法和化简方法等。第二章介绍eDa技术的基础知识，包括multisim、VHDL语言、QuartusⅡ的基础知识。第三章介绍分立门电路、集成门电路和可编程逻辑器件的特点，并介绍利用VHDL语言设计门电路的方法。第四章首先介绍组合逻辑电路的基础知识，然后讲解组合逻辑电路的应用，最后利用multi-sim对组合逻辑电路进行功能仿真和设计分析，并介绍组合逻辑电路的VHDL语言设计方法。第五章介绍各种触发器的功能和应用，并利用multisim对触发器进行功能仿真，介绍触发器的VHDL语言设计方法。第六章介绍时序逻辑电路的分析方法和设计方法，介绍常用时序逻辑电路的功能和应用，并分别利用VHDL语言和multisim进行功能描述和仿真。第七章介绍脉冲波形的产生与整形电路，重点介绍集成电路的应用。第八章介绍半导体存储器的特点和应用。第九章介绍a/D转换和D/a转换的工作原理和主要技术指标，对集成DaC和aDC的基础知识及应用进行简单介绍，并利用multisim对基本转换电路进行功能仿真。第十章介绍数字系统设计的基本流程，通过3个实例介绍数字系统的不同设计方法。
3.2强调基础理论
随着数字电子技术的发展，数字电子技术已逐渐渗透到各个行业，《数字电子技术》课程作为高校电类专业的基础课程，是学生走向数字化时代的第一门课程，也是某些高校相关专业的考研课程，其重要性不言而喻。教材编写强调《数字电子技术》基础知识的系统性、完整性，将逻辑代数基础、组合逻辑电路分析与设计、时序逻辑电路的分析与设计等基础知识作为教材核心内容，并结合部分高校相关专业《数字电子技术》研究生考试大纲的要求，增加部分教学内容。例如，在第六章“时序逻辑电路”中增加利用观察法和隐含表法进行状态化简的内容，使学生能够更容易掌握时序逻辑电路的传统设计方法。在教材内容编排上，反复训练基础理论知识，使学生更好地学习并掌握基础理论知识，为进一步学习打下坚实的基础。例如，第四章“组合逻辑电路”首先介绍组合逻辑电路的分析方法和设计方法，然后介绍常用集成组合逻辑电路的原理和应用，其中译码器、数值比较器按照组合逻辑电路的分析方法进行阐述，编码器、数据选择器、加法器按照组合逻辑电路的设计方法阐述，使教材内容循序渐进、深入浅出，适用于学生自学，有利于培养学生自主学习能力。
3.3突出实践应用
在教材编写过程中，注重学生对知识应用能力培养的需要，强调具体操作过程中学习理论基础，将知识应用能力培养贯穿整本教材，突出教材知识的实践应用性。在介绍集成电路时，删除集成电路内部电路的分析，强调集成电路的逻辑功能和使用方法［5］，例如，介绍555定时器时，在简单介绍555定时器的电路结构和工作原理的基础上，以“触摸式定时控制开关电路”、“双音门铃电路”等应用电路介绍555定时器的使用方法。在第九章“数/模和模/数转换器”中，以DaC0808、DaC0832、aD7543为例介绍常用集成数/模转换器的工作原理和使用方法，并分别给出DaC0832、aD7543与单片机at89C51的接口电路，既加强与后续课程单片机、微机原理等的联系［6］，又突出教材内容的应用性。
3.4增加eDa技术知识
eDa是电子设计自动化(electronicDesignautomation)的缩写，是从计算机辅助设计(CaD)、计算机辅助制造(Cam)、计算机辅助测试(Cat)和计算机辅助工程(Cae)的概念发展而来的。教材第二章eDa技术基础知识介绍了multisim和QuartusⅡ两种eDa工具的操作界面和使用方法，并介绍了VHDL语言的基本结构、数据对象、数据结构、操作符和基本语句结构，使学生借助eDa工具进行电路分析和设计。教材给出了74LS138、74LS153、74LS194、74LS160等常用集成电路的multisim仿真电路和VHDL描述方法，并在第十章“数字系统设计”中，以“计数报警器”、“简易交通灯控制器”、“函数信号发生器”为例，结合multisim和QuartusⅡ软件，详细介绍简单数字系统的设计过程，丰富教材内容。
4.结语
《数字电子技术》教材改革是一项长期工程，随着数字电子技术的发展，必将对教材内容产生深刻影响。本教材于2012年10月由北京大学出版社作为“21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材”出版，2013年12月被评为河南省“十二五”普通高等教育规划教材。教材经过3年多的使用，得到了广大师生的关注，收集了各方面建议和意见。为了更好地适应现代数字电子技术的发展和应用，需要对教材内容进行进一步改革。
参考文献：
［1］陆冰，魏芸，闾燕,等.“数字电子技术”课程教学改革的实践［J］.电气电子教学学，2013，35（4）：46-47.
