数字集成电路设计范文

数字集成电路设计范文第1篇

关键词：同步数字集成电路 设计 时钟偏移

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0229-01

面对当前21世纪科学技术的迅速发展，在同步数字集成电路的设计中，时钟偏移的影响力也越来越受到设计人员的关注。受时钟偏移的影响，导致在长时间的应用中，时钟频率出现的越来越高，也由此增加了时钟偏移在同步数字集成电路中的重要性。一般而言，任何一个系统中若出现过多的流水线级数，则会导致时钟偏移的可能性增加，并由此影响数字集成电路的同步进行。在解决这一问题的过程中，本文从同步数字集成电路、时钟偏移、时钟偏移分析等三个方面出发，对这一问题的完善做如下简要分析：

1、同步数字集成电路

在当前数字集成电路设计中，最常用的方法为同步方法，这一方法除了能最大限度的发挥出集成电路的优势外，还具备高度的可靠性。但在实际应用中，所谓的同步，具体是指该电路系统在实际影响中，其所包含的触发器都能在一个公共时钟的控制下进行运行。结合同步电路的整体运行结构，其内部构造主要由组合电路、时序电路及时钟分配网络等三个方面构成。这三者之间有着相辅相成、缺一不可的关系。集成电路在很大程度上与组成电路之间存在着较大的差别，组合电路能够随时输出稳定状态，而集成电路则不行。此外，在整个集成电路中，时钟偏移的出现，在扰乱整个时序单元的同时，还会使整个集成电路的内部处于混乱状态，甚至在情况严重时会出现瘫痪，这些，都需要设计人员进行考虑，并对其进行完善。换而言之，在整个同步数字集成电路的实际运行中，要想从根本上保证电路的运行秩序，其核心在于保证各个时序单元的时钟信号处于正确状态，只有这样才能得到正确的逻辑值，从而确保整个电路功能的正确发挥。

2、时钟偏移

在整个同步数字集成电路设计中，若使用边沿触发式触发器的同步系统，则必须要求所有的触发器都在同一时刻对时钟出发沿进行接收，并以此来确保集成系统的正常运行。若单纯的从理论角度出发，电路中的触发器所使用的都是同一个时钟信号，但其中一个触发器接收到的时钟信号要比另外一个的时间晚很多。换而言之，即同一信号在发出后，到达的时间不同，这就是所谓的时钟偏移。但在实际应用中，若出现最大传递延时的状况，则能从很大程度上反应出信号出现了变化，且最慢的接收器也会在一定时间内响应这种变化。而正是这种延时状况，在很大程度上确定了电力的最大允许速度，即人们常说的最大传递延时。与之不同的是，最小传递延时在实际应用中，能够在很大程度上表示输入时间的变化，一旦输出时间出现了变化，则其中传递的时间都会受到影响。但与最大传递延时相比，这种延时所造成的影响要小的多，因而在一定程度上更适合应用到时钟偏移的研究中。

3、时钟偏移分析

科研人员在整个同步数字集成电路的设计研究中，受时钟信号的影响，在考虑整个电路时序单元的同时，还需要电路设计的各个环节考虑进去。从现有的集成电路设计方案能够得出，在引起时钟偏移的众多原因中，导线长度及负载的不均衡是引起时钟偏移的主要因素；再加上串扰（即一根信号线的能量串入到另一根信号线中）因素的影响，都会在很大程度上引起时钟偏移的现象。在大型 PCBO或ASICO专用集成电路设计中,通常难以找到可能引起时钟偏移的所有原因。所以,大多数ASIC制造商都要求设计者提供额外的建立和保持时间容限,但在这些应用中，其时间容限往往存在与系统内部的延迟部位，这些部位都会因时间延迟而引起相应的后果。面对当前集成电路研究步伐的加快，时钟偏移的大小与极性都会对整个集成电路的稳定性及功能性造成影响，与此同时，任意两个相对的时序在运行中，其相邻的寄存器都会受自身极性的影响，出现颤抖，这些都会影响时钟的正常运行，并由此导致时钟不确定因素的出现，而这些，都需要科研人员对整个时序进行相应的分析，确保集成电路的顺利运行。

4、结语

综上所述，在当前同步数字集成电路设计的研究中，时钟偏移作为最常见的问题之一，在影响整个集成电路正常运行的同时，还会对系统的性能造成影响。在完善这一问题的过程中，设计人员只有在了解时钟偏移产生的机理上，才能采取相应的措施来缓解这一现象。这就需要设计人员能够结合着我国集成电路发展的基础，不断学习国外集成电路的研究技术，将其运用到我国的实际发展中，在推动集成电路发展的同时，还能为其今后的发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]殷瑞祥,郭镕,陈敏.同步数字集成电路设计中的时钟树分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2011,(06).

[2]曹海涛,郑建宏.专用集成电路设计中的时钟偏移分析[J].真空电子技术,2009,(05).

数字集成电路设计范文第2篇

关键词：数字集成电路；设计；核心工艺

随着微电子技术的发展，数字集成电路获得了越来越广泛的应用。深入了解数字集成电路特性，正确分析数字集成电路在实验中出现的种种异常现象，对于提高数字电子技术使用效果、加深使用者对数字电路理论的理解有着十分重要的作用。而实现上述目的的最关键部分在于对数字集成电路的设计相关内容有着较为清晰的理解，本文正是在这种背景下，探讨了数字集成电路的不同设计方法以及所采用的核心工艺，以求为理论界与实践界更好的认识数字集成电路提供必要的借鉴与参考。

一、数字集成电路理论概述

数的表达是多种多样的，如二进位、八进制、十进位、十六进位等。电脑中数字处理是二进位，所以一切资料都要先转化为“0”和“1”的组合。在教学中要对学生强调这里的“0”和“1”不是传统数学中的数字，而是两种对立的状态的表达。数字集成电路是传输“0”和“1”（开和关）两种状态的门电路，可把来自一个输入端的信息分配给几个输出端，或把几个输入端传来的信息加以处理再传送出去，这个过程叫做逻辑运算处理，所以又叫逻辑集成电路。在数字集成电路中电晶体大多是工作在特性曲线的饱和状态和截止状态（逻辑的“0”和“1”）。数字集成电路又包括着如下三种电路：门电路，是作为不包含时间顺序的组合电路；触发器电路，其能存储任意的时间和信息，故在构成包含时间关系的顺序电路时必不可少，这种电路叫做时序逻辑电路，例如寄存器、管理器等。触发器电路是基本时序单元电路；半导体记忆体电路，它可以存取二进位数字字信息，记忆体的作用是用来记住电子电脑运算过程中所需要的一切原始资料、运算的指令程式以及中间的结果，根据机器运算的需要还能快速地提供出所需的资料和资料。在上课时，发现学生易将组合逻辑电路、时序逻辑电路混淆，所以教学中要反复强调两者的的特点，进行对比，使学生能正确区分两种电路。

二、数字集成电路的设计

第一，MOS场效应电晶体的设计。常用的是N沟MOS管，它是由两个相距很近、浓度很高的N十P结引线后做成的，分别叫做源极“S”和漏极“D”。在源极“S”和漏极“D”之间的矽片表面生长一薄层二氧化矽（SiO2），在SiO2上复盖生长一层金属铝叫栅极“G”（实际上“G”极是个MOS二极体）。NMOS集成电路是用得很多的一个品种。要注意一点是多晶矽栅代替了铝栅，可以达到自对淮（近乎垂直）掺杂，在栅下面的源、漏掺杂区具有极小横向的掺杂效应，使源、栅漏交迭电容最小，可以提高电路的速度。

