集成电路设计原理精选(九篇)

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第1篇：集成电路设计原理范文

关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码： A 文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02

集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。

信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。

一、集成电路专业实践技能培养的目标

集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。

根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。

二、集成电路专业实践技能培养的内容

1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。

2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FPGA原理与应用及SOPC系统设计等。

3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。

4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CMOS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、集成电路CAD设计、集成电路工艺原理、VLSI集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。

5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSI测试技术、ASIC设计综合和时序分析等。

6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CMOS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与

天线和通讯原理等。

在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。

三、集成电路专业实践技能培养的策略

1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。

2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。

3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。

4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。

实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。

5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。

选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。

6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。

对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。

7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。

在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。

此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J]. 电子世界，2012（1）.

[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J]. 实验技术与管理，2009（6）.

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[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J]. 计算机教育，2008（22）.

第2篇：集成电路设计原理范文

关键词：集成电路设计；应用型人才；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0059-02

一、引言

在过去的20多年来，中国教育实现两大历史性跨越。第一是实现了基本普及义务教育，基本扫除青壮年文盲的目标；第二是中国高等教育开始迈入大众化阶段，高教毛入学率达到17%。据《2012年中国大学生就业报告》显示[1]，在2011年毕业的大学生中，有近57万人处于失业状态，10多万人选择“啃老”；即使工作一年的人，对工作的满意率也只有47%。2012年，全国普通高校毕业生规模达到680万人，毕业人数再创新高，大学生将面临越来越沉重的就业压力。面对这样的困境，国家相关部分提出了一系列的举措，其中对本科毕业生的培养目标逐渐向应用型人才转变[2-4]。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，已成为当前国际竞争的焦点和衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。本文将在对集成电路设计专业特点分析的基础上，以北京信息科技大学集成电路设计专业课程设置为例，介绍面向应用型人才培养目标地集成电路设计本科课程现阶段存在的问题并给出相关可行的改革方案。

二、集成电路设计专业特点

进入本世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。为了适应社会发展的需要，国家开始加大推广集成电路设计相关课程的本科教学工作[5]。经过十年多的发展，集成电路设计专业特色也越来越明显。

首先，集成电路设计专业对学生的专业基础知识要求高。随着工艺的不断进步，集成电路芯片的尺寸不断下降，芯片功能不断增强，功耗越来越低，速度越来越快。但随着器件尺寸的不断下降，组成芯片的最基本单元――“器件”的高阶特性对电路性能的影响越来越大。除了器件基础，电路设计人员同时还需要了解后端电路设计相关的版图、工艺、封装、测试等相关基础知识，而这些流程环环相扣，任何一个环节出现问题，很难想象芯片能正常工作[6]。因此，对于一个合格的电路设计人员，深厚的专业基础知识是必不可少的。

其次，集成电路设计专业需要学生对各种电子设计自动化工具熟悉，实践能力强。随着电子设计自动化工具的不断发展，在电路设计的每一个阶段，电路设计人员可以通过计算机完成电路设计的部分或全部的相关内容。另一方面，电子设计自动化工具的相关比较多，即使是同一家公司的同一种软件的更新速度相当快，集成电路设计工具种类繁多，而且没有统一的标准这对集成电路设计教学增加了很大的难度。

再次，集成电路设计专业的相关教学工作量大。正如前面所介绍，要完成一个电路芯片的设计，需要电路设计人员需要了解从器件基础到电路搭建、电路仿真调试、版图、工艺、封装、测试等相关知识，同时还要通过实验熟悉各种电子设计自动化工具的使用。所有相关内容对集成电路设计专业的教学内容提出了更多的要求，但从现有的情况看，相关专业的课时数目难以改变，所以在有限的课时内如何合理分配教学内容是集成电路设计专业教师重要的工作。

最后，集成电路设计专业对配套的软、硬件平台要求高，投入资金成本高。从现有的情况看，国际上有4大集成电路设计EDA公司，还有很多中、小型EDA公司。每个公司的产品各不相同，即使针对相同的电路芯片，设计自动化工具也各不相同。在硬件方面，软件的安装通常在高性能的服务器上，因此，硬件方面的成本也很高。软硬件方面的成本严重地阻碍了国内很多高等院校的集成电路设计专业发展。

三、集成电路设计专业课程设置及存在的问题

在集成电路设计专业课程设置方面，不同的学校的课程设置各不相同。但总的来说可以分为三类：基础课、专业课和选修课。在三类课程的设置方面，每个学校的定义各不相同，主要是根据本校集成电路设计专业的侧重点不同而有所区别。从国内几大相关院校的课程设置看，基础课主要包括：《固体物理》、《半导体物理》、《晶体管原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等；专业课主要包括：《模拟集成电路设计》、《数字集成电路设计》、《信号处理》、《高频电路》等；选修课主要包括：《集成电路EDA》、《集成电路芯片测试》、《集成电路版图设计》、《集成电路封装》等。

从现有的课程设置可以看到，针对国家应用型人才培养目标，现有的课程设置还存在很多问题，具体地说：

首先，课程设置偏于理论课程，实践内容缺乏，不符合应用型人才的培养目标要求。从上面的课程设置情况可以看到，各大高校在课程安排方面都侧重于理论教学，缺乏实践内容。比如：《模拟集成电路设计》课程总学时为48，实验学时为8，远远低于实际需求，难以在短短8学时内完成模拟集成电路设计相关实践活动。虽然集成电路设计专业对于专业基础知识要求宽广，但并不深厚，因此，浪费太多时间在每个设计流程相关的理论知识的阐述是不合适的，也不符合我国大学生的现状。

其次，实践活动不能与集成电路设计业界实际需要相结合，实践内容没有可行性。从目前各大高等院校的课程内容方面调研结果表明，对于本科教学情况，90%以上的实践内容都是教师根据理论教学内容设置一些简单可行的小电路，学生按照实验指导书的内容按相关步骤操作即可完成整个实验过程。实验内容简单、重复，与集成电路设计业界实际需要完全不相关，这对学生以后的就业、择业意义不大。

最后，没有突现学校的专业特色，不适于当今社会集成电路设计业界对本科毕业生的要求。但在竞争激烈的电子信息产业界，如果想要毕业生择业或者就业时有更强的竞争力，各大高校需要有自己的专业特色，但现在各个高校的现状仍然是“全面发展，没有特色”。这对于地方高校的集成电路设计专业毕业生是一个劣势。

四、面向应用型人才培养目标的课程改革

针对上面阐述的相关问题，本文给出了面向应用型人才培养目标的集成电路设计专业课程改革的几点方案，具体地说：

首先，削减理论课的课时，加大实验内容比例。理论课时远远高于实践课时是当今大学生教育的一个重要弊端，这也直接导致了大学生动手能力差、实践活动参与度低、分工合作意识薄弱。而在不增加授课学时的前提下要改变这一现象，唯一的方法就是改变授课内容，适当削减理论课的课时，加大实验内容的比例。这样既能满足国家对于本科毕业生应用型人才的培养目标，也符合创新型本科生的特点。

其次，积极推进“校企联合办学”，让学生更早接触业界发展，指导择业、就业。正如前面介绍，现在各大高等院校的教学内容理论性太强，学生在大学四年学习到的相关知识与实际应用相脱离。这也造成很大一部分本科毕业生在入职后的第一年难以进入工作状态，工作效率差，影响后面学生的就业、择业。如果能在学生在校期间，比如大学三年级或更早，推进“校企联合办学”，使学生更早了解到业界真正工作模式以及业界关注的重点，这对于学生后续进入工作非常有利，同时也能推进学校科研工作。

最后，实现优质教学资源的共享。这里的教学资源，除了包括授课笔记、教案、教学讲义外还包括高水平教师。虽然现在高等教育研究相关机构也开设了一些青年教师课程培训相关内容，但真正取得的成效还相对比较小。另外，针对集成电路设计专业来说，跟随业界发展的相关知识更新较快，配套的软硬件代价较高，如果能实现高校软硬件教学资源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，这将更有利于提高毕业生的整体水平。

五、结论

本文详细分析面对应用型人才培养目标的集成电路设计专业的特点，并在对国内相关院校集成电路设计专业调研基础上给出集成电路设计专业的基础课、专业课、选修课课程的内容以及教学方式情况，指出面向应用型人才培养目标现在课程设置方面存在的问题。同时，文章给出了在当今大学生招生人数剧增情况下，如何合理安排集成电路设计专业课程的方案从而实现应用型培养目标。

参考文献：

[1]王兴芬.面向应用型人才培养的实践教学内涵建设及其管理机制改革[J].实验技术与管理，2012，（29）：117-119.

[2]殷树娟，齐臣杰.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）：64-66.

[3]侯燕芝，王军，等.实验教学过程规范化管理的研究与实践[J].实验室研究与探索，2012，（10）：124-126.

[4]张宏勋，和荫林，等.高校实验室教学文化变革的阻力及其化解[J].实验室研究与探索，2012，（10）：162-165.

