集成電路設計原理精選(九篇)

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第1篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：集成電路專業；實踐技能；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼： A 文章編號：1002-0845（2012）09-0102-02

集成電路產業是關系到國家經濟建設、社會發展和國家安全的新戰略性產業，是國家核心競爭力的重要體現。《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確將集成電路作為新一代信息技術產業的重點發展方向之一。

信息技術產業的特點決定了集成電路專業的畢業生應該具有很高的工程素質和實踐能力。然而，目前很多應屆畢業生實踐技能較弱，走出校園后普遍還不具備直接參與集成電路設計的能力。其主要原因是一些高校對集成電路專業實踐教學的重視程度不夠，技能培養目標和內容不明確，導致培養學生實踐技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加強集成電路專業對學生實踐技能的培養具有非常重要的現實意義。

一、集成電路專業實踐技能培養的目標

集成電路專業是一門多學科交叉、高技術密集的學科，工程性和實踐性非常強。其人才培養的目標是培養熟悉模擬電路、數字電路、信號處理和計算機等相關基礎知識，以及集成電路制造的整個工藝流程，掌握集成電路設計基本理論和基本設計方法，掌握常用集成電路設計軟件工具，具有集成電路設計、驗證、測試及電子系統開發能力，能夠從事相關領域前沿技術工作的應用型高級技術人才。

根據集成電路專業人才的培養目標，我們明確了集成電路專業的核心專業能力為：模擬集成電路設計、數字集成電路設計、射頻集成電路設計以及嵌入式系統開發四個方面。圍繞這四個方面的核心能力，集成電路專業人才實踐技能培養的主要目標應確定為：掌握常用集成電路設計軟件工具，具備模擬集成電路設計能力、數字集成電路設計能力、射頻集成電路設計能力、集成電路版圖設計能力以及嵌入式系統開發能力。

二、集成電路專業實踐技能培養的內容

1.電子線路應用模塊。主要培養學生具有模擬電路、數字電路和信號處理等方面的應用能力。其課程主要包含模擬電路、數字電路、電路分析、模擬電路實驗、數字電路實驗以及電路分析實驗等。

2.嵌入式系統設計模塊。主要培養學生掌握嵌入式軟件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式應用領域的前沿知識，具備能夠從事面向應用的嵌入式系統設計能力。其課程主要有C語言程序設計、單片機原理、單片機實訓、傳感器原理、傳感器接口電路設計、FPGA原理與應用及SOPC系統設計等。

3.集成電路制造工藝模塊。主要培養學生熟悉半導體集成電路制造工藝流程，掌握集成電路制造各工序工藝原理和操作方法，具備一定的集成電路版圖設計能力。其課程主要包含半導體物理、半導體材料、集成電路專業實驗、集成電路工藝實驗和集成電路版圖設計等。

4.模擬集成電路設計模塊。主要培養學生掌握CMOS模擬集成電路設計原理與設計方法，熟悉模擬集成電路設計流程，熟練使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事模擬集成電路設計的能力。其課程主要包含模擬電路、半導體物理、CMOS模擬集成電路設計、集成電路CAD設計、集成電路工藝原理、VLSI集成電路設計方法和混合集成電路設計等。此外，還包括Synopsis認證培訓相關課程。

5.數字集成電路設計模塊。主要培養學生掌握數字集成電路設計原理與設計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事數字集成電路設計的能力。其課程主要包含數字電路、數字集成電路設計、硬件描述語言、VLSI測試技術、ASIC設計綜合和時序分析等。

6.射頻集成電路設計模塊。主要培養學生掌握射頻集成電路設計原理與設計方法，具備運用常用的集成電路EDA軟件工具從事射頻集成電路設計的能力。其課程主要包含CMOS射頻集成電路設計、電磁場技術、電磁場與

天線和通訊原理等。

在實踐教學內容的設置、安排上要符合認識規律，由易到難，由淺入深，充分考慮學生的理論知識基礎與基本技能的訓練，既要有利于啟發學生的創新思維與意識，有利于培養學生創新進取的科學精神，有利于激發學生的學習興趣，又要保證基礎，注重發揮學生主觀能動性，強化綜合和創新。因此，在集成電路專業的實驗教學安排上，應減少緊隨理論課開設的驗證性實驗內容比例，增加綜合設計型和研究創新型實驗的內容，使學有余力的學生能發揮潛能，有利于因材施教。

三、集成電路專業實踐技能培養的策略

1.改善實驗教學條件，提高實驗教學效果。學校應抓住教育部本科教學水平評估的機會，加大對實驗室建設的經費投入，加大實驗室軟、硬件建設力度。同時加強實驗室制度建設，制訂修改實驗教學文件，修訂完善實驗教學大綱，加強對實驗教學的管理和指導。

2.改進實驗教學方法，豐富實驗教學手段。應以學生為主體，以教師為主導，積極改進實驗教學方法，科學安排課程實驗，合理設計實驗內容，給學生充分的自由空間，引導學生獨立思考應該怎樣做，使實驗成為可以激發學生理論聯系實際的結合點，為學生創新提供條件。應注重利用多媒體技術來豐富和優化實驗教學手段，如借助實驗輔助教學平臺，利用仿真技術，加強新技術在實驗中的應用，使學生增加對實驗的興趣。

3.加強師資隊伍建設，確保實驗教學質量。高水平的實驗師資隊伍，是確保實驗教學質量、培養創新人才的關鍵。應制定完善的有利于實驗師資隊伍建設的制度，對實驗師資隊伍的人員數量編制、年齡結構、學歷結構和職稱結構進行規劃，從職稱、待遇等方面對實驗師資隊伍予以傾斜，保證實驗師資隊伍的穩定和發展。

4.保障實習基地建設，增加就業競爭能力。開展校內外實習是提高學生實踐技能的重要手段。

實習基地是學生獲取科學知識、提高實踐技能的重要場所，對集成電路專業人才培養起著重要作用。學校應積極聯系那些具有一定實力并且在行業中有一定知名度的企業，給能夠提供實習場所并愿意支持學校完成實習任務的單位掛實習基地牌匾。另外，可以把企業請進來，聯合構建集成電路專業校內實踐基地，把企業和高校的資源最大限度地整合起來，實現在校教育與產業需求的無縫聯接。

5.重視畢業設計，全面提升學生的綜合應用能力。畢業設計是集成電路專業教學中最重要的一個綜合性實踐教學環節。由于畢業設計工作一般都被安排在最后一個學期，此時學生面臨找工作和準備考研復試的問題，畢業設計的時間和質量有時很難保證。為了進一步加強實踐環節的教學，應讓學生從大學四年級上半學期就開始畢業設計，因為那時學生已經完成基礎課程和專業基礎課程的學習，部分完成專業課程的學習，而專業課教師往往就是學生畢業設計的指導教師，在此時進行畢業設計，一方面可以和專業課學習緊密結合起來，另一方面便于指導教師加強對學生的教育和督促。

選題是畢業設計中非常關鍵的環節，通過選題來確定畢業設計的方向和主要內容，是做好畢業設計的基礎，決定著畢業設計的效果。因此教師對畢業設計的指導應從幫助學生選好設計題目開始。集成電路專業畢業設計的選題要符合本學科研究和發展的方向，在選題過程中要注重培養學生綜合分析和解決問題的能力。在畢業設計的過程中，可以讓學生們適當地參與教師的科研活動，以激發其專業課學習的熱情，在科研實踐中發揮和鞏固專業知識，提高實踐能力。

6.全面考核評價，科學檢驗技能培養的效果。實踐技能考核是檢驗實踐培訓效果的重要手段。相比理論教學的考核，實踐教學的考核標準不易把握，操作困難，因此各高校普遍缺乏對實踐教學的考核，影響了實踐技能培養的效果。集成電路專業學生的實踐技能培養貫穿于大學四年，每個培養環節都應進行科學的考核，既要加強實驗教學的考核，也要加強畢業設計等環節的考核。

對實驗教學考核可以分為事中考核和事后考核。事中考核是指在實驗教學進行過程中進行的質量監控，教師要對學生在實驗過程中的操作表現、學術態度以及參與程度等進行評價；事后考核是指實驗結束后要對學生提交的實驗報告進行評價。這兩部分構成實驗課考核成績，并于期末計入課程總成績。這樣做使得學生對實驗課的重視程度大大提高，能夠有效地提高實驗課效果。此外，還可將學生結合教師的科研開展實驗的情況計入實驗考核。

7.借助學科競賽，培養團隊協作意識和創新能力。集成電路專業的學科競賽是通過針對基本理論知識以及解決實際問題的能力設計的、以學生為參賽主體的比賽。學科競賽能夠在緊密結合課堂教學或新技術應用的基礎上，以競賽的方式培養學生的綜合能力，引導學生通過完成競賽任務來發現問題、解決問題，并增強學生的學習興趣及研究的主動性，培養學生的團隊協作意識和創新精神。

在參加競賽的整個過程中，學生不僅需要對學習過的若干門專業課程進行回顧，靈活運用，還要查閱資料、搜集信息，自主提出設計思想和解決問題的辦法，既檢驗了學生的專業知識，又促使學生主動地學習，最終使學生的動手能力、自學能力、科學思維能力和創業創新能力都得到不斷的提高。而教師通過考察學生在參賽過程中運用所學知識的能力，認真總結參賽經驗，分析由此暴露出的相關教學環節的問題和不足，能夠相應地改進教學方法與內容，有利于提高技能教學的有效性。

此外，還應鼓勵學生積極申報校內的創新實驗室項目和實驗室開放基金項目，通過這些項目的研究可以極大地提高學生的實踐動手能力和創新能力。

參考文獻：

[1]袁穎，等.依托專業特色，培養創新人才[J]. 電子世界，2012（1）.

[2]袁穎，等.集成電路設計實踐教學課程體系的研究[J]. 實驗技術與管理，2009（6）.

[3]李山，等.以新理念完善工程應用型人才培養的創新模式[J]. 高教研究與實踐，2011（1）.

[4]劉勝輝，等.集成電路設計與集成系統專業課程體系研究與實踐[J]. 計算機教育，2008（22）.