［2］宁改娣，杜亚利.教材：《数字电子技术》教材改革探索［J］.教育教学论坛，2012（8）：98-99.
［3］黎艺华，谢兰清.高职数字电子技术项目课程教材建设探索［J］.教育与职业，2011（15）：131-132.
［4］秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术［m］.北京大学出版社，2012.
［5］王国新，张桂凤，宋婀娜.“数字电子技术”课程教学改革探究［J］.中国电力教育，2014（12）：73-74.
集成电路设计教程篇7
关键词：集成电路版图；CD4002B；芯片解析
作者简介：王健（1965-），男，辽宁沈阳人，沈阳化工大学信息工程学院，副教授；樊立萍（1966-），女，山东淄博人，沈阳化工大学信息工程学院，教授。（辽宁 沈阳 110142）
中图分类号：G642.0?????文献标识码：a?????文章编号：1007-0079（2012）31-0050-02
“集成电路版图设计”是一门讲授集成电路版图版图工作原理、设计方法和计算机实现的课程，是电子科学与技术专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业课。[1]该课程一般以“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”和“半导体器件”为先修课程，主要讲授集成电路双极工艺和CmoS工艺的基本流程、版图基本单元的工作原理和结构特点，以及布局布线的设计方法。[2]其目的是指导学生掌握集成电路版图分析与设计技术，提高学生实践能力和综合解决问题的能力。由于集成电路芯片外层有封装，学生在学习该课程前对版图无直观认识，很多版图设计教材是先讲授工艺流程，然后讲授单元版图，最后论述布局布线等内容，这样教学有悖于从感性到理性的认知过程，有碍教学效果。[3]有的教材在版图解析方面做了有益尝试，但由于当时技术条件限制，采用绘制图代替芯片解析照片，实践性欠佳。为了在有限的学时中能够尽快引导学生入门，在版图解析与设计两个方面的能力都有所提高，笔者将芯片CD4002B解析并应用到“集成电路版图设计”课程教学实践中，效果良好。
一、版图逆向解析
集成电路的设计包括逻辑（或功能）设计、电路设计、版图设计和工艺设计。通常有两种设计途径：正向设计、逆向设计。[2]
逆向设计的作用为仿制和获得先进的集成电路设计。逆向设计的流程为：提取横向尺寸，提取纵向尺寸和测试产品的电学参数。[2]
对于本科电子科学与技术专业教学，版图的逆向设计主要是提取芯片的横向尺寸。提取芯片横向尺寸方法为：打开封装，进行拍照、拼图；由产品的复合版图提取电路图、器件尺寸和设计规则；进行电路模拟和画版图。
二、CD4002B版图解析
CD4002B是两个四输入或非门芯片，封装为双列14针塑料封装，根据芯片编号规则判断为CmoS工艺制造。该电路具有器件类型全面、电路典型的特点，适用于教学实践。
1.CD4002B芯片版图拍照
首先将芯片放到浓硝酸中加热，去掉封装，用去离子水冲洗、吹干后在显微镜下拍照铝层照片。再将芯片放到盐酸溶液中漂洗去掉铝层，用去离子水冲洗、吹干后放到氢氟酸溶液中去掉二氧化硅层，经去离子水冲洗、吹干后用染色剂染色，杂质浓度高部分颜色变深，冲洗、吹干后在显微镜下对无铝层（有源层）芯片拍照。
采用图形编辑软件分别对两层照片进行拼接，获得版图照片。
2.芯片版图分析
通过对CD4002B两层（铝层和有源层）照片进行分析研究表明：解析的芯片为是一层铝，且铝栅极，p阱工艺。该芯片铝线宽度最小为9微米，栅极宽度为6微米。芯片包含的单元为nmoS、pmoS、反相器、四输入与非门、电阻、二极管等。
