時間：2022-10-20 06:13:01
導(dǎo)語：在數(shù)字集成電路設(shè)計的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：高職教育；項目化教學(xué)；形成性考核
作者簡介：張麗（1981-），女，江蘇南通人，南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系，講師。（江蘇 南通 226007）
中圖分類號：642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0051-02
“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”是機電專業(yè)中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它的特點是邏輯性、實踐操作性強。它的先導(dǎo)課程有“電路分析”、“模擬電子技術(shù)”和“protel99SE”，后續(xù)課程有“單片機技術(shù)”、“家電原理”和“電子測量技術(shù)”，在整個學(xué)科體系中起著承前啟后的重要作用。
一、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程設(shè)計的理念
以職業(yè)能力培養(yǎng)為出發(fā)點，應(yīng)遵循“手腦并用”、“做學(xué)合一”、“理論與實際并行”、“知識與技能并重”的教學(xué)原則，突出以“能力為本位”的課程模式，以應(yīng)用和就業(yè)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)職業(yè)技能為目的。以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，才能充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性。把握學(xué)生的認(rèn)知過程和接受能力的規(guī)律，注重對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、綜合意識與綜合能力、實踐意識與實踐能力的培養(yǎng)。以理論聯(lián)系實際為指導(dǎo)，重點提升學(xué)生運用知識的能力，使之養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，把握行為引導(dǎo)法促進(jìn)學(xué)生能力提升的發(fā)展性教育理念。
二、高職教育及高職學(xué)生的特點
高職學(xué)生的特點是基礎(chǔ)知識薄弱、理論學(xué)習(xí)困難、學(xué)習(xí)情緒化、對感興趣的事物接受能力強。
高職教育的特點是面向崗位群，機電專業(yè)面向的崗位主要有：
生產(chǎn)現(xiàn)場操作及維修崗位：要求具有機電產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝實施能力；機電工具設(shè)備的使用與操作能力；對機電產(chǎn)品進(jìn)行裝配、檢測與調(diào)試的能力；要求儀表的使用、計算機測試、系統(tǒng)分析或產(chǎn)品故障分析的技術(shù)能力要強。
機電產(chǎn)品、設(shè)備安裝及調(diào)試崗位：能夠?qū)C電設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試、運行管理與設(shè)備維護(hù)，并能對一般控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與改造。
機電產(chǎn)品、設(shè)備技術(shù)管理及服務(wù)崗位：要求技術(shù)管理人員具備看懂機械圖紙和電氣圖紙的能力；具有機電一體化設(shè)備的使用、維護(hù)、管理能力，具有一定的生產(chǎn)管理、技術(shù)管理等知識。機電設(shè)備銷售與售后服務(wù)技術(shù)人員具有機電設(shè)備的原理、裝配工藝等知識，具有機電設(shè)備的檢測與維修能力。
三、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”項目化教學(xué)的必要性
傳統(tǒng)的教學(xué)法是從知識點的掌握到電路的分析再到電路的設(shè)計，由局部到整體，自下而上。它以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心，忽視了學(xué)生積極性、主動性的發(fā)揮，實踐以模仿為主，突出技能性訓(xùn)練，缺少設(shè)計性、創(chuàng)新性，教學(xué)效果不是很理想。
因此，必須根據(jù)不同的崗位職業(yè)能力要求，確定課程的職業(yè)能力目標(biāo)：會用各種表示方法描述數(shù)字電路邏輯功能，會分析常用電路的功能；能完成數(shù)字電路的設(shè)計，能分析和排除電路中出現(xiàn)的故障；能通過對數(shù)字集成電路芯片資料的閱讀，了解數(shù)字集成電路的邏輯功能和使用方法；能熟練掌握數(shù)字電路中常用儀器儀表的使用；能畫出所設(shè)計的數(shù)字邏輯集成電路的電原理圖，能列出所設(shè)計的電路的元器件清單，會撰寫所設(shè)計電路的測試說明。
根據(jù)課程的職業(yè)能力要求確定課程的知識目標(biāo)：掌握邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識；了解集成邏輯門電路內(nèi)部構(gòu)造；掌握組合、時序邏輯電路的分析設(shè)計；理解觸發(fā)器的工作特性；掌握脈沖波形的產(chǎn)生和整形；A/D及D/A轉(zhuǎn)換。
在此基礎(chǔ)上采用項目教學(xué)法，它是從實際問題出發(fā)來講電路的構(gòu)造、元器件的選擇，再到知識的運用，由整體到局部，自上而下，宏觀把握，以學(xué)生為中心，以項目為中心，以實際經(jīng)驗為中心，緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識，增強課程內(nèi)容與崗位職業(yè)能力要求的相關(guān)性，大大提高了學(xué)生的就業(yè)能力。
四、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程設(shè)計思路
為落實以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為目標(biāo)的課程實施，給出課程總體設(shè)計思路：堅持以高職教育培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，遵循“以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點，力圖做到“精選內(nèi)容、降低理論、加強基礎(chǔ)、突出應(yīng)用”。
課程設(shè)計以電子產(chǎn)品的制作為載體，以便于與企業(yè)共同開發(fā)該課程：項目一，聲光控制燈電路制作；項目二，競賽搶答器制作；項目三，電子生日蠟燭制作；項目四，流水彩燈制作；項目五，31/2位直流數(shù)字電壓表的制作。
項目的選擇以課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，既與數(shù)字電路知識緊密結(jié)合，又能夠充分體現(xiàn)當(dāng)前的工程實際情況，同時具有一定的創(chuàng)新空間，學(xué)生可以運用學(xué)過的知識進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)揮。
通過任務(wù)引領(lǐng)的項目活動將必備的知識、技能、行為、態(tài)度內(nèi)化融合，使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)勞動者和高級技術(shù)應(yīng)用人才所必須的數(shù)字集成電路設(shè)計、制作與測試的基本知識和基本技能，同時培養(yǎng)學(xué)生愛崗敬業(yè)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)精神。
五、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計
該課程的總體目標(biāo)：使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)勞動者和高級技術(shù)應(yīng)用型人才所必需的電子設(shè)計基本知識，具備靈活運用常用數(shù)字集成電路實現(xiàn)邏輯功能的基本技能；為學(xué)生全面掌握電子設(shè)計技術(shù)和技能，提高綜合素質(zhì)，增強職業(yè)變化的適應(yīng)能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力打下一定基礎(chǔ)；通過問題的解決，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、敬業(yè)愛崗、吃苦耐勞的品德和良好的職業(yè)道德觀。
1.內(nèi)容的選取
以項目二競賽搶答器的制作為例來說明：
根據(jù)總體目標(biāo)確定該項目的知識目標(biāo)、技能目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)。
知識目標(biāo)：掌握編譯碼器知識、觸發(fā)器知識、計數(shù)器知識、脈沖波形的產(chǎn)生和整形知識、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器知識、復(fù)習(xí)邏輯代數(shù)知識。
技能目標(biāo)：掌握編譯碼器、計數(shù)器功能、選擇連接及使用；掌握555定時器的連接及使用；運用仿真軟件畫仿真圖；具備查閱集成芯片產(chǎn)品手冊的能力。
素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作態(tài)度，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)扎實的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生競爭與合作意識。
2.教學(xué)內(nèi)容的序化
（1）任務(wù)下達(dá)。將項目分解為五個子任務(wù)：譯碼電路的設(shè)計與制作、搶答電路的設(shè)計與制作、倒計時電路的設(shè)計與制作、聲響電路的設(shè)計與制作、控制電路的設(shè)計與制作。
以子任務(wù)搶答電路設(shè)計與制作為例。知識目標(biāo)：學(xué)習(xí)掌握二進(jìn)制編碼器、二進(jìn)制優(yōu)先編碼器、BCD編碼器、BCD優(yōu)先編碼器。能力目標(biāo)：掌握編碼器功能、選擇連接及使用、運用仿真軟件畫仿真圖、具備查閱集成芯片產(chǎn)品手冊的職業(yè)能力。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)扎實的工作作風(fēng)、競爭與合作的意識。
對該子任務(wù)進(jìn)行分析：選手搶答情形即選手A首先按下按鈕，顯示屏上顯示A搶答成功，其他選手再按按鈕無效，選手A松開按鈕后，顯示屏上A搶答成功的狀態(tài)保持不變，直到主持人清零，進(jìn)行下一輪搶答。搶答電路的重要功能：鎖存功能。既要能“鎖”，也要能“存”?！版i”——其他選手，“存”——搶答成功的選手信息。通過類比的方式引入編碼的概念，對該任務(wù)進(jìn)行仿真后下達(dá)任務(wù)卡。
（2）資訊。讓學(xué)生回顧以往解決相關(guān)問題的方法，給出用門電路實現(xiàn)的方法；讓學(xué)生檢索常用編碼器的數(shù)據(jù)手冊，通過手冊了解芯片的功能和基本使用，掌握編碼器的測試方法，通過測試加深對芯片的功能和使用方法的了解。
教學(xué)重點：二進(jìn)制編碼器與優(yōu)先編碼器的異同點。教學(xué)難點：編碼器的使用。對芯片進(jìn)行測試后進(jìn)行芯片用法分析。
（3）計劃決策。通過類似電路分析，啟發(fā)學(xué)生思路；引導(dǎo)學(xué)生討論該任務(wù)中編碼器的選型，分析采用二進(jìn)制編碼器設(shè)計的缺陷；重點討論如何解決優(yōu)先編碼器的硬件電路已經(jīng)固定好的優(yōu)先級；深入各小組聽取學(xué)生決策意見；根據(jù)任務(wù)要求，各小組討論出任務(wù)實施方案，設(shè)計出系統(tǒng)框圖，指導(dǎo)老師確認(rèn)方案的可行性。
（4）任務(wù)實施。任務(wù)的實施過程主要以學(xué)生為主體，學(xué)生三人一組，將學(xué)習(xí)能力較好、中等、較弱的學(xué)生合理分配到各組，教師指導(dǎo)、答疑。
（5）檢查評估。根據(jù)各小組的演示給出綜合評價（部分實現(xiàn)、全部實現(xiàn)、有創(chuàng)新功能）；抽取設(shè)計較佳和較差電路進(jìn)行點評；教師給出優(yōu)化電路，要求學(xué)生課后進(jìn)行分析。
3.教學(xué)手段、方法
項目二的教學(xué)方法：基于問題教學(xué)法 （從實際問題搶答競賽出發(fā)）；基于興趣的教學(xué)法 （向?qū)W生進(jìn)行任務(wù)的虛擬仿真flash演示）；理論實踐二位一體教學(xué)法 （編碼器功能知識的掌握與電路搭建）；可視化教學(xué)法（芯片功能的測試將傳統(tǒng)測試方法與專用的數(shù)字芯片測試儀結(jié)合）；小組討論法（3人分組）；啟發(fā)式教學(xué)法（任務(wù)分析部分）；類比教學(xué)法（編碼概念引入部分）；探究法（任務(wù)實施過程中）。
本門課程教學(xué)手段、方法：任務(wù)驅(qū)動法、行為導(dǎo)向項目教學(xué)法；工學(xué)結(jié)合，現(xiàn)場教學(xué)法（項目中每個任務(wù)的綜合）；傳統(tǒng)教學(xué)手段（講解法、示范法、模仿法、練習(xí)法）；多媒體教學(xué)手段（PPT課件、flash仿真、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及互動平臺）。
六、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”考核評價方式
建立終結(jié)性評價和過程性評價相結(jié)合的評價方式。終結(jié)性評價中知識考核占30%，綜合考核占70%。過程性評價以項目為單位，其中教師評價占40%，學(xué)習(xí)檔案占30%，小組評價和自我評價各占15%。
七、總結(jié)
以職業(yè)崗位活動調(diào)研為前提進(jìn)行職業(yè)能力需求分析；以職業(yè)能力需求分析為導(dǎo)向確定課程職業(yè)能力目標(biāo)；根據(jù)職業(yè)能力目標(biāo)的需求確定知識目標(biāo)；根據(jù)崗位工作過程和認(rèn)識規(guī)律構(gòu)建教學(xué)模塊；以職業(yè)能力訓(xùn)練項目作為課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的載體；以真實的職業(yè)活動實例作為訓(xùn)練素材；通過項目教學(xué)真正實現(xiàn)“教、學(xué)、做”三者的融合；建立以形成性考核為主的課程考核體系。
