導(dǎo)語：如何才能寫好一篇集成電路設(shè)計(jì)的方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：模擬集成電路；基于方程的優(yōu)化方法；基于仿真的優(yōu)化方法；誤差增量模型

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

模擬集成電路設(shè)計(jì)通常分為三個(gè)步驟[1-3]：首先根據(jù)電路性能要求選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后設(shè)計(jì)電路參數(shù)，最后設(shè)計(jì)版圖并驗(yàn)證。而最為重要的是前兩步。在選好一個(gè)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，如何完成電路的參數(shù)設(shè)計(jì)，即根據(jù)預(yù)期的電路性能參數(shù)來確定電路中器件尺寸、電阻、電容等參數(shù)的取值非常重要。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法首先根據(jù)電路設(shè)計(jì)指標(biāo)列出方程，從方程中計(jì)算尺寸并進(jìn)行仿真。如果所得結(jié)果不符合要求，則需更改方程得到新的器件尺寸繼續(xù)調(diào)試，不斷重復(fù)直至符合電路要求。這一過程繁瑣、冗長且難以保證結(jié)果，是模擬電路設(shè)計(jì)效率難以提高的主要原因。

目前，電路領(lǐng)域提高電路設(shè)計(jì)效率的方法主要是基于優(yōu)化的方法?；趦?yōu)化的方法是將電路性能指標(biāo)作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，利用函數(shù)優(yōu)化的方法來完成電路設(shè)計(jì)。一般優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有兩種，即基于方程的優(yōu)化和基于仿真的優(yōu)化?；诜匠痰膬?yōu)化中目標(biāo)函數(shù)由解析公式計(jì)算而得，雖然優(yōu)化速度快但精度低?；诜抡娴膬?yōu)化中目標(biāo)函數(shù)通過電路仿真獲得，雖然精度高，但計(jì)算量大，優(yōu)化速度慢。

如何獲得精度與基于仿真方法相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確解，又使計(jì)算量不致過大，是近年來電路優(yōu)化研究領(lǐng)域備受關(guān)注的課題。人們雖采用多種方法嘗試，但最常見的是先構(gòu)造電路性能指標(biāo)的宏模型，再進(jìn)行優(yōu)化。宏模型的計(jì)算相當(dāng)于一個(gè)解析式的計(jì)算，因此可較快完成，只要宏模型構(gòu)造得當(dāng)，精度可達(dá)到與仿真接近的程度。需要研究的主要問題是宏模型的形式，如簡單多項(xiàng)式、統(tǒng)計(jì)回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯、SVM等，及宏模型的構(gòu)造算法。

本文采取的方法是一種基于方程與誤差增量模型的混合優(yōu)化方法，可大幅減少仿真器的調(diào)用次數(shù)，降低計(jì)算成本，同時(shí)又具備與基于仿真方法幾乎相同的精度。方法的主要思想是以基于方程的優(yōu)化結(jié)果作為出發(fā)點(diǎn)，通過構(gòu)造電路性能準(zhǔn)確值與解析近似之間的差值增量模型，求解一系列誤差不斷減小的近似優(yōu)化問題，通過迭代逐步獲得問題的準(zhǔn)確解；每一次迭代在上一次優(yōu)化解附近構(gòu)造新的差值增量模型再調(diào)用優(yōu)化算法，相當(dāng)于采用基于方程的方法求解，因此速度很快；電路仿真只在構(gòu)建誤差增量模型時(shí)需要，而一次迭代解附近的誤差增量模型一般用二次多項(xiàng)式近似即可，因此所需仿真次數(shù)不多。整體上可達(dá)到既減少仿真次數(shù)，又不影響精度的目的。我們稱這種方法為基于誤差增量模型的優(yōu)化方法。

1 基于誤差增量模型的優(yōu)化

電路性能指標(biāo)的解析表達(dá)雖然存在誤差，但大致反映了性能隨設(shè)計(jì)變量的變化情況。將其準(zhǔn)確值表達(dá)為：

f（x）=fa（x）+fd（x） （1）

其中，fa（x）是性能的近似解析表達(dá)，fd（x）=f（x）-fa（x）是誤差增量。基于這一表達(dá)，本文提出的基于方程與基于仿真的混合優(yōu)化方法如下：

（1）用基于方程的方法進(jìn)行一次初始優(yōu)化，即求解：

（2）

獲得一個(gè)近似最優(yōu)解x0作為初始點(diǎn)；

（2）在點(diǎn)xk附近構(gòu)造電路性能準(zhǔn)確值與解析近似之間的誤差增量模型，包括目標(biāo)函數(shù)：

（3）

與約束函數(shù)：

（4）

由于只需在一點(diǎn)附近的增量誤差近似，因此通常用二次插值即可構(gòu)造這一模型[4]。

（3）求出如下題的最優(yōu)解：

（5）

這一步的優(yōu)化目標(biāo)與約束函數(shù)均是解析計(jì)算，因此可以很快完成。

（4）重復(fù)步驟（2）、（3），直至該過程收斂。

這種混合優(yōu)化方法的基本思想從基于方程的近似最優(yōu)解出發(fā)，通過迭代逐步消除誤差，與一般非線性問題的迭代求解類似。該方法的特點(diǎn)在于充分利用了電路的性能解析表達(dá)式。解析表達(dá)雖有誤差，但包含了目標(biāo)與約束函數(shù)的基本特性，反映了函數(shù)變化的總體趨勢，降低了每次迭代時(shí)誤差增量函數(shù)的復(fù)雜性，可用較簡單的函數(shù)形式近似，也有利于設(shè)計(jì)者更好地理解優(yōu)化過程。該方法既改善了電路性能解析表達(dá)式精度不高的問題，又可大幅減少仿真器調(diào)用次數(shù)，提高優(yōu)化效率。

2 兩級(jí)運(yùn)放設(shè)計(jì)實(shí)例

以一個(gè)帶米勒補(bǔ)償?shù)膬杉?jí)運(yùn)放為例，說明利用該方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。電路采用TSMC 0.35 μm工藝，其中CL=3 pF，VDD=2.5 V，VSS=-2.5 V，電路要求的性能指標(biāo)見表3所列，考慮到的性能指標(biāo)有功耗（Power），單位增益（Av），單位增益帶寬（UGB），擺率（SR）以及相位裕度（PM）。CMOS兩級(jí)運(yùn)算放大器電路如圖1所示。兩級(jí)運(yùn)放性能指標(biāo)見表1。

圖1 CMOS兩級(jí)運(yùn)算放大器電路

表1 兩級(jí)運(yùn)放性能指標(biāo)

性能

指標(biāo) Av PM UGB Power SR Area

設(shè)計(jì)

要求 >70 dB >65° >10 MHz 10 V/μs

對(duì)該電路，性能的近似表達(dá)式為[5-8]：

SR=I5/Cc

Power=（VDD-VSS）?（I5+I7+IBias）

AV=gM1?gM6/（（gds1+gds3）?（gds6+gds7）） （6）

Area=2?W1?L1+2?W3?L3+W5?L5+W6?L6+W7?L7+W8?L8

UGB=ωc/2π

PM=180°-tan-1（ωc/p1）-tan-1（ωc/p2）-tan-1（ωc/z1）

f3db=p1/2π

Ω玫緶方行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用Matlab工具箱中的約束優(yōu)化工具fmincon，將功耗作為目標(biāo)函數(shù)，表1中的其他性能指標(biāo)作為約束條件，做基于方程的優(yōu)化。為保證電路正常工作，需要對(duì)電路中的晶體管添加約束。對(duì)于NMOS管，有：

Vds≥Vgs-VT>0 （7）

對(duì)于PMOS管：

-Vds>VT-Vgs>0 （8）

除此之外晶體管需滿足工藝庫對(duì)器件尺寸的要求：

Wi≥1 μm， i=1，2，…，8

Wi≤195 μm， i=1，2，…，8

之后，利用誤差增量模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并以一次基于仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為比較。基于方程的優(yōu)化設(shè)計(jì)見表2所列，方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化設(shè)計(jì)見表3所列，基于仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)見表4所列。

表2 基于方程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 9.66 MHz W1 2.94

Power 0.40 mW W3 5.30

PM 63.32° W5 5.52

Av 72.58 dB W6 66.79

SR 10.00 V/μs W7 46.59

Area 146.40 μm2 W8 6.06

表3 方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化設(shè)計(jì)

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.81

Power 0.43 mW W3 8.73

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 131.28

SR 10.00 V/μs W7 57.12

Area 223.10 μm2 W8 6.06

表4 基于仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.80

Power 0.44 mW W3 8.84

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 132.73

SR 10.00 V/μs W7 57.14

Area 224.78 μm2 W8 6.06

可見，利用基于仿真和方程的混合優(yōu)化方法可以得到和完全基于仿真方法相近的結(jié)果。且通過表5可以看出，混合優(yōu)化方法減少了仿真器的調(diào)用次數(shù)，提高了優(yōu)化效率。

表5 混合設(shè)計(jì)和基于仿真設(shè)計(jì)的F-count比較

混合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 基于仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

F-count 136 335

3 結(jié) 語

本文提出了一種基于方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化方法，即通過對(duì)性能誤差建立二階模型來建立新的性能方程。再采用Matlab的優(yōu)化工具箱進(jìn)行基于方程的優(yōu)化。本文通過運(yùn)算放大電路優(yōu)化實(shí)例來驗(yàn)證該方法的有效性，且相較于基于仿真的優(yōu)化方法減少了調(diào)用Hspice的次數(shù)，節(jié)約了時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞 模擬集成電路設(shè)計(jì)；理論與實(shí)踐相結(jié)合；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2013）30-0095-02

集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)課程體系是各高等院校電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)等工科專業(yè)核心專業(yè)課程設(shè)置的重要組成部分，為大學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握集成電路設(shè)計(jì)的基本原理、分析方法、仿真方式等打下基礎(chǔ)。大多數(shù)理工科高校對(duì)電子類專業(yè)開設(shè)模擬集成電路設(shè)計(jì)和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)。對(duì)于模擬和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，如果要深入到晶體管級(jí)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，那都必須進(jìn)行原理的深入學(xué)習(xí)。而在現(xiàn)實(shí)工作中，數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)主要是通過運(yùn)用高級(jí)硬件電路描述語言基于門級(jí)對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，晶體管級(jí)的原理分析只是理論基礎(chǔ)。模擬集成電路設(shè)計(jì)則必須完全深入晶體管級(jí)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，所以模擬集成電路設(shè)計(jì)更加繁瑣和復(fù)雜，對(duì)理論分析的要求也更高。

本文通過筆者多年來在模擬集成電路設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐教學(xué)中積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)心得，對(duì)如何在繁瑣和復(fù)雜的教學(xué)中使學(xué)生更好地掌握知識(shí)體系進(jìn)行探討。

1 教材的選擇

1.1 國外經(jīng)典教材的參考

集成電路的設(shè)計(jì)國外特別是美國要領(lǐng)先中國幾十年的技術(shù)水平，如絕大多數(shù)高精尖端的芯片都是被INTEL、AMD、TI、ADI這樣的跨國巨頭所壟斷，在教學(xué)知識(shí)體系方面自然是美國的高校如斯坦福、加州大學(xué)等要比國內(nèi)高校更加系統(tǒng)和完善。美國出版的多本教材更是被奉為集成電路設(shè)計(jì)的圣經(jīng)，如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》、艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》等。但是即使是被奉為圣經(jīng)的教材，雖然經(jīng)典，也有其局限性。如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》對(duì)電路的理論分析非常透徹且深入淺出，卻缺乏相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其理論分析；而艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》雖有部分仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其理論分析，但其理論分析又不如拉扎維的教材那么透徹和深入淺出。

1.2 國內(nèi)教材的選擇

國內(nèi)的高校雖然較國外高校而言在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域起步要晚，差距也很大，但是在近些年國家政策的大力扶持下，已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。國內(nèi)也有了幾本模擬集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)講解得比較透徹的教材，比如：清華大學(xué)王自強(qiáng)編著的《CMOS集成放大器設(shè)計(jì)》就從簡單知識(shí)入手，講解淺顯易懂；東南大學(xué)吳建輝編著的《CMOS模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)》分析比較透徹，講解自成體系。但是國內(nèi)出版的教材也都缺乏相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其理論分析。

針對(duì)國內(nèi)學(xué)生在集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)領(lǐng)域基礎(chǔ)比較差的現(xiàn)狀，可以選擇國內(nèi)講解得比較簡單淺顯的教材為主線，并以國外經(jīng)典教材為參考。

2 教學(xué)方法的改進(jìn)

模擬集成電路設(shè)計(jì)作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，比某些專業(yè)基礎(chǔ)課程如電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等要難度更大，也更為繁瑣和復(fù)雜。如果按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行講解，或者說僅僅是按照教材進(jìn)行理論分析和推導(dǎo)，那么學(xué)生很難對(duì)這門知識(shí)深入理解和掌握。因此，在教學(xué)理論知識(shí)的過程中，穿教材中沒有的、可以驗(yàn)證其相應(yīng)理論的仿真實(shí)驗(yàn)，這樣能夠更好地使學(xué)生理解和掌握理論知識(shí)。

2.1 以HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)為輔助

SPICE是一種可以用于電路仿真的工具，大家所熟知的有PSPICE，它是一種可以適用于分立原件的電路仿真工具，而HSPICE是在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)I(yè)使用的高精度的仿真工具。專業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)公司和研究所都是使用UNIX或LINUX環(huán)境下的大型專業(yè)工具軟件進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)仿真，而筆者所在高校因?yàn)樵诖祟I(lǐng)域起步較晚，專業(yè)開設(shè)也較晚，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室也并不具備，所以并不具備很好的實(shí)驗(yàn)條件來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)。因?yàn)镠SPICE具有可以在Windows環(huán)境下方便使用的小型版本的軟件，所以可以很方便地用在課堂教學(xué)中。

2.2 理論與實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)

