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模擬集成電路原理與設計范文1
關鍵詞：模擬集成電路；自適應加權；多目標優化；Pareto最優前沿
中圖分類號：TM352 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-02
0 引 言
一直以來，人們都想實現模擬集成電路設計的自動化，但考慮到模擬集成電路性能指標多，各性能指標間互相影響等因素，使得模擬集成電路的自動化進程遠遠落后于數字集成電路，模擬集成電路已經成為制約集成電路發展的瓶頸。隨著技術的發展，片上系統將模擬集成電路與數字集成電路整合到一塊芯片上。但人們對模擬集成電路的自動化研究卻從未中斷過，同時也取得了一些成果，其中基于優化的設計方法因適用范圍廣而受到了人們的青睞。
基于優化的設計方法將模擬集成電路的設計看作是多目標優化問題，電路設計時的性能指標如增益、帶寬、相位裕度等就是多目標優化的目標函數。通過多目標優化算法求解出電路目標空間的Pareto前沿，該前沿就是電路各種性能指標折衷后的最優前沿，允許電路設計者從一組相互沖突的設計指標中做出最佳選擇。
基于優化的設計方法的核心是多目標優化算法，解決多目標優化問題的常用算法是加權和算法[1]，該算法容易理解、操作簡單，但是該算法不能求出Pareto前沿上位于凹區間內的解，而當權值均勻分布時，Pareto前沿上凸區間內的解分布不均勻[2]。本文采用了自適應加權和算法，該算法在加權和算法的基礎上改進而來，克服了加權和算法的上述缺點。
1 自適應加權和算法原理
自適應加權和算法[3]的權值系數沒有預先確定，而是通過所要求解問題的Pareto前沿曲線獲得。首先用傳統加權和算法產生一組起始解，然后在目標空間確定需要細化的區域。將待細化區域看作可行域并且對該區域施加不等式約束條件，最后用傳統加權和方法對這些需要細化的子區域進行優化。當Pareto前沿上的所有子區域長度達到預定值時，優化工作完成。
圖1所示的自適應加權算法與傳統加權和算法進行了對比，說明了自適應加權和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用實線表示，通過多目標優化算法獲得的解用黑圓點表示。在該例中，整個Pareto前沿由相對平坦的凸區域和明顯凹的區域組成。解決這類問題的典型方法就是加權和算法，該算法可以描述成如下形式：
上式中描述的是兩個優化目標的情形，J1（x）和J2（x）分別為兩個目標函數，sf1，0（x）和sf2，0（x）分別為對應的歸一化因子，h（x）和g（x）分別為等式約束條件和不等式約束條件。
圖1（a）為采用加權和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹區間內沒有求出解。該圖反映了加權和算法的兩個典型缺點：
（1）解在Pareto前沿曲線上分布不均勻；
（2）在Pareto前沿曲線為凹區間的部分不能求出解。
因此盡管加權和算法具有簡單、易操作的優點，但上述缺點卻限制了其應用，這些固有缺陷在實際多目標優化設計問題中頻繁出現。圖1描述了本文所提出的自適應加權和算法的總體流程以及基本概念。首先根據加權和算法得到一組起始解，如圖1（a）所示，通過計算目標前沿空間上相鄰解的距離來確定需要進行細化的區域，如圖1（b）所示，該圖中確定了兩個需要進行細化的區域。在確定需要進行細化的區域分別在平行于兩個目標方向上添加額外的約束，如圖1（c）所示，在該圖中向減小方向J1添加的約束為1，J2減小方向添加的約束為2。對細化后添加完約束的區域用加權和算法優化，得出新解，如圖1（d）所示，其中加權和算法求解最優解時采用Matlab中的fmincon函數。從該圖中可看出，細化區域內產生了新解，Pareto前沿上解的分布較之前更加均勻，且求出了凹區域內的解，繼續細化能夠找出更多的解，Pareto前沿上的解也將分布地更加均勻。自適應加權和算法的流程圖如圖2所示。
2 兩級運放設計實例
以一個帶米勒補償的兩級運放[4]為例，說明自適應加權和算法的多目標優化設計。兩級運放電路圖如圖3所示。
電路的各項性能指標如表1所列。
電路優化過程中采用工作點驅動[5，6]的設計方法，電路的設計變量為電路直流工作點上一組獨立的電壓、電流。電路性能通過方程獲得，但方程中的小信號參數通過對工藝庫進行模糊邏輯建模[7，8]得到，使得計算速度提高的同時保證了計算精度。兩級運放電路的優化結果如圖4所示。
圖為算法迭代五代后的優化結果，由圖可以發現，經過五代的優化迭代，求出的最優解在Pareto前沿上分布均勻。在同一電路中，單位增益帶寬的增加與擺率的增加都會使功耗增加，而電路功耗降低導致的結果是電路的面積增加，或通過犧牲面積來換取低功耗，犧牲面積換取電路的帶寬增加。這些結果與電路理論相吻合，同時也再次說明了模擬電路設計過程中的折衷以及模擬集成電路設計的復雜性。
3 結 語
自適應加權和算法能求出位于凹區間內的最優解，并且最優解分布均勻。本文通過兩級運放電路驗證了算法的優化效果，最終得到了滿意的優化結果。
參考文獻
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模擬集成電路原理與設計范文2
關鍵詞：集成電路設計；本科教學；改革探索
作者簡介：殷樹娟（1981-），女，江蘇宿遷人，北京信息科技大學物理與電子科學系，講師；齊臣杰（1958-），男，河南扶溝人，北京信息科技大學物理與電子科學系，教授。（北京 100192）
