集成电路课程设计精选(九篇)

第1篇：集成电路课程设计范文

而近年来全国工程教育认证标准发生较大的变化，电子科学与技术专业的电类课程设置，逐渐被光学类课程所取代，影响了各高校专业培养方案的制定。本文通过总结国内各高校电子科学与技术专业基础与核心课程设置的经验，分析本科专业对应于电子科学与技术一级学科所属的各二级学科的基础知识，对于将集成电路设计设置为电子科学与技术专业核心课程，来完善电子科学与技术专业课程体系设置进行了探讨。

1 全国工程教育认证标准

全国工程教育认证是我国高等教育为了融入世界得到全球高等教育界的认可而开展的认证，自2007年开始试点实行。近些年来，全国工程教育认证标准已经成为各高校制定专业培养方案的导向标准。

2011年之前的标准 2011年之前的全国工程教育认证标准指出，电子科学与技术专业的本科生运用所掌握的理论知识和技能，从事信号与信息处理的新型电子、光电子和光子材料及其元器件，以及集成电路、集成电子系统和光电子系统，包括信息光电子技术和光子器件、微纳电子器件、微光机电系统、大规模集成电路和电子信息系统芯片的理论、应用及设计和制造等方面的科研、技术开发、教育和管理等工作。

可以看出，2011年之前的全国工程教育认证标准对于电子科学与技术专业的知识要求非常强调电学方面的基础知识，特别是集成电路和集成电子系统方面的知识，光学方面的知识只是作为辅助。

2012年之后的标准 2012年之后的全国工程教育认证标准指出，电子科学与技术专业包括电动力学、固体物理、微波与光导波技术、激光原理与技术等知识领域的核心内容。2012年之后的全国工程教育认证标准对于电子科学与技术专业的知识要求较以前有了大幅度的简化，同时也可以看出，电子科学与技术专业的标准更多地强调了光学方面的知识，而减少了电学方面的知识要求，对于集成电路方面的知识没有做具体要求，只是提出各高校可以根据自己的特长设置特色课程。这个标准似乎更适合光电子科学与技术这样的本科专业，当然目前国内并没有光电子科学与技术这样的本科专业，却有光信息科学与技术和光电信息科学与工程这样的本科专业，也就是说此要求跟光学专业的要求是比较接近且有所交叉重叠的。

2 国内高校本科专业课程设置

《电子科学与技术分教指委本科指导性专业规范》指出，电子科学与技术专业涵盖的学科范围广阔，以数学和近代物理为基础，研究电磁波、荷电粒子及中性粒子的产生、运动、变换及其不同媒质相互作用的现象、效应、机理和规律，并在此基础上研究制造电子、光电子各种材料及元器件，以及集成电路、集成电子系统和光电子系统，并研究开发相应的设计、制造技术。

清华大学的电子科学与技术本科专业课程设置与2012年之后的全国工程教育认证标准更为接近，在对电学方面的基础知识进行要求的同时更加强调了光学方面的基础知识，而复旦、同济、上海交大、浙江大学、东南大学等众多高校的电子科学与技术本科专业更多地强调了集成电路、集成电子系统方面的知识，多数都把集成电路方面的知识作为必修的考试科目专业知识。

3 学科知识体系的对应关系

《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》中指出，工科类一级学科电子科学与技术，涵盖了物理电子学、电路与系统、微电子与固体电子学、电磁场与微波技术等4个二级学科。电子科学与技术本科专业应该涵盖一级学科所属各二级学科物理电子学、电路与系统、微电子与固体电子学、电磁场与微波技术等方面的基础知识，也就是说本科专业应该涵盖固体物理或半导体物理、半导体器件、集成电路、电磁场等方面的基础知识是比较合理的，这样既有利于本科学生将来在本学科领域的继续深造学习，也有利于适应社会需要而就业。

4 结束语

综上所述，集成电路设计这样的课程应该作为电子科学与技术专业核心课程进行设置，有条件的高校还可以分别设置模拟集成电路设计和数字集成电路设计这样的课程作为专业核心课程。这样既能满足本科指导性专业规范的要求，也能满足为后续硕士博士研究生阶段的继续深造打下基础，还能适应国家大力发展集成电路设计与制造产业的要求。这样就需要中国工程教育认证协会对全国工程教育认证的电子科学与技术专业标准做出修改，不再过多强调光学方面的基础知识，而是更多地要求集成电路与集成电子系统方面的知识，这样能引导国内各高校回归到加强电学方面的知识教育的道路上来。

在我国大力支持集成电路设计产业发展的大环境下，本文对于将集成电路设计设置为电子科学与技术专业核心课程，来完善电子科学与技术专业课程体系设置进行了探讨。本文探讨的内容希望能够为全国工程教育认证电子科学与技术专业标准的设定提供参考，也可以为兄弟院校相关专业的课程设置提供借鉴。

参考文献

[1]中国工程教育认证协会.工程教育专业认证标准（试行）[S].2011.

[2]中国工程教育认证协会.工程教育认证标准[S].2012.

第2篇：集成电路课程设计范文

关键词：集成电路设计；创新型人才；培养模式

作者简介：谢海情（1982-），男，湖南耒阳人，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师。（湖南 长沙 410004）

基金项目：本文系长沙理工大学教学改革研究项目（项目编号：JG1348）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0029-02

集成电路的产业规模和技术水平已成为一个国家综合国力的重要标志之一。近年来，我国集成电路产业发展迅速。2004年，我国集成电路产量为211亿块，销售额为545.3亿元。2011年一季度，我国集成电路总产量达到191亿块，销售额达348.4亿元，中国已经成为全球集成电路产业发展最快的地区之一。

我国集成电路产业经过多年的发展，已基本形成了四业（设计业、制造业、封装业和测试业）并举协同发展、四个相对集中的产业集群（长江三角洲、珠江三角洲、环渤海地区和京津地区）和多个国家集成电路产业化基地。[1，2]一直以来，国家对集成电路产业的发展高度重视，《中共中央国务院关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定》中将IC产业放在了电子信息产业的第一位。[3]随着我国集成电路设计产业突飞猛进地发展、繁荣，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，仅靠国内少数高校的研究生已很难满足产业发展的需要。为满足快速发展的集成电路产业对人才的需求，2001年教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。[4]集成电路设计在国内众多高等院校都由原来纯粹的研究生教学逐渐转为由本科教学开始。

本文从课程体系设置、实验实践教学等多方面详细分析了目前集成电路设计本科教学存在的问题。在此基础上，从三个方面提出了集成电路设计本科人才培养的改革措施，探索集成电路设计本科创新型人才培养模式。

一、集成电路设计本科人才培养存在的主要问题

1.课程设置及课程内容不合理，从而降低了学生的学习热情

目前，国内多数院校的集成电路设计专业在本科阶段主要开设有“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”、“数字集成电路设计”和“模拟集成电路设计”等专业课程。对于这些课程的开设主要存在下列问题：

（1）不重视专业基础课程的教学。“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路方面的基础课，为后续更好地学习集成电路专业课提供理论基础。如果这些基础课程没学好，学生在学习后续相关专业知识时就会比较困难，进而直接导致学业的荒废。但有些高等院校将这些课程设置为选修课，设置较少的课程教学课时量，甚至少数院校不开设这些课程。

（2）课程开设顺序上存在很多问题。在部分高等院校的培养计划中，“固体物理”课程和“晶体管原理”课程同一个学期开设，造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“固体物理”课程的基础，从而很难快速地进入状态，学习兴趣受到严重影响。

（3）基础课程的理论性太强，学生学习的兴趣不高。“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是专业基础课程，理论性较强，公式推导较多，并且要求学生具有较好的数学基础。然而，一般来说，本科学生都比较厌烦复杂的理论分析和繁琐的公式推导，特别是基础相对较差的学生，再加上较强的数学基础要求，学生学习的积极性受到极大打击。此外，部分高校设置的专业基础课程教学课时量较少，学生不能全面、深入地学习，进一步削弱了学生的学习热情。[5]

