集成电路研究方向范文

导语：如何才能写好一篇集成电路研究方向，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。

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论文关键词：高职院校，课程改革，项目教学，数字电路

 

《数字电路》是高职院校电子信息工程技术专业的一门重要专业基础课程，学生通过这门课程的学习，能够掌握《数字电路》的相关知识，为将来的就业奠定基础。长期以来《数字电路》的教学过程是先由教师在课堂上讲解理论知识，然后再让学生进入实验室完成相关的验证性实验。但是这种被动式的教学模式其教学效果并不是非常理想。因此，需要对《数字电路》的教学模式进行改革。如何实现《数字电路》的有效教学，如何激发学生的学习兴趣，实现理论和实践的有机结合，如何提高学生分析问题和解决问题的能力，这些都是《数字电路》课程改革中亟待解决的问题。起源于德国的项目教学法作为一种切实可行的教学模式[1]，已经受到了全国各所高职院校的广泛关注。项目教学法是将课程知识转化为若干个教学项目，师生通过共同实施一个完整的项目而进行的教学活动，这是一种理论与实践相结合的真实演练。在《数字电路》的课程改革中引入项目教学，不仅打破了理论课、实验课和实训课的界限，将理论教学、实践教学、企业要求融于一体，达到了高职教育与企业生产的零距离，而且实现了以就业为导向，以技能为核心的办学宗旨。

一、项目教学法的优势

1、激发学生的学习兴趣

捷克教育家夸美纽斯说过，兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径之一[2]。事实证明，兴趣是诱发学生学习动机和学习注意力的重要因素。然而目前高职学生的整体素质并不是非常理想项目教学，他们学习兴趣不浓，学习能力不强期刊网。《数字电路》中抽象的概念、繁琐的公式和缜密的推导很容易使他们失去学习的兴趣。因此，在《数字电路》的教学过程中可以采用项目教学法，以实用性、趣味性、创造性的项目来激发学生的学习兴趣，变以前的“你不想学习，我压你学；你不会学习，我来教你学”为“你不想学习，我来引导你学；你不会学习，我来吸引你学。”项目教学法打破了传统的教学模式，它把技能训练与理论教学做到了有机的结合，无论是元件特性的分析，电路的焊接组装，还是项目的调试，故障的排查，都需要学生亲自动手。学生通过观察、比较、分析，逐步加深对知识的理解，这样可以很好地激发学生的学习兴趣。

2、提高学生的动手能力

在传统的教育模式中，仅仅把学生当作教育的对象和客体，忽视了学生主体性的培养和发展，学生受到太多的限制和束缚，主要表现在重理论、轻技能，眼高手低。研究表明，项目教学法能够使学生对知识的掌握迈上一个新台阶，让学生把知识转变为技能、技能转变为技巧。技能、技巧的形成和完善，是动作技能与心智技能互相联系、互相促进的过程。在《数字电路》传统的教学过程中，元件的特性、电路的工作原理一般都是通过老师抽象的讲解来完成的。而在《数字电路》的项目教学过程中，是将课程的知识点转化为若干个完整的项目，它将理论教学、实践教学、企业要求融于一体，实现了课程的综合化和模块化。为了完成项目任务，学生就必须掌握元件的检测、电路的焊接、项目的调试、故障的排查等相关知识。在此期间，学生通过烙铁、万用表、示波器、信号发生器等的使用，一方面巩固了自己的理论知识，另一方面提高了自己的动手能力。

二、《数字电路》项目教学的设计

1、项目任务的确定

项目教学有别于传统的教学模式，课程中理论知识和实践技能的传授是通过实施具体的项目来完成的。因此，在《数字电路》的项目教学中，项目任务的选取是项目教学法成功与否的关键。项目任务的选取要以教学摘要求融入于四个阶段项目和一个综合项目之中，其项目任务的设计为：（1）三人表决器的设计与制作；（2）智力竞赛抢答计时器的设计与制作；（3）多功能数字钟的设计与制作；（4）循环彩灯的设计与制作；（5）脉宽测量电路的设计与制作。

2、项目教学的实施

项目任务在教学实施的过程中是一个学生全体参与的实践活动，它注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。在《数字电路》的项目教学实施过程中，要以项目任务作为教学单元[3]项目教学，采用分组方式，每组包含3～4名学生，每个项目应该按照知识结构分解成若干个子任务，每个子任务要明确学生需要掌握的知识和技能，子任务的实施要以学生为中心，教师则充当技术支持的角色，当学生遇到疑难问题时，主要由小组成员共同探讨寻找解决问题的方法，期间教师可以选择恰当的时机对学生给予指导和帮助，逐步培养学生养成勤于思考的好习惯。项目实施的流程为：（1）项目导入；（2）师生共同分析项目，确定若干个子任务；（3）针对各子任务，教师引入相关的知识，工学交替，实现理论教学与实践教学的同步进行；（4）学生利用所学的知识依次对各子任务提出实施方案；（5）学生利用Multisim仿真软件检测设计的电路是否符合要求，待检测通过后，再依次完成各子任务；（6）学生把各子任务进行级联，通过综合调试完成整个项目；（7）教师推选优秀的项目成果进行展示，学生之间相互借鉴，取长补短；（8）教师引导学生对该项目所涉及到的知识进行归纳、总结，加深学生对知识的理解。

3、项目教学的考核

项目教学的考核注重学生在项目任务实施过程中综合能力的表现，主要以学生完成项目的情况来考核其学习效果，期间可以引入企业人员的参考文献教学的理论知识、操作技能、测试方法等相关内容以书面形式给学生进行笔试，占总成绩25％，由教师批改后给出得分。

三、项目教学法中的注意事项

1、项目教学内容要体现企业岗位的要求

高职教育的人才培养目标是复合型人才，既强调人才的实用型、技能型，又注重培养人才的职业能力、社会能力、创造能力和发展能力。学生作为准职业人，无论将来从事何种职业，都必须具备良好的职业道德素质和职业技能素质。在《数字电路》中应用项目教学法，不仅能将理论知识和实践技能相结合，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力，而且通过模拟与企业实际生产过程，还能提高学生对未来岗位的适应能力。因此，首先，教师在选择项目教学内容前，要走访往届毕业学生的企业，分别对各相关岗位进行调研，了解企业对这些岗位的要求，如该岗位对知识的要求、对能力的要求、对素质的要求等；其次，针对《数字电路》的具体教学目标，教师要将教学内容与实际的工作过程作有机的结合项目教学，编制有一定应用价值的教学项目，凸显项目教学法的职业导向、能力目标、任务引领、学生主体、实训操作等特点期刊网。

2、不是课程的所有内容都要采用项目教学法

随着项目教学法的推广，有些教师认为《数字电路》中的所有内容都应该采用项目教学法[4]，其实这是一种对项目教学法的片面理解。项目教学法是以生产某一产品或完成某一任务来划分项目的，需要将课程内容与市场需求、企业的生产过程紧密地联系起来。因此，《数字电路》中不同的内容需要采用不同的教学方法。例如在不同进制的转换上可以采用类比法，在布尔代数、卡诺图、真值表等基本概念上可以采用讲授教学法，在组合逻辑电路的设计、时序逻辑电路的设计、集成电路的应用等内容上可以采用项目教学法。项目教学法的思路是边学边用，教学要以“少而精”为原则，旨在引导学生先对项目感兴趣然后再主动学习。这就要求教师不仅熟悉教材，而且能够深入企业第一线，了解各岗位的技能要求，熟悉生产环节的工序衔接。这样才能合理选择《数字电路》中的教学内容，根据教学要求和高职学生的特点采用项目教学法。