基金項目：本文系北京市教委科技發展計劃面上項目（項目編號：KM201110772018）、北京信息科技大學教改項目（項目編號：2010JG40）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）04-0064-02
1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路的時代。在近50年的時間里，集成電路已經廣泛應用于工業、軍事、通訊和遙控等各個領域。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長和可靠性高等優點，同時成本也相對低廉，便于進行大規模生產。自改革開放以來，我國集成電路發展迅猛，21世紀第1個10年，我國集成電路產量的年均增長率超過25%，集成電路銷售額的年均增長率則達到23%。我國集成電路產業規模已經由2001年不足世界集成電路產業總規模的2%提高到2010年的近9%。我國成為過去10年世界集成電路產業發展最快的地區之一。伴隨著國內集成電路的發展，對集成電路設計相關人員的需求也日益增加，正是在這種壓力驅動下，政府從“十五”計劃開始大力發展我國的集成電路設計產業。
在20世紀末21世紀初，國內集成電路設計相關課程都是在研究生階段開設，本科階段很少涉及。不僅是因為其難度相對本科生較難接受，而且集成電路設計人員的需求在我國還未進入爆發期。我國的集成電路發展總體滯后國外先進國家的發展水平。進入21世紀后，我國的集成電路發展迅速，集成電路設計需求劇增。[1]為了適應社會發展的需要，同時也為更好地推進我國集成電路設計的發展，國家開始加大力度推廣集成電路設計相關課程的本科教學工作。經過十年多的發展，集成電路設計的本科教學取得了較大的成果，較好地推進了集成電路設計行業的發展，但凸顯出的問題也日益明顯。本文將以已有的集成電路設計本科教學經驗為基礎，結合對相關院校集成電路設計本科教學的調研，詳細分析集成電路設計的本科教學現狀，并以此為基礎探索集成電路設計本科教學的改革。
一、集成電路設計本科教學存在的主要問題
在政府的大力扶持下，自“十五”計劃開始，國內的集成電路設計本科教學開始走向正軌。從最初的少數幾個重點高校到后來眾多相關院校紛紛設置了集成電路設計本科專業并開設了相關的教學內容。近幾年本科學歷的集成電路設計人員數量逐漸增加，經歷本科教學后的本科生無論是選擇就業還是選擇繼續深造，都對國內集成電路設計人員緊缺的現狀起到了一定的緩解作用。但從企業和相關院校的反饋來看，目前國內集成電路設計方向的本科教學仍然存在很多問題，教學質量有待進一步提高，教學手段需做相應調整，教學內容應更多地適應現階段產業界發展需求。其主要存在以下幾方面問題。
首先，課程設置及課程內容不合理，導致學生學習熱情降低?，F階段，對于集成電路設計，國內的多數院校在本科階段主要開設有如下課程：“固體物理”、“晶體管理”、“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”（各校命名方式可能有所不同）等。固體物理和晶體管原理是方向基礎課程，理論性較強，公式推導較多，同時對學生的數學基礎要求比較高。一方面，復雜的理論分析和繁瑣的公式推導嚴重降低了本科生的學習興趣，尤其是對于很多總體水平相對較差的學生。而另外一方面，較強的數學基礎要求又進一步打擊學生的學習積極性。另外，還有一些高等院校在設置課程教學時間上也存在很多問題。例如：有些高等院校將“固體物理”課程和“半導體器件物理”課程放在同一個學期進行教學，對于學生來說，沒有固體物理的基礎就直接進入“晶體管原理”課程的學習會讓學生很長一段時間都難以進入狀態，將極大打擊學生的學習興趣，從而直接導致學生厭學甚至放棄相關方向的學習。而這兩門課是集成電路設計的專業基礎課，集成電路設計的重點課程“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程的學習需要這兩門課的相關知識作為基礎，如果前面的基礎沒有打好，很難想象學生如何進行后續相關專業知識的的學習，從而直接導致學業的荒廢。
其次，學生實驗教學量較少，學生動手能力差。隨著IC產業的發展，集成電路設計技術中電子設計自動化（Electronic design automatic，EDA）無論是在工業界還是學術界都已經成為必備的基礎手段，一系列的設計方法學的研究成果在其中得以體現并在產品設計過程中發揮作用。因此，作為集成電路設計方向的本科生，無論是選擇就業還是選擇繼續深造，熟悉并掌握一些常用的集成電路設計EDA工具是必備的本領，也是促進工作和學習的重要方式。為了推進EDA工具的使用，很多EDA公司有專門的大學計劃，高校購買相關軟件的價格相對便宜得多。國家在推進IC產業發展方面也投入了大量的資金，現在也有很多高等院校已經具備購買相關集成電路設計軟件的條件，但學生的實際使用情況卻喜憂參半。有些高校在培養學生動手能力方面確實下足功夫，學生有公用機房可以自由上機，只要有興趣學生可以利用課余時間摸索各種EDA軟件的使用，這對他們以后的工作和學習奠定了很好的基礎。但仍然還有很多高校難以實現軟件使用的最大化，購買的軟件主要供學生實驗課上使用，平時學生很少使用，實驗課上學到的一點知識大都是教師填鴨式灌輸進去的，學生沒有經過自己的摸索，畢業后實驗課上學到的知識已經忘得差不多了，在后續的工作或學習中再用到相關工具時還得從頭再來學習。動手能力差在學生擇業時成為一個很大的不足。[2]
再者，理工分科紊亂，屬性不一致。集成電路設計方向從專業內容及專業性質上分應該屬于工科性質，但很多高校在專業劃分時卻將該專業劃歸理科專業。這就使得很多學生在就業時遇到問題。很多招聘單位一看是理科就片面認為是偏理論的內容，從而讓很多學生錯失了進一步就業的好機會。而這樣的結果直接導致后面報考該專業的學生越來越少，最后只能靠調劑維持正常教學。其實，很多高校即使是理科性質的集成電路設計方向學習的課程和內容，與工科性質的集成電路設計方向是基本一致的，只是定位屬性不一致，結果卻大相徑庭。