2.实践教学量不足，学生动手能力差

电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）是集成电路设计技术的必备基础手段。集成电路设计专业的本科毕业生必须掌握一些常用的EDA工具，对将来工作和继续深造学习都具有很大的促进作用。为了推广EDA工具的使用，许多EDA公司实施了专门的大学计划。我校购买了CADENCE软件以及高性能服务器，搭建数/模混合集成电路设计EDA平台，并与ALTERA公司共建了EDA/SOPC联合实验室。但学生的实际使用情况却喜忧参半，难以实现软件使用量的最大化。一方面，购买的软件等资源主要供学生实验课上使用，其余时间学生很少使用。另一方面，教师在上实验课时一般都采用填鸭式灌输方式，而不是学生自己摸索，从而难以理解、使知识融会贯通。因此，学生很容易忘记实验课上学到的知识点，在后续的工作或学习中要用到相关软件工具时需重新学习。动手能力差成为了集成电路设计方向本科生择业时的一大障碍。[6]

3.门类分科不合理，属性不一致

无论是从专业内容还是专业性质上分，集成电路设计方向都应该属于工科性质。然而，我校将该专业划归理科专业。这将导致虽然学习的课程与内容和其他高校工科性质的集成电路设计方向基本一致，毕业时学生却是获得理学学士，造成很多学生在就业时遇到问题。许多单位招聘时首先看的是毕业证和学位证，使得很多学生错失了就业的好机会。最终直接导致下一学年选择该专业的学生越来越少，只能靠调剂维持正常教学。另一方面，学生对集成电路产业现状和发展趋势了解甚少，对集成电路设计专业的优势了解不够，对集成电路设计人才市场需求和该专业的良好就业形势认识不清，从而不能充分激发学生的学习兴趣。

二、创新型人才培养的具体措施

1.改革课程教学，增强学生的创新能力

建立由公共基础、专业基础、专业方向和工程实践四大模块组成的集成电路设计专业课程体系。压缩公共基础课，取消与集成电路设计方向关系不大的基础课程（比如计算机文化基础课程）。合理安排专业基础课程和专业方向课程的开课顺序、课时量。在教学内容和教学方法上，集成电路设计的教师应该做到“授之以渔，而不是授之以鱼”。对于集成电路设计方向的本科生而言，其学习的内容是集成电路相关的最基础理论知识、电路结构及特点。其学习重点应该是掌握基础的电路结构以及分析电路的基本方法等，而不是电路各性能参数的具体推导。因此，教师在讲授“固体物理”和“晶体管原理”等集成电路设计专业基础课时，应该尽量避免冗长的公式及繁琐的推导，以免影响学生的学习兴趣。另外，适当减少理论教学中复杂的公式推导，而着重半导体器件工作原理和特性的物理意义的学习，既可使学生容易接受又有利于后续专业方向课程的学习。

2.完善实验实践环节，培养学生的创新能力

实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。对于集成电路设计专业而言，完善实验实践教学环节需要从以下三个方面着手：

（1）增加实验教学的课时量。目前，集成电路专业本科教学中的实验教学量过少。以“模拟集成电路设计”课程为例。总课时量为48学时，其中理论课38学时，实验教学仅10个学时。38学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。仅10个学时的实验教学还包括2～4学时的EDA工具学习，留给学生独自进行电路设计的就只有6～8个学时。学生不可能很好地理解理论课所学知识，更谈不上融会贯通，极大地削弱了学习兴趣。因此，增加本科教学的实验教学课时量可以有效地促进教学效果，激发学生的学习兴趣。

（2）完善和优化由课程设计、课程实训、生产实习、毕业实习和毕业设计构成的专业实习实践教学体系。该实习实践教学体系具备分级教学和多层次教学的特点，对集成电路专业创新型人才的培养具有重要作用，尤其是其中的课程设计和毕业设计。课程设计和毕业设计是理论基础和工程实践的有机结合，可以很好地培养学生的工程素质和创新能力。在这两个环节中，选题是关键，也是难点。选题既要具有一定的工程背景又要让学生感兴趣，从而不但培养学生的工程能力，而且激发学生学习的主动性、积极性和实践创新能力。

（3）应该将以CADENCE软件为主体建立的数/模混合集成电路设计EDA平台，以及与ALTERA公司共建的EDA/SOPC联合实验室作为开放式电子设计训练和综合创新性实验基地的重要组成部分，成为学生进行课程设计和毕业设计以及课外实践活动的平台，从而实现软件资源使用的最大化。

3.增加就业相关知识，增强学生的竞争能力

据相关部门统计，极少数集成电路设计专业的本科毕业生会从事集成电路设计方向相关工作，多数选择改行或继续学习深造。这是因为一方面本科生基本知识储备不够，更主要的原因是设置集成电路设计专业研究生课程的高等院校越来越多。然而，集成电路版图、集成电路工艺以及集成电路测试等与集成电路设计相关的工作岗位对集成电路设计知识的要求较低。从事上述几个工作岗位若干年将有助于从事集成电路设计工作。因此，就个人的长远发展而言，集成电路版图、集成电路工艺以及集成电路测试等工作岗位对于本科生而言更具有竞争力。因而，教师在讲授集成电路设计方面知识的基础上应有重点地讲授基本的集成电路版图、集成电路工艺流程、芯片测试等相关内容。

再者，定期举办学术报告会，让学生了解集成电路产业的最新发展现状和发展趋势，了解集成电路产业的市场需求，了解集成电路设计及相关人才市场需求，了解集成电路设计专业就业前景，从而激发学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。

三、结论

集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济发展与社会信息化的重要基础。创新型人才是发展集成电路产业的关键。因而，大力推进集成电路产业的发展必须提高集成电路设计人才的培养质量。目前，我国内集成电路设计本科教育尚处于孕育发展阶段，虽适应IC产业发展的需求，但仍存在很多问题需要解决。本文根据调研结果分析目前集成电路设计本科人才培养存在的问题，结合我校实际情况提出了几项改革措施，但远没有涉及集成电路设计本科创新型人才培养模式的诸多方面。但是，可以预测，有政府的大力扶持和相关教师及学生的共同努力，我国的集成电路设计本科人才培养定会逐步走向成熟，最终建立完善的集成电路设计本科创新型人才培养模式。

参考文献：

[1]杨媛，余宁梅，高勇.半导体集成电路课程改革的探索与思考[J].中国科教创新导刊，2008，（3）.

[2]刘胜辉，崔林海，黄海.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J].教育与教学研究，2008，（22）.

[3]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路，2007，（4）.

[4]方卓红，曲英杰.关于集成电路设计与集成系统本科专业课程体系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

第3篇：集成电路课程设计范文

【关键词】电子信息科学与技术微电子课程体系建设教学改革

【基金项目】大连海事大学教改项目：电子信息科学与技术专业工程人才培养实践教学改革（项目编号：2016Z03）；大连海事大学教改项目：面向2017级培养方案的《微电子技术基础》课程教学体系研究与设计（项目编号：2016Y21）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開设《微电子技术基础》的意义

目前，高速发展的集成电路技术产业使集成电路设计人才成为最抢手的人才，掌握微电子技术是IC设计人才的重要基本技能之一。本文希望通过对《微电子技术基础》课程教学体系的研究与设计，能够提高学生对集成电路制作工艺的认识，提高从事微电子行业的兴趣，拓宽知识面和就业渠道，从而培养更多的微电子发展的综合人才，促进我国微电子产业的规模和科学技术水平的提高。

2.目前学科存在的问题

目前电子信息科学与技术专业的集成电路方向开设的课程已有低频电子线路、数字逻辑与系统设计、单片机原理、集成电路设计原理等。虽然课程开设种类较多，但课程体系不够完善。由于现在学科重心在电路设计上，缺少对于器件的微观结构、材料特性讲解[1]，导致学生在后续课程学习中不能够完全理解。比如MOS管，虽然学生们学过其基本特性，但在实践中发现他们对N沟道和P沟道的工作原理知之甚少。