第二，CMOS集成电路互补场效应电晶体的设计。CMO是指在同一矽片上使用了P沟道和N沟道两种MOS电路。这种反相器有其独特之处，不论在哪种逻辑状态，在VDD和地之间串联的两个管子中，总有一个处干非导通状态，所以稳态时的漏电流很小。只在开关过程中两个管子都处于导通状态时，才有显着的电流流过这个反相器电路。因此，平均功耗很小，在毫微瓦数量级，这种电路叫做CMOS电路。含有CMOS电路的集成电路就叫做CMOS集成电路，它是VLSI设计中广泛使用的基本单元。它占地面积很小、功耗又小，正是符合大规模集成电路的要求，因为当晶片的元件数增加时功耗成为主要的限制因素。CMOS集成电路成为低功耗、大规模中的一颗明星，它是VLSI设计中广泛使用的基本单元，但它的设计和工艺难度也相应地提高了许多。CMOS集成电路在P型衬底上先形式一个以待形成PMOS管用的N型区域叫做“N井”，在“N井”内制造PMOSFET的过程与前述的NMOS管相同，所以制造CMOS集成电路的工序基本上是制造NMOS集成电路的两倍。另外还要解决麻烦的门锁效应（Latch-up）。但它仍是高位数、高集成度、低功耗微处理器等晶片的首选方案。

第三，二极体的设计。集成电路中的二极体均由三极管的eb结或cb结构成，前者的正向压降低，几乎没有寄生效应，开关时间短；后者常在需要高击穿电压的场合中使用，技术上又不必单独制做，只是在晶体管制成后布线时按电路功能要求短路某二个电极，从留用的P-N二边引线出去和电路连接。课堂教学中，对二、三极管的特性及工作原理要做详细的复习，以便学生理解。

第四，电阻设计。集成电路中的电阻是在制造电晶体基区层的同时，向外延层中进行扩散制成。阻值取决于杂质浓度、基区的宽度和长度及扩散深度。当需要更大电容阻值时，采用沟道电阻；在需要更小电容阻值时，则采用发射区扩散时形成的N十区电阻。

这里电阻与学生之前学习的电阻进行比较，利于学生理解。

第五，电容设计。集成电路中的电容器有两种，一种是P-N结电容，它是利用三极管eb结在反向偏压下的结电容，电容量不是常数，它的大小与所加偏压有关，且有极性；另一种是MOS电容，电容值是固定，与偏压无关。一般用重掺的区域作为一个板极，中间的氧化物层作为介质层，氧化物层的顶层金属作为另一个板极。但是，集成电路设计中应尽量避免使用电容，数字电路一般都采用没有电容的电路。

三、数字集成电路的核心工艺

首先是薄圆晶片的制备技术。分别在半导体专用切片机、磨片机、拋光机上加工出厚度约为400um、表面光亮如镜、没有伤痕、没有缺陷的晶片。

其次是外延工艺技术。为了提高电晶体集电结的击穿电压，要求高电阻率材料。但为了提高电晶体工作速度，要求低电阻率材料，为此在低阻的衬底材料上外延生长一层高阻的单晶层，这叫做外延技术。

第三是隔离工艺技术。因为数字集成电路中各组件是做在同一半导体衬底片，各组件所处的电位也不同，要使做有源元件的小区域（电晶体）彼此相隔离开，这种实现彼此隔离的技术叫做隔离技术。正是由于它的出现，使分立元件发展到数字集成电路成为可能。现在常用的有介质隔离（将SiO2生长在需要隔离的部位）和P-N 结隔离两种方法。P-N结隔离是在隔离部位形成两个背对背的P-N结；外延结构P-N结隔离是在P 型衬底表面的n型外延层上进行氧化、光刻、扩散等工艺，并将硼杂质扩散到特定部分，直到扩穿外延层和P 型衬底相接。外加反向电压使外延n型层成为一个个相互隔离的小岛，然后再在这个n型外延小岛区域上分别制造电晶体或其他元件。

最后是氧化工艺技术。半导体器件性能与半导体表面有很大关系，所以必须对器件表面采用有效保护措施。二氧化矽被选作为保护钝化层，一来它易于选择腐蚀掉；二来可以在扩散之后在同炉内马上通氧进行氧化；三来可以作为选择掺杂的掩蔽物；再来它常被用来作导电层之间的绝缘层。当然用作钝化的介质还有氮化矽薄膜，这里不多介绍。各种薄膜不仅要执行其本身的预定功能，也要和后续的全部工艺相相容。即钝化薄膜要能承受所要求的化学处理及加热处理，而其结构还保持稳定。从上面工艺流程可以看到，每一步光刻之前都有氧化工序，图形加工只能在氧化层上进行。

设计是一项难度较大的工作，在设计中要考虑许多细节的东西，实践与理论之间有一定的差距，对于我们技术学校的学生而言，可以让他们做一些简单的设计，自己动手搭建电路并做测试，在做中发现问题，解决问题，从而加深对知识的理解。

（作者单位：福建省第二高级技工学校）

参考文献：

[1]桑红石，张志，袁雅婧，陈鹏.数字集成电路物理设计阶段的低功耗技术[J].微电子学与计算机，2011年第4期.

[2]黎声华，邹雪城，莫迟.静态时序分析在数字集成电路设计中的应用[J].2003年第8期.

数字集成电路设计范文第3篇

【关键词】数字集成电路；设计方法；同步数字系统

【中图分类号】TN402【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）04-0197-02

数字电路设计是一个正在不断发展着的学科，针对其设计方法一般包括了两种：①同步设计；②异步设计。从目前市场上的产品来看，大多数的数字电路都是采用同步设计的设计方法，究其原因，同步设计主要元器件是触发器，该技术较为成熟。但是随着人们需求的不断变化，异步设计也已经开始慢慢走近人们的视野之中。本文将首先对数字电路的设计流程进行简单的论述。

1数字电路流程设计

伴随着熟悉电路的发展，慢慢的，它已经有了较为完整的体系，主要包括了系统架构、RTL设计、综合优化、布局布线、版图设计等几个方面。下面依次对这几个方面进行介绍。系统架构是整个设计最基础的环节，同时也是十分重要的环节，因为只要有了一个好的系统构架那么设计起来就会十分的方便。在这个环节中需要对模块进行划分，同时也需要对接口进行定义等。下一个环节便是RTL设计。这一环节是核心环节因为在这一阶段需要用相应的语言来将电路描述出来。综合优化就是将RTL转化为相应的硬件电路。这个环节中往往是和工艺厂商进行合作，从而搭建出合适的电路。数字电路的布局布线与模拟电路相比要简单许多，因为很对芯片制造后，生产者就会给出基准单元库。然后利用EDA软件，根据这些相应的限制自动布局布线。最后一个环节也就是版图设计环节。就是在布局布线设计完成之后，结合基准单元生成具体版图，然后通过验证后，教给工厂代加工制造芯片。