二、改革措施
鑒于目前國內集成電路設計方向的本科教學現狀，可以從以下幾個方面改進，從而更好地推進集成電路設計的本科教學。
1.增加實驗教學量
現階段的集成電路本科教學中實驗教學量太少，以“模擬集成電路設計”課程為例，多媒體教學量40個學時但實驗教學僅8個學時。相對于40個學時的理論學習內容，8個學時的實驗教學遠遠不能滿足學生學以致用或將理論融入實踐的需求。40個學時的理論課囊括了單級預算放大器、全差分運算放大器、多級級聯運算放大器、基準電壓源電流源電路、開關電路等多種電路結構，而8個學時的實驗課除去1至2學時的工具學習，留給學生電路設計的課時量太少。
在本科階段就教會學生使用各種常用EDA軟件，對于增加學生的就業及繼續深造機會是非常必要的。一方面，現在社會的競爭是非常激烈的，很少有單位愿意招收入職后還要花比較長的時間專門充電的新員工，能夠一入職就工作那是最好不過的。另一方面，實驗對于學生來說比純理論的學習更容易接受，而且實驗過程除了可以增加學生的動手操作能力，同樣會深化學生對已有理論知識的理解。因此，在實踐教學工作中，增加本科教學的實驗教學量可以有效促進教學和增進學生學習興趣。
2.降低理論課難度尤其是復雜的公式推導
“教師的任務是授之以漁，而不是授之以魚”，這句話對于集成電路設計專業老師來說恰如其分。對于相同的電路結構，任何一個電路參數的變化都可能會導致電路性能發生翻天覆地的變化。在國際國內，每年都會有數百個新電路結構專利產生，而這些電路的設計人員多是研究生或以上學歷人員，幾乎沒有一個新的電路結構是由本科生提出的。
對于本科生來說，他們只是剛剛涉足集成電路設計產業，學習的內容是最基礎的集成電路相關理論知識、電路結構及特點。在創新方面對他們沒有過多的要求，因此他們不需要非常深刻地理解電路的各種公式尤其是復雜的公式及公式推導，其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。例如，對于集成電路設計專業的本科必修課程――“固體物理”和“晶體管原理”，冗長的公式及繁瑣的推導極大地削弱了學生的學習興趣，同時對于專業知識的理解也沒有太多的益處。[3]另外，從專業需要方面出發，對于集成電路設計者來說更多的是需要學生掌握各種半導體器件的基本工作原理及特性，而并非是具體的公式。因此，減少理論教學中繁瑣的公式推導，轉而側重于基本原理及特性的物理意義的介紹，對于學生來說更加容易接受，也有益于之后“模擬集成電路”、“數字集成電路”的教學。
3.增加就業相關基礎知識含量
從集成電路設計專業進入本科教學后的近十年間本科生就業情況看，集成電路設計專業的本科生畢業后直接從事集成電路設計方向相關工作的非常少，多數選擇繼續深造或改行另謀生路。這方面的原因除了因為本科生在基本知識儲備方面還不能達到集成電路設計人員的要求外，更主要的原因是隨著國家對集成電路的大力扶持，現在開設集成電路設計相關專業的高等院校越來越多，很多都是具有研究生辦學能力的高校，也就是說有更多的更高層次的集成電路設計人才在競爭相對原本就不是很多的集成電路設計崗位。
另外一方面，集成電路的版圖、集成電路的工藝以及集成電路的測試等方面也都是與集成電路設計相關的工作，而且這些崗位相對于集成電路設計崗位來說對電路設計知識的要求要低很多。而從事集成電路版圖、集成電路工藝或集成電路測試相關工作若干年的知識積累將極大地有利于其由相關崗位跳槽至集成電路設計的相關崗位。因此，從長期的發展目標考慮，集成電路設計專業本科畢業生從事版圖、工藝、測試相關方向的工作可能更有競爭力，也更為符合本科生知識儲備及長期發展的需求。這就對集成電路設計的本科教學內容提出了更多的要求。為了能更好地貼近學生就業，在集成電路設計的本科教學內容方面，教師應該更多地側重于基本的電路版圖知識、硅片工藝流程、芯片測試等相關內容的教學。
三、結論
集成電路產業是我國的新興戰略性產業，是國民經濟和社會信息化的重要基礎。大力推進集成電路產業的發展，必須強化集成電路設計在國內的本科教學質量和水平，而國內的集成電路設計本科教學還處在孕育發展的嶄新階段，它是適應現代IC產業發展及本科就業形勢的，但目前還存在很多問題亟待解決。本文從已有的教學經驗及調研情況做了一些分析，但這遠沒有涉及集成電路設計專業本科教學的方方面面。不過，可以預測，在國家大力扶持下，在相關教師及學生的共同努力下，我國的集成電路設計本科教學定會逐步走向成熟，更加完善。
參考文獻：
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模擬集成電路原理與設計范文3
關鍵詞 半導體器件 半導體物理 教學思考
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）02-0058-02
隨著半導體技術的發展，微電子技術已滲透到滲透到國民經濟的各個領域?！栋雽w器件物理》是微電子技術的理論基礎，是理解半導體器件內部工作原理的課程，是分析器件物理結構、材料參數與器件電學性質之間的聯系，其提供了半導體物理與電子電路設計間的物理邏輯與數學聯系，是基于CMOS工藝設計集成電路的必備知識。因而，在教學過程中，如何將物理圖像、數學模型與電子電路設計間的關系講解清楚，讓學生從物理和集成電路設計的角度深層次理解半導體器件成為授課關鍵。
一、教學內容與預期
