模拟集成电路的分析与设计范文

导语：如何才能写好一篇模拟集成电路的分析与设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词 模拟集成电路设计；理论与实践相结合；仿真实验

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）30-0095-02

集成电路设计相关课程体系是各高等院校电子科学与技术、电子信息科学与技术等工科专业核心专业课程设置的重要组成部分，为大学生深入学习掌握集成电路设计的基本原理、分析方法、仿真方式等打下基础。大多数理工科高校对电子类专业开设模拟集成电路设计和数字集成电路设计的课程，对学生进行综合培养。对于模拟和数字集成电路设计，如果要深入到晶体管级进行分析和设计，那都必须进行原理的深入学习。而在现实工作中，数字集成电路设计主要是通过运用高级硬件电路描述语言基于门级对电路进行设计，晶体管级的原理分析只是理论基础。模拟集成电路设计则必须完全深入晶体管级进行分析和设计，所以模拟集成电路设计更加繁琐和复杂，对理论分析的要求也更高。

本文通过笔者多年来在模拟集成电路设计理论和实践教学中积累的经验和教学心得，对如何在繁琐和复杂的教学中使学生更好地掌握知识体系进行探讨。

1 教材的选择

1.1 国外经典教材的参考

集成电路的设计国外特别是美国要领先中国几十年的技术水平，如绝大多数高精尖端的芯片都是被INTEL、AMD、TI、ADI这样的跨国巨头所垄断，在教学知识体系方面自然是美国的高校如斯坦福、加州大学等要比国内高校更加系统和完善。美国出版的多本教材更是被奉为集成电路设计的圣经，如拉扎维编著的《模拟CMOS集成电路设计》、艾伦编著的《CMOS模拟集成电路设计》等。但是即使是被奉为圣经的教材，虽然经典，也有其局限性。如拉扎维编著的《模拟CMOS集成电路设计》对电路的理论分析非常透彻且深入浅出，却缺乏相应的仿真实验来验证其理论分析；而艾伦编著的《CMOS模拟集成电路设计》虽有部分仿真实验来验证其理论分析，但其理论分析又不如拉扎维的教材那么透彻和深入浅出。

1.2 国内教材的选择

国内的高校虽然较国外高校而言在集成电路设计领域起步要晚，差距也很大，但是在近些年国家政策的大力扶持下，已经有了突飞猛进的发展。国内也有了几本模拟集成电路设计知识讲解得比较透彻的教材，比如：清华大学王自强编著的《CMOS集成放大器设计》就从简单知识入手，讲解浅显易懂；东南大学吴建辉编著的《CMOS模拟集成电路分析与设计》分析比较透彻，讲解自成体系。但是国内出版的教材也都缺乏相应的仿真实验来验证其理论分析。

针对国内学生在集成电路设计知识领域基础比较差的现状，可以选择国内讲解得比较简单浅显的教材为主线，并以国外经典教材为参考。

2 教学方法的改进

模拟集成电路设计作为电子科学与技术专业的一门专业核心课程，比某些专业基础课程如电路原理、数字电子技术、模拟电子技术等要难度更大，也更为繁琐和复杂。如果按照传统方式进行讲解，或者说仅仅是按照教材进行理论分析和推导，那么学生很难对这门知识深入理解和掌握。因此，在教学理论知识的过程中，穿教材中没有的、可以验证其相应理论的仿真实验，这样能够更好地使学生理解和掌握理论知识。

2.1 以HSPICE仿真实验为辅助

SPICE是一种可以用于电路仿真的工具，大家所熟知的有PSPICE，它是一种可以适用于分立原件的电路仿真工具，而HSPICE是在集成电路设计领域专业使用的高精度的仿真工具。专业的集成电路设计公司和研究所都是使用UNIX或LINUX环境下的大型专业工具软件进行集成电路设计仿真，而笔者所在高校因为在此领域起步较晚，专业开设也较晚，专业实验室也并不具备，所以并不具备很好的实验条件来进行实验辅助教学。因为HSPICE具有可以在Windows环境下方便使用的小型版本的软件，所以可以很方便地用在课堂教学中。

2.2 理论与实践相结合教学

在繁琐复杂理论分析和推导的过程中，不断地穿HSPICE仿真，来验证理论分析和推导的结果，可以让学生显著加深对理论的理解和掌握。HSPICE仿真部分的内容是清华、复旦、东南大学等高校教师出版的教材里面都没有详细讲解的内容，也是他们课堂理论讲解过程中不会涉及到的知识。而在笔者所在高校以HSPICE仿真实验为辅助，结合理论教学后，取得了积极显著的教学效果，学生对理论知识的理解和课程考试成绩都得到了大幅度的提升。以2008级到2010级电子类专业的学生为例，模拟集成电路设计课程考试得优率从22%提升到了43%以上，学生对此教学方法也是高度认同。

3 结束语

在我国大力实行人才战略，强调人才培养的大环境下，笔者所在高校也响应国家号召，加强本科生培养，实施卓越工程教育，取得积极可喜的成绩。国家在近些年大力支持集成电路设计的产业发展，国内在此领域也有了长足进步，但也更加需要更多的专业人才来满足市场需求。在此背景下，本文积极探索和提高模拟集成电路设计的教学方法，取得长足的进步和发展，也得到学生的高度认同。笔者希望自己的经验和方法可以为兄弟院校相关专业的教学提供参考和借鉴。

参考文献

[1]Lazavi.模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2003.

