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集成電路設計與仿真范文1
2001年我國新增“集成電路設計與集成系統”本科專業，2003年至2009年，我國在清華大學、北京大學、復旦大學等高校分三批設立了20個大學集成電路人才培養基地，加上原有的“微電子科學與工程”專業，目前，國內已有近百所高校開設了微電子相關專業和實訓基地，由此可見，國家對集成電路行業人才培養的高度重視。在新形勢下，集成電路相關專業的“重理論輕實踐”、“重教授輕自學輕互動”的傳統人才培養模式已不再適用。因此，探索新的人才培養方式，改革集成電路設計類課程體系顯得尤為重要。傳統人才培養模式的“重理論、輕實踐”方面，可從課程教學學時安排上略見一斑。例如：某高校“模擬集成電路設計”課程，總學時為80，其中理論為64學時，實驗為16學時，理論與實驗學時比高達4∶1。由于受學時限制，實驗內容很難全面覆蓋模擬集成電路的典型結構，且實驗所涉及的電路結構、器件尺寸和參數只能由授課教師直接給出，學生在有限的實驗學時內僅完成電路的仿真驗證工作。由于缺失了根據所學理論動手設計電路結構，計算器件尺寸，以及通過仿真迭代優化設計等環節，使得眾多應屆畢業生走出校園后普遍不具備直接參與集成電路設計的能力?！爸亟淌?、輕自學、輕互動”的傳統教學方式也備受詬病。課堂上，授課教師過多地關注知識的傳授，忽略了發揮學生主動學習的主觀能動性，導致教師教得很累，學生學得無趣。
2集成電路設計類課程體系改革探索和教學模式的改進
2014年“數字集成電路設計”課程被列入我校卓越課程的建設項目，以此為契機，卓越課程建設小組對集成電路設計類課程進行了探索性的“多維一體”的教學改革，運用多元化的教學組織形式，通過合作學習、小組討論、項目學習、課外實訓等方式，營造開放、協作、自主的學習氛圍和批判性的學習環境。
2．1新型集成電路設計課程體系探索
由于統一的人才培養方案，造成了學生“學而不精”局面，培養出來的學生很難快速適應企業的需求，往往企業還需追加6～12個月的實訓，學生才能逐漸掌握專業技能，適應工作崗位。因此，本卓越課程建設小組試圖根據差異化的人才培養目標，探索新型集成電路設計類課程體系，重新規劃課程體系，突出課程的差異化設置。集成電路設計類課程的差異化，即根據不同的人才培養目標，開設不同的專業課程。比如，一些班級側重培養集成電路前端設計的高端人才，其開設的集成電路設計類課程包括數字集成電路設計、集成電路系統與芯片設計、模擬集成電路設計、射頻電路基礎、硬件描述語言與FPGA設計、集成電路EDA技術、集成電路工藝原理等；另外的幾個班級，則側重于集成電路后端設計的高端人才培養，其開設的集成電路設計類課程包括數字集成電路設計、CMOS模擬集成電路設計、版圖設計技術、集成電路工藝原理、集成電路CAD、集成電路封裝與集成電路測試等。在多元化的培養模式中，加入實訓環節，為期一年，設置在第七、八學期。學生可自由選擇，或留在學校參與教師團隊的項目進行實訓，或進入企業實習，以此來提高學生的專業技能與綜合素質。
2．2理論課課堂教學方式的改進
傳統的課堂理論教學方式主要“以教為主”，缺少了“以學為主”的互動環節和自主學習環節。通過增加以學生為主導的學習環節，提高學生學習的興趣和學習效果。改進措施如下：
（1）適當降低精講學時。精講學時從以往的占課程總學時的75％～80％，降低為30％～40％，課程的重點和難點由主講教師精講，精講環節重在使學生掌握扎實的理論基礎。
（2）增加課堂互動和自學學時。其學時由原來的占理論學時不到5％增至40％～50％。
（3）采用多樣化課堂教學手段，包括團隊合作學習、課堂小組討論和自主學習等，激發學生自主學習的興趣。比如，教師結合當前本專業國內外發展趨勢、研究熱點和實踐應用等，將課程內容凝練成幾個專題供學生進行小組討論，每小組人數控制在3～4人，課堂討論時間安排不低于課程總學時的30％［3］。專題內容由學生通過自主學習的方式完成，小組成員在查閱大量的文獻資料后，撰寫報告，在課堂上與師生進行交流。課堂理論教學方式的改進，充分調動了學生的學習熱情和積極性，使學生從被動接受變為主動學習，既活躍了課堂氣氛，也營造了自主、平等、開放的學習氛圍。
2．3課程實驗環節的改進
為使學生盡快掌握集成電路設計經驗，提高動手實踐能力，探索一種內容合適、難度適中的集成電路設計實驗教學方法勢在必行。本課程建設小組將從以下幾個方面對課程實驗環節進行改進：
（1）適當提高教學實驗課時占課程總學時的比例，使理論和實驗學時的比例不高于2∶1。
（2）增加課外實驗任務。除實驗學時內必須完成的實驗外，教師可增設多個備選實驗供學生選擇。學生可在開放實驗室完成相關實驗內容，為學生提供更多的自主思考和探索空間。