在繁瑣復(fù)雜理論分析和推導(dǎo)的過程中，不斷地穿HSPICE仿真，來驗(yàn)證理論分析和推導(dǎo)的結(jié)果，可以讓學(xué)生顯著加深對(duì)理論的理解和掌握。HSPICE仿真部分的內(nèi)容是清華、復(fù)旦、東南大學(xué)等高校教師出版的教材里面都沒有詳細(xì)講解的內(nèi)容，也是他們課堂理論講解過程中不會(huì)涉及到的知識(shí)。而在筆者所在高校以HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)為輔助，結(jié)合理論教學(xué)后，取得了積極顯著的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和課程考試成績都得到了大幅度的提升。以2008級(jí)到2010級(jí)電子類專業(yè)的學(xué)生為例，模擬集成電路設(shè)計(jì)課程考試得優(yōu)率從22%提升到了43%以上，學(xué)生對(duì)此教學(xué)方法也是高度認(rèn)同。

3 結(jié)束語

在我國大力實(shí)行人才戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)的大環(huán)境下，筆者所在高校也響應(yīng)國家號(hào)召，加強(qiáng)本科生培養(yǎng)，實(shí)施卓越工程教育，取得積極可喜的成績。國家在近些年大力支持集成電路設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)在此領(lǐng)域也有了長足進(jìn)步，但也更加需要更多的專業(yè)人才來滿足市場需求。在此背景下，本文積極探索和提高模擬集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)方法，取得長足的進(jìn)步和發(fā)展，也得到學(xué)生的高度認(rèn)同。筆者希望自己的經(jīng)驗(yàn)和方法可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；版圖；CMOS

作者簡介：毛劍波（1970-），男，江蘇句容人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，副教授；汪濤（1981-），男，河南商城人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，講師。（安徽?合肥?230009）

基金項(xiàng)目：本文系安徽省高校教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20100115）、省級(jí)特色專業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20100062）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）23-0052-02

集成電路（Integrated Circuit）產(chǎn)業(yè)是典型的知識(shí)密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對(duì)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計(jì)、芯片制造和封測三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國際先進(jìn)水平相比，我國集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強(qiáng)、應(yīng)用開發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于計(jì)算機(jī)與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計(jì)人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個(gè)亟待解決的問題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[1-4]

一、集成電路版圖設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)

為了滿足新形勢下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保?005年起借助于大學(xué)計(jì)劃，和美國Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實(shí)驗(yàn)室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設(shè)計(jì)系統(tǒng)等EDA軟件。我校相繼開設(shè)了與集成電路設(shè)計(jì)密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、ASIC設(shè)計(jì)方法、硬件描述語言等。同時(shí)對(duì)課程體系進(jìn)行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，通過對(duì)課程內(nèi)容的精選、重組和充實(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)過程。[5，6]

集成電路設(shè)計(jì)從實(shí)現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計(jì)。全定制集成電路設(shè)計(jì)，特別是其后端的版圖設(shè)計(jì)，涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點(diǎn)方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。

在集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)開發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)（Zeni EDA System），這是中國唯一的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級(jí)的集成電路設(shè)計(jì)規(guī)模，可進(jìn)行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗(yàn)證等已經(jīng)與國際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計(jì)公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了強(qiáng)大的功能，并成功開發(fā)出了許多實(shí)用的集成電路芯片。

九天EDA軟件系統(tǒng)包括ZeniDM（Design Management）設(shè)計(jì)管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗(yàn)證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設(shè)計(jì)規(guī)則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數(shù)提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信號(hào)完整性分析工具等幾個(gè)主要模塊，實(shí)現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。

二、集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點(diǎn)，在本科生三年級(jí)下半學(xué)期開設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計(jì)課程。

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關(guān)鍵詞：IP技術(shù) 模擬集成電路 流程

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模擬集成電路設(shè)計(jì)的意義

當(dāng)前以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)突飛猛進(jìn)。以信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平為主要特征的綜合國力競爭日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當(dāng)今信息時(shí)代的核心技術(shù)產(chǎn)品，其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)以及人類日常生活的重要性已經(jīng)不言

而喻。

集成電路技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了若干發(fā)展階段。20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來的屬小規(guī)模集成電路（SSI），集成度僅100個(gè)元件；60年展的是中規(guī)模集成電路（MSI），集成度為1000個(gè)元件；70年代又發(fā)展了大規(guī)模集成電路，集成度大于1000個(gè)元件；70年代末進(jìn)一步發(fā)展了超大規(guī)模集成電路（LSI），集成度在105個(gè)元件；80年代更進(jìn)一步發(fā)展了特大規(guī)模集成電路，集成度比VLSI又提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到106個(gè)元件以上。這些飛躍主要集中在數(shù)字領(lǐng)域。

（1）自然界信號(hào)的處理：自然界的產(chǎn)生的信號(hào)，至少在宏觀上是模擬量。高品質(zhì)麥克風(fēng)接收樂隊(duì)聲音時(shí)輸出電壓幅值從幾微伏變化到幾百微伏。視頻照相機(jī)中的光電池的電流低達(dá)每毫秒幾個(gè)電子。地震儀傳感器產(chǎn)生的輸出電壓的范圍從地球微小振動(dòng)時(shí)的幾微伏到強(qiáng)烈地震時(shí)的幾百毫伏。由于所有這些信號(hào)都必須在數(shù)字領(lǐng)域進(jìn)行多方面的處理，所以我們看到，每個(gè)這樣的系統(tǒng)都要包含一個(gè)模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD，C）。

（2）數(shù)字通信：由于不同系統(tǒng)產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)往往要傳輸很長的距離。一個(gè)高速的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流在通過一個(gè)很長的電纜后，信號(hào)會(huì)衰減和失真，為了改善通信質(zhì)量，系統(tǒng)可以輸入多電平信號(hào)，而不是二進(jìn)制信號(hào)?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛采用多電平信號(hào)，這樣，在發(fā)射器中需要數(shù)一模轉(zhuǎn)換器（DAC）把組合的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)，而在接收器中需要使用模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以確定所傳輸?shù)碾娖健?/p>

（3）磁盤驅(qū)動(dòng)電子學(xué)計(jì)算機(jī)硬盤中的數(shù)據(jù)采用磁性原理以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)被磁頭讀取并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，為了進(jìn)一步的處理，信號(hào)需要被放大、濾波和數(shù)字化。

（4）無線接收器：射頻接收器的天線接收到的信號(hào)，其幅度只有幾微伏，而中心頻率達(dá)到幾GHz。此外，信號(hào)伴隨很大的干擾，因此接收器在放大低電平信號(hào)時(shí)必須具有極小噪聲、工作在高頻并能抑制大的有害分量。這些都對(duì)模擬設(shè)計(jì)有很大的挑戰(zhàn)性。

（5）傳感器：機(jī)械的、電的和光學(xué)的傳感器在我們的生活中起著重要的作用。例如，視頻照相機(jī)裝有一個(gè)光敏二極管陣列，以將像點(diǎn)轉(zhuǎn)換為電流；超聲系統(tǒng)使用聲音傳感器產(chǎn)生一個(gè)與超聲波形幅度成一定比例的電壓。放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換在這些應(yīng)用中都是基本的功能。

（6）微處理器和存儲(chǔ)器：大量模擬電路設(shè)計(jì)專家參與了現(xiàn)代的微處理器和存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。許多涉及到大規(guī)模芯片內(nèi)部或不同芯片之間的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的分布和時(shí)序的問題要求將高速信號(hào)作為模擬波形處理。而且芯片上信號(hào)間和電源間互連中的非理想性以及封裝寄生參數(shù)要求對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)有一個(gè)完整的理解。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器廣泛使用的高速/讀出放大器0也不可避免地要涉及到許多模擬技術(shù)。因此人們經(jīng)常說高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)際上是模擬電路的

設(shè)計(jì)。

2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概念

在集成電路工藝發(fā)展和市場需求的推動(dòng)下，系統(tǒng)芯片SOC和IP技術(shù)越來越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展和集成度的迅速提高，集成電路芯片的設(shè)計(jì)工作越來越復(fù)雜，因而急需在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具這兩方面有一個(gè)大的變革，這就是人們經(jīng)常談?wù)摰脑O(shè)計(jì)革命。各種計(jì)算機(jī)輔助工具及設(shè)計(jì)方法學(xué)的誕生正是為了適應(yīng)這樣的要求。

一方面，面市時(shí)間的壓力和新的工藝技術(shù)的發(fā)展允許更高的集成度，使得設(shè)計(jì)向更高的抽象層次發(fā)展，只有這樣才能解決設(shè)計(jì)復(fù)雜度越來越高的問題。數(shù)字集成電路的發(fā)展證明了這一點(diǎn)：它很快的從基于單元的設(shè)計(jì)發(fā)展到基于模塊、IP和IP復(fù)用的

設(shè)計(jì)。

另一方面，工藝尺寸的縮短使得設(shè)計(jì)向相反的方向發(fā)展：由于物理效應(yīng)對(duì)電路的影響越來越大，這就要求在設(shè)計(jì)中考慮更低層次的細(xì)節(jié)問題。器件數(shù)目的增多、信號(hào)完整性、電子遷移和功耗分析等問題的出現(xiàn)使得設(shè)計(jì)日益復(fù)雜。

3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程

3.1 模擬集成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境

集成電路的設(shè)計(jì)由于必須通過計(jì)算機(jī)輔助完成整個(gè)過程，所以對(duì)軟件和硬件配置都有較高的要求。

（1）模擬集成電路設(shè)計(jì)EDA工具種類及其舉例

設(shè)計(jì)資料庫―Cadence Design Framework11

電路編輯軟件―Text editor/Schematic editor

電路模擬軟件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版圖編輯軟件―Cadence virtuoso，Laker

物理驗(yàn)證軟件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系統(tǒng)環(huán)境

工作站環(huán)境；Unix-Based作業(yè)系統(tǒng)；由于EDA軟件的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的保存需要穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)環(huán)境，所以集成電路的設(shè)計(jì)通常采用Unix-Based的作業(yè)系統(tǒng)，如圖1所示的工作站系統(tǒng)?，F(xiàn)在的集成電路設(shè)計(jì)都是團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成的，甚至工程師們在不同的地點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作設(shè)計(jì)。EDA軟件、工作站系統(tǒng)的資源合理配置和數(shù)據(jù)庫的有效管理將是集成電路設(shè)計(jì)得以完成的重要保障。

3.2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概述

根據(jù)處理信號(hào)類型的不同，集成電路一般可以分為數(shù)字電路、模擬電路和數(shù)?；旌霞呻娐?，它們的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程是不同的，在這部分和以后的章節(jié)中我們將著重講述模擬集成電路的設(shè)計(jì)方法和流程。模擬集成電路設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的過程，它通過電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，與電路分析剛好相反。電路的分析是一個(gè)由電路作為起點(diǎn)去發(fā)現(xiàn)其特性的過程。電路的綜合或者設(shè)計(jì)則是從一套期望的性能參數(shù)開始去尋找一個(gè)令人滿意的電路，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)問題，解決方案可能不是唯一的，這樣就給予了設(shè)計(jì)者去創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。

模擬集成電路設(shè)計(jì)包括若干個(gè)階段，設(shè)計(jì)模擬集成電路一般的過程。

（l）系統(tǒng)規(guī)格定義；（2）電路設(shè)計(jì)；（3）電路模擬；（4）版圖實(shí)現(xiàn)；（5）物理驗(yàn)證；（6）參數(shù)提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測試。

除了制造階段外，設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)其余各階段負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)流程從一個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思開始，明確設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。為了確認(rèn)設(shè)計(jì)的正確性，設(shè)計(jì)師要應(yīng)用模擬方法評(píng)估電路的性能。

這時(shí)可能要根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)電路作進(jìn)一步改進(jìn)，反復(fù)進(jìn)行綜合和模擬。一旦電路性能的模擬結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)要求就進(jìn)行另一個(gè)主要設(shè)計(jì)工作―電路的幾何描述（版圖設(shè)計(jì)）。版圖完成并經(jīng)過物理驗(yàn)證后需要將布局、布線形成的寄生效應(yīng)考慮進(jìn)去再次進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。如果模擬結(jié)果也滿足設(shè)計(jì)要求就可以進(jìn)行制造了。

3.3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程分述

（1）系統(tǒng)規(guī)格定義

這個(gè)階段系統(tǒng)工程師把整個(gè)系統(tǒng)和其子系統(tǒng)看成是一個(gè)個(gè)只有輸入輸出關(guān)系的/黑盒子，不僅要對(duì)其中每一個(gè)進(jìn)行功能定義，而且還要提出時(shí)序、功耗、面積、信噪比等性能參數(shù)的范圍要求。

（2）電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先要選擇合適的工藝制程；然后合理的構(gòu)架系統(tǒng)，例如并行的還是串行的，差分的還是單端的；依照架構(gòu)來決定元件的組合，例如，電流鏡類型還是補(bǔ)償類型；根據(jù)交、直流參數(shù)決定晶體管工作偏置點(diǎn)和晶體管大??；依環(huán)境估計(jì)負(fù)載形態(tài)和負(fù)載值。由于模擬集成電路的復(fù)雜性和變化的多樣性，目前還沒有EDA廠商能夠提供完全解決模擬集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的工具，此環(huán)節(jié)基本上通過手工計(jì)算來完成的。

（3）電路模擬

設(shè)計(jì)工程師必須確認(rèn)設(shè)計(jì)是正確的，為此要基于晶體管模型，借助EDA工具進(jìn)行電路性能的評(píng)估，分析。在這個(gè)階段要依據(jù)電路仿真結(jié)果來修改晶體管參數(shù)；依制程參數(shù)的變異來確定電路工作的區(qū)間和限制；驗(yàn)證環(huán)境因素的變化對(duì)電路性能的影響；最后還要通過仿真結(jié)果指導(dǎo)下一步的版圖實(shí)現(xiàn)，例如，版圖對(duì)稱性要求，電源線的寬度。

（4）版圖實(shí)現(xiàn)

電路的設(shè)計(jì)及模擬決定電路的組成及相關(guān)參數(shù)，但并不能直接送往晶圓代工廠進(jìn)行制作。設(shè)計(jì)工程師需提供集成電路的物理幾何描述稱為版圖。這個(gè)環(huán)節(jié)就是要把設(shè)計(jì)的電路轉(zhuǎn)換為圖形描述格式。模擬集成電路通常是以全定制方法進(jìn)行手工的版圖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中需要考慮設(shè)計(jì)規(guī)則、匹配性、噪聲、串?dāng)_、寄生效應(yīng)、防門鎖等對(duì)電路性能和可制造性的影響。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了許多高級(jí)的全定制輔助設(shè)計(jì)方法，仍然無法保證手工設(shè)計(jì)對(duì)版圖布局和各種效應(yīng)的考慮全面性。