三、结束语

以实践为导向、注重课程内容要体现企业岗位的要求已成为当前高职教育课程改革的趋势。在《数字电路》中采用项目教学法，实现了理论和实践的有机结合，充分体现了现代高职教育的特点和发展方向。项目教学法采用理论、实践相结合，分组教学、师生互动的教学方式，创造了学生主动参与、相互协作、探索创新的全新教学模式，这与高职教育“以能力为本位，培养德、智、体、美、劳全面发展的复合型人才”的教育目标是一致的。面对数字电路技术日新月异的发展，《数字电路》的课程改革依然任重道远，它还需要在具体的教学过程中根据广大师生的反映来进行不断地调整和完善。

参考文献：

[1]朱幼娟.项目教学在高职课程改革中应用——以《数字电路》课程为例[J]. 科技信息, 2009,26(27):148-149.

[2]赵海永.项目教学法在电子教学中的应用探析[J]. 职业, 2011,18(8):39-40.

[3]楼平.高职《数字电子技术》课程“项目教学法”探索与实践[D]. 浙江: 浙江师范大学, 2007.

[4]童相海,顾健.在“电工基础”课程中应用项目教学法的思考[J]. 教育与职业,2011,95(6):156-157.

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1.1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。

1.2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。

1.3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，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。

1.4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。

2.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。

2.1微机电系统

MEMS(Micro-Electro-Mechanicalsystems)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。

2.2生物芯片

生物芯片(Biochip)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。

2.3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。

3.微电子技术的主要研究方向

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关键词：振荡器；D类音频放大器；迟滞比较器

A CMOS Oscillator used in High-fidelity Class D Audio Amplifier

HE Qin，WANG Dan

（School of Information Science & Technology，Southwest Jiaotong University，

Chengdu 610031， China）

Abstract: A CMOS Oscillator is proposed in this paper，which can be used in a low-EMI filter-less Class D audio amplifier. This oscillator is made up of a comparator with internal positive feedback and used for conventional PWM modulation of audio signal. We can get a high resolution CMOS RC oscillator using this structure，which could be less independent of the voltage and temperature variation. The simulation results shows that this RC oscillator have a more stable frequency.

Keywords: Oscillator，Class D audio amplifier，hysteretic comparator

振荡器作为现代电子系统的重要组成部分，被广泛应用于时钟同步电路、 无线通信收发器中的频率综合器、光通信中的时钟恢复电路(CRC，clock recovery circuit )，以及多相位采样电路中[1]。振荡器按实现电路元件分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器[2]。

设计集成芯片内部的振荡电路的关键在于产生振荡信号频率的稳定性，它要求芯片不随工艺、 温度、 电源电压的变化而变化[3]。本文采用内部正反馈的迟滞比较器设计了一种高稳定性宽电压范围的振荡器。该振荡器可以广泛使用在D类音频放大器中。

1 电路设计与原理分析

1.1 振荡器系统电路结构及原理

振荡器采用恒流源充放电技术，即利用恒定电流源提供的灌电流和拉电流分别对电容进行充电和放电。振荡器的等效电路如图1所示。

当振荡器工作时，通过OPA的钳位可以得到R4上端电压等于R3上的端电压，并由此产生一个恒定电流

IR4=■(1)

这个电流通过电流镜的结构镜像出去，作为充放电的电流并产生两个比较器的高低比较电平

UA=IR4(R5+R6)(2)

UB=IR4R5(3)

通过电流镜的宽长比的比值可以得到充放电的电流是相等的，即产生的三角波信号上升和下降的时间是相等的。此电流为

ICharge=Idischarge=■IR4(4)

分析充放电的过程，假设使能开启使OSC工作，运放和比较器很快进入工作状态，比较的高低电平很快建立起来，输入至比较器。此时，电容上没有电荷，电压为零，与A和B比较，两个比较器分别输出高电平和低电平。

通过锁存器的工作使C为低电平，开启MP7给电容充电。当USAW大于B电平时，比较器COMP2翻转输出高电平，由于锁存器低电平触发，所以C维持低电平继续给电容充电，直到USAW的电平达到A点电平时，COMP1比较器输出低电平，触发C信号翻转输出高电平，电容开始放电，USAW的电平马上低于A点电平，比较器COMP1恢复输出高电平，如此循环往复的工作。所以USAW的输出正常工作之后是介于电平A和B之间的。

根据前面的公式推导，可以推出其周期公式。这里可以分两部分来分析

C=■(5)

C1(UA-UB)=■×IR4×T1(6)

T1=■(7)

结合公式(1)、(2)、(3)、(4)可得

T1=2C1R6(8)

由于OSC的充放电时间相等，所可以得到振荡器的周期为

T=2T1=4C1R6(9)

1.2 运放OPA

此OPA电路是采用折叠式共源共栅结构，如图2所示，所以即使运放只有一级，在增益上还是可以满足电路的设计要求。

等效输出电阻

ROUT=[gm(MP9)ro(MP9)ro(MP6)]×[gm(MN9)ro(MN9)(ro(MN6)//ro(MP11))]

(10)

运放的增益为

ADB=g(MP11)×ROUT(11)

由于运放的输出电阻ROUT及电容C1很大，所以在输出端产生了一个低频的主极点。

该主极点为

P=■(12)

1.3 比较器COMP

根据电路分析得，比较器COMP1为一级运放，采用了高速比较器结构，如图3所示。同时此结构也可以对电路的等效跨导增强，提高比较器的增益。

2 电路的仿真结果与分析

图4为振荡器仿真结果，表1为在不同电源电压及温度下振荡频率值。由表1可以得出该振荡器的频率受电源电压的影响比较小，随着温度上升则频率增大，不同的process corner下频率也不同。但是其波动范围都在电源管理芯片以及音频放大器芯片应用范围之内。

3 结束语

本文采用具有内部正反馈的迟滞比较器的结构，设计了一种基于 CMOS工艺的

高性能高稳定性的振荡器。 该振荡器对电压、温度、工艺偏差具有较强的容忍度。经过仿真验证结果表明，该振荡器完全适用于D类音频放大器，DC/DC等芯片中。

参考文献

[1] 黄可，冯全源.一种基于BCD工艺的高性能振荡器的设计 微电子学，2009，39(5).

[2] 李展，冯炳军.一种基于内部迟滞比较器的新型RC振荡器[J] 微电子学，2009，32(1): 41-48.

[3] 李俊宏，李平，胥锐.一种 基于标准CMOS工艺的低成本振荡器的设计[J ] . 微电子学，2007，37 (4) : 543-547.

[4] 陈巨，鲁斌，王晓蕾. 消费类芯片RC振荡器的分析与设计[J]. 中国集成电路，2005，(09) .

[5] 余清华，宋健，代杰. 一种基于恒压源充放电的高精度张弛振荡器的设计[J]. 电子世界，2011，(09) .