《半導體器件物理》是微電子科學與工程專業的重要專業基礎課程，是在半導體物理課程基礎上繼續開展器件物理的分析、建模和應用，具有物理理論抽象、概念細節多、半導體物理與電路等學科知識相交叉等特點，學生學習較為困難?；诖耍菊n程授課以施敏先生著的《半導體器件物理》為主要教材，依據教學大綱和學生未來的工作實踐，對《半導體器件物理》課程教學內容進行了調整、充實和刪減。具體來說《半導體器件物理》教學內容可分為以下幾部分：1）介紹半導體材料、PN結、半導體表面的特性等，2）講解雙極型、MOS型晶體管的結構和工作原理，3）分析幾種有重要應用的半導體器件，如功率MOSFET、IGBT和光電器件等。[1，2]期望學生接受教學后的預期能力：1）能夠深入理解半導體器件關鍵物理概念和能帶理論；2）能夠將半導體物理與半導體PN結的行為結合起來理解分析；3）能夠以半導體PN結為基礎理解幾種不同的半導體器件；4）能夠理解和提出新型半導體器件設計中的關鍵物理和電學問題。
二、教學方法及學生能力目標
本課程以課堂授課為主，同時引入小組和班級討論、課后建模實踐等互動教學方法，培養學生構建器件物理圖像、建模和與電子電路設計綜合聯系的能力，獨立發現、分析、解決器件問題的能力。同時基于《半導體器件物理》課程的特點，在教學手段上采用板書公式推導與多媒體器件模型演示為主，網絡教學資源為輔，同時邀請集成電路產業半導體器件資深專家講座等形式，提高學生掌握知識和設計實踐的能力，提高教學質量。讓學生漸進達到如下能力：（1）知道基本概念，（2）從理論上理解和解釋，（3）能夠根據器件理論做出計算、模擬和實際的器件應用，（4）對器件進行綜合、設計、分析；（5）對器件能夠從物理和電學的角度做出專業評價。
三、學生學習效果評價方式
為了客觀評價每個學生的實際學習效果和激勵學習興趣，改革評價方式是十分必要的。在期末閉卷考試基礎上，對成績評價方式作如下新探索：增加平時成績比例，每個月進行一次小測試，針對幾個集成電路廣泛應用的建模理論和半導體器件，要求學生從半導體物理的角度作出獨立的分析報告，可以在課后查閱文獻資料，并在后續課堂上進行交流討論，增強學生獨立思考與實踐動手能力，培養學生深度器件分析能力。
課堂教學改革需要教師不斷思考、總結與創新，即要傳授知識，又要與學生互動反饋，讓學生更深刻迅速的理解專業知識，并能靈活的實踐運用。
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模擬集成電路原理與設計范文4
集成電路(IntegratedCircuit)產業是典型的知識密集型、技術密集型、資本密集和人才密集型的高科技產業，是關系國民經濟和社會發展全局的基礎性、先導性和戰略性產業，是新一代信息技術產業發展的核心和關鍵，對其他產業的發展具有巨大的支撐作用。經過30多年的發展，我國集成電路產業已初步形成了設計、芯片制造和封測三業并舉的發展格局，產業鏈基本形成。但與國際先進水平相比，我國集成電路產業還存在發展基礎較為薄弱、企業科技創新和自我發展能力不強、應用開發水平急待提高、產業鏈有待完善等問題。在集成電路產業中，集成電路設計是整個產業的龍頭和靈魂。而我國集成電路設計產業的發展遠滯后于計算機與通信產業，集成電路設計人才嚴重匱乏，已成為制約行業發展的瓶頸。因此，培養大量高水平的集成電路設計人才，是當前集成電路產業發展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關專業改革和發展的機遇和挑戰。[1_4]
一、集成電路版圖設計軟件平臺
為了滿足新形勢下集成電路人才培養和科學研究的需要，合肥工業大學(以下簡稱"我?！睆?005年起借助于大學計劃。我校相繼開設了與集成電路設計密切相關的本科課程，如集成電路設計基礎、模擬集成電路設計、集成電路版圖設計與驗證、超大規模集成電路設計 、 ASIC設計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進行了修訂，注意相關課程之間相互銜接，關鍵內容不遺漏，突出集成電路設計能力的培養，通過對課程內容的精選、重組和充實，結合實驗教學環節的開展，構成了系統的集成電路設計教學過程。56]
集成電路設計從實現方法上可以分為三種：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可編程器件設計。全定制集成電路設計，特別是其后端的版圖設計,涵蓋了微電子學、電路理論、計算機圖形學等諸多學科的基礎理論，這是微電子學專業的辦學重要特色和人才培養重點方向，目的是給本科專業學生打下堅實的設計理論基礎。
在集成電路版圖設計的教學中，采用的是中電華大電子設計公司設計開發的九天EDA軟件系統(ZeniEDASystem),這是中國唯1的具有自主知識產權的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統兼容，支持百萬門級的集成電路設計規模，可進行國際通用的標準數據格式轉換，它的某些功能如版圖編輯、驗證等已經與國際產品相當甚至更優，已經在商業化的集成電路設計公司以及東南大學等國內二十多所高校中得到了應用，特別是在模擬和高速集成電路的設計中發揮了強大的功能，并成功開發出了許多實用的集成電路芯片。
九天EDA軟件系統包括設計管理器，原理圖編輯器，版圖編輯工具，版圖驗證工具，層次版圖設計規則檢查工具，寄生參數提取工具，信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實現了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設計流程。
二、集成電路版圖設計的教學目標
