时间：2022-10-20 06:13:01
导语：在数字集成电路设计的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：高职教育；项目化教学；形成性考核
作者简介：张丽（1981-），女，江苏南通人，南通农业职业技术学院机电系，讲师。（江苏 南通 226007）
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0051-02
“数字电路与逻辑设计”是机电专业中的一门专业基础课，它的特点是逻辑性、实践操作性强。它的先导课程有“电路分析”、“模拟电子技术”和“protel99SE”，后续课程有“单片机技术”、“家电原理”和“电子测量技术”，在整个学科体系中起着承前启后的重要作用。
一、“数字电路与逻辑设计”课程设计的理念
以职业能力培养为出发点，应遵循“手脑并用”、“做学合一”、“理论与实际并行”、“知识与技能并重”的教学原则，突出以“能力为本位”的课程模式，以应用和就业为导向，以培养职业技能为目的。以学生为主体，教师为主导，才能充分发挥学生的自主学习积极性。把握学生的认知过程和接受能力的规律，注重对学生创新意识和创新能力、综合意识与综合能力、实践意识与实践能力的培养。以理论联系实际为指导，重点提升学生运用知识的能力，使之养成良好的学习习惯，把握行为引导法促进学生能力提升的发展性教育理念。
二、高职教育及高职学生的特点
高职学生的特点是基础知识薄弱、理论学习困难、学习情绪化、对感兴趣的事物接受能力强。
高职教育的特点是面向岗位群，机电专业面向的岗位主要有：
生产现场操作及维修岗位：要求具有机电产品生产现场的工艺实施能力；机电工具设备的使用与操作能力；对机电产品进行装配、检测与调试的能力；要求仪表的使用、计算机测试、系统分析或产品故障分析的技术能力要强。
机电产品、设备安装及调试岗位：能够对机电设备进行安装、调试、运行管理与设备维护，并能对一般控制系统进行维护与改造。
机电产品、设备技术管理及服务岗位：要求技术管理人员具备看懂机械图纸和电气图纸的能力；具有机电一体化设备的使用、维护、管理能力，具有一定的生产管理、技术管理等知识。机电设备销售与售后服务技术人员具有机电设备的原理、装配工艺等知识，具有机电设备的检测与维修能力。
三、“数字电路与逻辑设计”项目化教学的必要性
传统的教学法是从知识点的掌握到电路的分析再到电路的设计，由局部到整体，自下而上。它以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心，忽视了学生积极性、主动性的发挥，实践以模仿为主，突出技能性训练，缺少设计性、创新性，教学效果不是很理想。
因此，必须根据不同的岗位职业能力要求，确定课程的职业能力目标：会用各种表示方法描述数字电路逻辑功能，会分析常用电路的功能；能完成数字电路的设计，能分析和排除电路中出现的故障；能通过对数字集成电路芯片资料的阅读，了解数字集成电路的逻辑功能和使用方法；能熟练掌握数字电路中常用仪器仪表的使用；能画出所设计的数字逻辑集成电路的电原理图，能列出所设计的电路的元器件清单，会撰写所设计电路的测试说明。
根据课程的职业能力要求确定课程的知识目标：掌握逻辑代数基础知识；了解集成逻辑门电路内部构造；掌握组合、时序逻辑电路的分析设计；理解触发器的工作特性；掌握脉冲波形的产生和整形；A/D及D/A转换。
在此基础上采用项目教学法，它是从实际问题出发来讲电路的构造、元器件的选择，再到知识的运用，由整体到局部，自上而下，宏观把握，以学生为中心，以项目为中心，以实际经验为中心，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与岗位职业能力要求的相关性，大大提高了学生的就业能力。
四、“数字电路与逻辑设计”课程设计思路
为落实以培养学生职业能力为目标的课程实施，给出课程总体设计思路：坚持以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用”。
课程设计以电子产品的制作为载体，以便于与企业共同开发该课程：项目一，声光控制灯电路制作；项目二，竞赛抢答器制作；项目三，电子生日蜡烛制作；项目四，流水彩灯制作；项目五，31/2位直流数字电压表的制作。
项目的选择以课程标准中的教学内容为依据，既与数字电路知识紧密结合，又能够充分体现当前的工程实际情况，同时具有一定的创新空间，学生可以运用学过的知识进行创造发挥。
通过任务引领的项目活动将必备的知识、技能、行为、态度内化融合，使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用人才所必须的数字集成电路设计、制作与测试的基本知识和基本技能，同时培养学生爱岗敬业、团结协作的职业精神。
五、“数字电路与逻辑设计”教学内容的设计
该课程的总体目标：使学生具备本专业的高素质劳动者和高级技术应用型人才所必需的电子设计基本知识，具备灵活运用常用数字集成电路实现逻辑功能的基本技能；为学生全面掌握电子设计技术和技能，提高综合素质，增强职业变化的适应能力和继续学习能力打下一定基础；通过问题的解决，培养学生团结协作、敬业爱岗、吃苦耐劳的品德和良好的职业道德观。
1.内容的选取
以项目二竞赛抢答器的制作为例来说明：
根据总体目标确定该项目的知识目标、技能目标、素质目标。
知识目标：掌握编译码器知识、触发器知识、计数器知识、脉冲波形的产生和整形知识、单稳态触发器知识、复习逻辑代数知识。
技能目标：掌握编译码器、计数器功能、选择连接及使用；掌握555定时器的连接及使用；运用仿真软件画仿真图；具备查阅集成芯片产品手册的能力。
素质目标：培养耐心细致的工作态度，培养严谨扎实的工作作风，培养学生竞争与合作意识。
2.教学内容的序化
（1）任务下达。将项目分解为五个子任务：译码电路的设计与制作、抢答电路的设计与制作、倒计时电路的设计与制作、声响电路的设计与制作、控制电路的设计与制作。
以子任务抢答电路设计与制作为例。知识目标：学习掌握二进制编码器、二进制优先编码器、BCD编码器、BCD优先编码器。能力目标：掌握编码器功能、选择连接及使用、运用仿真软件画仿真图、具备查阅集成芯片产品手册的职业能力。素质目标：培养耐心细致的工作态度、严谨扎实的工作作风、竞争与合作的意识。
对该子任务进行分析：选手抢答情形即选手A首先按下按钮，显示屏上显示A抢答成功，其他选手再按按钮无效，选手A松开按钮后，显示屏上A抢答成功的状态保持不变，直到主持人清零，进行下一轮抢答。抢答电路的重要功能：锁存功能。既要能“锁”，也要能“存”。“锁”——其他选手，“存”——抢答成功的选手信息。通过类比的方式引入编码的概念，对该任务进行仿真后下达任务卡。
（2）资讯。让学生回顾以往解决相关问题的方法，给出用门电路实现的方法；让学生检索常用编码器的数据手册，通过手册了解芯片的功能和基本使用，掌握编码器的测试方法，通过测试加深对芯片的功能和使用方法的了解。
教学重点：二进制编码器与优先编码器的异同点。教学难点：编码器的使用。对芯片进行测试后进行芯片用法分析。
（3）计划决策。通过类似电路分析，启发学生思路；引导学生讨论该任务中编码器的选型，分析采用二进制编码器设计的缺陷；重点讨论如何解决优先编码器的硬件电路已经固定好的优先级；深入各小组听取学生决策意见；根据任务要求，各小组讨论出任务实施方案，设计出系统框图，指导老师确认方案的可行性。
（4）任务实施。任务的实施过程主要以学生为主体，学生三人一组，将学习能力较好、中等、较弱的学生合理分配到各组，教师指导、答疑。
（5）检查评估。根据各小组的演示给出综合评价（部分实现、全部实现、有创新功能）；抽取设计较佳和较差电路进行点评；教师给出优化电路，要求学生课后进行分析。
3.教学手段、方法
项目二的教学方法：基于问题教学法 （从实际问题抢答竞赛出发）；基于兴趣的教学法 （向学生进行任务的虚拟仿真flash演示）；理论实践二位一体教学法 （编码器功能知识的掌握与电路搭建）；可视化教学法（芯片功能的测试将传统测试方法与专用的数字芯片测试仪结合）；小组讨论法（3人分组）；启发式教学法（任务分析部分）；类比教学法（编码概念引入部分）；探究法（任务实施过程中）。
