前言：中文期刊網精心挑選了電路設計的基本流程范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
電路設計的基本流程范文1
關鍵詞：集成電路設計；版圖；CMOS
作者簡介：毛劍波（1970-），男，江蘇句容人，合肥工業大學電子科學與應用物理學院，副教授；汪濤（1981-），男，河南商城人，合肥工業大學電子科學與應用物理學院，講師。（安徽?合肥?230009）
基金項目：本文系安徽省高校教研項目（項目編號：20100115）、省級特色專業項目（項目編號：20100062）的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0052-02
集成電路（Integrated Circuit）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“我校”）從2005年起借助于大學計劃，和美國Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實驗室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設計系統等EDA軟件。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。[5，6]
集成電路設計從實現方法上可以分為三種：全定制（full custom）、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（Zeni EDA System），這是中國唯一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ZeniDM（Design Management）設計管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設計規則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）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。
電路設計的基本流程范文2
集成電路作為關系國民經濟和社會發展全局的基礎性和先導性產業，是現代電子信息科技的核心技術，是國家綜合實力的重要標志。鑒于我國集成電路市場持續快速的增長，對集成電路設計領域的人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術產業，但人才缺失的問題是影響集成電路產業發展的主要問題之一。據統計，2012年我國對集成電路設計人才的需求是30萬人 [1-2]。為加大集成電路專業人才的培養力度，更好地滿足集成電路產業的人才需求，2003年教育部實施了“國家集成電路人才培養基地”計劃，同時增設了“集成電路設計和集成系統”的本科專業，很多高校都相繼開設了相關專業，大力培養集成電路領域高水平的骨干專業技術人才[3]。
黑龍江大學的集成電路設計與集成系統專業自2005年成立以來，從本科教學體系的建立、本科教學內容的制定與實施、師資力量的培養與發展等方面進行不斷的探索與完善。本文將結合多年集成電路設計與集成系統專業的本科教學實踐經驗，以及對相關院校集成電路設計專業本科教學的多方面調研，針對黑龍江大學該專業的本科教學現狀進行分析和研究探索，以期提高本科教學水平，切實做好本科專業人才的培養工作。
一、完善課程設置
合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。
首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。
其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。
第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。
二、變革教學理念與模式
CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突[4]。
在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數?；旌霞呻娐吩O計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SAR ADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質?？赏ㄟ^參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。
三、加強EDA實踐教學
首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009―2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要[5]。
其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數?；旌霞呻娐返脑O計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數?；旌霞呻娐吩O計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。
第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。
四、搭建校企合作平臺
電路設計的基本流程范文3
電路設計
當有了產品的排布規劃后，電子工程師開始設計電路。一般可以把電路分為兩個主要的組成部分：基本電路和重要電路?；倦娐钒恍┍粍咏M件和主動組件。被動組件包括電阻、電容、電感、二極管等；主動組件包含專用集成電路（ASIC）,中央處理器（CPU）,控制器（Controller）,內存（Memory）,傳感器（Sensor）,驅動器（driver）,邏輯芯片（LogicIC）,電源芯片（PowerIC）等。重要電路包含前端（AFE）、中央處理器專用集成電路（CPUASIC）、固件內存（FirmwareMemory）、接口（Interface）等。然后將需要要完成的電路分割成多個單元，并畫出一個能表示各個單元功能的原理框圖。在設計過程中，要考慮到可靠、經濟等因素，對每一單元電路進行可行性分析和優缺點分析。