[2]Allen P E.CMOS模拟集成电路设计[M].2版.北京：电子工业出版社，2011.

[3]王自强.CMOS集成放大器设计[M].北京：国防工业出版社，2007.

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一、完善课程设置

合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。

二、变革教学理念与模式

CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。

三、加强EDA实践教学

首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。

四、搭建校企合作平台

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关键词： 共模偏差； 寄生参数； 并联； Calibre

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0122?03

A method of reducing the common mode deviation in layout

SHI Qin?qin， ZHANG Ke?feng， REN Zhi?xiong

（Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： The common mode deviation of differential output signals is commonplace during the layout design process. A two?stage operational amplifier with common feed?back （CMFB） structure is taken for example， the parasitic capacitors C+CC and parasitic resistors R of the layout are extracted to have post?simulation， through comparison， it is proved that the common mode deviation is mainly effected by parasitic resistors. According to the result， the parasitic resistor R of layout is screened by Calibre， and the main line affects the common mode deviation is. The common mode deviation of the differential output signals is reduced from 0.172 3 mV to 15.559 μV by decreasing the parasitic resistors through changing the lines into parallel connection.

Keywords： common mode deviation； parasitic parameter； parallel connection； Calibre

0 引 言

在版图设计过程中经常会遇到差分输出信号的共模点存在偏差等问题，尤其在设计高性能运算放大器的版图过程中更是常见。运放是模拟电路的基础，在LPF、VGA、ADC等电路中应用广泛[1?2]，如何设计一个高性能的运放对模拟电路设计者而言尤为重要。设计者在电路级一般较容易实现高性能的要求，但是版图设计过程中由于寄生效应的影响[3?5]，造成运放DC工作点发生偏移，严重时会直接导致电路不能正常工作。差分信号的共模点偏差是运放版图设计过程中常见的一个问题，版图设计者通常都会重点考虑版图布局对称性的要求而忽略某些敏感信号线的寄生效应对电路的影响。本文拟提出一种方法，通过 Calibre xRC提取寄生参数[6]进行后仿，采用排除法得到影响差分电路版图共模点的走线，然后通过适当的优化设计减小该走线的寄生效应，从而使版图的后仿结果达到设计要求。

1 方法介绍

1.1 问题说明

本文以带共模反馈的两级运算放大器电路为例说明该方法，电路结构如图1所示，OPA1的差分输入信号VIN_P，VIN_N经两级放大后输出差分信号VOUT_P，VOUT_N，OPA2为共模反馈电路，通过反馈电压[VB1，][VB2]使运放输出信号的直流点稳定。[Vbias1，][Vbias2，][Vbias3]为该运算放大器提供偏置电压。

对于一个全差分运算放大器来说，进行版图规划和布局时，特别需要注意对称性，本版图采用TSMC 0.18 μm CMOS设计工艺，完成图1电路的版图设计之后，进行DRC，ERC验证[7?8]；接下来运行Calibre xRC，提取R+C+CC寄生参数，生成CalibreView，用Spectre仿真config[9]得到版图的后仿结果如图2所示，从图2可以看到共模反馈运算放大器的layout的共模电平相差0.172 3 mV。

1.2 解决过程

分析以上仿真结果，共模点的偏差一般来自于版图走线寄生电阻的影响，寄生电容一般影响交流信号的摆幅和稳定性，所以首先验证这一推断。再次运行Calibre xRC，分别提取寄生电容C+CC和寄生电阻R并进行后仿，后仿结果对比如图3所示，只提取寄生电容（见图3（a））后仿差分输出几乎无共模偏差，而只提取寄生电阻产生了严重的共模偏差，很显然，共模点的偏差主要由于寄生电阻的影响。

图2 后仿差分输出电压（提取R+C+CC）

图3 提取不同寄生参数后仿结果对比

为了对版图每条走线所贡献的寄生参数进行分析，运行Calibre RVE，结果如图4所示。

图4 运行Calibre RVE的寄生参数结果

通过对寄生电阻进行筛选，可确定影响版图共模点值的主要走线，如图4所示主要有16条，将RVE的结果复制到Excel，同时在运行Calibre xRC时去掉以上16条线，即不提取这些走线的寄生参数，通过验证可知在没有提取这16条线的情况下对版图进行后仿结果正确，所以接下来的工作就是采用排除法找出对版图影响最大的走线。

再次运行Calibre xRC，提取R+C+CC，在Outputs选项中将以上16条线规避，图形界面如图5所示；然后每次删掉一组差分信号或者单个信号，迭代运行并仿真即可找到影响版图性能的走线。

图5 采用规避方法运行Calibre xRC

由仿真结果可知，在本文选择的实例中走线XI118/NET47的寄生参数导致运放输出共模点不对称，反馈到版图设计，对该走线进行优化。

1.3 版图优化

版图优化的主要目的是减小寄生效应，如果要减小寄生电阻主要采用并联走线的方式，减小电容主要采用串联走线的方式。金属孔不是越多越好，孔本身存在寄生电阻，在满足电流密度的情况下预留适当的余度进行打孔。

