集成電路的基本原理精選(九篇)

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第1篇：集成電路的基本原理范文

關鍵詞：動態功耗 時鐘樹 clock gating技術

中圖分類號：TP752 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）09-0000-00

隨著半導體工業的發展和工藝的深入，VLSI（超大規模集成電路）設計正迅速地向著規模越來越大，工作頻率越來越高方向發展。顯而易見，規模的增大和頻率的提高勢必將產生更大芯片的功耗，這對芯片封裝，冷卻以及可靠性都將提出更高要求和挑戰，增加更多的成本來維護這些由功耗所引起的問題。而在便攜式設備領域，如智能手機、手提電腦等現在智能生活的必需品對芯片功耗的要求更為嚴格和迫切。

由于時鐘樹工作在高頻狀態，隨著芯片規模增大，時鐘樹規模也迅速增大，通過集成clock gating電路降低時鐘樹功耗是目前時序數字電路系統設計時節省功耗最有效的處理方法。

Clock gating的集成可以在RTL設計階段實現，也可以在綜合階段用工具進行自動插入。由于利用綜合工具在RTL轉換成門級網表時自動插入clock gating的方法簡單高效，對RTL無需進行改動，是目前廣為采用的clock gating 集成方法。

本文將詳細介紹clock gating的基本原理以及適用的各種clock gating策略，在實際設計中，應根據設計的特點來選擇合適的clock gating，從而實現面積和功耗的優化。

綜合工具在對design自動插入clock gating是需要滿足一定條件的：寄存器組（register bank）使用相同的clock信號以及相同的同步使能信號，這里所說的同步使能信號包括同步set/reset或者同步load enable等。圖1即為沒有應用clock gating技術的一組register bank門級電路，這組register bank有相同的CLK作為clock信號，EN作為同步使能信號，當EN為0時，register的輸出通過選擇器反饋給其輸入端保持數據有效，只有當EN為1時，register才會輸入新的DATA IN。可以看出，即使在EN為0時，register bank的數據處于保持狀態，但由于clk一直存在，clk tree上的buffer以及register一直在耗電，同時選擇電路也會產生功耗。

綜合工具如果使用clock gating 技術，那么對應的RTL綜合所得的門級網表電路將如圖2所示。圖中增加了由LATCH和AND所組成的clock gating cell，LATCH的LD輸入端為register bank的使能信號，LG端（即為LATCH的時鐘電平端）為CLK的反，LATCH的輸出ENL和CLK信號相與（ENCLK）作為register bank的時鐘信號。如果使能信號EN為高電平，當CLK為低時，LATCH將輸出EN的高電平，并在CLK為高時，鎖定高電平輸出，得到ENCLK，顯然ENCLK的toggle rate要低于CLK，register bank只在ENCLK的上升沿進行新的數據輸出，在其他時候保持原先的DATA OUT。

從電路結構進行對比，對于一組register bank（n個register cell）而言只需增加一個clock gating cell，可以減少n個二路選擇器，節省了面積和功耗。從時序分析而言，插入clock gating cell之后的register bank ENCLK的toggle rate明顯減少，同時LATCH cell的引入抑制了EN信號對register bank的干擾，防止誤觸發。所以從面積/功耗/噪聲干擾方面而言，clock gating技術都具有明顯優勢。

對于日益復雜的時序集成電路，可以根據design的結構特點，以前面所述的基本clock gating 技術為基礎實現多種復雜有效的clock gating 技術，包括模塊級別（module level）clock gating，增強型（enhanced）clock gating以及多級型和層次型clock gating技術。模塊級別的clock gating技術是在design中搜尋具備clock gating條件的各個模塊，當模塊有同步控制使能信號和共同CLK時，將這些模塊分別進行clock gating，而模塊內部的register bank仍可以再進行獨立的clock gating，也就是說模塊級別clock gating技術是可以和基本的register bank clock gating同時使用。如果register bank只有2bit的register，常規基本的clock gating技術是不適用的，增強型和多級型clock gating都是通過提取各組register bank的共同使能信號，而每組register bank有各自的使能信號來實現降低toggle rate。而層次型clock gating技術是在不同模塊間搜尋具備可以clock gating的register ，也即提取不同模塊之間的共同使能信號和相關的CLK。

圖1沒有clock gating的register bank實現電路 圖2 基于latch的clock gating 電路

綜上所述，clock gating技術在超大規模集成電路的運用可以明顯改善寄存器時鐘的toggle rate 和減少芯片面積，從而實現芯片功耗和成本的降低。實際設計過程中，需要根據芯片電路的結構特點來選擇，針對不同的電路結果選擇合適的clock gating技術會實現不同效果。

參考文獻

[1]L.Benini. P.Siegel， G.De Micheli “Automated synthesis of gated clocks for power reduction in Sequential circuits”， IEEE design and Test， winter 1994 pp.32-41.

[2]Power Compiler User Guide： Synopsys， Inc.， Y-2006.06， June 2006.

第2篇：集成電路的基本原理范文

關鍵詞：課程體系改革；教學內容優化；集成電路設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）34-0076-02

以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展，2000年，國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》，我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而，我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年，全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進口。2014年3月5日，國務院總理在兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路（芯片）產業，明確指出，要設立新興產業創業創新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進，引領未來產業發展。2014年6月，國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》，加快推進我國集成電路產業發展，10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年，我國芯片設計人員達不到需求的10%，集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求，2001年，教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。

我校2002年開設電子科學與技術本科專業，期間，由于專業調整，暫停招生。2012年，電子科學與技術專業恢復本科招生，主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量，提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求，從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。

一、專業課程體系存在的主要問題

1.不太重視專業基礎課的教學。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課，為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實，將導致學生在學習專業課程時存在較大困難，更甚者將導致其學業荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性，學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水，不可能學得懂。但國內某些高校將這些課程設置為選修課，開設較少課時量，學生不能全面、深入地學習；有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如，我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程，而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。

2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系，前者是后者的基礎，后者是前者理論知識的具體應用。并且，在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上，開設后面的課程，將直接導致學生學不懂，嚴重影響其學習積極性。例如：在某些高校的培養計劃中，沒有開設“半導體物理”，直接開設“晶體管原理”，造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎，很難進入狀態，學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時，如果沒有半導體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關。

3.課程內容理論性太強，嚴重打擊學生積極性。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強，公式推導較多，并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時，過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導，而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握，使得學生（尤其是數學基礎較差的學生）學習起來很吃力，學習的積極性受到極大打擊[6]。

二、專業課程體系改革的主要措施

1.“4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式：“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”；“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”，實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則，根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識，環環相扣，合理設置各專業課的開課先后順序，形成先專業基礎課，再專業方向課，然后寬口徑專業課程的開設模式。

我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式，也就是三個本科專業大學一年級、二年級統一開設課程，主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程，重在增強學生的數學、物理等基礎知識，為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始，分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔，大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起，課時量為64學時，由2位教師承擔教學任務，其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識，又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎，為了保證學習的延續性，擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1～12周，而其他3門課程的開課時間從第6周開始，從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外，“集成電路原理與設計”課程設置96學時，由2位教師承擔教學任務。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為6～17周；再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為8～19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程，并設置其為選修課，這樣設置的目的在于：對于有意向考研的同學，可以減少學習壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學，可以更多了解專業方面知識，為找到好工作提供有力保障。