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【关键词】Proteus；集成电路；仿真

Proteus是一款集单片机和SPICE分析于一体的电子仿真软件，功能非常强大，可以同时满足电类各个专业课的教学，Proteus仿真软件7.5版的元器件库中包含了CD4000系列、74系列大部分数字集成电路及LM系列等几百种模拟集成电路，非常适合用于集成电路应用课程的实践教学。为此，笔者分析了Proteus仿真软件在课堂教学、实训、课程设计等各个方面的实践教学应用情况。

1.Proteus在课堂教学中的应用

目前适合高职院校集成电路应用课程教学的教材相对较少，加上集成电路种类繁多，我们在实际教学中以集成电路厂家给定的datasheet文件为基础自编实训教材，选取的几十种常用集成电路中大部分在Proteus元件库中有仿真模型，可以搭建电路进行仿真演示，如NE555、LM324、OP27、LM386、LM317、MC34063、LM3914、LM331等。在集成电路应用教学中，最核心的是集成电路的功能演示。在以往没有使用Proteus软件的情况下，教师只能使用PPT等多媒体手段，针对电路的原理和功能进行枯燥的讲解。使用Proteus软件后，借助软件的可操作性及过程的动态显示，可以通过变换电路形式、设置输入信号参数、调用虚拟仪表进行测量等人机互动功能来增加学生的兴趣和对知识的理解。

如在讲述NE555集成电路的多谐振荡功能时，我们并不急于按照图1来讲述NE555的内部结构和功能，而是使用Proteus搭建如图2所示的电路，使用电压探针监视充放电电容C1上的电压，观察第3脚上的电平颜色变化，可以很清楚的看到当电容C1上的电压升到4V时，Q从高电平变成低电平，电容上的电压开始变为下降，当电容上的电压下降到2V时，Q从低电平变成高电平，电容上的电压开始变为上升，如此反复形成振荡。通过计时还能发现，振荡的周期大概为20多秒，基本与理论上的公式符合。在观察了仿真现象和验证了公式之后，再来理解图1所示的NE555内部结构和功能就容易的多。

在对图2使用Proteus进行仿真时，还可以清晰看到电容C1被NE555控制进行反复的充电和放电，充放电的转换电压正好为2V和4V，也就是1/3VCC和2/3VCC。这样通过软件仿真可以轻松理解NE555电路的特点，而不需要去花很多时间来剖析繁琐的内部模块和结构。对于其他集成电路的教学，也是直接通过电路图来仿真就可以轻松掌握其引脚的功能。

Proteus软件在仿真时，是以动画的形式显示的，同时也可以使用仿真软件上帧进按键，每按一下前进一帧。在讲解和演示时可以在停顿的时间里做更多的穿插讲解，也增加了学生的理解。

2.Proteus在实训教学中的应用实践

传统的电子产品设计过程中，从选定题目开始，首先要确定集成电路型号和使用的方案，之后开始设计电路图，购买元器件，进行PCB打样，最后进行焊接调试[1]，整个过程中还需要使用到若干仪器、仪表和工具。如没有达到设计功能，整个过程或者部分环节就可能需要反复进行。采用PROTEUS软件后，只需要搭建完整的电路图就可进行功能测试和评估，还可以通过调整元器件参数使整个电路性能更佳。这样就无需多次购买电子元器件、PCB打样和焊接调试等费时费力的工作，等仿真结束并确定了元器件和电路图后，一次性完成元器件购买、PCB制作和焊接调试的工作。

例如，如图3所示的在三运放差分放大器的实训中，根据理论计算和图中电阻阻值设置，VO=2.1（V2-V1），使用软件仿真时给定V2=0.2V，V1=0.1V，则通过虚拟测量VO正好为2.1V。通常利用软件仿真得到正确的结果并不容易，调试结束之后，大部分学生均能取得下列认识：

（1）测量可知运放的输入端电流基本为0，即运放的虚断概念；

（2）测量可知运放的输入的+、-两端的电压差基本为0，即运放的虚短概念；

（3）运放通常需要给正负双电源才能正常工作，而且电源极性不能搞反；

（4）运放输出的电压值不可能超出电源范围；

（5）仿真电路图中运放的各输出点电压都能通过理论计算得到，而且误差不大。

（6）如将运放更换为LM324运放，将得到的VO将不再是2.1V，误差比较大，可见OP27的精度比LM324高，原因是其输入失调电压才10uV，而LM324的2mV。

3.Proteus在课程设计中的应用实践

在学习A/D变换集成电路时，作为本课程的课程设计项目之一，我们选择使用ICL7107集成电路来制作一个LED数字电压计。传统的做法是老师给定完整的电路图，学生用1-2周的时间在实验板上焊接调试完成，其中A/D变换的原理、电路的原理及作用等的讲解和分析还是要使用黑板或者PPT来完成，大部分学生很难理解，实训时只能按图接线，出了问题找老师解决，完全不能在理解原理的基础上根据故障现象进行分析和判断，更不能独立消除故障。

在使用Proteus软件后，可以很方便地按照电路的模块进行功能演示、原理解说和故障的分析判断。如图4的电路，可以使用Ptoteus演示出双积分A/D变换器将电压转换成时间间隔的过程，在仿真的过程中，学生理解了积分电阻和积分电容所起的作用。又如图5的电路，可以演示出ICL7107所需要的负电压的产生过程。学生在电脑上仿真成功后，对照仿真电路图进行焊接，然后再根据仿真的现象对焊接完的电路板进行调试，如出现故障，也能借助仿真软件的虚拟仪表来进行测试，帮助进行最终的故障分析和定位。

4.Proteus软件在实践教学中的特点

Proteus软件在集成电路应用课程中起到了很好的作用，最突出的特点是学生的积极主动性有了显著的提高，作为一个电子仿真软件，Proteus对其他电类课程也可以起到较好的辅助教学作用，主要的优点如下：

（1）可以达到学生自主学习为主的目的。原则上只要有电脑就可以学习，学生课后也能在自己的电脑上进行学习，虚拟的元器件和仪器仪表也不可能被损坏，学生也不会怕触电怕短路，能做到大胆尝试，增强独立解决问题的能力，减少学习的依耐性[2]。

（2）解决学校实践条件不足的问题。利用学校已有的机房轻易实现一人一机的实践环境。传统实验室需要元器件、电源、万用表、示波器、常用工具等硬件设施，容易损坏，难于管理，仿真教学和学习相对容易的多。

（3）设计性实验替代验证性实验。传统的实训受到已有元器件的限制，实训往往按部就班，不能开发学生的主观能动性，不利于培养产品研发和设计的能力，仿真软件的使用可以使学生在虚拟的环境中充分发挥自己的想象，设计出不同的电路方案。

5.结束语

Proteus仿真软件为集成电路应用等电子类课程的教学提供了比较方便的途径，解决了很多传统时间教学无法解决的问题，但它毕竟是虚拟的环境，只能作为教学的补充，要让学生真正学习到电路的设计、生产、调试和维修方面的技能，还需要多动手接触实际的电路实物，否则哪怕用的再多，也只能是纸上谈兵，不能完全使用虚拟的仿真来替代实际的实验和实训。

参考文献

[1]吴小花，吴先球.Proteus电路设计与仿真在教学中的实践[J].计算机系统应用2010，19（2）.