參考文獻(xiàn)：
[1]胡錦.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.
在非微電子專業(yè)如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學(xué)生有電子電路基礎(chǔ)知識，又有自己本專業(yè)的知識，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設(shè)計集成電路芯片，非常適合進(jìn)行各種應(yīng)用的集成電路芯片設(shè)計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設(shè)計需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對于這些專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用特點，不宜也不可能開設(shè)微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設(shè)計階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計、可測性設(shè)計等）開設(shè)為單獨課程，而是要將相應(yīng)課程整合，開設(shè)一到二門集成電路設(shè)計的綜合課程，使學(xué)生既能夠掌握集成電路設(shè)計基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設(shè)置上，應(yīng)該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設(shè)計技術(shù)是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進(jìn)行電路輔助設(shè)計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計工具，是掌握集成電路設(shè)計技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓(xùn)與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學(xué)生掌握集成電路芯片設(shè)計能力和技術(shù)的講授和實踐，又有對集成電路芯片設(shè)計新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學(xué)習(xí)，一方面，學(xué)員掌握了一項實實在在有用的技術(shù)；另一方面，學(xué)員了解了該項技術(shù)的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設(shè)計技術(shù)的繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)?；A(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設(shè)的課程，因此在課程講授中不涉及電路設(shè)計的一些原理性知識，如半導(dǎo)體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學(xué)生能夠很容易入門，提高其學(xué)習(xí)興趣和熱情。
2非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計課程實踐
根據(jù)以上原則，信息工程大學(xué)根據(jù)具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關(guān)專業(yè)開設(shè)集成電路芯片設(shè)計技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學(xué)情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容1）集成電路芯片設(shè)計概論：介紹IC設(shè)計的基本概念、IC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學(xué)員對IC設(shè)計技術(shù)有一個大概而全面的了解，了解IC設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設(shè)計技術(shù)的基本概念；了解IC設(shè)計發(fā)展趨勢和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、IC低功耗設(shè)計技術(shù)、IC可重用設(shè)計技術(shù)等。2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設(shè)計流程等內(nèi)容。使學(xué)員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個設(shè)計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優(yōu)化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。3）RTL硬件描述語言基礎(chǔ)：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設(shè)計方法等內(nèi)容。使學(xué)員能夠初步掌握使用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計規(guī)則和設(shè)計方法，并通過設(shè)計實踐學(xué)習(xí)和鞏固硬件電路代碼編寫和調(diào)試能力。4）系統(tǒng)集成設(shè)計基礎(chǔ)：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統(tǒng)（SoC）、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）的基本概念和集成設(shè)計方法。使學(xué)員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級芯片架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。
豐富的實踐操作內(nèi)容1）Verilog代碼設(shè)計實踐：學(xué)習(xí)通過課下編碼、上機調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進(jìn)行基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設(shè)計能力。2）IC前端設(shè)計基礎(chǔ)實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設(shè)計平臺DesignCompiler，使學(xué)員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進(jìn)行集成電路前端設(shè)計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優(yōu)化、可測性設(shè)計等內(nèi)容。3）IC后端設(shè)計基礎(chǔ)實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設(shè)計平臺ICCompiler，使學(xué)員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進(jìn)行集成電路后端設(shè)計的流程和方法，主要包括后端設(shè)計準(zhǔn)備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評價機制1）IC設(shè)計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學(xué)員隊IC設(shè)計的一些基本知識，如基本概念、基本設(shè)計流程、簡單的代碼編寫等。2）IC設(shè)計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設(shè)計代碼，要求學(xué)員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設(shè)計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設(shè)計和驗證流程。3）IC設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域報告：通過撰寫報告的形式，要求學(xué)員查閱IC設(shè)計領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設(shè)計流程中相關(guān)技術(shù)點的深入研究、集成電路設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢等，撰寫相應(yīng)的專題報告。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計;集成系統(tǒng);本科專業(yè);創(chuàng)新型人才;課程體系
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）35-0049-03
一、引言
集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是推動信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的源泉和動力。國務(wù)院于2000年6月25日頒發(fā)了《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策（18號）》，大力支持和鼓勵我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家政策的扶持下，我國集成電路設(shè)計業(yè)發(fā)展迅猛，伴隨著國內(nèi)集成電路的發(fā)展，對集成電路設(shè)計相關(guān)人員的需求也日益增加。教育部于2003年開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”目錄外本科專業(yè)，2012年普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄中調(diào)整為特設(shè)專業(yè)，以適應(yīng)國內(nèi)對集成電路設(shè)計與應(yīng)用人才的迫切需求，截止2014年，全國已有28所高校設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)。國務(wù)院于2011年1月28日頒發(fā)了《進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策（新18號）》，要求高校要進(jìn)一步深化改革，加強集成電路設(shè)計相關(guān)專業(yè)建設(shè)，緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及時調(diào)整課程設(shè)置、教學(xué)計劃和教學(xué)方式，加強專業(yè)師資隊伍、教學(xué)實驗室和實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)，努力培養(yǎng)國際化、復(fù)合型、實用型人才。
“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”專業(yè)涉及的新概念、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，是一個工程性和實踐性很強的本科專業(yè)。集成電路領(lǐng)域技術(shù)和管理人才嚴(yán)重不足、人才質(zhì)量普遍不高已成為制約我國集成電路產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展的瓶頸。國家集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出加強人才培養(yǎng)，著力發(fā)展芯片設(shè)計業(yè)，2014年6月，國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》進(jìn)一步指出，要著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，加大人才培養(yǎng)力度。因此，研究適合本專業(yè)的理論與實踐并重融合的課程體系，培養(yǎng)創(chuàng)新型集成電路設(shè)計人才具有十分重要的現(xiàn)實意義和歷史意義。
二、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)的特點
集成電路是推動當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要技術(shù)，由于集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展迅速且新知識、新技術(shù)層出不窮，多學(xué)科交叉融合，畢業(yè)生就業(yè)具有國際性，要求教學(xué)體系和實踐平臺建設(shè)必須跟上最新的產(chǎn)業(yè)需求，才能培養(yǎng)出適合社會和企業(yè)需要的集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)創(chuàng)新型人才。在進(jìn)行集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新型人才培養(yǎng)時我們需要緊緊抓住以下幾點。
1.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是新興專業(yè)，國內(nèi)還沒有形成該專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范，目前國內(nèi)各高校該專業(yè)的教學(xué)計劃是從國外或者相關(guān)專業(yè)延伸來的，系統(tǒng)性、完備性差，還沒有形成完整的知識體系。
2.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，因此要利用綜合性學(xué)科知識為該類人才的素質(zhì)培養(yǎng)服務(wù)，從注重單一知識和能力的培養(yǎng)，要轉(zhuǎn)變到注重綜合知識和能力的培養(yǎng)。