2同步数字系统设计

在文章开始，笔者就提到同步设计法受到众多设计人员的青睐。下面本文就将严格按照上文中提到过的几种设计阶段对同步设计法进行详细的介绍：

2.1同步电路的优越性

之所以被称之为同步系统就是因为触发器的状态是有统一始终控制的。各个存储状态的改变都是在时钟的控制之下完成的。所以同步系统具有着多种好处。①同步电路保证各个存储单元都有着相同的初始态，并且只有在时钟沿到来之时，存储单元的状态才会发生转变，这样很大程度上就使得电路较为稳定，能够避免温度等对电路的影响。②能够很容易实现流水线，对于提高芯片的效率等方面具有较大的好处。

2.2触发器

触发器是同步电路的基本单元，尤其指的是D触发器。对于触发器而言，最重要的特点就是只有当时钟沿到来的时候，触发器才会将存储状态转变，也就是将数据端的数据保存起来。当时钟沿不到达时，触发器不会采取动作，这样就是同步电路较为稳定的原因之一。触发器在组成时，可以采用MOS管进行搭建，也可以采用简单的逻辑器件进行构建。

2.3RTL级描述

由于数字电路需要具备的功能越来越多同时规模也变的越来越大，那么系统这一理念也变得越来越强大。使用Ver-ilogHDL可以对系统进行行为级以及RTL级描述。行为级描述就是为了确认系统是否可行、可靠，同时也会检查算法是否正确。在进行RTL级设计的时候需要注意到描述的可综合性以及测试验证功能的完备性。描述的可综合性详细来说就是设计人员大多使用mod-elsim进行编译仿真。这款软件虽然简单实用，但同时也具备着不容忽视的弱点，就是VerilogHDL的容错性较强，不能区分出行为级描述以及RTL级描述。这就意味着设计人员的设计最终可能无法被综合成硬件电路。为了解决这一问题。设计人员就需要多多关注指令都能够被综合成什么样的电路，同时关注哪些指令不可被综合。RTL级描述中，功能需要是完备的。这就比可综合性困难的多。因为到目前为止并没有能保证功能完备性的验证体系。为了避免这个问题的出现。设计人员需要从以下的方面入手：①对于系统级规划中模块尽量按照其功能进行划分，这样就能够在进行RTL级描述时严格按照规划设计。②保持良好的编程习惯。③成立专人的测试部门，这样既有测试人员又有着设计人员。在测试人员的把关之下，很多的问题以及漏洞就会被发现。

2.4利用DesignCompiler综合优化

DC综合这一过程是数字电子线路设计的前端。在这个综合设计的过程中那个，DC需要进最大的努力进行优化，但是这之后可能依然有一些违例路径的存在。这时候就需要人工返回RTL级，进行修改然后再综合，不断的循环。

2.5利用SOCEncounter布局布线

同步数字设计的后端就涵盖了布局布线、时序验证、后仿等多个环节。对比模拟电路，数字电路布局布线较为简单尤其再利用一些软件之后能够大大的减轻人们的压力、提高工作效率，节省时间。

3小结

本文对于数字电路设计方法之中的同步设计法进行了详细的介绍，同时对于在设计过程中可能出现的问题以及解决方案都进行了论述，希望对于今后设计人员对数字电路的设计有所帮助。

参考文献

[1]孔德立.数字集成电路设计方法的研究[D].西安电子科技大学，2012.

[2]陈明亮.数字集成电路自动测试硬件技术研究[D].电子科技大学，2010.

[3]陈国平，王楠，简献忠.数字集成电路设计教学方法探讨[J].课程教育研究，2014，34：214.

数字集成电路设计范文第4篇

关键词 集成电路设计 教学方法 教学探索

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

（1）针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

（2）通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

（3）开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8（9）：4671-4672.

[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].人才培养改革， 2013，（28）：29-30.

数字集成电路设计范文第5篇

1数字集成电路设计实验课程教学现状

数字集成电路设计课程为黑龙江大学集成电路专业学生本科阶段的必修课。传统的数字集成电路设计实验教学课程可使学生加深对所学理论知识的理解，熟练软件使用过程，增强动手操作能力，但还存在如下三方面问题:A.实验教学方法有待改进。在传统的数字集成电路设计实验教学中，上课前，学生基本不了解实验仪器和软件，也不清楚实验课的内容。课程开始后，教师需要把相应理论知识、仪器操作和软件使用等内容一一讲授清楚，在有限学时内，更多的讲授时间就压缩了学生动手实验和探索更深入问题的时间，不利于学生实践能力的培养。B.实验课程内容相对简单。目前，黑龙江大学数字集成电路设计实验课程的内容较为基础，基本单元电路的设计仿真占比较大，开放性实验项目不多。实验内容主要涉及比较器、编码器和加法器等基础门电路的仿真，学生使用ModelSim软件通过Verilog语言编写相应电路的网表，然后编写对应testbench文件并进行仿真验证所写电路网表功能的正确性。这类基础实验有利于学生熟练掌握编程语言和软件使用，并加深对基本单元电路的理解，但内容相对简单，对于学生设计综合能力的进一步培养还有所欠缺。C.实验课程考核机制单一。传统数字集成电路设计实验课程的考核成绩只做为其理论课程总成绩的一小部分。黑龙江大学的数字集成电路设计实验课程的考核形式一般为学生每次实验课程中是否完成了几项规定的实验内容，所有实验内容完成后所得成绩的叠加即为该门实验课程的总成绩。由于实验内容具有固定性和同一性，成绩较好的学生快速完成实验内容后难于进一步进行探索研究，这种简单的考核方式无法很好反映出学生掌握实验技能的梯度，也不利于学生发挥创新型思维进行设计实验，阻碍了学生的实践能力发展。

2基于翻转课堂教学模式的改革探索

A.课堂翻转，提升学生学习质量。在翻转课堂教学模式中，教师应由专注“如何教”转向研究学生“如何学”。在数字集成电路设计实验教学中，教师可根据本次课程的实验内容，在课程开始前一周将相应的学习知识点、软件操作、硬件搭建及要解决的问题以电子文档或视频的形式放于共享平台上。学生需要在共享平台上进行课前学习，学习期间应查阅相关参考资料，将简单的知识点尽量通过自学解决，将重点难点问题标记出来，在课堂中与教师或学习小组交流、讨论，并最终解决问题［2］。这种翻转课堂教学模式改变了传统课堂的教学方式，强化了学生主动学习的意识，提高了课堂时间利用率，可提升学生的学习质量［3］。B.实验课程内容和模式改革。实验课程对学生基础知识掌握情况的检验和设计能力的培养至关重要，因此，应打破传统实验课程辅助理论课程开设的现状，将数字集成电路设计课程实验部分作为一门拥有独立学分的必修课。实验内容应具有基础性、多样性、创新性和完整性，确保学生在做好基础性实验后，切实提升创新性实验能力。实验内容中应增加综合电路设计题目所占比重。目前，实验室拥有SEED－XDTKFPGA教学实验平台，拥有视频显示、LED显示、数码管等验证设备，可开设多种实验教学项目。学生可利用该平成编写源代码、综合、编写测试文件、功能仿真、约束设计、布局布线后仿真、生成FPGA下载代码文件、FPGA下载程序和实验平台验证结果全流程。应充分利用SEED－XDTKFPGA教学实验平台的强大功能，将该平台贯穿数字集成电路设计实验课程始终，如:可增加数码管显示、LED跑马灯、频率计等基础实验项目，独立电路设计项目也应利用该平台进行开展。这对于提高学生的数字电路设计能力、动手实践能力和掌握FPGA开发过程具有重要意义。C.完善实验课程考核机制，注重学生创新能力培养。应建立课前学习考核制度，督促学生做好课前学习。翻转课堂教学模式若要在数字集成电路设计实验教学中达到好的效果，就必须建立适当的课前考核机制。可将学生课前学习时长和通过课前学习掌握基础知识的程度作为一项课程考核指标，考核分数计入最终实验课程成绩内(占实验总成绩的20%)，进而督促学生必须做好课前学习。数字集成电路设计课程实验部分的主要任务是培养学生的数字集成电路设计能力，因此，要注重实验中创新性设计能力的考核。以往实验总成绩由每次实验得分累加获得，改革后，实验总成绩应为课前学习考核得分(20%)、每次完成实验内容考核得分(20%)和完成一个独立电路设计实验考核得分(60%)三项累加获得。独立电路设计实验需要完成电路建模、电路网表编写、testbench编写和在FPGA实验箱进行功能验证等工作。教师可根据学生在设计过程中每一步骤的完成情况给出准确的评价分数，这样可以较为细致地检验学生对基础知识和电路设计能力的掌握情况，而且独立电路设计实验分值占比较高，如果不能完成电路设计，则该门课程无法通过考核，可通过这种方式调动学生的积极性，加强学生的紧迫感，提高学生的学习质量。