近来学校正在进行本科学生培养的综合改革，在制定集成电路方向课程体系时，课题组成员对部分学校的相关专业展开调研。我们发现大部分拥有电子信息类专业的高校都开设了微电子课程。譬如华中科技大学设置了固体电子学基础、微电子器件与IC设计、微电子工艺学以及电子材料物理等课程。[2]又如电子科技大学设置了固体物理、微电子技术学科前沿、半导体光电器件以及高级微电子技术等课程。[3]因此学科课题组决定在面向2017级电子信息科学与技术专业课程培养方案中，集成电路设计方向在原有的《集成电路设计原理》、《集成电路设计应用》基础上，新增设《微电子技术基础》课程。本课程希望学生通过掌握微电子技术的原理、工艺和设计方法，为后续深入学习集成电路设计和工程开发打下基础。

3.微电子课程设置

出于对整体课程体系的考虑，微电子课程总学时为32学时。课程呈现了微电子技术的基本概论、半导体器件的物理基础、集成电路的制造工艺及封装测试等内容。[4]如表1所示，为课程的教学大纲。

微电子技术的基本概论是本课程的入门。通过第一章节的学习，学生对本课程有初步的认识。

构成集成电路的核心是半导体器件，理解半导体器件的基本原理是理解集成电路特性的重要基础。为此，第二章重点介绍当代集成电路中的主要半导体器件，包括PN结、双极型晶体管、结型场效应晶体管（JFET）等器件的工作原理与特性。要求学生掌握基本的微电子器件设计创新方法，具备分析微电子器件性能和利用半导体物理学等基本原理解决问题的能力。

第三章介绍硅平面工艺的基本原理、工艺方法，同时简要介绍微电子技术不断发展对工艺技术提出的新要求。内容部分以集成电路发展的顺序展开，向学生展示各种技术的优点和局限，以此来培养学生不断学习和适应发展的能力。

第四章围绕芯片单片制造工艺以外的技术展开，涵盖着工艺集成技术、封装与测试以及集成电路工艺设计流程，使学生对微电子工艺的全貌有所了解。

4.教学模式

目前大部分高校的微电子课程仍沿用传统落后的教学模式，即以教师灌输理论知识，学生被动学习为主。这种模式在一定程度上限制了学生主动思考和自觉实践的能力，降低学习兴趣，与本课程授课的初衷相违背。[5]为避免上述问题，本文从以下几个方面阐述了《微电子技术基础》课程的教学模式。

教学内容：本课程理论知识点多数都难以理解且枯燥乏味，仅靠书本教学学生会十分吃力。因此，我们制作多媒体课件来辅助教学，将知识点采用动画的形式来展现。例如可通过动画了解PN结内电子的运动情况、PN结的掺杂工艺以及其制造技术。同时课件中补充了工艺集成与分装测试这部分内容，加强课堂学习与实际生产、科研的联系，便于学生掌握集成电路工艺设计流程。

教学形式：课内理论教学+课外拓展。

1）课内教学：理论讲解仍需教师向学生讲述基本原理，但是在理解运用方面采用启发式教学，课堂上增加教师提问并提供学生上台演示的机会，达到师生互动的目的。依托学校BBS平台，初步建立课程的教学课件讲义、课后习题及思考题和课外拓展资料的体系，以方便学生进行课后的巩固与深度学习。此外，利用微信或QQ群，在线上定期进行答疑，并反馈课堂学习的效果，利于老师不断调整教学方法和课程进度。还可充分利用微信公众号，譬如在课前预习指南，帮助学生做好课堂准备工作。

2）课外拓展：本课程目标是培养具有电子信息科学与技术学科理论基础，且有能力将理论付诸实践的高素质人才。平时学生很难直接观察到半导体器件、集成电路的模型及它们的封装制造流程，因此课题组计划在课余时间组织同学参观实验室或当地的相关企业，使教学过程更为直观，加深学生对制造工艺的理解。此外，教师需要充分利用现有的资源（譬如与课程有关的科研项目），鼓励学生参与和探究。

考核方式：一般来说，传统的微电子课程考核强调教学结果的评价，而本课程组希望考核结果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教学进度中的考核。课题组决定采用期末笔试考核与平时课堂表现相结合的方式，期末笔试成绩由学生在期末考试中所得的卷面成绩按照一定比例折合而成，平时成绩考评方式有随堂小测、课后习题、小组作业等。这几种方式将考核过程融入教学，能有效地协助老师对学生的学习态度、学习状况以及学习能力做出准确评定。

5.结语

第4篇：集成电路课程设计范文

 

―、构建课程体系的总体思路

 

构建微电子技术专业课程体系的总体思路是以微电子行业职业岗位需求为依据，以素质培养为基础，以技术应用能力为核心，构建基于工作过程的课程体系。实施学院“四环相扣”的工学结合人才培养模式，将“能力标准、模块课程、工学交替、职场鉴定”的四个环节完整统一，环环相扣，充分体现了高职教育工学结合的人才培养思想，努力为社会培养优秀高端技能型人才。

 

1.行业、企业等用人单位调研。通过调研国内“成渝经济区”为主)微电子技术行业、企业等用人需求和要求，了解现有高职微电子技术专业学生就业情况、用人单位反馈意见及人才供需中存在的问题。电子信息产业是重庆市国民经济的第一支柱产业。重庆市“十二五”规划建议提出，培育发展战略性新兴产业。把新一代信息产业建设为重要支柱产业，建设全球最大的笔记本电脑加工基地、建设通信设备、高性能集成电路、光伏组件及系统、新材料等重点产业链(集群)，建成国家重要的战略性新兴产业基地。以集成电路产业的重点项目为牵引，建成包括芯片制造、封装、测试、模拟及混合集成电路设计和制造等项目的产业集群，形成较为完善的集成电路产业链;四川电子信息产业未来5年将迈万亿元，成渝经济区将打造成西部集成电路的产业高地。随着惠普、富士康、英业达、广达集团等世界级的IT巨头进入成渝，未来几年IT人才需求在20万以上，而现在成渝地区每年培养的相关人才不过2万人左右，远远不能满足社会需求。市场需求的调查表明，近年来成渝地区IC制造、IC封装及测试、IC版图设计等岗位的微电子技术应用型人才紧缺。同时调研表明半导体行业企业却难以招到满意的人才，学生在校学非所用，用非所学，实践动手能力、社会适应能力、责任意识、职业素养难以满足企业要求。

 

2.基于工作过程的课程体系的理论基础。基于工作过程的课程体系的理论基础，主要从德国“双元制”职业教育学习论和教学论的角度阐述构建基于工作过程的课程体系的理论依据。工作过程系统化的课程体系必须针对职业岗位进行分析，整理出具体的、能够涵盖职业岗位全部工作任务的若干典型工作过程，按照人的职业能力的形成规律进行序列化，从中找出符合职业岗位要求的技术知识和破译出隐性的工作过程知识，并以工作任务为核心，组织技术知识和工作过程知识[2]。通过完全打破原有学科体系，按照企业实际的工作任务、工作过程和工作情境组织课程，形成围绕工作过程的新型教学项目的“综合性”课程开发。

 

3.形成专业定位，确定培养目标。根据存在的问题及半导体产业链过程：集成电路设计—裸芯片精细加工^封装测试—芯片应用—PCB设计制造，充分掌握现有微电子技术专业课程体系建设的基础及存在的问题，形成重庆电子工程职业学院微电子技术专业定位，确定培养目标:培养德、智、体、美全面发展;掌握微电子技术专业领域必备的基础知识、专业知识;有较强的岗位职业技能和职业能力;面向集成电路设计、芯片制造及其相关电子行业企业，满足生产、建设、服务和管理第一线的优秀高端技能型专门人才。毕业生应该既掌握微电子方面的基本技术，又具有很强的实际操作能力。具体可从事岗位:集成电路版图设计;半导体器件制造;IC制造、测试、封装;电子工艺(半导体)设备运行、维护与管理;简单电子产品的设计与开发;电子产品的销售与售后服务，并为技术负责人、项目经理等后续提升岗位奠定良好基础。

 

二、构建基于工作过程的学习领域课程体系

 