第3篇：集成电路设计原理范文

关键词：电子科学与技术；集成电路设计；平台建设；IC产业

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0270-03

国家教育部于2007年正式启动了高等学校本科教学质量与教学改革工程（简称“质量工程”），其建设的重要内容之一就是使高校培养的理工科学生具有较强的实践动手能力，更好地适应社会和市场的需求[1]。为此，我校作为全国独立学院理事单位于2007年6月通过了ISO2000：9001质量管理体系认证[2]，同时确立了“质量立校、人才强校、文化兴校”三大核心战略，深入推进内涵式发展，全面提高人才培养质量。对于质量工程采取了多方面多角度的措施：加强教学改革项目工程；鼓励参加校内学生创新项目立项，（大学生创新基金项目）；积极参加国家、省级等电子设计大赛；有针对性地对人才培养方案进行大幅度的调整，增大课程实验学时，实验学时占课程的比例从原来的15%提高到25%以上，并且对实验项目作了改进，提高综合性和设计性实验的比重；同时增加专业实践课程，强调学生的应用能力和创新能力；课程和毕业设计更注重选题来源，题目比以前具有更强的针对性，面向专业，面向本地就业市场。不仅如此，学院还建立了创业孵化中心、建立了实验中心等。通过这些有效的措施，努力提高学生的综合素质、创新和应用能力。除了学校对电子信息类专业整体进行统筹规划和建设外，各个二级学院都以“质量工程”建设为出发点和立足点，从专业工程的角度出发，努力探索各个专业新的发展思路和方向。由于集成电路设计是高校电子科学与技术、微电子学等相关专业的主要方向，因此与之相关的课程和平台建设成为该专业工程探索的重点。通过对当前国内外高校该专业方向培养方案分析，设置的课程主要强调模拟/数字电路方向，相应的课程体系为此服务，人才培养方案设置与之相对应的理论和实践教学体系；同时建立相应的实习、实践教学平台。由此，依据电子科学与技术专业的特点，结合本专业学生的层次和专业面向，同时依据本地的人才需求深度和广度，对以往的人才培养方案进行革新，建立面向中山IC产业的集成电路设计专业应用型的设计平台。另外，从课程体系出发，强化IC设计的模拟集成电路后端版图设计和验证，使学生在实践教学环节中得到实际的训练。通过这些改革既可有效地帮助学生迅速融入IC设计业，也为进入IC制造行业提高层次到新高度。

一、软件设计平台在集成电路设计业的重要性

自从1998年高等学校扩大招生以来，高校规模发展很快，在校大学生的人数比十五年前增长了10倍。高校的基础设施和设备的投入呈现不断增长的趋势，学校的办学条件不断改善，同时，各个高校对实验室的建设也在持续增大，然而在实验室建设的过程中，尽管投入的资金量在不断增大，但出现的现象是重视专业仪器和设备的投入，忽视专业设计软件的购置，这可能是由于长期以来形成的重有形实体、轻无形设计软件，然而这种意识给专业发展必将带来不利影响。对于IC专业来说，该专业主要面向集成电路的生产、测试和设计，其中集成电路设计业是最具活力、最有增长效率的一块，即使是在国际金融危机的2009年，中国的IC设计业不仅没有像半导体行业那样同比下降10%，反而逆势增长9.1%；在2010年，国际金融危机刚刚缓和，中国IC设计业的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行业销售额为624.37亿元，2012年比2012年增长8.98%达到680.45亿元，集成电路行业不仅增长速度快，发展前景好，而且可以满足更多的高校学生就业和创业。为了满足IC设计行业的要求，必须建设该行业需求的集成电路软件设计平台。众所周知集成电路行业制造成本相对较高，这就要求设计人员在设计电路产品时尽量做到一次流片成功，而要实现这种目标需要建设电路设计验证的平台，即集成电路设计专业软件设计平台。通过软件平台可以实现：电路原理拓扑图的构建及参数仿真和优化、针对具体集成电路工艺尺寸生产线的版图设计和验证、对版图设计的实际性能进行仿真并与电路原理图仿真对照、提供给制造厂商具体的GDSII版图文件。软件平台实际上已经达到验证的目的，因此，对于集成电路设计专业的学生或工作人员来说，软件设计平台的建设特别重要，如果没有软件设计平台也就无法培养出真正的IC设计人才。因此，在培养具有专业特色的应用型人才的号召下，学院不断加大实验室建设[3]，从电子科学与技术专业角度出发，建设IC软件设计平台，为本地区域发展和行业发展服务。

二、建设面向中山本地市场IC应用平台

近年来，学校从自身建设的实际情况出发，减少因实验经费紧张带来的困境，积极推动学院集成电路设计专业方向的人才培养。教学单位根据集成电路设计的模块特点确定合适的软件设计平台，原理拓扑图的前端电路仿真采用PSPICE软件工具，熟悉电路仿真优化过程；后端采用L-EDIT版图软件工具，应用实际生产厂家的双极或CMOS工艺线来设计电路的版图，并进行版图验证。这种处理方法虽然暂时性解决前端和后端电路及版图仿真的问题，但与真正的系统设计集成电路相对出入较大，不利于形成IC的系统设计能力。2010年12月国家集成电路设计深圳产业化基地中山园区成立，该园区对集成电路设计人才的要求变得非常迫切，客观上推进了学院对IC产业的人才培养力度，建立面向中山IC产业的专业应用型设计平台变得刻不容缓[4]，同时，新的人才培养方案也应声出台，促进了具有一定深度的教学改革。

1.软件平台建设。从目前集成电路设计软件使用的广泛性和系统性来看，建设面向市场的应用平台，应该是学校所使用的与实际设计公司或其他单位的软件一致，使得所培养的IC设计人才能与将来的就业工作实现无缝对接，从而提高市场对所培养的集成电路设计人才的认可度，同时也可大大提高学生对专业设计的能力和信心[5]。遵循这个原则，选择Cadence软件作为建设平台设计软件，这不仅因为该公司是全球最大的电子设计技术、程序方案服务和设计服务供应商，EDA软件产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件仿真建模，而且通过大学计划合作，可以大幅度的降低购置软件所需资金，从而从根本上解决学校实验室建设软件费用昂贵的问题。另外，从中山乃至珠三角其他城市的IC行业中，各个单位都普遍采用该系统设计软件，而且选用该软件更有利于刚刚起步的中山集成电路设计，也更加有利于该产业的标准化和专业化，乃至进一步的发展和壮大。

2.针对中山IC产业设计。定位于面向本地产业的IC应用型人才，就必须以中山IC产业为培养特色人才的出发点。中山目前有一批集成电路代工生产和设计的公司，主要有中山市奥泰普微电子有限公司、芯成微电子公司、深电微电子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能进行IC设计、工艺制造和测试封装，主要生产功率半导体器件和IC、应用于家电等消费电子、节能照明等。日前奥泰普公司的0.35微米先进工艺生产线预计快速投产，该单位的发展对本地IC人才需求有极大的推动力，推动学生学习微电子专业的积极性，而这些也有力地支持本地IC企业的长远发展。因此，建立面向本地集成电路产业的软件设计平台，有利于专业人才的培养、准确定位，并形成了本地优势和特色。

3.教学实践改革。为了提高人才培养质量，形成专业特色，必须对人才培养方案进行修改。在人才培养方案中通过增加实践教学环节的比例，实验项目中除了原有验证性的实验外、还增加了综合性或设计性的实验，这种变化将有助于学生从被动实验学习到主动实验的综合和设计，提高学生对知识的灵活运用和动手能力，从而为培养应用型的人才打下良好的基础。除此之外，与集成电路代工企业及芯片应用公司建立合作关系。学生在学习期间到这些单位进行在岗实习和培训，可以将所学的专业理论知识应用于实际生产当中去，形成无缝对接；而从单位招聘人才角度上来说，可以节约人力资源培训成本，招到单位真正需要的岗位人才。因此，合作双方在找到相互需求的基础上，形成有效的合作机制。①课程改革。针对独立学院培养应用型人才的特点，除了培养方案上增加多元化教育课程之外，主要是强调实践教学的改革，增加综合实验课程，如：《现代电子技术综合设计》计32学时、《微电子学综合实验》计40学时、《EDA综合实验》为32学时、《集成电路设计实验》为40学时，其相应的课程学时数从以验证性实验为主的16个学时，增加到现在32学时以上的带有综合性或设计性实验的综合实践课程。这种变化不仅是实践教学环节的课时加大，而且是实验项目的改进，也是实践综合能力的增强，有利于学生形成专业应用能力。②与单位联合的IC设计基地。IC设计基地主要立足于两个方面：一是立足于本地IC企业或设计公司；二是立足于IC代工和集成电路设计应用。前者主要利用本地资源就近的优势，学生参观、实习都比较方便，同时也有利于学校与用人单位之间的良好沟通，提高双方的认可度和赞同感。如：中山市奥泰普微电子有限公司、木林森股份有限公司等。后者从生产角度和设计应用出发，带领学生到IC代工企业参观，初步了解集成电路的生产过程，企业的架构、规划和发展远景。也可根据公司的人才需要，选派部分学生到公司在岗实习[6]。如：深圳方正微电子有限公司、广州南科集成电子有限公司等。通过这些方式不仅可以增强学生对专业知识的应用能力，而且有利于学生对IC单位的深入了解，为本校专业应用型人才找到一种行之有效的就业之路。