2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式，專業課程要在大學三年級才能開始開設，時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標，培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才，需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。

在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導，側重于對基本原理及特性的物理意義的學習，以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎，因此，在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。

對于專業方向課程，教師不但要講授集成電路設計方面的知識，也要側重于集成電路設計工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此，在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中，總課時量為48學時不變，理論課由原來的38學時減少至36學時，實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習，留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識，融會貫通，有效地促進教學效果，激發學生的學習興趣。

三、結論

集成電路產業是我國國民經濟發展與社會信息化的重要基礎，而集成電路設計人才是集成電路產業發展的關鍵。本文根據調研結果，分析目前集成電路設計本科專業課程體系存在的主要問題，結合我校實際情況，對我校電子科學與技術專業集成電路設計方向的專業課程體系進行改革，提出“4+3+2”專業課程體系，并對專業課程講授內容進行優化。從而滿足我校集成電路設計專業創新型人才培養模式的要求，為培養實用創新型集成電路設計人才提供有力保障。

參考文獻：

[1]段智勇，弓巧俠，羅榮輝，等.集成電路設計人才培養課程體系改革[J].電氣電子教學學報，2010，（5）.

[2]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）.

[3]謝海情，唐立軍，文勇軍.集成電路設計專業創新型人才培養模式探索[J].電力教育，2013，（28）.

[4]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].教育與教學研究，2008，（22）.

第3篇：集成電路的基本原理范文

關鍵詞：集成電路EDA 教學方法 拓展 培養

所謂“集成電路EDA”是通過設計、建模、仿真等手段搭建集成電路框架，優化集成電路性能的一門技術，也是一名優秀的集成電路工程師除了掌握扎實的集成電路理論基礎外，所必須掌握的集成電路設計方法。只有熟練掌握集成電路EDA技術，具備豐富的集成電路EDA設計實踐經歷，才能設計出性能優越、良品率高的集成電路芯片。可以說，集成電路EDA是纖維物理學、微電子學等專業的一門非常重要的專業課程。然而，目前集成電路EDA課程的教學效果并不理想，究其根本原因在于該課程存在內容陳舊、知識點離散、概念抽象、目標不明確等不足。因此，通過課程建設和教學改革，在理論教學的模式下，理論聯系實踐、提高教學質量，改善集成電路EDA課程的教學效果是必要的。

為了提高集成電路EDA課程的教學質量，改善教學環境，為國家培養具備高質量的超大規模集成電路EDA技術的人才，筆者從本校的實際情況出發，結合眾多兄弟院校的改革經驗，針對教學過程中存在的問題，進行了課程建設目標與內容的研究。

課程建設目標的改革

拓展學科領域，激發學生自主學習興趣 本校集成電路EDA課程開設于纖維物理學專業，但是其內容包括物理、化學、電子等多個學科，教師可根據教學內容，講述多個學科領域的專業知識，尤其是不同學科領域的創新和應用，引導學生走出本專業領域，拓展學生視野，提高科技創新意識。與學生經常進行互動，啟發式和引導式地提出一些問題，讓學生課后通過資料的查找和收集，在下一次課堂中參與討論。激發學生思考問題和解決問題的興趣。這樣課內聯系課外、師生全面互動、尊重自我評價的新型教學方法可以培養學生創新精神，激勵自主學習，由被動式學習轉為主動式學習，拓寬學生的知識面。

完善平臺建設，培養學生創新實踐能力 在已有的實驗設備基礎上，打造軟件、硬件、網絡等多位一體的集成電路EDA平臺，完善集成電路EDA實驗。通過集成電路EDA平臺的實踐環節，既培養了學生的仿真設計能力，加深了對集成電路EDA知識的掌握，又使學生掌握了科學的分析問題和解決問題的方法。引導學生參加項目研發，鼓勵學生參與大學生創新創業和挑戰杯活動，以本課程的考核方式激勵學生寫出創新性論文，通過軟件仿真、實驗建模等方式設計出自己的創新性產品，利用集成電路EDA平臺驗證自己的設計，然后以項目的形式聯系企業，將產品轉化為生產力，將“產學研”一體化的理念進行實踐，培養學生創新實踐能力。

課程教學內容的改革

精選原版教材 教材是教學的主要依據，教材選取的好壞直接影響著教學質量。傳統集成電路EDA課程的教材都以中文教材為主，內容陳舊，即使是外文翻譯版教材，也由于翻譯質量及時間的原因，仍然無法跟得上集成電路的革新。因此，在教材選取時應當以一本英文原版教材為主，多本中文教材輔助。英文原版教材大多是國外資深集成電路EDA方面的專家以自己的實踐經驗和教學體會為基礎，結合集成電路EDA的相關理論來進行編寫，既有豐富的理論知識，又包含了大量的設計實例，使學生更容易地掌握集成電路EDA技術。但是只選擇外文教材，由于語言的差異，學生對外文的理解和接受仍然存在一定的問題，為了幫助學生更好地學習，需要輔助中文教材，引導學生更好地理解外文教材的真諦。

更新教學內容 著名的摩爾定律早在幾十年前就指出了當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18個月至24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這條定律指引著集成電路產業飛速的發展，集成電路EDA課程是學生掌握集成電路設計的重點課程，因此必須緊跟時展，不斷更新教學內容。現有的集成電路EDA教材涉及集成電路新技術的內容很少，大部分都以闡述基本原理為主，致使學生無法接觸到最新的內容，影響學生在研究生面試、找工作等眾多環節的發揮。在走入工作崗位后，學生感覺工作內容與學校所學的知識嚴重脫節，需要較長的時間補充新知識，來適應新工作。為了改善這種狀況，需要以紙質教材為主，輔助電子PPT內容來進行教學。紙質教材主要提供理論知識，電子PPT緊跟集成電路的發展，隨時更新和補充教學內容，及時將目前主流的EDA技術融入課程教學中。還可以進行校企結合，把企業的專家引進來，把學校的學生推薦到企業，將課程教學和企業實際相結合，才能激發學生的學習興趣和積極性，提高教學效果。

參考文獻

[1]馬穎，李華.仿真軟件在集成電路教學中的應用探討[J].中國科教創新導刊，2009.

[2]楊媛，余寧梅，高勇.半導體集成電路課程改革的探索與思考[J].中國科教創新導刊，2008（3）：78-79.

[3]李東生，尹學忠.改革傳統課程教學強化EDA和集成電路設計[J].實驗技術與管理，2005，4（22）.

[4]徐太龍，孟堅.集成電路設計EDA實驗課程的教學優化[J].電子技術教育，2012（7）：87-89.

[5]衛銘斐，王民，楊放.集成電路設計類EDA技術教學改革的探討[J].電腦知識與技術，2012，18（19）：4671-4672.