（5）物理驗(yàn)證

版圖的設(shè)計(jì)是否滿足晶圓代工廠的制造可靠性需求？從電路轉(zhuǎn)換到版圖是否引入了新的錯(cuò)誤？物理驗(yàn)證階段將通過設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC，Design Rule Cheek）和版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)（VLS，Layout Versus schematic）解決上述的兩類驗(yàn)證問題。幾何規(guī)則檢查用于保證版圖在工藝上的可實(shí)現(xiàn)性。它以給定的設(shè)計(jì)規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)最小線寬、最小圖形間距、孔尺寸、柵和源漏區(qū)的最小交疊面積等工藝限制進(jìn)行檢查。版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)用來保證版圖的設(shè)計(jì)與其電路設(shè)計(jì)的匹配。VLS工具從版圖中提取包含電氣連接屬性和尺寸大小的電路網(wǎng)表，然后與原理圖得到的網(wǎng)表進(jìn)行比較，檢查兩者是否一致。

參考文獻(xiàn)

篇5

（南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023）

【摘　要】本文從分析集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)入手，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中引入研究型實(shí)踐教學(xué)模式的必要性、作用分析及具體實(shí)施方法進(jìn)行了具體探討，并提出了研究型實(shí)踐教學(xué)對(duì)老師、對(duì)學(xué)生的要求。

關(guān)鍵詞 實(shí)踐教學(xué)；集成電路

基金項(xiàng)目：南京郵電大學(xué)教改項(xiàng)目（JG03314JX17）。

作者簡介：夏曉娟（1982—），女，南京郵電大學(xué)，副教授，從事集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。

隨著教育改革的不斷深入，隨著我國電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程近年來已經(jīng)發(fā)生了改變，且電子產(chǎn)品發(fā)展迅速，集成電路設(shè)計(jì)是與最前沿科技緊密相連的一個(gè)方向，相關(guān)的課程也應(yīng)與前沿科技緊密相連，課程的學(xué)習(xí)更要注重理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和分析問題解決問題的能力。因此，集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方法基礎(chǔ)上，在“研究型實(shí)踐教學(xué)模式”方面進(jìn)行探討和實(shí)踐?！把芯啃蛯?shí)踐教學(xué)模式”是指在實(shí)踐教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)用于行業(yè)實(shí)際問題分析的一種實(shí)踐方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的運(yùn)用知識(shí)、自主的發(fā)現(xiàn)問題、研究問題，并解決問題的能力[1-2]。

1　確立研究型實(shí)踐教學(xué)模式的必要性

集成電路（Integrated Circuit，IC）產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，隨著我國電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程近年來已經(jīng)發(fā)生了改變，大多設(shè)計(jì)均采用無生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，加工采用代工方式。成電路設(shè)計(jì)具有一定的特殊性，集成電路設(shè)計(jì)過程需要集成電路專業(yè)人才經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)踐訓(xùn)練并且積累一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。全國集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)企業(yè)對(duì)于人才的需要也越來越嚴(yán)格，越來越需要能力型的、具有創(chuàng)造力的人才，應(yīng)聘的條件之一就是需要有集成電路設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。作為一般理工科院校集成電路專業(yè)的發(fā)展在一定程度上缺乏對(duì)集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)。因此，我們應(yīng)該改變傳統(tǒng)觀念，樹立IC設(shè)計(jì)研究型人才培養(yǎng)觀。

集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐主要是提供學(xué)生一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，采用先進(jìn)的集成電路仿真軟件，將書本上的知識(shí)采用模擬的方法進(jìn)行加深理解。實(shí)踐內(nèi)容既是電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及課程設(shè)計(jì)中所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，又是與最前沿科技緊密聯(lián)系的。而傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，也缺乏與前沿科技的聯(lián)系，因此需要進(jìn)行教學(xué)改革的探討和實(shí)踐。

隨著教育改革的不斷深入，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中“以教師為中心”、“以灌輸為主要方式”的教學(xué)模式已無法適應(yīng)時(shí)代的要求。先進(jìn)的教學(xué)模式是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵措施。研究型教學(xué)模式，又稱為研討式教學(xué)模式，是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的知識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)、自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，以學(xué)生為中心，以知識(shí)掌握為基礎(chǔ)，以能力培養(yǎng)為主線，以提高素質(zhì)為目的的一種新模式。集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐同樣需要采用先進(jìn)的教學(xué)方式，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)研究型IC設(shè)計(jì)人才。

2　研究型實(shí)踐教學(xué)模式的作用分析

集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐引入研究型實(shí)踐教學(xué)模式，可以使相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，不僅學(xué)習(xí)了集成電路設(shè)計(jì)的軟件知識(shí)，同時(shí)可以將課堂的理論知識(shí)通過工藝模型、電路設(shè)計(jì)、仿真方法來復(fù)現(xiàn)，從而更深入的理解理論知識(shí)，而且可以通過一些電路實(shí)例來解釋生活中的一些現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

集成電路設(shè)計(jì)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一個(gè)方向，要求將工藝、器件、電路、版圖四個(gè)方面的理論課程融會(huì)貫通，而傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)，忽略對(duì)理論內(nèi)容的加深與貫通。通過研究型實(shí)踐教學(xué)模式的開展，可以在保證教學(xué)大綱不變的前提下，通過選擇適用性較強(qiáng)的實(shí)踐內(nèi)容，使學(xué)生一方面能夠?qū)⒏鏖T理論課的知識(shí)加深及貫通，另一方面可以使學(xué)生接觸到用人單位感興趣的課題內(nèi)容，有利于學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐的動(dòng)力和持續(xù)進(jìn)步。通過研究型實(shí)踐，對(duì)學(xué)校而言，可以培養(yǎng)更優(yōu)秀學(xué)生；對(duì)學(xué)生而言，可以掌握前沿知識(shí)、促進(jìn)就業(yè)。

研究型實(shí)踐成果的實(shí)現(xiàn)為學(xué)生的晉升、發(fā)展提供支持。學(xué)生的實(shí)踐研究成果如能公開發(fā)表或獲獎(jiǎng)，能解決實(shí)際工作中的問題，這無形中為學(xué)生在工作崗位上的晉升、發(fā)展增加籌碼。這在最大程度上激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣，是其他任何實(shí)踐模式都不可比擬的。同時(shí)，研究型實(shí)踐教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生多看文獻(xiàn)、多寫總結(jié)報(bào)告，這也為學(xué)生撰寫本科畢業(yè)論文打下良好的基礎(chǔ)。

3　研究型實(shí)踐教學(xué)模式的具體實(shí)施

3．1　課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化

指導(dǎo)學(xué)生接觸各類資料，能夠提出問題，進(jìn)而解決問題以掌握知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)，完成對(duì)知識(shí)的一個(gè)探求過程；對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和完善，使課程體系更全面更科學(xué)，更能貼近行業(yè)發(fā)展，更能體現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)性。

3.2　采用課堂討論進(jìn)行專題研討的教學(xué)方法

在研究型實(shí)踐教學(xué)模式中，師生互動(dòng)有助于學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握。根據(jù)課程需要，結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，采用與行業(yè)內(nèi)吻合的實(shí)驗(yàn)軟件，挑選合適的電路原型做仿真設(shè)計(jì)，并共同探討電路的優(yōu)化方案。

3．3　專業(yè)資料查詢能力培養(yǎng)

為學(xué)生提供研究資料或指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料查詢、整理，鼓勵(lì)學(xué)生從圖書館、書店、網(wǎng)絡(luò)等各種途徑查閱文獻(xiàn)資料，以充實(shí)自己的研究基礎(chǔ)。提醒學(xué)生要對(duì)已收集的資料進(jìn)行批判性的研究，去偽存真，指導(dǎo)學(xué)生從這些資料中總結(jié)、分析、解釋與實(shí)踐研究課題相關(guān)的理論、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及前人的研究成果。

3．4　指導(dǎo)學(xué)生撰寫專題論文（報(bào)告）

在研究型實(shí)踐教學(xué)過程中，指導(dǎo)學(xué)生通過論文、調(diào)查報(bào)告、工作研究、分析報(bào)告、可行性論證報(bào)告等形式記錄實(shí)踐研究成果。在撰寫論文時(shí)，要求學(xué)生要了解實(shí)踐課題研究報(bào)告的一般撰寫格式；要先擬訂論文的寫作提綱，組織好論文的結(jié)構(gòu)，做到綱舉目張；會(huì)用簡練、嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的語言表達(dá)自己的思想，不追求文章的長短。指導(dǎo)學(xué)生開展專題電路討論，由學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題來查找文獻(xiàn)資料，進(jìn)行研究，完成電路設(shè)計(jì)和仿真，最后完成專題論文的撰寫。

3．5　鼓勵(lì)學(xué)生參與課題研究

為調(diào)動(dòng)學(xué)生參與科研創(chuàng)新活動(dòng)的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生參加老師的課題，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)“研究型”的思維模式。

4　研究型實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)教師和學(xué)生的要求

4．1　研究型實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)教師的要求

研究型實(shí)踐教學(xué)模式的實(shí)施對(duì)任課教師提出了新的要求：一是要熟練地掌握課程的基礎(chǔ)知識(shí)和內(nèi)在結(jié)構(gòu)，還要掌握與課程相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐的基本技能；二是要掌握學(xué)科最新信息，不斷更新知識(shí)，了解課程所涉及學(xué)科的最新動(dòng)態(tài)和取得的最新研究成果；三是要熟練運(yùn)用科學(xué)研究的方法和手段。這些都對(duì)教師提出了更高的要求。

4.2　研究型實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的要求

研究型實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的要求：一是學(xué)生要有一定的知識(shí)積累，儲(chǔ)備了比較完備的基礎(chǔ)知識(shí)；二是要求學(xué)生具有一定的專業(yè)知識(shí)水平，熟練掌握集成電路的一些理論知識(shí)；三是要求學(xué)生具備一定的自我控制能力和自學(xué)能力；四是要求學(xué)生具備一定的科學(xué)研究能力。在研究型教學(xué)中，學(xué)生積極參與顯得尤為重要，需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)

［1］黃雪梅.研究型實(shí)踐教學(xué)有效實(shí)現(xiàn)的三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.

篇6

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；集成電路設(shè)計(jì)；平臺(tái)建設(shè)；IC產(chǎn)業(yè)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）08-0270-03

國家教育部于2007年正式啟動(dòng)了高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程（簡稱“質(zhì)量工程”），其建設(shè)的重要內(nèi)容之一就是使高校培養(yǎng)的理工科學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力，更好地適應(yīng)社會(huì)和市場的需求[1]。為此，我校作為全國獨(dú)立學(xué)院理事單位于2007年6月通過了ISO2000：9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證[2]，同時(shí)確立了“質(zhì)量立校、人才強(qiáng)校、文化興?！比蠛诵膽?zhàn)略，深入推進(jìn)內(nèi)涵式發(fā)展，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。對(duì)于質(zhì)量工程采取了多方面多角度的措施：加強(qiáng)教學(xué)改革項(xiàng)目工程；鼓勵(lì)參加校內(nèi)學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)，（大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目）；積極參加國家、省級(jí)等電子設(shè)計(jì)大賽；有針對(duì)性地對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行大幅度的調(diào)整，增大課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占課程的比例從原來的15%提高到25%以上，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作了改進(jìn)，提高綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重；同時(shí)增加專業(yè)實(shí)踐課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力；課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)更注重選題來源，題目比以前具有更強(qiáng)的針對(duì)性，面向?qū)I(yè)，面向本地就業(yè)市場。不僅如此，學(xué)院還建立了創(chuàng)業(yè)孵化中心、建立了實(shí)驗(yàn)中心等。通過這些有效的措施，努力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新和應(yīng)用能力。除了學(xué)校對(duì)電子信息類專業(yè)整體進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和建設(shè)外，各個(gè)二級(jí)學(xué)院都以“質(zhì)量工程”建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)和立足點(diǎn)，從專業(yè)工程的角度出發(fā)，努力探索各個(gè)專業(yè)新的發(fā)展思路和方向。由于集成電路設(shè)計(jì)是高校電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)等相關(guān)專業(yè)的主要方向，因此與之相關(guān)的課程和平臺(tái)建設(shè)成為該專業(yè)工程探索的重點(diǎn)。通過對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外高校該專業(yè)方向培養(yǎng)方案分析，設(shè)置的課程主要強(qiáng)調(diào)模擬/數(shù)字電路方向，相應(yīng)的課程體系為此服務(wù)，人才培養(yǎng)方案設(shè)置與之相對(duì)應(yīng)的理論和實(shí)踐教學(xué)體系；同時(shí)建立相應(yīng)的實(shí)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。由此，依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的層次和專業(yè)面向，同時(shí)依據(jù)本地的人才需求深度和廣度，對(duì)以往的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行革新，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)用型的設(shè)計(jì)平臺(tái)。另外，從課程體系出發(fā)，強(qiáng)化IC設(shè)計(jì)的模擬集成電路后端版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中得到實(shí)際的訓(xùn)練。通過這些改革既可有效地幫助學(xué)生迅速融入IC設(shè)計(jì)業(yè)，也為進(jìn)入IC制造行業(yè)提高層次到新高度。

一、軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)在集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的重要性