第2篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：集成電路設計；應用型人才；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0059-02

一、引言

在過去的20多年來，中國教育實現兩大歷史性跨越。第一是實現了基本普及義務教育，基本掃除青壯年文盲的目標；第二是中國高等教育開始邁入大眾化階段，高教毛入學率達到17%。據《2012年中國大學生就業報告》顯示[1]，在2011年畢業的大學生中，有近57萬人處于失業狀態，10多萬人選擇“啃老”；即使工作一年的人，對工作的滿意率也只有47%。2012年，全國普通高校畢業生規模達到680萬人，畢業人數再創新高，大學生將面臨越來越沉重的就業壓力。面對這樣的困境，國家相關部分提出了一系列的舉措，其中對本科畢業生的培養目標逐漸向應用型人才轉變[2-4]。集成電路作為信息產業的基礎和核心，是國民經濟和社會發展的戰略性產業，已成為當前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區現代化程度以及綜合國力的重要標志。本文將在對集成電路設計專業特點分析的基礎上，以北京信息科技大學集成電路設計專業課程設置為例，介紹面向應用型人才培養目標地集成電路設計本科課程現階段存在的問題并給出相關可行的改革方案。

二、集成電路設計專業特點

進入本世紀后，我國的集成電路發展迅速，集成電路設計需求劇增。為了適應社會發展的需要，國家開始加大推廣集成電路設計相關課程的本科教學工作[5]。經過十年多的發展，集成電路設計專業特色也越來越明顯。

首先，集成電路設計專業對學生的專業基礎知識要求高。隨著工藝的不斷進步，集成電路芯片的尺寸不斷下降，芯片功能不斷增強，功耗越來越低，速度越來越快。但隨著器件尺寸的不斷下降，組成芯片的最基本單元――“器件”的高階特性對電路性能的影響越來越大。除了器件基礎，電路設計人員同時還需要了解后端電路設計相關的版圖、工藝、封裝、測試等相關基礎知識，而這些流程環環相扣，任何一個環節出現問題，很難想象芯片能正常工作[6]。因此，對于一個合格的電路設計人員，深厚的專業基礎知識是必不可少的。

其次，集成電路設計專業需要學生對各種電子設計自動化工具熟悉，實踐能力強。隨著電子設計自動化工具的不斷發展，在電路設計的每一個階段，電路設計人員可以通過計算機完成電路設計的部分或全部的相關內容。另一方面，電子設計自動化工具的相關比較多，即使是同一家公司的同一種軟件的更新速度相當快，集成電路設計工具種類繁多，而且沒有統一的標準這對集成電路設計教學增加了很大的難度。

再次，集成電路設計專業的相關教學工作量大。正如前面所介紹，要完成一個電路芯片的設計，需要電路設計人員需要了解從器件基礎到電路搭建、電路仿真調試、版圖、工藝、封裝、測試等相關知識，同時還要通過實驗熟悉各種電子設計自動化工具的使用。所有相關內容對集成電路設計專業的教學內容提出了更多的要求，但從現有的情況看，相關專業的課時數目難以改變，所以在有限的課時內如何合理分配教學內容是集成電路設計專業教師重要的工作。

最后，集成電路設計專業對配套的軟、硬件平臺要求高，投入資金成本高。從現有的情況看，國際上有4大集成電路設計EDA公司，還有很多中、小型EDA公司。每個公司的產品各不相同，即使針對相同的電路芯片，設計自動化工具也各不相同。在硬件方面，軟件的安裝通常在高性能的服務器上，因此，硬件方面的成本也很高。軟硬件方面的成本嚴重地阻礙了國內很多高等院校的集成電路設計專業發展。

三、集成電路設計專業課程設置及存在的問題

在集成電路設計專業課程設置方面，不同的學校的課程設置各不相同。但總的來說可以分為三類：基礎課、專業課和選修課。在三類課程的設置方面，每個學校的定義各不相同，主要是根據本校集成電路設計專業的側重點不同而有所區別。從國內幾大相關院校的課程設置看，基礎課主要包括：《固體物理》、《半導體物理》、《晶體管原理》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》等；專業課主要包括：《模擬集成電路設計》、《數字集成電路設計》、《信號處理》、《高頻電路》等；選修課主要包括：《集成電路EDA》、《集成電路芯片測試》、《集成電路版圖設計》、《集成電路封裝》等。

從現有的課程設置可以看到，針對國家應用型人才培養目標，現有的課程設置還存在很多問題，具體地說：

首先，課程設置偏于理論課程，實踐內容缺乏，不符合應用型人才的培養目標要求。從上面的課程設置情況可以看到，各大高校在課程安排方面都側重于理論教學，缺乏實踐內容。比如：《模擬集成電路設計》課程總學時為48，實驗學時為8，遠遠低于實際需求，難以在短短8學時內完成模擬集成電路設計相關實踐活動。雖然集成電路設計專業對于專業基礎知識要求寬廣，但并不深厚，因此，浪費太多時間在每個設計流程相關的理論知識的闡述是不合適的，也不符合我國大學生的現狀。

其次，實踐活動不能與集成電路設計業界實際需要相結合，實踐內容沒有可行性。從目前各大高等院校的課程內容方面調研結果表明，對于本科教學情況，90%以上的實踐內容都是教師根據理論教學內容設置一些簡單可行的小電路，學生按照實驗指導書的內容按相關步驟操作即可完成整個實驗過程。實驗內容簡單、重復，與集成電路設計業界實際需要完全不相關，這對學生以后的就業、擇業意義不大。

最后，沒有突現學校的專業特色，不適于當今社會集成電路設計業界對本科畢業生的要求。但在競爭激烈的電子信息產業界，如果想要畢業生擇業或者就業時有更強的競爭力，各大高校需要有自己的專業特色，但現在各個高校的現狀仍然是“全面發展，沒有特色”。這對于地方高校的集成電路設計專業畢業生是一個劣勢。

四、面向應用型人才培養目標的課程改革

針對上面闡述的相關問題，本文給出了面向應用型人才培養目標的集成電路設計專業課程改革的幾點方案，具體地說：

首先，削減理論課的課時，加大實驗內容比例。理論課時遠遠高于實踐課時是當今大學生教育的一個重要弊端，這也直接導致了大學生動手能力差、實踐活動參與度低、分工合作意識薄弱。而在不增加授課學時的前提下要改變這一現象，唯一的方法就是改變授課內容，適當削減理論課的課時，加大實驗內容的比例。這樣既能滿足國家對于本科畢業生應用型人才的培養目標，也符合創新型本科生的特點。

其次，積極推進“校企聯合辦學”，讓學生更早接觸業界發展，指導擇業、就業。正如前面介紹，現在各大高等院校的教學內容理論性太強，學生在大學四年學習到的相關知識與實際應用相脫離。這也造成很大一部分本科畢業生在入職后的第一年難以進入工作狀態，工作效率差，影響后面學生的就業、擇業。如果能在學生在校期間，比如大學三年級或更早，推進“校企聯合辦學”，使學生更早了解到業界真正工作模式以及業界關注的重點，這對于學生后續進入工作非常有利，同時也能推進學校科研工作。

最后，實現優質教學資源的共享。這里的教學資源，除了包括授課筆記、教案、教學講義外還包括高水平教師。雖然現在高等教育研究相關機構也開設了一些青年教師課程培訓相關內容，但真正取得的成效還相對比較小。另外，針對集成電路設計專業來說，跟隨業界發展的相關知識更新較快，配套的軟硬件代價較高，如果能實現高校軟硬件教學資源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，這將更有利于提高畢業生的整體水平。

五、結論

本文詳細分析面對應用型人才培養目標的集成電路設計專業的特點，并在對國內相關院校集成電路設計專業調研基礎上給出集成電路設計專業的基礎課、專業課、選修課課程的內容以及教學方式情況，指出面向應用型人才培養目標現在課程設置方面存在的問題。同時，文章給出了在當今大學生招生人數劇增情況下，如何合理安排集成電路設計專業課程的方案從而實現應用型培養目標。

參考文獻：

[1]王興芬.面向應用型人才培養的實踐教學內涵建設及其管理機制改革[J].實驗技術與管理，2012，（29）：117-119.

[2]殷樹娟，齊臣杰.集成電路設計的本科教學現狀及探索[J].中國電力教育，2012，（4）：64-66.

[3]侯燕芝，王軍，等.實驗教學過程規范化管理的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2012，（10）：124-126.

[4]張宏勛，和蔭林，等.高校實驗室教學文化變革的阻力及其化解[J].實驗室研究與探索，2012，（10）：162-165.

第3篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：電子科學與技術；集成電路設計；平臺建設；IC產業

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0270-03

國家教育部于2007年正式啟動了高等學校本科教學質量與教學改革工程（簡稱“質量工程”），其建設的重要內容之一就是使高校培養的理工科學生具有較強的實踐動手能力，更好地適應社會和市場的需求[1]。為此，我校作為全國獨立學院理事單位于2007年6月通過了ISO2000：9001質量管理體系認證[2]，同時確立了“質量立校、人才強校、文化興校”三大核心戰略，深入推進內涵式發展，全面提高人才培養質量。對于質量工程采取了多方面多角度的措施：加強教學改革項目工程；鼓勵參加校內學生創新項目立項，（大學生創新基金項目）；積極參加國家、省級等電子設計大賽；有針對性地對人才培養方案進行大幅度的調整，增大課程實驗學時，實驗學時占課程的比例從原來的15%提高到25%以上，并且對實驗項目作了改進，提高綜合性和設計性實驗的比重；同時增加專業實踐課程，強調學生的應用能力和創新能力；課程和畢業設計更注重選題來源，題目比以前具有更強的針對性，面向專業，面向本地就業市場。不僅如此，學院還建立了創業孵化中心、建立了實驗中心等。通過這些有效的措施，努力提高學生的綜合素質、創新和應用能力。除了學校對電子信息類專業整體進行統籌規劃和建設外，各個二級學院都以“質量工程”建設為出發點和立足點，從專業工程的角度出發，努力探索各個專業新的發展思路和方向。由于集成電路設計是高校電子科學與技術、微電子學等相關專業的主要方向，因此與之相關的課程和平臺建設成為該專業工程探索的重點。通過對當前國內外高校該專業方向培養方案分析，設置的課程主要強調模擬/數字電路方向，相應的課程體系為此服務，人才培養方案設置與之相對應的理論和實踐教學體系；同時建立相應的實習、實踐教學平臺。由此，依據電子科學與技術專業的特點，結合本專業學生的層次和專業面向，同時依據本地的人才需求深度和廣度，對以往的人才培養方案進行革新，建立面向中山IC產業的集成電路設計專業應用型的設計平臺。另外，從課程體系出發，強化IC設計的模擬集成電路后端版圖設計和驗證，使學生在實踐教學環節中得到實際的訓練。通過這些改革既可有效地幫助學生迅速融入IC設計業，也為進入IC制造行業提高層次到新高度。