3结语

通过对翻转课堂教学模式的研究，结合黑龙江大学数字集成电路设计实验教学课程现状，探索了基于翻转课堂的实验教学方法。该方法根据目前实验教学课程存在的问题，提出了课堂翻转、完善课程考核机制和实验内容改革的方法，可以增强师生之间的交互性，增加学生动手实验的时间，有助于教师在课堂上更好地掌握每一位学生真正的学习状态和学习效果，从而有效提升学生的数字集成电路设计能力、创新思维能力和实践能力。

参考文献:

［1］石端银，张晓鹏，李文宇.“翻转课堂”在数学实验课教学中的应用［J］．实验室研究与探索，2016，35(01):176－178.

［2］王伟.基于翻转课堂的《土木工程材料》实验教学研究［J］．四川建材，2018，44(08):245－246.

［3］聂书严，杨昌棋，等.基于翻转课堂的材料力学实验教学方法探讨［J］．机械管理开发，2018，(04):87－89.

数字集成电路设计范文第6篇

关键词：RFID；ISO/IEC 14443-A；电子标签；DES

Digital Integrated Circuit of Passive Tag Based on the Protocol of 14443-A

YU Wulong,MENG Ying

(School of Information Science and Technology,huhai College of Beijing Institute of Technology,huhai,519085,Chinaオ

Abstract：According to the protocol of IS0/IEC 14443-A,the circuit design and function test of the passive tagare finished.As a result,the balance among area,speed and power consumption is achieved.Based on the technics of 0.35 μm,the result indicates the area of 36 877.75 μm2 and the power consumption of 30.845 8 mW completely meet the performance requirement of chip.

eywords：RFID;ISO/IEC 14443-A;electronical tag;DES オ

在无线通信中数据的传输在空间进行，因此无源电子标签的数据通信涉及通信和信息安全等技术，其中信息的安全性是无源电子标签设计时需要解决的核心问题。适应于无源电子标签的通信协议有多种，其中ISO/IEC 14443协议是目前应用较广的协议［1］。本文采用这一协议在安全性设计基础上，完成无源电子标签数字集成电路芯片的设计。

1 芯片的电路结构

根据ISO/IEC 14443-A协议对标签通信的规定，本文设计的无源电子标签数字电路芯片的结构如图1所示，主要由通信安全、信息安全、存储以及控制等4个单元组成，图1同时给出各个单元中所需子电路模块的组成结构。

由于电子标签采用的半双工通信方式，为减小芯片面积，本文采用复用的方法对各单元的子电路模块进行设计。在信道层次上，将加密/解密子电路模块复用，将校验码的生成和校验子电路模块复用；在子电路模块内部层次上，将计数器以及锁存器等电路复用。

电子标签以被动方式通过天线的感应获得能量，如果电路的功耗过大，将出现能量不足和信号不稳定等状态，因此本文采用门控时钟技术和控制电路节点跳变方法降低所设计电子标签的功耗。在结构层次上，以门控时钟取代原始时钟，为子电路模块提供时钟信号；在子电路模块内部层次上，控制电路系统内部各触发器和锁存器输出的跳变次数。

2 控制单元以及存储单元

考虑到系统任务的复杂度，控制单元调度任务的工作由主控制和从协议控制2个子电路模块协同完成。主控制子电路模块用于协调通信安全、信息安全以及存储等单元中各子电路模块，为从协议控制子电路模块做准备；从协议控制子电路模块用于完成预设的通信方案。

由于本文设定标签接收和发送的最大字节数为32位，而各子电路模块的接口总线为8位，为了协调电路系统发送存储数据和加密操作的时序，控制单元设置了一由28个字节构成的寄存器组，作为虚拟RAM，以暂存数据。

标签操作的数据存放在存储单元的E2PROM电路中，为了与总线接口配合，存储单元中包含了接口电路，以完成控制单元与E2PROM之间的总线转换。

3 通信安全单元

在无线通信过程中，由于信号容易受到突发的偶然因素和系统本身使用特点的影响产生干扰［2］，考虑到电子标签的半双工通信方式及其成本，本文在通信安全单元的设计中，采用数据编码技术、信道编码技术和防冲突访问控制等3种技术进行检错。通过改进米勒码解码器对接收信号进行解码，并以曼彻斯特码编码器对发送信号进行编码。

通信安全单元既需要生成信道循环冗余校验码和奇校验码，又要对接收的信道校验码进行校验，这2个功能具有相同的电路结构，数据以比特流的形式传输，因此可采用功能复用方法设计循环冗余校验和奇校验模块子电[LL]路。本文同时基于面向位冲突帧的树型搜索算法的防冲突访问机制［3］，设计防冲突访问控制子电路模块。

4 信息安全单元

对无源电子标签信息的安全性造成威胁的因素有人为和客观2种，结合本文研制的电子标签存储的数据量较少特点，信息安全单元可采用如下技术设计：

(1 采用基于DES（Data Encryption Standard）密码体系的CFB方式设计加密协处理器，使有效数据加密后才在信道中传输；

(2 采用基于DES密码体系的三重相互认证机制，使阅读器和电子标签可分别确认对方操作的合法性。

[BT3]4.1 密码体系的优化设计

DES密码体系CFB方式的设计核心是加密函数，其结构以及优化方案可由图2所示体系给出。主要包括初始置换、逆初始置换、循环结构以及置换选择A的优化设计。

如果以连线方法实现初始置换的位映射关系，不仅使版图的布局布线工作量增大，而且连线占用面积也较大，因此，本文采用移位寄存器方法［4］实现初始置换的功能。考虑到初始置换表中每一列的值分别对应每一输入字节的位2，4，6，8和位1，3，5，7，而且这里设定的接口总线宽为1个字节，所以可将初始置换表按照如下矩阵进行转换：

{初始置换表}＝{初始置换的每一列}×{每个字节由低位到高位排列}

而且，每一位数据分别存储在8个移位寄存器的第一个位置，当接收到1个字节，各移位寄存器的内容均右移一位，于是便可得到图2中的初始置换电路结构。类似地，逆初始置换也以移位寄存器的方法实现位映射关系。