优化示意图如图6所示，可以看到最初的版本上下两排金属线的寄生电阻直接串联，通过加入两条金属线将上下两排走线连接起来，由于金属线并联的关系可以减小整体金属寄生电阻，提高版图的性能，实际优化对比如图7所示。

图6 版图优化示意图

图7 实际优化对比

1.4 结果分析

经过以上优化过程，对图1电路的版图重新运行Calibre xRC提取R+C+CC，仿真结果如图8所示，可以看到输出差分信号的共模点由之前的0.172 3 mV减小为15.559 μV，如果进一步对版图进行优化，或者在迭代的过程中多加入几条金属线的影响，该偏差会进一步减小。

图8 优化后版图后仿结果

2 结 论

本文提出的方法可大大减小在版图设计过程中产生的差分信号共模点偏差，通过对Calibre RVE的仿真结果分析，结合Calibre xRC的使用和排除法找到影响版图性能的走线，然后采用相应措施减小该走线的寄生效应提升版图后仿性能。这种方法可应用于运算放大器、混频器等射频模拟集成电路的版图设计。

参考文献

[1] RAVAVI B.模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2003.

[2] ALLEN P E. CMOS模拟集成电路设计[M].2版.北京：电子工业出版社，2005.

[3] 金善子.版图设计中的寄生参数分析[J].中国集成电路，2006（11）：41?44.

[4] HASTINGS Alan.模拟电路版图的艺术[M].2版.北京：电子工业出版社，2011.

[5] QUIRK Michael，SERDA Julian.半导体制造技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[6] 于涛，窦刚谊.基于Calibre工具的SoC芯片的物理验证[J].科学技术与工程，2007，7（5）：836?838.

[7] Mentor Graphics Corporation. Calibre xRC user′s manual [M]. USA： Mentor Graphics Corporation， 2009.

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【关键词】带隙基准 过温保护电路

1 引言

近年来，随着工艺水平的进步，模拟集成电路设计也得到快速发展。在众多模拟电路中，带隙基准源是其设计中不可或缺的一个单元模块，它为系统提供直流参考电压。而在集成电路中由于电路功率较大，聚集的热量使电路的温度升高，因此采用合适的过温保护电路保证电路正常工作。

2 电路的实现与分析

本文的带隙基准及过温保护电路如图1所示。主要包括三个部分：启动电路、带隙基准核心电路、过温保护电路。

2.1 启动电路

启动电路在电源上电时能驱使电路摆脱简并偏置点。当电路上电初始，电路处于简并偏置点状态，输出电压为零，此时Vref通过反相器，输出高电平使MN1管导通，对电容C充电，迅速提高MP2、MP5～MP7管栅极电位，使电路进入正常状态。一旦Vref输出高电平，驱使MN1管截止，启动电路不工作。

2.2 带隙基准核心电路

在带隙的主体结构中，由于运算放大器的作用，该部分在负反馈下，保持 VA、VB两点电位近似

相等。

得： （1）

结合上式和正温度系数得：

（2）

进而得：

（3）

（4）

由（3）和（4）得：

（5）

由式（5）知，只要适当选取R2/R1和n值即可得到与温度无关的基准电压。

2.3 过温保护电路

过温保护电路一般利用晶体管的基极-发射极电压VBE的负温度系数原理来设计，其基极-发射极电压为：

（6）

正常情况下，Vout输出低电平，MN8管导通，此时结点F电压为：

（7）

当电路达到热关闭临界温度时，得：

（8）

芯片热关断后，输出高电平，MN8截止，可得：

（9）

基于以上分析，通过调节 R5和 R6的值，可以得到需要的温度门限。

3 仿真结果

Hspice仿真分析如下：

图2为基准电压随电源电压的变化曲线，可以看出，电源电压在4V～7V时，其电压仅变化了6mV。

图3为基准温度扫描仿真，结果-30℃～120℃内输出电压变化约为3.7mV，可计算温度系数：

图4为过温保护电路曲线。可以看出，当温度达到120℃时，电路输出高信号，当温度下降到100℃，输出低信号；该电路存在20℃温度回滞。

4 结束语

基于带隙基准及过温保护电路在模拟电路中的广泛应用，本文提出了结构简单的高性能带隙基准及过温保护电路。Hspice仿真表明电路在温度特性、电源抑制比和过温保护等方面具有良好的性能。整个电路虽然结构简单，但有一定的适用价值。

参考文献

[1]倪园婷，邹建南.一种高精度带隙基准设计[J].厦门大学学报，2014，53（6）：903-906.

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我当年就是怀着对集成电路未来的美好憧憬，幻想着IC从业者西装革履喝咖啡的小资生活。再加上那时开设该专业的还有清华、北大等“985工程”院校。于是我报考了这个前途无量的集成电路设计与集成系统（下简称集电）专业。

IC课堂知多少

前面提到了IC从业者，那IC究竟是什么呢？IC是半导体元件产品的统称。那学这个有什么用呢？比方说自称国产发烧级的小米手机，你知道它用的四核CPU是什么架构？28nm工艺又是什么工艺呢？更省电的电源管理芯片又是什么逻辑构造呢？这些在选择了集电专业后，你都会一一了解到。在不久的将来，也许你设计的芯片还会在流水线上量产呢。