该芯片由两个四输入或非门组成，其中一个或非门电路图如图1所示，其中9、10、11、12管脚为输入端，14管脚为电源端，13管脚为输出端和7管脚为地端。四个输入端首先分别经过一个反相器，然后接入一个四输入与非门，最后经过一个反相器输出。逻辑关系经过推导和仿真验证为或非门关系。
为了实现静电保护，在输入、输出和电源端分别构造静电保护。输入端静电保护电路由四个二极管和一个限流电阻构成；输出端静电保护电路由二个二极管和一个限流电阻构成；电源端静电保护电路由一个二极管构成。
下面以芯片中四输入与非门版图和输入静电保护电路说明版图特点。
该芯片的四输入与非门版图如图2所示。n14、n15、n16、n17为nmoS管，共用一个p阱，从铝层分析四个nmoS管为串联关系。为了节省面积，相邻器件源极和漏极共用，即上一个管子源极是邻近管子漏极；p14、p15、p16、p17为pmoS管，从铝层分析四个nmoS管为并联关系，四个器件源极相连和漏极相连，提取的电路图见图1。
该芯片的输入管脚都有静电保护电路，如图3所示。其中D5-1、D5-2为两个以p阱为p区的二极管，该管n区接输入端，p区接地；R5为基区电阻；D5-3、D5-4为以基区电阻为p区，衬底为n区的二极管，其中p区接电阻，n区接电源。提取的电路图见图1。
三、课程教学改革
1.教学大纲的改革
本科生教学既要注重实践教学又要兼顾理论教学，不仅要掌握单元的版图设计和软件使用，还应该掌握版图结构原理。为此确立该课程的基本目标为：电路的分析及应用，能够读懂电路的线路图，并能进行正确分析；版图识读和常见基本器件的版图设计；布局布线与验证修改；[4]掌握版图的失效机理，并能掌握特殊器件版图的设计方法。
根据电子科学与技术的课程体系，参考几种教材制定了特色显著的教学大纲。该大纲主要内容包括：模拟和数字集成电路基本单元电路和工作原理；双极工艺、CmoS工艺和BiCmoS工艺的介绍；集成电路的失效机理和防护措施；三种工艺的中的npn和pnp晶体管、nmoS和pmoS晶体管、电阻、电容和电感等器件的版图和工作原理；特殊器件的版图及工作原理；[5]版图布局、布线和标准单元设计的基本规则；逆向版图的识别方法；[2]集成电路设计软件的使用方法。[6]
集成电路设计教程篇8
1.引言
《数字电子技术》是高等学校通信工程、电子信息工程、自动化、电气工程及自动化等专业的重要专业基础课程[1]。随着数字应用电子技术、数字系统的高速发展，以FpGa(FieldprogrammableGatearray)和CpLD(ComplexprogrammableLogicDevice)为代表的大规模可编程逻辑器件(programmableLogicDevice，pLD)的广泛应用，使传统“板上数字系统”被“片上数字系统”替代[2]。为适应数字电子技术的发展趋势，对传统《数字电子技术》教材内容进行了改革，在教材内容的安排和例题选用上，立足于应用型人才培养，以现代信息技术为依托，注重理论联系实际，取得较好的应用效果。
2.教材改革的基本思路
随着数字电子技术的快速发展，如何处理数字电子技术的经典内容与现代内容、传统分析设计方法与现代分析设计方法之间的关系，是教材内容改革的重点。教材以“基础知识器件原理器件应用器件仿真系统构建系统仿真”为主线，构建数字系统的知识框架。在教材内容组织上，将数字电子技术和数字系统有关知识融为一体，系统介绍数字电子技术与数字系统的基本分析方法和设计方法;在教材内容编写上，以培养学生的应用能力和实践能力为目的，采用案例式或项目式编写思路，将理论知识和实际应用相结合，把突出知识的应用性和实践性作为主要方向，做到理论和实践并重，既强调理论基础，又突出应用性。对于集成电路注重逻辑功能和使用方法介绍，增加eDa(electronicDesignautomation)技术基础知识[3]，利用multisim软件对部分电路进行功能仿真，并介绍VHDL语言、QuartusⅡ软件的基本使用方法，利用VHDL语言设计部分数字电路，利用QuartusⅡ软件进行仿真分析，适应现代电子技术飞速发展和应用的需要。