[2]陶洪，钱驰波.仿真软件Proteus在《数字电子应用》课程教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报，2009，8（1）.

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关键词：版图设计；集成电路；教学与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时，都希望找到已经具备一定工作经验的，并且熟悉本行业规范的设计师。但是，IC设计这个行业圈并不大，招聘人才难觅，不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资，设计师才会考虑跳槽，于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生，以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是，企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现，即使是懂点版图知识的新员工，电路和工艺的知识差强人意，再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识，使学生明确其中紧密关联关系，树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。

一、企业对IC版图设计的要求分析

集成电路设计公司在招聘版图设计员工时，除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外，大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求：熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺；熟悉集成电路（数字、模拟）设计，了解电路原理，设计关键点；熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则；掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具；完成手工版图设计和工艺验证[1，2]。另外，公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广，而国内学校开设这方面专业比较晚，IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大，所以拥有一定工作经验的设计工程师，就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4，5]。

二、针对企业要求的版图设计教学规划

1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件，它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时，一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等，鉴于很少有学校开设这门课程，可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计，可以由Foundry厂提供，也可由公司自定制标准单元版图库，因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。

2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中，无论是CMOS还是双极型电路，主要目标并不是芯片的尺寸，而是优化电路的性能，匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者，更关心的是电路的性能，了解电压和电流以及它们之间的相互关系，应当知道为什么差分对需要匹配，应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的，面积在某种程度上说仍然是一个问题，但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。另外，模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手，经常需要与前端工程师交流，看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等，这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。

3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此，对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高，版图设计工作还涵盖了电路提取与整理，这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程；而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。

三、教学实现

1.数字版图。数字集成电路版图在教学时，一是掌握自动布局布线工具的使用，还需要对UNIX或LINUX系统熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是数字逻辑单元版图的设计，目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺，因此，必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时，可以做个形象的PPT，空间立体感要强，使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪，教师一边讲解电路和绘制版图，一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项，学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图，同时教师可适当调整教学速度，适时停下来检查学生的学习情况，若有错加以纠正。这样，教师一个单元版图讲解完毕，学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随，学生的注意力更容易集中，掌握速度更快。课堂讲解完成后，安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元，并具有代表性、扩展性，使学生可以举一反三，扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范，比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求；单元版图一定要最小化，如异或门与触发器等常使用传输门实现，绘制版图时注意晶体管源漏区的合并；大尺寸晶体管的串并联安排合理等。

2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现，经常需要与前端电路设计工程师交流。因此，版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理，学生能识CMOS模拟电路，与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响，熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上，依然采用数字集成电路版图的教学过程，实现教与学的同步。在内容安排上，一是以运算放大器为例，深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理，版图匹配时结构采用一维还是二维，具体是如何布局的，以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例，深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。

3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺，要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时，做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程，达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路，需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时，说明数字电路需要归并同类图形，例如与非门、或非门、触发器等，同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性，做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理，因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理，使其他人员也能看出你提取电路的功能，做到准确通用规范性。

集成电路版图设计教学应面向企业，按照企业对设计工程师的要求来安排教学，做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识，定位准确，学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨，安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨，力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。

参考文献：

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[4]李淑萍，史小波，金曦.微电子技术专业服务地方经济培养高技能人才的探索[J].职业技术教育，2010，13（11）：13-16.

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【关键词】带隙比较器；温度高阶补偿；正反馈；迟滞

1.引言

随着集成电路技术的发展，电池供电的便携式电子产品得到了广泛的应用，其对电源控制芯片的稳定性、开关频率、功耗等方面的要求也越来越高，以保证其在带能源电压波动的情况下能安全可靠的工作。

电源芯片在上电启动时，电源会通过输入端的等效电阻和电容对其充电，直至电压上升到所设计的开启电压时电路开始工作。开启瞬间，若系统负载电流较大，有可能把电路两端的电压拉到开启电压以下，出现一启动就关断的情况。为保证电路启动后能进入正常工作状态并稳定工作，也为了保证电路工作时电源电压的波动不会对整个电路和系统造成损害，通常需使用欠压锁定电路（Under Voltage Lock Out，UVLO），对电源电压进行监控和锁定。当电源电压低于设定值时，欠压锁存电路关断芯片中的其他模块，防止系统崩溃。这已成为现代电源芯片设计的一个趋势。然而许多用于电源控制芯片的欠压锁定电路需要基准电压源和比较器，使电路比较复杂且增加了功耗，启动电流较大，响应速度不够快，不利于有效地实现芯片保护功能[1]。

针对传统UVLO的不足，许多文献提出了不需要额外基准电压源和额外比较器的UVLO[1-4]。其中，文献[1，2，3]采用了带隙比较器电路，实现了电路简单、系统响应速度快以及温漂小等优点的UVLO。本文在延续带隙比较器的基础上，引入比较器的正反馈机制和带隙电压的温度高阶补偿，从而实现了响应速度更快、温度特性更好的UVLO。

2.欠压锁定电路工作原理

欠压锁定电路的基本原理如图1所示，电路包括采样电路、比较器、输出缓冲器和反馈回路。VDD为待检测的电源电压，电阻R1，R2，R3组成对VDD的采样电路，实现对VDD的采样；MOS管N1，N2，P1和P2构成比较器电路，对采样电压与基准电压进行比较，并输出比较结果；反相器INV为逻辑校正和缓冲电路，可对比较器的输出波形进行整形和缓冲，并提高电路的负载能力；PMOS开关管P3构成正反馈回路，可实现电路的迟滞功能，防止电路在阈值附近震荡，提高了系统的稳定性。调整电阻R1，R2，R3和比较电压VREF的大小可实现不同的阈值点和迟滞量的VDD欠压保护功能。

如图1所示的传统欠压锁定电路，虽然电路结构简单，但响应速度跟不上，功耗也较大，更重要的是这种电路需要带隙基准参考电压源和额外比较器，使得电路庞大而成本较高。

因此，本文提出一种基于CSMC 0.5um BCD工艺的UVLO电路，在不使用额外基准电压源和比较器以及复杂数字逻辑的情况下，进一步引入正反馈机制和温度高阶补偿，可实现电路结构简单、高反应速度、低温度敏感性和精准的门限电压。同时，占用版图面积小、功耗较低。

3.改进的欠压锁定电路

针对UVLO电路须具备反应速度灵敏、门限电压稳定，迟滞区间合理，温度漂移较低等特点，改进的欠压锁定电路如图2所示。

晶体管Q1和Q2以及电阻RP和Rnwell利用了带隙基准原理组成的比较器，有些文献也把这种比较器称为带隙基准比较器[5]。文献[2]给出了该比较器结构，但其带隙电压只有一阶温度补偿，所以其温度特性还不够好。MOS管P1，P2为有源负载，P1，P2，P3，P4和Q3，Q4构成镜像管，P5，P6对镜像电流引入正反馈机制，可使比较器的灵敏度增强。R1，R2，R3，R4和P8构成分压网络。P7，N1，Q5对比较器输出进行波形整形，使其有更快的响应速度。反相器INV1，INV2为缓冲器，对输出结果进行缓冲和波形整形。其中，电阻RP、Rnwell，P8，P5，P6以及P7，N1，Q5的作用下面将详细介绍。