自從1998年高等學(xué)校擴(kuò)大招生以來，高校規(guī)模發(fā)展很快，在校大學(xué)生的人數(shù)比十五年前增長了10倍。高校的基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的投入呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，學(xué)校的辦學(xué)條件不斷改善，同時(shí)，各個(gè)高校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也在持續(xù)增大，然而在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的過程中，盡管投入的資金量在不斷增大，但出現(xiàn)的現(xiàn)象是重視專業(yè)儀器和設(shè)備的投入，忽視專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的購置，這可能是由于長期以來形成的重有形實(shí)體、輕無形設(shè)計(jì)軟件，然而這種意識(shí)給專業(yè)發(fā)展必將帶來不利影響。對(duì)于IC專業(yè)來說，該專業(yè)主要面向集成電路的生產(chǎn)、測試和設(shè)計(jì)，其中集成電路設(shè)計(jì)業(yè)是最具活力、最有增長效率的一塊，即使是在國際金融危機(jī)的2009年，中國的IC設(shè)計(jì)業(yè)不僅沒有像半導(dǎo)體行業(yè)那樣同比下降10%，反而逆勢增長9.1%；在2010年，國際金融危機(jī)剛剛緩和，中國IC設(shè)計(jì)業(yè)的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行業(yè)銷售額為624.37億元，2012年比2012年增長8.98%達(dá)到680.45億元，集成電路行業(yè)不僅增長速度快，發(fā)展前景好，而且可以滿足更多的高校學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。為了滿足IC設(shè)計(jì)行業(yè)的要求，必須建設(shè)該行業(yè)需求的集成電路軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。眾所周知集成電路行業(yè)制造成本相對(duì)較高，這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電路產(chǎn)品時(shí)盡量做到一次流片成功，而要實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)需要建設(shè)電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證的平臺(tái)，即集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)：電路原理拓?fù)鋱D的構(gòu)建及參數(shù)仿真和優(yōu)化、針對(duì)具體集成電路工藝尺寸生產(chǎn)線的版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、對(duì)版圖設(shè)計(jì)的實(shí)際性能進(jìn)行仿真并與電路原理圖仿真對(duì)照、提供給制造廠商具體的GDSII版圖文件。軟件平臺(tái)實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到驗(yàn)證的目的，因此，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生或工作人員來說，軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)特別重要，如果沒有軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)也就無法培養(yǎng)出真正的IC設(shè)計(jì)人才。因此，在培養(yǎng)具有專業(yè)特色的應(yīng)用型人才的號(hào)召下，學(xué)院不斷加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[3]，從電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)角度出發(fā)，建設(shè)IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，為本地區(qū)域發(fā)展和行業(yè)發(fā)展服務(wù)。

二、建設(shè)面向中山本地市場IC應(yīng)用平臺(tái)

近年來，學(xué)校從自身建設(shè)的實(shí)際情況出發(fā)，減少因?qū)嶒?yàn)經(jīng)費(fèi)緊張帶來的困境，積極推動(dòng)學(xué)院集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)方向的人才培養(yǎng)。教學(xué)單位根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)的模塊特點(diǎn)確定合適的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，原理拓?fù)鋱D的前端電路仿真采用PSPICE軟件工具，熟悉電路仿真優(yōu)化過程；后端采用L-EDIT版圖軟件工具，應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)廠家的雙極或CMOS工藝線來設(shè)計(jì)電路的版圖，并進(jìn)行版圖驗(yàn)證。這種處理方法雖然暫時(shí)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(tǒng)設(shè)計(jì)集成電路相對(duì)出入較大，不利于形成IC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。2010年12月國家集成電路設(shè)計(jì)深圳產(chǎn)業(yè)化基地中山園區(qū)成立，該園區(qū)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的要求變得非常迫切，客觀上推進(jìn)了學(xué)院對(duì)IC產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)力度，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的專業(yè)應(yīng)用型設(shè)計(jì)平臺(tái)變得刻不容緩[4]，同時(shí)，新的人才培養(yǎng)方案也應(yīng)聲出臺(tái)，促進(jìn)了具有一定深度的教學(xué)改革。

1.軟件平臺(tái)建設(shè)。從目前集成電路設(shè)計(jì)軟件使用的廣泛性和系統(tǒng)性來看，建設(shè)面向市場的應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)該是學(xué)校所使用的與實(shí)際設(shè)計(jì)公司或其他單位的軟件一致，使得所培養(yǎng)的IC設(shè)計(jì)人才能與將來的就業(yè)工作實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，從而提高市場對(duì)所培養(yǎng)的集成電路設(shè)計(jì)人才的認(rèn)可度，同時(shí)也可大大提高學(xué)生對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)的能力和信心[5]。遵循這個(gè)原則，選擇Cadence軟件作為建設(shè)平臺(tái)設(shè)計(jì)軟件，這不僅因?yàn)樵摴臼侨蜃畲蟮碾娮釉O(shè)計(jì)技術(shù)、程序方案服務(wù)和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商，EDA軟件產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，功能驗(yàn)證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號(hào)及射頻IC設(shè)計(jì)，全定制集成電路設(shè)計(jì)，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模，而且通過大學(xué)計(jì)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(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)軟件費(fèi)用昂貴的問題。另外，從中山乃至珠三角其他城市的IC行業(yè)中，各個(gè)單位都普遍采用該系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，也更加有利于該產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，乃至進(jìn)一步的發(fā)展和壯大。

2.針對(duì)中山IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)。定位于面向本地產(chǎn)業(yè)的IC應(yīng)用型人才，就必須以中山IC產(chǎn)業(yè)為培養(yǎng)特色人才的出發(fā)點(diǎn)。中山目前有一批集成電路代工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)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(jìn)行IC設(shè)計(jì)、工藝制造和測試封裝，主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件和IC、應(yīng)用于家電等消費(fèi)電子、節(jié)能照明等。日前奧泰普公司的0.35微米先進(jìn)工藝生產(chǎn)線預(yù)計(jì)快速投產(chǎn)，該單位的發(fā)展對(duì)本地IC人才需求有極大的推動(dòng)力，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)微電子專業(yè)的積極性，而這些也有力地支持本地IC企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。因此，建立面向本地集成電路產(chǎn)業(yè)的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，有利于專業(yè)人才的培養(yǎng)、準(zhǔn)確定位，并形成了本地優(yōu)勢和特色。

3.教學(xué)實(shí)踐改革。為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，形成專業(yè)特色，必須對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行修改。在人才培養(yǎng)方案中通過增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中除了原有驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)外、還增加了綜合性或設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，這種變化將有助于學(xué)生從被動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)到主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的綜合和設(shè)計(jì)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用和動(dòng)手能力，從而為培養(yǎng)應(yīng)用型的人才打下良好的基礎(chǔ)。除此之外，與集成電路代工企業(yè)及芯片應(yīng)用公司建立合作關(guān)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間到這些單位進(jìn)行在崗實(shí)習(xí)和培訓(xùn)，可以將所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中去，形成無縫對(duì)接；而從單位招聘人才角度上來說，可以節(jié)約人力資源培訓(xùn)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(chǔ)上，形成有效的合作機(jī)制。①課程改革。針對(duì)獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的特點(diǎn)，除了培養(yǎng)方案上增加多元化教育課程之外，主要是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)的改革，增加綜合實(shí)驗(yàn)課程，如：《現(xiàn)代電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)》計(jì)32學(xué)時(shí)、《微電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》計(jì)40學(xué)時(shí)、《EDA綜合實(shí)驗(yàn)》為32學(xué)時(shí)、《集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》為40學(xué)時(shí)，其相應(yīng)的課程學(xué)時(shí)數(shù)從以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的16個(gè)學(xué)時(shí)，增加到現(xiàn)在32學(xué)時(shí)以上的帶有綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)踐課程。這種變化不僅是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時(shí)加大，而且是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)，也是實(shí)踐綜合能力的增強(qiáng)，有利于學(xué)生形成專業(yè)應(yīng)用能力。②與單位聯(lián)合的IC設(shè)計(jì)基地。IC設(shè)計(jì)基地主要立足于兩個(gè)方面：一是立足于本地IC企業(yè)或設(shè)計(jì)公司；二是立足于IC代工和集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用。前者主要利用本地資源就近的優(yōu)勢，學(xué)生參觀、實(shí)習(xí)都比較方便，同時(shí)也有利于學(xué)校與用人單位之間的良好溝通，提高雙方的認(rèn)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(chǎn)角度和設(shè)計(jì)應(yīng)用出發(fā)，帶領(lǐng)學(xué)生到IC代工企業(yè)參觀，初步了解集成電路的生產(chǎn)過程，企業(yè)的架構(gòu)、規(guī)劃和發(fā)展遠(yuǎn)景。也可根據(jù)公司的人才需要，選派部分學(xué)生到公司在崗實(shí)習(xí)[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(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力，而且有利于學(xué)生對(duì)IC單位的深入了解，為本校專業(yè)應(yīng)用型人才找到一種行之有效的就業(yè)之路。

三、集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)的實(shí)效性

從2002年創(chuàng)辦電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以來，學(xué)校特別重視集成電路相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。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(fā)展到探針臺(tái)的芯片級(jí)的性能測試，在此期間為了滿足更多的學(xué)生實(shí)驗(yàn)、興趣小組和畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，微電子實(shí)驗(yàn)室的已經(jīng)過三次擴(kuò)張和升級(jí)，其建設(shè)規(guī)模和實(shí)驗(yàn)水平得到了大幅度的提升。另外，為培養(yǎng)本科學(xué)生集成電路的設(shè)計(jì)能力，提高應(yīng)用性能力，學(xué)校還建立了集成電路CAD實(shí)驗(yàn)室，以電路原理圖仿真設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，著重應(yīng)用L-Edit版圖軟件工具，進(jìn)行基本的集成電路版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，對(duì)提升學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用能力取得了一定的效果。目前，為了大力提高本科教學(xué)質(zhì)量，提升辦學(xué)水平，重點(diǎn)對(duì)實(shí)踐課程和IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行了改革。學(xué)校開設(shè)了專門實(shí)踐訓(xùn)練課程，如：集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。從以前的16學(xué)時(shí)課內(nèi)驗(yàn)證設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提升為32學(xué)時(shí)獨(dú)立的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，內(nèi)容從以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽O(shè)計(jì)和綜合為主的實(shí)驗(yàn)，整體應(yīng)用設(shè)計(jì)水平進(jìn)行了大幅度的提升，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和動(dòng)手能力。不僅如此，對(duì)集成電路的設(shè)計(jì)軟件也進(jìn)行了升級(jí)，從最初的用Pspice和Hspice軟件進(jìn)行電路圖仿真，L-Edit軟件工具的后端版圖設(shè)計(jì)，升級(jí)為應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)工具Cadence進(jìn)行前后端的設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證等，并采用開放實(shí)驗(yàn)室模式，使得學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力得到一定程度的提升，提高了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力。通過IC系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)課程改革，使得學(xué)生對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)和內(nèi)容了解更加全面，對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的深度和廣度也得到進(jìn)一步提高，從而增強(qiáng)了專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，提高了自信心。此外，其他專業(yè)的學(xué)生也開始轉(zhuǎn)到本專業(yè)，從事集成電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，并對(duì)集成電路流片產(chǎn)生濃厚的興趣。除此之外，學(xué)生利用自己在外實(shí)踐實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)給學(xué)校引進(jìn)研究性的開發(fā)項(xiàng)目，這些都為本專業(yè)的發(fā)展形成很好的良性循環(huán)。在IC設(shè)計(jì)平臺(tái)的影響下，本專業(yè)繼續(xù)報(bào)考碩士研究生的學(xué)生特別多，約占學(xué)生比例的45%左右。經(jīng)過這幾年的努力，2003、2004、2005、2006級(jí)都有學(xué)生在碩士畢業(yè)后分別被保送或考上電子科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、香港城市大學(xué)的博士。從這些學(xué)生的反饋意見了解到，他們對(duì)學(xué)校在IC設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)評(píng)價(jià)很高，對(duì)他們進(jìn)一步深造起到了很好的幫助作用。不僅如此，已經(jīng)畢業(yè)在本行業(yè)工作的學(xué)生也對(duì)IC設(shè)計(jì)平臺(tái)有很好的評(píng)價(jià)：通過該軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)不僅熟悉了集成電路設(shè)計(jì)的工藝庫、集成電路工藝流程和相應(yīng)的工藝參數(shù)，而且也熟悉版圖的設(shè)計(jì)，這對(duì)于從事IC代工工作起到很好的幫助作用。現(xiàn)在已經(jīng)有多屆畢業(yè)的學(xué)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(xué)生從事集成電路應(yīng)用設(shè)計(jì)工作，主要分布于中山LED照明產(chǎn)業(yè)等。

通過IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)，配合以實(shí)踐教學(xué)改革，使得學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際能力直接與市場實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。另外，利用與企業(yè)合作的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，可以使得學(xué)生得到更好的工作鍛煉，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，建設(shè)面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，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(yǎng)發(fā)展模式方向，對(duì)IC設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)改革，培養(yǎng)滿足本地區(qū)乃至整個(gè)社會(huì)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，具有特別重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

摘要：基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育（OBE）模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。近年來由我國教育部發(fā)起的卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃、工程教育專業(yè)認(rèn)證和新一輪的高等院校審核評(píng)估，都是基于OBE的工程教育模式。本文以《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程為例，提出并詳細(xì)討論了一種基于OBE培養(yǎng)模式的課程評(píng)價(jià)方法。在確定課程對(duì)專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐矩陣后，給出了課程目標(biāo)達(dá)成度的具體計(jì)算方法和對(duì)應(yīng)的詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育（OBE）；工程專業(yè)認(rèn)證；課程目標(biāo)達(dá)成度；培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）21-0108-02

近年來，我國高等院校的工程教育蓬勃發(fā)展。國家教育部2006年?duì)款^正式啟動(dòng)全國工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作，2010年，決定在高校中展開實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓工計(jì)劃”）試點(diǎn)工作，并把通過國家工程教育認(rèn)證作為卓工計(jì)劃試點(diǎn)項(xiàng)目結(jié)題的必要條件。2013年，我國正式被《華盛頓協(xié)議》認(rèn)可為預(yù)備會(huì)員，2016年，成為正式會(huì)員。

事實(shí)上，工程認(rèn)證的內(nèi)涵是“基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育”（OBE，Outcomes-Based Education）。目前，包括成都信息工程大學(xué)（以下簡稱“我校”）在內(nèi)的首批61所試點(diǎn)高校的卓工計(jì)劃試點(diǎn)已近收尾階段。因此，在OBE的實(shí)現(xiàn)主線，即定義預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出―實(shí)現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出―評(píng)估學(xué)習(xí)產(chǎn)出中，“評(píng)估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”是目前工作的重中之重。微電子科學(xué)與工程專業(yè)是我校卓工計(jì)劃試點(diǎn)專業(yè)，在該專業(yè)的培養(yǎng)方案中，《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程為核心必修課，在培養(yǎng)學(xué)生模擬集成電路設(shè)計(jì)理論知識(shí)和工程能力方面具有舉足輕重的作用。本文以《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程為例，著重探討如何實(shí)現(xiàn)課程達(dá)成度評(píng)價(jià)。本文研究對(duì)進(jìn)一步深化包括卓工計(jì)劃在內(nèi)的工科專業(yè)的工程教育改革具有重要意義。