3.教材的主要特点
3.1教材内容组织
按照教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导委员会对《数字电子技术基础》课程教学的基本要求，对《数字电子技术》教材内容进行重新组织，将教材内容分为十章[4]。第一章介绍逻辑代数的基础知识，主要包括各种数制、常用的编码规则、逻辑代数的基本定理、逻辑函数的表示方法和化简方法等。第二章介绍eDa技术的基础知识，包括multisim、VHDL语言、QuartusⅡ的基础知识。第三章介绍分立门电路、集成门电路和可编程逻辑器件的特点，并介绍利用VHDL语言设计门电路的方法。第四章首先介绍组合逻辑电路的基础知识，然后讲解组合逻辑电路的应用，最后利用multisim对组合逻辑电路进行功能仿真和设计分析，并介绍组合逻辑电路的VHDL语言设计方法。第五章介绍各种触发器的功能和应用，并利用multisim对触发器进行功能仿真，介绍触发器的VHDL语言设计方法。第六章介绍时序逻辑电路的分析方法和设计方法，介绍常用时序逻辑电路的功能和应用，并分别利用VHDL语言和multisim进行功能描述和仿真。第七章介绍脉冲波形的产生与整形电路，重点介绍集成电路的应用。第八章介绍半导体存储器的特点和应用。第九章介绍a/D转换和D/a转换的工作原理和主要技术指标，对集成DaC和aDC的基础知识及应用进行简单介绍，并利用multisim对基本转换电路进行功能仿真。第十章介绍数字系统设计的基本流程，通过3个实例介绍数字系统的不同设计方法。
3.2强调基础理论
随着数字电子技术的发展，数字电子技术已逐渐渗透到各个行业，《数字电子技术》课程作为高校电类专业的基础课程，是学生走向数字化时代的第一门课程，也是某些高校相关专业的考研课程，其重要性不言而喻。教材编写强调《数字电子技术》基础知识的系统性、完整性，将逻辑代数基础、组合逻辑电路分析与设计、时序逻辑电路的分析与设计等基础知识作为教材核心内容，并结合部分高校相关专业《数字电子技术》研究生考试大纲的要求，增加部分教学内容。例如，在第六章“时序逻辑电路”中增加利用观察法和隐含表法进行状态化简的内容，使学生能够更容易掌握时序逻辑电路的传统设计方法。
在教材内容编排上，反复训练基础理论知识，使学生更好地学习并掌握基础理论知识，为进一步学习打下坚实的基础。例如，第四章“组合逻辑电路”首先介绍组合逻辑电路的分析方法和设计方法，然后介绍常用集成组合逻辑电路的原理和应用，其中译码器、数值比较器按照组合逻辑电路的分析方法进行阐述，编码器、数据选择器、加法器按照组合逻辑电路的设计方法阐述，使教材内容循序渐进、深入浅出，适用于学生自学，有利于培养学生自主学习能力。
3.3突出实践应用
在教材编写过程中，注重学生对知识应用能力培养的需要，强调具体操作过程中学习理论基础，将知识应用能力培养贯穿整本教材，突出教材知识的实践应用性。在介绍集成电路时，删除集成电路内部电路的分析，强调集成电路的逻辑功能和使用方法[5]，例如，介绍555定时器时，在简单介绍555定时器的电路结构和工作原理的基础上，以“触摸式定时控制开关电路”、“双音门铃电路”等应用电路介绍555定时器的使用方法。
在第九章“数/模和模/数转换器”中，以DaC0808、DaC0832、aD7543为例介绍常用集成数/模转换器的工作原理和使用方法，并分别给出DaC0832、aD7543与单片机at89C51的接口电路，既加强与后续课程单片机、微机原理等的联系[6]，又突出教材内容的应用性。3.4增加eDa技术知识