根據培養目標結合九天EDA軟件的功能特點，在本科生三年級下半學期開設了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設計課程。
在集成電路版圖設計的教學中，首先對集成電路設計的_些相關知識進行回顧，介紹版圖設計的基礎知識，如集成電路設計流程，CMOS基本工藝過程，版圖的基本概念，版圖的相關物理知識及物理結構，版圖設計的基本流程，版圖的總體設計，布局規劃以及標準單元的版圖設計等。然后結合上機實驗，講解Unix和Linux操作系統的常用命令，詳細闡述基于標準單元庫的版圖設計流程，指導學生使用ZeniSE繪制電路原理圖，使用ZeniPDT進行NMOS/PMOS以及反相器的簡單版圖設計。在此基礎上，讓學生自主選擇_些較為復雜的單元電路進行設計，如數據選擇器、MOS差分放大器電路、二四譯碼器、基本RS觸發器、六管MOS靜態存儲單元等，使學生能深入理解集成電路版圖設計的概念原理和設計方法。最后介紹版圖驗證的基本思想及實現，包括設計規則的檢查(DRC),電路參數的檢查(ERC),網表一致性檢查(LVS),指導學生使用ZeniVERI等工具進行版圖驗證、查錯和修改。7]
集成電路版圖設計的教學目標是：
第熟練掌握華大EDA軟件的原理圖編輯器ZeniSE、版圖編輯模塊ZeniPDT以及版圖驗證模塊ZeniVER丨等工具的使用;了解工藝庫的概念以及工藝庫文件technology的設置，能識別基本單元的版圖，根據版圖信息初步提取出相應的邏輯圖并修改，利用EDA工具ZSE畫出電路圖并說明其功能，能夠根據版圖提取單元電路的原理圖。
第二，能夠編寫設計版圖驗證命令文件(commandfile)。版圖驗證需要四個文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)來支持，要求學生能夠利用ZeniVER丨進行設計規則檢查DRC驗證并修改版圖、電學規則檢查(ERC)、版圖網表提取(NE)、利用LDC工具進行LVS驗證，利用LDX工具進行LVS的查錯及修改等。
第三，能夠基本讀懂和理解版圖設計規則文件的含義。版圖設計規則規定了集成電路生產中可以接受的幾何尺寸要求和可以達到的電學性能，這些規則是電路設計師和工藝工程師之間的_種互相制約的聯系手段，版圖設計規則的目的是使集成電路設計規范化，并在取得最佳成品率和確保電路可靠性的前提下利用這些規則使版圖面積盡可能做到最小。
第四，了解版圖庫的概念。采用半定制標準單元方式設計版圖，需要有統一高度的基本電路單元版圖的版圖庫來支持，這些基本單元可以是不同類型的各種門電路，也可以是觸發器、全加器、寄存器等功能電路，因此，理解并學會版圖庫的建立也是版圖設計教學的一個重要內容。
三、CMOS反相器的版圖設計的教學實例介紹
下面以一個標準CMOS反相器來簡單介紹一下集成電路版圖設計的一般流程。
1.內容和要求
根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，初步確定其版圖;使用EDA工具PDT打開版圖編輯器;在版圖編輯器上依次畫出P管和N管的有源區、多晶硅及接觸孔等;完成必要的連線并標注輸入輸出端。
2.設計步驟
根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，在草稿紙上初步確定其版圖結構及構成;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt,進入ZeniPDT版圖編輯器;讀懂版圖的層次定義的文件，確定不同層次顏色的對應，熟悉版圖編輯器各個命令及其快捷鍵的使用;在版圖編輯器上初步畫出反相器的P管和N管;檢查畫出的P管和N管的正確性，并作必要的修改，然后按照原理圖上的連接關系作相應的連線，最后檢查修改整個版圖。
3.版圖驗證
打開終端，進入zse文件夾，鍵入zse,進入ZeniSE原理圖編輯器，正確畫出CMOS反相器的原理圖并導出其網表文件;調出版圖設計的設計規則文件，閱讀和理解其基本語句的含義，對其作相應的路徑和文件名的修改以滿足物理驗證的要求;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt，進入ZeniPDT版圖編輯器，調出CMOS反相器的版圖，在線進行DRC驗證并修改版圖;對網表一致性檢查文件進行路徑和文件名的修改，利用LDC工具進行LVS驗證;如果LVS驗證有錯，貝懦要調用LDX工具，對版圖上的錯誤進行修改。
4.設計提示
要很好的理解版圖設計的過程和意義，應對MOS結構有一個深刻的認識;需要對器件做襯底接觸，版圖實現上襯底接觸直接做在電源線上;接觸孔的大小應該是一致的，在不違反設計規則的前提下,接觸孔應盡可能的多，金屬的寬度應盡可能寬;繪制圖形時可以多使用〃復制"操作，這樣可以大大縮小工作量，且設計的圖形滿足要求并且精確;注意P管和N管有源區的大小，一般在版圖設計上，P管和N管大小之比是2:1;注意整個版圖的整體尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的層次之間應該保持一定的距離，層次本身的寬度的大小要適當，以滿足設計規則的要求。四、基本MOS差分放大器版圖設計的設計實例介紹在基本MOS差分放大器的版圖設計中，要求學生理解構成差分式輸入結構的原理和組成結構，畫出相應的電路原理圖，進行ERC檢查，然后根據電路原理圖用PDT工具上繪制與之對應的版圖。當將基本的版圖繪制好之后，對版圖里的輸入、輸出端口以及電源線和地線進行標注，然后利用幾何設計規則文件進行在線DRC驗證，利用版圖與電路圖的網表文件進行LVS檢查，修改其中的錯誤并優化版圖，最后全部通過檢查，設計完成。