一、軟件設計平臺在集成電路設計業的重要性

自從1998年高等學校擴大招生以來，高校規模發展很快，在校大學生的人數比十五年前增長了10倍。高校的基礎設施和設備的投入呈現不斷增長的趨勢，學校的辦學條件不斷改善，同時，各個高校對實驗室的建設也在持續增大，然而在實驗室建設的過程中，盡管投入的資金量在不斷增大，但出現的現象是重視專業儀器和設備的投入，忽視專業設計軟件的購置，這可能是由于長期以來形成的重有形實體、輕無形設計軟件，然而這種意識給專業發展必將帶來不利影響。對于IC專業來說，該專業主要面向集成電路的生產、測試和設計，其中集成電路設計業是最具活力、最有增長效率的一塊，即使是在國際金融危機的2009年，中國的IC設計業不僅沒有像半導體行業那樣同比下降10%，反而逆勢增長9.1%；在2010年，國際金融危機剛剛緩和，中國IC設計業的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行業銷售額為624.37億元，2012年比2012年增長8.98%達到680.45億元，集成電路行業不僅增長速度快，發展前景好，而且可以滿足更多的高校學生就業和創業。為了滿足IC設計行業的要求，必須建設該行業需求的集成電路軟件設計平臺。眾所周知集成電路行業制造成本相對較高，這就要求設計人員在設計電路產品時盡量做到一次流片成功，而要實現這種目標需要建設電路設計驗證的平臺，即集成電路設計專業軟件設計平臺。通過軟件平臺可以實現：電路原理拓撲圖的構建及參數仿真和優化、針對具體集成電路工藝尺寸生產線的版圖設計和驗證、對版圖設計的實際性能進行仿真并與電路原理圖仿真對照、提供給制造廠商具體的GDSII版圖文件。軟件平臺實際上已經達到驗證的目的，因此，對于集成電路設計專業的學生或工作人員來說，軟件設計平臺的建設特別重要，如果沒有軟件設計平臺也就無法培養出真正的IC設計人才。因此，在培養具有專業特色的應用型人才的號召下，學院不斷加大實驗室建設[3]，從電子科學與技術專業角度出發，建設IC軟件設計平臺，為本地區域發展和行業發展服務。

二、建設面向中山本地市場IC應用平臺

近年來，學校從自身建設的實際情況出發，減少因實驗經費緊張帶來的困境，積極推動學院集成電路設計專業方向的人才培養。教學單位根據集成電路設計的模塊特點確定合適的軟件設計平臺，原理拓撲圖的前端電路仿真采用PSPICE軟件工具，熟悉電路仿真優化過程；后端采用L-EDIT版圖軟件工具，應用實際生產廠家的雙極或CMOS工藝線來設計電路的版圖，并進行版圖驗證。這種處理方法雖然暫時性解決前端和后端電路及版圖仿真的問題，但與真正的系統設計集成電路相對出入較大，不利于形成IC的系統設計能力。2010年12月國家集成電路設計深圳產業化基地中山園區成立，該園區對集成電路設計人才的要求變得非常迫切，客觀上推進了學院對IC產業的人才培養力度，建立面向中山IC產業的專業應用型設計平臺變得刻不容緩[4]，同時，新的人才培養方案也應聲出臺，促進了具有一定深度的教學改革。

1.軟件平臺建設。從目前集成電路設計軟件使用的廣泛性和系統性來看，建設面向市場的應用平臺，應該是學校所使用的與實際設計公司或其他單位的軟件一致，使得所培養的IC設計人才能與將來的就業工作實現無縫對接，從而提高市場對所培養的集成電路設計人才的認可度，同時也可大大提高學生對專業設計的能力和信心[5]。遵循這個原則，選擇Cadence軟件作為建設平臺設計軟件，這不僅因為該公司是全球最大的電子設計技術、程序方案服務和設計服務供應商，EDA軟件產品涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統級設計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模，而且通過大學計劃合作，可以大幅度的降低購置軟件所需資金，從而從根本上解決學校實驗室建設軟件費用昂貴的問題。另外，從中山乃至珠三角其他城市的IC行業中，各個單位都普遍采用該系統設計軟件，而且選用該軟件更有利于剛剛起步的中山集成電路設計，也更加有利于該產業的標準化和專業化，乃至進一步的發展和壯大。

2.針對中山IC產業設計。定位于面向本地產業的IC應用型人才，就必須以中山IC產業為培養特色人才的出發點。中山目前有一批集成電路代工生產和設計的公司，主要有中山市奧泰普微電子有限公司、芯成微電子公司、深電微電子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能進行IC設計、工藝制造和測試封裝，主要生產功率半導體器件和IC、應用于家電等消費電子、節能照明等。日前奧泰普公司的0.35微米先進工藝生產線預計快速投產，該單位的發展對本地IC人才需求有極大的推動力，推動學生學習微電子專業的積極性，而這些也有力地支持本地IC企業的長遠發展。因此，建立面向本地集成電路產業的軟件設計平臺，有利于專業人才的培養、準確定位，并形成了本地優勢和特色。

3.教學實踐改革。為了提高人才培養質量，形成專業特色，必須對人才培養方案進行修改。在人才培養方案中通過增加實踐教學環節的比例，實驗項目中除了原有驗證性的實驗外、還增加了綜合性或設計性的實驗，這種變化將有助于學生從被動實驗學習到主動實驗的綜合和設計，提高學生對知識的靈活運用和動手能力，從而為培養應用型的人才打下良好的基礎。除此之外，與集成電路代工企業及芯片應用公司建立合作關系。學生在學習期間到這些單位進行在崗實習和培訓，可以將所學的專業理論知識應用于實際生產當中去，形成無縫對接；而從單位招聘人才角度上來說，可以節約人力資源培訓成本，招到單位真正需要的崗位人才。因此，合作雙方在找到相互需求的基礎上，形成有效的合作機制。①課程改革。針對獨立學院培養應用型人才的特點，除了培養方案上增加多元化教育課程之外，主要是強調實踐教學的改革，增加綜合實驗課程，如：《現代電子技術綜合設計》計32學時、《微電子學綜合實驗》計40學時、《EDA綜合實驗》為32學時、《集成電路設計實驗》為40學時，其相應的課程學時數從以驗證性實驗為主的16個學時，增加到現在32學時以上的帶有綜合性或設計性實驗的綜合實踐課程。這種變化不僅是實踐教學環節的課時加大，而且是實驗項目的改進，也是實踐綜合能力的增強，有利于學生形成專業應用能力。②與單位聯合的IC設計基地。IC設計基地主要立足于兩個方面：一是立足于本地IC企業或設計公司；二是立足于IC代工和集成電路設計應用。前者主要利用本地資源就近的優勢，學生參觀、實習都比較方便，同時也有利于學校與用人單位之間的良好溝通，提高雙方的認可度和贊同感。如：中山市奧泰普微電子有限公司、木林森股份有限公司等。后者從生產角度和設計應用出發，帶領學生到IC代工企業參觀，初步了解集成電路的生產過程，企業的架構、規劃和發展遠景。也可根據公司的人才需要，選派部分學生到公司在崗實習[6]。如：深圳方正微電子有限公司、廣州南科集成電子有限公司等。通過這些方式不僅可以增強學生對專業知識的應用能力，而且有利于學生對IC單位的深入了解，為本校專業應用型人才找到一種行之有效的就業之路。

三、集成電路設計平臺的實效性

從2002年創辦電子科學與技術專業以來，學校特別重視集成電路相關的實驗室建設。從初期的晶體管器件和集成塊性能測量，硅片的少子壽命、C-V特性、方阻等測量，發展到探針臺的芯片級的性能測試，在此期間為了滿足更多的學生實驗、興趣小組和畢業設計的要求，微電子實驗室的已經過三次擴張和升級，其建設規模和實驗水平得到了大幅度的提升。另外，為培養本科學生集成電路的設計能力，提高應用性能力，學校還建立了集成電路CAD實驗室，以電路原理圖仿真設計為重點，著重應用L-Edit版圖軟件工具，進行基本的集成電路版圖設計及驗證，對提升學生集成電路設計應用能力取得了一定的效果。目前，為了大力提高本科教學質量，提升辦學水平，重點對實踐課程和IC軟件設計平臺進行了改革。學校開設了專門實踐訓練課程，如：集成電路設計實驗。從以前的16學時課內驗證設計實驗提升為32學時獨立的集成電路設計實驗實踐課程，內容從以驗證為主的實驗轉變為以設計和綜合為主的實驗，整體應用設計水平進行了大幅度的提升，有利于培養學生的應用和動手能力。不僅如此，對集成電路的設計軟件也進行了升級，從最初的用Pspice和Hspice軟件進行電路圖仿真，L-Edit軟件工具的后端版圖設計，升級為應用系統的專業軟件平臺設計工具Cadence進行前后端的設計仿真驗證等，并采用開放實驗室模式，使得學生的系統設計能力得到一定程度的提升，提高了系統認識和項目設計能力。通過IC系統設計軟件平臺的建設和實踐教學課程改革，使得學生對電子科學與技術專業的性質和內容了解更加全面，對專業知識學習的深度和廣度也得到進一步提高，從而增強了專業學習的興趣，提高了自信心。此外，其他專業的學生也開始轉到本專業，從事集成電路設計學習，并對集成電路流片產生濃厚的興趣。除此之外，學生利用自己在外實踐實習的機會給學校引進研究性的開發項目，這些都為本專業的發展形成很好的良性循環。在IC設計平臺的影響下，本專業繼續報考碩士研究生的學生特別多，約占學生比例的45%左右。經過這幾年的努力，2003、2004、2005、2006級都有學生在碩士畢業后分別被保送或考上電子科技大學、華南理工大學、復旦大學、香港城市大學的博士。從這些學生的反饋意見了解到，他們對學校在IC設計平臺建設評價很高，對他們進一步深造起到了很好的幫助作用。不僅如此，已經畢業在本行業工作的學生也對IC設計平臺有很好的評價：通過該軟件設計平臺不僅熟悉了集成電路設計的工藝庫、集成電路工藝流程和相應的工藝參數，而且也熟悉版圖的設計，這對于從事IC代工工作起到很好的幫助作用。現在已經有多屆畢業的學生在深圳方正微電子公司、中山奧泰普微電子有限公司工作。另外，還有許多學生從事集成電路應用設計工作，主要分布于中山LED照明產業等。

通過IC軟件設計平臺建設，配合以實踐教學改革，使得學生所學理論知識和實際能力直接與市場實現無縫對接，培養了學生的創新意識和實踐動手能力，增強了學生的自信心。另外，利用與企業合作的生產實習，可以使得學生得到更好的工作鍛煉，為將來的工作打下良好的基礎。實踐證明，建設面向中山IC產業的集成電路設計實踐教學平臺，尋求高校與公司更緊密的新的合作模式，符合我校人才培養發展模式方向，對IC設計專業教學改革，培養滿足本地區乃至整個社會的高素質應用型人才，具有特別重要的作用。

參考文獻：

[1]許曉琳，易茂祥，王墨林.適應“質量工程”的IC設計實踐教學平臺建設[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2011，25（4）：[129-132.