本门课程教学手段、方法：任务驱动法、行为导向项目教学法；工学结合，现场教学法（项目中每个任务的综合）；传统教学手段（讲解法、示范法、模仿法、练习法）；多媒体教学手段（PPT课件、flash仿真、网络教学及互动平台）。
六、“数字电路与逻辑设计”考核评价方式
建立终结性评价和过程性评价相结合的评价方式。终结性评价中知识考核占30%，综合考核占70%。过程性评价以项目为单位，其中教师评价占40%，学习档案占30%，小组评价和自我评价各占15%。
七、总结
以职业岗位活动调研为前提进行职业能力需求分析；以职业能力需求分析为导向确定课程职业能力目标；根据职业能力目标的需求确定知识目标；根据岗位工作过程和认识规律构建教学模块；以职业能力训练项目作为课程目标和教学内容的载体；以真实的职业活动实例作为训练素材；通过项目教学真正实现“教、学、做”三者的融合；建立以形成性考核为主的课程考核体系。
参考文献：
[1]胡锦.数字电路与逻辑设计[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用EDA工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1）集成电路芯片设计概论：介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解，了解IC设计技术的发展历程及基本情况，理解IC设计技术的基本概念；了解IC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2）IC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字IC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3）RTL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（NoC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的IP核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。2）IC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3）IC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1）IC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队IC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2）IC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3）IC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
关键词：集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0049-03
一、引言
集成电路产业是信息产业的基础和核心，是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（18号）》，大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下，我国集成电路设计业发展迅猛，伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业，2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求，截止2014年，全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（新18号）》，要求高校要进一步深化改革，加强集成电路设计相关专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用型人才。
“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现，是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养，着力发展芯片设计业，2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出，要着力发展集成电路设计业，加大人才培养力度。因此，研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系，培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。
二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点
集成电路是推动当前经济发展的重要技术，由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷，多学科交叉融合，毕业生就业具有国际性，要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求，才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。
1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业，国内还没有形成该专业的人才培养规范，目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差，还没有形成完整的知识体系。
2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务，从注重单一知识和能力的培养，要转变到注重综合知识和能力的培养。
3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业，根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业，需要针对企业对该类人才的需求，将企业需求融入课程体系，与企业联合制定培养方案，建立核心课程体系，实时调整专业课程教学内容。
4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性，不仅要具有较强理论知识基础，而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力，需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系，保障四年工程实践训练不断线，逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建
根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点，按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律，结合我校学科专业优势特色，确立了本专业人才培养的课程体系。
（一）人才培养目标
2006年全国科技大会上提出，到2020年，我国将建成创新型国家，使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一，只有培养具创新精神和创新能力的人才，才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。
因此，本专业旨在培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识，具备工程实践能力和创新能力，具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力，能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才，为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。
（二）人才培养规格