五、結束語
集成電路版圖設計的教學環節使學生鞏固了集成電路設計方面的理論知識，提高了學生在集成電路設計過程中分析問題和解決問題的能力，為今后的職業生涯和研究工作打下堅實的基礎。因此，在今后的教學改革工作中，除了要繼續提高教師的理論教學水平外，還必須高度重視以EDA工具和設計流程為核心的實踐教學環節，努力把課堂教學和實際設計應用緊密結合在一起，培養學生的實際設計能力，開闊學生的視野，在實驗項目和實驗內容上進行新的探索和實踐。
參考文獻：
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模擬集成電路原理與設計范文5
【關鍵詞】高等職業教育 模擬電子技術 教學方法
《模擬電子技術基礎》作為高等職業院校電子、機電類等專業的一門重要的專業基礎課程，理論性和實踐性都很強。深入探討其教學方法并有效實施，對學生熟悉掌握電子線路知識以及培養學生能力有著十分重要的作用。一直以來，作為一名擔任專業基礎的教學與研究的教師，在教學中，堅持“理論與實踐并重”的教學理念，在理順知識體系架構、高效發揮課堂教學效率的基礎上，不斷總結經驗，使教學得到很好的效果。
第一步：整體把握、精選內容
明確課程在整個教學計劃中的地位和作用、基本要求、基本內容和本課程與后續課程的聯系，在分立元件構成的電子線路和集成電路構成的電子線路上，集成電路的應用范圍迅速擴大，集成電路是在分立元件電子線路的基礎上發展起來的，而從事電子技術工作必須熟悉分立元件電子線路。所以選擇授課內容時，應以分立元件構成的單元電子線路為基礎，以“分立元件電路為集成電路服務”的原則來突出集成電路，為進一步學習、研究和應用集成電路打好扎實的基礎。
第二步：重點突出、應用為主
在教學內容上則突出高職教育的特點，主動適應社會實際需要，注重應用性、針對性，注重培養學生的應用能力和解決實際問題的能力。基礎理論要以應用為目的，以必需、夠用為度，以掌握概念、強化應用為重點。模擬電子技術基礎有很強的實用性，對過去模擬電子技術基礎偏重過細的計算，而對運用講得偏少，特別是模擬集成電路的運用，學生畢業后工作有很難適應之感。傳統的教學模式重在細節，而忽略了整體概念，不利于學生“應用能力”的培養。因此授課時應有側重點，著重于新的思想、方法和應用，著重于所謂粗線條分析。應與實際電路相結合，讓學生對電路的應用有更清楚、更實際的認識。
第三步：充分調動、主動學習
學生一般都有強烈的求知欲望和參與意識，上課時應充分調動學生的積極性。教師上課時，應先提出一些問題，讓學生帶著問題聽課，并積極思考，與教師一起去解決問題。這樣學生就能提高興趣，增強學習的主動性。如在講一個新電路時，可以從一個熟知的電路人手，設計一系列由淺入深、由易到難的問題，形成一個指向明確、思路清晰、具有內在聯系的問題鏈引導學生不斷地解決問題，不斷地改進、完善，從而使一個原本簡單、熟悉的電路逐漸演變成一個具有新功能和新特點的新電路。授課時，以提出問題、分析問題、解決問題為線索，提高學生分析、解決問題的能力。
第四步：讀圖訓練、提高能力
讀圖即是閱讀一些典型圖例，弄清其信號通道、元件作用、電路功用及一些特殊環節的工作原理?！赌M電子技術基礎》課程內容抽象，且很多概念有獨立性，重復記憶少，學生難學易忘，并且往往是學完以后還不知這些知識用在何處，怎么聯系。而一張綜合電路圖通常包含好幾個單元的概念，覆蓋面廣，綜合性強。讀懂一張圖可以幫助學生把各單元的知識，甚至其他學科的知識縱向、橫向地聯系起來，使知識系統化。同時，讀圖還是培養學生自學能力及分析判斷能力的重要方法。實踐證明，讀圖訓練是提高學生學習興趣、發展學生綜合能力的有效途徑，也是《模擬電子技術基礎》課程一個必不可少的教學環節，它為教學雙方提供了廣闊的學習空間。
第五步：講究方法、自主學習
《模擬電子技術基礎》要求學生既要掌握一定的理論知識，又需要學會分析電子線路。要使學生盡快適應電子技術基礎的學習，在傳授知識的同時，關鍵還要教給他們正確的學習方法，提高他們的自學能力，培養良好的學習習慣。我要求學生課前進行預習，把不懂的內容記錄下來。聽課時，有重點地聽課，這樣才能提高學習效率。其次，要求學生會記筆記，教會學生做好課堂筆記，有利于學生接受和掌握新知識。再者，要求學生課后復習，鞏固課堂所學知識，加深對所學知識的理解，使之掌握得更牢固。
第六步：結合實驗、重在實際
電子技術基礎是一門具有工程特點和實踐性極強的課程，為幫助學生理解、應用所學的理論知識，應進行相應的實驗?？梢愿鶕o定的實驗電路圖連線，然后測試電路的性能指標，讓學生學會常用電子儀器的使用和測試方法，學會閱讀和查閱電子器件（特別是集成電路塊）的外引線和功能表，學會分析電子電路的故障和排除故障的方法，培養學生進行電子電路實驗最基本的技能和實驗動手能力，使學生畢業后能在很短的時間內適應工作環境，著手實際工作。注重實踐，加強實驗教學和實踐活動，培養創新能力。現在的高職學生都具有文化程度參差不齊、理論基礎水平較薄弱的特點，面對復雜且枯燥的理論推導以及難記的式子，學生往往缺乏學習熱情。所以，在教學過程中我采用重實踐、輕理論的策略，這樣既能激發學生的學習熱情，又能通過實踐來掌握理論，在實踐中鞏固理論，用理論指導實踐，從而達到較好掌握知識、提高實踐能力、創新能力的目的。如在《模擬電子技術》半導體及放大電路教學中，其主要目的是使學生學習并掌握半導體器件的特性、使用、測試方法以及放大器工作原理等。我把一些實際單元電路小制作搬到課堂上，有針對性地把教材需要掌握的知識和單元電路融合起來，并且在實驗報告編排上也下點工夫，就會收到事半功倍的效果。
【參考文獻】
[1]李雅軒. 模擬電子技術，2000（9）.