[2]胡志武，金永興，陳偉平，等.上海海事大學質量管理體系運行的回顧與思考[J].航海教育研究，2009，（1）：16-20.

[3]毛建波，易茂祥.微電子學專業實驗室建設的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2005，24（12）：118-126.

[4]鞠晨鳴，徐建成.“未來工程師”能力的集中培養大平臺建設[J].實驗室研究與探索，2010，29（4）：158-161.

[5]袁穎，董利民，張萬榮.微電子技術實驗教學平臺的構建[J].電氣電子教學學報，2009，（31）：115-117.

[6]王瑛.中低技術產業集群中企業產學研合作行為研究[J].中國科技論壇，2011，（9）：56-61.

第4篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：CDIO；集成電路設計；人才培養模式

中圖分類號：640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）03-0062-02

隨著經濟全球化的飛速發展，現代企業急需高技能人才，企業的用人標準逐漸提高，畢業生的就業形勢越來越嚴峻。同時，又有相當一部分畢業生動手能力差，分析問題、解決問題的能力弱，難以滿足社會要求。為了緩解企業人才的需求和大學人才培養模式之間的沖突，國內外各高校都開始積極調整現有的教學模式，提出工程創新教育與課程教學模式相結合的全新理念，即CDIO（構思，設計，實施，運行）理念。它是“做中學”和“以項目作為核心的教育和學習”的集中體現，以產品的生命周期為載體，讓學生將理論知識和實踐有機結合起來。在CDIO理念的指引下，培養學生的工程能力，通過對項目整個過程的構思、設計、實施和運行作為載體的操作來提高學生的工程實踐能力，這些能力包括個人的學術知識，個人的終身學習能力，團隊的溝通能力和系統的控制能力等[1]。

作為一門新興專業，集成電路設計與集成系統專業具有門檻高、內容新、發展快、屬于交叉學科、與產業聯系緊密、實踐性強等一系列突出特點。它還沒有像其他專業一樣形成完成的知識體系，也沒有制定出專業的人才培養規范，導致我國各高校培養出來的集成電路專業人才無法適應現代企業的需要，造成高技能人才的緊缺[2]。因此，研究基于CDIO理念的集成電路設計與集成系統專業人才培養模式，切實做好集成電路設計與集成系統專業的工程教育，改革高校的工程教育模式，培養出能適應經濟和社會發展需要的專業人才是十分必要的。

一、集成電路設計與集成系統專業人才培養模式的局限性

作為具有很強的工程性和實踐性的專業，集成電路設計與集成系統專業的人才培養目標應定位于具有較高的工程素質、很強的實踐和科研創新技能的高級人才。但由于我國集成電路專業人才培養模式存在局限性，導致企業需求與人才能力相脫節，具體局限性表現如下。

1.教學嚴重學術化，過分重視學生的理論教育，而輕視實踐教育。在教育教學過程中，忽視了學生的自學能力和實際的動手能力，使得教學與實際相脫離。

2.專業課程之間存在知識的冗余，課程內容之間的相關性、相承性、互補性得不到有機整合，使得學生對項目的思路混亂，阻礙了學生構思能力的提升。

3.實驗與實踐環節缺乏系統的規劃，導致實驗內容陳舊，實驗方法單一，實驗模式過于呆板。而實驗內容大多為針對理論教材的驗證性實驗，呆板的實驗模式和實驗內容很難使學生對學習產生興趣，不能充分挖掘學生的創新能力。實踐環節沒有明確的培養目的，缺乏整體規劃，實踐環節是學生工程實踐能力提高的重要環節。因此，實驗與實踐環節應與教學大綱相輔相成。

4.專業教師缺乏企業管理經驗和工程訓練能力。大多數教師雖然學位和學歷很高，但一直從事教育教學工作，缺少實際工程背景和實踐經驗，帶領并指導學生做實際工程項目時，學生遇到的實際問題得不到很好的解決。

二、基于CDIO理念集成專業的人才培養目標

集成電路設計與集成系統專業旨在培養具有良好的科學素養和國際競爭力，適應社會主義現代化建設需要的高級人才。通過基礎與專業、理論與實踐相結合的培養模式，培養既具有良好的文化修養和科學素質，又具有堅實的理論基礎，同時具有豐富的集成電路開發、設計和工程管理能力的應用型高級人才[3]。通過大學四年的學習，使得集成專業學生畢業后掌握得以下幾方面的知識與能力。

1.具有深厚的理論修養、扎實的專業基礎知識、開闊的視野和高尚的職業素養。

2.具有良好的科學素養和較強的外語應用能力，對全世界科學和技術的發展動態有敏銳的觀察力。

3.具有工程推理與判斷、發現問題和解決問題的技能，能夠進行科學研究和開發應用實際的項目。

4.具有良好的溝通、組織協調、團隊合作的能力。

5.能夠掌握集成電路的基本設計原理，熟悉制造工藝，能從事或參與集成領域產品的研究、開發、設計、制造、測試、應用、銷售和管理工作。

三、CDIO理念下集成專業的人才培養模式的具體實施

（一）制定基于CDIO理念的專業教學大綱和實驗大綱

將CDIO理念融入到專業教學大綱和實驗大綱中，結合具體實際的項目制定集成專業課程大綱。大綱應體現以下四個方面的內容：基本技術和理論知識、個人的專職技能、人際交往能力和在現實社會環境中的CDIO能力。因此，制定專業教學大綱時，首先考慮在低年級引入導論課程，使學生對專業前景、發展方向有清晰的認識和了解。其次，要充分考慮課程導論與其他相關課程之間的內在關系。考慮課程的教學對象與教學目標、課程的內容、學時具體分配及主要的教學方法、實踐環節的要求、課程與教師考核等問題。大綱制定過程中，自始至終都要充分體現CDIO理念、本專業的教學課程同企業項目之間的緊密關系。在制定實驗大綱時要結合教學大綱，明確實驗目的，將每門課程的實驗按照基礎類型、設計類型、創新類型和綜合類型的比例合理劃分，充分考慮實驗學時、實驗內容、使用的工具及具體方法等問題，培養學生的動手能力、創新能力和應用能力。

（二）制定基于CDIO理念的模塊化課程體系

按照CDIO理念的教學大綱對學生能力的要求，結合集成專業培養應用型人才的定位，建立了以“基礎課程、專業課程、實踐課程、核心特色課程”相結合的模塊化課程體系[4]。其中，基礎課程主要由公共基礎課程、素質課程、學科基礎課程三部分組成，通過基礎課程的學習，使學生具有良好的科學素養和文化修養的同時，又具有堅實的理論基礎。專業課程主要包括專業平臺課程、專業方向課程，由教師課堂傳授專業知識。實踐課程主要包括課程設計、生產實習和畢業設計。培養學生具有良好的科學與工程素養，具有較強的自學能力和分析解決問題的能力。核心特色課程主要包括專業選修課程，聘請國內外集成專業資深教授、企業高級人才以實際項目作為案例進行授課。

（三）舉辦基于CDIO理念的電子設計競賽

電子設計競賽是在教師啟發引導下，學生通過競賽來提高自己的自主學習能力、創新實踐能力。圍繞指定的競賽題目，或學生以小組形式自主選擇的題目，讓學生進行構思，設計，實現和運作，將所選題目進行產品化。通過構思，分析客戶的需求，預估產品的功能，設計技術方案，制定技術程序，并對小組成員進行分工，細化每個成員的任務。設計的任務主要包括產品的規劃、原理設計、技術方案等。以構思和設計為基礎，將最終的設計方案轉變成實際產品，并對產品進行測試的過程即為產品的實施過程。對產品的運作主要包括對產品的前期程序調試，對系統功能進行改進。通過電子設計競賽，將CDIO理念的構思、設計、實現和運作融為一個有機的整體，提高學生的工程實踐能力，充分培養學生獨立發現問題、解決實踐問題的能力，培養學生團隊合作能力和大系統掌控能力。

（四）基于CDIO理念的教學方法改革

改變傳統的教學手段和教學方法，在教育方法上力求做到教師講授與學生實踐相結合，個人學習與團隊合作學習相結合，讓學生“主動學習”。將案例教學引入到課堂中，采用 “探究式”的授課方法，引導學生主動思考，并分組進行討論，確定解決問題的方法，給學生創造實驗環境去驗證方法的可行性[5]。聘請校外專家、學者或企業工程管理人才為學生做專題講座，進行輔導與授課，并定期派學生到企業去學習與實踐鍛煉。

（五）加強教師隊伍建設，提高教師的CDIO能力

為教師提供去國外或者企業學習與交流的機會，讓教師親自參與到項目實訓中，通過與企業項目工程師學習與合作提高教師自身的工程實踐能力。聘請集成領域的國內外專家、學者、企業的項目經理、工程管理人員、工程設計人員，與本專業教師共同組建一支“多樣性、復合型、高精端、產學研”的師資隊伍，一起承擔集成專業的人才培養任務。

針對我國目前集成電路設計與集成系統專業工程人才緊缺的現狀，本文提出了CDIO理念下的人才培養模式，強調高校學生的專業知識技能和實踐創新的工程能力，有效地解決了企業和人才能力相脫節的問題，從而為社會和企業培養更多合格的“專業型、創新型、應用型”的工程人才，更好地推進高等工程教育的改革，使我們的創新實踐教育更上一個臺階。

參考文獻：

[1]江帆，張春良，王一軍，喻萍.CDIO開放教學模式研究[J].教學研究，2012，（2）.

[2]劉勝輝，崔林海，黃海.集成電路設計與集成系統專業課程體系研究與實踐[J].計算機教育，2008，（22）.