第4篇：集成電路的基本原理范文

[關鍵詞]IP電話技術；應用

中圖分類號：TP393.03 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0360-01

一、引言

現代社會，以IP為核心協議的Internet在全球范圍內發展勢頭迅猛。近年來，以IP業務為主的數據業務飛速增長，在這種趨勢下，各國大力擴建IP網絡，有效提高了Internet傳送質量，反過來又促進了Internet業務的發展。Internet傳送的內容已從單純的數據業務進入到包含語音和圖像在內的多媒體通信領域，傳統的計算機網絡和電信網絡之間的分界線已經變得模糊，作為Internet進入電信服務的第一步，自然就是用戶面最廣的基于IP的分組話音通信，即IP電話。而IP電話技術在企業中廣泛應用，對于節約經營成本、提高工作效率、建設信息平臺等方面發揮著重要作用。

二、IP電話的定義和相關原理

（一）什么是IP電話

IP電話是一種數字電話，是技術創新的一種通信服務業務。IP電話是建立在IP技術上的分組化、數字化傳輸技術，簡單地說也就是：通過語音或/和圖像壓縮算法對語音或/和圖像數據按相關標準協議進行壓縮編碼處理，然后把這些數據按IP等相關通信協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些語音或/和圖像數據包進行解碼解壓處理后，恢復成原來的語音或/和圖像信號，從而達到由IP網絡傳送語音或/和圖像的目的。

（二）IP電話的基本原理

IP電話就是通過IP技術進行的語音交互和實時傳送。但由于每個用戶的網絡帶寬不同，為了保證語音傳輸質量，合理利用IP帶寬資源，通常語音在傳送之前先要對語音數據進行壓縮處理。IP電話的通訊基本原理就是：通過語音的壓縮算法對原始的語音數據進行壓縮、編碼，并且把這些壓縮過的語音數據按實時傳輸的要求打包。然后把需要實時傳送的數據包通過網絡傳輸到目的地。最后將傳送到目的地的語音數據包按原來時間次序進行串行化處理，并將數據包中的語音數據進行解壓縮處理，恢復出原始的語音信號，實現在IP上實時雙向傳送語音的目的。

（三）IP電話系統的基本結構

實際應用中IP電話系統一般有三部分組成：電話（Phone）、網關（Gateway）和呼叫管理服務器。網關即IP網絡與電話網之間的接口設備，它應當完成語音壓縮，將64Kbit/s的語音信號壓縮成低碼率的語音信號；具有IP網絡接口與電話（PSTN）等傳統PBX系統的互連接口。呼叫管理服務器即IPPBX是一種PBX的革新技術，利用VoIP的技術模擬PBX的功能，實現語音技術與數據網絡的融合。IPPBX通常采用IP協議接口實現IP電話間信令和媒體流的互通。IPPBX按照接入的終端類型也可以分成兩類，一類產品是直接通過局域網利用IP電話接到桌面：另一類產品除了可以連接IP電話外，也可以直接連接傳統的模擬電話或數字電話。

（四）IP電話的關鍵技術

IP電話的關鍵技術包括：編碼技術、信令技術、實時傳輸技術、服務質量（QoS）保證技術以及網絡傳輸技術、集成電路發展技術等。編解碼技術：編解碼技術是IP電話技術的一個重要組成部分。目前語音編解碼所使用的主要技術有ITU-TG729、G723（G723.1）、GSM等，圖像編解碼技術有ITU-TH.263/H.261、H264等。信令技術：信令技術保證電話呼叫的順利實現和語音或俐圖像質量，也是呼叫控制技術，目前廣泛使用的信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協議STP以及媒體網關控制協議MGCP/H.248。實時傳輸技術：實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協議RTP。RTP是提供端到端的包括音視頻在內的實時數據傳送的協議。服務質量（QoS）保證技術：IP電話中主要采用資源預留協議（RSVP）以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議RTCP來避免網絡擁塞，保障網絡的傳輸質量。5.網絡傳輸技術：IP電話中網絡傳輸技術主要是IP、TCP和UDP，此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。6.集成電路發展技術：集成電路技術的發展直接影響寬帶IP電話的發展。由于需要進行語音或/和圖像的數據壓縮，因此必須有高速度、大容量的DSP或專用集成電路支持；由于需要更多功能的控制、任務的協調，因此必須有更快、更復雜、功能更強的CPU支持。

三、IP電話技術在企業信息化建設中的應用

（一）統一通信管理平臺的基本業務

統一通信管理平臺可以提供以下十大基本業務：1.企業總機，可以使公司對外統一號碼，并可應用語音自動答錄，提供客戶服務功能。2.內部電話網、在公司炔拷立內部電話語音網絡，內部通訊簡單方便，并且完全免費。3.IP長途電話、所有長話均為IP通話服務。4.即時會議、可以多方通話，開展即時會議。5.語音信箱、通話方不在線時，可以在語音信箱留言。6.在線客服、客服人員提供在線服務，方便與客戶溝通。7.信息中心、多網合一，信息互聯互通。8.IP傳真、可以提供傳真服務。9.語音名片、企業總機及內部分機可以設置展示廣告及介紹，以推廣營銷。10.呼叫中心、可以分布式組網，全面提供熱線電話，客戶咨詢服務等。統一通信管理平臺構筑了功能豐富的通信環境，綜合了各種通信方式，融合了企業信息管理與自動化等企業管理系統。它在一個系統中無縫地集成了語音、視頻和數據協作能力，可以迅速部署許多新型充滿創造力的應用。

（二）統一通信管理平臺的優勢

統一通信將數據、語音、視頻融合一體，提供需求多變的業務使企業的溝通更有效率，幫助企業擁有更順暢的業務運作方式，集成OfficeAutomation簡化業務流程，在第一時間獲取所需資源，從而增加企業利潤。其主要優勢如下：1.統一平臺―――一個企業，一個網絡，一個平臺；2.核心控制平臺（集中控制、綜合管理、業務管理等）；3.綜合接入平臺（語音、短信、數據、視頻等）；4.開放業務接口（語音終端、增值業務、其它業務系統如OA、ERP、CRM等）；5.統一的數據平臺；6.業務融合―――語音、視頻、數據、短信等；7.多功能的內部通信業務（視頻、WIFI無線、軟電話漫游、即時通信、語音信箱、即時會議等）；8.綜合信息服務業務（信息、信息收集、信息互動等）；9.統一的客戶服務體系（呼叫中心等）；10.一種新的工作方式―――基于協同平臺統一通信管理平臺可以充分利用原有通信設備投資，實現同一傳輸線路上合并傳輸語音、視頻和數據，降低硬件設備投資成本。同時操作靈活，維護便捷，系統的移動、服務項目的更改簡單易行，且費用低廉。

此外開放式體系架構，便于分步實施，可以控制大額投入，降低投資風險。這種IP電話技術的應用極大地節約了企業的通信成本，提高了工作效率，有利于企業信息化建設，提升企業綜合競爭力。

參考文獻

第5篇：集成電路的基本原理范文

[關鍵詞]工藝原理 器件模擬與仿真 微電子技術

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）11-0112-03

0引言

西安郵電大學微電子科學與工程專業源于原計算機系的微電子學專業，2005年開始招收第一屆本科生，專業方向設置偏向于集成電路設計。2013年，根據教育部《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》的專業設置，將微電子學專業更名為微電子科學與工程專業。2009年至今，該專業累計培養本科畢業生6屆。根據歷年應屆畢業生就業情況和研究生報考方向，我們發現半導體工藝方向人數比重呈現逐年上升的趨勢。另外，隨著我國經濟的快速發展，中西部地區半導體行業的投資力度也越來越大，例如韓國三星電子有限公司、西安愛立信分公司等落戶西安，半導體人才需求日益增加。