在設計電路的過程中需要注意以下幾點：
（1）詳細擬定單元電路的性能指標以及與前后級之間的關系，分析電路的組成形式。具體制作時，可以模擬成熟的先進電路，也可以進行創新，但都必須保證性能要求。單元電路本身不僅要制作合理，各個單元之間也要互相配合，要注意各個部分的輸入信號、輸出信號以及控制信號之間的關系。
（2）組件的工作電流、電壓、頻率和功耗等參數應能滿足電路指標的要求。
（3）元器件的極限參數必須留有充裕量，一般應大于額定值的1.5倍。
繪制電路圖
當我們的電路設計完成后，機構結構部分的設計也已經初步完成了，這樣接下來我們就要開始繪制電路圖了。繪制電路圖前需要一個布線控制圖（controldrawing）。件，哪個地方可以放多高的組件等訊息。有了布線控制圖（Controldrawing）,再加上我們前面完成的系統框圖、各部分電路設計、器件選擇完成的基礎上，就可以進行電路圖的繪制。電路繪制有很多的注意事項，重點需要注意以下幾點：
（1）布局合理、排列均勻。每一單位電路的組件盡量集中布置在一起。
（2）注意信號的流向。一般從輸入端或信號源開始，按照信號的流向依次排向各單元電路，而反饋通路的信號則與此相反。
（3）PCB板上的信號走線盡量不換層，數字器件和仿真器件要分開，盡量遠離。
（4）貼片（SMT）或雙列直插（DIP）有極性元件的正極需統一方向，標識清楚。PCB的每條路線（TRACE）都要有一個作為測試用的測試點（TESTPAD）。
（5）跟EMI工程師討論確定主要零件的擺放、power的規劃、高速訊號走線、模擬訊號的走線。這是因為即使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率，好的布局可增加生產速度，降低不良率，降低產品成本，提升產品競爭力。
硬體（H/W）和韌體（F/W）的配合
設計完成了還不夠，要讓各功能實現還需要韌體（F/W）的配合，H/W工程師必須了解如何控制自己所設計的機臺,而控制的方式就要提供輸入輸出映射（IOMapping）給F/W工程師,讓F/W工程師知道怎么控制，IOMapping是指在專用集成電路（ASIC）上有可控制的IO端，且這些IO端口是由硬體工程師自己去定義要控制哪些部分。
電路設計的基本流程范文4
關鍵詞：微電子；集成電路；課程群；親產業
中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2019）19-0163-02
一、引言
微電子（集成電路）被稱為現代信息社會的“食糧”，是一個國家工業化和信息化的基礎。自2014年我國《國家集成電路產業發展推進綱要》，設置千億級的集成電路發展基金以來，南京、合肥、重慶、成都、武漢、廈門等地相應出臺了區域性的集成電路發展政策。廈門依據毗鄰臺灣的區位優勢，設立了500億人民幣的集成電路產業基金，并陸續了《廈門市加快發展集成電路產業實施意見》和《廈門集成電路產業發展規劃綱要》，擬形成區域性的集成電路產業集聚地，打造集成電路千億產業鏈，最終形成我國集成電路的東南重鎮。
在此背景下，廈門政府在集成電路設計、生產制造、封測以及人才儲備，全方位進行布局和規劃。設計方面：紫光集團投資40億元設立紫光展銳產業園、研發中心項目，引進展訊等國內通信芯片設計的龍頭企業。廈門優訊、矽恩、科塔等集成電路設計企業也在高速、射頻芯片領域取得可喜進展，僅2016年，廈門就新增加60余家集成電路設計企業。2017年整體產值達到140億元；生產制造方面：與臺灣集成電路巨頭聯華電子合資設立了聯芯12寸晶圓廠項目，總投資達62億美元，已于2016年12月正式投產；三安集成電路有限公司和杭州士蘭微電子股份有限公司，主攻三五族化合物半導體芯片生產；泉州晉華12寸存儲器廠則著眼于動態存儲器的生產和銷售；封測方面則引入通富微電子股份有限公司，力爭打造一小時產業生態圈；人才儲備方面：廈門政府與中國科學院微電子所共建中國科學院大學廈門微電子工程學院，輔以廈門大學、廈門理工學院、華僑大學等微電子學科，為廈門集成電路的生產和設計輸送人才。
在此背景下，我校于2016年12月建立微電子學院，聯合臺灣交通大學、元智大學等微電子老牌名校，共同探索適合廈門及周邊地區的微電子人才培養策略，力求建立較為完善的課程群體系，為在閩的微電子企業培養專業人才。
二、微電子工程專業特點
首先，微電子專業與傳統的機械、化工、電子等專業不同，是一門交叉性很強的學科，需要該專業學生系統地學習數字、物理、電子、半導體器件、集成電路設計、電路封裝、計算機等多方面的知識理論，并且能夠將各門學科融會貫通，熟練運用。其次，微電子專業入門門檻高、知識體系更新速度快，貼近產業。這就要求學生在具有堅實理論基礎的同時，實踐動手能力較強，才能在短時間內將所學理論和實踐結合，迅速融入工業界或者科學研究。第三，微電子是一個龐大的系統專業。從大類上可以分成工藝、器件、設計、封裝、測試五個大方面。但每一個大類又可分為幾個甚至數十個小門類。如設計類又可細分為模擬集成電路、數字集成電路、射頻集成電路、混合信號集成電路等四個門類。而例如數字集成電路，又可繼續分為數字前端、數字后端、驗證、測試等小方向。各個方向之間知識理論差異較大，對學生素質提出了極高的要求[1]。
三、微電子工程課程群實踐
（一）微電子工程專業培養策略
結合廈門微電子產業特點，以市場需求為導向，同時充分利用海峽兩岸交流方面的優勢，立足于我?！坝H產業、重應用”的辦校原則，我校微電子工程專業設置為工藝和設計兩大類方向，應對周邊產業需求，對該專業學生進行差異化培養。在本科前兩年公共課的基礎上，大三學年，根據學生興趣及教師雙向篩選，確定學生未來兩年的學習方案，分別在器件/制造、模擬/數字集成電路設計兩方面進行課程教授和實踐鍛煉，培養專業門類細化、適應企業實用化需要的高素質、實踐型人才。同時，在一些專業課程講授上，聘請臺灣方面有經驗的教師和工程師，結合產業現狀進行教授和輔導。
（二）微電子工程專業培養目標