[3]方卓紅，曲英杰.關于集成電路設計與集成系統本科專業課程體系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

第5篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：微電子實驗室；集成電路設計；微電子工藝；實驗教學；

作者簡介：李建軍(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要從事超大規模集成電路教學與科研工作

當前，全球微電子技術及產業飛速發展，22nm節點技術已量產，以微電子集成電路為核心的電子信息產業已成為全球第一大產業，而我國的微電子技術及產業同國外比還有較大的差距，集成電路設計和微電子工藝方面的人才比較匱乏。當前和今后一段時期是我國微電子產業發展的重要戰略機遇期和攻堅期，2014年6月我國了《國家集成電路產業發展推進綱要》以加快推進我國集成電路產業發展，并明確指出“重點支持集成電路制造領域”[1]。因此，為適應該領域技術和產業的人才需求，亟須加強對微電子和集成電路相關專業本科生的工藝實驗與工程實踐能力的訓練，培養其創新和實踐能力。

高校實驗室是培養創新和實踐能力重要基地，也是開展教學、科研、生產實踐三結合的重要場所[2-3]，特別是對于實踐性強的微電子學科，實驗室在教學中發揮著舉足輕重的作用。因此，建設專業的實驗室并開展實踐與創新相結合的實驗教學，才能更多、更有效地培養滿足社會急需的微電子技術人才[4]。

1微電子實驗室建設指導思想

微電子實驗室建設及人才的培養是以國家對微電子技術人才的需求為目的，以滿足社會經濟快速發展的需要。近10多年來是我國微電子和集成電路產業飛速發展時期，2000年和2011年國家先后出臺了《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》、《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》，到2014年了《國家集成電路產業發展推進綱要》。在政策導向下，高校微電子專業實驗的建設成就也十分顯著。但是，我國的微電子技術及產業同國外比還有較大的差距，這其中縮小差距重要的一點是縮小微電子實驗室技術的差距。因此，對于高校微電子專業實驗室的建設發展還需進一步的改革創新[5-7]。

微電子實驗室建設應以《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》為導則，明確國家教育改革戰略目標和戰略主題是優化知識結構，豐富社會實踐，強化能力培養，要著力提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力[8]。

在實驗室建設的措施實施上，一是貫徹實施《高等學校本科教學質量與教學改革工程》，進一步推動高校實驗室建設和實驗教學改革，促進優質教學資源共享，提升高等學校辦學水平，加強學生動手能力、實踐能力和創新能力的培養，全面提高教育質量；二是貫徹實施《卓越工程師教育培養計劃》，面向微電子產業，按通用標準和行業標準強化培養學生的工程和創新能力[9-10]。

2微電子實驗室建設

為適應國際半導體產業和我國電子信息產業的快速發展以及社會對微電子專業人才的大量需求，從2002年起我校就對微電子實驗室進行了改造，并持續進行了升級換代建設，截止到目前共計投入了800余萬元的建設經費。我校的微電子實驗室建設主要包括2方面的內容，一是微電子設計實驗室建設，二是微電子工藝實驗室建設。目前，微電子實驗室可滿足每年500人的實驗教學規模以及高水平實驗項目的開設。學生在此完成集成電路芯片設計、制造的整個過程，并對制造的芯片進行測試和分析。

2.1微電子設計實驗室建設

微電子設計實驗室主要開展超大規模集成電路設計以及微電子器件仿真和工藝模擬的實驗教學。教學目的是使學生掌握超大規模集成電路設計的基本原理和方法，初步掌握用于集成電路設計的電子設計自動化EDA(electronicdesignautomation)軟件工具的使用，以及掌握用于半導體工藝流程模擬和微電子器件仿真的工藝計算機輔助設計TCAD(technologycomputeraideddesign)軟件工具的使用。我校共計投資300余萬元用于微電子設計教學實驗室建設，建立了配備40臺SUNBlade工作站、面積100m2的專用教室，并專門建立了EDA、TCAD軟件校內共享第二層交換網絡，多個實驗室可以同時使用授權EDA、TCAD軟件。

微電子設計教學內容的建設包括以下內容：

一是開設VHDL(高速硬件描述語言)程序實驗，要求學生編寫邏輯電路的VHDL代碼，對程序代碼進行仿真綜合。目的使學生掌握運用VHDL語言進行邏輯電路設計的技能。

二是開設FPGA(現場可編程門陣列)實驗，要求學生將綜合后的網表文件下載到FPGA器件中，對設計的電路進行硬件驗證。目的是使學生掌握電子設計的FPGA物理實現方法，以及應用示波器等調試儀器對電路進行診斷排錯的技巧。

三是開設ASICAPR(專用集成電路自動布局布線)版圖設計實驗，要求學生將通過硬件驗證過的電路設計，借助半定制的ASIC設計EDA工具，結合代工廠提供的標準單元庫，進行自動布局布線，得到所設計電路的物理版圖。目的是使學生掌握電子設計的AISC實現方法。

四是開設工藝模擬和器件仿真實驗，要求學生通過TCAD軟件的學習熟悉集成電路制造工藝流程，并指定產生的器件結構，在滿足制造設備的能力和精度下(即給定工藝參數范圍內)，讓學生設計實驗并加以仿真實現。

2.2微電子工藝實驗室建設

微電子技術的發展是以集成電路制造技術工藝節點為標志，遵循摩爾定律，變化日新月異。雖然理想的工程教育要求教學最新最前沿的技術，但是不斷升級換代，昂貴的實驗設備費用是任何高校都負擔不起的。況且，每一代集成電路制造技術的工藝流程都具有類似性，因此，單純追求工藝先進性的實驗教學是沒有必要的。所以，結合實際教學資源情況，建設主流、典型工藝技術的工藝實驗線，并開展理論聯系實踐的實驗教學是微電子工藝實驗室建設的重點。

我校先后投入500余萬元建設微電子工藝教學實驗室，建立了面積300m2的凈化室，具有主流CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝和具有代表性的雙極工藝完整流程，最小工藝線寬為1μm。并且，由于工藝設備條件的限制，因地制宜地開發了鋁柵CMOS工藝。這2類工藝實驗課程的學時數都為40學時，學生根據專業方向選擇具體工藝類型。

微電子工藝實驗課程的目的是培養學生具有一定的工藝設計和分析能力，并通過實踐掌握集成電路制造工藝流程。

首先，通過TCAD軟件的學習熟悉集成電路制造工藝流程，按指定器件結構設計實驗并加以仿真實現。并且，TCAD軟件是基于物理的器件仿真，不僅能夠得到最終的電學特性，還可以了解器件工作時內部物理機制，能夠直觀分析器件內部能帶、電場、電流以及載流子等的分布和變化，有助于學生分析工藝參數的變化對器件物理特性影響，從而最終導致電學參數的改變，從而有利于學生深入理解工藝原理與器件機理的聯系。

然后，根據設計的器件尺寸參數，采用L-edit圖形編輯器進行器件版圖設計，并且選用已設計的器件單元來設計簡單的集成電路，如倒向器、或非門、與非門等電路。最后是進行工藝實驗實踐環節，采用設計的版圖制作掩膜版。微電子工藝實驗課程的工程化能力要求也主要體現在這一環節，一方面是工程化的理念，另一方面就是相應的實踐能力。在這一過程既要培養實際操作能力，更要培養分析問題、解決問題的能力，分析工藝過程中的原因以及造成芯片測試參數與設計參數差別的原因。

2.3實驗教學資源建設

2.3.1實驗教材編寫

微電子設計實驗開設的難點之一是實驗步驟繁多，學生操作起來較為困難。其原因是國內外缺乏針對本科學生的實驗指導書，而EDA工具廠商提供的操作指南過于繁瑣，本科學生難以掌握。為配合上述實驗的開展，課程組組織相關有實際ASIC設計經驗的教師編寫了《VLSI自動布局布線(APR)設計實驗指導書》實驗教材，從操作原理、操作步驟、數據管理、報告撰寫等方面對學生進行指導，力求做到學生通過閱讀實驗教材就能按圖索驥，自行完成實驗流程。因此在教材的編寫上，不厭其詳，采用了大量的EDA工具實際操作的截面圖，力爭反映出每一個操作細節。

對于微電子工藝實驗，由于實驗內容根據學校實驗工藝線實際條件開設，實驗內容一是要具有代表性，二是要根據實際情況建立工藝流程。因此，也沒有現成的教材或實驗指導書可供選擇。課程組組織具有豐富工藝實踐經驗的教師，根據實驗室設備條件編寫了對應的、適用的《微電子器件設計與制造綜合性實驗指導書》實驗教材。

2.3.2多媒體資料制作

教學信息載體的多樣化，包括文字、圖片、音頻、視頻、網絡等載體，這是現代教學發展的必然趨勢。實驗教學多媒體資料可以充分調動教學要素，激發學生的學習興趣，融教與學為一體[11-12]。

為了讓學生對集成電路設計和微電子制造工藝有直觀的認識。課程組結合實際的實驗實踐教學過程，制作了全程相關單項工藝原理、流程及設備操作視頻演示多媒體資料。多媒體資料將動畫、聲音、圖形、圖像、文字、視頻等進行合理的處理，做到圖文聲像并茂。由于微電子實驗課程是與實際聯系很緊密的課程，形象化教學素材十分豐富，能激發學生的學習興趣，對提高教學效果、教學質量非常有益。同時制作器件、集成電路電路的設計、仿真視頻演示多媒體資料，讓學生能快速熟悉設計軟件并理解設計方法。在熟悉微電子器件基本理論和集成電路制造工藝的基礎上，掌握器件和集成電路的設計方法，最后通過實驗操作制作芯片并測試。

3微電子實驗室建設成效

充分發揮了以學生為主的教學形式，完成從設計到實驗制作再到測試驗證整個過程。每個學生都設計了各自結構的器件，因此在器件制作過程中，每個學生就會切實關注每步工藝對器件性能的影響，在實際工藝過程中的操作鍛煉了動手能力，在實踐過程中了解哪些工藝因素可能對器件造成影響。微電子實驗教學將理論與實踐結合、創新與實踐結合，培養了學生分析問題、解決問題的能力。

微電子實驗采用理論聯系實際的方式在國內首次實現了“微電子工藝原理”課程的完整實驗教學，并因此而獲得2004年四川省教學成果二等獎。此外，我校“電子科學與技術”在2012年全國學科評估中排名全國第一，其中微電子實驗教學是本學科本科教學的重要組成部分。

我校微電子實驗室除了滿足每年本校500人的實驗教學外，還向其他高校或二級學院開設微電子實驗課程，如西南交通大學和電子科技大學成都學院，起到了教學資源共享，以及輻射帶動作用。

第6篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：USB 遙控接收機 數字化

中圖分類號： TN927.22 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00

USB測控應答機主要應用于民用衛星，是完成衛星與地面雷達站之間遙控、遙測、測距、測速等功能的關鍵單機。隨著航天技術的發展，衛星對星載單機小型化、通用化的要求日益迫切。本文實現了一種數字化USB遙控接收機，采用混合集成射頻前端和數字基帶電路設計，滿足了高動態、小型化、通用化的要求。

1 USB遙控接收機的實現原理

USB遙控信號的調制方式是PCM-PSK-PM，是一種符合國際航天測控標準的復合調制信號，一般遙控接收機需要對信號進行二次解調以得到遙控數據。傳統的模擬USB遙控接收機僅具備中頻解調的能力，為了實現基帶解調功能還需要在系統中使用專門的單機或模塊。而本文設計的遙控接收機增加了數字基帶解調功能，大大簡化了系統構成。