3.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)是國家特設(shè)專業(yè)，根據(jù)高校自身辦學(xué)特色和市場需求設(shè)置的專業(yè)，需要針對企業(yè)對該類人才的需求，將企業(yè)需求融入課程體系，與企業(yè)聯(lián)合制定培養(yǎng)方案，建立核心課程體系，實時調(diào)整專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。
4.集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)具有較強的工程性和實踐性，不僅要具有較強理論知識基礎(chǔ)，而且要具有較好的工程實踐能力以及一定的創(chuàng)新能力，需要建立一種基于項目驅(qū)動的多層次的實踐教學(xué)體系，保障四年工程實踐訓(xùn)練不斷線，逐步提升學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。
三、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建
根據(jù)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)特點，按照通信、計算機和集成電路融合發(fā)展的科學(xué)規(guī)律，結(jié)合我校學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢特色，確立了本專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系。
（一）人才培養(yǎng)目標(biāo)
2006年全國科技大會上提出，到2020年，我國將建成創(chuàng)新型國家，使科技發(fā)展成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的有力支撐。具有較強的自主創(chuàng)新能力是創(chuàng)新型國家的主要特征之一，只有培養(yǎng)具創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才，才能提升自主創(chuàng)新能力。集成電路產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是最能體現(xiàn)科技進(jìn)步對創(chuàng)新型國家貢獻(xiàn)率的行業(yè)。
因此，本專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息領(lǐng)域發(fā)展需要，掌握寬廣的人文知識、堅實的自然科學(xué)知識以及扎實的專業(yè)知識，具備工程實踐能力和創(chuàng)新能力，具有自主學(xué)習(xí)集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域前沿理論和技術(shù)的能力，能在集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域從事研究、設(shè)計、實現(xiàn)、應(yīng)用的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，為全面實現(xiàn)創(chuàng)新型國家提供強有力的支撐。
（二）人才培養(yǎng)規(guī)格
集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，如圖1所示。其中，圖1中①就是通信算法（應(yīng)用）的直接IC（實現(xiàn)）化的ASIC、FPGA電路或者可重構(gòu)電路;②就是算法（應(yīng)用）的指令集合（體系結(jié)構(gòu)）化的目標(biāo)程序;③就是指令集合（體系結(jié)構(gòu)）的IC（實現(xiàn)）化的處理器;④就是集成電路技術(shù)發(fā)展推動的先進(jìn)處理器。
根據(jù)多學(xué)科融合發(fā)展和人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，確定了本專業(yè)知識、能力、素質(zhì)的人才培養(yǎng)規(guī)格如下。
1.知識結(jié)構(gòu)要求。（1）具有堅實的自然科學(xué)理論基礎(chǔ)知識、電路與系統(tǒng)的學(xué)科專業(yè)知識、必要的人文社會科學(xué)知識和良好的外語基礎(chǔ)。（2）具有通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信號處理等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識。（3）掌握集成電路與集成系統(tǒng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和工程理論。（4）掌握集成電路與集成系統(tǒng)電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)。
2.能力結(jié)構(gòu)要求。（1）具有使用電子設(shè)計自動化（EDA）工具進(jìn)行集成電路與集成系統(tǒng)設(shè)計的能力。（2）具有較強的科學(xué)研究、工程實踐及綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。（3）具有了解本專業(yè)領(lǐng)域的理論前沿、發(fā)展動態(tài)和獨立獲取知識的能力。（4）具有自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、協(xié)同工作與組織能力。
3.素質(zhì)結(jié)構(gòu)要求。（1）具有良好的思想道德修養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)、身心素質(zhì)。（2）具有奉獻(xiàn)精神、人際交往意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。（3）具有一定的文學(xué)藝術(shù)修養(yǎng)、科學(xué)的工程實踐方法。（4）具有一定的國際化視野、求實創(chuàng)新意識。
（三）課程體系
集成電路系統(tǒng)設(shè)計涵蓋“系統(tǒng)設(shè)計、邏輯設(shè)計、電路設(shè)計、版圖設(shè)計”四個設(shè)計層次，課程體系應(yīng)覆蓋四個設(shè)計層次需要的所有知識點，各知識點之間要具有連貫性、系統(tǒng)性和完備性。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)具有很強的工程性和實踐性，通過計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強化學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個多學(xué)科的交叉新興專業(yè)，課程體系中應(yīng)該包含通信、計算機和集成電路的相關(guān)知識點，各知識點之間要具有交叉融合性。集成電路系統(tǒng)設(shè)計是一個高速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域，知識和技術(shù)更新速度非?？?，課程體系應(yīng)該體現(xiàn)先進(jìn)性，使得學(xué)生能夠接近先進(jìn)的技術(shù)前沿，同時課程體系中也應(yīng)該包含一些面向企業(yè)的工程設(shè)計與實踐的實用性課程，進(jìn)一步提高學(xué)生的就業(yè)競爭力和工程創(chuàng)新能力。
因此，根據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)格和特點以及課程體系的連貫性、系統(tǒng)性、完備性、融合性、先進(jìn)性和實用性，結(jié)合我校自身優(yōu)勢特色，構(gòu)建了如下頁圖2所示的知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的理論與實踐并重融合的課程體系。課程體系以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，集中實踐環(huán)節(jié)為支撐，核心課程為基礎(chǔ)，一組集中實踐環(huán)節(jié)和核心課程培養(yǎng)一種能力。同時，設(shè)置綜合素質(zhì)教育模塊和課外科技創(chuàng)新活動模塊，提升學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
課程體系主要突出計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力以及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進(jìn)行分學(xué)年重點培養(yǎng)。第一學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，第二學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用能力，第三學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力和集成電路設(shè)計能力，第四學(xué)年主要培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，通過設(shè)置“數(shù)字集成電路”、“混合信號集成電路”、“嵌入式系統(tǒng)”三個方向課程模塊，實現(xiàn)人才的個性化培養(yǎng)。
通過嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的集中實踐環(huán)節(jié)和核心課程設(shè)置，將集成電路設(shè)計與通信/計算機相結(jié)合，體現(xiàn)課程體系的交叉融合性。將集成電路系統(tǒng)設(shè)計層次中的“系統(tǒng)設(shè)計”貫穿于工程創(chuàng)新能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力培養(yǎng)，“邏輯設(shè)計”體現(xiàn)在電子技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)中，通過“電路設(shè)計”與“版圖設(shè)計”實現(xiàn)集成電路設(shè)計能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)了課程體系的系統(tǒng)性和完備性，通過教學(xué)內(nèi)容的組織實現(xiàn)知識的連貫性。
課程體系設(shè)置了一系列集中實踐環(huán)節(jié)和獨立設(shè)課實驗（集成電路EDA技術(shù)實驗、微處理器設(shè)計實踐）以及課內(nèi)實驗，在教學(xué)內(nèi)容的組織上將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)（包括算法、體系結(jié)構(gòu)、集成電路）設(shè)計與實現(xiàn)的科研成果融入教學(xué)過程，實現(xiàn)四年工程實踐訓(xùn)練不斷線，體現(xiàn)課程體系的工程性和實踐性。同時通過下一代無線通信系統(tǒng)的核心器件――SDR系統(tǒng)處理芯片設(shè)計為牽引，設(shè)置通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐相關(guān)課程，采用世界主流EDA廠家先進(jìn)EDA工具完成集成電路EDA技術(shù)實驗以及集成電路系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)課程體系的先進(jìn)性和實用性。
（四）教學(xué)內(nèi)容組織思路
以“高級語言程序匯編語言程序機器指令序列計算機組成（CPU、存儲器、輸入輸出、數(shù)據(jù)通路與控制單元）計算機部件設(shè)計計算機部件（FPGA和專用集成電路）實現(xiàn)整機（FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐罚崿F(xiàn)面向通信、信號處理領(lǐng)域系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字集成電路、模擬集成電路）設(shè)計與應(yīng)用”為主線組織教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識的連貫性，培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力、電子技術(shù)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、集成電路設(shè)計能力。通過通信集成電路系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐（包括數(shù)字集成電路工程設(shè)計與實踐、嵌入式SoC工程設(shè)計與實踐、模擬集成電路工程設(shè)計與實踐等），將軟件無線電（SDR）系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的科研項目成果融入課堂教學(xué)，貫徹我?！敖萄薪y(tǒng)一”辦學(xué)理念，突顯我校信息通信行業(yè)優(yōu)勢特色，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。
四、結(jié)論
課程體系設(shè)置是專業(yè)建設(shè)中的關(guān)鍵核心問題，對人才的培養(yǎng)質(zhì)量起決定性的作用。本文充分考慮了集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)多學(xué)科交叉融合、工程實踐性強等特點，結(jié)合我校本專業(yè)在通信專用集成電路設(shè)計、專用處理系統(tǒng)設(shè)計方面的優(yōu)勢特色，形成了通信、計算機與集成電路設(shè)計相結(jié)合、理論教學(xué)與項目實踐相結(jié)合的課程體系。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以集成電路設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計融合為主線組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計（計算機應(yīng)用、電子技術(shù)應(yīng)用、微系統(tǒng)設(shè)計）能力，通過面向通信領(lǐng)域的集成電路與嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]國務(wù)院2011年4號文件.關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策[J].軟件產(chǎn)業(yè)與工程，2011，（2）.