eDa是电子设计自动化(electronicDesignautomation)的缩写，是从计算机辅助设计(CaD)、计算机辅助制造(Cam)、计算机辅助测试(Cat)和计算机辅助工程(Cae)的概念发展而来的。教材第二章eDa技术基础知识介绍了multisim和QuartusⅡ两种eDa工具的操作界面和使用方法，并介绍了VHDL语言的基本结构、数据对象、数据结构、操作符和基本语句结构，使学生借助eDa工具进行电路分析和设计。教材给出了74LS138、74LS153、74LS194、74LS160等常用集成电路的multisim仿真电路和VHDL描述方法，并在第十章“数字系统设计”中，以“计数报警器”、“简易交通灯控制器”、“函数信号发生器”为例，结合multisim和QuartusⅡ软件，详细介绍简单数字系统的设计过程，丰富教材内容。
4.结语
《数字电子技术》教材改革是一项长期工程，随着数字电子技术的发展，必将对教材内容产生深刻影响。本教材于2012年10月由北京大学出版社作为“21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材”出版，2013年12月被评为河南省“十二五”普通高等教育规划教材。教材经过3年多的使用，得到了广大师生的关注，收集了各方面建议和意见。为了更好地适应现代数字电子技术的发展和应用，需要对教材内容进行进一步改革。
集成电路设计教程篇9
关键词：数字电路教学课堂教学实验教学
中图分类号：tn79-4文献标识码：a文章编号：1007-9416（2012）09-0121-02
数字电路是电子信息类专业的一门学科基础课程，通过本课程的学习，同学们能够了解数字电子技术的基本概念、数字逻辑电路分析和设计方法，掌握常用集成电路芯片的使用，实现简单数字应用电路设计，为后续有关专业课程学习和解决工程实践中遇到的数字逻辑问题打下良好的基础，培养具有一定创新能力的应用型人才。
数字电路是现代电子系统的必要组成部分，从一般的数字逻辑电路、微处理器控制电路、到复杂的信号处理系统，无不留下数字电路的身影，因此掌握数字电路分析、设计方法和测试方法是电子信息类专业的基本要求。
1、对数字概念的建立是该门课程的重要基础。
数字电路是真正接触数字逻辑、数字概念的第一门课，这部分概念的掌握与否，直接影响到后续课程的学习，比如：微机原理、单片机原理、数字信号处理和eDa等。
（1）逻辑量概念和逻辑运算是数字电路的基础，逻辑量是用来表示事件是否发生的物理量，在具体电路实现上用高低电平来表示逻辑量0和1。逻辑关系表示了事件之间的因果关系，在具体电路方面用各种门电路来实现。
（2）编码方法、二进制概念、算术运算是数字逻辑的具体应用。用多位有序逻辑量排列来表示不同的符号和不同的数就形成了编码，其中二进制是表示数的一种常用方法，这时的0和1也变成了数，但是其运算电路实现仍然是用逻辑电路来实现的。
比如一位全加器就是一个典型的二进制运算器，其运算规则是按照二进制运算进行的，每个变量的值，代表真实的二进制数0和1，但是其实现电路有时按照逻辑电路来实现的。
假设一位全加器的输入信号两个加数分别为ai，Bi与低位进位Ci-1，输出信号分别为和Si与进位Ci，则得到真值表如下。
由上述逻辑表达式就可以得到一位二进制全加法器，如果有多个这样的二进制全加器就可以实现多位二进制加法器，实现加法运算。
2、组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计是数字电路教学的主要内容
组合逻辑电路的分析和设计主要包括各种门电路和一些常用组合逻辑电路，这部分内容是逻辑运算关系的具体实现，也是一些常用小规模集成电路原理理解和应用的具体实现，特别是译码器74LS138和数据选择器74LS151的理解和应用。