考虑到研制芯片中时钟周期的裕度较大，因此，采用两次循环结构展开和二级流水线相结合的技术设计循环结构，实现了在面积和速度上取得较好平衡的目标，其结构的优化方法在如图2中一并给出。

对置换选择A，将其置换表中的数值分成上下2部分，每部分数据按照每行8位的格式排列，并将上半部分的前4位数据和下半部分的后4位数据合成为1个字节，而且对经过置换选择的密钥进行循环左移，结构如图2中的置换选择A电路结构所示。

4.2 三重相互认证机制

由于信息安全单元采用对称密钥DES密码体系对数据进行加解密，阅读器和标签具有相同的密钥，因此，可采用基于DES密码体系的三重认证机制确保数据的真实性。阅读器和标签只有经过相互认证后，才能对存储的数据和参数进行操作，主要步骤包括：

(1 阅读器发送“认证查询口令”到标签，标签产生一随机数RA，加密后反馈回阅读器；

(2 阅读器产生一随机数RB，并且使用共同的密钥，将RA和RB加密成数据块Token1并发送给标签，标签对收到的Token1解密，并将从中取得的RA与原先发送的RA比较，一致时，将收到的RB加密成数据块Token2，并反馈回阅读器，进一步确认双方的合法身份；

(3 阅读器对收到的Token2解密，并将从中取得的RB与原先发送的RB比较，一致时，则发送身份确认命令到标签，标签响应并确认。

5 验证平台

为检验所设计数字集成电路芯片的通信功能，本文设计了相应的验证平台，结构如图3所示。

测试向量发生器用于产生各测试向量，为芯片提供输入信号；阅读器数据发送器将测试向量转换为电子标签数字集成电路能够识别的帧格式；响应分析器用于侦查所设计芯片的响应是否为输入信号要求的反馈。

针对通信功能，本文对输入信号组合加于约束，所设计的测试向量集具备如下特征：

(1 测试校验出错情况：当标签接收数据的校验码出错，测试检错功能。

(2 测试序列号出错情况：当标签接收的序列号与期望值不一致，测试检错功能。

(3 测试命令数目出错情况：当标签接收的命令数目与期望值不一致，命令数目约束比期望值多或少，测试检错功能。

(4 测试命令出错情况：当标签接收命令为当前通信状态不能接收的命令，命令约束为其他通信状态的操作命令，测试检错功能。

(5 测试命令操作时间间隔出错情况：当标签在规定的时间间隔内接收命令，时间间隔范围约束为一次操作完成时间和帧保护时间，测试检错功能。

6 结 语

本文采用Synopsys工具，结合中芯国际的0.35 μm工艺库，可以得到本文所设计芯片的面积和功耗如表1、┍2所示：

表1、表2中，工艺库定义的芯片面积以一个与非门作为单位，因此本文设计芯片的面积为36 877.750 000 μm2，功耗为30.845 8 mW。

根据上述验证平台和测试向量集,对本文所研制芯片进行通信功能测试，其结果的波形截图如图4所示。由图4可见设计电路能够检测出校验码、命令数目和命令等出错情况。

综合上述结果可见，设计的芯片符合ISO/IEC14443-A协议，并可以满足无源电子标签对通信和信息安全性的双重要求。

参 考 文 献

［1］陈新河.无线射频识别(RFID技术发展综述\[J\].标准与技术追踪,2005(7:22-26.

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［3］ISO/IEC 14443-3 Identification Cards-contactless Integrated Circuit(s Cards-proximity Cards.2001.

数字集成电路设计范文第7篇

高校专业及课程的设置应该与社会发展相适应，才能更好地发挥学校的功能，源源不断地为相关产业输送所需的人才，推动社会快速地发展。《国家集成电路产业发展推进纲要》明确指出：“集成电路产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚期。”因此，高校有必要加大集成电路相关专业及课程的改革力度，以满足国家集成电路产业的发展需求。

1集成电路设计相关教学的重要性

虽然改革开放以来，我们国家在几乎各个领域都取得了举世瞩目的成就，甚至很多高技术电子产品也都可以自主研发。但是事实上，由于我们自己不能自主设计制造作为核心技术的集成电路，必须从国外购买，所以一方面给我们的国防、关键基础行业等增加了不可预知的风险，另一方面也使我们相关产业的公司利润极低，极大地制约了其发展。客观地讲，我国在集成电路技术研究方面的起步不算太晚，但是由于各种原因，前期进展缓慢，相反欧美日等发达国家却抓住契机飞速发展，因此导致我们与这些发达国家的差距越来越大。1999年从德国学成归来的王志功教授起草了《关于国家设立集成电路设计人才培养专项基金，开展中国芯片工程的建议》，呈送给中央相关部委，得到了李岚清副总理等中央领导的高度重视，进而制定了正确的发展战略，从而使我国在集成电路领域掀起一轮研究热潮。经过十余年的发展、积累，我国集成电路相关的产业链逐渐完善，且培养了大批具有相关知识背景的高素质人才。随后，国家也在政策资金等方面，不失时机地给以引导培育。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》《、电子信息制造业“十二五”发展规划》《、集成电路产业“十二五”发展规划》等重要文件中强调了要大力发展集成电路。尤其，在2014年6月工业和信息化部公布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，并随后设立了“国家集成电路产业投资基金”。高校肩负着为社会输送所需的高素质人才的使命，因此为了配合国家集成电路产业发展的大战略，高校应该及时了解集成电路产业发展对人才素质的需求变化，不断审查、完善、革新集成电路相关的课程及教学。

2集成电路设计相关课程配置的协调性

无生产线设计模式称为大陆集成电路产业的基本模式，更具体地讲，当前集成电路产业主要分为设计、制造、封装和测试几个相对独立的部分，相应地，高校就应该设立相应的专业方向及课程，使学生能够掌握相应的专业技能，以便于毕业后能够胜任相关领域的工作。然而，作为一个大学生来讲，由于大学期间课程学时有限，不可能仅仅通过课堂的学习掌握所有知识，所以应该有针对性地、系统地协调相关课程的学期安排及课程类型安排，一方面要保证每一方向课程体系的完整连贯性，另一方面又能给学生以足够的自由选修其它的相关方向的课程。比如，大一可以安排认知实习或相关课程，通过深入浅出的讲解，可以让学生对整个集成电路产业链及技术链有一个宏观的系统认识，也利于学生有目的性地选择感兴趣的、想深入学习研究的专业方向及其所需的相应课程；大二、大三则应该安排一些专业基础课及专业选修课，一方面要考虑到覆盖面、保证每个方向的课程完整性，另一方面要确保课程安排的顺序正确，课程类型合适；大四可以安排方向性更强的专业限选课及毕业设计。集成电路设计、制造、封装和测试又是密不可分的，王志功教授认为一个合格的集成电路设计人员应该具备系统、电路、器件、工艺及工具几个方面的知识。下面我们主要从具有代表性的集成电路设计角度来讨论。具体到特定高校，特别是集成电路相关专业开设时间不长的高校，由于学科及课程设置的历史原因以及集成电路相关师资力量、实验环境建设需要时间周期较长，所以不可能一蹴而就地开设所有相关的课程。通常，传统通信系统专业比较强的院系课程会偏重系统、电路以及工具等，而传统微电子专业比较强的院系则课程会更偏重工艺、器件、电路及工具等。总而言之，电路及其设计工具是集成电路设计的核心知识，因此我们也将以其为核心来讨论，兼顾一下其它相关的课程。