对专业核心课程的构建采用“微电子行业专家确定典型工作任务—学校专家归并行动领域—微电子行业专家论证行动领域—学校专家开发学习领域—校企专家论证课程体系”的“五步工作机制”，实现校企专家共同参与课程体系设计。通过工作任务归并法，实现典型工作任务到行动领域转换，通过工作过程分析法，实现从行动领域到学习领域转换，通过工作任务还原法，实现从学习领域到学习情境转换的“三阶段分析法”，构建基于工作过程的微电子技术专业课程体系和教学内容，获得人才培养目标、课程体系、课程教学方案“三项主要成果”。即“533”课程设计方法。

 

1.确定行动领域。工作过程系统化课程是按照工作过程要求序化知识、能力和素质，是以工作过程为参照物，将陈述性知识与过程知识整合、理论知识与实践知识整合，在陈述性知识总量没有变化的情况下，增加经验以及策略方面的“过程性知识”3]。对典型工作任务进行归纳，确定行动领域。将本专业52个典型工作任务归纳为6个行动领域，即集成电路版图设计、晶圆制造、集成电路芯片制造技术、芯片封装、芯片测试、SMT技术。

 

2.确定典型工作任务。所谓典型工作任务是指一个复杂的职业活动中具有结构完整的工作过程，它是职业工作中同类工作任务的归类，能表现出职业工作的内容和形式，并具有该职业的典型意义。我院召集企业专家和工作在一线的工程师、技术员，与学院的微电子技术专业教师一起，召开课程开发座谈会，进行微电子技术课程体系开发：以“集成电路(版图)设计—晶圆制造—封装测试—表面贴装”工作过程为主线，与行业企业一线技术骨干、专家解析微电子技术专业岗位中版图设计师、半导体芯片制造工、IC测试助理工程师、SMT工程师、FPGA助理工程师等典型岗位，得出行动领域所具有的专业素质、知识与能力。

 

3.将行动领域转化成学习领域。对完成典型工作任务必须具备的基本职业能力(包括社会能力、方法能力、专业能力)进行分析。通过归纳形成专业职业能力一览表。这些职业能力就是学习领域(即课程)中学习目标制定的依据。打破原有16门专业理论课程和9门实践课程组成的课程体系，按照以工作过程为导向，进行课程的解构与重构，将6个行动领域转换为9个学习领域，即集成电路版图设计、集成电路芯片制造技术、微电子封装与测试、表面贴装工艺与实施、电子线路板实用技术、电子测量仪器使用与维护、语言、单片机应用技术、FPGA应用技术及实践。根据微电子技术专业岗位群的职业能力和工作过程要求，重新构建基于工作过程的课程体系。第一、二学期：电路分析、电子技术等基础课程;第三、四、五学期：集成电路制造技术、电子测量仪器使用与维护、FPGA应用开发实用技术、微电子封装与测试、SMT技术、集成电路版图设计等专业核心课程。

 

4.形成学习情境模式。学习情境是实施基于工作过程系统化的行动导向课程的教学设计，由教师根据学校教学计划，结合学校的教学设施条件、教师执教能力和专长，由教师按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”的行动方式来组织教学，从而促进学生对职业实践的整体性把握4]。微电子技术专业核心课程形成的学习情境模式为：①集成电路版图设计课程以任务为载体形成6个学习情境:N/PM0S晶体管版图设计、反相器、与非门、或非门版图设计、触发器版图设计、电压取样电路版图设计、比较器版图设计、DC-DC版图设计;②集成电路芯片制造技术课程以设备为载体形成8个学习情境:集成电路芯片制造技术工艺流程、硅晶圆制程、硅晶薄膜制备、氧化工艺、掺杂技术、光刻工艺、刻蚀工艺、集成电路芯片品检;③微电子封装与测试课程以工艺为载体形成4个学习情境:DP封装、BGA封装、CSP封装、MCM封装;④表面贴装工艺与实施课程以工艺流程为载体形成5个学习情境:SMT工艺流程的基本认知、表面贴装生产准备、表面贴装设备操作与编程、表面贴装品质控制、SMT生产线运行及工艺优化5个学习情境;⑤电子线路板实用技术课程以项目为载体形成3个学习情境：单面板的制图与制板、简单双面板的制图与制板、复杂双面板的制图与制板;⑥电子测量仪器使用与维护课程以电路设备为载体形成9个学习情境:收音机元件准备、收音机电路测试、收音机电路工作状态检测、收音机整机调整、收音机装调使用仪器的保养与维护、电视机元件检测、电视机电路检测、电视机的质量检查、电视机装调使用仪器的保养与维护;⑦C语言课程以项目为载体形成6个学习情境:编程的基本概念、C语言上机步骤C语言上机步骤、算法的概念、基本数据类型、结构化程序设计、函数的概念;⑧单片机技术及应用课程以任务为载体形成6个学习情境““跑马灯”电路分析与实践、单片机做算术、逻辑运算并显示、开关信号状态读取与显示电路的制作、交通信号灯电路的设计与制作、产品数量统计电路的设计与制作、两台单片机数据互传;⑨FPGA应用技术及实践课程以项目为载体形成6个学习情境:课程概述、基于QualusII的原理图输入设计、宏功能模块应用、基于QuarusII软件的VHDL文本输入设计、VHDL设计、实用状态机设计。

 

三、试点实施效果分析

 

在教学实施上，重点是加强教师执教能力：教师在教学中的角色应由主宰者转化为引导者。教师应该主动地引导、疏导和指导学生，学生可以根据自己的兴趣爱好，在教师的指导下，充分利用各种资源，相互协作开展对某一问题的学习探讨，从而获得新知识，得到探索的体验及情感，促进能力全面发展。经过我院近3年的教学实践，课程教学效果得到显著提高，学生专业核心能力、岗位适应能力、社会能力显著提高，“双证书”提高到100%，专业对口率从原来的48%上升到92%，用人单位满意度达90%以上。

 

高职院校在办学过程中要形成特色鲜明的高职办学模式，课程体系是重要的载体。办学特色正是通过课

 

程体系的实施来实现的。基于工作过程系统化的课程体系，跟随产业的发展，调整专业的课程设置，符合职业岗位要求，学生技能显著提升，同时结合我院的办学特色，努力探索基于工作过程的高职微电子技术专业课程体系的构建思路和构建策略。

 

参考文献：

 

[1]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础〇].职教通讯，2006,(1).

 

[2]余国庆职业教育项目课程的几个关键问题ffl.中国职业技术教育，2007,(4).

 

[3]首珩，周虹基于工作过程的课程体系开发与实施m职教论坛，2008,(9).

 

[4]姜大源，吴全全当代德国职业教育主流教学思想研究[M].北京:清华大学出版社，2007.

第5篇：集成电路课程设计范文

关键词：微电子；EDA；整合；实践教学

The combination of EDA and the courses of microelectronics

Zhang Zhenjuan, Shi Min

Nantong university, Nantong, 226019, China

Abstract: EDA integrate electronic technology, computer technology, intelligent technology and so on many kinds of applying subject. EDA is the combination of the practice, electronic technology, computer ability and comprehensive ability. This paper introduces the importance of introducing advanced EDA tools in microelectronics professional course according to its feature.The teaching design and implementation is presented in the combination of EDA and the courses of microelectronics.