三、集成电路设计平台的实效性

从2002年创办电子科学与技术专业以来，学校特别重视集成电路相关的实验室建设。从初期的晶体管器件和集成块性能测量，硅片的少子寿命、C-V特性、方阻等测量，发展到探针台的芯片级的性能测试，在此期间为了满足更多的学生实验、兴趣小组和毕业设计的要求，微电子实验室的已经过三次扩张和升级，其建设规模和实验水平得到了大幅度的提升。另外，为培养本科学生集成电路的设计能力，提高应用性能力，学校还建立了集成电路CAD实验室，以电路原理图仿真设计为重点，着重应用L-Edit版图软件工具，进行基本的集成电路版图设计及验证，对提升学生集成电路设计应用能力取得了一定的效果。目前，为了大力提高本科教学质量，提升办学水平，重点对实践课程和IC软件设计平台进行了改革。学校开设了专门实践训练课程，如：集成电路设计实验。从以前的16学时课内验证设计实验提升为32学时独立的集成电路设计实验实践课程，内容从以验证为主的实验转变为以设计和综合为主的实验，整体应用设计水平进行了大幅度的提升，有利于培养学生的应用和动手能力。不仅如此，对集成电路的设计软件也进行了升级，从最初的用Pspice和Hspice软件进行电路图仿真，L-Edit软件工具的后端版图设计，升级为应用系统的专业软件平台设计工具Cadence进行前后端的设计仿真验证等，并采用开放实验室模式，使得学生的系统设计能力得到一定程度的提升，提高了系统认识和项目设计能力。通过IC系统设计软件平台的建设和实践教学课程改革，使得学生对电子科学与技术专业的性质和内容了解更加全面，对专业知识学习的深度和广度也得到进一步提高，从而增强了专业学习的兴趣，提高了自信心。此外，其他专业的学生也开始转到本专业，从事集成电路设计学习，并对集成电路流片产生浓厚的兴趣。除此之外，学生利用自己在外实践实习的机会给学校引进研究性的开发项目，这些都为本专业的发展形成很好的良性循环。在IC设计平台的影响下，本专业继续报考硕士研究生的学生特别多，约占学生比例的45%左右。经过这几年的努力，2003、2004、2005、2006级都有学生在硕士毕业后分别被保送或考上电子科技大学、华南理工大学、复旦大学、香港城市大学的博士。从这些学生的反馈意见了解到，他们对学校在IC设计平台建设评价很高，对他们进一步深造起到了很好的帮助作用。不仅如此，已经毕业在本行业工作的学生也对IC设计平台有很好的评价：通过该软件设计平台不仅熟悉了集成电路设计的工艺库、集成电路工艺流程和相应的工艺参数，而且也熟悉版图的设计，这对于从事IC代工工作起到很好的帮助作用。现在已经有多届毕业的学生在深圳方正微电子公司、中山奥泰普微电子有限公司工作。另外，还有许多学生从事集成电路应用设计工作，主要分布于中山LED照明产业等。

通过IC软件设计平台建设，配合以实践教学改革，使得学生所学理论知识和实际能力直接与市场实现无缝对接，培养了学生的创新意识和实践动手能力，增强了学生的自信心。另外，利用与企业合作的生产实习，可以使得学生得到更好的工作锻炼，为将来的工作打下良好的基础。实践证明，建设面向中山IC产业的集成电路设计实践教学平台，寻求高校与公司更紧密的新的合作模式，符合我校人才培养发展模式方向，对IC设计专业教学改革，培养满足本地区乃至整个社会的高素质应用型人才，具有特别重要的作用。

参考文献：

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[5]袁颖，董利民，张万荣.微电子技术实验教学平台的构建[J].电气电子教学学报，2009，（31）：115-117.

[6]王瑛.中低技术产业集群中企业产学研合作行为研究[J].中国科技论坛，2011，（9）：56-61.

第4篇：集成电路设计原理范文

关键词：CDIO；集成电路设计；人才培养模式

中图分类号：640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）03-0062-02

随着经济全球化的飞速发展，现代企业急需高技能人才，企业的用人标准逐渐提高，毕业生的就业形势越来越严峻。同时，又有相当一部分毕业生动手能力差，分析问题、解决问题的能力弱，难以满足社会要求。为了缓解企业人才的需求和大学人才培养模式之间的冲突，国内外各高校都开始积极调整现有的教学模式，提出工程创新教育与课程教学模式相结合的全新理念，即CDIO（构思，设计，实施，运行）理念。它是“做中学”和“以项目作为核心的教育和学习”的集中体现，以产品的生命周期为载体，让学生将理论知识和实践有机结合起来。在CDIO理念的指引下，培养学生的工程能力，通过对项目整个过程的构思、设计、实施和运行作为载体的操作来提高学生的工程实践能力，这些能力包括个人的学术知识，个人的终身学习能力，团队的沟通能力和系统的控制能力等[1]。

作为一门新兴专业，集成电路设计与集成系统专业具有门槛高、内容新、发展快、属于交叉学科、与产业联系紧密、实践性强等一系列突出特点。它还没有像其他专业一样形成完成的知识体系，也没有制定出专业的人才培养规范，导致我国各高校培养出来的集成电路专业人才无法适应现代企业的需要，造成高技能人才的紧缺[2]。因此，研究基于CDIO理念的集成电路设计与集成系统专业人才培养模式，切实做好集成电路设计与集成系统专业的工程教育，改革高校的工程教育模式，培养出能适应经济和社会发展需要的专业人才是十分必要的。

一、集成电路设计与集成系统专业人才培养模式的局限性

作为具有很强的工程性和实践性的专业，集成电路设计与集成系统专业的人才培养目标应定位于具有较高的工程素质、很强的实践和科研创新技能的高级人才。但由于我国集成电路专业人才培养模式存在局限性，导致企业需求与人才能力相脱节，具体局限性表现如下。

1.教学严重学术化，过分重视学生的理论教育，而轻视实践教育。在教育教学过程中，忽视了学生的自学能力和实际的动手能力，使得教学与实际相脱离。

2.专业课程之间存在知识的冗余，课程内容之间的相关性、相承性、互补性得不到有机整合，使得学生对项目的思路混乱，阻碍了学生构思能力的提升。

3.实验与实践环节缺乏系统的规划，导致实验内容陈旧，实验方法单一，实验模式过于呆板。而实验内容大多为针对理论教材的验证性实验，呆板的实验模式和实验内容很难使学生对学习产生兴趣，不能充分挖掘学生的创新能力。实践环节没有明确的培养目的，缺乏整体规划，实践环节是学生工程实践能力提高的重要环节。因此，实验与实践环节应与教学大纲相辅相成。

4.专业教师缺乏企业管理经验和工程训练能力。大多数教师虽然学位和学历很高，但一直从事教育教学工作，缺少实际工程背景和实践经验，带领并指导学生做实际工程项目时，学生遇到的实际问题得不到很好的解决。

二、基于CDIO理念集成专业的人才培养目标

集成电路设计与集成系统专业旨在培养具有良好的科学素养和国际竞争力，适应社会主义现代化建设需要的高级人才。通过基础与专业、理论与实践相结合的培养模式，培养既具有良好的文化修养和科学素质，又具有坚实的理论基础，同时具有丰富的集成电路开发、设计和工程管理能力的应用型高级人才[3]。通过大学四年的学习，使得集成专业学生毕业后掌握得以下几方面的知识与能力。

1.具有深厚的理论修养、扎实的专业基础知识、开阔的视野和高尚的职业素养。

2.具有良好的科学素养和较强的外语应用能力，对全世界科学和技术的发展动态有敏锐的观察力。

3.具有工程推理与判断、发现问题和解决问题的技能，能够进行科学研究和开发应用实际的项目。

4.具有良好的沟通、组织协调、团队合作的能力。

5.能够掌握集成电路的基本设计原理，熟悉制造工艺，能从事或参与集成领域产品的研究、开发、设计、制造、测试、应用、销售和管理工作。

三、CDIO理念下集成专业的人才培养模式的具体实施

（一）制定基于CDIO理念的专业教学大纲和实验大纲

将CDIO理念融入到专业教学大纲和实验大纲中，结合具体实际的项目制定集成专业课程大纲。大纲应体现以下四个方面的内容：基本技术和理论知识、个人的专职技能、人际交往能力和在现实社会环境中的CDIO能力。因此，制定专业教学大纲时，首先考虑在低年级引入导论课程，使学生对专业前景、发展方向有清晰的认识和了解。其次，要充分考虑课程导论与其他相关课程之间的内在关系。考虑课程的教学对象与教学目标、课程的内容、学时具体分配及主要的教学方法、实践环节的要求、课程与教师考核等问题。大纲制定过程中，自始至终都要充分体现CDIO理念、本专业的教学课程同企业项目之间的紧密关系。在制定实验大纲时要结合教学大纲，明确实验目的，将每门课程的实验按照基础类型、设计类型、创新类型和综合类型的比例合理划分，充分考虑实验学时、实验内容、使用的工具及具体方法等问题，培养学生的动手能力、创新能力和应用能力。