集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，如图1所示。其中，图1中①就是通信算法（应用）的直接IC（实现）化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法（应用）的指令集合（体系结构）化的目标程序;③就是指令集合（体系结构）的IC（实现）化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。
根据多学科融合发展和人才培养目标定位，确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。
1.知识结构要求。（1）具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。（2）具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。（3）掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。（4）掌握集成电路与集成系统电子设计自动化（EDA）技术。
2.能力结构要求。（1）具有使用电子设计自动化（EDA）工具进行集成电路与集成系统设计的能力。（2）具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。（3）具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。（4）具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。
3.素质结构要求。（1）具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。（2）具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。（3）具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。（4）具有一定的国际化视野、求实创新意识。
（三）课程体系
集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次，课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点，各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性，通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业，课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点，各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域，知识和技术更新速度非常快，课程体系应该体现先进性，使得学生能够接近先进的技术前沿，同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程，进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。
因此，根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性，结合我校自身优势特色，构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向，集中实践环节为支撑，核心课程为基础，一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时，设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块，提升学生的工程素质和创新能力。
课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力，第二学年主要培养学生的电子技术应用能力，第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力，第四学年主要培养学生的工程创新能力，通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块，实现人才的个性化培养。
通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置，将集成电路设计与通信/计算机相结合，体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养，“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中，通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养，实现了课程体系的系统性和完备性，通过教学内容的组织实现知识的连贯性。
课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验（集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践）以及课内实验，在教学内容的组织上将软件无线电（SDR）系统（包括算法、体系结构、集成电路）设计与实现的科研成果融入教学过程，实现四年工程实践训练不断线，体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引，设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程，采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计，实现课程体系的先进性和实用性。
（四）教学内容组织思路
以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成（CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元）计算机部件设计计算机部件（FPGA和专用集成电路）实现整机（FPGA或专用集成电路）实现面向通信、信号处理领域系统（嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路）设计与应用”为主线组织教学内容，体现知识的连贯性，培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践（包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等），将软件无线电（SDR）系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学，贯彻我校“教研统一”办学理念，突显我校信息通信行业优势特色，培养学生的工程创新能力。
四、结论
课程体系设置是专业建设中的关键核心问题，对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点，结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色，形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向，以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容，培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计（计算机应用、电子技术应用、微系统设计）能力，通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践，提高学生的工程创新能力。
参考文献：
[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程，2011，（2）.