（3）提升集成電路設計實驗室的軟、硬件環境。本專業通過申請實驗室改造經費，已完成多個相關實驗室的軟、硬件升級換代。目前，實驗室配套完善的EDA輔助電路設計軟件，該系列軟件均為業界認可且使用率較高的軟件。
（4）統籌安排集成電路設計類課程群的教學實驗環節，力爭使課程群的實驗內容覆蓋設計全流程。由于集成電路設計類課程多、覆蓋面大，且由不同教師進行授課，因此課程實驗分散，難以統一。本課程建設小組為了提高學生的動手能力和就業競爭力，全面規劃、統籌安排課程群內的所有實驗，使學生對集成電路設計的全流程都有所了解。
3工程案例教學法的應用
為提升學生的工程實踐經驗，我們將工程案例教學法貫穿于整個課程群的理論、實驗和作業環節。下面以模擬集成電路中的典型模塊多級放大器的設計為例，對該教學方法在課程中的應用進行詳細介紹。
3．1精講環節
運算放大器是模擬系統和混合信號系統中一個完整而又重要的部分，從直流偏置的產生到高速放大或濾波，都離不開不同復雜程度的運算放大器。因此，掌握運算放大器知識是學生畢業后從事模擬集成電路設計的基礎。雖然多級運算放大器的電路規模不是很大，但是在設計過程中，需根據性能指標，謹慎挑選運放結構，合理設計器件尺寸。運算放大器的性能指標指導著設計的各個環節和幾個比較重要的設計參數，如開環增益、小信號帶寬、最大功率、輸出電壓（流）擺幅、相位裕度、共模抑制比、電源抑制比、轉換速率等。由于運算放大器的設計指標多，設計過程相對復雜，因此其工作原理、電路結構和器件尺寸的計算方法等，這部分內容需要由主講教師精講，其教學內容可以放在“模擬集成電路設計”課程的理論學時里。
3．2作業環節
課后作業不僅僅是課堂教學的鞏固，還應是課程實驗的準備環節。為了彌補缺失的學生自主設計環節，我們將電路結構的設計和器件尺寸、相關參數的手工計算過程放在作業環節中完成。這樣做既不占用寶貴的實驗學時，又提高了學生的分析問題和解決問題的能力。比如兩級運算放大器的設計和仿真實驗，運放的設計指標為：直流增益＞80dB；單位增益帶寬＞50MHz；負載電容為2pF；相位裕度＞60°；共模電平為0．9V（VDD＝1．8V）；差分輸出擺幅＞±0．9V；差分壓擺率＞100V／μs。在上機實驗之前，主講教師先將該運放的設計指標布置在作業中，學生根據教師指定的設計參數完成兩級運放結構選型及器件尺寸、參數的手工計算工作，仿真驗證和電路優化工作在實驗學時或課外實訓環節中完成。
3．3實驗環節
在課程實驗中，學生使用EDA軟件平臺將作業中設計好的電路輸入并搭建相關仿真環境，進行仿真驗證工作。學生根據仿真結果不斷優化電路結構和器件尺寸，直至所設計的運算放大器滿足所有預設指標。其教學內容可放在“模擬集成電路設計”或“集成電路EDA技術”課程里［4］。
3．4版圖設計環節
版圖是電路系統和集成電路工藝之間的橋梁，是集成電路設計不可或缺的重要環節。通過集成電路的版圖設計，可將立體的電路系統變為一個二維的平面圖形，再經過工藝加工還原為基于硅材料的立體結構。兩級運算放大器屬于模擬集成電路，其版圖設計不僅要滿足工藝廠商提供的設計規則，還應考慮到模擬集成電路版圖設計的準則，如匹配性、抗干擾性以及冗余設計等。其教學內容可放在課程群中“版圖設計技術”的實驗環節完成。通過理論環節、作業環節以及實驗的迭代仿真和版圖設計環節，使學生掌握模擬集成電路的前端設計到后端設計流程，以及相關EDA軟件的使用，具備了直接參與模擬集成電路設計的能力。
4結語
集成電路設計與仿真范文2
關鍵詞：模擬 集成電路 設計 自動化綜合流程
中圖分類號：TN431 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0062-02
隨著超大規模集成電路設計技術及微電子技術的迅速發展，集成電路系統的規模越來越大。根據美國半導體工業協會（SIA）的預測，到2005年，微電子工藝將完全有能力生產工作頻率為3.S GHz，晶體管數目達1.4億的系統芯片。到2014年芯片將達到13.5 GHz的工作頻率和43億個晶體管的規模。集成電路在先后經歷了小規模、中規模、大規模、甚大規模等歷程之后，ASIC已向系統集成的方向發展，這類系統在單一芯片上集成了數字電路和模擬電路，其設計是一項非常復雜、繁重的工作，需要使用計算機輔助設計（CAD）工具以縮短設計時間，降低設計成本。