對于我校應用型本科院校的定位，區域產業經濟和行業的發展是重要的風向標，因此在微電子專業人才培養上必須突出“工程型、實用型和快速融入型”的特點。主要培養目標如下：（1）掌握半導體器件及工藝的基本理論基礎、電子線路的基本理論與應用、計算機使用、電子系統信號處理的基本知識、集成電路及板級設計的基本技能。（2）具備半導體及集成電路設計、制造，PCB板級設計、制造、測試的基本能力，工程項目管理、品質管理、設備維護的基本素養。（3）能在半導體、集成電路設計、制造行業，從事集成電路設計、制造、研發、測試、品質管理、廠務管理、設備維護等相關工作，畢業三到五年后通過自身學習逐步成長為本領域的骨干技術人員和具有較強工作能力的核心工程師[2]。
（三）微電子工程專業課程群制定實踐
基于我校應用型本科“親產業”的學校定位，在微電子專業課程群建設中，我們首先引入CDIO的教學理念。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即構思—設計—實施—運作）工程教育是以理論教學為基礎，工程實際反饋互動為主要形式的培養方案[3，4]?；诖?，課程群制定從知識邏輯（課程環節）和項目實施（工程實踐）兩個角度，對學生的綜合素質進行培養、鍛煉。
電路設計的基本流程范文5
以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展,2000年,國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》(18號文件),2011年1月28日,國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》,2011年12月24日,工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》,我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而,我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年,全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片,超過石油進口。2014年3月5日,國務院總理在兩會上的政府工作報告中,首次提到集成電路(芯片)產業,明確指出,要設立新興產業創業創新平臺,在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進,引領未來產業發展。2014年6月,國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》,加快推進我國集成電路產業發展,10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年,我國芯片設計人員達不到需求的10%,集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求,2001年,教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。
我校2002年開設電子科學與技術本科專業,期間,由于專業調整,暫停招生。2012年,電子科學與技術專業恢復本科招生,主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量,提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求,從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。
一、專業課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業基礎課的教學?！皩I物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課,為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實,將導致學生在學習專業課程時存在較大困難,更甚者將導致其學業荒廢。例如,如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性,學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水,不可能學得懂。
但國內某些高校將這些課程設置為選修課,開設較少課時量,學生不能全面、深入地學習;有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如,我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程,而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。
2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系,前者是后者的基礎,后者是前者理論知識的具體應用。并且,在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上,開設后面的課程,將直接導致學生學不懂,嚴重影響其學習積極性。例如:在某些高校的培養計劃中,沒有開設“半導體物理”,直接開設“晶體管原理”,造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎,很難進入狀態,學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時,如果沒有半導體物理中的能帶理論,就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念,以及閥值電壓與哪些因素有關。