既然这个专业那么有用，那它是学什么的呢？首先，要做的就是电路设计，根据市场的需求依据电路功能设计出电路；接下来就是前期电路功能的仿真（就是将电路原理图用专业软件模拟出电路所实现的功能，主要是为了节省研发经费和研发周期），检测其是否能达到所要的参数需求；再次，用专业的软件将电路版图画出来；最后，将画出来的版图进行后期仿真，与前期的仿真对比，看是否需要做出修改。若符合要求就生成版图文件交给晶圆厂进行量产，最后到封装测试厂完成芯片的最后一道工艺。

如今，集成电路设计与集成系统专业已走过了9年，它变得越来越适应就业市场的需求。目前该专业分为三个方向。第一个方向是设计。这个方向又分两类，数字集成电路设计是偏软件类；而模拟集成电路设计是偏硬件类。有设计就要有生产，该专业的第二个方向就是生产工艺。IC工艺能力决定了芯片的性能、功耗、散热等诸多因素。而第三个方向是集成电路的封装与测试。好的封装才能够使芯片发挥正常的功能，并保证其具有高稳定性和可靠性。而芯片是否达到预期的研发目标，则需要更多的测试才能确定。

集电专业开设的课程较多，光专业基础课就要分硬件和软件，加上计算机应用技术、模拟电路与数字电路、电路分析基础、信号与系统、集成电路应用实验、现代工程设计制图、微机原理与应用、固体电子学、电磁场与电磁波这些专业课，你会发现你的大学四年会过得格外充实。不过你放心，由于实验课很多，学习并不会觉得枯燥。

就拿集电专业的核心课程——集成电路工艺课来说吧。这门课教授我们如何把还只是一个概念的集成电路芯片从有到无的“变”出来。喜欢玩手机的同学一定听说过现在市面上最先进的高通的四核CPU吧，它的电路构成需要用到上百万个我们所熟知的晶体管、电阻、电容等元器件。可是我们的手机只有那么小，上百万个元器件怎么集中在那么小的一个芯片上呢？这就需要运用这门课所学的工艺技术，将这些元件制作在一小块硅片、玻璃或陶瓷衬底上，再用适当的工艺进行互连，然后封装在一个管壳内，使整个电路的体积大大缩小，引出线和焊接点的数目也大为减少。而这其中的奥妙，就需要你带着一份好奇心，步入大学的殿堂用心学习了！

前途宽广，钱途无量

目前，很多欧美IC巨头企业都在中国设有工厂或者研发机构，比如AMD、飞思卡尔、德州仪器、意法半导体、英特尔等。本土的IC公司也如雨后春笋般层出不穷，越来越多的海归人才带着国外的尖端技术和项目基金回国创业。这些电子厂都是离不开IC设计人才的。

2006年考研结束后，我只身南下，去上海找工作。在火车上，我接到了德州仪器的电话面试，可惜最后因为英语口语不过关被淘汰了，这也说明这个专业对于英语应用能力的要求还是比较高的。不过之后的半个月时间，各种面试电话就成了我幸福的烦恼，对于只是一名应届本科毕业生的我，有的公司甚至开出了4500元月薪的条件，这是当时很多毕业生想都不敢想的，更何况一年还发16个月薪水！由此可见，对于集电专业的毕业生，只要你做了充分的准备，就会有成百上千的大门向你敞开。选择做IC人，你将“钱途”无量！

集电专业的毕业生有较强的工作适应能力，就业范围宽，可从事集成电路设计与制造、嵌入式系统、计算机控制技术、通信、消费类电子等信息技术领域的研究、开发和教学工作。

选“山”拜师很重要

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关键词：电子信息；专业课程；模拟电子技术

1 模拟电子技术基础课程的特点

模拟电子技术基础，又称为电子技术基础模拟部分，与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括：重要性，模拟电子技术是现代化重中之重的技术；非线性，电子放大器是一种非线性元件，需要用非线性分析方法（图解法、微变等效近似等）；工程性，在足够精确的情况下，为了计算方便，常用近似来化简；微观性，深入到原子电子级分析问题；实践性很强，动手性很强，需要很好的实践，不实践学不好；复杂性，易受多种因素影响，如温度，随机性，光照等等影响，参数宜变，参数分散等增加了该课程内容的复杂程度；基础性，是后续电子类课程的基础，也是电子信息类专业考研的课程之一；主干性，是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器，该课程主要就是讲放大。

模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等；互联网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等；工业领域：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等；交通方面：飞机、火车、轮船、汽车等；军事领域：雷达、电子导航等；航空航天领域：卫星定位、监测；医学领域：γ刀、CT、B超、微创手术等；消费类电子领域：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛。

模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力，掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法，深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理，掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法，掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。

2 模拟电子技术基础课程的先修课程

模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》，其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程，从内容上看，《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力，而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析，从模拟电子系统的各个组成部分出发，分别学习各种典型的模拟电子电路，给学生建立起模拟系统的基本构架，为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。

模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上，分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级，讨论半导体材料的神奇，进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域，内部载流子运动的情况，从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发，理解集成电路的奥妙，小到微观电子原子级，大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后，学生有了系统的概念，信号处理的概念，在此基础上再进行数字电子技术的学习，学生更能理解和接受，电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同，各有侧重点，但很多分析方法、理论公式都环环相扣，所以可以进行对比学习，提高学习效率。