（二）制定基于CDIO理念的模块化课程体系

按照CDIO理念的教学大纲对学生能力的要求，结合集成专业培养应用型人才的定位，建立了以“基础课程、专业课程、实践课程、核心特色课程”相结合的模块化课程体系[4]。其中，基础课程主要由公共基础课程、素质课程、学科基础课程三部分组成，通过基础课程的学习，使学生具有良好的科学素养和文化修养的同时，又具有坚实的理论基础。专业课程主要包括专业平台课程、专业方向课程，由教师课堂传授专业知识。实践课程主要包括课程设计、生产实习和毕业设计。培养学生具有良好的科学与工程素养，具有较强的自学能力和分析解决问题的能力。核心特色课程主要包括专业选修课程，聘请国内外集成专业资深教授、企业高级人才以实际项目作为案例进行授课。

（三）举办基于CDIO理念的电子设计竞赛

电子设计竞赛是在教师启发引导下，学生通过竞赛来提高自己的自主学习能力、创新实践能力。围绕指定的竞赛题目，或学生以小组形式自主选择的题目，让学生进行构思，设计，实现和运作，将所选题目进行产品化。通过构思，分析客户的需求，预估产品的功能，设计技术方案，制定技术程序，并对小组成员进行分工，细化每个成员的任务。设计的任务主要包括产品的规划、原理设计、技术方案等。以构思和设计为基础，将最终的设计方案转变成实际产品，并对产品进行测试的过程即为产品的实施过程。对产品的运作主要包括对产品的前期程序调试，对系统功能进行改进。通过电子设计竞赛，将CDIO理念的构思、设计、实现和运作融为一个有机的整体，提高学生的工程实践能力，充分培养学生独立发现问题、解决实践问题的能力，培养学生团队合作能力和大系统掌控能力。

（四）基于CDIO理念的教学方法改革

改变传统的教学手段和教学方法，在教育方法上力求做到教师讲授与学生实践相结合，个人学习与团队合作学习相结合，让学生“主动学习”。将案例教学引入到课堂中，采用 “探究式”的授课方法，引导学生主动思考，并分组进行讨论，确定解决问题的方法，给学生创造实验环境去验证方法的可行性[5]。聘请校外专家、学者或企业工程管理人才为学生做专题讲座，进行辅导与授课，并定期派学生到企业去学习与实践锻炼。

（五）加强教师队伍建设，提高教师的CDIO能力

为教师提供去国外或者企业学习与交流的机会，让教师亲自参与到项目实训中，通过与企业项目工程师学习与合作提高教师自身的工程实践能力。聘请集成领域的国内外专家、学者、企业的项目经理、工程管理人员、工程设计人员，与本专业教师共同组建一支“多样性、复合型、高精端、产学研”的师资队伍，一起承担集成专业的人才培养任务。

针对我国目前集成电路设计与集成系统专业工程人才紧缺的现状，本文提出了CDIO理念下的人才培养模式，强调高校学生的专业知识技能和实践创新的工程能力，有效地解决了企业和人才能力相脱节的问题，从而为社会和企业培养更多合格的“专业型、创新型、应用型”的工程人才，更好地推进高等工程教育的改革，使我们的创新实践教育更上一个台阶。

参考文献：

[1]江帆，张春良，王一军，喻萍.CDIO开放教学模式研究[J].教学研究，2012，（2）.

[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].计算机教育，2008，（22）.

[3]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5篇：集成电路设计原理范文

关键词：微电子实验室；集成电路设计；微电子工艺；实验教学；

作者简介：李建军(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要从事超大规模集成电路教学与科研工作

当前，全球微电子技术及产业飞速发展，22nm节点技术已量产，以微电子集成电路为核心的电子信息产业已成为全球第一大产业，而我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，集成电路设计和微电子工艺方面的人才比较匮乏。当前和今后一段时期是我国微电子产业发展的重要战略机遇期和攻坚期，2014年6月我国了《国家集成电路产业发展推进纲要》以加快推进我国集成电路产业发展，并明确指出“重点支持集成电路制造领域”[1]。因此，为适应该领域技术和产业的人才需求，亟须加强对微电子和集成电路相关专业本科生的工艺实验与工程实践能力的训练，培养其创新和实践能力。

高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，也是开展教学、科研、生产实践三结合的重要场所[2-3]，特别是对于实践性强的微电子学科，实验室在教学中发挥着举足轻重的作用。因此，建设专业的实验室并开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[4]。

1微电子实验室建设指导思想

微电子实验室建设及人才的培养是以国家对微电子技术人才的需求为目的，以满足社会经济快速发展的需要。近10多年来是我国微电子和集成电路产业飞速发展时期，2000年和2011年国家先后出台了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，到2014年了《国家集成电路产业发展推进纲要》。在政策导向下，高校微电子专业实验的建设成就也十分显著。但是，我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，这其中缩小差距重要的一点是缩小微电子实验室技术的差距。因此，对于高校微电子专业实验室的建设发展还需进一步的改革创新[5-7]。

微电子实验室建设应以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》为导则，明确国家教育改革战略目标和战略主题是优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力[8]。

在实验室建设的措施实施上，一是贯彻实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程》，进一步推动高校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源共享，提升高等学校办学水平，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，全面提高教育质量；二是贯彻实施《卓越工程师教育培养计划》，面向微电子产业，按通用标准和行业标准强化培养学生的工程和创新能力[9-10]。

2微电子实验室建设

为适应国际半导体产业和我国电子信息产业的快速发展以及社会对微电子专业人才的大量需求，从2002年起我校就对微电子实验室进行了改造，并持续进行了升级换代建设，截止到目前共计投入了800余万元的建设经费。我校的微电子实验室建设主要包括2方面的内容，一是微电子设计实验室建设，二是微电子工艺实验室建设。目前，微电子实验室可满足每年500人的实验教学规模以及高水平实验项目的开设。学生在此完成集成电路芯片设计、制造的整个过程，并对制造的芯片进行测试和分析。

2.1微电子设计实验室建设

微电子设计实验室主要开展超大规模集成电路设计以及微电子器件仿真和工艺模拟的实验教学。教学目的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法，初步掌握用于集成电路设计的电子设计自动化EDA(electronicdesignautomation)软件工具的使用，以及掌握用于半导体工艺流程模拟和微电子器件仿真的工艺计算机辅助设计TCAD(technologycomputeraideddesign)软件工具的使用。我校共计投资300余万元用于微电子设计教学实验室建设，建立了配备40台SUNBlade工作站、面积100m2的专用教室，并专门建立了EDA、TCAD软件校内共享第二层交换网络，多个实验室可以同时使用授权EDA、TCAD软件。

微电子设计教学内容的建设包括以下内容：

一是开设VHDL(高速硬件描述语言)程序实验，要求学生编写逻辑电路的VHDL代码，对程序代码进行仿真综合。目的使学生掌握运用VHDL语言进行逻辑电路设计的技能。

二是开设FPGA(现场可编程门阵列)实验，要求学生将综合后的网表文件下载到FPGA器件中，对设计的电路进行硬件验证。目的是使学生掌握电子设计的FPGA物理实现方法，以及应用示波器等调试仪器对电路进行诊断排错的技巧。

三是开设ASICAPR(专用集成电路自动布局布线)版图设计实验，要求学生将通过硬件验证过的电路设计，借助半定制的ASIC设计EDA工具，结合代工厂提供的标准单元库，进行自动布局布线，得到所设计电路的物理版图。目的是使学生掌握电子设计的AISC实现方法。

四是开设工艺模拟和器件仿真实验，要求学生通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，并指定产生的器件结构，在满足制造设备的能力和精度下(即给定工艺参数范围内)，让学生设计实验并加以仿真实现。

2.2微电子工艺实验室建设

微电子技术的发展是以集成电路制造技术工艺节点为标志，遵循摩尔定律，变化日新月异。虽然理想的工程教育要求教学最新最前沿的技术，但是不断升级换代，昂贵的实验设备费用是任何高校都负担不起的。况且，每一代集成电路制造技术的工艺流程都具有类似性，因此，单纯追求工艺先进性的实验教学是没有必要的。所以，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。

我校先后投入500余万元建设微电子工艺教学实验室，建立了面积300m2的净化室，具有主流CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺和具有代表性的双极工艺完整流程，最小工艺线宽为1μm。并且，由于工艺设备条件的限制，因地制宜地开发了铝栅CMOS工艺。这2类工艺实验课程的学时数都为40学时，学生根据专业方向选择具体工艺类型。