一、課程對(duì)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐矩陣

在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，每個(gè)專業(yè)都具有自己的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，一般包括技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和人文素養(yǎng)、職業(yè)能力和態(tài)度、人際交往能力、團(tuán)隊(duì)工作和交流能力、復(fù)雜工程能力等多個(gè)方面。這些培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)完全是由培養(yǎng)方案中的課程體系所支撐，并由此形成課程對(duì)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐矩陣。我校微電子科學(xué)與工程專業(yè)的《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程所承擔(dān)的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括如“培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1：具有電路設(shè)計(jì)與分析、工藝分析、器件性能分析和版圖設(shè)計(jì)等的基本能力”在內(nèi)的共計(jì)8條，涵蓋了從技術(shù)到溝通（團(tuán)隊(duì)合作）、到復(fù)雜工程能力等多個(gè)方面。為了便于評(píng)價(jià)每一條培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成情況，需要在課程內(nèi)部所涉及的知識(shí)點(diǎn)、評(píng)價(jià)方式等對(duì)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐進(jìn)行進(jìn)一步分解。表1列出了《模擬集成電路設(shè)計(jì)》這門課所支撐的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1對(duì)應(yīng)的部分課程內(nèi)容和考核方式。

由表1可見，評(píng)價(jià)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1的達(dá)成方法采用了成績分析法（考試、作業(yè)）和評(píng)分表分析法（討論、演講、課程設(shè)計(jì)等）相結(jié)合的方式。這是因?yàn)椋覀冋J(rèn)為，學(xué)生的電路設(shè)計(jì)與分析的基本能力不僅可以通過量化評(píng)分的方式進(jìn)行考核，同時(shí)，在課程設(shè)計(jì)、討論、演講等具有一定主觀性的考核方式中也能夠較好體現(xiàn)。

二、課程目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)方法

為了計(jì)算某條培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)在該門課程的達(dá)成度，首先需要對(duì)該培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成度的計(jì)算方法進(jìn)行定義。在《模擬集成電路設(shè)計(jì)》課程中，我們采用如下定義方法：

培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)i的評(píng)價(jià)值= （1）

其中，樣本班級(jí)為了保證具有統(tǒng)計(jì)意義，應(yīng)該抽取好中差比例較為均衡的學(xué)生樣本。為了保證樣本抽取的客觀性，我們抽取一個(gè)自然班。

依然以課程所支撐的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1為例，2015-2016（2）學(xué)期能夠支撐該標(biāo)準(zhǔn)的分值以及權(quán)重如表2所示：

分別對(duì)4個(gè)考核環(huán)節(jié)的該班級(jí)的所有學(xué)生計(jì)算平均分，并代入公式（1）計(jì)算，可獲得培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1的評(píng)價(jià)值。

值得注意的是，表2中所列的各個(gè)考核環(huán)節(jié)的分值并不一定是該課程中該考核環(huán)節(jié)的總分，而應(yīng)該是能夠支撐該培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的該考核環(huán)節(jié)的分值。同時(shí)，各個(gè)考核環(huán)節(jié)的分值和權(quán)重應(yīng)該總體穩(wěn)定且動(dòng)態(tài)優(yōu)化的過程。為了保證達(dá)成度評(píng)價(jià)盡可能客觀和合理，相鄰兩個(gè)學(xué)年的考核環(huán)節(jié)權(quán)重不應(yīng)有過于劇烈的變化。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)

為了更方便對(duì)課程所支撐的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，在行課前，需要精心設(shè)計(jì)教學(xué)大綱和教學(xué)活動(dòng)。

1.根據(jù)所建立的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與課程考核環(huán)節(jié)的支撐矩陣，合理進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。支撐矩陣應(yīng)該包括課程所支撐的所有培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以及每個(gè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的考核方法及考核內(nèi)容。在支撐關(guān)系中，難免會(huì)出現(xiàn)一個(gè)考核環(huán)節(jié)同時(shí)支撐多個(gè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的情況。例如，“（3）討論”環(huán)節(jié)能夠同時(shí)支撐培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1、3、4，其中1為相關(guān)的知識(shí)要求，3為團(tuán)隊(duì)合作要求，4為溝通能力要求。在具體實(shí)施過程中，需要考慮是選擇利用該評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)總的評(píng)價(jià)值同時(shí)對(duì)3個(gè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，還是進(jìn)一步對(duì)該考核環(huán)節(jié)進(jìn)一步分解。在我?！赌M集成電路設(shè)計(jì)》課程中，我們將“（2）討論”環(huán)節(jié)分解為準(zhǔn)備、匯報(bào)討論2個(gè)步驟。其中“時(shí)浮敝稈生為了討論所做的筆記，反映學(xué)生的知識(shí)能力。而“匯報(bào)討論”指學(xué)生的臨場發(fā)言，反映學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

2.確定每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)所對(duì)應(yīng)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐權(quán)重，并由此指導(dǎo)教學(xué)過程中各知識(shí)點(diǎn)的學(xué)時(shí)分配。這樣，在教學(xué)過程中更具有針對(duì)性，更能夠把握重點(diǎn)。以表1中“單級(jí)放大器”課程內(nèi)容為例，表3給出了一種詳細(xì)的支撐權(quán)重、學(xué)時(shí)分配和教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.合理設(shè)計(jì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的考核方式。面向課程達(dá)成度的教學(xué)評(píng)價(jià)本身就是工程專業(yè)認(rèn)證的重要一環(huán)，宗旨是通過科學(xué)、合理的課程達(dá)成度評(píng)價(jià)方式反映學(xué)生畢業(yè)要求能否達(dá)成，進(jìn)一步反饋教學(xué)中的問題，指導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的持續(xù)改進(jìn)，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生工程能力的最終目的。因此，課程中富有可實(shí)踐性的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)以討論、演講、作業(yè)、課程設(shè)計(jì)等考核方式為牽引，采用綜合運(yùn)用探究式、啟發(fā)式和互動(dòng)式的教學(xué)方法等進(jìn)行授課。

四、結(jié)束語

在工程教育背景下，以O(shè)BE培養(yǎng)模式作為目標(biāo)導(dǎo)向，能夠有效提高工程教育質(zhì)量。培養(yǎng)體系中課程達(dá)成度的評(píng)價(jià)結(jié)果，作為質(zhì)量反饋環(huán)節(jié)的重要數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)管理和持續(xù)改進(jìn)都具有重要的指導(dǎo)意義。本文提出的課程達(dá)成度評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)具有一定的普適性，對(duì)工科專業(yè)的課程達(dá)成度計(jì)算都具有重要參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

篇8

關(guān)鍵詞：微電子學(xué)；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；教學(xué)改革；

1微電子技術(shù)的發(fā)展背景

美國工程技術(shù)界在評(píng)出20世紀(jì)世界最偉大的20項(xiàng)工程技術(shù)成就中第5項(xiàng)——電子技術(shù)時(shí)指出：“從真空管到半導(dǎo)體，集成電路已成為當(dāng)代各行各業(yè)智能工作的基石”。微電子技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入系統(tǒng)集成(SOC—SystemOnChip)的時(shí)代。集成電路作為最能體現(xiàn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)特征的典型產(chǎn)品之一，已可將各種物理的、化學(xué)的和生物的敏感器(執(zhí)行信息獲取功能)和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起，從而完成從信息獲取、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能。這是一個(gè)更廣義的系統(tǒng)集成芯片，可以認(rèn)為這是微電子技術(shù)又一次革命性變革。因而勢必大大地提高人們處理信息和應(yīng)用信息的能力，大大地提高社會(huì)信息化的程度。集成電路產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以年增長率≥15%的速度增長，集成度以年增長率46%的速率持續(xù)發(fā)展，世界上還沒有一個(gè)產(chǎn)業(yè)能以這樣的速度持續(xù)地發(fā)展。2001年以集成電路為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)已成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。微電子技術(shù)、集成電路無處不在地改變著社會(huì)的生產(chǎn)方式和人們的生活方式。我國信息產(chǎn)業(yè)部門準(zhǔn)備充分利用經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大市場的優(yōu)勢，精心規(guī)劃，重點(diǎn)扶持，力爭通過10年或略長一段時(shí)間的努力，使我國成為世界上的微電子強(qiáng)國。為此，未來十年是我國微電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。在2010年我國微電子行業(yè)要實(shí)現(xiàn)下列四個(gè)目標(biāo)：

(1)微電子產(chǎn)業(yè)要成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的重要增長點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的跨越。形成2950億元的產(chǎn)值，占GDP的1.6%、世界市場的4%，國內(nèi)市場的自給率達(dá)到30%，并且能夠拉動(dòng)2萬多億元電子工業(yè)產(chǎn)值。從而形成了500~600億元的純利收入。

(2)國防和國家安全急需的關(guān)鍵集成電路芯片能自行設(shè)計(jì)和制造。

(3)建立起能夠良性循環(huán)的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科學(xué)研究和人才培養(yǎng)體系。

(4)微電子科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)的標(biāo)志性成果達(dá)到當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平。

在這一背景下，隨著國內(nèi)外資本在微電子產(chǎn)業(yè)的大量投入和社會(huì)對(duì)微電子產(chǎn)品需求的急驟增加，社會(huì)急切地需要大量的微電子專門人才，僅上海市在21世紀(jì)的第一個(gè)十年，就需要微電子專門人才25萬人左右，而目前尚不足2萬人。也正是在這一背景下，1999年以來，全國高校中新開辦的微電子學(xué)專業(yè)就有數(shù)十個(gè)。2002年8月教育部全國電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在貴陽工作會(huì)議上公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，相當(dāng)多的高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都下設(shè)了微電子學(xué)方向。微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)已成為各高校電子信息人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。

2微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的緊迫性

我國高校微電子學(xué)專業(yè)大部分由半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)體器件物理專業(yè)轉(zhuǎn)來，這些專業(yè)的設(shè)立可追溯到20世紀(jì)50年代后期。辦學(xué)歷史雖長，但由于多年來財(cái)力投入嚴(yán)重不足，而微電子技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)大陸地區(qū)除極個(gè)別學(xué)校外，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件很難滿足要求。高校微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室普遍落后的狀況，已成為制約培養(yǎng)合格微電子專業(yè)人才的瓶頸。

四川大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)的發(fā)展同國內(nèi)其它院校一樣走過了一條曲折的道路。1958年設(shè)立半導(dǎo)體物理方向(專門組)，在其后的40年中，專業(yè)名稱幾經(jīng)變遷，于1998年調(diào)整為微電子學(xué)。由于社會(huì)需求強(qiáng)勁，1999年微電子學(xué)專業(yè)擴(kuò)大招生數(shù)達(dá)90多人，是以往招生人數(shù)的2倍。當(dāng)時(shí)，我校微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)條件與微電子學(xué)學(xué)科發(fā)展的要求形成了強(qiáng)烈反差：實(shí)驗(yàn)室設(shè)施陳舊、容量小，教學(xué)大綱中必需的集成電路設(shè)計(jì)課程和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)幾乎是空白；按照新的教學(xué)計(jì)劃，實(shí)施新課程和實(shí)驗(yàn)的時(shí)間緊迫，基本設(shè)施嚴(yán)重不足；教師結(jié)構(gòu)不合理，專業(yè)課程師資缺乏。

在關(guān)系到微電子學(xué)專業(yè)能否繼續(xù)生存的關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)校組織專家經(jīng)過反復(fù)調(diào)研、論證，及時(shí)在全校啟動(dòng)了“523實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”。該工程計(jì)劃在3~5年時(shí)間內(nèi)，籌集2~3億資金，集中力量創(chuàng)建5個(gè)適應(yīng)多學(xué)科培養(yǎng)創(chuàng)新人才的綜合實(shí)驗(yàn)基地；重點(diǎn)建設(shè)20個(gè)左右基礎(chǔ)(含專業(yè)及技術(shù)基礎(chǔ))實(shí)驗(yàn)中心(室)；調(diào)整組合、合理配置、重點(diǎn)改造建設(shè)30個(gè)左右具有特色的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室?！?23實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”的啟動(dòng)，是四川大學(xué)面向21世紀(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的一個(gè)重要跨越。學(xué)校將微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)列入了“523實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”首批重點(diǎn)支持項(xiàng)目，2000年12月開始分期撥款275萬元，開始了微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。怎樣將有限的資金用好，建設(shè)一個(gè)既符合微電子學(xué)專業(yè)發(fā)展方向，又滿足本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室成為我們學(xué)科建設(shè)的重點(diǎn)。

3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1整體規(guī)劃和目標(biāo)的確立

微電子技術(shù)的發(fā)展要求我們的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)教改方案、人才培養(yǎng)目標(biāo)必須與其行業(yè)發(fā)展規(guī)劃一致，既要腳踏實(shí)地，實(shí)事求是，又必須要有前瞻性。尤其要注意國際化人才的培養(yǎng)。微電子的人才培養(yǎng)若不能實(shí)現(xiàn)國際化，就不能說我們的人才培養(yǎng)是成功的。

基于這樣的考慮，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，我們將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)整體規(guī)劃和目標(biāo)確定為：建立國內(nèi)一流的由微電子器件平面工藝與器件參數(shù)測試綜合實(shí)驗(yàn)及超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系列構(gòu)成的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系，既滿足微電子學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱要求，又適應(yīng)當(dāng)今國際微電子技術(shù)及其教學(xué)發(fā)展需求的多功能的、開放性的微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地。我們的目標(biāo)是：

(1)建立有特色的教學(xué)體系——微電子工藝與設(shè)計(jì)并舉，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)、強(qiáng)化綜合素質(zhì)、強(qiáng)化能力培養(yǎng)。