时序逻辑电路的分析和设计主要包括触发器原理介绍、由触发器构成的时序电路和中小规模集成电路的应用，这部分内容是数字电路教学的主要内容，特别是用时序电路来解决具体应用问题时，如何把具体问题转换成电路设计问题时一大难点。其中两个重要的集成电路模块是移位寄存器74LS194和异步复位十六进制计数器74LS161。
组合逻辑电路和时序逻辑电路是按照电路中有无触发器来区分的两种电路形式，实际时序逻辑电路中往往肯定包含组合电路，按照一定的分析和设计思路，就可以顺利完成电路的分析和设计。
图一是用译码器和数据选择器分别实现全加器的电路图，我们在输入端用拨动开关来表述不同的输入信号，在输出端用发光二级管来表示输出结果，这样非常直观，利于同学们的理解。
（b）用74LS151数据选择器实现
图1全加器实现与演示
3、积极改进教学内容，注重应用技能的培养
数字电子技术的发展、电子设计手段的进步已经发生了巨大的变化，但是我们教材的主要内容和20多年前没有大的变化，强调数字技术的基础性，在门电路、集成电路方面花了很多的篇章，这也是现在同学们学习时比较难掌握的部分，但是这一部分也是绝大部分同学今后很少用到的部分。另外一方面，现代设计所需要的CpLD、FpGa知识和HDL语言没有介绍或介绍不够。因此，我们在教学中，弱化门电路和集成电路的教学，强调集成电路的功能和接口条件，在介绍集成电路芯片的同时，介绍其VerilogHDL描述。这样对照硬件和软件进行学习，相互印证，能够得到比较好的效果。这种学习方法，可以适应硬件设计的软件化设计趋势。
4、积极改进理论和实验教学方法，加强动手能力的培养
在数字电路教学中多讲解各种实用电路的设计和实验，可以提高课程教学的效果，帮助同学们理解数字电路理论教学内容，增强同学们感官认识和动手能力。现在数字电路实验特别是多个集成电路芯片的实验因为接线问题，常常影响同学们的实验效果，甚至得不到所需要的结论。另外硬件实验要花费较多的时间资源和硬件资源，并且以后的工作需要更多的是软件仿真工作，因此仿真工作是很多设计过程中不可或缺的一个重要环节。因此在教学过程中我们要求学生掌握multisim仿真软件。通过老师演示，学生自己仿真，花时间少，可以充分发挥自己的想象。
mutilsim软件具有非常强大的功能，不仅可以满足数字电路的仿真还可以满足模拟电路的仿真要求，系统提供了大量的信号源和测试设备，使系统的运行看起来非常逼真。系统还可以实现硬件描述语言编程的仿真，还可以进行CpU软件编程程序的仿真，因此建议同学们掌握mutilsim软件的使用。（如图2）
图2是60进制计数器的电路，图中不仅包含由两个74LS161组成的60进制计数器，还包含了两个数码管驱动电路和两个7段数码管。这样通过仿真软件实现具有下列优点：
（1）可以方便地修改60进制计数器的各种设计方法，只需简单修改就可以实现同步计数电路、异步计数电路、同步置零、异步清零等计数器控制策略；
（2）可以方便地实现其他进制的计数器，如果采用74LS160电路可以更简单；
（3）进一步理解数码管驱动电路的原理和使用方法。
（4）进一步理解数码管的模块的连接方法。
本文针对数字电路课程教学中的数字电路概念、教学内容和教学方法等问题做了比较具体的分析，并用具体实例进行了说明。
参考文献
[1]谢剑斌，李沛秦等.在“数字电子技术”教学中培养学生创新能力.电气电子教学学报，Vol.32，no.6，2010.12.
[2]张振亚.数字电路教改探讨.西南民族大学学报·自然科学版第37卷5，2011.5.
[3]宋伟，朱幼莲.“数字电路”课程设计教学改革探索.江苏技术师范学院学报Vol.17，no.8，2011.8.