3 模拟电子技术基础课程设置知识要求

模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程，它具有自身的体系，是理论性、实践性都很强的课程，是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用（例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用）打好基础，为学生建立系统分析的概念，培养学生自主分析问题和解决问题的能力，帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解，过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。

4 模拟电子技术基础课程设置能力要求

模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合，既保证严谨的理论体系，又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习，应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力，以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。

5 模拟电子技术基础课程达成目标要求

通过模拟电子技术基础课程的学习，掌握模拟电子系统的各个部分，包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力，培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力；学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统，辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能；能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真，实现不同类型模拟电路系统的功能，通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能，理论与实践相结合，更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识，为后续专业课程打好基础。

6 教学方法建议

和众多电子信息类专业基础课一样，模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合，理论部分也是以教师讲授为主，课程内容繁多，有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授，很多教师会全程进行讲授，学生被动的接受知识，犹如过眼云烟，没有足够的消化理解相关知识点的时间，真正理解领会的知识点非常有限，不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解，其实这样的教学模式，教师辛苦不说，教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习，上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问，以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习，对知识点进行巩固。

综上所述，《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要，另外电子信息类本科专业基础课程还有很多，不仅仅是模拟电子技术基础，每门不同的专业课程都有其特点和用途，学生只要从宏观的角度，理解其中的关联性和衔接性，教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求，以及课程的达成目标要求等，只为每一位学生能学好每一门专业课，真正具备电子信息的相关专业技能。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社.

篇7

【关键词】集成电路；应用

一、引言

集成电路技术作为微电子技术的一个重要门类和组成部分，其技术发展遵循着著名的摩尔定律，仅仅需要1.5年的时间就能够将相同性能的电路压缩到原有体积的一半，而进40年来，集成电路的体积几乎缩小了30000倍。当前，顶尖的集成电路研发技术掌握在少数几个发达国家的研究机构手中，而与集成电路息息相关的IC产业已经被高度整合，从设计，到制造，到封装再到测试，已经形成了一条完整的产业链，集成电路的广泛应用不断地推动着科技的进步，也不断地改变着人类的生活。本文将讨论集成电路的原理，分析集成电路的发展，最后讨论集成电路的应用。

二、集成电路概述

微电子学是一种结合了电子学以及材料物理学的综合学科，该学科的主要研究认为是将半导体材料进行适当处理，制造出微型电子电路、微型电子系统以满足各种应用需要。基于微电子技术发展起来的集成电路技术主要囊括了材料技术、电路技术、集成封装技术等几个门类，主要通过将晶体管器件、电阻器件、电容器件等按照电路原理高度集成在一起，从而实现电路的某种功能，从集成电路输入输出关系来看，集成电路一般可以分为模拟集成电路和数字集成电路两种。

三、常见集成电路举例

1.74LS138译码器

74LS139集成电路是常见的两个2线－4线译码器，共有54/74S139和54/74LS139两种线路结构型式，当选通端（G1）为高电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若将选通端（G1）作为数据输入端时，74LS139还可作数据分配器。A、B译码地址输入端，高电平触发；芯片的G1、G2为选通端，低电平触发有效；Y0～Y3为译码输出端。

2.74ls244缓冲器

74LS244是一种3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244芯片没有锁存的功能，地址锁存器就是一个暂存器，74LS244根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。8086/8088数据和地址总线采用分时复用操作方法，即用同一总线既传输数据又传输地址。

当微处理器与存储器交换信号时，首先由CPU发出存储器地址，同时发出允许锁存信号ALE给锁存器，当锁存器接到该信号后将地址/数据总线上的地址锁存在总线上，随后才能传输数据。

3.555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，是最常见的定时器集成电路。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。一般来说，555定时器的功能实现由比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555的应用：

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路，振荡周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用以上三种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

四、集成电路发展

电路工艺是集成电路技术中最为基础的部分，主要涉及到扩散技术、氧化技术、光刻腐蚀技术以及薄膜再生技术等方面。上世纪六十年代末，微电子研究人员充分研究了氧化二硅系统的电性质，完成了界面物理研究的理论储备，紧接着科学家通过控制钠离子玷污的手法，配合使用高纯度的材料，成功实现了MOS集成电路的生产，由于MOS电路在工艺上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性强等优点，当前半导体工业中，绝大多数的集成电路有使用MOS或者CMOS结构。

制版技术方面的关键技术的光刻技术，光刻技术最初被使用在照相术上面，上世纪五十年代末被应用到半导体技术中，仙童公司巧妙地使用光刻技术实现了集成电路的图形结构。使用光刻技术制造的器件相互连接时可以不使用手工焊接技术，而是采用真空金属蒸发技术，使用光刻技术实现电路的绘制。近年来，随着光刻技术的发展，光刻技术的加工精度已经达到超深亚微米数量级。

电路设计方面。1971年，Intel公司第一台微处理器的发明是集成电路技术对人类做出的最大贡献之一，微处理器的发明开辟了计算机时代的新纪元。微处理器的发明带动了以CMOS为基础的超大规模集成电路系统的发展，也带动了智能化电子产品的飞速发展，是信息技术的基础原件和实物载体。近年来，随着集成电路技术的发展，科学家将量子隧穿效应技术应用到集成电路领域，推动了信息化社会的进程。