【關(guān)鍵詞】微電子專業(yè)實驗 教學(xué)改革
【中圖分類號】G424 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1006-5962（2013）02（a）-0019-01
引言：
微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向?，F(xiàn)代社會是一個信息社會，信息技術(shù)發(fā)展的方向是多智能化、網(wǎng)絡(luò)化和個體化。要求系統(tǒng)獲取和存儲海量的多媒體信息、以極高速度精確可靠的處理和傳輸這些信息并及時地把有用信息顯示出來或用于控制。所有這些都只能依賴于微電子技術(shù)的支撐才能成為現(xiàn)實。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術(shù)無止境追求的目標(biāo)，是微電子技術(shù)迅速發(fā)展的動力。
目前我國的微電子行業(yè)領(lǐng)域正以日新月異的速度高速向前發(fā)展，但是微電子專業(yè)學(xué)生往往理論強于實踐，成為制約我國微電子行業(yè)發(fā)展的最大障礙。為了培養(yǎng)出合格的微電子專業(yè)畢業(yè)生，在微電子教學(xué)過程中必須理論和實踐并重。
我們在結(jié)合我校多年微電子專業(yè)實驗教學(xué)的實踐工作以及目前微電子行業(yè)的現(xiàn)狀和前景，提出了在本科階段微電子專業(yè)實驗改革實驗內(nèi)容――抓好兩大平臺建設(shè)；革新實驗課程教學(xué)體系的新思路――因人而宜，因材施教，學(xué)生為主，教師為輔。
微電子專業(yè)實驗改革實驗內(nèi)容：
在實驗改革中主要分成兩大主要平臺：集成電路設(shè)計平臺和集成電路測試平臺。
集成電路設(shè)計平臺：
實驗室是開展研究性教學(xué)、培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要陣地。微電子實驗所涉及的一些必要的實驗裝備往往價格不菲，而一些綜合性、設(shè)計性、研究探索性實驗以及課程綜合設(shè)計所需要的系統(tǒng)級先進(jìn)設(shè)備和測試儀表更是價格驚人，在本科教學(xué)實驗室中根本無法配置。為了解決這一矛盾，我們在實驗室建設(shè)中引進(jìn)先進(jìn)的EDA軟件，包括ECAD和TCAD軟件構(gòu)建集成電路設(shè)計模塊。在這個模塊中學(xué)生可以完成（1）數(shù)字IC和模擬IC的設(shè)計：進(jìn)行數(shù)字集成電路、模擬集成電路和片上系統(tǒng)SoC的設(shè)計實驗；（2）可以完成版圖設(shè)計：進(jìn)行數(shù)字集成電路版圖設(shè)計、模擬集成電路版圖設(shè)計；（3）還可以完成器件和工藝設(shè)計：進(jìn)行微電子器件、納電子器件和光電子器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能仿真、工藝設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化和虛擬制造的實驗。利用這些軟件學(xué)生不僅可以完成一些過去因條件限制根本無法完成的綜合性、設(shè)計性實驗和課程設(shè)計，更主要的是學(xué)生在開展科技創(chuàng)新訓(xùn)練和復(fù)雜程度高的系統(tǒng)級畢業(yè)設(shè)計中，可以首先利用這些軟件平臺進(jìn)行設(shè)計、仿真分析、反復(fù)修改，在獲得正確設(shè)計和初步結(jié)果后再利用實驗設(shè)備和測試儀器進(jìn)行實驗驗證。這樣做不僅減少了研究工作和實驗工作的盲目性，而且降低了運行成本和設(shè)備維修率，提高了設(shè)備利用率。
集成電路測試平臺：
該平臺是針對微電子技術(shù)本科專業(yè)中關(guān)于半導(dǎo)體器件物理、固體電子導(dǎo)論、微電子器件設(shè)計、半導(dǎo)體基礎(chǔ)實驗、集成電路測試等課程的教學(xué)要求，完成以下幾個模塊設(shè)計實驗：（1）半導(dǎo)體材料測試模塊。通過四探針測試儀（包括電腦、軟件）、導(dǎo)電類型鑒別儀、半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)測試儀和少子壽命測試儀可進(jìn)行半導(dǎo)體材料（硅片）的導(dǎo)電類型、電阻率、電導(dǎo)率和少子壽命測試等實驗和研究。（2）半導(dǎo)體器件測試模塊。通過晶體管特性測試測試儀、數(shù)字萬用表、半導(dǎo)體特性分析儀和CV特性測試儀可進(jìn)行二極管、NPN、PNP、MIS和MOS晶體管的特性測試和參數(shù)提取的實驗和研究。（3）IC在晶圓測試模塊。通過STl03A手動探針臺、數(shù)字示波器和邏輯分析儀可進(jìn)行集成電路和半導(dǎo)體器件性能的在晶圓測試的實驗和研究。（4）版圖分析與電路提取模塊，利用大平臺顯微鏡、計算機和數(shù)字?jǐn)z像頭可進(jìn)行集成電路的版圖分析、圖形測量和電路提取實驗和研究。
微電子專業(yè)實驗課程新教學(xué)體系：
為了培養(yǎng)高素質(zhì)的、有創(chuàng)新能力的、符合新時代要求的學(xué)生，我們制定了新的微電子教學(xué)實驗大綱。新大綱具有以下特點：（一）內(nèi)容覆蓋范圍廣，包括大部分微電子專業(yè)課程內(nèi)容：半導(dǎo)體器件物理、固體物理、集成電路版圖和工藝設(shè)計、集成電路CAD和微電子器件等等；（二）對實驗者水平要求更高，編排結(jié)構(gòu)更合理。大部分實驗包含基本驗證性和綜合分析性，要求學(xué)生掌握扎實的基本知識，突出對學(xué)生能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育；（三）大綱規(guī)定了必做實驗和選做實驗兩種類型實驗，必做類型要求所有學(xué)生都要完成，而選做實驗主要是針對部分學(xué)生開設(shè)的能力提高型實驗，做到“因人而宜，因材施教”。
與此同時，根據(jù)大綱的修訂，我們對《微電子專業(yè)實驗》講義進(jìn)行了重新編排，以了解新知識，掌握新技能，培養(yǎng)新能力為重點。通過大綱和講義的修訂和編排都為微電子專業(yè)實驗的教學(xué)改革奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：模擬集成電路；自適應(yīng)加權(quán)；多目標(biāo)優(yōu)化；Pareto最優(yōu)前沿
中圖分類號：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-02
0 引 言
一直以來，人們都想實現(xiàn)模擬集成電路設(shè)計的自動化，但考慮到模擬集成電路性能指標(biāo)多，各性能指標(biāo)間互相影響等因素，使得模擬集成電路的自動化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)字集成電路，模擬集成電路已經(jīng)成為制約集成電路發(fā)展的瓶頸。隨著技術(shù)的發(fā)展，片上系統(tǒng)將模擬集成電路與數(shù)字集成電路整合到一塊芯片上。但人們對模擬集成電路的自動化研究卻從未中斷過，同時也取得了一些成果，其中基于優(yōu)化的設(shè)計方法因適用范圍廣而受到了人們的青睞。
基于優(yōu)化的設(shè)計方法將模擬集成電路的設(shè)計看作是多目標(biāo)優(yōu)化問題，電路設(shè)計時的性能指標(biāo)如增益、帶寬、相位裕度等就是多目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。通過多目標(biāo)優(yōu)化算法求解出電路目標(biāo)空間的Pareto前沿，該前沿就是電路各種性能指標(biāo)折衷后的最優(yōu)前沿，允許電路設(shè)計者從一組相互沖突的設(shè)計指標(biāo)中做出最佳選擇。
基于優(yōu)化的設(shè)計方法的核心是多目標(biāo)優(yōu)化算法，解決多目標(biāo)優(yōu)化問題的常用算法是加權(quán)和算法[1]，該算法容易理解、操作簡單，但是該算法不能求出Pareto前沿上位于凹區(qū)間內(nèi)的解，而當(dāng)權(quán)值均勻分布時，Pareto前沿上凸區(qū)間內(nèi)的解分布不均勻[2]。本文采用了自適應(yīng)加權(quán)和算法，該算法在加權(quán)和算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，克服了加權(quán)和算法的上述缺點。
1 自適應(yīng)加權(quán)和算法原理
自適應(yīng)加權(quán)和算法[3]的權(quán)值系數(shù)沒有預(yù)先確定，而是通過所要求解問題的Pareto前沿曲線獲得。首先用傳統(tǒng)加權(quán)和算法產(chǎn)生一組起始解，然后在目標(biāo)空間確定需要細(xì)化的區(qū)域。將待細(xì)化區(qū)域看作可行域并且對該區(qū)域施加不等式約束條件，最后用傳統(tǒng)加權(quán)和方法對這些需要細(xì)化的子區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)Pareto前沿上的所有子區(qū)域長度達(dá)到預(yù)定值時，優(yōu)化工作完成。
圖1所示的自適應(yīng)加權(quán)算法與傳統(tǒng)加權(quán)和算法進(jìn)行了對比，說明了自適應(yīng)加權(quán)和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用實線表示，通過多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得的解用黑圓點表示。在該例中，整個Pareto前沿由相對平坦的凸區(qū)域和明顯凹的區(qū)域組成。解決這類問題的典型方法就是加權(quán)和算法，該算法可以描述成如下形式：
上式中描述的是兩個優(yōu)化目標(biāo)的情形，J1（x）和J2（x）分別為兩個目標(biāo)函數(shù)，sf1，0（x）和sf2，0（x）分別為對應(yīng)的歸一化因子，h（x）和g（x）分別為等式約束條件和不等式約束條件。
圖1（a）為采用加權(quán)和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹區(qū)間內(nèi)沒有求出解。該圖反映了加權(quán)和算法的兩個典型缺點：
（1）解在Pareto前沿曲線上分布不均勻；
（2）在Pareto前沿曲線為凹區(qū)間的部分不能求出解。
因此盡管加權(quán)和算法具有簡單、易操作的優(yōu)點，但上述缺點卻限制了其應(yīng)用，這些固有缺陷在實際多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題中頻繁出現(xiàn)。圖1描述了本文所提出的自適應(yīng)加權(quán)和算法的總體流程以及基本概念。首先根據(jù)加權(quán)和算法得到一組起始解，如圖1（a）所示，通過計算目標(biāo)前沿空間上相鄰解的距離來確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域，如圖1（b）所示，該圖中確定了兩個需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域。在確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域分別在平行于兩個目標(biāo)方向上添加額外的約束，如圖1（c）所示，在該圖中向減小方向J1添加的約束為1，J2減小方向添加的約束為2。對細(xì)化后添加完約束的區(qū)域用加權(quán)和算法優(yōu)化，得出新解，如圖1（d）所示，其中加權(quán)和算法求解最優(yōu)解時采用Matlab中的fmincon函數(shù)。從該圖中可看出，細(xì)化區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了新解，Pareto前沿上解的分布較之前更加均勻，且求出了凹區(qū)域內(nèi)的解，繼續(xù)細(xì)化能夠找出更多的解，Pareto前沿上的解也將分布地更加均勻。自適應(yīng)加權(quán)和算法的流程圖如圖2所示。