微电子工艺实验课程的目的是培养学生具有一定的工艺设计和分析能力，并通过实践掌握集成电路制造工艺流程。

首先，通过TCAD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，按指定器件结构设计实验并加以仿真实现。并且，TCAD软件是基于物理的器件仿真，不仅能够得到最终的电学特性，还可以了解器件工作时内部物理机制，能够直观分析器件内部能带、电场、电流以及载流子等的分布和变化，有助于学生分析工艺参数的变化对器件物理特性影响，从而最终导致电学参数的改变，从而有利于学生深入理解工艺原理与器件机理的联系。

然后，根据设计的器件尺寸参数，采用L-edit图形编辑器进行器件版图设计，并且选用已设计的器件单元来设计简单的集成电路，如倒向器、或非门、与非门等电路。最后是进行工艺实验实践环节，采用设计的版图制作掩膜版。微电子工艺实验课程的工程化能力要求也主要体现在这一环节，一方面是工程化的理念，另一方面就是相应的实践能力。在这一过程既要培养实际操作能力，更要培养分析问题、解决问题的能力，分析工艺过程中的原因以及造成芯片测试参数与设计参数差别的原因。

2.3实验教学资源建设

2.3.1实验教材编写

微电子设计实验开设的难点之一是实验步骤繁多，学生操作起来较为困难。其原因是国内外缺乏针对本科学生的实验指导书，而EDA工具厂商提供的操作指南过于繁琐，本科学生难以掌握。为配合上述实验的开展，课程组组织相关有实际ASIC设计经验的教师编写了《VLSI自动布局布线(APR)设计实验指导书》实验教材，从操作原理、操作步骤、数据管理、报告撰写等方面对学生进行指导，力求做到学生通过阅读实验教材就能按图索骥，自行完成实验流程。因此在教材的编写上，不厌其详，采用了大量的EDA工具实际操作的截面图，力争反映出每一个操作细节。

对于微电子工艺实验，由于实验内容根据学校实验工艺线实际条件开设，实验内容一是要具有代表性，二是要根据实际情况建立工艺流程。因此，也没有现成的教材或实验指导书可供选择。课程组组织具有丰富工艺实践经验的教师，根据实验室设备条件编写了对应的、适用的《微电子器件设计与制造综合性实验指导书》实验教材。

2.3.2多媒体资料制作

教学信息载体的多样化，包括文字、图片、音频、视频、网络等载体，这是现代教学发展的必然趋势。实验教学多媒体资料可以充分调动教学要素，激发学生的学习兴趣，融教与学为一体[11-12]。

为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。课程组结合实际的实验实践教学过程，制作了全程相关单项工艺原理、流程及设备操作视频演示多媒体资料。多媒体资料将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，做到图文声像并茂。由于微电子实验课程是与实际联系很紧密的课程，形象化教学素材十分丰富，能激发学生的学习兴趣，对提高教学效果、教学质量非常有益。同时制作器件、集成电路电路的设计、仿真视频演示多媒体资料，让学生能快速熟悉设计软件并理解设计方法。在熟悉微电子器件基本理论和集成电路制造工艺的基础上，掌握器件和集成电路的设计方法，最后通过实验操作制作芯片并测试。

3微电子实验室建设成效

充分发挥了以学生为主的教学形式，完成从设计到实验制作再到测试验证整个过程。每个学生都设计了各自结构的器件，因此在器件制作过程中，每个学生就会切实关注每步工艺对器件性能的影响，在实际工艺过程中的操作锻炼了动手能力，在实践过程中了解哪些工艺因素可能对器件造成影响。微电子实验教学将理论与实践结合、创新与实践结合，培养了学生分析问题、解决问题的能力。

微电子实验采用理论联系实际的方式在国内首次实现了“微电子工艺原理”课程的完整实验教学，并因此而获得2004年四川省教学成果二等奖。此外，我校“电子科学与技术”在2012年全国学科评估中排名全国第一，其中微电子实验教学是本学科本科教学的重要组成部分。

我校微电子实验室除了满足每年本校500人的实验教学外，还向其他高校或二级学院开设微电子实验课程，如西南交通大学和电子科技大学成都学院，起到了教学资源共享，以及辐射带动作用。

第6篇：集成电路设计原理范文

关键词：USB 遥控接收机 数字化

中图分类号： TN927.22 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00

USB测控应答机主要应用于民用卫星，是完成卫星与地面雷达站之间遥控、遥测、测距、测速等功能的关键单机。随着航天技术的发展，卫星对星载单机小型化、通用化的要求日益迫切。本文实现了一种数字化USB遥控接收机，采用混合集成射频前端和数字基带电路设计，满足了高动态、小型化、通用化的要求。

1 USB遥控接收机的实现原理

USB遥控信号的调制方式是PCM-PSK-PM，是一种符合国际航天测控标准的复合调制信号，一般遥控接收机需要对信号进行二次解调以得到遥控数据。传统的模拟USB遥控接收机仅具备中频解调的能力，为了实现基带解调功能还需要在系统中使用专门的单机或模块。而本文设计的遥控接收机增加了数字基带解调功能，大大简化了系统构成。

本文设计的USB遥控接收机的原理框图见图1，主要由接收射频前端和信号同步与解调两部分构成。接收射频前端采用二次下变频方案，接收链路由预选器、LNA、混频器、中频滤波器和中频放大器组成，还包括两个本振频率合成单元。信号同步与解调部分由中频载波捕获跟踪单元、中频解调单元和数字基带解调单元。中频载波捕获跟踪单元采用窄带载波跟踪环的设计，利用锁相环完成中频载波相位的同步。中频解调单元利用载波捕获跟踪得到的本地同步载波与中频信号进行相干相位解调。数字基带解调单元对中频解调输出的基带信号进行PSK解调，从而得到遥控PCM码流。

图1 USB遥控接收机原理框图

2混合集成射频前端设计

一般要求USB遥控接收机从卫星发射主动段到入轨运行整个过程不间断开机工作，由于距离变化导致接收信号功率变化范围至少60dB，考虑系统裕量，实际设计动态范围为70dB。USB遥控接收机的射频前端采用混合集成电路设计，预选器选用低损耗介质滤波器，插入损耗小于1dB。LNA噪声系数小于1.5dB。第一混频器的三个端口都设计了驱动增益模块，相比于单一无源混频器噪声系数大大降低，确保了整个系统级联噪声系数完全满足接收灵敏度要求。混频后还设计了自动增益控制（AGC），采用具备AGC检波功能和可变增益的中频放大器，在信号功率不低于噪声功率的情况下，可以精确控制稳定的中频输出功率。

3数字基带解调设计

数字基带解调单元主要由模数转换器AD和现场可编程门阵列FPGA组成。遥控基带信号首先进行模数转换，经过电压转换后进入FPGA进行信号处理，信号处理主要完成遥控PSK解调和数字量遥测的处理，解调和处理结果经过接口芯片进行电平转换并输出。PSK解调采用Costas环进行副载波同步和码字提取。AD采样时钟、Costas环工作时钟、遥控码字以及遥测量输出时钟都统一由独立的时钟晶振经过FPGA的时钟管理单元产生。数字基带解调单元的软件实现如图2所示。

图2 数字基带解调软件实现框图

4设计进步点

该遥控接收机采用混合集成射频前端设计和数字化基带解调设计，实现了高接收动态、小型化和通用化。具有以下进步点：（1）对接收链路进行了精心设计，通过合理设计屏蔽腔体结构和印制板布局，链路稳定，输出频谱满足要求。实际整机噪声系数为2.7dB，实测遥控接收灵敏度为-120dBm，实现动态范围82dB。动态范围与传统模拟USB接收机相比有了显著提高。（2）采用混合集成电路设计，优化结构布局，提高了产品内部空间利用率，接收机外形尺寸为190mm×135mm×20mm，与传统模拟USB接收机相比外形尺寸显著缩小。（3）采用锁相环同步载波作为本振合成的参考，仅需要在很小范围内改变VCXO的中心频率就可以覆盖整个USB测控频段。基带解调采用独立的工作时钟，与载波频率无关。该遥控接收机的设计具有较高的通用性。

5结语

该USB遥控接收机与传统模拟USB接收机相比，采用混合集成射频前端设计，增加了数字基带解调功能，具有高动态、小型化、通用化的特点。代表了卫星测控应答机小型化、通用化的发展方向。

参考文献

[1]金仲和.小型测控应答机的研制与改进[D].浙江大学硕士学位论文，2011，1-2.