【关键词】微电子专业实验 教学改革
【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】1006-5962（2013）02（a）-0019-01
引言：
微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。现代社会是一个信息社会，信息技术发展的方向是多智能化、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。
目前我国的微电子行业领域正以日新月异的速度高速向前发展，但是微电子专业学生往往理论强于实践，成为制约我国微电子行业发展的最大障碍。为了培养出合格的微电子专业毕业生，在微电子教学过程中必须理论和实践并重。
我们在结合我校多年微电子专业实验教学的实践工作以及目前微电子行业的现状和前景，提出了在本科阶段微电子专业实验改革实验内容――抓好两大平台建设；革新实验课程教学体系的新思路――因人而宜，因材施教，学生为主，教师为辅。
微电子专业实验改革实验内容：
在实验改革中主要分成两大主要平台：集成电路设计平台和集成电路测试平台。
集成电路设计平台：
实验室是开展研究性教学、培养和提高学生创新能力的重要阵地。微电子实验所涉及的一些必要的实验装备往往价格不菲，而一些综合性、设计性、研究探索性实验以及课程综合设计所需要的系统级先进设备和测试仪表更是价格惊人，在本科教学实验室中根本无法配置。为了解决这一矛盾，我们在实验室建设中引进先进的EDA软件，包括ECAD和TCAD软件构建集成电路设计模块。在这个模块中学生可以完成（1）数字IC和模拟IC的设计：进行数字集成电路、模拟集成电路和片上系统SoC的设计实验；（2）可以完成版图设计：进行数字集成电路版图设计、模拟集成电路版图设计；（3）还可以完成器件和工艺设计：进行微电子器件、纳电子器件和光电子器件的结构设计、性能仿真、工艺设计、参数优化和虚拟制造的实验。利用这些软件学生不仅可以完成一些过去因条件限制根本无法完成的综合性、设计性实验和课程设计，更主要的是学生在开展科技创新训练和复杂程度高的系统级毕业设计中，可以首先利用这些软件平台进行设计、仿真分析、反复修改，在获得正确设计和初步结果后再利用实验设备和测试仪器进行实验验证。这样做不仅减少了研究工作和实验工作的盲目性，而且降低了运行成本和设备维修率，提高了设备利用率。
集成电路测试平台：
该平台是针对微电子技术本科专业中关于半导体器件物理、固体电子导论、微电子器件设计、半导体基础实验、集成电路测试等课程的教学要求，完成以下几个模块设计实验：（1）半导体材料测试模块。通过四探针测试仪（包括电脑、软件）、导电类型鉴别仪、半导体霍尔效应测试仪和少子寿命测试仪可进行半导体材料（硅片）的导电类型、电阻率、电导率和少子寿命测试等实验和研究。（2）半导体器件测试模块。通过晶体管特性测试测试仪、数字万用表、半导体特性分析仪和CV特性测试仪可进行二极管、NPN、PNP、MIS和MOS晶体管的特性测试和参数提取的实验和研究。（3）IC在晶圆测试模块。通过STl03A手动探针台、数字示波器和逻辑分析仪可进行集成电路和半导体器件性能的在晶圆测试的实验和研究。（4）版图分析与电路提取模块，利用大平台显微镜、计算机和数字摄像头可进行集成电路的版图分析、图形测量和电路提取实验和研究。
微电子专业实验课程新教学体系：
为了培养高素质的、有创新能力的、符合新时代要求的学生，我们制定了新的微电子教学实验大纲。新大纲具有以下特点：（一）内容覆盖范围广，包括大部分微电子专业课程内容：半导体器件物理、固体物理、集成电路版图和工艺设计、集成电路CAD和微电子器件等等；（二）对实验者水平要求更高，编排结构更合理。大部分实验包含基本验证性和综合分析性，要求学生掌握扎实的基本知识，突出对学生能力培养和素质教育；（三）大纲规定了必做实验和选做实验两种类型实验，必做类型要求所有学生都要完成，而选做实验主要是针对部分学生开设的能力提高型实验，做到“因人而宜，因材施教”。
与此同时，根据大纲的修订，我们对《微电子专业实验》讲义进行了重新编排，以了解新知识，掌握新技能，培养新能力为重点。通过大纲和讲义的修订和编排都为微电子专业实验的教学改革奠定了基础。
关键词：模拟集成电路；自适应加权；多目标优化；Pareto最优前沿
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）10-00-02
0 引 言
一直以来，人们都想实现模拟集成电路设计的自动化，但考虑到模拟集成电路性能指标多，各性能指标间互相影响等因素，使得模拟集成电路的自动化进程远远落后于数字集成电路，模拟集成电路已经成为制约集成电路发展的瓶颈。随着技术的发展，片上系统将模拟集成电路与数字集成电路整合到一块芯片上。但人们对模拟集成电路的自动化研究却从未中断过，同时也取得了一些成果，其中基于优化的设计方法因适用范围广而受到了人们的青睐。
基于优化的设计方法将模拟集成电路的设计看作是多目标优化问题，电路设计时的性能指标如增益、带宽、相位裕度等就是多目标优化的目标函数。通过多目标优化算法求解出电路目标空间的Pareto前沿，该前沿就是电路各种性能指标折衷后的最优前沿，允许电路设计者从一组相互冲突的设计指标中做出最佳选择。
基于优化的设计方法的核心是多目标优化算法，解决多目标优化问题的常用算法是加权和算法[1]，该算法容易理解、操作简单，但是该算法不能求出Pareto前沿上位于凹区间内的解，而当权值均匀分布时，Pareto前沿上凸区间内的解分布不均匀[2]。本文采用了自适应加权和算法，该算法在加权和算法的基础上改进而来，克服了加权和算法的上述缺点。
1 自适应加权和算法原理
自适应加权和算法[3]的权值系数没有预先确定，而是通过所要求解问题的Pareto前沿曲线获得。首先用传统加权和算法产生一组起始解，然后在目标空间确定需要细化的区域。将待细化区域看作可行域并且对该区域施加不等式约束条件，最后用传统加权和方法对这些需要细化的子区域进行优化。当Pareto前沿上的所有子区域长度达到预定值时，优化工作完成。
图1所示的自适应加权算法与传统加权和算法进行了对比，说明了自适应加权和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用实线表示，通过多目标优化算法获得的解用黑圆点表示。在该例中，整个Pareto前沿由相对平坦的凸区域和明显凹的区域组成。解决这类问题的典型方法就是加权和算法，该算法可以描述成如下形式：
上式中描述的是两个优化目标的情形，J1（x）和J2（x）分别为两个目标函数，sf1，0（x）和sf2，0（x）分别为对应的归一化因子，h（x）和g（x）分别为等式约束条件和不等式约束条件。
图1（a）为采用加权和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹区间内没有求出解。该图反映了加权和算法的两个典型缺点：
（1）解在Pareto前沿曲线上分布不均匀；
（2）在Pareto前沿曲线为凹区间的部分不能求出解。
因此尽管加权和算法具有简单、易操作的优点，但上述缺点却限制了其应用，这些固有缺陷在实际多目标优化设计问题中频繁出现。图1描述了本文所提出的自适应加权和算法的总体流程以及基本概念。首先根据加权和算法得到一组起始解，如图1（a）所示，通过计算目标前沿空间上相邻解的距离来确定需要进行细化的区域，如图1（b）所示，该图中确定了两个需要进行细化的区域。在确定需要进行细化的区域分别在平行于两个目标方向上添加额外的约束，如图1（c）所示，在该图中向减小方向J1添加的约束为1，J2减小方向添加的约束为2。对细化后添加完约束的区域用加权和算法优化，得出新解，如图1（d）所示，其中加权和算法求解最优解时采用Matlab中的fmincon函数。从该图中可看出，细化区域内产生了新解，Pareto前沿上解的分布较之前更加均匀，且求出了凹区域内的解，继续细化能够找出更多的解，Pareto前沿上的解也将分布地更加均匀。自适应加权和算法的流程图如图2所示。
2 两级运放设计实例