模擬集成電路原理與設計范文6
模擬電路課程支撐的能力包括：閱讀電子元器件技術文件和電原理圖的能力、單元電路設計能力、電路綜合設計能力、計算機輔助設計能力、編寫設計文件的能力。依據能力目標的不同，可以劃分不同的任務類型，并據此確定任務目標，設計任務結構。
關鍵詞：模擬電路電路設計教學模式
以大規模集成工藝為依托的各種數字電路問世以來，由于其相對模擬電路的高可靠性和靈活性，逐漸取代了各種傳統的模擬電路的應用領域。但是現實的物理世界畢竟是模擬的，因此，任何數字化系統都包含有模擬電路部分，模擬電路并沒有因數字電路的興起而被完全取代。模擬電路課程仍然是電子工程、電氣工程、自動控制、通信等涉電類專業的核心課程之一。
模擬電路課程的重要性還在于無論從工程技術還是專業能力結構而言，模擬電子技術都處于較為底層的位置，通過該課程的學習獲取的知識、經驗、工程技術方法是順利學習上述專業幾乎所有其它專業課程的基礎。
模擬電路是教學難度相對較大的課程。其學習的困難性在于，學生是第一次接觸以半導體器件為核心的有源電路；模擬電路“數字化”、結構化程度低，表現出的物理現象和涉及的數學工具又較為復雜；模擬電路的工程技術方法很難實現程序化，常常需要依賴經驗知識解決問題。
電路設計是電子技術人員的工作鄰域和具有典型性的工作過程，模擬電路設計過程相當完整地體現了模擬電路技術應用能力的內容和要求。構建基于模擬電路設計的學習任務，依據設計工作過程組織教學活動，能夠較好地實現培養模擬電子技術應用能力的教學目標。
1、工作過程、能力與任務類型
一個較完整的電子系統電路設計的工作過程，包括：技術指標分析，方案設計，單元電路設計與參數調整，電路綜合聯調與性能測試。通過對模擬電路設計工作內容和過程的分析，完成電路原理設計過程必須具備的、應由模擬電路課程支撐的能力包括：閱讀電子元器件技術文件和電原理圖的能力、單元電路設計能力、電路綜合設計能力、計算機輔助設計能力、編寫設計文件的能力。因此模擬電路課程的學習任務有4種類型：識讀電原理圖和技術資料、單元電路設計與電路綜合、計算機仿真測試、編制設計文件。
單元電路設計與電路綜合是基本任務，它引領其它類型任務和整個項目的實施完成。
不同類型的任務可以根據設計任務的需要和本身的復雜程度，作為單獨的任務存在，與相關的設計任務共同組成學習項目，也可以作為完成設計的準備知識存在于設計任務之中。例如，反饋放大器設計可以作為一個學習項目，由識讀反饋放大電路原理圖、反饋放大電路性能分析、反饋放大電路設計3個關聯的任務組成。
識讀電原理圖和閱讀元器件技術文件是基本能力。電路設計，特別是在原理設計和電路結構設計時，極少原理性的創新，絕大多數是對已有電路的適用性改進和重新組合，這種改進和組合需要閱讀已有的設計資料，借鑒他人的技術經驗和成果；為提高電路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在電路中采用新出現的電子元器件，例如集成電路芯片，需要閱讀生產方提供的產品規格書及典型應用電路。識讀電原理圖和技術文件對于形成和提高電路設計能力具有基礎性的意義。
目前，電子電路計算機輔助設計（EDA）包括電子工程設計的全過程，例如系統結構模擬、電路特性分析、在系統可編程器件開發、繪制電路圖和制作PCB。在電子工程設計中有著不可替代的重要作用，是電子工程技術人員必須具備的專業技術能力之一。在模擬電路課程的學習任務中，主要是指應用計算機完成電路圖繪制、電路性能和參數的仿真測試與分析、編制設計文件等工作。
在電路設計的實際工作過程中，編寫設計文件是重要的工作內容和不可缺少的環節。沒有設計文件，無法進行初步設計完成以后的后繼工作。對于學習任務而言，編寫設計文件，是一個總結和提高的過程，有利于培養交流溝通能力和養成嚴謹的工作態度。設計文件也是判斷和評價項目或任務完成情況的重要依據。
2、任務目標
(1)電路識讀任務，是對針對設計任務收集技術資料（主要是可供設計參考的電路）并進行分析，屬于電路設計的準備工作，任務的目的是為完成設計任務建立必要的知識儲備。大致分為互相關聯的3個層次：1)識別元器件符號、功能和主要技術指標。依據符號識別電路中的元器件是讀圖的基礎，作為專業入門課程，對此應該給與一定程度的注意，要能夠識別和了解符號的含義、主要器件功能和技術指標。根據電路中使用的核心器件，往往可以判斷電路的功能。2)區分電路單元，判斷電路功能。較復雜的電路系統都由單元電路構成，功能單一的單元電路也可以進一步分解為部分電路，例如放大器可分為輸入級、中間級和輸出級；穩壓器可分為整流和穩壓部分。對部分電路功能的分析，得出對整個系統功能的判斷，并作為下一步工程估算的基礎。3)指出電路的結構特點，估算分析電路技術指標。分析電路形式與結構，可以得出電路大致的技術性能指標，定性判斷元器件參數對電路性能的影響。例如對放大器輸入級、輸出級電路形式和結構的分析，可以大致得出放大器的輸入、輸出特性；對中間級的分析，可以大致判斷放大能力；依據級間耦合方式，可以判斷放大器頻率響應范圍；甚至電源電壓也可以據以分析放大器輸出信號幅值。