第7篇：集成电路设计原理范文

关键词：优化算法 集成电路 优化 设计

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0044-04

由于大量芯片制造技术变革，使得集成电路具有更加庞大的规模，在片上系统有更多复杂性的设计，要求芯片在进行设计时，不光有相应的集成电路知识，还要能够进行更加快捷的电路设计。在进行相应的电路设计时，需要权衡各个性能指标，将其最优性能发挥出来，使用更多目标化的领域进行电路优化，还需要权衡各个目标，保证达到最优化的同时，不会消耗各自的性能，保证各个目标间不存在恶劣影响，并互相保证最优化功能[1]。

对于系统复杂性的设计，通过对设计过程的加速，来进行相应计算机的辅助综合性分析，包括对电路进行模拟、射频等办法。数字电路能够更加简单的将不同逻辑层次进行抽离，提高电路的自动分布。模拟电路设计过程，因为种类繁多，结构差异巨大，设计需要大量的人力物力和技术指导。在一个小的芯片中，射频电路虽然占用面积小，但是设计成本和设计时间却要超出想象，其内产生的相应寄生效应，会导致电路的失真，无疑对电路优化增加阻碍。智能优化算法通过自然界的生物群体进行相关智能表现的一系列现象，并能够设计出较为基础的优化算法，并同生物一样，能够将集成电路进行更加优化的智能设计，极好的调整自我，来适应周围环境变化。有效地将智能算法在各种大范围的电路设计中进行应用，可以更好地增加电路设计效率，解决集成电路中存在的多冲突指标。还能够发挥出自身潜在特点，提供设计者相应的数据库进行电路方面的设计工作。

1 智能优化算法

人们利用自然界来认识更多的事物，并通过事物的来源进行想象和创造。智能优化算法也就是基于自然界，进行适应性启发，从而模拟进化出来的利用计算机进行表达的方法。智能优化算法具体可以包括模拟退火、禁忌搜索、群智能优化等，能够通过各种模拟自然界的相关程序，扩大搜索范围，具有较强的全局搜索特点，可以得到更为优化的解决传统问题的办法，从任何研究角度，都能提供较为新颖的解决办法。

1.1 禁忌搜索

禁忌搜索算法是通过对人类的大脑进行记忆启发的算法，具有更加广阔的搜索范围，有全局搜索的功能[2]。利用十二表法来锁住搜索区域，通过相应的禁忌准则来减少重复搜索的工作量，释放禁忌中的优良个体，具有多样性的搜索功能，减少系统陷入僵局，寻找到最适合的全局最优。

1.1.1 流程

禁忌搜索算法需要寻找到一个较为可行的点作为当前的初始解，再通过对其所在结构的函数邻域解来进行相关邻域的创建工作，随后选出一定的邻域解作为候选[3]。如果选出的候选是最优目标，测得结果比搜索出来的最优还好，就成为“超过预想状态”，可以忽略其禁忌特点，用其作为当前解，填入禁忌中，修改每任禁忌对象；如果选出的候选不是最优目标，那么这一结果就不能够出现在禁忌中，忽略禁忌中的最优解和当前解间的差异，将其填入禁忌中，改动每任紧急对象，反复搜索，直至找到“超过预想状态”。具体的禁忌算法流程见图1。

1.1.2 关键要素

完整的最优算法通常包括多种要素，当然禁忌算法也如此，这些要素都会影响紧急搜索是否能够找到最优解。十二表法主要包括禁忌表、移动与邻域、适配值函数、对象、长度、初始解、候选解、藐视、终止准则等[4]。

（1）初始解，也就是进行搜索时的最初状态，初始解是通过随机办法生成的，遇到复杂约束时，随机生成的初始解就不一定可行，因此具有很大的局限性。对于初始解的选取，在一个集成电路的设计中，占据较为重要的地位，选定合适的初始解，能够有效降低工作量，增加搜索效率和搜索质量。

（2）移动与邻域。一个生成新的最优解的过程就是所谓的移动。移动通常需要依据具体情况进行针对性的分析[5]。邻域就是利用当前所解，通过一些列的移动产生的新的最优解，领域主要视具体情况而定，而邻域结构能够高质量的保证其搜索产生的最优解，从而增加算法的效率。

（3）候选解作为当前领域解中的最优解，其范围大小通过搜索速度来确定。遇到较大规模的问题时，候选解的范围则会变大，结合邻域搜索的速度，通常只用当前解作为候选集。

（4）适配值函数类似于遗传算法中的适应度函数，主要是为了评价单个个体的优劣情况。通常适配值函数都会改变目标函数来选择，当遇到的目标函数具有较大的计算量时，需要简单的改进适应算法，只要能够将两者保持在一定范围内，就可以当做适配值函数。

（5）禁忌表作为设计禁忌对象时的特有结构，能够有效防止搜索陷入重复的死循环僵局，也能够保证算法不会拘泥在局部最优解之内[6]。而禁忌对象和长度作为紧急表中的两个主要因素，前者影响表内的变化，通常改变这些元素能够有效避免其搜索到的结果是局部最优解，可以使用状态本身，后者是适配值，当做禁忌对象；而后者则表示了禁忌表的范围。

（6）藐视准则，代表的是一种渴望与破禁的水平[7]，当移动后的解要优于最优解时，就可以进行移动，不论该结果是否存在于禁忌表之中。满足这个条件，就是藐视准则。通常情况下，这一准则就是为了预防遗失最优解而设立的。

（7）终止准则，当使用禁忌法进行搜索时，找不到最优解，也就是说搜索到的结果不能够保证是全局最优解，也不能够利用目前已知的数据进行判断，所以需要使用终止准则进行停止搜索的工作。

1.1.3 特点和应用

同智能优化的其他算法比较，禁忌优化算法能够更好的跳出思维的局限，利用全局进行搜索，并且该算法可以接受一定的差解，可以很好的进行局部搜索，又兼顾全局搜索[8]。而禁忌优化算法的缺点则是对于初始解和邻域的依赖程度较大，不能够很好的进行串行算法，降低了全局搜索的能力，多个关键性参数导致其并行算法的影响小，一旦出现不当的设置，很容易降低整体算法的计算能力。由于禁忌优化算法能够更好的解决小规模问题的优化，所以对于最短时间内解决在设计超大规模的集成电路芯片问题时，具有较多的应用，在生产、组合、电路设计、神经网络等领域应用较为广泛，并有很多函数方面的全局最优解研究，通过不断改进禁忌算法，能够拥有更加广泛的适用范围。近年来，对于模拟退火算法同禁忌优化算法结合的方案也有一定程度的研究，利用二者配合使用的混合式搜索算法，能够较好的解决相关问题，并进行算法的优化工作。

1.2 模拟退火算法

模拟退火算法是一种利用概率来接收新事物的Metropolis准则[9]。进行组合间最优解的寻找工作，主要的思想是根据固体物质在退火时，依据温度的变化，选出的最高熵值（即内部无序状态），熵值下降（即粒子逐渐出现一定的规律），通过这一过程进行温度的平衡状态，从而达到基本温度状态，也就是最低熵值（即固体内部最低内能），这一过程同寻求最优解的过程极为相似，概率论上利用退火过程进行模拟来解释相关模型。

1.2.1 流程

模拟退火算法开始于一个较高温度，随着温度的降低，呈现一种跳跃的征象，利用目标函数搜索全局，寻找全局最优解[10]。模拟退火算法可以说是一种能够进行多问题解决的优化办法，基本上能够进行全局优化。

（1）Metropolis准则，假设一个系统的自由能等于系统内能与系统温度的差值，用公式（1）代表，s是系统的熵。假设恒温系统的两个状态是i和l，使用公式（2）和（3）表示。

F=E-Ts （1）

Fi=Ei-Tsi （2）

Fl=El-Tsl （3）

通过计算可以得出，F=Fl-Fi=Ei- El-（Tsi+Tsl）=E-Ts。当系统从状态l变成状态i时，F则会小于正常，说明能量明显减少，熵值明显增加，对自身变化较大。因此，温度恒定，系统会把自身的非平衡状态转变为平衡状态，由温度决定两因素的地位。假设微粒的原始状态l是固体物质当前所处的状态，使用能量状态Ei来表示，随后利用一个抗干扰装置，随机改变微粒位置，产生了一个新的能量状态El，如果Ei

R=Exp[-（Ei- El）/kT] （4）

T代表绝对温度，k是常数，R

Pl=1/z*exp（-El/kT） （5）

Pl代表系统处于微观l的概率，而exp（-El/kT）是分布因子。当处于较高温度时，系统能够接收能量差距极大的新状态，所以，当温度处于一个较低的水平时，系统接收的新状态要求仅有极小幅度的变化，所以对于不同温度而言，具有相同的热运动原理，但是温度是零摄氏度时，任何的Ei>El均是不成立的。

（2）流程，假定初始温度是T0，初始点是X0，计算初始点的函数值是f（X0），随机产生的扰动为X，新点则变为公式（6）。计算该函数f（X1）和该函数同初始值之间存在的差异，即公式（7）。

X1=X+X （6）

f=f（X1）-f（X0） （7）

如果差异函数f低于正常，则下一次进行退火的模拟初始点可以使用新的点来代替；如果差异函数f高于正常，则需要计算新点接收的概率，即公式（8）。

P（f）=exp（-f/kT） （8）

在[0，1]区间内，伪随机产生的数s，如果P（f）低于s，则下一次进行退火的模拟初始点可以使用新的点来代替，否则需要重复Metropolis准则，直到选出合适的数值为止。