以一个带米勒补偿的两级运放[4]为例，说明自适应加权和算法的多目标优化设计。两级运放电路图如图3所示。
电路的各项性能指标如表1所列。
电路优化过程中采用工作点驱动[5，6]的设计方法，电路的设计变量为电路直流工作点上一组独立的电压、电流。电路性能通过方程获得，但方程中的小信号参数通过对工艺库进行模糊逻辑建模[7，8]得到，使得计算速度提高的同时保证了计算精度。两级运放电路的优化结果如图4所示。
图为算法迭代五代后的优化结果，由图可以发现，经过五代的优化迭代，求出的最优解在Pareto前沿上分布均匀。在同一电路中，单位增益带宽的增加与摆率的增加都会使功耗增加，而电路功耗降低导致的结果是电路的面积增加，或通过牺牲面积来换取低功耗，牺牲面积换取电路的带宽增加。这些结果与电路理论相吻合，同时也再次说明了模拟电路设计过程中的折衷以及模拟集成电路设计的复杂性。
3 结 语
自适应加权和算法能求出位于凹区间内的最优解，并且最优解分布均匀。本文通过两级运放电路验证了算法的优化效果，最终得到了满意的优化结果。
参考文献
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关键词：课程体系改革；教学内容优化；集成电路设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）34-0076-02
以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展，2000年，国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（18号文件），2011年1月28日，国务院了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》，2011年12月24日，工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》，我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而，我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年，全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片，超过石油进口。2014年3月5日，国务院总理在两会上的政府工作报告中，首次提到集成电路（芯片）产业，明确指出，要设立新兴产业创业创新平台，在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进，引领未来产业发展。2014年6月，国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》，加快推进我国集成电路产业发展，10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年，我国芯片设计人员达不到需求的10%，集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求，2001年，教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。
我校2002年开设电子科学与技术本科专业，期间，由于专业调整，暂停招生。2012年，电子科学与技术专业恢复本科招生，主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量，提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求，从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。
一、专业课程体系存在的主要问题
1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课，为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实，将导致学生在学习专业课程时存在较大困难，更甚者将导致其学业荒废。例如，如果没有很好掌握MOS晶体管的结构、工作原理和工作特性，学生在后面学习CMOS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水，不可能学得懂。但国内某些高校将这些课程设置为选修课，开设较少课时量，学生不能全面、深入地学习；有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如，我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程，而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。
2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系，前者是后者的基础，后者是前者理论知识的具体应用。并且，在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上，开设后面的课程，将直接导致学生学不懂，严重影响其学习积极性。例如：在某些高校的培养计划中，没有开设“半导体物理”，直接开设“晶体管原理”，造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础，很难进入状态，学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习MOS晶体管的工作状态时，如果没有半导体物理中的能带理论，就根本没办法掌握阀值电压的概念，以及阀值电压与哪些因素有关。
3.课程内容理论性太强，严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强，公式推导较多，并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时，过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导，而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握，使得学生（尤其是数学基础较差的学生）学习起来很吃力，学习的积极性受到极大打击[6]。
二、专业课程体系改革的主要措施
1.“4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式：“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”；“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CAD”；“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”，实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则，根据学习每门专业课所需掌握的基础知识，环环相扣，合理设置各专业课的开课先后顺序，形成先专业基础课，再专业方向课，然后宽口径专业课程的开设模式。