3集成电路设计相关教学的实施建议

从目前大学本科教育来看，集成电路设计相关的课程大体可以分为三类：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、可编程逻辑器件的开发。至于射频/微波集成电路设计、光纤/超高速集成电路设计以及功率集成电路设计，设计流程及工具基本类同于模拟集成电路设计，但需要更专的专业知识，比较适合作为大四的专业限选课，甚至研究生的专业课程。图1给出了集成电路相关课程的简略关系。ARM/DSP/单片机等嵌入式设计虽然传统上不被包括进集成电路设计的范畴，但是两者存在很大相关性，且目前很多CPLD/FPGA器件中也包含各种类型可配置的处理器核，因此在也把嵌入式开发加了进去。需要说明的是，图1所示的课程名在不同学校的可能有不同的叫法，其实即使名称相同的课程所讲授的内容也可能不尽相同，甚至大相径庭。模拟集成电路设计相关课程在各高校应该差异不大，一般都是先开设了模拟电路设计，然后再开模拟集成电路设计，当然通常都是CMOS模拟集成电路设计。关于数字集成电路设计，虽然可能各高校的课程名甚至教材名称也很相近，但课程或教材讲授的内容却可能差别很大，有些偏重于底层电路逻辑，有些偏重于上层硬件描述语言，还有些可能偏重于EDA工具的使用。如果从产业对数字集成电路人才需求的角度来看，由于数字集成电路自动化程度很高，除了标准单元库或光纤/超高速集成电路等特殊设计外，基本上都是靠硬件描述语言甚至更高级的语言通过自动化综合一步一步实现的，很少直接接触到底层的逻辑实现，所本科数字集成电路教学应该偏重实用的硬件描述语言和自动化设计原理及工具，以适应EDA技术的发展及产业的需求。关于CPLD/FPGA可编程逻辑器件的开发，实际上其前端流程与基于标准单元的数字集成电路设计的前端流程基本相同，所以相关课程可以共享，而对于后端设计则差异较大，不过从所需知识来讲，数字集成电路后端步骤更全面，CPLD/FPGA器件的后端开发相当于前者的有限简化。通常在开发数字集成电路时，也经常采用CPLD/FPGA器件来验证。集成电路与CAD课程其实是与模拟集成集成电路设计和数字集成电路设计相配套的仿真工具相关的理论及实践课程，讲解集成电路电路设计的详细流程及每个步骤的作用及原理；讲授集成电路相关的描述语言比如模拟集成电路的SPICE语言，数字集成电路的Verilog/VHDL语言；让学生熟悉常用软件，如Cadence、Synopsys公司集成电路设计软件的操作；能用这些工具仿真验证模拟集成集成电路设计和数字集成电路设计理论课程所讲授的电路理论，或者可以利用EDA工具结合所学到的集成电路理论，设计简单的集成电路，达到理论与实践的统一。总而言之，个人认为集成电路设计相关课程教学要注意以下几点：

1）注意课程体系设置的协调性。一方面要避免知识体系彼此断裂，另一方面也要避免不同的课程所讲授的内容重叠过多。当然适度的内容交叉有利于课程之间的衔接，且如果课程有涉及较多相同内容的话，也可以在内容难度上拉开差距。

2）要注意理论课程与实践课程的结合。集成电路设计的工程性极强，一方面要注意理论学习的系统性与实用性，另一方面理论必须与实践结合才不至于僵化变成死知识。当然由于流片成本很高、周期很长，所以这里的实践更多指的是仿真验证。

3）要及时更新教材及授课内容。虽然电路的基本理论大体已经成熟，但是由于集成电路工艺以及工具发展日新月异，所以授课的内容就应该紧跟技术发展的步伐。比如，目前从C语言到Verilog语言的高级综合已经成熟并市场化，那么课堂教学就应该包括这些内容。

4）鼓励学生假期去实习或参加研究生的科研项目。

4小结

我国正处在集成电路发展的黄金时期，高校应该把握时机加大集成电路师资力量和实验环境的投入，努力优化集成电路相关的课程体系、积极更新授课内容以满足日新月异的集成电路产业对高素质人才的需求。集成电路设计在整体集成电路相关的几个方向中占据着重要的地位，本文深入探讨了集成电路设计相关的课程设置及授课内容等相关内容，并结合自己多年的教学实践及思考给出了建议。

数字集成电路设计范文第8篇

关键词：微电子；课程设计；教学体系；改革研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0083-02

一、改革研究背景

微电子课程设计是微电子等专业本科学生必修的一门专业实验课，是理论性和实践性都非常强的一门课程[1-4]。微电子课程设计涉及了集成电路设计、半导体物理、半导体器件、工艺及材料等多个专业方面。笔者经过多年的教学与实践，总结分析后发现如下两点不足：

1.课程内容主要集中在电路方面，忽略了对微电子工艺及器件方面的教学与考核。对于微电子专业的本科生而言，该实验应该重点包括两部分内容――微电子工艺与器件、集成电路设计。其中，微电子工艺与器件主要包括微电子工艺模拟、微电子器件模拟和MEMS器件模拟三个模块，相关软件有Sentaurus Process、Taurus MEDICI、ANSYS等。学生掌握完成各种半导体器件的工艺方案设计、工艺参数优化、直流特性分析、交流特性分析、频率特性分析和简单门电路的器件级模拟，加深学生对专业知识的理解和把握，培养设计创新能力[5]。

2.在电路方面，现有的教学内容过多偏重于模拟部分。课程应该加强数字集成电路的讲解。传统的集成电路主要分为数字集成电路和模拟集成电路两部分，主要软件有Cadence、Actel Designer、ADS等设计软件。通过EDA软件，实现不同层次和复杂度的模拟、数字集成电路设计实验。完整的电路实验可以切实提高学生的实践能力，增强就业竞争力。

二、改革研究目标和思路

本文研究目标是针对微电子等专业的本科生，依托南京邮电大学电子科学与工程实验教学中心良好的软硬件环境，改革微电子课程设计课程内容和方法，形成一套完整的课程内容，涵盖从微电子工艺器件，到集成电路设计。要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电子器件设计与参数提取技g，能够熟练使用集成电路EDA工具软件，独立完成基本电路设计。改革对加深学生对微电子专业知识的系统理解和掌握，培养设计创新能力，提高就业竞争力有着良好的推动作用[6]。

改革主要思路是将课程内容分成两部分，即微电子器件的设计及模型参数的提取、集成电路设计，根据团队中各个老师的研究方向，安排专人进行课程内容建设，设计出符合本科生知识背景的专业实验。特别针对器件级和电路级的衔接，制定出可行的实验内容。本课程要求学生先修完大学物理实验，半导体物理，半导体器件，微电子学概论，模拟电子技术，数字集成电路设计，微电子制造技术和计算机辅助设计等理论课程后，再进行本课程的学习。