(2)保證寬口徑的同時(shí)，培養(yǎng)專業(yè)技能。

(3)建立開放型實(shí)驗(yàn)室，適應(yīng)跨學(xué)科人才的培養(yǎng)。

(4)在全國微電子學(xué)專業(yè)的教學(xué)中具有一定的先進(jìn)性。

實(shí)踐中我們認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)、完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，必須以教學(xué)體系改革、教材建設(shè)為主線開展工作。

3.2重組實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和現(xiàn)代工業(yè)意識(shí)

實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)的總體思路是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置要讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主角和與專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)相聯(lián)系的主動(dòng)者，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，有專業(yè)知識(shí)縱向和橫向自主擴(kuò)展和創(chuàng)新的余地。因此該實(shí)驗(yàn)體系將是開放式的、有層次的和與基礎(chǔ)課及專業(yè)基礎(chǔ)課密切配合的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容包括必修、選修和自擬項(xiàng)目。我們反復(fù)認(rèn)真研究了教育部制定的本科微電子學(xué)專業(yè)培養(yǎng)大綱及國際上對(duì)微電子學(xué)教學(xué)提出的最新基本要求。根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)，充分考慮目前國內(nèi)大力發(fā)展集成電路生產(chǎn)線(新建線十條左右)和已成立近百家集成電路設(shè)計(jì)公司對(duì)人才的強(qiáng)烈需求，為新的微電子專業(yè)教學(xué)制定出由以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系列構(gòu)成的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系。

(1)微電子器件平面工藝與器件參數(shù)測試綜合實(shí)驗(yàn)。

這是微電子學(xué)教學(xué)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，也是我校微電子學(xué)教學(xué)中具有特色的實(shí)驗(yàn)課程。這一實(shí)驗(yàn)系列將使學(xué)生了解和初步掌握微電子器件的主要基本工藝，工藝參數(shù)的控制方法和工藝質(zhì)量控制的主要檢測及分析方法，深刻地了解成品率在微電子產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要性。同時(shí)，半導(dǎo)體材料特性參數(shù)的測試分析系列實(shí)驗(yàn)是配合“半導(dǎo)體物理”和“半導(dǎo)體材料”課程而設(shè)置的基本實(shí)驗(yàn)，通過整合，實(shí)時(shí)地與器件工藝實(shí)驗(yàn)配合，雖增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度，卻使學(xué)生身臨其境直觀地掌握了工藝對(duì)參數(shù)的影響、參數(shù)反饋對(duì)工藝的調(diào)整控制、了解半導(dǎo)體重要參數(shù)的測試方法并加深對(duì)其相關(guān)物理內(nèi)涵的深刻理解。這樣的綜合實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生深刻樹立產(chǎn)品成品率，可靠性和生產(chǎn)成本這一現(xiàn)代工業(yè)的重要意識(shí)是必不可少的。

(2)超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)。

這是微電子學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)基礎(chǔ)之一。教學(xué)目的是掌握超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和規(guī)則，初步掌握先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)工具。該系列的必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)共80學(xué)時(shí)，與之配套的講授課程為“超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”。除此而外，超大規(guī)模集成電路測試分析和系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)不僅是與“超大規(guī)模集成電路原理”和“電路系統(tǒng)”課程套配，使學(xué)生更深刻的理解和掌握集成電路的特性；同時(shí)也是與前一系列實(shí)驗(yàn)配合使學(xué)生具備自擬項(xiàng)目和獨(dú)立創(chuàng)新的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3.3優(yōu)化設(shè)施配置，爭取項(xiàng)目最佳成效

由于項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間緊迫、資金有限。我們非常謹(jǐn)慎地對(duì)待每一項(xiàng)實(shí)施步驟。力圖實(shí)現(xiàn)設(shè)施的優(yōu)化配置，使項(xiàng)目產(chǎn)生最佳效益。最終較好地完成了集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系和器件平面工藝實(shí)驗(yàn)體系的實(shí)施。具體內(nèi)容包括：

(1)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系。集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的建立——購買CADENCE系統(tǒng)軟件(IC設(shè)計(jì)軟件)、ZENILE集成電路設(shè)計(jì)軟件；集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程體系由EDA課程及實(shí)驗(yàn)、FPGA課程及實(shí)驗(yàn)、PSPICE電路模擬及實(shí)驗(yàn)、VHDL課程及實(shí)驗(yàn)、ASIC課程及實(shí)驗(yàn)、IC設(shè)計(jì)課程及實(shí)驗(yàn)等組成。

(2)器件平面工藝實(shí)驗(yàn)體系和相關(guān)參數(shù)測試分析實(shí)驗(yàn)。結(jié)合原有設(shè)備新購并完善平面工藝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：硼擴(kuò)、磷擴(kuò)、氧化、清洗、光刻、金屬化等；與平面工藝同步的平面工藝參數(shù)測試，包括：方塊電阻、C-V測試(高頻和準(zhǔn)靜態(tài))、I-V測試、Hall測試、膜厚測試(ELLIPSOMETRY)及其它器件參數(shù)測試(實(shí)時(shí)監(jiān)控了解器件參數(shù)，反饋控制工藝參數(shù))；器件、半導(dǎo)體材料物理測試設(shè)備，如載流子濃度、電阻率、少子壽命等。

(3)與實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)配套的軟件建設(shè)和環(huán)境建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室崗位設(shè)置、實(shí)驗(yàn)課程的系統(tǒng)開設(shè)、向相關(guān)學(xué)院及專業(yè)提出已建實(shí)驗(yàn)室開放計(jì)劃、制定各項(xiàng)管理制度。

在實(shí)驗(yàn)室的階段建設(shè)中，我們分步實(shí)施、邊建邊用、急用優(yōu)先，在建設(shè)期內(nèi)就使實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮出了良好的使用效益。

3.4強(qiáng)化管理，實(shí)行教師負(fù)責(zé)制

新的實(shí)驗(yàn)室必須要有全新的管理模式。新建實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)課程的管理將根據(jù)專業(yè)教研室的特點(diǎn)，采取教研室主任和實(shí)驗(yàn)室主任統(tǒng)一協(xié)調(diào)下的教師責(zé)任制。在兩大實(shí)驗(yàn)板塊的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的布局進(jìn)一步分為4類(工藝及測試，物理測試，設(shè)計(jì)和集成電路參數(shù)測試，系統(tǒng)開發(fā))進(jìn)行管理。原則上，實(shí)驗(yàn)設(shè)施的管理及實(shí)驗(yàn)科目的開放由相應(yīng)專業(yè)理論課的教師負(fù)責(zé)，在項(xiàng)目的建立階段，將按前述的分工實(shí)施責(zé)任制，其責(zé)任的內(nèi)容包括：組織設(shè)備的安裝調(diào)試，設(shè)備使用規(guī)范細(xì)則的制定，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫等。根據(jù)專業(yè)建設(shè)的規(guī)劃，在微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)告一段落后，主管責(zé)任教師將逐步由較年青的教師接任。主管責(zé)任教師的責(zé)任包括：設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，使用規(guī)范和記錄執(zhí)行情況的監(jiān)督，組織對(duì)必修和選修科目實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的更新，組織實(shí)驗(yàn)室開放及輔導(dǎo)教師的安排，完善實(shí)驗(yàn)室開放的實(shí)施細(xì)則等。

實(shí)驗(yàn)課將是開放式的。結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的開放經(jīng)驗(yàn)和微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，要求學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和熟悉了設(shè)備使用規(guī)范細(xì)則的條件下，對(duì)其全面開放。對(duì)非微電子專業(yè)學(xué)生的開放，采取提前申請(qǐng)，統(tǒng)一完成必要的基礎(chǔ)培訓(xùn)后再安排實(shí)驗(yàn)的方式。同時(shí)將針對(duì)一些專業(yè)的特點(diǎn)編寫與之相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材。

4取得初步成果

微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室通過近3年來的建設(shè)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)或超過了預(yù)期建設(shè)目標(biāo)，成效顯著，于2002年成功申報(bào)為&quot；四川省重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室&quot；?，F(xiàn)將取得的初步成果介紹如下：

(1)在微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的促進(jìn)下，為適應(yīng)新條件下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們調(diào)整了教材的選用范圍。微電子學(xué)專業(yè)主干課教材立足選用國外、國內(nèi)的優(yōu)秀教材，特別是國外能反映微電子學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及方向的先進(jìn)教材，我們已組織教師編撰了能反映國際上集成電路發(fā)展現(xiàn)狀的《集成電路原理》，選用了最新出版教材《大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)》，并編撰、重寫及使用了《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》、《平面工藝實(shí)驗(yàn)》、《微電子器件原理》、《微電子器件工藝原理》等教材。

在重編實(shí)驗(yàn)教材時(shí)，改掉了&quot；使用說明&quot；式的教材編寫模式。力圖使實(shí)驗(yàn)教材能配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，啟發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，尤其是誘發(fā)學(xué)生的原發(fā)性創(chuàng)新能力乃至創(chuàng)新沖動(dòng)。

(2)對(duì)本科微電子學(xué)的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)大綱和教材進(jìn)行了深入研究和大幅度調(diào)整，并充分考慮了實(shí)驗(yàn)課與理論課的有機(jī)結(jié)合。堅(jiān)持并發(fā)展了我校微電子專業(yè)在器件工藝實(shí)驗(yàn)上的特色和優(yōu)勢，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)課及其內(nèi)容進(jìn)行整合更新，使實(shí)驗(yàn)更具綜合性。如將過去的單一平面工藝實(shí)驗(yàn)與測試分析技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，將原來相互脫節(jié)的芯片工藝、參數(shù)測試、物理測試等有機(jī)地整合在一起，以便充分模擬真實(shí)芯片工藝流程。使學(xué)生在獨(dú)立制造出半導(dǎo)體器件的同時(shí)，能對(duì)工藝控制進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析。

(3)引入了國際上最通用、最先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)軟件(如CADENCE等)，使學(xué)生迅速地掌握超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的先進(jìn)基本技術(shù)，激發(fā)其創(chuàng)造性。為了保證這一教學(xué)目的的實(shí)現(xiàn)，我們對(duì)

專業(yè)的整體教學(xué)計(jì)劃做了與之配合的調(diào)整。在第5學(xué)期加強(qiáng)了電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如EDA、PSPICE等)的課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在教學(xué)的第4學(xué)年又預(yù)留了足夠的學(xué)時(shí)，作為學(xué)生進(jìn)一步掌握這一工具的選修題目的綜合訓(xùn)練。

(4)所有的實(shí)驗(yàn)根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)課的進(jìn)度分段對(duì)各年級(jí)學(xué)生隨時(shí)開放。學(xué)生根據(jù)已掌握的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出實(shí)驗(yàn)路線。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)施作自擬的整合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的全身心的投入。

在實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定上，不簡單地看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，同時(shí)注重實(shí)驗(yàn)方案的合理性和創(chuàng)造性，注重是否能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有較敏銳的觀察、分析和處理能力。

(5)通過送出去的辦法，把教師和實(shí)驗(yàn)人員送到器件公司、設(shè)計(jì)公司培訓(xùn)，并積極開展了校內(nèi)、校際間的進(jìn)修培訓(xùn)。推促教師在專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)兩方面交叉教學(xué)，提高了教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。

(6)將集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為電子信息類本科生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，為此，我們參加了中芯國際等公司的多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃。

加入了國內(nèi)外EDA公司的大學(xué)計(jì)劃，以利于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展和提高教學(xué)質(zhì)量，如華大公司支持微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，贈(zèng)送人民幣1100萬元軟件(RFIC，SOC等微電子前沿技術(shù))已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

5結(jié)語

篇9

【關(guān)鍵詞】電子信息科學(xué)與技術(shù)微電子課程體系建設(shè)教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)改革（項(xiàng)目編號(hào)：2016Z03）；大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目：面向2017級(jí)培養(yǎng)方案的《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)體系研究與設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號(hào)：2016Y21）。

【中圖分類號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開設(shè)《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》的意義

目前，高速發(fā)展的集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)使集成電路設(shè)計(jì)人才成為最搶手的人才，掌握微電子技術(shù)是IC設(shè)計(jì)人才的重要基本技能之一。本文希望通過對(duì)《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)體系的研究與設(shè)計(jì)，能夠提高學(xué)生對(duì)集成電路制作工藝的認(rèn)識(shí)，提高從事微電子行業(yè)的興趣，拓寬知識(shí)面和就業(yè)渠道，從而培養(yǎng)更多的微電子發(fā)展的綜合人才，促進(jìn)我國微電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水平的提高。

2.目前學(xué)科存在的問題

目前電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的集成電路方向開設(shè)的課程已有低頻電子線路、數(shù)字邏輯與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理、集成電路設(shè)計(jì)原理等。雖然課程開設(shè)種類較多，但課程體系不夠完善。由于現(xiàn)在學(xué)科重心在電路設(shè)計(jì)上，缺少對(duì)于器件的微觀結(jié)構(gòu)、材料特性講解[1]，導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中不能夠完全理解。比如MOS管，雖然學(xué)生們學(xué)過其基本特性，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)他們對(duì)N溝道和P溝道的工作原理知之甚少。

近來學(xué)校正在進(jìn)行本科學(xué)生培養(yǎng)的綜合改革，在制定集成電路方向課程體系時(shí)，課題組成員對(duì)部分學(xué)校的相關(guān)專業(yè)展開調(diào)研。我們發(fā)現(xiàn)大部分擁有電子信息類專業(yè)的高校都開設(shè)了微電子課程。譬如華中科技大學(xué)設(shè)置了固體電子學(xué)基礎(chǔ)、微電子器件與IC設(shè)計(jì)、微電子工藝學(xué)以及電子材料物理等課程。[2]又如電子科技大學(xué)設(shè)置了固體物理、微電子技術(shù)學(xué)科前沿、半導(dǎo)體光電器件以及高級(jí)微電子技術(shù)等課程。[3]因此學(xué)科課題組決定在面向2017級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程培養(yǎng)方案中，集成電路設(shè)計(jì)方向在原有的《集成電路設(shè)計(jì)原理》、《集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用》基礎(chǔ)上，新增設(shè)《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程。本課程希望學(xué)生通過掌握微電子技術(shù)的原理、工藝和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計(jì)和工程開發(fā)打下基礎(chǔ)。