目前集成電路自動化設計的研究和開發工作主要集中在數字電路領域，產生了一些優秀的數字集成電路高級綜合系統，有相當成熟的電子設計自動化（EDA）軟件工具來完成高層次綜合到低層次版圖布局布線，出現了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等國際上著名的EDA公司。相反，模擬集成電路自動化設計方法的研究遠沒有數字集成電路自動化設計技術成熟，模擬集成電路CAD發展還處于相當滯后的水平，而且離實用還比較遙遠。目前絕大部分的模擬集成電路是由模擬集成電路設計專家手工設計完成，即采用簡化的電路模型，使用仿真器對電路進行反復模擬和修正，并手工繪制其物理版圖。傳統手工設計方式效率極低，無法適應微電子工業的迅速發展。由于受數/?；旌霞哨厔莸耐苿樱M集成電路自動化設計方法的研究正逐漸興起，成為集成電路設計領域的一個重要課題。工業界急需有效的模擬集成電路和數模混合電路設計的CAD工具，落后的模擬集成電路自動化設計方法和模擬CAD工具的缺乏已成為制約未來集成電路工業發展的瓶頸。
1 模擬集成電路的設計特征
為了縮短設計時間，模擬電路的設計有人提出仿效數字集成電路標準單元庫的思想，建立一個模擬標準單元庫，但是最終是行不通的。模擬集成電路設計比數字集成電路設計要復雜的得多，模擬集成電路設計主要特征如下。
（1）性能及結構的抽象表述困難。數字集成電路只需處理僅有0和1邏輯變量，可以很方便地抽象出不同類型的邏輯單元，并可將這些單元用于不同層次的電路設計。數字集成電路設計可以劃分為六個層次：系統級、芯片級（算法級），RTL級、門級、電路級和版圖級，電路這種抽象極大地促進了數字集成電路的設計過程，而模擬集成電路很難做出這類抽象。模擬集成電路的性能及結構的抽象表述相對困難是目前模擬電路自動化工具發展相對緩慢，缺乏高層次綜合的一個重要原因。
（2）對干擾十分敏感。模擬信號處理過程中要求速度和精度的同時，模擬電路對器件的失配效應、信號的耦合效應、噪聲和版圖寄生干擾比數字集成電路要敏感得多。設計過程中必須充分考慮偏置條件、溫度、工藝漲落及寄生參數對電路特性能影響，否則這些因素的存在將降低模擬電路性能，甚至會改變電路功能。與數字集成電路的版圖設計不同，模擬集成電路的版圖設計將不僅是關心如何獲得最小的芯片面積，還必須精心設計匹配器件的對稱性、細心處理連線所產生的各種寄生效應。在系統集成芯片中，公共的電源線、芯片的襯底、數字部分的開關切換將會使電源信號出現毛刺并影響模擬電路的工作，同時通過襯底禍合作用波及到模擬部分，從而降低模擬電路性能指標。
（3）性能指標繁雜。描述模擬集成電路行為的性能指標非常多，以運算放大器為例，其性能指標包括功耗、低頻增益、擺率、帶寬、單位增益頻率、相位余度、輸入輸出阻抗、輸入輸出范圍、共模信號輸入范圍、建立時間、電源電壓抑制比、失調電壓、噪聲、諧波失真等數十項，而且很難給出其完整的性能指標。在給定的一組性能指標的條件下，通?？赡苡卸鄠€模擬電路符合性能要求，但對其每一項符合指標的電路而言，它們僅僅是在一定的范圍內對個別的指標而言是最佳的，沒有任何電路對所有指標在所有范圍內是最佳的。
（4）建模和仿真困難。盡管模擬集成電路設計已經有了巨大的發展，但是模擬集成電路的建模和仿真仍然存在難題，這迫使設計者利用經驗和直覺來分析仿真結果。模擬集成電路的設計必須充分考慮工藝水平，需要非常精確的器件模型。器件的建模和仿真過程是一個復雜的工作，只有電路知識廣博和實踐經驗豐富的專家才能勝任這一工作。目前的模擬系統驗證的主要工具是SPICE及基于SPICE的模擬器，缺乏具有高層次抽象能力的設計工具。模擬和數?；旌闲盘栯娐放c系統的建模和仿真是急需解決的問題，也是EDA研究的重點。VHDL-AMS已被IEEE定為標準語言，其去除了現有許多工具內建模型的限制，為模擬集成電路開拓了新的建模和仿真領域。
（5）拓撲結構層出不窮。邏輯門單元可以組成任何的數字電路，這些單元的功能單一，結構規范。模擬電路的則不是這樣，沒有規范的模擬單元可以重復使用。
2 模擬IC的自動化綜合流程
模擬集成電路自動綜合是指根據電路的性能指標，利用計算機實現從系統行為級描述到生成物理版圖的設計過程。在模擬集成電路自動綜合領域，從理論上講，從行為級、結構級、功能級直至完成版圖級的層次的設計思想是模擬集成電路的設計中展現出最好的前景。將由模擬集成電路自動化綜合過程分為兩個過程。
模擬集成電路的高層綜合、物理綜合。在高層綜合中又可分為結構綜合和電路級綜合。由系統的數學或算法行為描述到生成抽象電路拓撲結構過程稱為結構級綜合，將確定電路具體的拓撲結構和確定器件尺寸的參數優化過程稱為電路級綜合。而把器件尺寸優化后的電路圖映射成與工藝相關和設計規則正確的版圖過程稱為物理綜合。模擬集成電路自動化設計流程如圖1所示。
2.1 模擬集成電路高層綜合