三、改革研究内容

为了紧跟当今科学技术的飞速发展，进一步加强微电子专业学生的综合基础知识和专业素养，了解集成电路的整个设计流程，本改革全面系统地进行了涉及从微电子工艺、器件、模型、IC设计等整个流程。旨在培养学生运用Sentaurus，ICCAP，Candece，Synopsys等EDA软件进行微电子工艺，器件模型以及IC集成电路设计，熟悉从工艺，器件至电路的整个设计流程，能进行工艺级，器件级和电路级的设计工作[7]。改革内容主要包括如下两部分：

1.微电子器件的设计及模型参数的提取。利用Sentaurus和ICCAP等仿真软件，进行集成电路工艺和器件的设计与模拟，然后对于建立的器件结构进行相关模型参数的提取。具体包括：①器件结构的实现；②器件特性的表征；③器件模型参数的提取。

2.集成电路设计。①模拟集成电路模块包括了从最基本的单管放大器到具有较为完整功能的集成电路芯片的设计内容，借助于实验内容的推进，学生可以实现从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证、芯片测试的模拟集成电路设计流程。②数字集成电路模块可以完成包括数字集成电路前端和后端实验内容，学生可以完成从系统定义、RTL综合、时序分析、可测性设计到版图实现的完整数字集成电路设计流程[8]。并且配备了先进的集成电路测试系统，做到虚拟仿真与实际硬件仿真相结合，进行复杂系统功能的验证。

四、改革研究意义

1.加强学生对整个集成电路设计流程的掌握，充实南京邮电大学微电子专业面向“卓越工程师”培养的实践教学体系的建设，提高学生们的实践操作能力，加深对理论知识的理解和掌握。

2.重构优化现有的微电子专业设计课程安排，针对当今先进集成电路设计，形成涉及从微电子底端（工艺级和器件级）至顶端（电路级和系统级）的一整套课程设计。

3.培养学生对微电子相关的EDA软件的学习与使用，并形成一批具有理论基础、能提高学生EDA使用技能的创新项目，提升学生们的创新意识，培养他们探索新事物的勇气，使他们更加适应新世纪的挑战。

五、总结

改革内容涉及了微电子工艺、器件制作、参数提取以及IC电路设计，这些知识和技能的培养是作为微电子专业学生必备的，同时也是学生后续进入研究生阶段从事微电子相关科学研究的基础；改革中涉及到的各种EDA软件的学习与使用，均是当今先进集成电路设计中正在使用的，这些技能的学习与掌握有助于提高学生们的综合素质，提升他们将来毕业后的就业竞争力，也有助于加快我国的现代化建设，实现“中国梦”。

参考文献：

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[3]李l，方玉明，徐跃，等.微电子专业实验教学改革和探索[J].考试：教研版，2013，（3）：19-19.

[4]王莉，梁齐，张广斌.微电子专业课程建设与教学改革的探索[J].中国现代教育装备，2008，（10）：92-93.

[5]梁齐，杨明武，刘声雷，张彦，陈士荣，宣晓峰.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008，（01）：45-46.

[6]毛剑波，易茂祥，张天畅.微电子学专业实验室建设的探索与实践[J].实验室研究与探索，2005，（12）：78-79.

[7]杨虹，冯世娟.面向21世纪的微电子技术人才培养――微电子技术专业本科生教学计划的制订[J].重庆邮电学院学报（社会科学版），2004，（S1）：24-25.

[8]周金运，胡义华，吴福根.电子科学技术本科专业课程设置改革的依据与实践[J].广东工业大学学报（社会科学版），2003，（02）：66-67.

Research on the Reform of the Teaching System of Microelectronics Course Design

CAI Zhi-kuang，WANG Zi-xuan，HU Shan-wen

（College of Electronic Science and Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：Microelectronics course design is a required course for the microelectronics undergraduate students，which is a course of theory and practice. In this paper，for the microelectronics and other professional undergraduate students，reform the content and methods of microelectronic curriculum design，form a complete set of curriculum content，covering from microelectronic technology and device，to integrated circuit design.

数字集成电路设计范文第9篇

关键词：集成电路设计；本科；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）10-0031-02

集成电路作为关系国民经济和社会发展全局的基础性和先导性产业，是现代电子信息科技的核心技术，是国家综合实力的重要标志。鉴于我国集成电路市场持续快速的增长，对集成电路设计领域的人员需求也日益增加。集成电路是知识密集型的高技术产业，但人才缺失的问题是影响集成电路产业发展的主要问题之一。据统计，2012年我国对集成电路设计人才的需求是30万人 [1-2]。为加大集成电路专业人才的培养力度，更好地满足集成电路产业的人才需求，2003年教育部实施了“国家集成电路人才培养基地”计划，同时增设了“集成电路设计和集成系统”的本科专业，很多高校都相继开设了相关专业，大力培养集成电路领域高水平的骨干专业技术人才[3]。

黑龙江大学的集成电路设计与集成系统专业自2005年成立以来，从本科教学体系的建立、本科教学内容的制定与实施、师资力量的培养与发展等方面进行不断的探索与完善。本文将结合多年集成电路设计与集成系统专业的本科教学实践经验，以及对相关院校集成电路设计专业本科教学的多方面调研，针对黑龙江大学该专业的本科教学现状进行分析和研究探索，以期提高本科教学水平，切实做好本科专业人才的培养工作。

一、完善课程设置

合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。

首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。

其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。

第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。

二、变革教学理念与模式

CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。

在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。

三、加强EDA实践教学

首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009―2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。

其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。

第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。

四、搭建校企合作平台

近年来，北京电子协会着手主办了“全国大学生集成电路设计大赛”，为各高校的在校大学生提供了一个集成电路设计专业竞赛的良好平台。通过大赛的举办，不仅提高了本科教学工作的积极性和教学质量，更加有利了提高学生的实践能力和创新能力[6]。同时，大赛以集成电路产业为背景，联合各高校与企业参与其中，促进了高校间和校企间的交流与合作，并且通过大赛可以帮助企业发掘有潜力的优秀专业人才，而对于参赛学生而言亦是为其就业拓宽了渠道。2012―2015年期间，黑龙江大学连续参加多届“全国大学生集成电路设计大赛”，本科生及研究生组都分别取得过特等奖和一、二、三等奖的好成绩，并获得了华润上华0.35umCMOS工艺的多次流片机会，这对于本科阶段的学生来说是弥足珍贵的学习和积累经验的机会。

通过参加大赛，学生不仅积累了实践操作经验，完善了知识结构，更对竞技精神有了一种新的认识与体会，增强了创新创业的意识和能力。同时，在竞赛过程中，令学生对自身的优势和劣势有了明确的认识，对于其专业能力和发展潜质也是一次很好的发掘。在今后的赛事中，我们会借鉴以往的大赛经验，对参赛的本科生和研究生进行合理的培训和实践训练，成员以高年级带低年级、老队员带新队员、理论型学生与实践性学生相结合的模式组队，以实现经验传承、知识共享与交流、创新实践、团队合作等优势，有利于专业的发展以及各届学生专业能力和创新能力的提高。

参考文献：

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培养模式探索[J].中国电力教育，2013，（28）.