Key words: microelectronics; EDA; combination; practice

进入21世纪，信息科学和技术发展方兴未艾，依然是经济持续增长的主导力量。微电子技术是当今世界发展最快的技术之一，是信息化产业的基础与核心技术。而EDA(Electronics Design Automation)技术是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具，它利用软件来仿真系统的硬件工作过程，使产品的开发周期大为缩短，性能价格比大幅度提高。我校在第二届教职工代表大会上提出了着力培养学生的创新精神和实践能力。作为高校，教育的基本方针是“提高教育质量,培养创新人才”，要为社会培养知识、能力、素质全面发展的综合型创新人才。微电子专业是一个工程性和实践性很强的专业，这就要求教学应定位于使本专业毕业生具有较高的工程素质、较强的实验技能和动手实践能力，这些素质和能力需要通过实践教学体系来培养。但是，一方面学生实验经费有限，一方面又要提高学生的实验技能，这就形成了矛盾，并且从企业反馈的信息来看，我们培养的微电子专业学生的动手能力弱，一些EDA工具软件不会使用。将EDA技术引入到微电子专业教学中能很好解决这两者之间的矛盾，将传统经典理论与新知识、新技术很好地融会贯通，加强应用技能的培养和使用现代设计方法，引入现代化的教学手段，开辟具有现代化实验条件的实验室，增加反映最新电子技术发展的实验内容，帮助学生适应信息社会对人才的新要求，并和企业最新技术实现无缝对接。

1在实验实践教学中引入EDA技术的重要性

1.1 提高学生的知识层次和技能水平

EDA技术是现代电子设计发展中必不可少的，EDA技术广泛应用于科研工作和企业新产品的研发中，并广泛用于专用集成电路的开发，同时，全国各种电子技术设计竞赛将EDA技术作为选手必须掌握的基本技能。在实验教学中引入EDA有利于学生掌握EDA这种工具，拓宽知识面，提高学生的实践能力、创新能力和计算机应用能力，提高知识层次，提高学生就业率，为今后较快胜任工作打下基础。

1.2 缓解实验设备和经费不足的压力

EDA技术是用软件的方式来设计硬件，这种硬件设计软件化可以大大简化电子系统的实验，并可根据学生的设计不受限制地开展各种实验，既可实现规定功能的硬件系统又可达到课程的教学目的。这样，学校无形中增加了许多实验设备，大大缓解了实验设备和经费不足的压力。

1.3 有利于教师自身素质的提高和教学、科研水平的提高

EDA涉及电子、通信、计算机、自动化等电子信息类专业课，辐射面很宽，同时它又是一门发展迅速、工程性强、须紧密结合技术发展前沿的现代电子设计技术课程。这就要求教师有宽广的知识面和工程项目经验，并能结合当前与今后的发展趋势编写相应的EDA教材包括实验教材，提高教师的教学水平。同时引入EDA到电子技术实验实践教学中，将促进教师对该项新技术的学习和掌握，有利于教师在不断的学习过程中提高科研水平。

2EDA技术与课程内容整合的教学设计

将EDA技术全面与微电子专业课程紧密结合，设计的EDA实践教学首先应做到系统全面性，同时兼顾集成电路工艺仿真和器件仿真，在实践教学体系中兼顾专业基础、工艺制造、集成电路设计，强化理论基础、综合素质、创新能力的培养，使学生经受了融合理论、实验、技能和设计的系统技术训练。与此同时提高EDA工具的先进性，集成电路设计的发展依赖于先进的EDA工具，摒弃目前高校实验室中旧的EDA设计工具，采用新的和产业接近的集成电路设计工具，才能从根本上解决高校实践教学环节与当今IC产业发展脱节的问题。

2.1 EDA技术与微电子专业课程内容的整合

根据我校人才的培养目标，电子信息学院对微电子专业课程体系进行了改革，解决基础与发展、基础与应用、理论与实践、重点内容和知识面的矛盾。现已整合为专业基础课程和专业课程，每门课都配置了相应的实验课、实践课，其中的实践环节教学目的和教学内容设置系统规划，各有侧重。在专业基础实验课程中，主要安排对模拟和数字基础内容进行验证，掌握基础知识和基本应用方法以及实验技能。在理论课程和实验课程结束后安排1～2周的实践教学环节，提出设计任务和要求，运用EDA软件进行系统的集成。在专业课程中，为使学生更好地接近工程设计，专业课程基本上都设置了一定学时的实验课，这些实验课采用了EDA的一系列软件进行仿真，巩固理论知识。同样在课程结束后开设了实践环节，与专业基础课相对应，实践环节着重实战演练，真枪实弹进行相应的练习，例如针对集成电路工艺这门课，在32总学时中设置了6个学时的实验课，课程结束后开设了微电子工艺课程设计，这样既学习了理论知识又掌握了EDA软件和实践技能。

2.2 EDA课时与理论课时的整合

电子工程系近2年由学院带队去兄弟院校，如山东大学、苏州大学实地调研，调研他们微电子专业在课程设置、教学计划修订、实践实验环节等诸多方面的情况，调研他们设定这些内容的可行性及合理性，结合我院的实际情况合理地配置每一课程的EDA课时与理论课时，例如硬件描述语言这门课程总学时为32学时，其中理论课时与EDA课时各占一半，这是基于语言课程要以具体操作为主的考虑。

2.3 EDA资源整合

相同功能的EDA软件和硬件开发系统种类繁多，如数字系统设计工具有Maxplus Ⅱ，QuartusⅡ等，模拟电路设计工具有Pspice，Hspice等，系统建模与分析工具有Matlab和Opnet等，版图设计工具有Cadence，Synopsys，Zeni和Laker，集成电路封装与多芯片组件有Ansys，Autocad等。另外我们引入新技术，将半导体器件与工艺技术(TCAD)纳入微电子专业课程实践体系中去，将SOC/SOPC等先进技术引入实验课堂，提高学生的电子线路系统设计能力。这样无论是在专业基础课方面，包括电路、模拟电子技术及数字电子技术，还是专业课程方面，包括半导体物理实验、集成电路工艺、集成电路CAD、集成电路封装等，这些课程都与EDA密切联系，将EDA融入到微电子专业几乎每一门课程中去，这样不仅可提高学生学习的兴趣，同时也巩固了学生的理论知识，也为今后同学们就业打下基础。

2.4 EDA模块整合及教材编写

EDA技术涉及知识面较宽，应用领域广泛。不同的课程可能运用了相同的EDA开发工具，例如数字电子技术与复杂数字系统这两门课程都应用QuartusⅡ开发工具。我校电子工程系对每门专业课程都指定了课程负责人，要求课程负责人全程负责。课程负责人不仅负责本课程教学大纲的制订、本课程教材的选订、本课程的教学，而且负责本课程EDA实践环节教学指导书的编写、EDA教学内容的设计。教师依托学校EDA实验中心，要在科学技术的发展、市场的需求等多方面因素的影响下，及时修改不断完善教材的内容，同时系内经常组织课程负责人之间互相探讨，以整合的方式进行整体教学设计，在相同的EDA模块上体现各自课程的特点。

3EDA在微电子课程体系中的实施

在微电子专业课程体系中，为提高学生对电子电路的分析和设计能力，在各时段各课程都整合了EDA开发工具。电子技术基础及模拟集成电路设计课程运用了电路仿真软件：CADENCE，HSPICE，SPECTRE-VERILOG，集成电路CAD、集成电路原理等课程运用了CADENCE，HSPICE，LAKER，数字电路及硬件描述语言、复杂数字系统设计等课程采用了MODELSIM，NC-VERILOG，半导体器件及集成电路工艺、微电子材料制造设备等课程运用了TCAD开发工具。通过对微电子专业课程体系的系统规划，我们借助于EDA的系列工具和半导体专业实验室，从专业基础课到专业必修课、专业选修课，使学生经受了融合理论、实验、技能和设计的系统训练，让微电子专业学生掌握先进的EDA工具及集成电路设计的流程和基本的设计方法，培养一批综合素质高、专业基础知识扎实、动手操作能力强、具有创新意识的合格人才。

参考文献

第6篇：集成电路课程设计范文

 

1微电子产业人才职业岗位需求分析微电子产业是由设计、芯片制造、封装、测试、材料和设备等构成的产业链。

 

1微电子产业的复杂性也带来了其人才需求的多样性，而适合高职层次人才的岗位主要集中在制造业以及设计业中的版图设计方面，适应的岗位群主要有IC助理版图工程师、硬件助理工程师、集成电路制造工艺员和集成电路封装与测试工艺员等。

 

2典型工作任务分析

 

微电子产业是集设计、制造和封装与测试于一体的产业群，从而形成了以设计为主的设计公司，以生产制造为主的芯片制造公司和以芯片封装测试为主的封装测试公司。经过对各微电子企业相关岗位的工作过程和工作任务情况的调研，总结出微电子企业对微电子技术专业人才需求主要在集成电路制造、集成电路版图提取和集成电路芯片测试与封装等岗位群。依据高职学生的特点，我院的微电子技术专业人才主要满足集成电路制造企业和集成电路测试和封装企业的需求。