與傳統手工設計模擬電路采用自下而上（Bottom-up）設計方法不同，模擬集成電路CAD平臺努力面向從行為級、結構級、功能級、電路級、器件級和版圖級的（Top-down）的設計方法。在模擬電路的高層綜合中，首先將用戶要求的電路功能、性能指標、工藝條件和版圖約束條件等用數學或算法行為級的語言描述。目前應用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行為級建模，或者是專利語言，所建模型與模擬環境緊密結合，通用性差，沒有被廣泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工業標準的數/模硬件描述語言VHDL-AMS。VHDL-1076.1標準的出現為模擬電路和混合信號設計的高層綜合提供了基礎和可能。VHDL一AMS是VHDL語言的擴展，重點在模擬電路和混合信號的行為級描述，最終實現模擬信號和數?；旌闲盘柕慕Y構級描述、仿真和綜合125，28]。為實現高層次的混合信號模擬，采用的辦法是對現有數字HDL的擴展或創立新的語言，除VHDL.AMS以外，其它幾種模擬及數/模混合信號硬件描述語言的標準還有MHDL和Verilog-AMS。
2.2 物理版圖綜合
高層綜合之后進入物理版圖綜合階段。物理綜合的任務是從具有器件尺寸的電路原理圖得到與工藝條件有關和設計規則正確的物理版圖。由于模擬電路的功能和性能指標強烈地依賴于電路中每一個元件參數，版圖寄生參數的存在將使元件參數偏離其設計值，從而影響電路的性能。需要考慮電路的二次效應對電路性能的影響，對版圖進行評估以保證寄生參數、器件失配效應和信號間的禍合效應對電路特性能影響在允許的范圍內。基于優化的物理版圖綜合在系統實現時采用代價函數表示設計知識和各種約束條件，對制造成本和合格率進行評估，使用模擬退火法來獲取最佳的物理版圖?；谝巹t的物理版圖綜合系統將模擬電路設計專家的設計經驗抽象為一組規則，并用這些規則來指導版圖的布線布局。在集成電路物理綜合過程中，在保證電路性能的前提下，盡量降低芯片面積和功耗是必要的。同時應當在電路級綜合進行拓撲選擇和優化器件尺寸階段對電路中各器件之間的匹配關系應用明確的要求，以此在一定的拓撲約束條件下來指導模擬集成電路的版圖綜合。
模擬電路設計被認為是一項知識面廣，需多階段和重復多次設計，常常要求較長時間，而且設計要運用很多的技術。在模擬電路自動綜合設計中，從行為描述到最終的版圖過程中，還需要用專門的CAD工具從電路版圖的幾何描述中提取電路信息過程。除電路的固有器件外，提取還包括由版圖和芯片上互相連接所造成的寄生參數和電阻。附加的寄生成分將導致電路特性惡化，通常會帶來不期望的狀態轉變，導致工作頻率范圍的縮減和速度性能的降低。因此投片制造前必須經過電路性能驗證，即后模擬階段，以保證電路的設計符合用戶的性能要求。正式投片前還要進行測試和SPICE模擬，確定最終的設計是否滿足用戶期望的性能要求。高層綜合和物理綜合從不同角度闡述了模擬集成電路綜合的設計任務。電路的拓撲選擇和幾何尺寸可以看成電路的產生方面，物理版圖綜合得到模擬集成電路的電路版圖，可以認為電路的幾何設計方面。
參考文獻
集成電路設計與仿真范文3
（電子科技大學成都學院微電子系，四川 成都 611731）
【摘 要】闡釋了一種實例教學法，旨在幫助學生有效的理解模擬集成電路設計，激發學習興趣，掌握就業技能。類似的教學思路可以借鑒到各個工程學科的學習、工程師的培養中去。
關鍵詞 模擬集成電路設計；實例教學法；仿真；帶隙基準源
To explore the teaching of integrated circuit design simulation
Overview of instance——project method
LIAO Wu-yang
（Department of microelectronics， Chengdu College of， University of Electronic science and Technology of China Chengdu Sichuan 611731， China）
【Abstract】This paper illustrates a case teaching method， which aims to help students to effectively understand the design of analog integrated circuit， to stimulate interest in learning， learn job skills. Similar teaching ideas can be reference to the cultivation of various engineering disciplines， engineers to learn.