本文設計的USB遙控接收機的原理框圖見圖1，主要由接收射頻前端和信號同步與解調兩部分構成。接收射頻前端采用二次下變頻方案，接收鏈路由預選器、LNA、混頻器、中頻濾波器和中頻放大器組成，還包括兩個本振頻率合成單元。信號同步與解調部分由中頻載波捕獲跟蹤單元、中頻解調單元和數字基帶解調單元。中頻載波捕獲跟蹤單元采用窄帶載波跟蹤環的設計，利用鎖相環完成中頻載波相位的同步。中頻解調單元利用載波捕獲跟蹤得到的本地同步載波與中頻信號進行相干相位解調。數字基帶解調單元對中頻解調輸出的基帶信號進行PSK解調，從而得到遙控PCM碼流。

圖1 USB遙控接收機原理框圖

2混合集成射頻前端設計

一般要求USB遙控接收機從衛星發射主動段到入軌運行整個過程不間斷開機工作，由于距離變化導致接收信號功率變化范圍至少60dB，考慮系統裕量，實際設計動態范圍為70dB。USB遙控接收機的射頻前端采用混合集成電路設計，預選器選用低損耗介質濾波器，插入損耗小于1dB。LNA噪聲系數小于1.5dB。第一混頻器的三個端口都設計了驅動增益模塊，相比于單一無源混頻器噪聲系數大大降低，確保了整個系統級聯噪聲系數完全滿足接收靈敏度要求。混頻后還設計了自動增益控制（AGC），采用具備AGC檢波功能和可變增益的中頻放大器，在信號功率不低于噪聲功率的情況下，可以精確控制穩定的中頻輸出功率。

3數字基帶解調設計

數字基帶解調單元主要由模數轉換器AD和現場可編程門陣列FPGA組成。遙控基帶信號首先進行模數轉換，經過電壓轉換后進入FPGA進行信號處理，信號處理主要完成遙控PSK解調和數字量遙測的處理，解調和處理結果經過接口芯片進行電平轉換并輸出。PSK解調采用Costas環進行副載波同步和碼字提取。AD采樣時鐘、Costas環工作時鐘、遙控碼字以及遙測量輸出時鐘都統一由獨立的時鐘晶振經過FPGA的時鐘管理單元產生。數字基帶解調單元的軟件實現如圖2所示。

圖2 數字基帶解調軟件實現框圖

4設計進步點

該遙控接收機采用混合集成射頻前端設計和數字化基帶解調設計，實現了高接收動態、小型化和通用化。具有以下進步點：（1）對接收鏈路進行了精心設計，通過合理設計屏蔽腔體結構和印制板布局，鏈路穩定，輸出頻譜滿足要求。實際整機噪聲系數為2.7dB，實測遙控接收靈敏度為-120dBm，實現動態范圍82dB。動態范圍與傳統模擬USB接收機相比有了顯著提高。（2）采用混合集成電路設計，優化結構布局，提高了產品內部空間利用率，接收機外形尺寸為190mm×135mm×20mm，與傳統模擬USB接收機相比外形尺寸顯著縮小。（3）采用鎖相環同步載波作為本振合成的參考，僅需要在很小范圍內改變VCXO的中心頻率就可以覆蓋整個USB測控頻段。基帶解調采用獨立的工作時鐘，與載波頻率無關。該遙控接收機的設計具有較高的通用性。

5結語

該USB遙控接收機與傳統模擬USB接收機相比，采用混合集成射頻前端設計，增加了數字基帶解調功能，具有高動態、小型化、通用化的特點。代表了衛星測控應答機小型化、通用化的發展方向。

參考文獻

[1]金仲和.小型測控應答機的研制與改進[D].浙江大學碩士學位論文，2011，1-2.

第7篇：集成電路設計原理范文

關鍵詞：優化算法 集成電路 優化 設計

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0044-04

由于大量芯片制造技術變革，使得集成電路具有更加龐大的規模，在片上系統有更多復雜性的設計，要求芯片在進行設計時，不光有相應的集成電路知識，還要能夠進行更加快捷的電路設計。在進行相應的電路設計時，需要權衡各個性能指標，將其最優性能發揮出來，使用更多目標化的領域進行電路優化，還需要權衡各個目標，保證達到最優化的同時，不會消耗各自的性能，保證各個目標間不存在惡劣影響，并互相保證最優化功能[1]。

對于系統復雜性的設計，通過對設計過程的加速，來進行相應計算機的輔助綜合性分析，包括對電路進行模擬、射頻等辦法。數字電路能夠更加簡單的將不同邏輯層次進行抽離，提高電路的自動分布。模擬電路設計過程，因為種類繁多，結構差異巨大，設計需要大量的人力物力和技術指導。在一個小的芯片中，射頻電路雖然占用面積小，但是設計成本和設計時間卻要超出想象，其內產生的相應寄生效應，會導致電路的失真，無疑對電路優化增加阻礙。智能優化算法通過自然界的生物群體進行相關智能表現的一系列現象，并能夠設計出較為基礎的優化算法，并同生物一樣，能夠將集成電路進行更加優化的智能設計，極好的調整自我，來適應周圍環境變化。有效地將智能算法在各種大范圍的電路設計中進行應用，可以更好地增加電路設計效率，解決集成電路中存在的多沖突指標。還能夠發揮出自身潛在特點，提供設計者相應的數據庫進行電路方面的設計工作。

1 智能優化算法

人們利用自然界來認識更多的事物，并通過事物的來源進行想象和創造。智能優化算法也就是基于自然界，進行適應性啟發，從而模擬進化出來的利用計算機進行表達的方法。智能優化算法具體可以包括模擬退火、禁忌搜索、群智能優化等，能夠通過各種模擬自然界的相關程序，擴大搜索范圍，具有較強的全局搜索特點，可以得到更為優化的解決傳統問題的辦法，從任何研究角度，都能提供較為新穎的解決辦法。

1.1 禁忌搜索

禁忌搜索算法是通過對人類的大腦進行記憶啟發的算法，具有更加廣闊的搜索范圍，有全局搜索的功能[2]。利用十二表法來鎖住搜索區域，通過相應的禁忌準則來減少重復搜索的工作量，釋放禁忌中的優良個體，具有多樣性的搜索功能，減少系統陷入僵局，尋找到最適合的全局最優。

1.1.1 流程

禁忌搜索算法需要尋找到一個較為可行的點作為當前的初始解，再通過對其所在結構的函數鄰域解來進行相關鄰域的創建工作，隨后選出一定的鄰域解作為候選[3]。如果選出的候選是最優目標，測得結果比搜索出來的最優還好，就成為“超過預想狀態”，可以忽略其禁忌特點，用其作為當前解，填入禁忌中，修改每任禁忌對象；如果選出的候選不是最優目標，那么這一結果就不能夠出現在禁忌中，忽略禁忌中的最優解和當前解間的差異，將其填入禁忌中，改動每任緊急對象，反復搜索，直至找到“超過預想狀態”。具體的禁忌算法流程見圖1。

1.1.2 關鍵要素

完整的最優算法通常包括多種要素，當然禁忌算法也如此，這些要素都會影響緊急搜索是否能夠找到最優解。十二表法主要包括禁忌表、移動與鄰域、適配值函數、對象、長度、初始解、候選解、藐視、終止準則等[4]。

（1）初始解，也就是進行搜索時的最初狀態，初始解是通過隨機辦法生成的，遇到復雜約束時，隨機生成的初始解就不一定可行，因此具有很大的局限性。對于初始解的選取，在一個集成電路的設計中，占據較為重要的地位，選定合適的初始解，能夠有效降低工作量，增加搜索效率和搜索質量。

（2）移動與鄰域。一個生成新的最優解的過程就是所謂的移動。移動通常需要依據具體情況進行針對性的分析[5]。鄰域就是利用當前所解，通過一些列的移動產生的新的最優解，領域主要視具體情況而定，而鄰域結構能夠高質量的保證其搜索產生的最優解，從而增加算法的效率。

（3）候選解作為當前領域解中的最優解，其范圍大小通過搜索速度來確定。遇到較大規模的問題時，候選解的范圍則會變大，結合鄰域搜索的速度，通常只用當前解作為候選集。

（4）適配值函數類似于遺傳算法中的適應度函數，主要是為了評價單個個體的優劣情況。通常適配值函數都會改變目標函數來選擇，當遇到的目標函數具有較大的計算量時，需要簡單的改進適應算法，只要能夠將兩者保持在一定范圍內，就可以當做適配值函數。

（5）禁忌表作為設計禁忌對象時的特有結構，能夠有效防止搜索陷入重復的死循環僵局，也能夠保證算法不會拘泥在局部最優解之內[6]。而禁忌對象和長度作為緊急表中的兩個主要因素，前者影響表內的變化，通常改變這些元素能夠有效避免其搜索到的結果是局部最優解，可以使用狀態本身，后者是適配值，當做禁忌對象；而后者則表示了禁忌表的范圍。

（6）藐視準則，代表的是一種渴望與破禁的水平[7]，當移動后的解要優于最優解時，就可以進行移動，不論該結果是否存在于禁忌表之中。滿足這個條件，就是藐視準則。通常情況下，這一準則就是為了預防遺失最優解而設立的。

（7）終止準則，當使用禁忌法進行搜索時，找不到最優解，也就是說搜索到的結果不能夠保證是全局最優解，也不能夠利用目前已知的數據進行判斷，所以需要使用終止準則進行停止搜索的工作。

1.1.3 特點和應用

同智能優化的其他算法比較，禁忌優化算法能夠更好的跳出思維的局限，利用全局進行搜索，并且該算法可以接受一定的差解，可以很好的進行局部搜索，又兼顧全局搜索[8]。而禁忌優化算法的缺點則是對于初始解和鄰域的依賴程度較大，不能夠很好的進行串行算法，降低了全局搜索的能力，多個關鍵性參數導致其并行算法的影響小，一旦出現不當的設置，很容易降低整體算法的計算能力。由于禁忌優化算法能夠更好的解決小規模問題的優化，所以對于最短時間內解決在設計超大規模的集成電路芯片問題時，具有較多的應用，在生產、組合、電路設計、神經網絡等領域應用較為廣泛，并有很多函數方面的全局最優解研究，通過不斷改進禁忌算法，能夠擁有更加廣泛的適用范圍。近年來，對于模擬退火算法同禁忌優化算法結合的方案也有一定程度的研究，利用二者配合使用的混合式搜索算法，能夠較好的解決相關問題，并進行算法的優化工作。