1.2.2 关键要素

（1）状态空间和邻域函数。状态空间也就是搜索空间，包括所有编码后产生的可行解。在进行候选解的创建时，需要尽可能使用原始状态函数进行创建，从而充满整个空间[11]。

（2）状态转移概率，也就是接受概率，使用Metropolis准则，在进行可行解的转化过程时，也受到T（温度参数）的影响。

（3）冷却进度表T，是从高温T0到低温冷却时进行相应管理的一个进度表。如果使用T（t）来表示温度，经典的模拟退火算法进行冷却的方式使用公式（9）表示。快速冷却法则可以用公式（10）表示。

T（t）=T0/lg（1+t） （9）

T（t）=T0/（1+t） （10）

以上两种办法都能够降低模拟退火点至全局最小。冷却进度表也说明该算法的效率，并且要想得到最佳组合，需要进行大量实验才能够得到。

（4）初始温度，如果具有较高的初始温度，那么会有较高的概率搜到高质量解，但需要更长的运算时间。对于初始温度的给定时，需要结合算法优化所消耗的时间和效率，通常有两种办法，一是利用均匀办法产生的一种状态，将每一个目标函数都设定为初始温度。另一个办法是使用任意产生的状态，利用最大目标函数进行确认，记录其差值，即max，根据差值使用某一函数作为初始温度。

（5）外循环终止准则，又叫做终止算法准则，常用准则包括设置温度终止阈值，外循环的迭代，系统熵稳定程度的判定。

（6）内循环终止准则，也就是Metropol

is准则，利用不同温度选出不同候选解，又被称为是抽样稳定性质准则，主要包含以下内容：目标函数均值是否稳定，连续若干个目标函数变化幅度，采样办法。

1.2.3 特点和应用

模拟退火算法通过概率的办法寻求全局最优解，不受初始值的影响，能够缓慢进行收敛，能够较好的进行多数据的并行、扩展和通用，使用极高的效率进行有关最优化组合问题的解。不足之处是在一定程度上，虽然能够降低程序陷入优化僵局的可能性，但在进行大范围搜索时，需要多次进行计算，从而寻找到最优解，在实际的应用中，这一缺点极大地增加了工作量，不利于优化计算效率。

作为一种较为通用的使用随机办法进行搜索的计算方法，模拟退火算法已经广泛的在机器学习、神经、生产、图象等领域进行应用，对自动设计的模拟集成电路，应用模拟退火算法进行设计，多目标进行优化设计等。

1.3 遗传算法

遗传算法是基于达尔文生物进化论有关自然选择同生物进化过程进行相关的计算所制作出来的模型，足以满足适者生存与优胜劣汰的生物界遗传机制。

1.3.1 流程

遗传算法优化问题解叫做个体，通常使用变量序列来表示，叫做染色体或基因串。利用简单的字符或数字表示染色体，通常使用0和1的二进制进行表示，或利用其他特殊问题进行表示，叫做编码。

遗传算法开始于种群，依据适者生存与优胜劣汰的生物界遗传机制，不断进行迭代进化，通过选择、交叉和变异生成新种群，从而产生最优解。遗传算法流程图如图2所示。

1.3.2 优点及应用

遗传算法依据适者生存与优胜劣汰的生物界遗传机制，主要优点包括以下几点。第一，不需要使用函数，就能够直接对结构对象进行有关求导的操作；第二，遗传算法整体优化不受梯度和辅助的影响，只受目标和适应度的影响；第三，使用一定概率进行变迁，不需要固定在某一区域，很好的对搜索方向进行校正和适应，从而自动获得结果；第四，遗传算法具有较强的全局搜索力。以上这些优点很好地为相对较为复杂的问题进行有关系统求解时提供了相应的框架，因此被广泛地应用在人们各个领域的生活中。

2 基于遗传算法的二级运放电路优化

利用遗传算法进行有关系统优化能够使用更少的资源来设计自动化电路优化，既降低硬件的成本又缩短设计的使用时间。利用仿真软件进行有关电路设计的优化，能够使用更加精确的模型进行优化，但是其缺点在于巨大的求解空间导致耗费时间长。所以目前有一种提法是根据电路性能进行相关遗传算法的解析，具有用时短、操作性能有所改善的优点。对于不是要求很严格的设计条件，可以使用二级运放进行电路设计，更加缩短设计时间。

2.1 二级运放的电路分析

进行有关集成电路的模拟中，使用运算放大器，能够很好的将单元模块进行高倍放大，通常情况下，使用反馈网络进行有关电路模块功能的重组。运算放大器作为一种较为重要的模拟和数模信号的系统电路模块，已经被应用到各种系统的电路设计之中，运算放大器主要包括输入差分、增益中间、缓冲输出以及电路偏置和补偿四种。基本结构如图3所示。

2.2 二级运算放大器性能指标

下面通过二级运算放大器的交流小信号模型对运放的重要性能进行分析。第一级运放为M1-5的差分运放构成，第二级运放为M6-7的共源放大器构成。二级运放等效模型如图4所示。

转换速率，又叫做压摆率，也就是说在运算放大器进行电压输出时候产生的转换速率，很好的提示运放速度。在输入端连接一个比较活跃的信号，通过运放输出测得最大上升速率。

2.3 遗传算法对电路进行优化设计

目前一种较为新颖的优化电路生成办法是在小环境范围进行有关二级运放的优化。具体编码方式包括集合染色体内的各种未知参数，使用0和1的二进制代码，代表不同的设计电路的方案。使用每个指标的性能函数相乘，得到适应度函数，从而显示出最大化目标函数和最小化目标函数。

自适应免疫遗传算法是目前较为新颖的智能优化改进算法，求解模拟相关生物学中的免疫系统，利用抗体的产生来排除抗原。自适应免疫遗传算法使用一种较为高质量的节约资源进行有关机制的克隆，对于优化解即抗体进行高概率的选择，同适应度函数有一个正比例关系。选定个体后将其复制传代，放弃本身的亲和力，也就是抗原抗体的匹配度，将优化的目标函数作为个体抗原。利用自适应免疫遗传算法，提出相应电路图的设计图案，如图5。

自适应免疫遗传算法引入生物界内免疫系统相关概念与免疫系统方法，有效提升遗传算法进行全局搜索方面的能力，并有效进行相关速度的收敛。改进后算法能够有效的克服传统算法中过早收敛的问题，以及盲目进行交叉和变异的操作，进行自适应免疫遗传算法电路的优化，如图6所示。

2.4 电路优化及仿真结果

运算放大器作为在进行电路的集成模拟过程中应用最为广泛的电路，也具有较大的功耗和时间模块，所以不同的方法设计显示出不同的电路性能。比较具有代表性的二级运算放大器的电路图如图7所示。

从图7可以看出，对于具有特定结构的功能电路，如果拥有较为合理的尺寸设计，可以得到一个较为固定的电路指标，某一性能改变会导致其他性能的变化。依据自身的电路设计经验和实际电路的设计要求，来选择合理的电路设计，虽然使用优化算法可以在设计电路时进行一定的优化，但是有关电路性能方面的解析，有关目标函数准确性模型的建立，具有一定的限制条件，需要进行更加深入的研究。

3 结语

智能优化算法在当今的很多领域内，都是重点的研究项目，该文主要针对智能优化算法的产生和发展进行阐述，并详细分析了几种较为典型的智能优化算法，其中，最具有代表性的集中算法是粒子群优化、遗传算法等。虽然该文分析和研究的是集成电路进行智能设计的更为优化的方法，但是今后对于集成电路的智能设计，还有很多问题值得进行深入研究。

参考文献

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[4]张孟娟.张江高科技园区集成电路设计企业发展之研究[J].经济研究导刊，2013（12）：26-28，79.

[5]冼志勇，徐洁.战略性新兴产业知识产权保护的协同合作机制研究―― 以集成电路设计公司为例[J].科学管理研究，2013，31（4）：57-60.

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[9]岳亚杰，杨慧晶，张宏国.集成电路设计与集成系统专业人才培养模式的探究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2013（3）：62-63.