2 兩級運放設(shè)計實例
以一個帶米勒補償?shù)膬杉夁\放[4]為例，說明自適應(yīng)加權(quán)和算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。兩級運放電路圖如圖3所示。
電路的各項性能指標(biāo)如表1所列。
電路優(yōu)化過程中采用工作點驅(qū)動[5，6]的設(shè)計方法，電路的設(shè)計變量為電路直流工作點上一組獨立的電壓、電流。電路性能通過方程獲得，但方程中的小信號參數(shù)通過對工藝庫進(jìn)行模糊邏輯建模[7，8]得到，使得計算速度提高的同時保證了計算精度。兩級運放電路的優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。
圖為算法迭代五代后的優(yōu)化結(jié)果，由圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過五代的優(yōu)化迭代，求出的最優(yōu)解在Pareto前沿上分布均勻。在同一電路中，單位增益帶寬的增加與擺率的增加都會使功耗增加，而電路功耗降低導(dǎo)致的結(jié)果是電路的面積增加，或通過犧牲面積來換取低功耗，犧牲面積換取電路的帶寬增加。這些結(jié)果與電路理論相吻合，同時也再次說明了模擬電路設(shè)計過程中的折衷以及模擬集成電路設(shè)計的復(fù)雜性。
3 結(jié) 語
自適應(yīng)加權(quán)和算法能求出位于凹區(qū)間內(nèi)的最優(yōu)解，并且最優(yōu)解分布均勻。本文通過兩級運放電路驗證了算法的優(yōu)化效果，最終得到了滿意的優(yōu)化結(jié)果。
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關(guān)鍵詞：課程體系改革；教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；集成電路設(shè)計
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重要基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。國家高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2000年，國務(wù)院頒發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務(wù)院了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，我國集成電路產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。然而，我國的集成電路設(shè)計水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。2013年，全國進(jìn)口產(chǎn)品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進(jìn)口。2014年3月5日，國務(wù)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(chǎn)業(yè)，明確指出，要設(shè)立新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)制造、新能源、新材料等方面趕超先進(jìn)，引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年6月，國務(wù)院頒布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，加快推進(jìn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)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(shè)計人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障。2010年，我國芯片設(shè)計人員達(dá)不到需求的10%，集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)前國內(nèi)高等院校的一個迫切任務(wù)[1]。為滿足市場對集成電路設(shè)計人才的需求，2001年，教育部開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)[2]。
我校2002年開設(shè)電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，期間，由于專業(yè)調(diào)整，暫停招生。2012年，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)恢復(fù)本科招生，主要專業(yè)方向為集成電路設(shè)計。為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提出了集成電路設(shè)計專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[3]。本文根據(jù)培養(yǎng)模式要求，從課程體系設(shè)置、課程內(nèi)容優(yōu)化兩個方面對集成電路設(shè)計方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化。
一、專業(yè)課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)?！皩I(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”是集成電路設(shè)計的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)更好地學(xué)習(xí)專業(yè)方向課提供理論基礎(chǔ)。如果基礎(chǔ)不打扎實，將導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時存在較大困難，更甚者將導(dǎo)致其學(xué)業(yè)荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性，學(xué)生在后面學(xué)習(xí)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(xué)得懂。但國內(nèi)某些高校將這些課程設(shè)置為選修課，開設(shè)較少課時量，學(xué)生不能全面、深入地學(xué)習(xí)；有些院校甚至不開設(shè)這些課程[4]。比如，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)就沒有開設(shè)“晶體管原理”這門課程，而是將其內(nèi)容合并到“模擬集成電路原理與設(shè)計”這門課程中去。
2.課程開設(shè)順序不合理。專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課和寬口徑專業(yè)課之間存在環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系，前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者理論知識的具體應(yīng)用。并且，在各類專業(yè)課的內(nèi)部也存在這樣的關(guān)系。如果在前面的知識沒學(xué)好的基礎(chǔ)上，開設(shè)后面的課程，將直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)不懂，嚴(yán)重影響其學(xué)習(xí)積極性。例如：在某些高校的培養(yǎng)計劃中，沒有開設(shè)“半導(dǎo)體物理”，直接開設(shè)“晶體管原理”，造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)“晶體管原理”課程時沒有“半導(dǎo)體物理”課程的基礎(chǔ)，很難進(jìn)入狀態(tài)，學(xué)習(xí)興趣受到嚴(yán)重影響[5]。具體比如在學(xué)習(xí)MOS晶體管的工作狀態(tài)時，如果沒有半導(dǎo)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(guān)。
3.課程內(nèi)容理論性太強，嚴(yán)重打擊學(xué)生積極性?！皩I(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”這些專業(yè)基礎(chǔ)課程本身理論性就很強，公式推導(dǎo)較多，并且要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而我們有些教師在授課時，過分強調(diào)公式推導(dǎo)以及電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)，而不是側(cè)重于對結(jié)構(gòu)原理、工作機制和工作特性的掌握，使得學(xué)生（尤其是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生）學(xué)習(xí)起來很吃力，學(xué)習(xí)的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業(yè)課程體系改革的主要措施
1.“4+3+2”專業(yè)課程體系。形成“4+3+2”專業(yè)課程體系模式：“4”是專業(yè)基礎(chǔ)課“專業(yè)物理”、“半導(dǎo)體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業(yè)方向課“集成電路原理與設(shè)計”、“集成電路工藝”和“集成電路設(shè)計CAD”；“2”是寬口徑專業(yè)課“集成電路應(yīng)用”、“集成電路封裝與測試”，實行主講教師負(fù)責(zé)制。依照整體優(yōu)化和循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)學(xué)習(xí)每門專業(yè)課所需掌握的基礎(chǔ)知識，環(huán)環(huán)相扣，合理設(shè)置各專業(yè)課的開課先后順序，形成先專業(yè)基礎(chǔ)課，再專業(yè)方向課，然后寬口徑專業(yè)課程的開設(shè)模式。