根據2014年，微電子科學與工程專業新一輪培養方案的定位，設置出半導體工藝、集成電路設計兩大課程體系，可實現半導體工藝、集成電路設計和集成電路應用人才的個性化培養。半導體工藝課程體系除設置固體物理、半導體物理學、半導體器件物理等專業基礎課程外，還包含集成電路工藝原理、器件模擬與仿真、集成電路制造與測試和半導體工藝實習等專業課程。本課程體系是微電子技術領域人才培養的核心，旨在培養學生掌握集成電路制造的工藝原理、工藝流程以及實踐操作的能力，同時也是培養具有創新意識的高素質應用型人才的關鍵。

因此，整合集成電路工藝原理與實踐課程體系的教學內容，充分利用微電子技術實驗教學中心現有的硬件環境和優勢資源，加強軟件設施，例如實踐教學具體組織實施方案及考核機制的建設，構建內容健全、結構合理的集成電路工藝原理與實踐課程體系，對微電子科學與工程專業及相關專業的人才，尤其是半導體工藝人才培養的落實和發展具有重要意義。

一、面臨的主要問題和解決措施

（一）教學面臨的主要問題

課程體系是高等學校人才培養的主要載體，是教育思想和教育觀念付諸實踐的橋梁。集成電路工藝原理與實踐課程體系注重理論教學與實踐教學的緊密結合，不僅讓學生充分了解、掌握集成電路制造的基本原理和工藝技術，而且逐步加強學生半導體技術生產實踐能力的培養。然而，該課程體系相關實踐環境建設與運行維護耗費巨大，致使大多數高等院校在該課程體系的教學上僅局限于課堂教學，無法做到理論與實踐相結合。

為解決這一問題，學校經過多方調研考察、洽談協商，與北京微電子技術研究所進行校企合作，建立了半導體工藝聯合實驗室。通過中省共建項目和其他項目對半導體工藝聯合實驗室進一步建設、完善，為微電子科學與工程專業及相關專業本科生提供了良好的工藝實踐平臺。然而，在實際教學過程中，專業課程內容不能模塊化、系統化，理論教學與實踐教學嚴重脫鉤，工程型師資人員匱乏，教學效果不理想。因此，對集成電路工藝原理與實踐課程體系進行深化改革與探索，可謂任重而道遠。

（二）主要的解決措施

1.課程體系整合優化

集成電路工藝原理與實踐課程體系服務于半導體產業快速發展對人才培養的需要。本課程體系以集成電路工藝原理、器件模擬與仿真和工藝實踐為主線，將集成電路工藝原理、半導體器件模擬與仿真、集成電路封裝與測試、新型材料器件課程設計和半導體工藝實習等課程內容進行整合，明確每門課程、知識的相互關系、地位和作用，找到課程內容的銜接點，讓每一門課程都發揮承上啟下的作用，保證半導體人才培養的基本規格和基本質量要求。在此基礎上，設置半導體材料、半導體功率器件、納米電子材料與器件等專業選修課，培養學生的興趣、愛好和特長，以滿足個性化培養需要。

為解決微電子科學與工程專業本科生實踐形式單一、綜合程度不高導致解決實際問題的應用能力不足等現象，集成電路工藝原理與實踐課程體系在力求理論教學與實踐教學有機融合的基礎上，設置微電子學基礎實驗、半導體器件模擬仿真、半導體工藝實習以及新型材料器件課程設計等實踐課程，形成由簡單到綜合、由綜合到創新的遞階實踐教學層次。通過獨立設課實驗、課程設計、科研訓練、生產實習、社會實踐、科技活動和畢業設計等實踐環節達到預期的效果。同時，注重課程形式的綜合化、科研化，提高綜合性、設計性實驗比例，使實踐課程與理論課程并行推進，貫穿整個人才培養過程。

2.考核體系的完善

考核體系總體上包括理論課程考核體系和實踐課程考核體系。目前，理論考核體系已基本成熟。然而，長期以來，我國教育領域由于實踐教學成本高、經費得不到保障，所以考核主體對實踐環節考核的積極性不高、重視程度不夠，導致考核制度不完善。集成電路工藝原理與實踐課程體系在不斷完善理論教學考核體系的同時，尤其注重實踐教學體系的改革。將教學實驗項目的實驗過程、工藝參數和器件性能等列為考核的過程。兼顧定性與定量相結合、過程與結果相結合、課內與課外相結合、考核與考評相結合的原則，不斷完善實踐教學的考核體系，形成以學生為中心的適應學生能力培養和鼓勵探索的多元實踐教學考核體系。該體系能全面、準確地反映學生的應用能力和實際技能，激發學生的學習動力、創新思維和創新精神，促進人才培養質量和水平的提高。

3.教學團隊構建

根據集成電路工藝原理與實踐課程體系對高素質應用型人才培養的需要，本教學團隊秉承“以老帶新”的傳統，為青年教師配備老教授或資深教授作為指導教師。在日常教學過程中，由老教師對年輕教師進行業務指導，負責教學質量的監控與授課經驗的傳授。在老教師的“傳、幫、帶”和示范表率作用下，青年教師間互相聽課、交流教學心得，定期組織教學競賽，體現以人為本，強調德才兼備，營造青年教師良好的教與學氛圍。同時，課程體系團隊積極為任課教師創造條件，加大隊伍培養建設，鼓勵教師走出去，了解企業的運作模式，提高自身的業務能力。目前，已有多位教師到企業參觀交流、參加各種業務能力培訓，取得了多種職業資格認證，教師的業務能力和水平得到大幅提升。

西安郵電大學經過多年建設和培養，形成了一支結構合理、師資雄厚的教學團隊，具有高學歷化、年輕化和工程化的特點。本課程體系現擁有任課教師15名，其中具有博士學位的教師7名，副高以上職稱的教師8名，40歲以下的教師占課程組教師總數的60%，具有工程實踐經驗的教師占課程組教師總數的40%。

4.實驗環境的優化

實驗環境是實踐教學和科學研究的關鍵性場所。根據微電子科學與工程專業半導體工藝、集成電路兩大課程體系對人才培養的需要，微電子技術實驗教學中心下設微電子學實驗教學部和集成電路實驗教學部，共計占地約1300平方米。微電子學實驗教學部下設微電子學基礎實驗室、半導體工藝仿真實驗室、半導體工藝實驗室、微 / 納材料器件實驗室、材料器件分析實驗室。微電子學基礎實驗室，擁有霍爾效應、高頻晶體管測試儀、四探針測試儀等常規設備，可實現微電子學專業基礎實驗。半導體工藝仿真實驗室，配置Silvaco、ISE和EDA等專業仿真軟件，可實現半導體器件工藝參數和性能的仿真。半導體工藝實驗室擁有雙管氧化擴散爐、光刻機、LP-CVD、離子束刻蝕機、磁控濺射臺、高溫快速退火和激光劃片等設備，可實現半導體工藝生產。微 / 納材料器件實驗室設計專業，配備排風、有害氣體報警系統，擁有氣氛熱處理程控高溫爐、納米球磨機、高壓反應釜等設備，可實現多種納米材料器件的制備。材料器件分析實驗室，擁有吉時利4200-SCS半導體特性分析系統、太陽能模擬器和化學工作站等設備，可完成新型材料器件的測試分析。