 

微电子技术专业岗位群及典型工作任务间、淀积车间和口刻蚀车间和金属化车间。对应的岗位分为光刻工、氧化扩散工、离子注入工、淀积工、刻蚀工和金属化工。岗位对应的主要工作任务为把掩膜板上的图形转移到硅片上、在硅片上生长薄膜层、对硅片进行掺杂以及对硅片进行金属化工艺。通过组织召开企业专家研讨会，按照工作任务的典型性，对工作任务进行进一步的分析、筛选，总结出典型工作任务。

 

集成电路测试封装企业主要工作岗位有集成电路划片组装、封装成型和芯片测试等。岗位对应的主要的工作任务为减薄工艺、划片工艺、分片工艺、装片工艺、引线键合工艺、封装成型工艺和测试工艺。微电子技术专业岗位群及典型工作任务如图1所示。

 

3行动领域归纳

 

按照职业岗位需求和工作内容相关性等原则对典型工作任务进行合并，形成相应岗位的行动领域。表1以集成电路制造工艺员岗位为例，归纳其行动领域归纳。

 

4专业学习领域课程体系设置

 

本专业的学习领域分为四个模块：公共通识平台+综合素质平台、专业基础模块、核心岗位模块和岗位拓展模块。公共通识平台+综合素质平台主要培养学生的综合职业能力，例如学生的职业规划教育，学生的职业道德的培养，以及学生心理素质的提高等;专业基础模块主要培养具有学生专业基础知识的能力，掌握基本的电学原理，微电子学基本原理。核心岗位模块主要培养学生主要工作岗位的能力，主要有集成电路制造工艺相关课程和集成电路芯片测试与封装工艺相关课程。拓展学习领域课程是结合拓展职业活动、拓展工作岗位的需要而配置的课程，包括横向拓展学习领域课程和纵向拓展学习领域课程，以适应部分毕业生工作一段时间后转换到质量检验、设计与营销岗位的需要。

 

5专业学习领域课程考核

 

课程考核采取与职业资格考试相结合的模式，学生在理论课程学习完成以后，立即进行职业资格认证。学生可以考取集成电路芯片制造工、集成电路封装工艺员等职业资格证书。学习领域课程考核评价包括结果性评价和过程性评价两个方面。结果性评价主要考核完成任务的质量和掌握的专业知识与技能，可采用理论考试和工作成果评价相结合的形式。过程性评价主要考核团队合作能力、方法能力、社会能力和安全环保等方面，可采用观察、专业答辩等方式。

 

[参考文献]

 

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第7篇：集成电路课程设计范文

教学内容安排在教学内容的选择上注重教学的延续性，以少、精、宽、新为原则。大幅度地削减小规模集成电路的内容，增加对中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）的讲解。对于中规模集成电路和大规模集成电路，其内部电路一般不作为重点，着重其外部功能及应用，集中精力对基础知识、基本原理和重点内容精心组织、精心讲授。引导学生建立系统的知识结构。从能力培养着眼，精讲多练，注重讲、练结合，加强综合训练，在授课的过程中除了讲解课程一般知识外，还要注重内容的广度。尽量多地教给学生如何理解、分析、归纳、总结问题，避免死记硬背、机械地理解问题。引导学生学会举一反三，掌握学习方法，培养自学能力乃至创新能力，注重理论知识和电路实际应用技能紧密结合，将电子技术新技术、新器件及时地纳入课程教学内容中，以适应电子技术发展需要。

实践环节的教学改革

实践教学内容的改革旨在提高学生的实际操作动手能力和技术应用能力。以能力培养为导向，制定本课程实践教学环节，提高实践环节比重，实验课程占总课程学时由原来的20.8%改为38.1%。

1.实验项目综合化实验项目内容在安排上围绕课程主线进行，[2]使理论课和实验课成为有机的整体，减少验证性实验项目，增加设计性综合性实验项目，加强实物制作类实验项目，同时改革传统实验考核方式，更加注重对实践技能的实施过程的考核，其目的要求如表1所示。单次实验成绩有两部分构成：电路设计、电路搭接、测试等实验操作成绩，占总成绩的60％；实验报告成绩，根据实验报告评定，占总成绩的40％。

2.课程设计实物化题目有针对性且行之有效，体现整个课程设计的完整性和先进性，强化工程综合应用意识。“电子技术课程设计”旨在使学生进行一次较全面的综合设计练习，[3]掌握电子电路设计、制作、调试的全过程，全面提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，为将来走上工作岗位打下良好基础。课程设计做到一人一题，且在学期开始就告知学生题目及指标要求等，使学生在明确目的及要求的情况下有充足的时间进行方案选择、电路设计、制作、调试等过程，体现柔性管理。

3.把提交专业作品列入课程要求依据电子信息工程专业人才培养模式改革，对于骨干专业课，要求学生在当学期完成1～2个专业综合作品。“数字电子技术”作为本专业的一门实践性很强的专业基础课，在当学期由教师拟定或学生自行提出实践项目（元器件数量介于20个至50个之间），要求学生独立完成电路的设计、元器件选择、电路制板、元器件安装、电路焊接及调试等过程，并达到规定指标。同时提交一份不少于2000字的设计报告，对电路原理、调试技术进行阐述，并重点对电路调试过程中出现的问题进行分析，提出一些优化方案。

课程考核方式改革

课程考核采取理论考核60%+实践考核40%相结合的方式。理论考核重点考核本课程的基本概念、基本知识、基本技能和知识应用能力，采用闭卷考试方式。实践考核包括平时实验成绩和期末实验考试两部分，比例为平时实验成绩占60%，期末实验成绩占40%，平时实验成绩中验证性实验占15%、设计性实验占45%、综合性实验占40%，依据实验操作和实验报告评定；期末考试项目并不是教师重新出题，而是学生做过的实验项目中的设计性或综合性实验，由学生抽签决定，要求学生在有限的时间内独立完成电路设计、元器件安装、调试等过程，由教师依据参数测试结果评定成绩。

教学模式与方法改革

为激发学生的学习热情，有效地组织课堂教学，课程组教师一直探索研究“数字电子技术”课程教学模式，形成了互动式、启发式等多种教学方法，以及板书+多媒体+网络相结合的双主互动的教学模式。重点实施“以问题为纲”的教学方法。

1.精心设计课堂教学模式，课堂教学“高思辨、高互动”，形成互动式、启发式教学高思辨是课堂教学过程中层层推理、循序渐进，适当设置悬念与疑问，并留给学生一定创新思维的空间。如讲到数字集成电路芯片时，对于内部结构作简化处理，重点在外部特性及功能上，由功能示意图、功能表到应用举例逐步进行，层层深入，在讲解完一个类型的举例后，适当增加辅助功能、设置悬念的问题，并留下作为思考，锻炼学生逻辑思维能力。高互动是课堂教学过程中，精心设计各种学生活动，大小结合，难易适度，师生对话与学生讨论相结合，能够体现学生为学习主体、以学生发展为本的教学思想。例如给出小型数字系统设计电路，由学生修改部分电路并更换部分元器件，并当堂讲解更换方案，学生学习积极性明显提高。

2.实施“以问题为纲”教学方法“以问题为纲”教学方法，即引导学生提出假设、提出问题、分析问题、解决问题，引导学生理解知识产生、发展的过程，即从实际生产和职场第一线中提出问题，结合教学内容进行分析问题、解决问题，并进行提升和推延，从而发现新的问题，再引入新问题的探讨，即把每一次讲授均变成一次创造研究的尝试和训练。此种方式在“数字电子技术”课程教学中的实践效果非常好。例如在讲解集成逻辑器件计数器及应用时，讲完计数器的概念就让学生举例生活中所见哪些是计数器，讲完计数器的功能时就提问日常生活中的数字时钟跟计数器有何联系，并逐层分析24小时60分60秒计数的功能如何用计数器实现。学生很快理解并能够灵活地在其他场合应用运用计数器了，效果很好。