3.1 带隙电压的温度高阶补偿

首先带隙比较器的比较电压为带隙电压，即实现的是采样电压与带隙比较器产生的带隙电压VBGR的比较。由于采样电路由电阻分压网络构成，而分压网络的电阻采用同一温度系数的电阻构成，所以采样电压应该与电源电压VCC成比例，而与温度无关。所以要使UVLO有温漂小，门限电压稳定，就应使带隙比较器产生的带隙电压具有低的温度敏感性。

根据文献[6]，带隙电压可写为：

（1）

而且双极性三极管的基极-射极电压VBE可写为：

（2）

两个不同温度系数的电阻比值可写为：

（3）

由于（3）式中K1、K2、T0、R1（T0）和R2（T0）都为常数，所以（3）式也可以写为：

（4）

根据文献[6]，不同材料电阻的温度系数正负差异越大，曲率补偿效果就越好。由于基极-射极电压VBE为负温系数，所以R2/R1要为正温系数。所以电阻R2的温度系数要大于R1的温度系数。在CSMC 0.5uM BCD工艺中，高阻多晶电阻和低压N阱电阻的温度系数分别为-3047 ppm/℃和+5025 ppm/℃，故采用这两种电阻来设计，理论上能够实现效果较好的曲率补偿。

把（4）式，（2）式代入（1）式，可得：

（5）

由于带隙电压VBGR是由一正温系数的多项式加上一负温系数的多项式，进而使得VBGR温度特性的多项式的系数被减弱或抵消，所以从理论上讲，我们可以通过不断调整多项式的系数，来实现更好的温度补偿，由于温度的低次项比高次项影响较大，所以可以在保证室温下一阶温度系数为零的情况，进行系数的调整，实现带隙电压更好的温度特性曲线。该过程可用matlab等数学软件或spectre等电路仿真软件来模拟。

至此，实现了UVLO的低温度敏感性和阈值电压稳定性，所以，只要再对UVLO的响应速度进行提速，就能得到响应速度灵敏、门限电压稳定，迟滞区间合理，温度漂移较低等特点的UVLO。

3.2 改进的UVLO工作原理分析

许多文献已经对带隙比较器进行了定量分析，这里就不再赘述，具体可参考文献[2]，比较文献[2]所提出的UVLO电路结构和本文所提出的电路结构，发现两种电路工作原理是一样的，本文只是在文献[2]比较器基础上，引入正反馈机制，使比较器有更高的响应速度。所以工作原理相同之处也不再赘述，这里只对正反馈机制进行分析。

假设流过P3管的电流为I1，流过P4管的电流为I2，其中，P3，P4，P5和P6的宽长比为W/L，而P1，P2的宽长比为2（W/L）。由图2可得：

（6）

（7）

（6）式减（7）式，可得：

（8）

下面分析VCC由低逐渐上升时三种情况的正反馈机制的作用。

（1）当VCC低于正常工作电压时，由文献[2]可知，IC1＞IC2.由（8）式有，I1＞I2，从而实现了对较小的电流IC2通过正反馈管P6注入一较大的电流I1，对较大的电流IC1通过正反馈管P5注入一较小的电流I2，进而实现I1的进一步增大，I2的进一步减小。再通过Q3，Q4镜像管，使得Q5更快关断，P7更快导通。从而实现快速输出高电平。此时，反馈开关管P9关断，采样电压Vsense为：

（9）

（2）当VCC进一步上升到接近或等于阈值点Von时，IC1=IC2，从而I1=I2。此时，流过P4管的电流I2与流过Q4管的电流I1相等。由于Q3，Q4构成镜像电流镜，只要VCE4不等于VCE3，双极性晶体管的基区宽度调制效应就会起作用，使得VCE4=VCE3=VBE，所以只要调整好VBIAS电位，使得此时，VOUT为VCC/2。再设置反相器INV1中NMOS管的宽长比大于PMOS管，则后级可实现较好的逻辑电平。

（3）当VCC上升到大于阈值点VON时，IC1＜IC2.由（8）式有，I1＜I2，从而实现了对较小的电流IC1通过正反馈管P6注入一较大的电流I2，对较大的电流IC2通过正反馈管P5注入一较小的电流I1，进而实现I2的增量进一步增大，I1的增量进一步减小。再通过Q3，Q4镜像管，使得Q5更快导通，P7更快关断。从而实现快速输出低电平。此时，反馈开关管P9导通，采样电压Vsense为：

（10）

由（10）式可知，反馈开关管P9导通，使得Vsense进一步增大，从而避免了电源电压波动导致UVLO输出震荡，提高了系统的稳定性。

由上面分析可得，（9）式所对应的VCC应该为UVLO的开启电压Von，而（10）式所对应的VCC应该为欠压关断电压Voff。从而可得：

（11）

（12）

那么，UVLO的迟滞区间为：

（13）

4.电路仿真与分析

用spectre电路仿真软件，在CSMC 0.5um BCD工艺库下对UVLO电路进行仿真。上述分析可知，要使UVLO有很好的温度特性，则带隙电压的温度特性尤其重要，图3显示了带隙比较器产生的带隙电压的温度特性。结果表明，带隙电压为1.183V，且在-60～160℃的温度范围内，温度系数为11.1ppm/℃。

为确保UVLO迟滞区间的温度特性，在此，对UVLO在不同温度下进行仿真，尽可能把迟滞区间的误差缩小到最小范围内，以满足应用要求。表1是对本文设计的UVLO电路在-60℃，25℃，100℃，160℃下的仿真结果。从表1可得，在25℃时，迟滞区间为1.56V。其他温度下，最大偏差也不超过0.12V。可见，该UVLO可在宽温度范围内工作而不失精度。

由以上正反馈机制分析，UVLO电平翻转与镜像电流源电流I1，I2的变化速度快慢密切相关，所以对I1，I2，VCC，UVLO进行瞬态仿真。从仿真结果如图3所示，在16.5us前，I1＞I2.UVLO曲线与电源VCC重合，即输出高电平。在16.5us（VCC=12.2V）时，I2迅速增大，I1迅速减小为零，UVLO输出低电平，即VCC大于12.2V时，系统摆脱欠压状态。在40us（VCC=10.6V）时，I1迅速增大，I2迅速减小为零，UVLO输出与VCC重合，即输出高电平，表明系统又进入欠压状态。

5.总结

本文在对基于带隙基准比较器结构的UVLO进行分析得到，要使UVLO有更低的温度灵敏度，就要设计更低温度特性的带隙基准产生电路，从而对带隙比较器引入高阶温度补偿，进而得到在-60～160℃的温度范围内，UVLO的迟滞区间为1.56V，且其最大偏差仅为0.12V。另外，为了让UVLO有更快的转换速率，在比较器电路中，引入了正反馈机制，从而使比较器镜像电流的快速增大和快速减小，进而实现UVLO输出电平迅速、稳定的转换。

参考文献

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[3]王锐,唐婷婷.一种BiCMOS欠压保护电路的设计[J],电子科技,2006,10(21):76-78.

[4]孙令荣,曾子玉.一种高速低压低静态功耗欠压锁定电路[J].电子技术应用,2007,33(1):46-48.