我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式，也就是三个本科专业大学一年级、二年级统一开设课程，主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程，重在增强学生的数学、物理等基础知识，为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始，分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担，大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起，课时量为64学时，由2位教师承担教学任务，其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识，又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CAD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础，为了保证学习的延续性，拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1～12周，而其他3门课程的开课时间从第6周开始，从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外，“集成电路原理与设计”课程设置96学时，由2位教师承担教学任务。并且，先讲授“CMOS模拟集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为6～17周；再讲授“CMOS数字集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为8～19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程，并设置其为选修课，这样设置的目的在于：对于有意向考研的同学，可以减少学习压力，专心考研；同时，对于要找工作的同学，可以更多了解专业方面知识，为找到好工作提供有力保障。
2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式，专业课程要在大学三年级才能开始开设，时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标，培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才，需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。
在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中，要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导，侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习，以免削弱学生的学习兴趣。MOS器件是目前集成电路设计的基础，因此，在“晶体管原理”中应当详细讲授MOS器件的结构、工作原理和特性，而双极型器件可以稍微弱化些。
对于专业方向课程，教师不但要讲授集成电路设计方面的知识，也要侧重于集成电路设计工具的使用，以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程，尤其是CMOS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此，在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如，在“CMOS模拟集成电路原理与设计”课程中，总课时量为48学时不变，理论课由原来的38学时减少至36学时，实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为EDA工具学习，留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识，融会贯通，有效地促进教学效果，激发学生的学习兴趣。
三、结论
集成电路产业是我国国民经济发展与社会信息化的重要基础，而集成电路设计人才是集成电路产业发展的关键。本文根据调研结果，分析目前集成电路设计本科专业课程体系存在的主要问题，结合我校实际情况，对我校电子科学与技术专业集成电路设计方向的专业课程体系进行改革，提出“4+3+2”专业课程体系，并对专业课程讲授内容进行优化。从而满足我校集成电路设计专业创新型人才培养模式的要求，为培养实用创新型集成电路设计人才提供有力保障。
参考文献：
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[4]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].教育与教学研究，2008，（22）.
关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才
作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北 武汉 430068）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]
一、学科背景及问题分析
1.学科背景
21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。
湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
2.存在的问题与影响分析
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。
二、建设思路
电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：
第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。
第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。
第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。
第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。
三、建设内容
微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。
电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LED封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。
（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频MOS C-V特性测试、PN结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、PN结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。
（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、MOS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LED光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。
（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。
（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LED封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和国家级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。
四、总结
本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
参考文献：
[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.