3.板书+多媒体+网络相结合充分利用现代教育技术手段，可在同样的时间内讲授更多的教学内容，又可使一些抽象、难懂的内容变得形象生动，从而提高学生的学习兴趣的学习主动性，显著改善教学效果。同时利用网络教学，学生可获得关于该课程的各种信息，实现网上学习、网上答疑、网上作业、网上测评等。网络有机地结合板书教学，以扬长避短，获得最佳教学效果。

教学效果

第8篇：集成电路课程设计范文

关键词：数字电路；教学体系；重构；设计

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

数字技术是近几十年发展最快的技术，其发展对人类社会产生着深远的影响。作为数字技术硬件基础的数字电路遵循摩尔定律，在几十年中经历了从分立电路到集成电路的设计历程，到现在已进入片上网络（Network on Chip，NoC）的阶段。从数字电路的晶体管电路时代，历经中小规模集成电路设计时代，到现在广泛采用EDA工具进行ASIC设计以及基于FPGA进行设计的时代，电路设计的每一步发展过程都产生过很多重要的设计思想及设计方法。这些设计思想及方法的累积构成了现在的数字电路教学体系。然而，由于新旧体系高速更迭，使得目前的数字电路教学体系呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接，电路的逻辑设计、功能设计和性能设计三方面脱节。这种现状与当前数字技术领域对人才的要求极不适应。要对现状有所改革，首先需要对数字电路各部分内容有所了解，从中提取适应发展的部分，重新构成一个自洽的课程内容体系。本文希望通过对现有课程中不同部分内容进行分析，在此方面进行一些尝试。

二、基于晶体管的设计

目前，数字集成电路采用的主要工艺是CMOS工艺，在这种工艺条件下，电路逻辑结构由MOS晶体管担任开关作用来实现。MOS晶体管分为PMOS和NMOS两种形式，分别用于传导高电平（1）和低电平（0），如图1所示。逻辑输入控制晶体管的栅极，连通的晶体管支路由电源或地为逻辑输出提供标准输出电平，如图2所示。在晶体管的相互连接中，NMOS的串联可以实现AND运算，并联实现OR运算，由此可以形成各种基本的逻辑单元，如图3所示，这些逻辑单元的进一步连接可以形成各种功能电路。

在目前国内外教材的分析中，对此类电子电路的评价主要集中于晶体管数量。如何在设计中减少晶体管的使用量成为设计的主要目标。基于这一考虑，在基本单元层次，发展了AOI电路结构，将“与-或”二级结构形成一个整体，晶体管数量只与初级与门输入的数量相关。在功能设计的层次，引入卡诺图对逻辑方程进行最小化，其目标也是通过减少初级门输入端的数量来实现晶体管数量的减少。上述设计方法能够非常准确地表达数字电路的逻辑体系实现，并能建立组合逻辑的卡诺图分析设计方法和时序逻辑的转移输出表的分析设计方法，为数字电路的规范化设计体系奠定了很好的基础，也构成了目前数字电路设计的理论基础。但在目前的教学体系中，这种设计方法只是将晶体管作为标准开关器件使用。由于缺少有效的评价体系，目前逻辑分析仅停留在简单电路的分析设计，在中规模功能电路的分析设计中，几乎没有采用这一体系。在VLSI的设计时代，对电路性能的评价主要表现为集成度（占用芯片面积、成本）、速度（最长延迟时间、最高时钟频率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指标上。要实现同样的功能，利用逻辑定理可以设计出很多不同结构的电路，最优化成为设计中的中心环节。而要实现这一目标，在基本逻辑结构形成的阶段就需要补充对于相关性能的描述模型。

三、基于中小规模集成块的设计

在上世纪70～80年代，为了应对数字技术的广泛采用，发展了以74系列为代表的各种中小规模集成块。不同领域的用户可以选用尽可能少的通用集成块连接形成电路，满足自己的特殊系统需求。为了使用上的方便，中小规模集成块在外型和I/O端口性能方面都进行了统一标准设计，其输入/输出特性由Data sheet详细规定，用户在使用时可以不忽略其内部电路工艺及逻辑形成方式，只根据设计要求选取对应功能块，根据端口特性设计外部负载连接电路。考虑到通用模块可能需要对模拟器件进行驱动，此类电路通常都配备了强大的对外驱动电路，导致集成芯片中主要部分为I/O部件，逻辑功能部分只占据了集成芯片的次要部分。为了增加模块的通用性，通常会在基本功能的基础上添加许多额外的控制/状态端口（与集成块的总体成本相比，这些添加几乎不增加成本，但能够带来市场上的好处）。由于电路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外壳决定，简单逻辑与复杂功能的模块在价格和速度上相差不大，用户倾向于选用复杂功能模块来构成电路（使用模块的部分功能），而不是选用基本逻辑部件构成电路，电路设计的主要目标成为选择最少逻辑块及最少连线进行设计，与逻辑设计基本脱离关系。在目前的教学体系中，关于逻辑单元静态与动态特性的讨论基本采用这种方式讲解；各种组合功能电路的设计和时序功能电路的设计（二进制计数器、移位寄存器等）都采用此类方式。由于目前的实验条件，以及学生创新活动中自己设计小系统的需要，中小规模集成块仍然具有重要的使用价值，相关内容也就构成了数字电路课程教学中功能设计的主体部分。然而，中小规模集成块作为一种集成度低下的分立设计，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何将相应内容与低层逻辑设计合理地结合，将电路性能的评价带入到对不同结构设计的选择上，是解决这一问题的关键。在ASIC设计中，不会无谓地设计不需要用到的所谓多功能扩展，对功能模块的教学改革应该首先着眼于基本功能的最佳实现方式，然后考虑在不同应用中的最佳扩展设计方式。目前基于多功能器件进行设计，利用其部分电路的设计方式对中小规模集成块是优化的方式，但对于片上设计就是一种浪费的设计了。

四、基于HDL的设计

随着计算机技术的广泛采用，数字集成电路的设计也进入EDA时代。HDL使电路的设计描述和仿真验证可以利用计算机工具进行，方便于层次化设计中信息的交流、保存、修改，有效提高了设计效率，降低了设计成本。同时，基于FPDA的设计也成为中间设计的主流方式。为了适应这种发展，现行数字电路课程中开始引入HDL语言的内容，并对各种功能电路的描述编程进行了足够详细的介绍。同时也对FPGA的基本结构进行了介绍。利用这些内容，学生能够方便地使用计算机系统开展各类数字设计，扩大了数字电路的应用教学，通过对设计的仿真也能够更好地理解电路性能与设计的关系，使学生对数字电路设计有更实际的理解，也便于开展课程设计和各种实验活动。HDL是一种硬件电路的描述工具，主要帮助仿真过程的自动进行。而目前关于HDL的教学中，很少将电路逻辑与性能的关系反映到语言描述中，使语言的描述沦为对电路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。对电路性能描述中比较容易的是对延迟时间（或时钟频率限制）的描述。若要进行这方面的描述，HDL必须基于最基本的逻辑单元，设计者应对各种基本部件的时间延迟以及连线负载带来的时间延迟有足够的了解。而电路的功能设计描述则必须基于这种带时间延迟的部件互连设计（结构设计的描述）。此点在目前的HDL的教学中应特别强调。同时需要注意到，这种仿真一定要在与综合无关的工具上进行。对设计集成度的衡量取决于电路设计的综合方式。目前，在EDA设计领域尚未建立一种统一的综合方式，不同的综合工具采用不同的算法结构，综合效率各有不同。虽然综合算法本质上是基于基本逻辑优化理论建立的，但其中涉及的各种数学理论很多，不是数字电路这门课程能够解决的。因此，本课程无法涉足综合领域，也难以将课程内容与综合工具得到的结果形成对应关系。如何将基本理论与综合算法联系起来，形成一个统一的系统，应该是数字电路课程未来一段时间的改革目标。目前，很多的免费EDA工具采用FPGA作为综合的基础，这种综合工具的优点是能够方便地得到所设计电路的评价（占用单元数量、延迟时间、时钟频率）。然而，由于FPGA设计的基础是4输入查找表（等价于4输入卡诺图的最小项和设计），在基本逻辑层次上可以认为未进行任何化简，集成度低、延迟时间长。同时综合工具会根据4输入查找表建立优化算法进行综合，由此将用户进行的结构设计思想抹杀，不利于课程内容的相互衔接。如果要理解其综合结构，就必须首先建立FPGA基本单元和布线方式的电路参数模型，然后在此基础上建立独特的综合算法。目前，本课程难以完成这一任务。