1.2 模擬退火算法

模擬退火算法是一種利用概率來接收新事物的Metropolis準則[9]。進行組合間最優解的尋找工作，主要的思想是根據固體物質在退火時，依據溫度的變化，選出的最高熵值（即內部無序狀態），熵值下降（即粒子逐漸出現一定的規律），通過這一過程進行溫度的平衡狀態，從而達到基本溫度狀態，也就是最低熵值（即固體內部最低內能），這一過程同尋求最優解的過程極為相似，概率論上利用退火過程進行模擬來解釋相關模型。

1.2.1 流程

模擬退火算法開始于一個較高溫度，隨著溫度的降低，呈現一種跳躍的征象，利用目標函數搜索全局，尋找全局最優解[10]。模擬退火算法可以說是一種能夠進行多問題解決的優化辦法，基本上能夠進行全局優化。

（1）Metropolis準則，假設一個系統的自由能等于系統內能與系統溫度的差值，用公式（1）代表，s是系統的熵。假設恒溫系統的兩個狀態是i和l，使用公式（2）和（3）表示。

F=E-Ts （1）

Fi=Ei-Tsi （2）

Fl=El-Tsl （3）

通過計算可以得出，F=Fl-Fi=Ei- El-（Tsi+Tsl）=E-Ts。當系統從狀態l變成狀態i時，F則會小于正常，說明能量明顯減少，熵值明顯增加，對自身變化較大。因此，溫度恒定，系統會把自身的非平衡狀態轉變為平衡狀態，由溫度決定兩因素的地位。假設微粒的原始狀態l是固體物質當前所處的狀態，使用能量狀態Ei來表示，隨后利用一個抗干擾裝置，隨機改變微粒位置，產生了一個新的能量狀態El，如果Ei

R=Exp[-（Ei- El）/kT] （4）

T代表絕對溫度，k是常數，R

Pl=1/z*exp（-El/kT） （5）

Pl代表系統處于微觀l的概率，而exp（-El/kT）是分布因子。當處于較高溫度時，系統能夠接收能量差距極大的新狀態，所以，當溫度處于一個較低的水平時，系統接收的新狀態要求僅有極小幅度的變化，所以對于不同溫度而言，具有相同的熱運動原理，但是溫度是零攝氏度時，任何的Ei>El均是不成立的。

（2）流程，假定初始溫度是T0，初始點是X0，計算初始點的函數值是f（X0），隨機產生的擾動為X，新點則變為公式（6）。計算該函數f（X1）和該函數同初始值之間存在的差異，即公式（7）。

X1=X+X （6）

f=f（X1）-f（X0） （7）

如果差異函數f低于正常，則下一次進行退火的模擬初始點可以使用新的點來代替；如果差異函數f高于正常，則需要計算新點接收的概率，即公式（8）。

P（f）=exp（-f/kT） （8）

在[0，1]區間內，偽隨機產生的數s，如果P（f）低于s，則下一次進行退火的模擬初始點可以使用新的點來代替，否則需要重復Metropolis準則，直到選出合適的數值為止。

1.2.2 關鍵要素

（1）狀態空間和鄰域函數。狀態空間也就是搜索空間，包括所有編碼后產生的可行解。在進行候選解的創建時，需要盡可能使用原始狀態函數進行創建，從而充滿整個空間[11]。

（2）狀態轉移概率，也就是接受概率，使用Metropolis準則，在進行可行解的轉化過程時，也受到T（溫度參數）的影響。

（3）冷卻進度表T，是從高溫T0到低溫冷卻時進行相應管理的一個進度表。如果使用T（t）來表示溫度，經典的模擬退火算法進行冷卻的方式使用公式（9）表示。快速冷卻法則可以用公式（10）表示。

T（t）=T0/lg（1+t） （9）

T（t）=T0/（1+t） （10）

以上兩種辦法都能夠降低模擬退火點至全局最小。冷卻進度表也說明該算法的效率，并且要想得到最佳組合，需要進行大量實驗才能夠得到。

（4）初始溫度，如果具有較高的初始溫度，那么會有較高的概率搜到高質量解，但需要更長的運算時間。對于初始溫度的給定時，需要結合算法優化所消耗的時間和效率，通常有兩種辦法，一是利用均勻辦法產生的一種狀態，將每一個目標函數都設定為初始溫度。另一個辦法是使用任意產生的狀態，利用最大目標函數進行確認，記錄其差值，即max，根據差值使用某一函數作為初始溫度。

（5）外循環終止準則，又叫做終止算法準則，常用準則包括設置溫度終止閾值，外循環的迭代，系統熵穩定程度的判定。

（6）內循環終止準則，也就是Metropol

is準則，利用不同溫度選出不同候選解，又被稱為是抽樣穩定性質準則，主要包含以下內容：目標函數均值是否穩定，連續若干個目標函數變化幅度，采樣辦法。

1.2.3 特點和應用

模擬退火算法通過概率的辦法尋求全局最優解，不受初始值的影響，能夠緩慢進行收斂，能夠較好的進行多數據的并行、擴展和通用，使用極高的效率進行有關最優化組合問題的解。不足之處是在一定程度上，雖然能夠降低程序陷入優化僵局的可能性，但在進行大范圍搜索時，需要多次進行計算，從而尋找到最優解，在實際的應用中，這一缺點極大地增加了工作量，不利于優化計算效率。

作為一種較為通用的使用隨機辦法進行搜索的計算方法，模擬退火算法已經廣泛的在機器學習、神經、生產、圖象等領域進行應用，對自動設計的模擬集成電路，應用模擬退火算法進行設計，多目標進行優化設計等。

1.3 遺傳算法

遺傳算法是基于達爾文生物進化論有關自然選擇同生物進化過程進行相關的計算所制作出來的模型，足以滿足適者生存與優勝劣汰的生物界遺傳機制。

1.3.1 流程

遺傳算法優化問題解叫做個體，通常使用變量序列來表示，叫做染色體或基因串。利用簡單的字符或數字表示染色體，通常使用0和1的二進制進行表示，或利用其他特殊問題進行表示，叫做編碼。

遺傳算法開始于種群，依據適者生存與優勝劣汰的生物界遺傳機制，不斷進行迭代進化，通過選擇、交叉和變異生成新種群，從而產生最優解。遺傳算法流程圖如圖2所示。

1.3.2 優點及應用

遺傳算法依據適者生存與優勝劣汰的生物界遺傳機制，主要優點包括以下幾點。第一，不需要使用函數，就能夠直接對結構對象進行有關求導的操作；第二，遺傳算法整體優化不受梯度和輔助的影響，只受目標和適應度的影響；第三，使用一定概率進行變遷，不需要固定在某一區域，很好的對搜索方向進行校正和適應，從而自動獲得結果；第四，遺傳算法具有較強的全局搜索力。以上這些優點很好地為相對較為復雜的問題進行有關系統求解時提供了相應的框架，因此被廣泛地應用在人們各個領域的生活中。

2 基于遺傳算法的二級運放電路優化

利用遺傳算法進行有關系統優化能夠使用更少的資源來設計自動化電路優化，既降低硬件的成本又縮短設計的使用時間。利用仿真軟件進行有關電路設計的優化，能夠使用更加精確的模型進行優化，但是其缺點在于巨大的求解空間導致耗費時間長。所以目前有一種提法是根據電路性能進行相關遺傳算法的解析，具有用時短、操作性能有所改善的優點。對于不是要求很嚴格的設計條件，可以使用二級運放進行電路設計，更加縮短設計時間。

2.1 二級運放的電路分析

進行有關集成電路的模擬中，使用運算放大器，能夠很好的將單元模塊進行高倍放大，通常情況下，使用反饋網絡進行有關電路模塊功能的重組。運算放大器作為一種較為重要的模擬和數模信號的系統電路模塊，已經被應用到各種系統的電路設計之中，運算放大器主要包括輸入差分、增益中間、緩沖輸出以及電路偏置和補償四種。基本結構如圖3所示。

2.2 二級運算放大器性能指標

下面通過二級運算放大器的交流小信號模型對運放的重要性能進行分析。第一級運放為M1-5的差分運放構成，第二級運放為M6-7的共源放大器構成。二級運放等效模型如圖4所示。

轉換速率，又叫做壓擺率，也就是說在運算放大器進行電壓輸出時候產生的轉換速率，很好的提示運放速度。在輸入端連接一個比較活躍的信號，通過運放輸出測得最大上升速率。

2.3 遺傳算法對電路進行優化設計

目前一種較為新穎的優化電路生成辦法是在小環境范圍進行有關二級運放的優化。具體編碼方式包括集合染色體內的各種未知參數，使用0和1的二進制代碼，代表不同的設計電路的方案。使用每個指標的性能函數相乘，得到適應度函數，從而顯示出最大化目標函數和最小化目標函數。

自適應免疫遺傳算法是目前較為新穎的智能優化改進算法，求解模擬相關生物學中的免疫系統，利用抗體的產生來排除抗原。自適應免疫遺傳算法使用一種較為高質量的節約資源進行有關機制的克隆，對于優化解即抗體進行高概率的選擇，同適應度函數有一個正比例關系。選定個體后將其復制傳代，放棄本身的親和力，也就是抗原抗體的匹配度，將優化的目標函數作為個體抗原。利用自適應免疫遺傳算法，提出相應電路圖的設計圖案，如圖5。

自適應免疫遺傳算法引入生物界內免疫系統相關概念與免疫系統方法，有效提升遺傳算法進行全局搜索方面的能力，并有效進行相關速度的收斂。改進后算法能夠有效的克服傳統算法中過早收斂的問題，以及盲目進行交叉和變異的操作，進行自適應免疫遺傳算法電路的優化，如圖6所示。

2.4 電路優化及仿真結果

運算放大器作為在進行電路的集成模擬過程中應用最為廣泛的電路，也具有較大的功耗和時間模塊，所以不同的方法設計顯示出不同的電路性能。比較具有代表性的二級運算放大器的電路圖如圖7所示。

從圖7可以看出，對于具有特定結構的功能電路，如果擁有較為合理的尺寸設計，可以得到一個較為固定的電路指標，某一性能改變會導致其他性能的變化。依據自身的電路設計經驗和實際電路的設計要求，來選擇合理的電路設計，雖然使用優化算法可以在設計電路時進行一定的優化，但是有關電路性能方面的解析，有關目標函數準確性模型的建立，具有一定的限制條件，需要進行更加深入的研究。

3 結語

智能優化算法在當今的很多領域內，都是重點的研究項目，該文主要針對智能優化算法的產生和發展進行闡述，并詳細分析了幾種較為典型的智能優化算法，其中，最具有代表性的集中算法是粒子群優化、遺傳算法等。雖然該文分析和研究的是集成電路進行智能設計的更為優化的方法，但是今后對于集成電路的智能設計，還有很多問題值得進行深入研究。

參考文獻

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[9]岳亞杰，楊慧晶，張宏國.集成電路設計與集成系統專業人才培養模式的探究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2013（3）：62-63.