工艺材料方面。随着材料科学的不断发展，很多新材料技术和新物力技术不断地被应用到集成电路领域当中，铁电存储器和磁阻随机存储器就是其中的代表。当前集成电路技术的发展突显出一些新的特征，主要表现在从一维向多维发展，向材料技术、微电子技术、器件技术以及物理技术提出了更高的要求，集成电路的发展也正因为如此遭遇瓶颈，物理规律的限制、材料科学的限制、技术手法的限制。不过与此同时，宽禁带的SiC、GaN以及AIN等材料击穿电压值高、禁带值高、抗辐射性能好，应经被广泛应用，所制造器件在高频工作状态、高温状态以及大功率状态下性能优异，是集成电路的发展方向。

五、结语

集成电路是上世纪人类社会最伟大的发明之一，集成电路的广泛应用不断地推动着科技的进步，也不断地改变着人类的生活。本文系统分析了集成电路的原理，列举了几种常见集成电路，并对集成电路的发展进行了讨论和研究。

参考文献

[1]张允炆.半导体技术[M].哈尔滨工业大学出版社,2004.

[2]李祁镇.集成电路概述[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3]韩周子.数字集成电路概述[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[4]方寒.浅谈集成电路的发展[M].中国科技纵横,2003.

篇8

关键词:CMOS;温度保护;PTAT电流;热滞回

中图分类号:TN43

0 引 言

随着集成电路技术的广泛应用及集成度的不断增加,超大规模集成电路(VLSI)的功耗、芯片内部的温度不断提高,温度保护电路已经成为了众多芯片设计中必不可少的一部分。本文在CSMC 0.5 μm CMOS工艺下,设计一种适用于音频功放的高精度带热滞回功能温度保护电路。

1 电路结构设计

整个电路结构可分为启动电路、PTAT电流产生电路、温度比较及其输出电路。下面详细介绍各部分电路的设计以及实现。文中所设计的温度保护整体电路图如图1所示。

[BT3]1.1 启动电路

在与电源无关的偏置电路中有一个很重要的问题,那就是“简并”偏置点的存在,每条支路的电流可能为零,即电路不能进入正常工作状态,故必须添加启动电路,以便电源上电时摆脱简并偏置点。上电瞬间,电容C上无电荷,M7栅极呈现低电压,M7~M9导通,PD(低功耗引脚)为低电平,M3将M6栅压拉高,由于设计中M2宽长比较小,而此时又不导通,Q1~Q4支路导通,电路脱离“简并点”;随着M6栅电位的继续升高,M2导通,M3源电位急剧降低,某时刻M3被关断,启动电路与偏置电路实现隔离,电容C两端电压恒定,为M7提供合适的栅压,偏置电路正常工作。然而,当PD为高电平时,M4导通,将M6,M10的栅电位拉低,使得整个电路处于低功耗状态。

在这一部分,M11,M12,M14,M15组成低压共源共栅电流镜,并且有相同的宽长比,使两条支路电流相等。该结构与一般的共源共栅结构相比,可以提高等效沟道长度,从而增大输出电阻,提高电路的PSRR性能;并且这种两管组合结构可消耗较低的电压压降,从而增大输出电压摆幅,改善芯片低压工作特性。

与此同时,M7~M10这条支路为偏置电路提供了负反馈,以减小电源电压对偏置电流的影响,使得电路在平衡状态时保证X,Y两点电压相等。然而,反馈的引入也为偏置电路引入了不稳定的因素,这里M13和M7构成了一个两级闭环运放,为保证偏置电路的稳定,必须进行补偿。通过电容C将主极点设置在第一级运放M13的输出端,从而保证了电路的稳定性[7]。若Q3发射区的面积是Q4发射区面积的n倍,流过的电流大小均为I,则:

由式(9)可知,流经R1У牡缌饔氲缭次薰,只与绝对温度成正比,即得到PTAT电流。

[BT3]1.3 温度比较及输出电路[8]

由于晶体管的BE结正向导通电压具有负温度系数;PTAT电流进行I[CD*2]V变换产生电压具有正温度特性;利用这两路电压不同的温度特性来实现温度检测,产生过温保护信号的输出[9]。

M26~M30,M33,M34构成一个两级开环比较器,反相器的接入是为了满足高转换速率的要求。M31,M32是低功耗管,M23~M25的作用是构成一个正反馈回路,以防止在临界状态发生不稳定性,同时又为电路产生了滞回区间。

比较器的两个输入端电压分别记为VQ和VR;M17~M22用来镜像基准源电路产生的PTAT电流,这里它们与M14有着相同的宽长比。因此流经这三条支路的电流都为IPTAT。在常温下,M25截止,R2完成对PTAT电流的I[CD*2]V变换,即VR=2IPTATR2,此时VR

2 仿真结果及分析

以下是对各部分电路进行仿真的结果,仿真工具是Candence Spectre,模型采用华润上华公司的0.5 μm的n阱CMOS工艺[10]。

图2是PTAT电流随温度变化曲线。仿真结果表明,该曲线线性度较好,符合PTAT电流特性。常温下,在电源为5 V的情况下,功耗仅为0.4mW。可见,其功耗非常低。

[JP2]图4是温度分别从0~150 ℃和150~0 ℃扫描时比较器输出状态的变化。由图可见,当温度由低到高上升至84.1 ℃时,电路输出状态由低电平翻转成高电平,实现了芯片的过温保护;只有当温度回落到72 ℃时,电路才恢复原状态,实现了约12 ℃的滞回温度。改

3 结 语

为保证芯片在工作时不因温度过高而被损坏,温度保护电路是必须的。这里所设计的温度保护电路对温[LL]度灵敏性高,功耗低, 其热滞回功能能有效防止热振荡现象的发生,相比一般单独使用晶体管BE结的温度保护电路具有更高的灵敏度和精度,可广泛用于各种功率芯片内部。

参 考 文 献

[1]\[美\]毕查德•拉扎维.模拟CMOS集成电路设计[M].陈贵灿,译.西安:西安交通大学出版社,2003:309[CD*2]327.