关键词：数字电路 故障分析 检测 思考
中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0238-01
1、引言
在当前，在我国从事数字电路设计的研究人员越来越多，在数字电路的设计过程中，难免会出现这样那样的问题，要见解决这些问题，就必须完成数字电路的故障检测，这样才能够保证数字电路的设计的进行。
2、数字电路故障概述
熟悉数字电路开发的工作人员都知道，数字电路主要分为时序逻辑电路以及组合逻辑电路两种。如果说按照数字电路中有没有集成元器件来看的话，数字电路就分为集成数字电路以及元件数字电路两大类。数字电路主要是依靠算术运算以及逻辑运算两种运算来实现处理的，数字电路的实现过程比较简单，能够充分保证系统的可靠性。此外，随着硅电子技术的发展，数字电路的集成程度越来越高，在功能的实现方面更容易。
随着数字电路使用的普及，而数字电路本身的种类很多，而且功能的实现颇为繁杂，给数字电路的设计带来了很多的麻烦，很容易出现各种各样的故障。在数字电路故障的检测过程中，我们通常是将数字电路的故障隔离到电路板级，然后再对故障电路板进行逐一测试。在测试的过程中，向电路输入一定的测试信号，然后在电路的输出端，测试电路的输出信号，再将输出信号和预期信号进行比对，如果和预期信号不像符合，则可断定电路出现故障。
3、数字电路故障的特点
3.1 竞争冒险
所谓竞争冒险，就是指电路诸多输入信号量中，有一个门电路的输入发生改变时，导致输出端的状态响应发生时间上的改变，这种现象就是我们所说的竞争。竞争导致的直接故障就是冒险以及现象的发生。
3.2 电平方面出现的故障
在数字电路中，由于电平输入不当也会导致电路的故障。在数字电路中，对于电压值的判定都是依赖于高低两个电平信号，也就是说，高电压（高电平）表示正逻辑，低电压（低电平）表示负逻辑。但是数字电路中各个期间对于高低电平的判断又各不相同，也就是说，可以规定一个数字电路器件的高电平是3V、低电平是-3V，我们也可以规定高电平是5V、低电平是-5V,这就导致在信号输入的过程中，各个器件对于相同的电平值会有不同的逻辑判断，从而导致设计人员想输入高电平时，出现的是低电平效果。
此外，由于电平方面因素，在数字电路的测试过程中还会出现介于0和1之间的逻辑值，出现这种效果显然不能为电路设计者所接受，而出现这样一种现象的原因在于：第一，扇出系数过小，导致负载能力较差；第二，电磁的干扰，数字电路的高度集成性决定了数字电路中各种高频信号线、接插件以及集成电路的引脚在工作过程中会体现出一定的电磁特性，形成辐射干扰源，进而影响其他元器件的工作。
4、数字电路故障分析
数字电路的故障分析过程中，我们会针对竞争冒险和电平方面两种情况讨论，不同情况，不同对待。
4.1 竞争冒险方面
我们在对待竞争风险时，主要分为如下几个步骤：
首先，我们使用代数法对电路的静态功能冒险进行相应的分析。在电路的组合逻辑中，如果有一个输入量发生了变化，而且在电路变化的前后过程中都较为稳定，那么我们就要进行相应的卡诺图分析，等那个卡诺图中有P个以上的量发生改变的时候，我们就判定有发生冒险的可能。
然后，我们对电路加上选通脉冲信号，对电路进行相应逻辑的修改，并且根据逻辑的修改情况，分析出电路的输出函数。并判断输出函数中组成元素的逻辑发生变化时，能否产生负向过渡干扰脉冲，对电路进行分析。
紧接着，我们对电路进行加修改逻辑设计操作，这一方法也被称为增加乘积项法，可以对电路的逻辑进行适当的修改，从而消除电路中存在的冒险现象，在进行逻辑的修改过程中，要保证电路函数关系的不变。
要是还是不能分析出电路的故障所在，我们就要对电路进行输出端并联电容法，改方法又被成为电容滤出发，主要是面对电路在较慢速度的环境下工作时，在电路的输出端并联上相应的电容，将竞争冒险过滤掉，在操作的过程中，要避免输出端逻辑的错误。
4.2 电磁干扰的解决
电磁干扰是数字电路设计过程中的大问题，我们要充分保证印刷板表面的绝缘，并将电路中低阻抗部分接上屏蔽层。在接入屏蔽层的环节中，我们可以将电压跟随器的同相以及反相端要和系统当中的接地相连。
4.3 电平方面的故障
设计人员在设计过程中要对各种数字元器件，特别是集成电路的输入输出特性做到心中有数，在设计过程中一定要充分考虑相连两个元器件的输入输出特性，在必要时可以再元器件中间加入适当期间，以保证电路逻辑的正确。
5、结语
数字电路设计过程中经常会出现各种故障，本文对这一方面展开了分析和讨论，并结合古筝的成因，提出了针对竞争冒险方面、电磁干扰方面以及电平方面故障的解决方法，得出相关结论。
参考文献
[1]张兰,徐红兵.一种新的数字电路故障定位算法研究[J].电子科技大学学报,2004.