集成电路设计教程篇10
关键词：集成电路设计与集成系统；CDio；一体化
1CDio一体化课程
CDio一体化课程是一个由相互支持的专业课程和明确集成个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的构建能力为一体的方案所设计出的课程计划[1]。即按照CDio（构思-设计-实施-运行）理念，在不增加教学内容和时间的基础上，调整和优化原有教学的计划，以实现知识、能力和态度培养的一体化及专业技能与人文素养培养的一体化。同时，CDio一体化课程也是“做中学”和“基于项目的教育和学习”（projectbasededucationandlearning简称pBL）的具体体现[2]。pBL区别于传统教学法实现了三个转变：以教师为中心转变为以学生为中心、以课本为中心转变为以项目为中心及以课堂为中心转变为以经验和能力为中心。强调学习的目的性和主动性。
2集成电路设计与集成系统专业课程体系及问题分析
课程体系理论对课程计划的研究与设计起着指导意义，从一定程度上反映了对学科知识体系和学生能力培养的认知[3]。下面从课程组织上来分析集成电路设计与集成系统专业传统课程设计存在的问题。
集成电路设计与集成系统专业课程组织及问题分析。基于Grinter报告[4]，现将我校集成电路设计与集成系统专业的公共课，专业基础课和专业课等进行了重新划分，如表1所示。再对比麻省理工学院（mit）的航空航天工程专业课程[5，6]，（mit多年来被QS世界大学排名和世界大学学术排名评为世界第一，其已成为CDio工程教育的标杆），讨论了基于CDio一体化课程理念下我国集成电路设计与系统专业在课程设置上存在的问题：（1）工程实验课程比例低。工程分析与设计及工程实验类需要发挥学生能动性的课程仅为21%，远低于基础科学等理论课程.而麻省理工学院2014级航空航天工程专业课程体系中实践课程学分比例为45%；（2）人文社科类课程比例较低，不足10%。mit航空航天工程专业课程体系中人文社科类课程学分比例为37%，人文社科类课程目标是培养学生作为一个公民应具有的基本素质和作为专业人士应具有的职业道德，在强调专业教育的同时不可忽视人文社科类的教育；（3）选修课比例不足。非限定性选修课程不足5%。而mit课程体系中选修课程比例为55.8%，其中非限定性选修课程比例为24%。大量选修课的设置充分给予了学生学习的主动性，尊重学生个性发展及创新力的培养。
3基于CDio的集成电路设计与集成系统专业一体化课程体系模型研究
集成电路设计与集成系统作为一个典型的工科类专业，注重学生的动手能力、分析和解决问题的能力、创新能力及人文素养的培养。而课程体系的建立能从学科知识体系方向来引导学生各方面能力的培养。
集成电路设计与集成系统专业一体化课程设计。采取“自上而下”的总线型结构模式，如图1。即以项目设计为导向，先给出宏观、整体的概念，再由宏观到微观，由整体到局部，由项目所涉及的专业知识到专业知识所涉及的专业基础知识等展开整个课程。
对比传统课程体系具有明显的优势：第一，通过以职业方向为导向的规划，学生可根据自己兴趣选择适合自己的团队，达到因材施教的目的；第二，以组建团队来制定课程并完成项目，打破了传统的分班教学制，学生通过相互讨论，沟通以解决问题能培养团队合作意识。第三，实现了学科间的相互支撑及联系，学生每上一门课程都能明确该课程与先修课程和后续课程之间的联系，以及整个课程体系的学习目的。第四，经历了一到六学期的学习为最后项目的实现做好了充分准备，若以该项目为学生的毕业设计可提高论文质量，又避免了论文作假，抄袭等现象等。第五，从课程组织上看，以项目为主线展开的必修课程大大减少，除此以外的专业课程、专业基础课程和学科基础课程均作为选修课程，使学生拥有更多跨专业学习的选择机会。另外，人文社科类等公共课程贯穿于整个大学课程中，以实现专业技能与人文素养的一体化培养。
与此同时，该课程体系对当前的教学模式也提出了相应要求，比如学生学习方法和教师授课方式的改革，教师团队培养的改革，学生考核方式的改革，配套教材的改革等等。
结束语
围绕CDio理念，重新构建了集成电路设计与集成系统专业一体化课程结构，即以专业方向指导项目，再以项目指导课程，将能力培养融入理论学习，将知识应用融入项目实践。希望借助课程体系改革，以实现集成电路设计与集成系统专业学生知识、能力和态度培养的一体化，专业技能与人文素养培养的一体化。同时，对我国高校工科类课程体系改革具有一定的指导意义。
参考文献
[1]顾佩华，包能胜，康全礼等.CDio在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012，3：24-40.
[2]查建中.论“做中学”战略下的CDio模式[J].高等工程教育研究，2008，3：1-6.
[3]王伟廉.高等学校课程体系现代化研究[D].厦门：厦门大学，2004.
[4]孔寒冰.国际工程教育前沿与进展2007[m].浙江：浙江大学出版社，2009：179-192.
[5]张英.基于CDi0理念我国机械设计制造及其自动化专业本科课程体系研究[D].浙江：浙江大学，2014.