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[3]文武,文治平,张永学.一种高精度自偏置共源共栅的CMOS 带隙基准源[J].微电子学与计算机,2008,25(8):711[CD*2]714.

[4]Banba H.A CMOS Bandgap Reference Circuit with Sub[CD*2]1 V Operation\[J\].IEEE Journal on Solid[CD*2]state Circuit,1999,34:670[CD*2]674.

[5]张孝坤,王继安.一种可用于模块化设计的热关断电路[J].微电子学与计算机,2007,24(6):130[CD*2]136.

[6]潘飞蹊,俞铁刚,郭超,等.一种高精度带隙基准源和过温保护电路[J].微电子学,2005,35(2):192[CD*2]195.

[7]Phillip E Allen,Douglas R Holberg.CMOS模拟集成电路设计[M].北京:电子工业出版社,2005.

[8]石伟韬,蒋国平.一种高稳定低功耗CMOS 过热保护电路的设计[J].电子器件,2006,29(2):330[CD*2]334.

篇9

随着社会对人才需求不断转型，高等教育培养人才模式必须改革。而数字电子技术一直都是学生比较头疼的课程，因此将项目教学法应用到数字电子技术教学中，明确该课程项目化教学的思路，提高教学质量和学生学习能力，是新课改的基本要求。本文是笔者对教学工作进行总结，对数字电子技术教学应用项目教学进行探究。

关键词：

项目教学法；数字电子技术；应用

引言

数字电子技术设计内容广而且极难掌握，学生大多摸不着头脑，如果采用传统教学无法调动学生学习的主动性、积极性和创造性。在这种形势下，探究项目教学法的应用具有实用价值。

1.项目化教学的准备工作

1.1项目的选取工作

在项目教学法中，项目的选取是格外重要的，所选取的项目要典型且在实际中有较强的可操作性，这是成功运用项目教学法的关键。（1）通过对大学生的就业情况做调研与分析，由老师带领学生归纳出专业岗位所要求的职业基本素养和职业能力，同时，根据当今高等学校的教学趋势，将根据调研得到的数据重新整合，而后将典型的电子产品引入日常教学中，以此来提升学生独立分析和解决问题的能力。（2）项目的选取要有层次，由简单到复杂。数字电子技术中的集成电路有很多种，按功能可以将其分为数字集成电路和模拟集成电路，与项目相关的产品有小中大等规模的集成电路。项目的难易程度要符合与学生所掌握的技能和知识，学生的实际学习基础也需重视。学生在设计项目时，可以将项目涉及到的知识分散开来，让它们在不同的环节中体现。从易到难，从测试单个集成芯片功能到设计、制作完整的电路。（3）项目要具有代表性和可实施性，让学生大胆创新，突破传统思维的束缚。例如，在典型项目“三人表决器的设计与制作项目”中，老师可以先说出自己设计理念，然后让学生通过查找资料、小组讨论，制定出几个不同的设计方案；在设计与制作项目数字钟的拓展方面，可以将可编程逻辑器运用到数字钟的制作中。

1.2项目的准备工作

确立项目之后，教师要先开发出产品的完整电路，以此证明该项目的可实施性，也为学生创造了良好的实践环境。然后让学生五至六人一组，每组选出一个小组长。小组长带领本组成员制定本组项目开发计划，给每个组员分配明确多的任务，监督组员的进度情况。

2.项目化教学的实施

2.1提出项目任务，收集资讯

在进行该项目之前，教师对学生提出基本的设计要求，给学生下达任务，指导学生在互联网、图书馆收集资料。学生为了激发自己对项目开发的兴趣，需要自己在课下查询资料、掌握相关知识。同时学生要整理、记忆相关资料，以此来提高自身获取信息的能力和自学能力。例如，项目“三人表决器的设计与制作”中，首先，教师要大致讲解逻辑代数的相关知识，再以案例为载体，讲解组合逻辑电路的一些设计方法，最后对学生提出项目任务。学生接受任务后，首先通过各种渠道收集相关资料，再根据所学知识将收集到的资料进行分类整理。

2.2项目计划讨论

每个小组根据任务要求和整理的资料，初步制定项目计划书，计划书应大致包括电路的设计步骤、电路的调试步骤以及计划实施的相关步骤等，还有项目任务进度和组员分工。各小组成员进行分工合作，积极讨论设计方案，最终确定出项目计划书，教师也应深入各组进行指导。这个过程中，学生既掌握了相关的知识和技能，也更能理解合作共赢的含义，此时，学生在教学活动中处于主体地位，老师起到指导作用。这种小组成员共同合作，讨论并制定出项目计划的方法，不仅提升了学生的组织能力和管理能力，也增强了学生的团队合作精神，同时调动了学生多的积极性。