我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生實行信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，也就是三個本科專業(yè)大學(xué)一年級、二年級統(tǒng)一開設(shè)課程，主要開設(shè)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等課程，重在增強學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識，為各專業(yè)后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課的學(xué)習(xí)打下很好的理論基礎(chǔ)。從大學(xué)三年級開始，分專業(yè)開設(shè)專業(yè)課程。為了均衡電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生各學(xué)期的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，大學(xué)三年級第一學(xué)期開設(shè)“理論物理導(dǎo)論”和“固體物理與半導(dǎo)體物理”兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中“固體物理與半導(dǎo)體物理”這門課程是將固體物理知識和半導(dǎo)體物理知識結(jié)合在一起，課時量為64學(xué)時，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，其目的是既能讓學(xué)生掌握后續(xù)專業(yè)方向課學(xué)習(xí)所需要的基礎(chǔ)知識，又不過分增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。大學(xué)三年級第二學(xué)期開設(shè)“電子器件基礎(chǔ)”、“集成電路原理與設(shè)計”、“集成電路設(shè)計CAD”和“微電子工藝學(xué)”等專業(yè)課程。由于“電子器件基礎(chǔ)”是其他三門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，為了保證學(xué)習(xí)的延續(xù)性，擬將“電子器件基礎(chǔ)”這門課程的開設(shè)時間定為學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)方向課時具有高的學(xué)習(xí)效率和大的學(xué)習(xí)興趣。另外，“集成電路原理與設(shè)計”課程設(shè)置96學(xué)時，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計”的內(nèi)容，課時量為48學(xué)時，開設(shè)時間為6～17周；再講授“CMOS數(shù)字集成電路原理與設(shè)計”的內(nèi)容，課時量為48學(xué)時，開設(shè)時間為8～19周。大學(xué)四年級第一學(xué)期開設(shè)“集成電路應(yīng)用”和“集成電路封裝與測試技術(shù)”等寬口徑專業(yè)課程，并設(shè)置其為選修課，這樣設(shè)置的目的在于：對于有意向考研的同學(xué)，可以減少學(xué)習(xí)壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學(xué)，可以更多了解專業(yè)方面知識，為找到好工作提供有力保障。
2.優(yōu)化專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。由于我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生采用信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，專業(yè)課程要在大學(xué)三年級才能開始開設(shè)，時間緊湊。為實現(xiàn)我校集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)緊跟集成電路發(fā)展前沿、具有較強實用性和創(chuàng)新性的集成電路設(shè)計人才，需要對集成電路設(shè)計方向?qū)I(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。其學(xué)習(xí)重點應(yīng)該是掌握基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結(jié)于電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)。
在“固體物理與半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導(dǎo)，側(cè)重于對基本原理及特性的物理意義的學(xué)習(xí)，以免削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。MOS器件是目前集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)，因此，在“晶體管原理”中應(yīng)當(dāng)詳細(xì)講授MOS器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。
對于專業(yè)方向課程，教師不但要講授集成電路設(shè)計方面的知識，也要側(cè)重于集成電路設(shè)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(guān)內(nèi)容的教學(xué)。實驗實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、實際動手能力、創(chuàng)新能力和社會適應(yīng)能力的重要環(huán)節(jié)。因此，在專業(yè)方向課程中要增加實驗教學(xué)的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計”課程中，總課時量為48學(xué)時不變，理論課由原來的38學(xué)時減少至36學(xué)時，實驗教學(xué)由原來的10學(xué)時增加至12個學(xué)時。36學(xué)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(zhǔn)電壓源電路、開關(guān)電路等多種電路結(jié)構(gòu)。12個學(xué)時的實驗教學(xué)中2學(xué)時作為EDA工具學(xué)習(xí)，留給學(xué)生10個學(xué)時獨自進(jìn)行電路設(shè)計。從而保證學(xué)生更好地理解理論課所學(xué)知識，融會貫通，有效地促進(jìn)教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)論
集成電路產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會信息化的重要基礎(chǔ)，而集成電路設(shè)計人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文根據(jù)調(diào)研結(jié)果，分析目前集成電路設(shè)計本科專業(yè)課程體系存在的主要問題，結(jié)合我校實際情況，對我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)集成電路設(shè)計方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革，提出“4+3+2”專業(yè)課程體系，并對專業(yè)課程講授內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。從而滿足我校集成電路設(shè)計專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的要求，為培養(yǎng)實用創(chuàng)新型集成電路設(shè)計人才提供有力保障。
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關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；實驗教學(xué)體系；微電子人才
作者簡介：周遠(yuǎn)明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授。（湖北 武漢 430068）
中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02
電子科學(xué)與技術(shù)是一個理論和應(yīng)用性都很強的專業(yè)，因此人才培養(yǎng)必須堅持“理論聯(lián)系實際”的原則。專業(yè)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有不可替代的作用，是高等學(xué)校培養(yǎng)人才這一系統(tǒng)工程中的一個重要環(huán)節(jié)。[1，2]
一、學(xué)科背景及問題分析
1.學(xué)科背景
21世紀(jì)被稱為信息時代，信息科學(xué)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，它屬于教育部本科專業(yè)目錄中的一級學(xué)科“電子科學(xué)與技術(shù)”。微電子技術(shù)一般是指以集成電路技術(shù)為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的新型技術(shù)學(xué)科，主要涉及研究集成電路的設(shè)計、制造、封裝相關(guān)的技術(shù)與工藝。[3]由于實現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)、計算機和各種電子設(shè)備的基礎(chǔ)是集成電路，因此微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的核心技術(shù)和戰(zhàn)略性技術(shù)，是信息社會的基石。此外，從地方發(fā)展來看，武漢東湖高新區(qū)正在全力推進(jìn)國家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，形成了以光通信、移動通信為主導(dǎo)，激光、光電顯示、光伏及半導(dǎo)體照明、集成電路等競相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局，電子信息產(chǎn)業(yè)在湖北省經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位日益突出，而區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對人才的素質(zhì)也提出了更高的要求。
湖北工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成立于2007年，完全適應(yīng)國家、地區(qū)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中對人才的需求，建設(shè)專業(yè)方向為微電子技術(shù)，畢業(yè)生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統(tǒng)（激光器、太能電池、發(fā)光二極管等）的設(shè)計、制造、封裝、測試以及相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究與開發(fā)等相關(guān)工作。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自成立以來，始終堅持以微電子產(chǎn)業(yè)的人才需求為牽引，遵循微電子科學(xué)的內(nèi)在客觀規(guī)律和發(fā)展脈絡(luò)，堅持理論教學(xué)與實驗教學(xué)緊密結(jié)合，致力于培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質(zhì)高的微電子專門人才，以滿足我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)對微電子人才的迫切需求。
2.存在的問題與影響分析
電子科學(xué)與技術(shù)是一個理論和應(yīng)用性都很強的專業(yè)，因此培養(yǎng)創(chuàng)新型和實用型人才必須堅持“理論聯(lián)系實際”的原則。要想培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才，就必須建設(shè)配套的實驗教學(xué)平臺。然而目前人才培養(yǎng)有“產(chǎn)學(xué)研”脫節(jié)的趨勢，學(xué)生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業(yè)實驗教學(xué)體系是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀前提。
二、建設(shè)思路
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)體系包括基礎(chǔ)課程實驗平臺和專業(yè)課程實驗平臺?；A(chǔ)課程實驗平臺主要包括大學(xué)物理實驗、電子實驗和計算機類實驗；專業(yè)課程實驗平臺即微電子實驗中心，是本文要重點介紹的部分。在實驗教學(xué)體系探索過程中重點考慮到以下幾個方面的問題：