通過實踐教學資源配置、環境優化，實現了實驗教學中心的整體規劃和布局;針對大型貴重精密設備配備專業操作人員，進行定期的維護和保養;制定大型設備的操作流程和規范，保證實踐教學的順利實施。實驗平臺的建設，將為相關專業的本科生、研究生和教師在實踐教學、科研方面搭建一個良好的學術平臺。

二、改革的特色和預期成果

（一）改革的特色

1.校內實驗平臺的優化

集成電路工藝原理與實踐課程體系的構建，使專業培養方向定位更加明確、教學內容更加明了。尤其是在教學形式上，從教學內容整合、考核體系制定、教學團隊形成和實驗環境優化等進行了多方位、多角度的改革探索。圍繞集成電路工藝原理、半導體器件模擬與仿真和半導體工藝生產實踐教學內容為主線，保證半導體人才培養的基本規格和基本質量要求;利用選修課實現學生專業個性化培養。通過合理設置理論課程與實踐課程比例、課內課程與課外課程比例，可有效地控制教學內容的穩定性、機動性，推進課程內容的重組與融合。同時，引領學生獨立思考、主動探索，激發學生的創新意識和提高學生解決實際問題的能力。

2.校企合作實驗平臺的構建

在校內實踐教學的基礎上，微電子技術實驗教學中心先后與西安芯派電子科技有限公司、西安西谷微電子有限責任公司等微電子器件及測試公司建立了良好的交流合作關系。這些關系的建立，可使微電子科學與工程專業的學生在校外公司，例如在西安芯派電子科技有限公司進行半導體器件再流焊工藝的實習。校內外互補的工藝實踐體系構件，使學生不僅掌握集成電路工藝實踐基本知識和原理，更能夠掌握實際行業內集成電路工藝中需要考慮的系列問題，從而培養了工程的思維方式。

（二）改革的預期成果

1.達到理論與實踐教學的有機融合

理論學習是知識傳遞過程，實踐則是知識吸收過程。實踐環節教學能鞏固、加深學生對課堂上所學知識的理解，培養學生的實踐技能。集成電路工藝原理與實踐課程體系，將課程體系教學內容按層次分為半導體工藝原理、器件模擬與仿真和半導體工藝實踐三個主要部分。通過半導體工藝原理的學習，掌握材料器件的基本參數、性能和制備方法;通過器件模擬與仿真，了解各種制備方法、工藝參數和器件性能之間的關系;通過半導體工藝實踐，充分調動學生的學習積極性、主動性和創造性，從而有效地加深對理論知識的理解，鍛煉實際動手能力。通過理論和實踐的有機融合，可有效培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

2.實現教學的開放性

集成電路工藝原理與實踐課程體系，在理論教學方面，打破傳統課堂教學的局限性，充分利用現代多媒體技術，實現網絡教學。通過網絡教學系統，開展互動學習的教學模式。將傳統教學活動如批改作業、討論答疑和查閱資料等傳到網絡教學系統上;開發試題庫，建設合理的測試系統。在實踐教學方面，將部分實踐教學環節以錄像的形式上傳到網站上供學生學習、參考，部分實驗室實行全天候的開放，學生自主學習、管理。通過興趣小組、創新項目和開放性實驗等多種方式，形成團隊教師定期指導、高年級學生指導低年級學生的滾動機制，激發學生潛在的學習能力、創新意識，提高學生的學習興趣和實踐動手能力，為我校培養微電子技術領域高素質應用型人才奠定基礎。

三、結語

根據西安郵電大學2014年微電子科學與工程專業新一輪培養方案的定位及社會發展對半導體人才培養的客觀要求，本文提出集成電路工藝原理與實踐課程體系改革。本課程體系以半導體工藝原理、器件模擬與仿真和半導體工藝實踐為主線，對教學內容進行整合、修訂和完善，保證半導體人才培養的基本規格和質量要求。根據現有實驗環境、實驗設備和優勢資源，進行資源優化配置，完成微電子技術實驗教學中心的整體規劃布局。通過師資隊伍的建設、切實可行的實踐教學管理制度的制定，明確任課教師的職責，出臺實踐教學質量考核標準，加強實踐教學環節的時效性。通過上述諸要素的相互協調、配合，實現集成電路工藝原理與實踐課程體系“非加和性”的整體效應，促進微電子技術領域應用型人才培養質量和水平的提高。

[ 參 考 文 獻 ]

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[3] 別敦榮，易夢春.中國高等教育發展的現實與政策應對[J].清華大學教育研究，2014（1）：11-13.

[4] 王永利，史國棟，龔方紅.淺談工科大學生實踐創新能力培養體系的構建[J].中國高等教育，2010（19）：57-58.

第6篇：集成電路的基本原理范文

【關鍵詞】無刷直流電機；AT89S52單片機；LM621；控制系統

1.引言

傳統的無刷直流電動機控制系統一般由分立的模擬器件構成。模擬控制系統使用方便，價格便宜，應用廣泛。但是，模擬器件也有本質的缺陷：元器件特征參數受溫度影響；器件的老化：不便于維護、無法升級。隨著微處理器性能的不斷提高.以其為核心的數字控制系統正逐漸應用于無刷直流電動機的控制，并取得了非常好的效果。它終將取代模擬控制系統。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單片機上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。本文設計了以AT89S52單片機和無刷直流電機專用控制芯片LM621為核心的控制系統，實現對無刷直流電機的調速控制。

2.單片機控制電路設計

單片機系統模塊包括單片機芯片、單片機I/O口線擴展的獨立接口以及單片機的復位電路和晶振電路。

2.1 單片機的復位方式與復位電路

復位是單片機的初始化操作，除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作使系統處于死鎖狀態，為擺脫困境，也需要按復位鍵以重新啟動。AT89S52芯片的第9腳RESET是復位信號的輸入端，復位信號時高電平有效，有效時間應該持續2個機器周期以上，若使用頻率為12MHz的晶振，則復位信號持續時間應超過2us才能完成復位操作。

圖1 單片機時鐘電路內部方

圖2 單片機時鐘電路外部方式

2.2 單片機的時鐘電路

時鐘是時序的基礎，AT89S52片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產生時鐘，時鐘可以由兩種方式產生，即內部方式和外部方式，具體如圖1和圖2所示。

內部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時元件，內部反相放大器自激振蕩產生時鐘。時鐘發生器對振蕩脈沖2分頻，即若石英頻率f=12MHz，則時鐘頻率為6MHz。

外部方式：XTAL2可以不接，從XTAL1接入外部時鐘。

3.無刷直流電機控制專用集成電路設計

由于無刷直流電機需要不斷的換相，才能使電動機持續轉動下去。如果通過單片機來換相，而且單片機還要監視用戶界面，控制調速和轉向操作，這樣，單片機的負擔較重。但是使用專用集成電路可以大大減輕單片機工作，騰出時間進行通訊、檢測、故障診斷等其他工作。