第8篇：集成電路設計原理范文

【關鍵詞】集成電路；設計；乘法器；低功耗算法；實現技術

一、引言

低功耗設計一般可以分成兩種：動態和靜態技術。靜態化技術一般是從系統的構造與工作原理出發，使系統的功耗得到降低，比如選擇低功耗的器件；動態化技術主要是使系統運行得到改變來降低功耗，比如按照實際運行情況對器件的工作狀態進行調節。

二、定點乘法運算優化

目前，集成電路的設計中，定點乘法運算一般都使用移位相加算法邏輯，具有方便理解、簡單和直接的優點，但是缺陷也很明顯，運算的效率比較低，需要數量很多的硬件設備，占用的資源也比較多。在普通的移位相加算法內，每位乘數都會出現積，運算量比較大，事實上，如果某位乘數是0，就不需要開展累加性的運算，所以累加器完成次數要和乘數中值是1的位數有明確關系，如果可以降低中值是1的位數，就能夠降低需要運算的累加次數。1、BOOTH算法思想。就是使乘數和某一較大整數相近，然后借助這一整數和被乘數之積，減去對應數值補碼和被乘數乘積來計算，能夠提升運算的效率。BOOTH算法被稱作補碼移位算法，符號位是參與到運算的，運算數都借助補碼進行表示。乘數的末位會增加附加位，初值是0。對乘數的最末兩位進行觀察，00對部分積進行向右移動移位的操作，01則對部分積的被乘數相加然后取其補碼，結果向右移動一位，10則對部分積的被乘數相減，取其補碼，結果向右移動一位，11則直接額對部分積執行向右移動一位的操作。根據上述算法，對n+1步進行操作，那么第n+1不就不用在位移，最終的結果就是運算的結果。2、定點乘法運算中乘法系數優化的算法。以BOOTH算法那為基礎，還有一種更先進的算法，屬于三元數值系統，能夠降低硬件結構的復雜性，如果乘數系數是2的整數次冪時，乘法能夠借助移位實現，這就使占用的硬件資源得到降低。為了降低系數二進制表示內非零位個數，通常使用帶符號的二進制對整數進行表示。這一方法的優點如下：只利用了加法和位移，整個算法過程是以非零位不同的位置為基礎，和其他的算法比較起來，更加準確，有限的字長也沒有對程度有太大的影響。3、數字濾波器編碼的優化。設計芯片時，為了使類型不同的數字濾波器能夠盡量降低面積，并加快速度，發展出一些優秀數乘與編碼算法。先對信號進行處理時，首先會從模數轉換器內輸出，然后把信號由高頻率載波信號降低到基帶信號并解調，要想得到理想的信號需要不同階段濾波。包括把較高采樣率降低到降低采樣率，然后借助解調轉換至基帶的頻率，基帶信號的頻率比采樣的頻率范圍低，因此借助抽取濾波器進一步抽取信號，進而得出有用信號。

三、集成電路設計中乘法器低功耗實現技術

1、編碼優化算法實現技術。首先，可以把編碼優化算法實現成一個VHDL函數，然后存進庫中和乘法器進行分離。接著，對乘法器的木塊進行設計和優化，最后算出乘法運算的結果并輸出。在模塊的內部，對編碼優化函數進行調用，將優化乘法器類屬參數當做這一函數的輸入，輸出的結果中，三個變量分別表示三個常數。優化的結果使用常數來表示，原因為在乘法器的綜合初期，上述三個常數能夠按照優化函數的計算而得出，進行綜合之后，乘法器按照這三個常數就能夠轉化成對應移位加的結構，而且對加法的結果進行計算，這是優化算法的邏輯單元是在庫中保存的，不會算進優化之后的乘法器。為了對這一技術優化的效果進行驗證，可以將相同射頻的模塊當做測試的平臺，在模塊內全部乘法器都被優化乘法器的模塊替代后，導入RTL的代碼，對功耗結果進行分析，發現總功耗和邏輯單元都有所下降，面積也有所降低。在對硬件進行測試時，使用編碼優化算法對射頻模塊進行匹配開展測試，結果顯示邏輯占用率是4.5%，產生寄存器的總數是13559，存儲單元的占用率是4.6%。2、缺省優化算法實現技術研究。根據缺省優化算法模式，用VHDL函數的形式和小數乘法器相分離并存進庫中。對優化乘法器的模塊進行設計，在進行綜合的初期，常數是由優化算法經過計算而得出的，在進行綜合之后，乘法器按照常數就能夠轉化成對應移位加結構，并開展右移缺省操作，計算的結果在小數化處理之后從模塊的輸出端內輸出。經過實驗，發現總功耗有所降低，面積也有降低。

結語

綜上所述，集成電路設計中乘法器的低功耗算法與實現技術具有重要意義，需要引起相關人員的重視，不斷對這一技術進行改進與完善，切實發揮出低功耗算法的作用，進而促進集成電路設計技術的發展。

參考文獻

[1]袁博.集成電路設計中乘法器的低功耗算法與實現技術研究[D].西安電子科技大學,2012.

第9篇：集成電路設計原理范文

在洗衣機工作中，水是洗衣的必備條件，水的合理用量決定了洗滌效果。因此檢測水量成為洗衣機工作中的一項重要內容。本文介紹一款洗衣機控制器的水位檢測電路，通過原理及參數選擇等方面的內容講解，使大家對該電路起到更深的了解。

【關鍵詞】振蕩頻率 傳感器 反相器

在洗衣機控制器中，原先采用水位開關，通過開關信號來判定水量是否滿足設定值，該方案大多采用于雙缸洗衣機及一些小容量的全自動洗衣中，無法檢測水位頻率，只能讀取其中一個設定值。隨著家電智能技術的不斷發展，精確感知洗滌水量成為洗衣機設計一種趨勢。目前，在洗衣機設計中使用較多是諧振式水位傳感器，通過電控板上的邏輯電路來實現水位檢測的功能，該檢測電路可靠性、實用性較高，本文介紹的就是這方面的內容。

1 電路設計

1.1 電路原理圖

水位檢測電路如圖1所示，該電路是將水位傳感器采集的水位信號轉化為洗衣機控制器MCU所需的信號。電路中采用4069反相器集成IC為核心元器件進行電路設計。4069為反相器集成IC，內部由六個反相器組成，如圖1。本電路利用其中三個反相器（a、b、c）進行設計，未被使用的反相器輸入端均接地，其中4069第8腳為方波信號輸出腳，輸出給洗衣機控制器MCU檢測端口。

1.2 電路工作原理

諧振式水位傳感器通過水壓氣管與洗衣機桶內側相連，隨著水位的變化，感知的氣壓也發生變化，內部電感線圈的電感量也隨之變化，根據公式f=1/2π的原理，氣壓越大，電感量越大，諧振頻率越小，反之則越高。如圖1傳感器等效電路圖，水位傳感器內部由電感L1與電容C1、C2組成，電感和電容組成選頻網絡，并與4069檢測電路形成三點自激振蕩電路，將電感信號的變化轉變為頻率信號，便于控制器MCU芯片的采集，從而檢測到桶內水位的變化。為了使整個LC回路實現自激振蕩，需使反相器偏置在高增益線性放大區，形成放大器，因此需要在反相器兩端并聯一個電阻R3。

在電路中，水位傳感器內部作為一個π型選頻網，形成180度的相位差，并且信號經過4069反相器也產生了180度的相位差，導致整個振蕩回路形成360度相位差，但在實際處理中，反相器存在延遲，導致額外的相位移，為確保整個振蕩環路總相位差在360度，水位傳感器π選頻網絡必須根據反相器的延時情況，生成小于180度的相位差，因此本電路中采用了R2、R1兩個電阻分別串于反相器（a、b）的輸入輸端，通過調整電阻的參數來調節振蕩環路增益和相位差。

反相器（a、b）與電阻R1、R2、傳感器構成振蕩電路，參與波形的處理，輸出近似于方波的信號，見圖3，而第三個反相器（c）針對這個波形進行了最后的整形，使其輸出理想的方波信號，控制器主芯片通過采集這個方波頻率來判斷水位的高低。

2 元器件的選擇

為了提高水位檢測電路的可靠性，需對所用元器件進行必要的選型工作，確保元器件的選型更加符合電路的設計要求。

IC1選用4069集成IC，內部由六個COS/MOS反相器電路組成，一般選擇可靠性較高的品牌型號。

電阻R3兩端與IC1的第12、13腳相連，即在并聯在反相器（a）之間，電阻R3一般選擇阻值較大的型號，該電路中選用阻值為100KΩ。

電阻R1、R2作為限流電阻，起到限制反相器輸出的功能，R1選擇560Ω，R2選擇3.3K。電阻R2處于反相器的輸入端，R1處于輸出端，注意R2的阻值須大于R1，否則會導致輸入信號的幅值變小，抗干擾能力下降，容易導致電路無法正常工作。

電阻R4與電容C3對輸出的方波進行濾波，減少噪聲干擾。電阻選擇150Ω，電容選擇0.001uf。注意電容C3容量的大小選擇非常重要，往往因選擇較大導致方波變形，使信號失真，該電容容量值一般在0.001uf左右，既能起到濾波的作用，也能確保方波信號不失真。

3 工作中的波形

為確保輸出理想的信號，在電路中設置了3個測試點（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），對信號處理的重要環節進行波形測量與分析。

水位傳感器采集了水量的變化，并以正弦波的方式輸出，現對傳感器輸出端a點波形進行測量，如圖2。

正弦波輸入至4069（a、b）反相器中，如圖1，反相器對正弦波進行了處理，輸出波形失真為近似方波的信號，如圖3。

信號經過第三個反相器（c）整形，并經過R4及C3濾波等處理，輸出的方波信號，如圖4。

4 結束語

水位檢測作為洗衣機工作的關鍵內容，貫穿整個洗滌過程，直接影響消費者所關心的洗凈度與用水量，因此水位電路設計的合理性、實用性顯得尤為重要。相信隨著家電智能化的迅速發展，這種低成本，實用性較強的電路將越來越多地使用在產品中。

參考文獻

[1]王爾乾.數字邏輯與數字集成電路[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]董海青.集成電路設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3]孫肖子.CMOS集成電路設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者簡介

顏東亮，男，江蘇省建湖縣人。現為無錫小天鵝股份有限公司飛翎電子工程師，主要從事洗衣機控制器設計工作。