第一，突出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用、強創(chuàng)新”的微電子人才培養(yǎng)理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎(chǔ)（包括基礎(chǔ)物理、固體物理、器件物理、集成電路設(shè)計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統(tǒng)知識（包括計算機、通信、信息處理等基礎(chǔ)知識），同時還要具備較強的實踐創(chuàng)新能力。因此微電子實驗教學(xué)環(huán)節(jié)強調(diào)基礎(chǔ)理論與實踐能力的緊密結(jié)合，同時兼顧本學(xué)科實踐能力與創(chuàng)新能力的協(xié)同訓(xùn)練，將培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和競爭力的高素質(zhì)人才作為實驗教學(xué)改革的目標(biāo)。
第二，構(gòu)建科學(xué)合理的微電子實驗教學(xué)體系，將“物理實驗”、“計算機類實驗”、“專業(yè)基礎(chǔ)實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導(dǎo)體器件課程設(shè)計”、“集成電路課程設(shè)計”、“微電子專業(yè)實驗”、“集成電路專業(yè)實驗”、“生產(chǎn)實習(xí)”和“畢業(yè)設(shè)計”等實驗實踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，相互貫通，有機銜接，搭建以提高實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為主體的“基本實驗技能訓(xùn)練實踐應(yīng)用能力訓(xùn)練創(chuàng)新能力訓(xùn)練”實踐教學(xué)體系。
第三，兼顧半導(dǎo)體工藝與集成電路設(shè)計對人才的不同要求。半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈涉及到設(shè)計、材料、工藝、封裝、測試等不同領(lǐng)域，各個領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊蠹扔泄残?，也有個性。為了擴展大學(xué)生知識和技能的適應(yīng)范圍，實驗教學(xué)必須涵蓋微電子技術(shù)的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設(shè)計和半導(dǎo)體工藝兩個領(lǐng)域。
第四，實驗教學(xué)與科學(xué)研究緊密結(jié)合，推動實驗教學(xué)的內(nèi)容和形式與國內(nèi)外科技同步發(fā)展。倡導(dǎo)教學(xué)與科研協(xié)調(diào)發(fā)展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學(xué)內(nèi)容之中，以此提升實驗教學(xué)質(zhì)量。
三、建設(shè)內(nèi)容
微電子是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基石，是我國高新技術(shù)發(fā)展的重中之重，但我國微電子技術(shù)人才緊缺，尤其是集成電路相關(guān)人才嚴(yán)重不足，培養(yǎng)高質(zhì)量的微電子技術(shù)人才是我國現(xiàn)代化建設(shè)的迫切需要。微電子學(xué)科實踐性強，培養(yǎng)的人才需要具備相關(guān)的測試分析技能和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計、制造等綜合性的實踐能力及創(chuàng)新意識。
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將利用經(jīng)費支持建設(shè)一個微電子實驗教學(xué)中心，具體包括四個教學(xué)實驗室：半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數(shù)測試與應(yīng)用實驗室、集成電路設(shè)計實驗室、科技創(chuàng)新實踐實驗室。使學(xué)生具備半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析、微電子器件、光電器件參數(shù)測試與應(yīng)用、集成電路設(shè)計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設(shè)計能力，鞏固和強化現(xiàn)代微電子技術(shù)和集成電路設(shè)計相關(guān)知識，提升學(xué)生在微電子技術(shù)領(lǐng)域的競爭力，培養(yǎng)學(xué)生具備半導(dǎo)體材料、器件、集成電路等基本物理與電學(xué)屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務(wù)的本科專業(yè)為“電子科學(xué)與技術(shù)”，同時可以承擔(dān)“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機科學(xué)與技術(shù)”、“電子信息科學(xué)與技術(shù)”、“材料科學(xué)與工程”、“光信息科學(xué)與技術(shù)”等10余個本科專業(yè)的部分實踐教學(xué)任務(wù)。
（1）半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析實驗室側(cè)重于半導(dǎo)體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學(xué)生對半導(dǎo)體基本理論的理解，掌握相關(guān)的測試方法與技能，包括半導(dǎo)體材料層錯位錯觀測、半導(dǎo)體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數(shù)據(jù)處理、半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)測試、半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結(jié)顯示與結(jié)深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結(jié)正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實驗課、理論課程的實驗課時等。
（2）微電子器件和集成電路性能參數(shù)測試與應(yīng)用實驗室側(cè)重于半導(dǎo)體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數(shù)等的測試與分析方法，目的是加深學(xué)生對半導(dǎo)體基本理論、器件參數(shù)與性能、工藝等的理解，掌握相關(guān)的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數(shù)、MOS場效應(yīng)管參數(shù)的測量、晶體管參數(shù)的測量、集成運算放大器參數(shù)的測試、晶體管特征頻率的測量、半導(dǎo)體器件實驗、光伏效應(yīng)實驗、光電導(dǎo)實驗、光電探測原理綜合實驗、光電倍增管綜合實驗、LD/LED光源特性實驗、半導(dǎo)體激光器實驗、電光調(diào)制實驗、聲光調(diào)制實驗等實驗項目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實驗課、理論課程的實驗課時、課程設(shè)計、創(chuàng)新實踐、畢業(yè)設(shè)計等。
（3）集成電路設(shè)計實驗室側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生初步掌握集成電路設(shè)計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設(shè)計軟件的使用方法、設(shè)計流程等，并通過半導(dǎo)體器件、模擬集成電路、數(shù)字集成電路的仿真、驗證和版圖設(shè)計等實踐過程具備集成電路設(shè)計的能力，目的是培養(yǎng)學(xué)生半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計能力。以美國Cadence公司專業(yè)集成電路設(shè)計軟件為載體，完成集成電路的電路設(shè)計、版圖設(shè)計、工藝設(shè)計等訓(xùn)練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設(shè)計類課程和理論課程的上機實踐等。
（4）科技創(chuàng)新實踐實驗室則向?qū)W生提供發(fā)揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現(xiàn)自由命題或進(jìn)行科研的軟硬件條件，充分發(fā)揮他們的想象力，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與能力，包括LED封裝、測試與設(shè)計應(yīng)用實訓(xùn)和光電技術(shù)創(chuàng)新實訓(xùn)。要求學(xué)生自己動手完成所設(shè)計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標(biāo)要求的器件或電路。目的是對學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實際的系統(tǒng)訓(xùn)練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導(dǎo)體器件與集成電路的設(shè)計方法和對工藝技術(shù)及流程的認(rèn)知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)、生產(chǎn)實踐、畢業(yè)設(shè)計、參與教師科研課題和國家級、省級和校級的各類科技競賽及課外科技學(xué)術(shù)活動等。
四、總結(jié)
本實驗室以我國微電子科學(xué)與技術(shù)的人才需求為指引，遵循微電子科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，通過實驗教學(xué)來促進(jìn)理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，系統(tǒng)了解與掌握半導(dǎo)體材料、器件、集成電路的測試分析和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計、工藝技術(shù)等技能，最終實現(xiàn)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標(biāo)，以滿足我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)對微電子人才的迫切需求。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉瑞，伍登學(xué).創(chuàng)建培養(yǎng)微電子人才教學(xué)實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，（5）：6-9.
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 故障分析 檢測 思考
中圖分類號：TN407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)07-0238-01
1、引言