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作者简介：

余清华（1987—），男，福建宁化人，硕士研究生，主要研究方向：模拟集成电路设计。

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关键词：电子技术；发展趋势；特点；电子设备

电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术。随着生产和科学技术的发展，工艺革新和新材料的使用，新器件的出现，尤其是大规模和超大规模集成电路的研制和推广，电子技术在二十世纪发展的最为迅速，成为近代科学技术发展的一个重要标志。它已广泛用于国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）、广播、电视、航空、导航、无线电定位、自动控制、遥控遥测、计算机及文化生活等各个领域。对推动国民经济的发展起着重要的作用，因此对电子技术的探究具有重要意义。现将电子技术的发展趋势和特点归纳为以下几个方面。

1 条件极端复杂化

电子产品在生产、储存、运输和使用过程中，经常受到结构的限制和周围环境的各种有害影响。如自身结构的高硬度、大弹性、极大、极小、极厚、极薄和奇形怪状等；外界条件如温度、湿度、大气压力、太阳辐射、雨、风、冰雪、灰尘、沙尘、盐雾、腐蚀性气体、霉菌、昆虫及其他有害动物以及振动、冲击、地震、碰撞、离心加速度、声振、摇摆、电磁干扰及雷电等。这些在一定程度上都影响了电子产品的工作性能、使用可靠性和寿命等。所以电子技术在生产制造技术上，必须达到极端条件的要求。而“微机电系统”就是顺应而生的产品。

2 微型化

电子产品在社会生活各个领域的广泛运用，技术精良，功能齐全，造型优美，使用方便等要求，使其产品结构正朝着微型化、小型化方向发展。现代电子组装技术的发展、大规模集成电路、功能集成件及系统功能集成件不断涌现，为实现上述要求提供了技术保证。而作为电子产品基础的各种电子元件则由大、重、厚，向短、小、轻、薄方向发展。如在电子产品结构材料上可以使用一些塑料的电子材料、钛合金、镁合金或是一些工程塑料合金来实现电子产品的轻薄化。而在连接设计上可用无引线的片式元件（SMC）和片状器件（SMD）实现短小化。贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右。一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。如目前的手机和掌上电脑的结构和组装。其结构材料一般采用工程塑料，结构形式也各不相同，但基本都是采用螺钉、内外卡连接固定，用表面贴装技术装配而成的微型化产品。

3 绿色化

绿色化是电子技术未来发展的必然趋势。2006年7月1日欧盟《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求电子电器产品中所用的元器件原材料（单一均质材料）中的六种有害物质含量不能超过限额值。目前限制使用的物质有铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr+6）、多嗅联苯（PBB）、多嗅二苯醚（PBDE），其限量标准分别是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我国也与2006年2月28日正式了《电子信息产品污染控制管理办法》。这一系列与此对应的办法的实施，有助于保护人类健康和报废电子电气设备合乎环境要求的回收恶化处理，同时也是一个技术壁垒，提高产品进入市场的准入门槛，使科技和环保实现可持续发展。人与自然界的和谐统一。

4 集成化

它主要包括三个方面：现代技术的集成、加工技术的集成和企业管理的集成。其中，实现电子系统集成化的关键是微组装技术（Microelectronics Packaging Technology，简称为MPT）和表面组装技术（Surface Mounting Technology，简称为SMT）。MPT利用三维微型组件、大规模集成电路（VLSIC）、超大规模集成电路（ULSIC）和超高速集成电路（UHSIC）等元器件，采用自动表面安装、多层混合组装和裸芯片组装方法来实现电子产品的集成化。SMT则是用自动组装设备将片式化、微型化的无引线或短引线表面组装元件、器件直接贴、焊到印制线路板表面或其他基板的表面位置上来实现电子产品的集成化。

5 高精度，多功能和智能化

现代电子技术往往要求高精度，多功能和智能化，有的还引入了计算机系统，因而其控制系统较为复杂。精密机械广泛地应用于电子设备是现代电子设备的一大特点。

高精度往往要求超净、超纯和超精。例如在微电子制造中，不仅对加工车间里的尘埃颗粒直径，颗粒数，芯片材料中的有害杂质含量有严格限制，甚至要求加工精度达到纳米级。

智能化装备的基础是计算机智能技术，目前计算机技术已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真，集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

自控技术、计算技术和精密机械的紧密结合使电子产品具有更全面的功能，比如具有更高级的人类思维能力，只有想不到没有做不到。它们之间的紧密结合使电子设备的精度和自动化程度达到了相当高的水平。

电子技术是信息、智力、知识密集型技术，其耗能低，污染少。展望电子设备的前景，电子技术将会跟随时代的脚步不断的创新，更高更好的新技术必将开拓更广的领域，其良好的运用将很好的促进我国的现代化建设。

参考文献

[1]王隆太，等.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]张平亮，等.先进制造技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]冯.先进制造技术基础[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

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关键词：功率放大器 模拟预畸变 射频

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0069-02

Application of pre-distortion circuit in RFPA

Yin Wenbin Lou Jianzhong

Hebei University Baoding Hebei China 071000

Abstract:With the development of the communication industry, the linearity of power amplifiers is becoming more and more important. Using a pre-distortion circuit to improve the linearity of power amplifier in this paper. Given the simulation results and descrip the data.

Keywords:power amplifier analog Pre-distortion radio frequency

随着无线通信用户的逐年增加，无线信道变得越来越拥挤，为了提高对频谱的利用率，提出了各种线性化技术如前馈、负反馈和预畸变[3]。这几种技术都有各自的优缺点，下面简要说明之。前馈具有较宽的带宽和较好的线性度但效率不高。负反馈可以控制功放的输入输出阻抗，减小功放对元件的敏感性。但负反馈受反馈网络延迟的限制，带宽有限不适合宽带放大电路，同时很容易因为相位的原因造成系统不稳定。预畸变技术具有无条件稳定、成本低廉、带宽适中等优势。模拟预畸变电路不但结构简单成本低，而且线性度好且带宽适中。本文主要说明了一种模拟预畸变电路，该电路具有稳定性高、效率高、精度高、对功放线性度改善显著等优点。

1、射频功率放大器的非线性特性

通信系统都由混频器、低噪声放大器、功率放大器、天线等主要部件组成，其中功率放大器是非线性最强的器件，下面简要推导射频功率放大器的非线性模型。

假设输入信号为，输出信号为，且系统为无记忆的，则他们之间的关系为

这里使用单频信号进行推导，设，所以可以写为

由上式可知[1]，输出分量除了基频之外，还产生了直流分量和谐波分量和。如果输入的测试信号为双频信号（ ），除了可以得到所需的基频分量之外和无用的谐波之外，还可以得到很多交调分量如二阶交调、三阶交调和。其中、一般落在通带之内，是主要的失真分量。

2、模拟预畸变

基本思想为让功放的输入信号的幅度和相位产生预定的反畸变用以抵消功放本身所存在的非线性失真。其系统框图和原理图如下所示：

3、模拟预畸变的电路实现

这里主要设计了一种基于二极管的预畸变电路，连接在功率放大器之前。该电路主要包括一个匹配电路、多个二极管、几个电容、一个电桥和一个控制电压。该电路的创新之处在于：按照输入信号自动调节模拟预畸变电路的工作状态。电路原理图如图3所示[2]：

4、仿真结果

这里主要使用双音信号对预畸变电路进行测试仿真，仿真结果如图4,图5所示：

图中可以看出，加上预畸变电路能够对三阶交调分量（m3、m4）起到明显的抑制作用。

5、结语

从图中可以看出IM3有了15到20dB左右的改善。同时这个电路的优点在于：一是采用了与主功率管失真特性相近的二极管可以省略掉很复杂的自适应电路。二是克服了用单片机或者DSP的运算频率远低于射频而无法实现对功放失真有效补偿的缺点。三是该电路可以适应多种功率放大器，通过调整VCC的电压值同时还满足温度特性。最后，由于用了3dB电桥，能够保持很好的线性。

参考文献

[1]David M. Pozar.微波工程[M].北京:电子工业出版社,2006.