3. 課程內容理論性太強,嚴重打擊學生積極性?！皩I物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強,公式推導較多,并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時,過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導,而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握,使得學生(尤其是數學基礎較差的學生)學習起來很吃力,學習的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業課程體系改革的主要措施
1“。 4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式:“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”;“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”;“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”,實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則,根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識,環環相扣,合理設置各專業課的開課先后順序,形成先專業基礎課,再專業方向課,然后寬口徑專業課程的開設模式。
我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式,也就是三個本科專業
大學一年級、二年級統一開設課程,主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程,重在增強學生的數學、物理等基礎知識,為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始,分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔,大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起,課時量為64學時,由2位教師承擔教學任務,其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識,又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎,為了保證學習的延續性,擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1~12周,而其他3門課程的開課時間從第6周開始,從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外,“集成電路原理與設計”課程設置96學時,由2位教師承擔教學任務。并且,先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容,課時量為48學時,開設時間為6~17周;再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容,課時量為48學時,開設時間為8~19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程,并設置其為選修課,這樣設置的目的在于:對于有意向考研的同學,可以減少學習壓力,專心考研;同時,對于要找工作的同學,可以更多了解專業方面知識,為找到好工作提供有力保障。 2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式,專業課程要在大學三年級才能開始開設,時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標,培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才,需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和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。
在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中,要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導,側重于對基本原理及特性的物理意義的學習,以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎,因此,在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性,而雙極型器件可以稍微弱化些。
對于專業方向課程,教師不但要講授集成電路設計方面的知識,也要側重于集成電路設計工具的使用,以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程,尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此,在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如,在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中,總課時量為48學時不變,理論課由原來的38學時減少至36學時,實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習,留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識,融會貫通,有效地促進教學效果,激發學生的學習興趣。
電路設計的基本流程范文6
關鍵詞：光伏系統；數據采集；CPLD；單片機
中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.02.018
0引言