在當(dāng)前，在我國從事數(shù)字電路設(shè)計的研究人員越來越多，在數(shù)字電路的設(shè)計過程中，難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題，要見解決這些問題，就必須完成數(shù)字電路的故障檢測，這樣才能夠保證數(shù)字電路的設(shè)計的進(jìn)行。
2、數(shù)字電路故障概述
熟悉數(shù)字電路開發(fā)的工作人員都知道，數(shù)字電路主要分為時序邏輯電路以及組合邏輯電路兩種。如果說按照數(shù)字電路中有沒有集成元器件來看的話，數(shù)字電路就分為集成數(shù)字電路以及元件數(shù)字電路兩大類。數(shù)字電路主要是依靠算術(shù)運算以及邏輯運算兩種運算來實現(xiàn)處理的，數(shù)字電路的實現(xiàn)過程比較簡單，能夠充分保證系統(tǒng)的可靠性。此外，隨著硅電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的集成程度越來越高，在功能的實現(xiàn)方面更容易。
隨著數(shù)字電路使用的普及，而數(shù)字電路本身的種類很多，而且功能的實現(xiàn)頗為繁雜，給數(shù)字電路的設(shè)計帶來了很多的麻煩，很容易出現(xiàn)各種各樣的故障。在數(shù)字電路故障的檢測過程中，我們通常是將數(shù)字電路的故障隔離到電路板級，然后再對故障電路板進(jìn)行逐一測試。在測試的過程中，向電路輸入一定的測試信號，然后在電路的輸出端，測試電路的輸出信號，再將輸出信號和預(yù)期信號進(jìn)行比對，如果和預(yù)期信號不像符合，則可斷定電路出現(xiàn)故障。
3、數(shù)字電路故障的特點
3.1 競爭冒險
所謂競爭冒險，就是指電路諸多輸入信號量中，有一個門電路的輸入發(fā)生改變時，導(dǎo)致輸出端的狀態(tài)響應(yīng)發(fā)生時間上的改變，這種現(xiàn)象就是我們所說的競爭。競爭導(dǎo)致的直接故障就是冒險以及現(xiàn)象的發(fā)生。
3.2 電平方面出現(xiàn)的故障
在數(shù)字電路中，由于電平輸入不當(dāng)也會導(dǎo)致電路的故障。在數(shù)字電路中，對于電壓值的判定都是依賴于高低兩個電平信號，也就是說，高電壓（高電平）表示正邏輯，低電壓（低電平）表示負(fù)邏輯。但是數(shù)字電路中各個期間對于高低電平的判斷又各不相同，也就是說，可以規(guī)定一個數(shù)字電路器件的高電平是3V、低電平是-3V，我們也可以規(guī)定高電平是5V、低電平是-5V,這就導(dǎo)致在信號輸入的過程中，各個器件對于相同的電平值會有不同的邏輯判斷，從而導(dǎo)致設(shè)計人員想輸入高電平時，出現(xiàn)的是低電平效果。
此外，由于電平方面因素，在數(shù)字電路的測試過程中還會出現(xiàn)介于0和1之間的邏輯值，出現(xiàn)這種效果顯然不能為電路設(shè)計者所接受，而出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象的原因在于：第一，扇出系數(shù)過小，導(dǎo)致負(fù)載能力較差；第二，電磁的干擾，數(shù)字電路的高度集成性決定了數(shù)字電路中各種高頻信號線、接插件以及集成電路的引腳在工作過程中會體現(xiàn)出一定的電磁特性，形成輻射干擾源，進(jìn)而影響其他元器件的工作。
4、數(shù)字電路故障分析
數(shù)字電路的故障分析過程中，我們會針對競爭冒險和電平方面兩種情況討論，不同情況，不同對待。
4.1 競爭冒險方面
我們在對待競爭風(fēng)險時，主要分為如下幾個步驟：
首先，我們使用代數(shù)法對電路的靜態(tài)功能冒險進(jìn)行相應(yīng)的分析。在電路的組合邏輯中，如果有一個輸入量發(fā)生了變化，而且在電路變化的前后過程中都較為穩(wěn)定，那么我們就要進(jìn)行相應(yīng)的卡諾圖分析，等那個卡諾圖中有P個以上的量發(fā)生改變的時候，我們就判定有發(fā)生冒險的可能。
然后，我們對電路加上選通脈沖信號，對電路進(jìn)行相應(yīng)邏輯的修改，并且根據(jù)邏輯的修改情況，分析出電路的輸出函數(shù)。并判斷輸出函數(shù)中組成元素的邏輯發(fā)生變化時，能否產(chǎn)生負(fù)向過渡干擾脈沖，對電路進(jìn)行分析。
緊接著，我們對電路進(jìn)行加修改邏輯設(shè)計操作，這一方法也被稱為增加乘積項法，可以對電路的邏輯進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，從而消除電路中存在的冒險現(xiàn)象，在進(jìn)行邏輯的修改過程中，要保證電路函數(shù)關(guān)系的不變。
要是還是不能分析出電路的故障所在，我們就要對電路進(jìn)行輸出端并聯(lián)電容法，改方法又被成為電容濾出發(fā)，主要是面對電路在較慢速度的環(huán)境下工作時，在電路的輸出端并聯(lián)上相應(yīng)的電容，將競爭冒險過濾掉，在操作的過程中，要避免輸出端邏輯的錯誤。
4.2 電磁干擾的解決
電磁干擾是數(shù)字電路設(shè)計過程中的大問題，我們要充分保證印刷板表面的絕緣，并將電路中低阻抗部分接上屏蔽層。在接入屏蔽層的環(huán)節(jié)中，我們可以將電壓跟隨器的同相以及反相端要和系統(tǒng)當(dāng)中的接地相連。
4.3 電平方面的故障
設(shè)計人員在設(shè)計過程中要對各種數(shù)字元器件，特別是集成電路的輸入輸出特性做到心中有數(shù)，在設(shè)計過程中一定要充分考慮相連兩個元器件的輸入輸出特性，在必要時可以再元器件中間加入適當(dāng)期間，以保證電路邏輯的正確。
5、結(jié)語
數(shù)字電路設(shè)計過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種故障，本文對這一方面展開了分析和討論，并結(jié)合古箏的成因，提出了針對競爭冒險方面、電磁干擾方面以及電平方面故障的解決方法，得出相關(guān)結(jié)論。
參考文獻(xiàn)
[1]張?zhí)m,徐紅兵.一種新的數(shù)字電路故障定位算法研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報,2004.
關(guān)鍵詞：測試儀；邏輯信號；電路設(shè)計
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.3.014
引言
在數(shù)字電路的調(diào)試和檢修時，常常要對電路中某點的邏輯信號進(jìn)行測試，采用萬用表或示波器等儀器儀表很不方便，而采用邏輯信號測試儀通過幾個發(fā)光二極管就可以指示被測信號的邏輯狀態(tài)及脈沖信號的頻率范圍，使用簡單方便，給數(shù)字電路實驗和電路設(shè)計開發(fā)帶來便利[1]。本文采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并實現(xiàn)了一種邏輯信號測試儀，不僅能區(qū)分邏輯電平的狀態(tài)和脈沖信號頻率的數(shù)量級，而且適用于各種類型的數(shù)字電路邏輯信號的測試。如果將電路安裝成邏輯測試筆，使用就更為方便[2]。
設(shè)計與實現(xiàn)
功能設(shè)計
邏輯信號測試儀主要包括邏輯信號狀態(tài)的區(qū)分和脈沖信號頻率的區(qū)分兩部分功能。其中邏輯信號狀態(tài)的區(qū)分主要通過雙電壓比較器電路實現(xiàn)，而脈沖信號頻率的區(qū)分可利用數(shù)字頻率計的原理實現(xiàn)。由于邏輯信號測試儀的電源來自被測電路，為滿足各種類型的數(shù)字電路邏輯信號的測試，故所用芯片必須是能單電源供電且電源范圍較寬的模擬電路芯片和CMOS類的數(shù)字集成電路芯片。
邏輯信號狀態(tài)的區(qū)分
為實現(xiàn)邏輯信號狀態(tài)的區(qū)分，可用運算放大器（如LM358）或電壓比較器（如LM393）實現(xiàn)一個雙限電壓比較器進(jìn)行區(qū)分，其關(guān)鍵在于參考電壓的設(shè)定，電路如圖1所示。本設(shè)計為了適用于各種類型的數(shù)字電路邏輯信號的測試，僅對邏輯電平作了簡單區(qū)分，設(shè)定為：被測信號如果小于0.2VCC則為低電平（LED2亮）；如果大于0.4VCC則為高電平（LED1亮）；如果介于兩者之間則為高阻態(tài)（兩個發(fā)光二極管都不亮）；如果時大時小交替的則為脈沖信號（兩個發(fā)光二極管常亮或交替亮）。其中Vi為被測信號輸入端，R1、R2和D1、D2起到了輸入端靜電防護(hù)功能，R3、R4保證了在輸入端懸空時顯示為高阻態(tài)。如需嚴(yán)格適應(yīng)TTL和CMOS等各種類型集成電路的邏輯電平的測試，應(yīng)根據(jù)各種類型數(shù)字電路的邏輯電平特點，嚴(yán)格設(shè)定各自的參考電壓，并將其參考電壓設(shè)定支路區(qū)分開來，用開關(guān)電路進(jìn)行切換。
脈沖信號頻率的區(qū)分
當(dāng)被測信號被判定為脈沖信號時，還需進(jìn)一步區(qū)分脈沖信號的頻率，可利用數(shù)字頻率計的基本原理實現(xiàn)[3]。用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)數(shù)字頻率計的原理框圖如圖2所示。
若僅對脈沖信號區(qū)分頻率的數(shù)量級，電路更加簡單，既不需要整修放大，又不需要鎖存和譯碼顯示，而只需在計數(shù)電路輸出端的相應(yīng)數(shù)量級上接一個發(fā)光二極管體現(xiàn)其頻率數(shù)量級即可。其中閘門電路
計時電路
為了計數(shù)方便，計時信號的正頻寬應(yīng)約為1s，而負(fù)頻寬應(yīng)較窄。由555時基電路實現(xiàn)的計時電路如圖3所示。其中，Rw用于精確調(diào)試閘門的開啟時間。
計數(shù)電路
為了使邏輯信號測試儀能區(qū)分Hz、kHz、MHz等數(shù)量級的脈沖信號，而計時信號的正頻寬約為1s，故計數(shù)電路至少為106進(jìn)制計數(shù)器。實現(xiàn)時，為了簡化電路可用兩片CD4020（14位同步二進(jìn)制計數(shù)器）實現(xiàn)，如圖3所示。其中，R和Z都為閘門電路的輸出信號，且應(yīng)滿足：當(dāng)計時信號為低電平時，計數(shù)器被清零。
區(qū)分方法為：當(dāng)被測脈沖信號為H z級（約< 1 k H z）時，L E D 3、L E D 4兩個發(fā)光二極管不亮也不閃；當(dāng)為kHz級（約>1kHz，但1MHz）時，LED3常亮，而LED4閃動或常亮。而且，如果要對被測脈沖信號區(qū)分得更細(xì)些，僅需在CD4020的不同輸出端加上發(fā)光二極管指示電路即可。
閘門電路
閘門電路確保僅在計時信號為高電平時（即計時時間內(nèi)），閘門開啟，被測脈沖信號能傳遞給計數(shù)電路，而在低電平時，閘門關(guān)閉，且應(yīng)使計數(shù)器清零。因此，可由“與非門”或“與門”電路實現(xiàn)。而CD4020的清零端為高電平有效，故本設(shè)計中采用CD4011（四2輸入與非門）實現(xiàn)，如圖5所示。其中，M為圖1中被測信號經(jīng)過靜電防護(hù)電路后的信號。
結(jié)論
實踐表明，所設(shè)計的邏輯信號測試儀不僅能準(zhǔn)確指示邏輯信號的狀態(tài)，區(qū)分脈沖信號頻率的數(shù)量級，而且適用于各種類型的數(shù)字電路邏輯信號的測試。
邏輯信號測試儀是目前數(shù)字電路測試中使用最為廣泛的一種工具。本設(shè)計采用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)了功能較為全面的邏輯信號測試儀，具有實現(xiàn)容易、操作簡單、功能可靠、價格低廉、實用性強等優(yōu)點[4]。該設(shè)計方法對電子電路設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 孫建設(shè)，王程有.改進(jìn)型邏輯電平三態(tài)指示器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2005，4，（4）：41-42
[2] 劉之義，劉衛(wèi)強.一種簡單實用的三態(tài)指示電路[J].河北工業(yè)科技，2001， 18，（1）：30-32