五、统一体系的思考

基于上述分析，可以看到目前数字电路面临的困境，也展现了建立一个统一体系的需求。统一体系应该以电路性能参数（集成度、速度等）作为评价模型，着重考虑ASIC和VLSI设计中的需求。评价模型应该由底层基本器件（晶体管）开始分析建立，继承现有体系中关于逻辑设计的思想，将性能评价延伸到逻辑模块和功能模块层次；逻辑层次的设计中，主要展现功能的不同结构实现方式，为电路设计提供灵活性；而在功能层次的设计中，则通过对不同结构的性能进行比较，确定电路的最佳形成方式。HDL的设计应该将速度的评价融入到电路结构的描述中，并通过仿真工具的应用使这一评价能够推广到大系统中，对同步时序设计提供支持。

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第9篇：集成电路课程设计范文

关键词：EDA；数字电路课程设计；多功能数字钟

1.EDA技术[1]

EDA技术即电子设计自动化技术，英文全称Electronic Design Automation，它是以功能强大的计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、简化、分割、综合、布局布线及逻辑优化、仿真测试的电子产品自动化设计过程。

利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：

（1）用软件的方式设计硬件，且用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由相关的开发软件自动完成的；

（2）设计过程可用相关软件进行各种仿真；

（3）系统可现场编程，在线升级；

（4）整个系统可以集成在一个芯片上，具有体积小、功耗低及可靠性高的特点。

2.用EDA技术改进数字电路课程设计的必要性

数字电路课程设计是建立在数字电子技术基础上的一门综合实践性课程[2]，有利于培养学生的系统综合能力和创新能力，对提高办学档次，满足社会对高素质人才的需求，培养学生对未来社会的适应能力都是受益匪浅的。通过这一课程的学习，学生能够熟练地利用EDA技术掌握较复杂数字系统的设计方法，进一步增强学生分析问题、解决问题的能力，充分挖崛和激发学生的创新潜能。

目前在数字电路实践教学中，大部分学校仍然采用中小规模的集成电路来实现设计功能，当设计的系统比较复杂，需要多个集成芯片和大量连线时，就增加了设计电路板的难度和故障调试难度，延长了设计周期，降低了学生的学习兴趣；同时，常用中小规模集成芯片的大量重复使用也大大增加了设计成本；因此，在数字电路课程设计中引入EDA技术，采用当前国际先进的设计方法和理念，改革传统的课程设计方法，已经成为一种趋势[3]。用中小规模集成电路设计的数字系统存在以上诸多缺点，而运用EDA技术、可编程逻辑器件设计数字系统就成为行之有效的方法。这种设计方法从系统总体要求出发，自上而下地将设计细化，将功能具体化、模块化；直到最低层的模块适合用硬件描述语言或原理图描述为止，最后形成数字系统的顶层文件；再经EDA软件的自动处理而完成设计。

QuartusII是Altera公司的第四代EDA开发软件，此软件提供了一种与结构无关的全集成化环境，将设计、综合、布局和布线、系统的验证都整合到一个无缝的环境中，使设计者能方便地对Altera公司的PLD系列产品进行设计输入、快速处理和器件编程。是应用广泛的EDA开发软件之一。CPLD/FPGA通称为可编程逻辑器件，其中FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物。目前，QuartusII开发软件和CPLD/FPGA器件作为EDA开发工具被越来越广泛的应用到大型数字系统的设计中。

3. EDA技术在数字电路课程设计中的应用

多功能数字电子钟的设计是数字电路设计中的一个典型应用，用中小规模集成电路实现时，用到的器件较多，连线比较复杂，可靠性差。下面就以基于ALTERA公司的FPGA器件CycloneII240C8芯片和QuartusII9.0EDA开发系统进行多功能数字钟的设计为例来介绍数字电路系统的一般设计方法。运用此种方法进行课程设计时，需要先掌握QuartusII软件开发环境的使用和硬件描述语言VHDL语言的编程，掌握相关CPLD/FPGA实验开发系统的使用。

（一）数字钟的设计要求

（1）具有时，分，秒计数显示功能，以24小时循环计时，由6个7段共阴极数码管显示；

（2）能够通过手动按键实现清零和调节小时、分钟功能；

（3）具有整点报时功能，当时钟计数为59’51”、59’53”、59’55”、59’57”时，扬声器发出频率为1024Hz的声音，在59’59”即到整点时，扬声器发出最后一声整点报时，频率为4096Hz。

（4）用VHDL语言来完成上述电路功能的软件设计和软件仿真，仿真结果正确后，在实验系统上进行由硬件电路的下载和调试。

（二）数字钟的设计方案

多功能数字钟电路的系统结构框图如图1所示，由系统时钟、控制电路、秒计数器、分计数器、小时计数器、译码器、显示器和扬声器组成；控制电路负责控制计数器计时、校时和扬声器报时，译码器将各计数器输出的BCD码计数值转换成七段码送到显示器，显示器显示时、分、秒计时结果。

介于所使用的实验系统中有现成的译码器和显示器部分硬件电路，故只对图1所示控制电路和时、分、秒计数器模块进行软件设计，由VHDL语言编写源代码来实现。

（三）数字钟的实现

在设计过程中采用层次化设计方法进行设计，编写源程序，为了简化设计把控制计时和调时部分功能放到计数模块中，报时部分专门用一个模块，故将数字钟的实现分成秒、分、时三个计数模块和一个报时模块构成，报时模块同时完成对报时输入信号的分频。

通过系统分析论证后，在QuartusII9.0环境下，用VHDL硬件编程语言编写数字钟的报时模块、秒计数模块、分计数模块和时计数模块源代码，即分别对应alert.vhd、second.vhd、minute.vhd、hour.vhd文本文件，对这四个模块分别进行编译、综合和仿真测试无误后，生成这四个模块的符号图，最后通过原理图连接的方式把以上各模块生成的图形符号连在一起形成顶层的原理图，实现多功能的数字钟。下面给出通过原理图的形式所设计的顶层原理图如图2所示，顶层设计文件为clock.bdf，顶层实体图如图3所示，当然也可以通过元件例化语句来生成顶层实体。

（四）功能仿真与下载

以上各个模块设计好以后，都可以利用软件进行仿真，得到正确的功能仿真结果后，在顶层的设计中调用各功能模块，完成顶层原理图或实体的设计，最后针对顶层的实体再进行功能仿真，仿真结果如图4所示，从仿真结果的部分截图中可以得到该数字钟能够实现正常计时的功能。

仿真正确后，选定好所选用的实验系统的配置芯片，锁定引脚，完成引脚配置，重新进行编译综合后，即可生成下载文件clock.sof，将此文件下载到选定的目标芯片，接上器件，完成整个系统的设计。经过在杭州康芯电子有限公司生产的GW48EDA/SOPC实验开发系统下载验证，该设计完全符合数字钟的功能要求。

4.结束语

通过将EDA技术应用于数字电路课程设计提升了学生对数字电路的认识，在设计过程中可以预先进行仿真，仿真有误可以修改设计，在这个过程中不必搭接电路，做到有错就随时修改，不用担心设计实验失败的风险。通过EDA技术不仅可以很好地锻炼学生的综合设计开发能力和动手能力，从而激发他们的学习兴趣，还可以大大节约数字电路课程设计实验的成本，提高设计效率，培养了他们解决问题的综合能力，因此，使用EDA技术必将是数字电路实践课程改革的新动向。

参考文献

[1] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2010.