2.3项目方案决策

各小组经过讨论制定出计划书后，每组选一名成员对本组计划进行讲解，本组其他成员可适时地进行补充，而教师及其他组的成员可对设计方案提出相应的问题，由讲解者回答，教师点评并说明该方案的可行性，最后指导学生进一步优化或者再重新制定方案。例如，在“集成电路的设计与制作”项目中，学生收集资料、讨论交流后，提出几个不同的设计方案，教师根据几个设计方案成本、可操作性、典型性，最后选出最合理的设计方案并指出各个方案的优缺点，让学生进一步优化各自的方案。

2.4项目方案实施

项目的实施阶段是项目教学法的最为关键的一个环节，每组成员之间需要相互合作，共同完成电路的调试、芯片的安装和仪器仪表的使用等工作。每个小组可选取不同的设计方案进行实验，根据实验结果和实验数据分析，对比各个方案的实施情况，发现问题，从而优化自己的方案，最终找到理想的电路。例如，在“三人表决器的设计与制作”项目中，学生通过实施不同的设计方案，将亲身实践与理论知识相结合，得出最终结论，这比传统教学中学生被动的接受知识的教学方法更为有效。若在电路开发中学生遇到比较棘手的问题，教师可恰当地对学生进行指导，带领学生走出困境，并督促学生认真完成项目计划书中的各个开发环节，以保证项目的开发顺利完成。

2.5项目检查与成果展示

学生自己进行项目检查，不仅可以提让学生学会独立分析评价问题的能力，也可以判断出电路是否正确。在实施项目计划的过程中，让学生对所制作的电路反复检查，及时纠正电路中的错误，然后可以让教师或其他组成员检查，相互之间交换检查结果。确保电路无误后，各组展示制作的电路，学生自主发言，与大家交流自己的体会和经验。

3.结语

项目的评价可作为评判学生成绩的依据。主要是考评组学生在实践过程中的专业能力、组织能力和合作能力。最后由教师总结各组出现的问题、相应的解决的办法和大家的经验。项目的开发让学生综合运用所学知识，同时提升了学生的综合实践能力。在项目完成后，学生要独立撰写项目总结报告，这不仅可以让学生养成勤于思索、善于总结的好习惯，而且可以提高学生独立思考、总结经验的能力，同时可以帮助学生理清思路，加深对相关知识的理解。

参考文献

[1]蒋庆斌,徐国庆.基于工作任务的职业教育项目课程的研究[J].职业技术教育,2015(11).

[2]丁娟.项目化学习与高职教育教学改革[J].江苏经贸职业技术学院学报,2017(03).

[3]徐国庆.高职项目课程的理论基础与设计[J].江苏高教,2016(19).

篇10

【关键词】微电子；延伸领域；发展方向

1.引言

微电子技术是随着集成电路，尤其是大规模集成电路发展起来的一门新技术。微电子产业包括系统电路设计，器件物理，工艺技术，材料制备，自动测试及封装等一系列专门的技术的产业。微电子产业发展非常迅速，它已经渗透到了国民经济的各个领域，特别是以集成电路为关键技术的电子战和信息战都要依托于微电子产业。

微电子技术是微电子产业的核心，是在电子电路和系统的超小型化和微型化的过程中逐渐形成和发展起来的。微电子技术也是信息技术的基础和心脏，是当今发展最快的技术之一。近年来，微电子技术已经开始向相关行业渗透，形成新的研究领域。

2.微电子技术概述

2.1 认识微电子

微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。

生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的IC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片―它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000KM/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。

“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。

2.2 微电子技术的基础材料――取之不尽的硅

位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。

2.3 集成电路的发展过程

20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块―集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，如图1所示。

图1 集成电路发展示意图

集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：MOS集成电路、双极型集成电路和BiIMOS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超导规模集成电路VLSI、特大规模集成电路ULSI和巨大规模集成电路CSI。

随着微电子技术的发展，出现了集成电路（IC），集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。

2.4 走进人们生活的微电子

IC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储IC卡也称记忆IC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能IC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。

IC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。IC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。

随着IC技术的成熟，IC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料（如电话号码、主要数据、密码等）存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。

3.微电子技术发展的新领域

微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。

3.1 微机电系统

MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

当前，常用的制作MEMS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件，它与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前MEMS的主流技术，第三种是以德国为代表的LIGA（即光刻，电铸如塑造）技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。

MEMS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。

3.2 生物芯片

生物芯片（Bio chip）将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有DNA基因检测芯片问世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余种DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维，不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以DNA芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。

3.3 纳米电子技术

在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管（HEMT），异质结双极晶体管（HBT），低阈值电流量子激光器等。

在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。

（1）在FET中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。

（2）利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。

（3）制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。

利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。

量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。

4.微电子技术的主要研究方向

目前微电子技术正朝着三个方向发展。第一，继续增大晶圆尺寸并缩小特征尺寸。第二，集成电路向系统芯片（system on chip，SOC）方向发展。第三，微电子技术与其他领域相结合将产生新产业和新学科，如微机电系统和生物芯片。随着微电子学与其他学科的交叉日趋深入，相关的新现象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光电子集成技术也不断发展，这些研究的不断深入，彼此间的交叉融合，将是未来的研究方向。

参考文献

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