关键词：测试仪；逻辑信号；电路设计
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.3.014
引言
在数字电路的调试和检修时，常常要对电路中某点的逻辑信号进行测试，采用万用表或示波器等仪器仪表很不方便，而采用逻辑信号测试仪通过几个发光二极管就可以指示被测信号的逻辑状态及脉冲信号的频率范围，使用简单方便，给数字电路实验和电路设计开发带来便利[1]。本文采用中小规模集成电路设计并实现了一种逻辑信号测试仪，不仅能区分逻辑电平的状态和脉冲信号频率的数量级，而且适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试。如果将电路安装成逻辑测试笔，使用就更为方便[2]。
设计与实现
功能设计
逻辑信号测试仪主要包括逻辑信号状态的区分和脉冲信号频率的区分两部分功能。其中逻辑信号状态的区分主要通过双电压比较器电路实现，而脉冲信号频率的区分可利用数字频率计的原理实现。由于逻辑信号测试仪的电源来自被测电路，为满足各种类型的数字电路逻辑信号的测试，故所用芯片必须是能单电源供电且电源范围较宽的模拟电路芯片和CMOS类的数字集成电路芯片。
逻辑信号状态的区分
为实现逻辑信号状态的区分，可用运算放大器（如LM358）或电压比较器（如LM393）实现一个双限电压比较器进行区分，其关键在于参考电压的设定，电路如图1所示。本设计为了适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试，仅对逻辑电平作了简单区分，设定为：被测信号如果小于0.2VCC则为低电平（LED2亮）；如果大于0.4VCC则为高电平（LED1亮）；如果介于两者之间则为高阻态（两个发光二极管都不亮）；如果时大时小交替的则为脉冲信号（两个发光二极管常亮或交替亮）。其中Vi为被测信号输入端，R1、R2和D1、D2起到了输入端静电防护功能，R3、R4保证了在输入端悬空时显示为高阻态。如需严格适应TTL和CMOS等各种类型集成电路的逻辑电平的测试，应根据各种类型数字电路的逻辑电平特点，严格设定各自的参考电压，并将其参考电压设定支路区分开来，用开关电路进行切换。
脉冲信号频率的区分
当被测信号被判定为脉冲信号时，还需进一步区分脉冲信号的频率，可利用数字频率计的基本原理实现[3]。用中小规模集成电路实现数字频率计的原理框图如图2所示。
若仅对脉冲信号区分频率的数量级，电路更加简单，既不需要整修放大，又不需要锁存和译码显示，而只需在计数电路输出端的相应数量级上接一个发光二极管体现其频率数量级即可。其中闸门电路
计时电路
为了计数方便，计时信号的正频宽应约为1s，而负频宽应较窄。由555时基电路实现的计时电路如图3所示。其中，Rw用于精确调试闸门的开启时间。
计数电路
为了使逻辑信号测试仪能区分Hz、kHz、MHz等数量级的脉冲信号，而计时信号的正频宽约为1s，故计数电路至少为106进制计数器。实现时，为了简化电路可用两片CD4020（14位同步二进制计数器）实现，如图3所示。其中，R和Z都为闸门电路的输出信号，且应满足：当计时信号为低电平时，计数器被清零。
区分方法为：当被测脉冲信号为H z级（约< 1 k H z）时，L E D 3、L E D 4两个发光二极管不亮也不闪；当为kHz级（约>1kHz，但1MHz）时，LED3常亮，而LED4闪动或常亮。而且，如果要对被测脉冲信号区分得更细些，仅需在CD4020的不同输出端加上发光二极管指示电路即可。
闸门电路
闸门电路确保仅在计时信号为高电平时（即计时时间内），闸门开启，被测脉冲信号能传递给计数电路，而在低电平时，闸门关闭，且应使计数器清零。因此，可由“与非门”或“与门”电路实现。而CD4020的清零端为高电平有效，故本设计中采用CD4011（四2输入与非门）实现，如图5所示。其中，M为图1中被测信号经过静电防护电路后的信号。
结论
实践表明，所设计的逻辑信号测试仪不仅能准确指示逻辑信号的状态，区分脉冲信号频率的数量级，而且适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试。
逻辑信号测试仪是目前数字电路测试中使用最为广泛的一种工具。本设计采用中小规模集成电路实现了功能较为全面的逻辑信号测试仪，具有实现容易、操作简单、功能可靠、价格低廉、实用性强等优点[4]。该设计方法对电子电路设计具有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 孙建设，王程有.改进型逻辑电平三态指示器[J].仪表技术与传感器，2005，4，（4）：41-42
[2] 刘之义，刘卫强.一种简单实用的三态指示电路[J].河北工业科技，2001， 18，（1）：30-32
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