用于無刷直流電動機的專用集成電路芯片有很多種，它們大多是針對有霍爾式位置傳感器的三相無刷直流電動機而設計的。它們多數具有換相功能、PWM調速功能，轉向控制功能、制動控制功能、電動機相數和工作方式選擇功能、保護功能、（如限流保護、欠壓保護、過熱保護等）。有些芯片還集成了驅動電路，可以方便地驅動小功率無刷直流電動機。本設計中使用的專用集成電路芯片是LM621。圖3所示是基于LM621芯片所設計的硬件電路圖。

圖3 LM621芯片集成電路

（1）LM621控制電路和驅動電路

LM621外接電路如圖3所示，其中5、6、7引腳接傳感器。電機驅動電路由6只開關速度快、損耗低、驅動功率小的MOSFET管構成，3只P溝道的MOSFET管V1，V3，V5構成上橋臂，低電平導通，3只N溝道的MOSFET管V2，V4，V6構成下橋臂，高電平導通。由于LM621芯片可以直接驅動MOSFET管，因此，可將其16、15、14引腳接至上橋臂V1、V3、V5的柵極，13、12、12引腳接至下橋臂V4、V6、V2的柵極。上橋臂MOSFET管型號為IRF9640，下橋臂MOSFET管型號為IRF630。由于LM621內部設計有自動換相電路，MOSFET全橋的控制變得非常簡單，可以完全由LM621自動完成，因此在設計單片機軟件時無需考慮換相問題。

（2）限流電路

與普通的直流電動機一樣，在無刷直流電動機啟動時，由于轉速較低，轉子磁通切割定子繞組所產生的反電動勢很小，可能產生過大的電流，因此，必須加限流電路，如圖6所示。主回路中流過無刷直流電動機三相定子繞組的電流最終通過電阻R接地，因此電阻上的壓降正比于電動機電流，當此電阻上的壓降大于比較器LM324的正端給定電位U時，比較器輸出低電平，從而使與非門74LS00輸出高電平，于是LM621封鎖輸出，起到限流保護作用。當壓降小于U時，限流電路不起任何作用。

4.單片機與LM621芯片控制集成電路的連接

電路連接說明：AT89S52單片機將PWM功能定向到P1.0引腳，通過與非門和LM621對電動機進行調速控制。另外，通過P1.1引腳來控制電動機的轉向。由于大部分控制工作交給了LM621完成，單片機只在調速和改變轉向時才進行干預，所以單片機可以有十分從足的時間做其他工作。

5.電機調速系統設計

5.1 電機的轉向控制

本設計是基于無刷直流電機專用控制芯片LM621設計的，LM621的2號引腳是轉向控制端，由施加的電平決定，因此設計思路是將單片機的P1.0口與LM621的2號引腳連接起來，然后編寫程序，通過對P1.0口施加高低電平，從而達到控制電機轉向的目的。

5.2 電機的調速設計

直流電機由于具有速度控制容易，啟動、制動性能良好，平滑調速范圍寬等特點，在冶金、機械制造、輕工等工業部門中得到廣泛應用。直流電動機的調速有改變電樞電壓U調速、改變電樞回路串接附加電阻R調速及改變主磁通Φ調速等三種方法。改變電樞回路串接附加電阻調速方法，調速電阻將消耗大量的電能，使電動機的效率下降，而且由于調速電阻不能連續變化，使得調速不平滑，難以實現無級調速。改變主磁通Φ調速方法，低速時受磁極飽和的限制，高速時受換向器結構強度及其換向火花的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態響應較差。所以這兩種調速方法用得較少。目前，大多數應用場合都使用改變電樞電壓U調速，隨著電力電子技術的進步，發展了許多新的電樞電壓控制方法，其中PWM（脈寬調制）是常用的一種調速方法。因此，本文提出利用單片機產生PWM信號的軟件實現方法。

LM621可以直接與外部PWM信號連接，因此可以直接通過編程生成所需要的PWM信號，從而達到調速的目的。

5.2.1 PWM基本原理

PWM基本原理是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變電機電樞的電壓，進而達到控制要求的一種調速方法。在脈寬調速系統中，按照一定的頻率來接通和斷開電源，并根據需要改變一個周期內“接通”和“斷開”的時間，通過改變電樞上平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速。PWM調制的原理如圖4所示。

圖4 PWM調制原理與輸入輸出波形圖

通過PWM來控制電機電壓時，電動機的電樞繞組兩端的平均電壓Uo為：

Uo=（t1Us+0）/（t1+t2）=t1Us/T=αUs

式中α為占空比，α=t1/T。t1開關器件導通的時間，T為脈寬調制PWM的周期。占空比α表示了在一個周期T中，開關管導通的時間與周期的比值即t1/T。α的變化范圍為0≤α≤1。當電源電壓US不變的情況下，電樞端電壓oU的平均值取決于占空比α的大小，改變α的值就可以改變端電壓的平均值。

5.2.2 PWM信號軟件實現方法

占空比是直流電機PWM調速的關鍵，對如何產生PWM信號有效控制開關管的導通與截止具有重要的意義。最近幾年來，隨著單片機技術的廣泛應用，使直流電機PWM調速裝置向集成化、小型化和智能化方向發展。目前利用單片機進行PWM控制，PWM信號的產生有兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。硬件方法的實現已有很多文章介紹，這里不做敘述，本文主要介紹通過軟件實現的方法。

軟件的基本思想：單片機的定時器工作方式選擇方式3，每200us產生一次溢出，溢出后，調用中斷子程序，判斷所設定的COUNTER是否小于等于設定的PWM值，如果小于等于PWM的值，P1.0口輸出高電平，否則輸出低電平，從而產生高低電平的脈沖，改變PWM的值，便可以改變脈沖的寬度，從而達到調速的目的。

6.結論

本設計在學習了無刷直流電機控制領域相關資料的基礎上，設計了以AT89S52單片，無刷直流電機控制專用芯片LM621為核心的無刷直流電機調速控制系統，控制系統的功率開關電路以IRF630和IRF9640構成的，電機使用的是三相無刷直流電機，其型號為42BLF01。經過多次調試，系統可以良好運行，但仍然存在一些不足之處：（1）硬件電路中的功率開關電路會產生大量的熱量，對硬件電路有很大的影響。（2）電機在運行時，有一點失步。（3）本設計中軟件部分還不夠完美，以上不足之處由于時間的原因，未能徹底解決，希望以后有時間能將這些不足之處一一解決，以便使本控制系統的運行更加穩定。

參考文獻

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第7篇：集成電路的基本原理范文

【關鍵詞】帶隙基準；曲率補償；高穩定性

1.引言

基準電路包括基準電壓源和基準電流源，在電路中提供電壓基準和電流基準，是模擬集成電路和混合集成電路中非常重要的模塊[1]。隨著集成電路規模的不斷增大，特別是芯片系統集成（SOC）技術[2]的提出，使基準電路被廣泛使用[3]的同時，也對其性能提出了更高的要求。

基準電壓源是指被用作電壓參考的高精確、高穩定度的電壓源，理想的基準電壓是一個與電源、溫度、負載變化無關的量[4]。基準電壓源是現代模擬電路極為重要的組成部分，它對高新模擬電子技術的應用與發展具有重要作用。在許多模擬電路中，如數模轉換器（DAC）、模數轉換器（ADC）、線性穩壓器和開關穩壓器中都需要高精度、高穩定度的電壓基準源。特別是在精密測量儀器儀表和現代數字通信系統中，經常把集成電壓基準源作為系統測量和校準的基準。鑒于此，國外許多模擬集成電路制造廠商相繼推出許多種類的高精度集成電壓基準產品。隨著電路系統結構的進一步復雜化，對模擬電路基本模塊提出了更高的精度和速度要求，這樣也就意味著系統對其中的基準電壓源模塊提出了更高的要求。