【Key words】Analog integrated circuit design；Teaching method；Simulation；Bandgap reference
0 引言
模擬集成電路設計常常被稱為一種“藝術”，因為設計時要在各種指標、規范中間尋求適當的折中，這需要經驗和創造力。但它更是一種“科學”，因為需要一定的設計方法和深入研究來指導這樣的折中和創造。
這種“藝術”和“科學”的結合使教與學都充滿了挑戰。一方面，學生由于缺乏對模擬IC設計整體上的認識而覺得公式推導言之無味；另一方面，由于其藝術性，很難總結出具有普遍適應性的設計步驟，使學生感到迷茫困惑。
怎樣達到更好的教學效果？理論與實踐需要更緊密的結合！具體說來，筆者主張以“實例項目”為支撐的三個層次的學習。類似的教學思路可以借鑒到各個工程學科的學習、工程師的培養中去。
1 三層次的工程學習
第一階段，理論課學習和基本仿真實踐相結合。二者應該同步進行！在理論課中講授了一個基本的電路模塊之后，應及時針對該模塊的常見特性動手實驗（用Hspice等工具仿真），以實驗結果來解釋、應對書上的常用公式和結論！這時的實驗以演示性實驗、誘導性實驗為主，目的是基本方法和重點結論的掌握。不把軟件本身的使用作為孤立的學習內容，而是講練結合，讓仿真工具成為重要的學習工具。
第二階段，在學習了理論知識和仿真工具的基礎上，成立學習興趣小組，完成接近實際情況、但是經過一定簡化的工程項目，“實例項目”。這時的目標是把項目的全貌展現給學生，讓學生學習到做項目的思路、方法和態度，激發對工程的興趣?？梢阅M以下工作環節：性能指標的討論、確定；所用工藝的熟悉和選擇；電路拓撲結構的分析和選擇；電路各項指標的仿真；仿真報告的撰寫；項目分析和總結。在整個過程中有兩點值得強調：一是團隊交流與合作。比如對于討論、確定某項指標，學生先查找資料，提煉出自己的邏輯和結論，再“教”給其他團隊成員。教別人是最好的學習！這對學生表達能力、學習能力會有很好幫助。二是數據的記錄和報告的撰寫。這是對學生的技術文檔編輯能力（包括文檔編輯軟件、繪圖軟件的應用能力），分析總結能力的良好鍛煉。這些基本能力的培養不僅使學生在模擬集成電路設計這一工程方向上受益，也提高了學生總體的工程人才素質，為更廣闊的發展道路打下基礎。
“實例項目”應該給出適度的引導和參照。因為學生是初學者，學習是從模仿開始的！讓學生做能力以外的事情而不給予引導，不僅會事倍功半，挫傷學習動力，也不符合科學的、講究效率的工程精神。當然引導是適度的，不能包攬。
第三階段，選取對于這個工作方向有濃烈興趣的優秀學生，嘗試做一些具有實用性、創新性的項目。具備相關條件的情況下，可以和企業合作，做出實際的產品，讓學生的勞動與智慧能夠真正開花結果。
以上總述了以實例項目為支撐的工程學習的三個階段，可在思路上為廣大工程相關的老師同學們提供參考。各個階段具體的的設計與實施，需要不同細分行業的老師同學根據自己的特點來進行。在本文的續篇“模擬集成電路設計教學探討（二）”中，會以模擬集成電路設計中低壓帶隙基準源為例，闡述一個具體的“實例項目”（即上文中的第二階段）。歡迎廣大讀者閱讀交流。
2 結束語
模擬電路設計像很多工程學科一樣，許多方法、結論需要反復實踐才能掌握?！敖o學生一些事情去做，而不是給他們一些東西去學。”應該成為工程師培養的核心思想。本文描述了一個“實例項目”為支撐的工程學習教學思路，以供廣大教育、培訓人士參考。希望更多的學生能夠有良好的實踐平臺，了解相關工作方向和工作方法，獲得所需的工程素質。
參考文獻
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集成電路設計與仿真范文4
【關鍵詞】集成電路版圖；CD4011B；CMOS工藝
1.引言
集成電路產業是最能體現知識經濟特征的高技術產業[1]。以集成電路為主要技術的微電子產業的高度發展促進了現代社會的電子化、信息化、自動化，并引起了人們社會生活的巨大變革。集成電路布圖設計（以下簡稱版圖設計）在集成電路設計中占有十分重要的作用。版圖設計是指集成電路中至少有一個是有源元件的兩個以上元件和部分或者全部互連線路的三維配置，或者為制造集成電路而準備的上述三維配置[2]。集成電路芯片流片成本高，必須保證較高的成品率，版圖設計人員應具有扎實理論基礎和豐富的實踐經驗。典型芯片是經過實踐檢驗性能優越，所以，通過研究已有的典型芯片版圖是提高設計能力的有效途徑。
版圖設計是在一定的工藝條件基礎上根據芯片的功能要求而設計的。目前，集成電路的主要工藝有三種，分別是雙極工藝、CMOS工藝和BICMOS工藝[3][4]。其中CMOS工藝芯片由于功耗低、集成度高等特點而應用最廣泛，所以，研究CMOS工藝芯片版圖具有更重要的意義。
本文對CD4011B芯片進行了逆向解析，通過研究掌握了該芯片的設計思想和單元器件結構，對于提高CMOS集成電路設計水平是十分有益的。
2.芯片分層拍照
3.單元結構
4.電路圖和仿真
5.結論
本文采用化學方法對CD4011B芯片進行了分層拍照，提取了電路圖，仿真驗證正確。從芯片的版圖分析，該芯片采用NMOS場效應晶體管、PMOS場效應晶體管、PN結二極管和基區電阻等器件單元，四個與非門版圖一致且對稱布局。該芯片采用典型的CMOS工藝，為了節省面積采用叉指場效應晶體管，輸入和輸出端采用防靜電保護結構。電路為典型的CMOS與非門電路。該芯片的版圖布局體現了設計的合理性和科學性。
參考文獻
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作者簡介：
王?。?965—），男，遼寧沈陽人，碩士，沈陽化工大學信息工程學院副教授，研究方向：微機電系統設計。
集成電路設計與仿真范文5
關鍵詞：電子科學與技術；實驗教學體系；微電子人才
作者簡介：周遠明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，副教授。（湖北 武漢 430068）
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此人才培養必須堅持“理論聯系實際”的原則。專業實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要教學環節，對于學生綜合素質的培養具有不可替代的作用，是高等學校培養人才這一系統工程中的一個重要環節。[1，2]