3.微電子課程設(shè)置

出于對(duì)整體課程體系的考慮，微電子課程總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)。課程呈現(xiàn)了微電子技術(shù)的基本概論、半導(dǎo)體器件的物理基礎(chǔ)、集成電路的制造工藝及封裝測試等內(nèi)容。[4]如表1所示，為課程的教學(xué)大綱。

微電子技術(shù)的基本概論是本課程的入門。通過第一章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)本課程有初步的認(rèn)識(shí)。

構(gòu)成集成電路的核心是半導(dǎo)體器件，理解半導(dǎo)體器件的基本原理是理解集成電路特性的重要基礎(chǔ)。為此，第二章重點(diǎn)介紹當(dāng)代集成電路中的主要半導(dǎo)體器件，包括PN結(jié)、雙極型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）等器件的工作原理與特性。要求學(xué)生掌握基本的微電子器件設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法，具備分析微電子器件性能和利用半導(dǎo)體物理學(xué)等基本原理解決問題的能力。

第三章介紹硅平面工藝的基本原理、工藝方法，同時(shí)簡要介紹微電子技術(shù)不斷發(fā)展對(duì)工藝技術(shù)提出的新要求。內(nèi)容部分以集成電路發(fā)展的順序展開，向?qū)W生展示各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限，以此來培養(yǎng)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

第四章圍繞芯片單片制造工藝以外的技術(shù)展開，涵蓋著工藝集成技術(shù)、封裝與測試以及集成電路工藝設(shè)計(jì)流程，使學(xué)生對(duì)微電子工藝的全貌有所了解。

4.教學(xué)模式

目前大部分高校的微電子課程仍沿用傳統(tǒng)落后的教學(xué)模式，即以教師灌輸理論知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主。這種模式在一定程度上限制了學(xué)生主動(dòng)思考和自覺實(shí)踐的能力，降低學(xué)習(xí)興趣，與本課程授課的初衷相違背。[5]為避免上述問題，本文從以下幾個(gè)方面闡述了《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)模式。

教學(xué)內(nèi)容：本課程理論知識(shí)點(diǎn)多數(shù)都難以理解且枯燥乏味，僅靠書本教學(xué)學(xué)生會(huì)十分吃力。因此，我們制作多媒體課件來輔助教學(xué)，將知識(shí)點(diǎn)采用動(dòng)畫的形式來展現(xiàn)。例如可通過動(dòng)畫了解PN結(jié)內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)情況、PN結(jié)的摻雜工藝以及其制造技術(shù)。同時(shí)課件中補(bǔ)充了工藝集成與分裝測試這部分內(nèi)容，加強(qiáng)課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際生產(chǎn)、科研的聯(lián)系，便于學(xué)生掌握集成電路工藝設(shè)計(jì)流程。

教學(xué)形式：課內(nèi)理論教學(xué)+課外拓展。

1）課內(nèi)教學(xué)：理論講解仍需教師向?qū)W生講述基本原理，但是在理解運(yùn)用方面采用啟發(fā)式教學(xué)，課堂上增加教師提問并提供學(xué)生上臺(tái)演示的機(jī)會(huì)，達(dá)到師生互動(dòng)的目的。依托學(xué)校BBS平臺(tái)，初步建立課程的教學(xué)課件講義、課后習(xí)題及思考題和課外拓展資料的體系，以方便學(xué)生進(jìn)行課后的鞏固與深度學(xué)習(xí)。此外，利用微信或QQ群，在線上定期進(jìn)行答疑，并反饋課堂學(xué)習(xí)的效果，利于老師不斷調(diào)整教學(xué)方法和課程進(jìn)度。還可充分利用微信公眾號(hào)，譬如在課前預(yù)習(xí)指南，幫助學(xué)生做好課堂準(zhǔn)備工作。

2）課外拓展：本課程目標(biāo)是培養(yǎng)具有電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)科理論基礎(chǔ)，且有能力將理論付諸實(shí)踐的高素質(zhì)人才。平時(shí)學(xué)生很難直接觀察到半導(dǎo)體器件、集成電路的模型及它們的封裝制造流程，因此課題組計(jì)劃在課余時(shí)間組織同學(xué)參觀實(shí)驗(yàn)室或當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)企業(yè)，使教學(xué)過程更為直觀，加深學(xué)生對(duì)制造工藝的理解。此外，教師需要充分利用現(xiàn)有的資源（譬如與課程有關(guān)的科研項(xiàng)目），鼓勵(lì)學(xué)生參與和探究。

考核方式：一般來說，傳統(tǒng)的微電子課程考核強(qiáng)調(diào)教學(xué)結(jié)果的評(píng)價(jià)，而本課程組希望考核結(jié)果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教學(xué)進(jìn)度中的考核。課題組決定采用期末筆試考核與平時(shí)課堂表現(xiàn)相結(jié)合的方式，期末筆試成績由學(xué)生在期末考試中所得的卷面成績按照一定比例折合而成，平時(shí)成績考評(píng)方式有隨堂小測、課后習(xí)題、小組作業(yè)等。這幾種方式將考核過程融入教學(xué)，能有效地協(xié)助老師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)狀況以及學(xué)習(xí)能力做出準(zhǔn)確評(píng)定。

5.結(jié)語

篇10

關(guān)鍵詞：優(yōu)化算法 集成電路 優(yōu)化 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0044-04

由于大量芯片制造技術(shù)變革，使得集成電路具有更加龐大的規(guī)模，在片上系統(tǒng)有更多復(fù)雜性的設(shè)計(jì)，要求芯片在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不光有相應(yīng)的集成電路知識(shí)，還要能夠進(jìn)行更加快捷的電路設(shè)計(jì)。在進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要權(quán)衡各個(gè)性能指標(biāo)，將其最優(yōu)性能發(fā)揮出來，使用更多目標(biāo)化的領(lǐng)域進(jìn)行電路優(yōu)化，還需要權(quán)衡各個(gè)目標(biāo)，保證達(dá)到最優(yōu)化的同時(shí)，不會(huì)消耗各自的性能，保證各個(gè)目標(biāo)間不存在惡劣影響，并互相保證最優(yōu)化功能[1]。

對(duì)于系統(tǒng)復(fù)雜性的設(shè)計(jì)，通過對(duì)設(shè)計(jì)過程的加速，來進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算機(jī)的輔助綜合性分析，包括對(duì)電路進(jìn)行模擬、射頻等辦法。數(shù)字電路能夠更加簡單的將不同邏輯層次進(jìn)行抽離，提高電路的自動(dòng)分布。模擬電路設(shè)計(jì)過程，因?yàn)榉N類繁多，結(jié)構(gòu)差異巨大，設(shè)計(jì)需要大量的人力物力和技術(shù)指導(dǎo)。在一個(gè)小的芯片中，射頻電路雖然占用面積小，但是設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)時(shí)間卻要超出想象，其內(nèi)產(chǎn)生的相應(yīng)寄生效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致電路的失真，無疑對(duì)電路優(yōu)化增加阻礙。智能優(yōu)化算法通過自然界的生物群體進(jìn)行相關(guān)智能表現(xiàn)的一系列現(xiàn)象，并能夠設(shè)計(jì)出較為基礎(chǔ)的優(yōu)化算法，并同生物一樣，能夠?qū)⒓呻娐愤M(jìn)行更加優(yōu)化的智能設(shè)計(jì)，極好的調(diào)整自我，來適應(yīng)周圍環(huán)境變化。有效地將智能算法在各種大范圍的電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用，可以更好地增加電路設(shè)計(jì)效率，解決集成電路中存在的多沖突指標(biāo)。還能夠發(fā)揮出自身潛在特點(diǎn)，提供設(shè)計(jì)者相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行電路方面的設(shè)計(jì)工作。

1 智能優(yōu)化算法

人們利用自然界來認(rèn)識(shí)更多的事物，并通過事物的來源進(jìn)行想象和創(chuàng)造。智能優(yōu)化算法也就是基于自然界，進(jìn)行適應(yīng)性啟發(fā)，從而模擬進(jìn)化出來的利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行表達(dá)的方法。智能優(yōu)化算法具體可以包括模擬退火、禁忌搜索、群智能優(yōu)化等，能夠通過各種模擬自然界的相關(guān)程序，擴(kuò)大搜索范圍，具有較強(qiáng)的全局搜索特點(diǎn)，可以得到更為優(yōu)化的解決傳統(tǒng)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(duì)人類的大腦進(jìn)行記憶啟發(fā)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(qū)域，通過相應(yīng)的禁忌準(zhǔn)則來減少重復(fù)搜索的工作量，釋放禁忌中的優(yōu)良個(gè)體，具有多樣性的搜索功能，減少系統(tǒng)陷入僵局，尋找到最適合的全局最優(yōu)。

1.1.1 流程

禁忌搜索算法需要尋找到一個(gè)較為可行的點(diǎn)作為當(dāng)前的初始解，再通過對(duì)其所在結(jié)構(gòu)的函數(shù)鄰域解來進(jìn)行相關(guān)鄰域的創(chuàng)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(yōu)目標(biāo)，測得結(jié)果比搜索出來的最優(yōu)還好，就成為“超過預(yù)想狀態(tài)”，可以忽略其禁忌特點(diǎn)，用其作為當(dāng)前解，填入禁忌中，修改每任禁忌對(duì)象；如果選出的候選不是最優(yōu)目標(biāo)，那么這一結(jié)果就不能夠出現(xiàn)在禁忌中，忽略禁忌中的最優(yōu)解和當(dāng)前解間的差異，將其填入禁忌中，改動(dòng)每任緊急對(duì)象，反復(fù)搜索，直至找到“超過預(yù)想狀態(tài)”。具體的禁忌算法流程見圖1。

1.1.2 關(guān)鍵要素

完整的最優(yōu)算法通常包括多種要素，當(dāng)然禁忌算法也如此，這些要素都會(huì)影響緊急搜索是否能夠找到最優(yōu)解。十二表法主要包括禁忌表、移動(dòng)與鄰域、適配值函數(shù)、對(duì)象、長度、初始解、候選解、藐視、終止準(zhǔn)則等[4]。

（1）初始解，也就是進(jìn)行搜索時(shí)的最初狀態(tài)，初始解是通過隨機(jī)辦法生成的，遇到復(fù)雜約束時(shí)，隨機(jī)生成的初始解就不一定可行，因此具有很大的局限性。對(duì)于初始解的選取，在一個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)中，占據(jù)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(zhì)量。

（2）移動(dòng)與鄰域。一個(gè)生成新的最優(yōu)解的過程就是所謂的移動(dòng)。移動(dòng)通常需要依據(jù)具體情況進(jìn)行針對(duì)性的分析[5]。鄰域就是利用當(dāng)前所解，通過一些列的移動(dòng)產(chǎn)生的新的最優(yōu)解，領(lǐng)域主要視具體情況而定，而鄰域結(jié)構(gòu)能夠高質(zhì)量的保證其搜索產(chǎn)生的最優(yōu)解，從而增加算法的效率。

（3）候選解作為當(dāng)前領(lǐng)域解中的最優(yōu)解，其范圍大小通過搜索速度來確定。遇到較大規(guī)模的問題時(shí)，候選解的范圍則會(huì)變大，結(jié)合鄰域搜索的速度，通常只用當(dāng)前解作為候選集。

（4）適配值函數(shù)類似于遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)，主要是為了評(píng)價(jià)單個(gè)個(gè)體的優(yōu)劣情況。通常適配值函數(shù)都會(huì)改變目標(biāo)函數(shù)來選擇，當(dāng)遇到的目標(biāo)函數(shù)具有較大的計(jì)算量時(shí)，需要簡單的改進(jìn)適應(yīng)算法，只要能夠?qū)烧弑３衷谝欢ǚ秶鷥?nèi)，就可以當(dāng)做適配值函數(shù)。

（5）禁忌表作為設(shè)計(jì)禁忌對(duì)象時(shí)的特有結(jié)構(gòu)，能夠有效防止搜索陷入重復(fù)的死循環(huán)僵局，也能夠保證算法不會(huì)拘泥在局部最優(yōu)解之內(nèi)[6]。而禁忌對(duì)象和長度作為緊急表中的兩個(gè)主要因素，前者影響表內(nèi)的變化，通常改變這些元素能夠有效避免其搜索到的結(jié)果是局部最優(yōu)解，可以使用狀態(tài)本身，后者是適配值，當(dāng)做禁忌對(duì)象；而后者則表示了禁忌表的范圍。

（6）藐視準(zhǔn)則，代表的是一種渴望與破禁的水平[7]，當(dāng)移動(dòng)后的解要優(yōu)于最優(yōu)解時(shí)，就可以進(jìn)行移動(dòng)，不論該結(jié)果是否存在于禁忌表之中。滿足這個(gè)條件，就是藐視準(zhǔn)則。通常情況下，這一準(zhǔn)則就是為了預(yù)防遺失最優(yōu)解而設(shè)立的。

（7）終止準(zhǔn)則，當(dāng)使用禁忌法進(jìn)行搜索時(shí)，找不到最優(yōu)解，也就是說搜索到的結(jié)果不能夠保證是全局最優(yōu)解，也不能夠利用目前已知的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，所以需要使用終止準(zhǔn)則進(jìn)行停止搜索的工作。