本論文在分析研究寬電壓源、高精度、低溫度系數集成電壓基準源的電路結構的基礎上，探索設計出一種輸出電壓為2.5V的最佳的電路結構，以實現電路寬電源電壓范圍（3V～36V）、低溫度漂移系數（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的設計指標。

2.寬電源電壓集成電壓基準源設計

2.1 傳統的帶隙基準源[5][6]

基準電壓源經歷了電阻分壓式基準電壓源、PN結基準電壓源、擊穿二極管基準電壓源、自偏置電路電壓源的發展。以上各種基準電壓源中，電阻或有源器件直接分壓形成的基準不能獨立于電源，精度非常低。

1971年，Robert Widlar提出了一種帶隙參考電壓源技術。該技術可得到一種不依賴電源并幾乎與溫度無關的獨立基準，可在低電源電壓下工作，并與標準CMOS工藝兼容這些優點使其獲得了廣泛的研究和應用，也是本次設計采用的技術。圖1是帶隙基準電源的基本原理圖。

利用熱電壓VT的正溫度系數與雙極型晶體管的基極-發射極電壓VBE的負溫度系數相互補償，以減小溫度漂移。其中VBE的溫度系數在室溫時大約-2mV/℃；而熱電壓VT=KT/q，其溫度系數在室溫下大約為+0.085mV/℃。將電壓VT乘以常數K以后與電壓VBE相加，便可得到輸出電壓VREF為：

即理論值K≈23.26，它使得帶隙基準電壓的溫度系數值在理論上為零。由于VT與電源電壓無關，而VBE受電源電壓變化的影響很小，故VREF受電源電壓的影響也很小。

帶隙基準電壓源經歷了從Widlar帶隙基準電壓源、Brokaw帶隙基準電壓源、傳統典型的帶隙基準電壓源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的帶隙基準電壓源、CMOS帶隙電壓基準源電路的發展，能夠輸出比較精確的電壓，但其電源電壓高，其基準輸出范圍及各項性能有限，故要得到高精度低漂移的寬電源電壓集成電壓基準源，就必須對以上電路在結構上進行改進和提高。

2.2 寬電源電壓集成電壓基準源的設計

圖2所示為帶隙基準電壓源電路基本結構框圖，它主要由五部分組成[7]：

1）帶隙電壓內部環路—主要功能是產生帶隙電壓。

2）運算放大器—使帶隙電壓內部環路中兩個需要具有相同電壓的點穩定在相同的電壓。

3）輸出級—用來產生最終的帶隙基準參考電壓和電流。

4）啟動電路—主要功能是確保電路在上電的時候能夠進入正常的工作狀態。

5）偏置電路—為運算放大器的工作提供偏置電流。

本文所涉電路采用6μm標準雙極型工藝實現，實現了一種基于曲率補償，具有高穩定性的帶隙基準電路。本文在分析比較各種基準電壓源性能的前提下，最終選擇了以基于PTAT（與絕對溫度成正比）改進的帶隙基準源電路作為設計的基礎，并對其原理進行了詳細的分析。為了進一步提高基準電壓源的性能，在深入研究溫度和電源電壓的變化對帶隙基準電路穩定性影響的基礎上，指出基極一發射極電壓與溫度的非線性關系是造成基準不穩定的主要原因，針對這種情況，采用了環路補償方法來進行高階溫度補償：利用環路補償電流（INL）的非線性特性去補償基射結電壓（VBE）的非線性。并且將補償電流（INL）和與絕對溫度成正比的電流（IPTAT）直接相加實現了很好的補償。不僅結構簡單還獲得了較好的溫度系數。另外，對所采用的運算放大器、啟動電路和溫度保護電路也進行了研究，并設計了優化合理的電路結構。分塊對帶隙基準核心電路、曲率補償電路、運算放大器電路、偏置電路、啟動電路進行設計并仿真。所設計的整體電路圖如圖3所示。

其中（a）為帶隙基準核心電路，（b）為運算放大器電路，（c）為曲率補償電路，（d）為偏置電路，（e）為啟動電路，（f）為輸出級。

3.仿真結果及分析

在Cadence設計平臺下的Spectre仿真器中基于6μm標準雙極型工藝模型對電路進行了仿真。得到電路的直流電壓特性曲線、溫度特性曲線、電源電壓抑制比曲線、負載調整率曲線、噪聲特性曲線、啟動時間曲線，如同4所示。

4.結論

本文通過對帶隙基準電壓源深入的理論研究，完成了全雙極性帶隙基準電壓源的設計，該基準電壓源基于雙極型工藝，通過Spectre驗證，溫度系數僅為6ppm/℃，并具有78?V/V的電源電壓調整率以及高達78dB的交流PSRR，高精度，低噪聲和驅動能力強等特性。其中各項設計指標完全達到預期要求，具有一定的優點和實用價值。

參考文獻

[1]孟波，鄒雪城，孟超.一種高性能CMOS基準電壓源電路設計[J].微電子學與計算機，2003（8）：161-162.

[2]孫順根，吳曉波，王旃等.一種高精度CMOS能隙基準電壓源[J].微電子學，2003，33（2）：157-159.

[3]彭增發，黃晟，毛友德等.一種新型的高噪聲抑制比及高溫度穩定性的基準電壓產生器[J].微電子技術，2003，33 （3）：51-55.

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[5]Philip E.Alen Douglas R.Holberg.CMOS Analog Circuit Design[M].Publishing House of Electronics In dustry，2005.

第8篇：集成電路的基本原理范文

教學內容安排在教學內容的選擇上注重教學的延續性，以少、精、寬、新為原則。大幅度地削減小規模集成電路的內容，增加對中規模集成電路（MSI）和大規模集成電路（LSI）的講解。對于中規模集成電路和大規模集成電路，其內部電路一般不作為重點，著重其外部功能及應用，集中精力對基礎知識、基本原理和重點內容精心組織、精心講授。引導學生建立系統的知識結構。從能力培養著眼，精講多練，注重講、練結合，加強綜合訓練，在授課的過程中除了講解課程一般知識外，還要注重內容的廣度。盡量多地教給學生如何理解、分析、歸納、總結問題，避免死記硬背、機械地理解問題。引導學生學會舉一反三，掌握學習方法，培養自學能力乃至創新能力，注重理論知識和電路實際應用技能緊密結合，將電子技術新技術、新器件及時地納入課程教學內容中，以適應電子技術發展需要。

實踐環節的教學改革

實踐教學內容的改革旨在提高學生的實際操作動手能力和技術應用能力。以能力培養為導向，制定本課程實踐教學環節，提高實踐環節比重，實驗課程占總課程學時由原來的20.8%改為38.1%。