一、學科背景及問題分析
1.學科背景
21世紀被稱為信息時代，信息科學的基礎是微電子技術，它屬于教育部本科專業目錄中的一級學科“電子科學與技術”。微電子技術一般是指以集成電路技術為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現電子系統功能的新型技術學科，主要涉及研究集成電路的設計、制造、封裝相關的技術與工藝。[3]由于實現信息化的網絡、計算機和各種電子設備的基礎是集成電路，因此微電子技術是電子信息技術的核心技術和戰略性技術，是信息社會的基石。此外，從地方發展來看，武漢東湖高新區正在全力推進國家光電子信息產業基地建設，形成了以光通信、移動通信為主導，激光、光電顯示、光伏及半導體照明、集成電路等競相發展的產業格局，電子信息產業在湖北省經濟建設中的地位日益突出，而區域經濟發展對人才的素質也提出了更高的要求。
湖北工業大學電子科學與技術專業成立于2007年，完全適應國家、地區經濟和產業發展過程中對人才的需求，建設專業方向為微電子技術，畢業生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統（激光器、太能電池、發光二極管等）的設計、制造、封裝、測試以及相應的新產品、新技術、新工藝的研究與開發等相關工作。電子科學與技術專業自成立以來，始終堅持以微電子產業的人才需求為牽引，遵循微電子科學的內在客觀規律和發展脈絡，堅持理論教學與實驗教學緊密結合，致力于培養基礎扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質高的微電子專門人才，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
2.存在的問題與影響分析
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此培養創新型和實用型人才必須堅持“理論聯系實際”的原則。要想培養合格的應用型人才，就必須建設配套的實驗教學平臺。然而目前人才培養有“產學研”脫節的趨勢，學生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業實驗教學體系是電子科學與技術專業可持續發展的客觀前提。
二、建設思路
電子科學與技術專業實驗教學體系包括基礎課程實驗平臺和專業課程實驗平臺?；A課程實驗平臺主要包括大學物理實驗、電子實驗和計算機類實驗；專業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、寬口徑、重應用、強創新”的微電子人才培養理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎（包括基礎物理、固體物理、器件物理、集成電路設計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統知識（包括計算機、通信、信息處理等基礎知識），同時還要具備較強的實踐創新能力。因此微電子實驗教學環節強調基礎理論與實踐能力的緊密結合，同時兼顧本學科實踐能力與創新能力的協同訓練，將培養具有創新能力和競爭力的高素質人才作為實驗教學改革的目標。
第二，構建科學合理的微電子實驗教學體系，將“物理實驗”、“計算機類實驗”、“專業基礎實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導體器件課程設計”、“集成電路課程設計”、“微電子專業實驗”、“集成電路專業實驗”、“生產實習”和“畢業設計”等實驗實踐環節緊密結合，相互貫通，有機銜接，搭建以提高實踐應用能力和創新能力為主體的“基本實驗技能訓練實踐應用能力訓練創新能力訓練”實踐教學體系。
第三，兼顧半導體工藝與集成電路設計對人才的不同要求。半導體的產業鏈涉及到設計、材料、工藝、封裝、測試等不同領域，各個領域對人才的要求既有共性，也有個性。為了擴展大學生知識和技能的適應范圍，實驗教學必須涵蓋微電子技術的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設計和半導體工藝兩個領域。
第四，實驗教學與科學研究緊密結合，推動實驗教學的內容和形式與國內外科技同步發展。倡導教學與科研協調發展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學內容之中，以此提升實驗教學質量。
三、建設內容
微電子是現代電子信息產業的基石，是我國高新技術發展的重中之重，但我國微電子技術人才緊缺，尤其是集成電路相關人才嚴重不足，培養高質量的微電子技術人才是我國現代化建設的迫切需要。微電子學科實踐性強，培養的人才需要具備相關的測試分析技能和半導體器件、集成電路的設計、制造等綜合性的實踐能力及創新意識。
電子科學與技術專業將利用經費支持建設一個微電子實驗教學中心，具體包括四個教學實驗室：半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室、集成電路設計實驗室、科技創新實踐實驗室。使學生具備半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析、微電子器件、光電器件參數測試與應用、集成電路設計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設計能力，鞏固和強化現代微電子技術和集成電路設計相關知識，提升學生在微電子技術領域的競爭力，培養學生具備半導體材料、器件、集成電路等基本物理與電學屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務的本科專業為“電子科學與技術”，同時可以承擔“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機科學與技術”、“電子信息科學與技術”、“材料科學與工程”、“光信息科學與技術”等10余個本科專業的部分實踐教學任務。