1.1.3 特點(diǎn)和應(yīng)用

同智能優(yōu)化的其他算法比較，禁忌優(yōu)化算法能夠更好的跳出思維的局限，利用全局進(jìn)行搜索，并且該算法可以接受一定的差解，可以很好的進(jìn)行局部搜索，又兼顧全局搜索[8]。而禁忌優(yōu)化算法的缺點(diǎn)則是對(duì)于初始解和鄰域的依賴程度較大，不能夠很好的進(jìn)行串行算法，降低了全局搜索的能力，多個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)導(dǎo)致其并行算法的影響小，一旦出現(xiàn)不當(dāng)?shù)脑O(shè)置，很容易降低整體算法的計(jì)算能力。由于禁忌優(yōu)化算法能夠更好的解決小規(guī)模問題的優(yōu)化，所以對(duì)于最短時(shí)間內(nèi)解決在設(shè)計(jì)超大規(guī)模的集成電路芯片問題時(shí)，具有較多的應(yīng)用，在生產(chǎn)、組合、電路設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，并有很多函數(shù)方面的全局最優(yōu)解研究，通過不斷改進(jìn)禁忌算法，能夠擁有更加廣泛的適用范圍。近年來，對(duì)于模擬退火算法同禁忌優(yōu)化算法結(jié)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(guān)問題，并進(jìn)行算法的優(yōu)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(zhǔn)則[9]。進(jìn)行組合間最優(yōu)解的尋找工作，主要的思想是根據(jù)固體物質(zhì)在退火時(shí)，依據(jù)溫度的變化，選出的最高熵值（即內(nèi)部無序狀態(tài)），熵值下降（即粒子逐漸出現(xiàn)一定的規(guī)律），通過這一過程進(jìn)行溫度的平衡狀態(tài)，從而達(dá)到基本溫度狀態(tài)，也就是最低熵值（即固體內(nèi)部最低內(nèi)能），這一過程同尋求最優(yōu)解的過程極為相似，概率論上利用退火過程進(jìn)行模擬來解釋相關(guān)模型。

1.2.1 流程

模擬退火算法開始于一個(gè)較高溫度，隨著溫度的降低，呈現(xiàn)一種跳躍的征象，利用目標(biāo)函數(shù)搜索全局，尋找全局最優(yōu)解[10]。模擬退火算法可以說是一種能夠進(jìn)行多問題解決的優(yōu)化辦法，基本上能夠進(jìn)行全局優(yōu)化。

（1）Metropolis準(zhǔn)則，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)的自由能等于系統(tǒng)內(nèi)能與系統(tǒng)溫度的差值，用公式（1）代表，s是系統(tǒng)的熵。假設(shè)恒溫系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)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(jì)算可以得出，F(xiàn)=Fl-Fi=Ei- El-（Tsi+Tsl）=E-Ts。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)l變成狀態(tài)i時(shí)，F(xiàn)則會(huì)小于正常，說明能量明顯減少，熵值明顯增加，對(duì)自身變化較大。因此，溫度恒定，系統(tǒng)會(huì)把自身的非平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)，由溫度決定兩因素的地位。假設(shè)微粒的原始狀態(tài)l是固體物質(zhì)當(dāng)前所處的狀態(tài)，使用能量狀態(tài)Ei來表示，隨后利用一個(gè)抗干擾裝置，隨機(jī)改變微粒位置，產(chǎn)生了一個(gè)新的能量狀態(tài)El，如果Ei

R=Exp[-（Ei- El）/kT] （4）

T代表絕對(duì)溫度，k是常數(shù)，R

Pl=1/z*exp（-El/kT） （5）

Pl代表系統(tǒng)處于微觀l的概率，而exp（-El/kT）是分布因子。當(dāng)處于較高溫度時(shí)，系統(tǒng)能夠接收能量差距極大的新狀態(tài)，所以，當(dāng)溫度處于一個(gè)較低的水平時(shí)，系統(tǒng)接收的新狀態(tài)要求僅有極小幅度的變化，所以對(duì)于不同溫度而言，具有相同的熱運(yùn)動(dòng)原理，但是溫度是零攝氏度時(shí)，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(diǎn)是X0，計(jì)算初始點(diǎn)的函數(shù)值是f（X0），隨機(jī)產(chǎn)生的擾動(dòng)為X，新點(diǎn)則變?yōu)楣剑?）。計(jì)算該函數(shù)f（X1）和該函數(shù)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(shù)f低于正常，則下一次進(jìn)行退火的模擬初始點(diǎn)可以使用新的點(diǎn)來代替；如果差異函數(shù)f高于正常，則需要計(jì)算新點(diǎn)接收的概率，即公式（8）。

P（f）=exp（-f/kT） （8）

在[0，1]區(qū)間內(nèi)，偽隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)s，如果P（f）低于s，則下一次進(jìn)行退火的模擬初始點(diǎn)可以使用新的點(diǎn)來代替，否則需要重復(fù)Metropolis準(zhǔn)則，直到選出合適的數(shù)值為止。

1.2.2 關(guān)鍵要素

（1）狀態(tài)空間和鄰域函數(shù)。狀態(tài)空間也就是搜索空間，包括所有編碼后產(chǎn)生的可行解。在進(jìn)行候選解的創(chuàng)建時(shí)，需要盡可能使用原始狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，從而充滿整個(gè)空間[11]。

（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，也就是接受概率，使用Metropolis準(zhǔn)則，在進(jìn)行可行解的轉(zhuǎn)化過程時(shí)，也受到T（溫度參數(shù)）的影響。

（3）冷卻進(jìn)度表T，是從高溫T0到低溫冷卻時(shí)進(jìn)行相應(yīng)管理的一個(gè)進(jìn)度表。如果使用T（t）來表示溫度，經(jīng)典的模擬退火算法進(jìn)行冷卻的方式使用公式（9）表示?？焖倮鋮s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(diǎn)至全局最小。冷卻進(jìn)度表也說明該算法的效率，并且要想得到最佳組合，需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)才能夠得到。

（4）初始溫度，如果具有較高的初始溫度，那么會(huì)有較高的概率搜到高質(zhì)量解，但需要更長的運(yùn)算時(shí)間。對(duì)于初始溫度的給定時(shí)，需要結(jié)合算法優(yōu)化所消耗的時(shí)間和效率，通常有兩種辦法，一是利用均勻辦法產(chǎn)生的一種狀態(tài)，將每一個(gè)目標(biāo)函數(shù)都設(shè)定為初始溫度。另一個(gè)辦法是使用任意產(chǎn)生的狀態(tài)，利用最大目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，記錄其差值，即max，根據(jù)差值使用某一函數(shù)作為初始溫度。

（5）外循環(huán)終止準(zhǔn)則，又叫做終止算法準(zhǔn)則，常用準(zhǔn)則包括設(shè)置溫度終止閾值，外循環(huán)的迭代，系統(tǒng)熵穩(wěn)定程度的判定。

（6）內(nèi)循環(huán)終止準(zhǔn)則，也就是Metropol

is準(zhǔn)則，利用不同溫度選出不同候選解，又被稱為是抽樣穩(wěn)定性質(zhì)準(zhǔn)則，主要包含以下內(nèi)容：目標(biāo)函數(shù)均值是否穩(wěn)定，連續(xù)若干個(gè)目標(biāo)函數(shù)變化幅度，采樣辦法。

1.2.3 特點(diǎn)和應(yīng)用

模擬退火算法通過概率的辦法尋求全局最優(yōu)解，不受初始值的影響，能夠緩慢進(jìn)行收斂，能夠較好的進(jìn)行多數(shù)據(jù)的并行、擴(kuò)展和通用，使用極高的效率進(jìn)行有關(guān)最優(yōu)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(yōu)化僵局的可能性，但在進(jìn)行大范圍搜索時(shí)，需要多次進(jìn)行計(jì)算，從而尋找到最優(yōu)解，在實(shí)際的應(yīng)用中，這一缺點(diǎn)極大地增加了工作量，不利于優(yōu)化計(jì)算效率。

作為一種較為通用的使用隨機(jī)辦法進(jìn)行搜索的計(jì)算方法，模擬退火算法已經(jīng)廣泛的在機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)、生產(chǎn)、圖象等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)設(shè)計(jì)的模擬集成電路，應(yīng)用模擬退火算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，多目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

1.3 遺傳算法

遺傳算法是基于達(dá)爾文生物進(jìn)化論有關(guān)自然選擇同生物進(jìn)化過程進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算所制作出來的模型，足以滿足適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機(jī)制。

1.3.1 流程

遺傳算法優(yōu)化問題解叫做個(gè)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(shù)字表示染色體，通常使用0和1的二進(jìn)制進(jìn)行表示，或利用其他特殊問題進(jìn)行表示，叫做編碼。

遺傳算法開始于種群，依據(jù)適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機(jī)制，不斷進(jìn)行迭代進(jìn)化，通過選擇、交叉和變異生成新種群，從而產(chǎn)生最優(yōu)解。遺傳算法流程圖如圖2所示。

1.3.2 優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

遺傳算法依據(jù)適者生存與優(yōu)勝劣汰的生物界遺傳機(jī)制，主要優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。第一，不需要使用函數(shù)，就能夠直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行有關(guān)求導(dǎo)的操作；第二，遺傳算法整體優(yōu)化不受梯度和輔助的影響，只受目標(biāo)和適應(yīng)度的影響；第三，使用一定概率進(jìn)行變遷，不需要固定在某一區(qū)域，很好的對(duì)搜索方向進(jìn)行校正和適應(yīng)，從而自動(dòng)獲得結(jié)果；第四，遺傳算法具有較強(qiáng)的全局搜索力。以上這些優(yōu)點(diǎn)很好地為相對(duì)較為復(fù)雜的問題進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)求解時(shí)提供了相應(yīng)的框架，因此被廣泛地應(yīng)用在人們各個(gè)領(lǐng)域的生活中。

2 基于遺傳算法的二級(jí)運(yùn)放電路優(yōu)化

利用遺傳算法進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)優(yōu)化能夠使用更少的資源來設(shè)計(jì)自動(dòng)化電路優(yōu)化，既降低硬件的成本又縮短設(shè)計(jì)的使用時(shí)間。利用仿真軟件進(jìn)行有關(guān)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠使用更加精確的模型進(jìn)行優(yōu)化，但是其缺點(diǎn)在于巨大的求解空間導(dǎo)致耗費(fèi)時(shí)間長。所以目前有一種提法是根據(jù)電路性能進(jìn)行相關(guān)遺傳算法的解析，具有用時(shí)短、操作性能有所改善的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于不是要求很嚴(yán)格的設(shè)計(jì)條件，可以使用二級(jí)運(yùn)放進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，更加縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

2.1 二級(jí)運(yùn)放的電路分析

進(jìn)行有關(guān)集成電路的模擬中，使用運(yùn)算放大器，能夠很好的將單元模塊進(jìn)行高倍放大，通常情況下，使用反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有關(guān)電路模塊功能的重組。運(yùn)算放大器作為一種較為重要的模擬和數(shù)模信號(hào)的系統(tǒng)電路模塊，已經(jīng)被應(yīng)用到各種系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)之中，運(yùn)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(bǔ)償四種。基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 二級(jí)運(yùn)算放大器性能指標(biāo)

下面通過二級(jí)運(yùn)算放大器的交流小信號(hào)模型對(duì)運(yùn)放的重要性能進(jìn)行分析。第一級(jí)運(yùn)放為M1-5的差分運(yùn)放構(gòu)成，第二級(jí)運(yùn)放為M6-7的共源放大器構(gòu)成。二級(jí)運(yùn)放等效模型如圖4所示。

轉(zhuǎn)換速率，又叫做壓擺率，也就是說在運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓輸出時(shí)候產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換速率，很好的提示運(yùn)放速度。在輸入端連接一個(gè)比較活躍的信號(hào)，通過運(yùn)放輸出測得最大上升速率。

2.3 遺傳算法對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前一種較為新穎的優(yōu)化電路生成辦法是在小環(huán)境范圍進(jìn)行有關(guān)二級(jí)運(yùn)放的優(yōu)化。具體編碼方式包括集合染色體內(nèi)的各種未知參數(shù)，使用0和1的二進(jìn)制代碼，代表不同的設(shè)計(jì)電路的方案。使用每個(gè)指標(biāo)的性能函數(shù)相乘，得到適應(yīng)度函數(shù)，從而顯示出最大化目標(biāo)函數(shù)和最小化目標(biāo)函數(shù)。

自適應(yīng)免疫遺傳算法是目前較為新穎的智能優(yōu)化改進(jìn)算法，求解模擬相關(guān)生物學(xué)中的免疫系統(tǒng)，利用抗體的產(chǎn)生來排除抗原。自適應(yīng)免疫遺傳算法使用一種較為高質(zhì)量的節(jié)約資源進(jìn)行有關(guān)機(jī)制的克隆，對(duì)于優(yōu)化解即抗體進(jìn)行高概率的選擇，同適應(yīng)度函數(shù)有一個(gè)正比例關(guān)系。選定個(gè)體后將其復(fù)制傳代，放棄本身的親和力，也就是抗原抗體的匹配度，將優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)作為個(gè)體抗原。利用自適應(yīng)免疫遺傳算法，提出相應(yīng)電路圖的設(shè)計(jì)圖案，如圖5。

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

2.4 電路優(yōu)化及仿真結(jié)果

運(yùn)算放大器作為在進(jìn)行電路的集成模擬過程中應(yīng)用最為廣泛的電路，也具有較大的功耗和時(shí)間模塊，所以不同的方法設(shè)計(jì)顯示出不同的電路性能。比較具有代表性的二級(jí)運(yùn)算放大器的電路圖如圖7所示。

從圖7可以看出，對(duì)于具有特定結(jié)構(gòu)的功能電路，如果擁有較為合理的尺寸設(shè)計(jì)，可以得到一個(gè)較為固定的電路指標(biāo)，某一性能改變會(huì)導(dǎo)致其他性能的變化。依據(jù)自身的電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際電路的設(shè)計(jì)要求，來選擇合理的電路設(shè)計(jì)，雖然使用優(yōu)化算法可以在設(shè)計(jì)電路時(shí)進(jìn)行一定的優(yōu)化，但是有關(guān)電路性能方面的解析，有關(guān)目標(biāo)函數(shù)準(zhǔn)確性模型的建立，具有一定的限制條件，需要進(jìn)行更加深入的研究。

3 結(jié)語

智能優(yōu)化算法在當(dāng)今的很多領(lǐng)域內(nèi)，都是重點(diǎn)的研究項(xiàng)目，該文主要針對(duì)智能優(yōu)化算法的產(chǎn)生和發(fā)展進(jìn)行闡述，并詳細(xì)分析了幾種較為典型的智能優(yōu)化算法，其中，最具有代表性的集中算法是粒子群優(yōu)化、遺傳算法等。雖然該文分析和研究的是集成電路進(jìn)行智能設(shè)計(jì)的更為優(yōu)化的方法，但是今后對(duì)于集成電路的智能設(shè)計(jì)，還有很多問題值得進(jìn)行深入研究。

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