當光伏陣列處于遮陰條件時，需要對每個電池板進行光照強度的采集，以便完成最大功率點跟蹤控制的設計，使光伏陣列更高效穩定地工作[1]。高速數據采集系統在現代工業的各個領域中應用越來越廣泛，基于單片機、ARM的數據采集技術已經很成熟，作為一種復雜可編程邏輯器件，CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)這些年來發展迅猛，以其極高的集成度、穩定的性能以及高速、易用的特點，在各個領域都得到了廣泛的應用[2]。因此，本文為了實現對光照強度數據進行多路并行采集，采用CPLD作為核心器件進行系統設計。在檢測控制系統中，當需要采集的信號特別多時，傳統的方法是利用單片機及其他芯片擴展系統資源來實現，但是這樣做會增加大量的外部電路和系統成本，并且增大了系統設計的復雜性。CPLD是一種具有豐富的可編程I/O引腳的器件，具有在系統可編程、使用方便靈活、可用I/O端口多的特點，可實現復雜的數字邏輯功能。和單片機結合可較容易實現數據的采集任務[3]。FIFO(FirstInputFirstOutput)是一種廣泛應用在設計中的用來作為緩沖的存儲器，它能對數據進行快速順序的存儲和發送，主要用來解決不同速率器件間的速率匹配問題。本系統通過精心設計FIFO體系結構，可以實現FIFO工作性能的大幅提升[4]。
1硬件電路設計
本設計的接收點為將每一路光照強度傳感器產生的模擬量轉化為CPLD可以接收并處理的數字量的信號調理電路，將它直接連入I/O口即可。本設計使用了40個接收點來接收40塊光伏電池板的光照強度數值，由于受到芯片資源的限制，故使用了3片CPLD同時工作。本設計選用的CPLD芯片為Altera公司的MAXIIEPM1270T144C5N芯片，此芯片在所有CPLD系列中其單位I/O成本最低，功耗最低，包含1270個LE，相當于40000門數、980個等效宏單元數、8KB用戶可用Flash比特數。硬件電路設計如圖1。
1.1CPLD采集電路的設計
因為數據通過信號調理電路已經轉化為CPLD可以直接讀取的數字量，所以各信號直接接入CPLD的普通I/O口即可。設計時對精度、穩定性、功率等方面綜合考慮，采用了50MHz有源晶振。CPLD在線編程和芯片自身的測試可通過JTAG接口來實現。
1.2通信電路設計
系統與上位機通信數據輸出電路采用了無線傳輸模塊和RS232串口通信電路，采用雙通信是為了適應不同環境下的工作，無線傳輸模塊采用了挪威NORDIC公司的NRF905射頻發射芯片。RS232串口通信電路則采用以MAX232電平轉換芯片為核心設計而成的串口通信電路。
1.3電源電路設計
本系統控制器單片機與CPLD使用的都是3.3V電源，但是液晶顯示屏、電池供電等采用的是5V電源，故需要對電源進行變換才能給芯片供電，故對電源模塊進行了設計，采用了以穩壓塊LM1117T為核心的5V轉3.3V電路。
1.4控制電路設計
系統數據采集芯片采用的是CPLD，但是控制核心采用了TI公司的MSP430F169單片機，MSP430具有處理能力強、運算速度快、低能耗、片內資源豐富、方便高效的開發環境等優點，被廣泛應用在各種工業場合。
2軟件設計
2.1CPLD采集數據主程序設計
由于CPLD芯片的設計特點，工作方式不像單片機等屬于順序執行，而是采用速度更快的并行執行，這意味著所有的接收口可以同時工作。每串數據都有起始位和停止位，并且起始位都為低電平，停止位為高電平。檢測數據是否開始傳輸只需判斷是否來了低脈沖，但這也可能是誤差信號，所以需設置判斷是否是真正的起始位，本設計采用的方法是每隔十分之一數據位的時間檢測一次，如果連續五次都為低脈沖，則確認為有效數據，并且每隔一個數據位開始接收。由于篇幅限制，只給出如圖2所示的一路數據端的主程序流程圖。
2.2CPLD內部FIFO算法判斷程序設計
為達到高速緩存的目的，以及解決存入數據與取出數據的速率不同步的問題，設計了一套FIFO寄存器的執行流程，因為CPLD是并行操作，所以流程圖中各個判斷位是同時執行。圖3為CPLD內部FIFO寄存器的執行程序。
2.3單片機程序流程圖
單片機作為控制核心，但由于單片機I/O資源有限，所以3片CPLD采集芯片的輸出端接在一起，這就意味著需要MSP430單片機對CPLD進行片選控制，否則會出現數據紊亂。流程圖中的寄存器狀態位為本設計中設定的一個標志位，設定的依據為當數據超過FIFO寄存器的2/3時，就認定FIFO即將溢出，將狀態位置1，否則置0。當讀取到其中一片CPLD芯片的寄存器狀態位為1時，就讓其余2片CPLD所有的數據輸出為高阻態，即輸出喪能?？刂坪诵膯纹瑱C則作為數據的接收端根據需要來產生時鐘信號，被選中的CPLD按照單片機的時鐘信號進行數據傳輸，如圖4所示。
3實驗結果分析
仿真驗證是CPLD設計中的重要一環，Altera公司的CPLD自帶的QuartusII軟件本身帶有仿真功能，但是無法使用TestBench(類似于一種激勵產生器)，對于復雜的設計，畫波形圖顯然不是明智的選擇。而Modelsim是業界最優秀的HDL仿真軟件，其突出優點能為用戶提供全面完善以及高性能的驗證功能，不需要硬件就能對CPLD的設計進行仿真,而且能夠觀察具體的模擬波形圖[5]。本系統根據設計目標要求做了實驗驗證，如圖5所示。CPLD的仿真驗證使用Modelsim-altera編寫了腳本程序對光照強度數據采集結果進行了實驗。Lock信號是單片機讀取數據的時鐘信號，高電平時讀取一串數據的高8位，低電平時讀取數據的低8位，data為輸出信號，txdb模擬輸入的信號。仿真顯示能夠順利讀取數據，基本達到了設計要求。圖6為Modelsim的仿真波形圖，從圖中可直觀地看出讀取的數據。
4結論
本文研究設計了基于CPLD和MSP430F169單片機的光伏數據采集系統，完成了電路板的設計，測試了工作性能。通過不斷地在線編程完善和調試，該系統可以快速可靠地進行數據采集和處理，效果理想，可以應用于光伏系統中。
參考文獻
[1]龔耀，林小玲.光伏系統數據采集的設計與實現[J].儀表技術與傳感器，2011(8)：108.
[2]張云梓.基于CPLD的高速數據采集系統的實現[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.
[3]程明，畢立恒，楊曉光.基于CPLD的數據采集系統的設計[J].自動化技術與應用，2007(8)：100.
[4]李冬，趙志凱.一種高性能異步FIFO的設計與實現[J].微電子學與計算機，2010(8)：145.