(2)設計任務目標包括典型單元電路設計與電子線路綜合設計，在定性分析的基礎上實現定量估算，自頂向下完成初步的設計。依據設計工作過程，可以分解為以下階段目標。1)正確理解任務要求，分析各項技術指標的含義。仔細研究任務的工程背景和要求，正確分析和理解各項技術指標的含義，分析實現任務要求的技術途徑，這是完成設計的前提條件。2)設計總體框圖，分配技術指標。參考與任務相同或相近的電路方案，選用能夠滿足技術指標要求的核心器件，完成方案論證。對于同一個任務，實現的方案可以有多個，應具備將不同方案加以分析、比較的能力，從中確定一種相對較優的方案。
依據選定的方案按照功能劃分成若干個互相聯系的模塊，將技術指標和功能分配給各個模塊。3)單元電路設計。依據模塊的功能和技術指標要求，參考典型電路，確定電路結構，計算元器件參數完成單元電路的初步設計。4)仿真測試。模擬電路，比如放大器、濾波器等的參數比較繁瑣，需要進行多次調整才能達到技術指標要求。要能夠在計算機上對單元電路仿真測試，修改電路參數，觀測性能指標，直至滿足技術指標要求。5)電路聯調，測試技術指標。在單元電路完成逐步設計的基礎上，通常依據信號流向，逐級完成級聯和調試直至全部電路調試完成，系統技術指標達到設計要求。這個過程是電路綜合的過程，也可以在計算機上模擬仿真實現。
(3)仿真測試調整任務的目標是在電子電路設計過程中實現較為精確的量化分析。其作用主要表現在3個方面。[3]1)驗證電路方案設計的正確性。當要求的系統功能確定之后，首先采用系統仿真或結構模擬的方法驗證系統方案的可行性，進而對構成系統的各單元電路結構進行模擬分析，以判斷電路結構設計的正確性及性能指標的可實現性。2)電路特性的優化設計。分析惡劣溫度條件下的電路特性，計算分析器件容差對電路的影響量，用于確定最佳元器件參數、電路結構以及適當的系統穩定裕度，實現電路的優化設計。3)實現電路的模擬測試。電子電路的設計過程中大量的工作是元器件參數計算、各種數據測試及特性分析。在工程估算的基礎上，通過仿真測試與分析加以調整，能有效提高設計工作的效率。4)技術文件編寫要求在完成電路設計的同時編寫盡可能詳細的符合工程標準的技術文件，包括方案設計說明、原理框圖、電原理圖、原理與技術說明、元器件參數計算、技術指標與特性測試數據、元器件清單等。
3、任務結構及實施
一個典型的電路設計任務由工程背景描述、任務要求、基礎知識學習、設計方法與步驟、電路設計等學習單元組成。
3.1工程背景描述
工程背景描述的內容主要包括電路功能、工程應用背景、技術發展背景介紹。工程背景描述的實質是“提出問題”，工程背景描述盡可能選擇具有典型性的電子工程問題為實例，解決關于學習目標的問題。
3.2 任務要求
設計任務必須具備明確的工程應用背景，必須提出具體的設計要求（技術指標）。例如交流放大器設計任務，應明確提出工作頻率、信號源、輸出特性、輸入特性、工作穩定性等要求等技術指標。提出任務要求，應依據由淺入深循序漸進的原則，從體現基本功能的一兩個技術指標開始，逐步增加技術指標數量，提高設計難度。
3.3基礎知識學習
基礎知識學習包括任務分析、相關理論知識學習、參考方案與參考電路分析及相應的基礎練習等?；A知識的學習包括理論知識、技術知識、經驗知識和經驗技能的學習。理論知識是重要的，因為它是能力的組成部分，同時對于學生的發展能力起到更為持續和關鍵的作用。在工程實踐中學習和使用的理論知識才能被真正掌握并形成能力，因此應該以實現電路設計任務為依據，確定理論知識的學習內容和學習深度，力求將理論與實踐、數學方法與物理概念更緊密地結合起來。
提供設計參考的電路必須是工程電路，但學習是一個循序漸進的過程，基礎知識的學習會使用原理電路為學習對象，原理電路不能僅有電路結構和元器件標號，也要標注元器件主要參數，使學生在定性分析階段就能對電路參數有直觀的影像，逐步建立數量觀念，這對于初次接觸模擬電路的學生是十分重要的。
3.4設計方法與步驟
不同功能和結構的電路，具體的設計內容、方法與步驟各不相同。甚至同樣功能的電路，技術要求不同，設計時考慮的重點、設計依據、電路結構等均有區別，但工程估算是貫穿整個設計過程始終的基本方法。
以反饋放大器為例，設計步驟如下:
選擇反饋組態，選擇反饋深度，選擇反饋級數，確定放大級數，確定輸入級、中間級、輸出級的電路結構，計算電路參數，仿真測試和參數調整。容易理解，上述步驟都必定建立在必要的工程估算的基礎之上。
3.5 電路設計
這是學生在相對獨立的情況下，完成電路設計的過程。盡量采用與前面4個學習單元及撰寫設計文件交叉進行的方式實施。
不同類型的學習任務，其結構不盡相同。但區別主要是在(4)、(5)兩部分。
不同類型的學習任務以“定性分析、工程估算與仿真測試調整相結合”的方法實現。
4、結語
電路設計在知識的運用上不同于單純的電路分析與計算，依據模擬電路原理設計過程構建學習任務，組織和實施教學過程，不僅能夠有效控制理論知識學習深度，促使學生較為自主地獲取經驗知識，并在獲取知識的同時實現知識轉換為技術應用能力，更有利于實現培養學生模擬電路技術應用能力的教學目標。
參考文獻
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