1.實驗項目綜合化實驗項目內容在安排上圍繞課程主線進行，[2]使理論課和實驗課成為有機的整體，減少驗證性實驗項目，增加設計性綜合性實驗項目，加強實物制作類實驗項目，同時改革傳統實驗考核方式，更加注重對實踐技能的實施過程的考核，其目的要求如表1所示。單次實驗成績有兩部分構成：電路設計、電路搭接、測試等實驗操作成績，占總成績的60％；實驗報告成績，根據實驗報告評定，占總成績的40％。

2.課程設計實物化題目有針對性且行之有效，體現整個課程設計的完整性和先進性，強化工程綜合應用意識。“電子技術課程設計”旨在使學生進行一次較全面的綜合設計練習，[3]掌握電子電路設計、制作、調試的全過程，全面提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，為將來走上工作崗位打下良好基礎。課程設計做到一人一題，且在學期開始就告知學生題目及指標要求等，使學生在明確目的及要求的情況下有充足的時間進行方案選擇、電路設計、制作、調試等過程，體現柔性管理。

3.把提交專業作品列入課程要求依據電子信息工程專業人才培養模式改革，對于骨干專業課，要求學生在當學期完成1～2個專業綜合作品。“數字電子技術”作為本專業的一門實踐性很強的專業基礎課，在當學期由教師擬定或學生自行提出實踐項目（元器件數量介于20個至50個之間），要求學生獨立完成電路的設計、元器件選擇、電路制板、元器件安裝、電路焊接及調試等過程，并達到規定指標。同時提交一份不少于2000字的設計報告，對電路原理、調試技術進行闡述，并重點對電路調試過程中出現的問題進行分析，提出一些優化方案。

課程考核方式改革

課程考核采取理論考核60%+實踐考核40%相結合的方式。理論考核重點考核本課程的基本概念、基本知識、基本技能和知識應用能力，采用閉卷考試方式。實踐考核包括平時實驗成績和期末實驗考試兩部分，比例為平時實驗成績占60%，期末實驗成績占40%，平時實驗成績中驗證性實驗占15%、設計性實驗占45%、綜合性實驗占40%，依據實驗操作和實驗報告評定；期末考試項目并不是教師重新出題，而是學生做過的實驗項目中的設計性或綜合性實驗，由學生抽簽決定，要求學生在有限的時間內獨立完成電路設計、元器件安裝、調試等過程，由教師依據參數測試結果評定成績。

教學模式與方法改革

為激發學生的學習熱情，有效地組織課堂教學，課程組教師一直探索研究“數字電子技術”課程教學模式，形成了互動式、啟發式等多種教學方法，以及板書+多媒體+網絡相結合的雙主互動的教學模式。重點實施“以問題為綱”的教學方法。

1.精心設計課堂教學模式，課堂教學“高思辨、高互動”，形成互動式、啟發式教學高思辨是課堂教學過程中層層推理、循序漸進，適當設置懸念與疑問，并留給學生一定創新思維的空間。如講到數字集成電路芯片時，對于內部結構作簡化處理，重點在外部特性及功能上，由功能示意圖、功能表到應用舉例逐步進行，層層深入，在講解完一個類型的舉例后，適當增加輔助功能、設置懸念的問題，并留下作為思考，鍛煉學生邏輯思維能力。高互動是課堂教學過程中，精心設計各種學生活動，大小結合，難易適度，師生對話與學生討論相結合，能夠體現學生為學習主體、以學生發展為本的教學思想。例如給出小型數字系統設計電路，由學生修改部分電路并更換部分元器件，并當堂講解更換方案，學生學習積極性明顯提高。

2.實施“以問題為綱”教學方法“以問題為綱”教學方法，即引導學生提出假設、提出問題、分析問題、解決問題，引導學生理解知識產生、發展的過程，即從實際生產和職場第一線中提出問題，結合教學內容進行分析問題、解決問題，并進行提升和推延，從而發現新的問題，再引入新問題的探討，即把每一次講授均變成一次創造研究的嘗試和訓練。此種方式在“數字電子技術”課程教學中的實踐效果非常好。例如在講解集成邏輯器件計數器及應用時，講完計數器的概念就讓學生舉例生活中所見哪些是計數器，講完計數器的功能時就提問日常生活中的數字時鐘跟計數器有何聯系，并逐層分析24小時60分60秒計數的功能如何用計數器實現。學生很快理解并能夠靈活地在其他場合應用運用計數器了，效果很好。

3.板書+多媒體+網絡相結合充分利用現代教育技術手段，可在同樣的時間內講授更多的教學內容，又可使一些抽象、難懂的內容變得形象生動，從而提高學生的學習興趣的學習主動性，顯著改善教學效果。同時利用網絡教學，學生可獲得關于該課程的各種信息，實現網上學習、網上答疑、網上作業、網上測評等。網絡有機地結合板書教學，以揚長避短，獲得最佳教學效果。

教學效果

第9篇：集成電路的基本原理范文

關鍵詞：FPGA；DDS；頻率步進信號源

中圖分類號：TN74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0147-01

1 引言

隨著數字信號理論和超大規模集成電路的發展，在頻率合成領域出現直接數字頻率合成（DDS）技g，DDS技術是一種全數字化的波形發生技術，其頻率分辨率高、調頻時間短、頻率穩定度高。目前的專用集成DDS芯片頻率單片可達1GHz，在各種信號源系統中得到了廣泛的應用。

現場可編程門陣列（FPGA）是近年來發展迅速的大規模、高密度的可編程邏輯器件。FPGA具有高度的靈活性，長生命周期性，可反復編程修改等特點，從而使其在通信、數據處理、網絡、工業控制、軍事和航空航天領域中得到迅速普及和廣泛應用。

2 基本原理

利用FPGA完成對DDS芯片的時序配置和工作控制，通過DDS芯片AD9854實現對步進信號源的設計，利用LCD1602直接顯示出調制波形的工作參數信息。

2.1 基于DDS芯片AD9854的介紹

AD9854數字合成器是CMOS型DDS單片集成電路，采用了先進的DDS技術，該芯片具有極高的工作頻率、方便靈活的外部接口、多種信號輸出形式等特點。AD9854的結構如圖1所示。它的主要原理為：片內整合了兩路高速、高性能的正交D/A轉換器和高速比較器，可以實現數字合成的正交I路和Q路輸出。在高穩定度時鐘的驅動下，AD9854將產生一個高穩定的頻率、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號，作為振蕩器用于通信、雷達等領域。

2.2 頻率參數計算

當時鐘信號f到來時，相位累加器對頻率控制字FTW進行線性累加，從累加得到的相位碼中取n位有效位對波形存儲器進行尋址，輸出相應的幅度碼，再經過DAC得到階梯波，最后通過低通濾波器LPF得到所需的連續變化的信號波形。系統時鐘頻率f、輸出信號頻率F和頻率控制字 FTW的關系為

FTW=F*2N/f

式中： FTW（頻率控制字）是一個定義數字，N為相位累加器的資源。

3 基本構成

DDS擴展模塊板主要由一片2路模擬輸出的AD9854DDS芯片，以及兩片AD8009高速運算放大器組成，可以滿足對于高速信號產生的要求，借助FPGA核心模塊板，通過模式控制和頻率字控制實時產生點頻、掃頻、ASK、FSK等各種形式的模擬信號信號。

4 性能測試

對整個10-50MHz工作帶寬內進行多個頻點的輸出測試，結果如圖2所示。