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[6]汪金辉，候立刚，耿淑琴等.集成电路设计大赛与创新能

数字集成电路设计范文第10篇

[关键词]集成电路 教学改革 Tanner Pro FPGA

[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）07-0165-02

集成电路课程是我院电子电气工程学院电子科学与技术专业的骨干课程，其与半导体物理基础、集成电路制造与工艺等课程共同构成了电子科学与技术专业微电子方向课程群。该课程旨在要求学生掌握坚实的模拟、数字集成电路的分析和设计方法，能够从事集成电路及系统设计、版图设计、芯片加工、芯片测试等方面的工作。

一、教学改革的起因

（一）人才培养目标错位

集成电路公司需求人才类型不一而同。如数字集成电路方面，包括算法设计、RTL、逻辑综合、布局布线、测试等;而模拟集成电路方面，包括电路设计、版图设计、DRC、LVS、生成GDSII、测试等。人才的需求既有高端也有低端。我院属于独立学院，以本科生培养为目标。独立学院的本科生无法与研究生竞争，相比于其他一本、二本院校也处于一定的劣势，在人才的需求端明显处于低端。然而本课程的培养目标却以算法设计、电路设计等高端人才需求为主，导致学生就业错位。

（二）实践性教学缺失

集成电路课程是门实践性很强的课程，但传统的教学过于重理论，而企业招聘，看中的是学生动手的能力，只知道一些公式、概念的学生，难以吸引企业眼球，造就了部分毕业生找不到合适的工作。

二、改革的思路

结合我院《南京理工大学泰州科技学院大学生主体性个性化教育培养方案》，在加强主体性，彰显个性化发展的目标下，坚持正确的人才培养目标定位很重要。因此，改革找准定位是关键。应在指导学生掌握系统集成电路框架知识的前提下，着力引导学生掌握集成电路制造、版图设计、RTL、逻辑综合、布局布线、测试等较基础的技能，使其具有一定的微电子工程实践能力和工程素养。

（一）弱化抽象理论

弱化抽象理论实质是定位的问题。集成电路，尤其是模拟集成电路，有过多公式的推导和抽象理论。理论的重要性在于集成电路的算法设计、电路设计等对于高端人才的培养尤为重要。而高端人才的培养明显偏离我院的培养目标。过多的强调抽象理论，不利于学生主体性的发挥。

（二）加强实践训练

该课程的教学定位于使毕业生有较高的工程素质、较强的实验技能和动手实践能力。实践训练中，引入Tanner Pro集成电路专用软件[1]和FPGA开发平台。利用课内实验和课程设计相结合，采用工程项目化管理模式有条件分级教学，突出学生个体化，挖掘学生潜能。

三、改革的具体措施

（一）改革课程体系

组建由模拟和数字集成电路、集成电路课程设计、FPGA系统设计三门课程构成的集成电路课程群。打通模拟集成电路、数字集成电路理论教学和实践环节，让学生在学中练，练中学。

1.课程合并

教学改革之前，集成电路课程由模拟集成电路设计和数字集成电路设计两门课程组成。两门课程分开教学，虽然能够更为详尽的讲解模拟和数字集成电路，然而知识点庞杂，知识量巨大，高于学生的接受能力，学生反响平平。因此，将模拟集成电路设计和数字集成电路设计两门课程合二为一，改为模拟和数字集成电路，选用王志功编著《集成电路设计（第3版）》教材。[2]该教材提供了集成电路设计从前端、版图、流片到封装测试的完整流程相关知识，并结合设计工具进一步强化了设计实例，具有难度适中，应用性强等特点。

授课过程中，注重和前期课程半导体物理基础、集成电路制造与工艺的知识衔接，避免知识讲解的跳跃性。在讲解集成电路材料、结构与理论章节和集成电路基本工艺章节时，引入视频教学，通过让学生观看教学录像、教学图片，形象地给学生展示制造集成电路的详细过程，避免纯粹语言授课的枯燥，提高教学效果，同时也解决了集成电路工艺线不适宜组织大量的学生进行实地参观的难题。在讲解模拟集成电路基本单元章节时，弱化放大器各项指标性能的公式推导，专注讲解电路工作原理，增强学生的感性认识，减轻学生学习的畏难情绪。

2.开设集成电路课程设计课程

学生能够熟练使用EDA软件，熟悉EAD软件开发设计的流程非常重要。开设集成电路课程设计课程旨在培养学生电路仿真、版图设计、布局布线等技能。该课程教学基于Tanner Pro实践教学平台。在实践教学的平台选择中，有Cadence、Synopsys等公司产品，但这些软件昂贵，使用成本较高。基于我院实际，本着经济实用性原则，最终选择了Tanner Pro实践教学平台。Tanner Pro软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。

结合人才定位，该课程注重培养学生L-Edit版图编辑器的使用。L-Edit版图编辑器包含IC设计编辑器（Layout Editor）、自动布线系统（Standard Cell Place & Route）、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（Device Extractor）、设计布局与电路netlist的比较器（LVS）等模块，用于电路特别是模拟集成电路的版图设计。[3]

该课程包含基础性实验和综合性实验。基础性实验，充分发挥学生主体性，要求每个学生都必须完成。综合性实验，体现学生个性化，设置难度梯度及不同的侧重训练方向，学生可根据自身掌握能力和兴趣，自由选择。

3.开设FPGA系统设计课程

FPGA系统设计课程任务是讲解Verilog或VHDL语言，要求学生利用所学硬件描述语言，编写测试脚本文件，在FPGA硬件平台上进行软件测试。[4]该课程以我院“FPGA系统设计实验室”为依托。我院“FPGA系统设计实验室”设有多套FPGA硬件开发实验箱和逻辑分析仪，选用Altera公司CycloneII系列，能够满足一般的验证和测试要求。

在FPGA系统设计课程学习中，要求学生从基本的与非门芯片开始，再到复杂的总线接口芯片。利用FPGA硬件开发实验箱搭建测试平台，在QuartusII、Modelsim软件中，完成测试脚本文件的编写，通过逻辑分析仪或者示波器观察测试波形。

（二）改革考核体系

之前的考核模式，仅通过一张试卷来考查学生掌握知识的情况，缺乏全面性与科学性。因此将考核的重心从理论转向实践，变结果性考核为过程性考核。在授课的课程中，根据学生课堂的表现，特别是实践训练课程完成实验的情况，给学生打分。完成实验难度的等级越高，得分越高，从而激发学生学习的热情。

（三）加强学生就业引导

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高端设计方向相关工作。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。[5]然而，随着集成电路产能的急速释放，以及EDA开发工具的发展，集成电路较低端设计的人才需求逐渐从研究生向本科生倾斜。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。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。因此，在学科专业讲座时，加强学生就业引导，避免就业时与高端人才竞争，找准自我就业方向。

同时，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，了解相关人才市场需求，了解就业前景，从而激发学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。

四、结语

随着我国经济转型升级速度加快，集成电路产业的基础性、战略性、先导性的地位愈发凸显。党中央国务院高度重视集成电路产业，并于2014年6月24日正式了《国家集成电路产业发展推进纲要》，开启了国家集成电路产业的盛宴。在集成电路人才巨大需求的形势下，找准学生定位，强化理论与实践的结合，将有助于提升我院学生的竞争力。

[ 注 释 ]

[1] 李鸿强.以工程需求为导向的集成电路设计闭环教育研究[J].教育教学论坛，2009（44）：89-90.

[2] 王志功，陈莹梅.集成电路设计（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3] 李冰.两门集成电路课程的教学模式改革[J].电气电子教学学报，2009（3）：6-8.

[4] 吴文光.微电子专业集成电路设计实践课程的建设与研究[J].信息技术，2009（26）：10-12.