（1）半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室側重于半導體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論的理解，掌握相關的測試方法與技能，包括半導體材料層錯位錯觀測、半導體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數據處理、半導體材料的霍爾效應測試、半導體少數載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結顯示與結深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、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測試與應用實驗室側重于半導體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數等的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論、器件參數與性能、工藝等的理解，掌握相關的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數、MOS場效應管參數的測量、晶體管參數的測量、集成運算放大器參數的測試、晶體管特征頻率的測量、半導體器件實驗、光伏效應實驗、光電導實驗、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、半導體激光器實驗、電光調制實驗、聲光調制實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時、課程設計、創新實踐、畢業設計等。
（3）集成電路設計實驗室側重于培養學生初步掌握集成電路設計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設計軟件的使用方法、設計流程等，并通過半導體器件、模擬集成電路、數字集成電路的仿真、驗證和版圖設計等實踐過程具備集成電路設計的能力，目的是培養學生半導體器件、集成電路的設計能力。以美國Cadence公司專業集成電路設計軟件為載體，完成集成電路的電路設計、版圖設計、工藝設計等訓練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設計類課程和理論課程的上機實踐等。
（4）科技創新實踐實驗室則向學生提供發揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現自由命題或進行科研的軟硬件條件，充分發揮他們的想象力，目的是培養學生的創新意識與能力，包括LED封裝、測試與設計應用實訓和光電技術創新實訓。要求學生自己動手完成所設計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標要求的器件或電路。目的是對學生進行理論聯系實際的系統訓練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導體器件與集成電路的設計方法和對工藝技術及流程的認知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創新實踐環節、生產實踐、畢業設計、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術活動等。
四、總結
本實驗室以我國微電子科學與技術的人才需求為指引，遵循微電子科學的發展規律，通過實驗教學來促進理論聯系實際，培養學生的科學思維和創新意識，系統了解與掌握半導體材料、器件、集成電路的測試分析和半導體器件、集成電路的設計、工藝技術等技能，最終實現培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質高、適應范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
參考文獻：
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集成電路設計與仿真范文6
關鍵詞： 微電子學專業微電子技術課程教學改革
在當今的信息時代，微電子學的應用已經深入國民經濟的各個領域。微電子技術的發展需要大量的多種多樣的人才，既需要設計和制造的人才，又需要科研和教學的人才，也需要管理和市場開發等方面的人才。因此，微電子學專業與其他專業一樣要培養高素質的專門人才，在業務素質方面，要培養出既具有扎實的理論基礎又具有很強的技術意識和技術能力的人才，培養出具有微電子背景的理工科復合型專業人才，以適應現代化建設和社會發展的需求。
一、課程現狀
由于受傳統辦學模式的影響很深，學生的學習能力、適應環境的能力還不強。
1.課程設置和教學內容在一定程度上脫離實際需要。許多課程的內容和實施計劃與其他本科專業有相當的雷同，這對基礎相對薄弱的學校學生來說可謂是難上加難，導致掌握的基礎知識不堅實。
2.工程教育的非工程化現象嚴重，學生能力的培養與當前電子技術實際需要的技能結合不緊密；教學內容重復，層次不分明，銜接不科學，注重每門課程理論體系的完整性，但輕視課程之間的橫向聯系。
3.重視教材的編寫，輕視專業建設和課程的開發。
4.授課方式單一，重視教師的主導作用，輕視學生學習的主動性、自主性，實施“以講為主”的教學方法仍然偏重，不利于學生能力的培養。
5.實踐性教學環節薄弱，許多學校對許多課程的教學實施手段與要求相距甚遠。
二、教學內容的改革
1.微電子學專業的學生必須掌握電子線路的基本概念理論和方法，必須系統地學習電路分析基礎、模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎等電子線路的基礎知識。但是這些基礎課程與微電子專業課程的內容有許多重復之處，比如：《電子線路》教材中的內容與微電子學專業的《集成電路設計原理》等課程中的內容有許多重復。為了避免重復，需要有合理的開課時間安排，如《電子線路》課程應安排在《集成電路設計原理》之前，這樣有利于合并課程中相互重疊的部分，既節約課時，又保證學生的系統學習。隨著大規模集成電路和電子計算機的迅速發展，電子電路分析與設計方法發生了重大的變革，以電子計算機輔助分析與設計為基礎的電子設計自動化技術已廣泛應用于電子電路、集成電路與系統的設計之中，它改變了以定量估算和電路實驗為基礎的傳統設計方法，成為現代電子系統設計中的關鍵技術之一，是必不可少的工具與手段。因此，微電子技術專業課程內容應該增加計算機輔助分析與設計，可以與集成電路課程緊密結合起來，以適應教學改革的需要。