第8篇：集成电路设计原理范文

【关键词】集成电路；设计；乘法器；低功耗算法；实现技术

一、引言

低功耗设计一般可以分成两种：动态和静态技术。静态化技术一般是从系统的构造与工作原理出发，使系统的功耗得到降低，比如选择低功耗的器件；动态化技术主要是使系统运行得到改变来降低功耗，比如按照实际运行情况对器件的工作状态进行调节。

二、定点乘法运算优化

目前，集成电路的设计中，定点乘法运算一般都使用移位相加算法逻辑，具有方便理解、简单和直接的优点，但是缺陷也很明显，运算的效率比较低，需要数量很多的硬件设备，占用的资源也比较多。在普通的移位相加算法内，每位乘数都会出现积，运算量比较大，事实上，如果某位乘数是0，就不需要开展累加性的运算，所以累加器完成次数要和乘数中值是1的位数有明确关系，如果可以降低中值是1的位数，就能够降低需要运算的累加次数。1、BOOTH算法思想。就是使乘数和某一较大整数相近，然后借助这一整数和被乘数之积，减去对应数值补码和被乘数乘积来计算，能够提升运算的效率。BOOTH算法被称作补码移位算法，符号位是参与到运算的，运算数都借助补码进行表示。乘数的末位会增加附加位，初值是0。对乘数的最末两位进行观察，00对部分积进行向右移动移位的操作，01则对部分积的被乘数相加然后取其补码，结果向右移动一位，10则对部分积的被乘数相减，取其补码，结果向右移动一位，11则直接额对部分积执行向右移动一位的操作。根据上述算法，对n+1步进行操作，那么第n+1不就不用在位移，最终的结果就是运算的结果。2、定点乘法运算中乘法系数优化的算法。以BOOTH算法那为基础，还有一种更先进的算法，属于三元数值系统，能够降低硬件结构的复杂性，如果乘数系数是2的整数次幂时，乘法能够借助移位实现，这就使占用的硬件资源得到降低。为了降低系数二进制表示内非零位个数，通常使用带符号的二进制对整数进行表示。这一方法的优点如下：只利用了加法和位移，整个算法过程是以非零位不同的位置为基础，和其他的算法比较起来，更加准确，有限的字长也没有对程度有太大的影响。3、数字滤波器编码的优化。设计芯片时，为了使类型不同的数字滤波器能够尽量降低面积，并加快速度，发展出一些优秀数乘与编码算法。先对信号进行处理时，首先会从模数转换器内输出，然后把信号由高频率载波信号降低到基带信号并解调，要想得到理想的信号需要不同阶段滤波。包括把较高采样率降低到降低采样率，然后借助解调转换至基带的频率，基带信号的频率比采样的频率范围低，因此借助抽取滤波器进一步抽取信号，进而得出有用信号。

三、集成电路设计中乘法器低功耗实现技术

1、编码优化算法实现技术。首先，可以把编码优化算法实现成一个VHDL函数，然后存进库中和乘法器进行分离。接着，对乘法器的木块进行设计和优化，最后算出乘法运算的结果并输出。在模块的内部，对编码优化函数进行调用，将优化乘法器类属参数当做这一函数的输入，输出的结果中，三个变量分别表示三个常数。优化的结果使用常数来表示，原因为在乘法器的综合初期，上述三个常数能够按照优化函数的计算而得出，进行综合之后，乘法器按照这三个常数就能够转化成对应移位加的结构，而且对加法的结果进行计算，这是优化算法的逻辑单元是在库中保存的，不会算进优化之后的乘法器。为了对这一技术优化的效果进行验证，可以将相同射频的模块当做测试的平台，在模块内全部乘法器都被优化乘法器的模块替代后，导入RTL的代码，对功耗结果进行分析，发现总功耗和逻辑单元都有所下降，面积也有所降低。在对硬件进行测试时，使用编码优化算法对射频模块进行匹配开展测试，结果显示逻辑占用率是4.5%，产生寄存器的总数是13559，存储单元的占用率是4.6%。2、缺省优化算法实现技术研究。根据缺省优化算法模式，用VHDL函数的形式和小数乘法器相分离并存进库中。对优化乘法器的模块进行设计，在进行综合的初期，常数是由优化算法经过计算而得出的，在进行综合之后，乘法器按照常数就能够转化成对应移位加结构，并开展右移缺省操作，计算的结果在小数化处理之后从模块的输出端内输出。经过实验，发现总功耗有所降低，面积也有降低。

结语

综上所述，集成电路设计中乘法器的低功耗算法与实现技术具有重要意义，需要引起相关人员的重视，不断对这一技术进行改进与完善，切实发挥出低功耗算法的作用，进而促进集成电路设计技术的发展。

参考文献

[1]袁博.集成电路设计中乘法器的低功耗算法与实现技术研究[D].西安电子科技大学,2012.

第9篇：集成电路设计原理范文

在洗衣机工作中，水是洗衣的必备条件，水的合理用量决定了洗涤效果。因此检测水量成为洗衣机工作中的一项重要内容。本文介绍一款洗衣机控制器的水位检测电路，通过原理及参数选择等方面的内容讲解，使大家对该电路起到更深的了解。

【关键词】振荡频率 传感器 反相器

在洗衣机控制器中，原先采用水位开关，通过开关信号来判定水量是否满足设定值，该方案大多采用于双缸洗衣机及一些小容量的全自动洗衣中，无法检测水位频率，只能读取其中一个设定值。随着家电智能技术的不断发展，精确感知洗涤水量成为洗衣机设计一种趋势。目前，在洗衣机设计中使用较多是谐振式水位传感器，通过电控板上的逻辑电路来实现水位检测的功能，该检测电路可靠性、实用性较高，本文介绍的就是这方面的内容。

1 电路设计

1.1 电路原理图

水位检测电路如图1所示，该电路是将水位传感器采集的水位信号转化为洗衣机控制器MCU所需的信号。电路中采用4069反相器集成IC为核心元器件进行电路设计。4069为反相器集成IC，内部由六个反相器组成，如图1。本电路利用其中三个反相器（a、b、c）进行设计，未被使用的反相器输入端均接地，其中4069第8脚为方波信号输出脚，输出给洗衣机控制器MCU检测端口。

1.2 电路工作原理

谐振式水位传感器通过水压气管与洗衣机桶内侧相连，随着水位的变化，感知的气压也发生变化，内部电感线圈的电感量也随之变化，根据公式f=1/2π的原理，气压越大，电感量越大，谐振频率越小，反之则越高。如图1传感器等效电路图，水位传感器内部由电感L1与电容C1、C2组成，电感和电容组成选频网络，并与4069检测电路形成三点自激振荡电路，将电感信号的变化转变为频率信号，便于控制器MCU芯片的采集，从而检测到桶内水位的变化。为了使整个LC回路实现自激振荡，需使反相器偏置在高增益线性放大区，形成放大器，因此需要在反相器两端并联一个电阻R3。

在电路中，水位传感器内部作为一个π型选频网，形成180度的相位差，并且信号经过4069反相器也产生了180度的相位差，导致整个振荡回路形成360度相位差，但在实际处理中，反相器存在延迟，导致额外的相位移，为确保整个振荡环路总相位差在360度，水位传感器π选频网络必须根据反相器的延时情况，生成小于180度的相位差，因此本电路中采用了R2、R1两个电阻分别串于反相器（a、b）的输入输端，通过调整电阻的参数来调节振荡环路增益和相位差。

反相器（a、b）与电阻R1、R2、传感器构成振荡电路，参与波形的处理，输出近似于方波的信号，见图3，而第三个反相器（c）针对这个波形进行了最后的整形，使其输出理想的方波信号，控制器主芯片通过采集这个方波频率来判断水位的高低。

2 元器件的选择

为了提高水位检测电路的可靠性，需对所用元器件进行必要的选型工作，确保元器件的选型更加符合电路的设计要求。

IC1选用4069集成IC，内部由六个COS/MOS反相器电路组成，一般选择可靠性较高的品牌型号。

电阻R3两端与IC1的第12、13脚相连，即在并联在反相器（a）之间，电阻R3一般选择阻值较大的型号，该电路中选用阻值为100KΩ。

电阻R1、R2作为限流电阻，起到限制反相器输出的功能，R1选择560Ω，R2选择3.3K。电阻R2处于反相器的输入端，R1处于输出端，注意R2的阻值须大于R1，否则会导致输入信号的幅值变小，抗干扰能力下降，容易导致电路无法正常工作。

电阻R4与电容C3对输出的方波进行滤波，减少噪声干扰。电阻选择150Ω，电容选择0.001uf。注意电容C3容量的大小选择非常重要，往往因选择较大导致方波变形，使信号失真，该电容容量值一般在0.001uf左右，既能起到滤波的作用，也能确保方波信号不失真。

3 工作中的波形

为确保输出理想的信号，在电路中设置了3个测试点（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），对信号处理的重要环节进行波形测量与分析。

水位传感器采集了水量的变化，并以正弦波的方式输出，现对传感器输出端a点波形进行测量，如图2。

正弦波输入至4069（a、b）反相器中，如图1，反相器对正弦波进行了处理，输出波形失真为近似方波的信号，如图3。

信号经过第三个反相器（c）整形，并经过R4及C3滤波等处理，输出的方波信号，如图4。

4 结束语

水位检测作为洗衣机工作的关键内容，贯穿整个洗涤过程，直接影响消费者所关心的洗净度与用水量，因此水位电路设计的合理性、实用性显得尤为重要。相信随着家电智能化的迅速发展，这种低成本，实用性较强的电路将越来越多地使用在产品中。

参考文献

[1]王尔乾.数字逻辑与数字集成电路[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]董海青.集成电路设计基础[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]孙肖子.CMOS集成电路设计基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者简介

颜东亮，男，江苏省建湖县人。现为无锡小天鹅股份有限公司飞翎电子工程师，主要从事洗衣机控制器设计工作。