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[3]张鹏,官伯然.模拟预失真在高功率放大器中的应用[J].微电子技术,2005,(12):88-89.

作者简介

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【关键词】石英晶体谐振器;集成电路;二次封装

随着时代的进步，改革开放的不断深入，科学技术的迅猛发展，新产品、新器件层出不穷。我们引进了钟振这种新型器件，它是将普通晶体振荡器的除石英谐振器外的诸多元件集成于一块标准的可封装的集成电路中，在相应频段焊上不同的石英谐振器就成为了不同频率的振荡器，它是一种新型的晶体器件。石英谐振器的频率在一定条件下直接决定了钟振的频率，要制作不同频率的钟振，实质上就是制作与之配套的不同频率的石英谐振器，因此石英谐振器是钟振的核心部分。

1.产品主要技术指标

频率―温度稳定度：≤±30×10-6;

工作温度：-55℃～+125℃;

基准温度初始精度：≤±3×10-6;

频率―电压允差：≤3×10-6;

输出波形：方波;

占空比：45%～55%;

短期频率稳定度：0.05ppm/s;

电源电压：+5V±0.5V;

外形尺寸：20.8mm×13mm×5.6mm。

2.技术难点

2.1 宽温频率―温度稳定度

在-55℃～125℃超宽温度范围内使其频率温度稳定度达30ppm，且体积又小，难度是很大。采用石英晶体谐振器计算机辅助设计软件，计算晶体角度，为保证温度频差，对晶体切角进行了大量试验验证，对EFG角度分选出各种角度做成的晶体用美国S&A公司制造的2200晶体综合参数测试系统，反复几次的温度测试、数据取样论证，得出结论角度选为AT切35°30'±0.5'，满足技术要求。

2.2 高可靠性的保证

电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。尽量采用低功耗器件，在满足工作速度的情况下，尽量选用CMOS电路，此电路就是选用CMOS电路。同时又改变了通用钟用晶振加工工艺，以往晶片封装，晶片易损坏，现把整个薄膜电路改为印制电路板形式，并且把军用元件，石英晶体牢固的焊在印制电路板上，使元器件与印制电路板成为一体，此设计方案起到双重保护作用，这样能经受较大的振动和冲击，满足用户的技术需求，在结构上采用二次焊封装技术，密封性好，这样就确保该振荡器能稳定可靠的工作。

2.3 基准温度初始精度

针对钟振来说想达到基准温度初始精度±3ppm这个精度是很难的，晶体的频率温度转折点约在27℃左右，既要保证宽温温度特性，又要保证±3ppm的基准温度初始精度，必须采用功耗小的集成电路来实现，集成电路功耗一般都在25mA左右，通过增大电路中反馈偏值电阻，来减小电流，使电流达到10mA左右，降低功率，再采取晶体外壳大面积接地来散热，降低电流通过晶体产生热量使其频率漂移，满足此项指标要求。

3.振荡电路的设计

3.1 设计方案

振荡器是一种把直流电能转变为一定形式的周期交变的信号发生器。振荡系统可以是LC组成的振荡回路，称作LC振荡器。而LC振荡器的频率稳定度只能达到10-2～10-3量级。许多应用领域中是不能满足技术要求的。由于石英谐振器具有很高的Q值，能使频率稳定度可以提高到10-4～10-10量级或者更高。所以，在频率稳定度要求很高的情况下，就要使用石英晶体组成的振荡器。这种晶体振荡器体积小、性能稳定，可以做到几十个PPM甚至更小，完全能达到技术指标要求，满足用户使用需求，适合批量生产。

根据用户要求的技术指标，要设计一种高可靠并适用温度超宽，输出波形为方波的振荡器。通过论证，采用集成电路与晶体谐振器相结合，产生振荡，组成晶体振荡器。如图1。这种电路设计新颖，加工方便，可靠性高，输出频率稳定，适合批量生产。

图1

3.2 满足电路振荡的理论条件

使用表面贴装技术把集成电路、印制电路板与石英晶体混合组成晶体振荡器，振荡线路由放大器和反馈网络按闭环回路组成，如图2所示。

图2

此电路产生振荡条件是：

a.放大器A的电压增益A乘以反馈网络F的衰减系数F的积必须大于1，即AF≥1。

b.信号通过放大器A和反馈网络F后，其总的相移为360o的正整数倍。

4.振荡器用晶体设计

4.1 水晶材料

水晶有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。不论是天然水晶还是人造水晶，都程度不同的存在一些缺陷，这些缺陷，轻的会影响晶体元件的电性能，严重的根本就不能使用。随着晶体的小型化，高频化，和高稳定度要求，对水晶质量的要求越来越高。因此，为保证晶体质量，对水晶材料的质量要求是比较严格的。本产品的要求是Q值>240万的Z块（或Z板）人造水晶，包裹体密度的等级标准选Ⅰ级，腐蚀隧道密度不低于3级。

4.2 石英晶片的设计

标称频率为30MHz的晶体，根据该振荡器内部设计结构及可靠性，我们选AT切泛音振动模式，晶片外形通常采用Ф=4.5mm平片倒边。

4.3 工艺过程

4.3.1 切角的保证

对切割后为35o30'±2'的方片，进行角度校对，使其在35o30'±0.5'以内。为了保证最终角度，经过粗磨、改圆、精磨后的晶片再进行一次EFG角度分选，进一步保证切角的精度。

4.3.2 滚筒倒边

利用滚筒倒边可以有效地抑制寄生振动，减少边缘效应，从而改善石英片的电性能。利用进筒前后频率，可以有效地控制倒边宽度，倒边频率上升60kHz，可达预期效果。

4.3.3 抛光

对滚筒倒边合格的石英晶片用二氧化铈进行抛光，最后使晶片的厚度达0.168mm+ 0.003mm以内。

4.3.4 清洗、被银、上架点胶、微调等

工序同其它石英谐振器的加工基本相同。

4.3.5 封装与老化

封装采用真空电阻焊封装，然后放入105℃±2℃烘箱内老化168h。

5.实测结果

按照上述的设计方案对产品进行了生产试制，从测试结果看（如表1所示），振荡器的各项指标完全达到了技术指标，满足用户上机使用要求。

6.结束语

钟振由于它具有体积小，重量轻，功耗低，稳定性好，加工方便并广泛适用于数字电路等优点而具有巨大的发展潜力。我们采用了新工艺、新材料，采用了先进的晶体制造技术、使产品达到了国内领先水平，在研制生产中不断总结经验教训，逐步摸索出一套适合于我们现有条件的加工制作工艺，进一步提高产品质量，更好地为科研服务。

参考文献

[1]张沛霖，钟维烈，等.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社，1997.