2.加強計算機的訓練與應用，EDA設計技術是微電子技術的重要技術之一，集成電路的整個設計過程都普遍使用計算機輔助或電子自動化設計技術的工具，以計算機為基礎，因此培養的學生必須具有很強的計算機應用和電路開發能力。學生在本科四年學習過程中要結合不同時期的學習內容，不斷地進行計算機訓練。不僅在硬件方面，而且在軟件方面，都要進行嚴格的訓練。在學習《計算機基礎》、《B語言》、《微機原理及應用》、《算法與數據結構》等計算機基礎課程期間，要結合上機訓練和編寫基本的程序，使學生熟悉計算機的基本原理和基本軟件的使用。同時，要不斷地更新和補充教學內容，把最新的技術內容引入教學中，對學生進行培養訓練。
三、教學方法的改革
工程性、系統性和適用性強是該課程的顯著特點。大部分學生在學完這門課程后，只是了解了一些專業術語，掌握了一些基本原理及方法，但理論知識運用不夠靈活，稍微復雜的電路圖就看不懂了，也不會分析和調試電路，更談不上設計和制作電路。長期以來，學生對這門課程的學習普遍感到比較吃力，甚至一些學生由于在學習該課程時產生了畏懼感，在以后的學習中凡是遇到跟模擬電路有關聯的課程都不自覺地帶有畏難情緒，從而影響了后續相關專業課程的學習，許多老師反映難教，教學效果比較差。所以必須對傳統的教學手段進行改進。
1.授課。學生注意力的高低，是評判教學成功與否的一個重要指標。微電子技術課程知識點多、內容抽象，學習過程中困難大。傳統的教學手段以板書和理論分析講授為主。這樣的教學過程，學生在學習時聽起來、看起來枯燥乏味，注意力常常不集中，對于該課程中很多抽象的概念難以理解，講課效率低下。而多媒體課件融圖、文、聲為一體，動靜結合，把看、聽、說、寫、想結合在一起，圖文并茂、視聽結合，富有吸引力，能引起學生的無意注意，使學生的注意力穩定集中，可以更好地增強聽課效果。教師交替使用幾種授課方法可有效引導學生將注意力集中到教學中來，從而保證教學質量。
2.開展課堂討論。把時間留給學生，充分調動學生的學習自主性在教學過程中，專門抽出時間留作課堂討論，以學生獨立自主學習為前提，以課外文獻閱讀為討論內容，通過科研專題討論的形式，為學生提供充分自由的表達、質疑、探究、討論問題的機會，將自己所學知識應用于解決實際問題。這樣可調動學生的積極性，促使他們自己去獲取知識以及發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，從而開發學生的智力，培養自學能力及創新能力。
3.實驗和仿真。在集成電路設計及CAD技術教學內容中加入實踐環節，在講授理論知識的基礎上增加VHDL模擬、電路模擬、器件模擬、工藝模擬的實驗教學內容，充分利用學校的EDA實驗資源，在實驗中利用可視化的技術使原本抽象、實驗難度大、成本高或無法演示的內容形象化、可視化，使復雜、枯燥的內容變得直觀、有趣、容易理解，從而充分調動學生的積極性，增強實驗效果，適時進行簡練清晰的解說，給學生留下深刻的印象，使學習變得輕松而愉快，提高學生的學習興趣，深化理論學習，為后續課程的學習和走上工作崗位打下堅實的基礎。在集成電路制造工藝講授過程中，盡可能地組織學生參觀各類先進的半導體制作工藝相關實驗室，提高學生對制作工藝的感性認識，培養學生以后從事微電子行業的興趣。
隨著計算機硬件的飛速進步和軟件技術的迅猛發展，虛擬仿真技術成為當前流行的新型教學手段。傳統的實驗教學手段，由于實驗室購置的設備和儀器，特別是微電子專業的實驗設備價格高昂、操作復雜、容易損傷，同學們很難得到上機鍛煉的機會。而使用基于虛擬仿真技術的教學方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結果直觀明了，既能培養學生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學習興趣，激發學生的創造性。虛擬仿真技術在微電子專業教學中的應用主要體現在兩個方面：一是在電路設計方面，基于電子設計自動化EDA技術實現對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導體工藝和器件的計算機輔助技術TCAD實現對微電子制造工藝和半導體器件結構及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實驗中通過軟件設計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學概念清晰，內容生動，過程可視，還能夠大幅節省實驗設備的購置和維護費用，經濟高效。
4.課程設計。課程設計可以培養學生綜合分析、實際動手能力，同時能夠培養學生獨立解決問題、探索創新能力及組織所學知識的能力，更為重要的是這些設計能增加學生學習的趣味性。教師要組織帶有研制產品意義的綜合性應用課題，指導學生小組做設計。學生可以事先對自己的設計方案進行仿真研究，然后實施，從而節省設計時間，節約體力和精力。課程設計應激發學生的科研興趣，活躍學生的思維，開闊學生的知識面，促進學生對所學知識的綜合運用，培養學生獨研究的能力，提升實驗教學的整體質量和水平。例如以研制有新技術指標要求的集成溫度傳感器為課題，讓學生首先利用計算機做電路綜合、模擬調整、仿真、版圖設計與驗證并制備出掩模版，然后投片到芯片測試，根據測試結果分析問題，必要時返回進行第二次、第三次設計和投片。這個階段要增加工藝制備實踐的環節，注意工藝技術的培養。當然，要在畢業設計的有限時間中成功地研制出一個新的微電子產品是不大可能的，但是，把這種有創新意義的課題讓學生去實踐，對培養學生的創新能力會起很大的作用。
四、結語
目前，我國人才供求結構中存在著嚴重的“所供非所求，所教非所需”的不對稱現象：一方面，我國對集成電路設計師的需求達幾十萬，人才缺口很大，另一方面，我國每年卻有大批的大學生畢業后找不到工作，造成巨大的就業壓力。要解決這一問題，高校教育要針對我國集成電路制造和設計人才缺乏的現狀探索新型的高水平、復合型的集成電路人才培養模式，面向市場，及時了解微電子產業的人才需求情況，根據市場需要，及時調整教學體系，確定人才培養方向，探索新的教學模式，有效提高教學質量，培養適合時展需要的人才。
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