[2]赵声衡.晶体振荡器[M].科学出版社，2008.

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关键词：实训基地；建设；功能

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）26-0199-02

微电子产业是以集成电路（IC）为核心的高新产业，江苏信息职业技术学院所处的无锡位于长三角腹地，集成电路制造起步早，素有中国微电子南方基地美称，云集了像SK海力士半导体、海太半导体、华润微电子、江苏长电等一批全国著名的微电子企业，已形成了清晰的设计、制造、封测及配套支撑的完整产业链。同时无锡市也提出了打造“东方硅谷”，使IC产业成为无锡电子信息技术的支柱产业的集成电路发展规划。我院微电子技术专业成立于1973年，为我国微电子行业培养了三千多名毕业生，很多已成为我国微电子行业的领军人物，学院堪称长三角地区微电子行业的“黄埔军校”。为培养优秀的专业人才，服务地方经济，近年来建成了中央财政支持的微电子技术综合实训基地，下面介绍笔者在微电子实训基地建设和功能实现过程中的一些体会。

一、微电子实训基地建设情况

微电子技术专业是学院最早成立的专业之一，长期依托校企合作，加强专业改革和建设，为我国的微电子产业培养了大批优秀的人才。为更好地接轨区域经济，培养符合顺应地方产业的发展，满足企业需求的集成电路产业的高技能人才，2007年学院成功申报了中央财政支持的微电子技术综合实训基地建设项目。该实训基地占地面积约2000平方米，总投资近700万元，根据微电子产业链的发展和专业人才培养的目标，实训基地下设芯片设计、芯片制造、芯片组装、芯片测试四个中心，是一个集教学实训、考证培训和技术服务功能于一体的综合性实训基地。专业依托微电子实训基地，充分发挥实训基地的三大功能，实施“工学结合”的培养方式，在提高学生岗位技能的同时，全面提升学生的职业综合素质，同时为地方经济服务。

二、教学实训是微电子实训基地的主要功能

教学实训功能是校内实训基地的主要功能也是基地建设的根本目标。高技能人才培养是高职院校办学的第一要务，校内实训基地为此应提供必要的教学条件。微电子实训基地承担微电子技术专业核心课程教育教学改革任务，通过理实一体化教学模式改革和现场教学等教学方法手段的改革，切实提高学生专业理论和职业技能水平。同时，微电子实训基地为学生提供生产性实训岗位，在真实的生产环境下，通过真实的硅片、真实的工艺流程、促进了学生技能水平的提高。我们积极改革人才培养方法，“三方合一”培育人才。

1.“中心与教室合一”：把凳子、移动式投影仪搬进实训中心，在《集成电路制造工艺》等课程教学中展开现场教学，在讲授理论知识的同时，进行设备操作演示，学生不懂的地方教师现场示范，并亲身体验，增强了学生的学习兴趣。在实训环节，教师边讲边做，学生现学现用，增强教学的真实性、直观性，减少了教学的中间环节，学生在真实的环境中真刀真枪动起来，既学到了理论知识，又提升了动手能力。

2.“学生与学徒合一”：无锡强芯微电子有限公司捐赠了3.5万的电脑设备，并安装了相关的软件，和学院共建版图设计“校中厂”。专业聘请强芯微电子的工程师指导《集成电路版图设计训练》课程，在实训课程中表现出色的学生有机会到强芯“校中厂”进行生产性的顶岗实习，逆向设计单元电路，利用现代化的通信技术，协同企业本部的工程师完成大型的设计项目。

通过引进强芯微电子校中厂，营造真实的职业环境，学生直接参与生产活动，培养团结协作、吃苦勤奋、遵章守纪、言行规范的职业素养，感受未来的职业要求，实现学校与工厂、学生与岗位零距离对接。

3.“作品与产品合一”：学生实习时的作品又是企业的产品，通过由实习作品的“及格”到产品“合格”的升华，不仅改变了传统以分数定学生水平的传统观念，同时也培养了职业院校学生的质量意识，提高了学生学习的积极性能，让学生在实习过程中感受到成功的喜悦，学生的学习情况直接接受生产的检验。以下是学生在强芯校中厂完成的电源适配器芯片AC1207图样。

三、考证培训是微电子实训基地教学功能的延伸

社会培训功能是对基地开放资源，增强辐射能力的基本要求。本专业2008年被国家集成电路设计无锡产业化基地授予“集成电路设计基础人才培养基地”，和江苏省半导体行业协会签订“共建集成电路人才储备基地协议”，依托微电子实训基地，充分利用实训基地的设施和条件，发挥技能培训的作用，开展向社会开放的岗位培训和职业技能培训。

在职业技能培训方面，有三位老师为半导体芯片制造工的高级考评员和考评员。近三年来，通过实训基地培训，共有323人获得了半导体芯片制造高级工证书。

在岗位培训方面，近年来共为无锡市劳动局、盐城职高等兄弟院校、江苏长电和华润华晶等企业提供了近700人次的技术培训。通过培训，增强了学员的岗位职业能力和素养，提升了企业的生产效率，获得了合作单位的一致好评，延伸了实训基地的功能，扩大了实训基地的影响，体现了专业的示范辐射作用。

四、技术服务是微电子实训基地功能的提升

近三年来，依托微电子实训基地，专业教师和企业合作，承担科研课题，取得十余项科研成果，如《LCD驱动电路SXM1305的设计》、《调幅信号接收芯片NJ8880设计开发》、《高压触发管的设计与试制》、《高压TVS的设计与试制》、《薄膜微波电路光刻工艺参数优化试验与分析》《半导体工艺中晶体缺陷的线外检测》、《小芯片封装良率的研究分析》等横向课题。这些科研成果为解决企业生产技术问题提供技术指导，这是专业直接服务地方经济的方式。另一方面，承担科研课题也是加强教师与生产或服务实践的联系，提高师资实践能力和专业水平，改变人才培养模式的手段。科研课题为本专业教学内容的更新提供了良好的条件。主讲教师结合自己的科研课题，及时有效地将前沿研究成果运用到教学当中，深入浅出地介绍重要知识点，激发学生的学习兴趣，有利于人才的培养。例如，在《集成电路制造工艺实训》过程中，我们让学生参与《薄膜微波电路光刻工艺参数优化试验与分析》课题的试验，记录结果对比分析，培养学生研究性学习和技术创新的能力。《功率晶体管安全工作区测试装置的设计制作》等大学生实践创新项目也在微电子实训基地完成。

五、结语

微电子产业是无锡最具竞争力的支柱型产业，其产业规模占全国的五分之一以上，需要大量的专业人才。我院微电子技术专业充分发挥微电子实训基地的教学实训、考证培训、技术服务三大功能，走工学结合、产教合作的道路，创新人才培养模式，努力锻造一支高素质技能型人才大军。通过微电子实训基地的功能发挥，教师专业水平得以提升，多名青年教师成长为“双师素质”教师与科研骨干；学生的职业能力和素养得以加强，合作企业员工的水平也得以提高。他们屹立潮头、勇挑大梁，必将为无锡微电子行业和地方经济又好又快发展做出自己的贡献。

参考文献：