数字集成电路原理范文

导语：如何才能写好一篇数字集成电路原理，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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【关键词】数字电路 读图 基本方法

【中图分类号】TN79 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）30-0123-03

人类生活带着对电子技术越来越强烈的依赖进入新世纪。电子技术对人们的这种深刻影响，使广大青少年及电子爱好者对电子技术知识的兴趣也越来越浓厚。

在中学，物理是一门较难的学科，如电磁场的特性，学生看不见、摸不着。在职业学校电学也是课程中相对难学的一门课，一方面电学比较抽象，另一方面电工电子和一系列电路理解起来有个过程，尤其是电路图，学会看电路图，十分重要。

看懂电子电路图是电子技术工作人员的基本能力，就如一个车工必须看懂机械零件图一样。因为只有看懂了电子电路原理图以后才能对电路进行调试、维修和改进。因此，具有一定的电子电路图的识图技能是分析和解决电子技术问题和深入学习的基础。

一 数字电路图的识图方法

首先让我们了解一下什么是数字电路图。

对数字信号进行处理的电路就是数字电路图。数字电路有以下几个显著特点：（1）数字信号采用二值信息――高电平和低电平。（2）数字电路中的晶体管仅在“开关状态”工作，即只工作在饱和和截止两个状态。这两个状态对应二值信息的0和1。（3）数字电路的基本单元对元器件的精度要求不高，只要能判断出高、低电平就可以了，因此便于集成化和系列化生产，成本低廉，使用方便。（4）对数字电路的研究一般集中在输入和输出的逻辑关系方面，包括逻辑分析和逻辑设计。（5）数字电路能对数字信号进行逻辑和算术的运算，广泛应用在智能控制和计算机等现代科技中。

电路图就是人们使用约定的电路符号在纸上表示是几点电路而绘制的图形。使用电路图，大大方便了人们对实际电路的分析、研究和描述。数字电路图表明了数字电路的结构和实际连接方式，通过看数字电路图就可以了解实际电路的情况。

1.识图的基本任务和要点

我们知道，一般电子设备的内部都具有用电子元器件组装的电路板，这些电路板上的元器件是按照相应的电路图纸安装起来的。这些电路图纸通常被称为电路图。常见的电路图有方框图、原理图、印刷版图、装配图等。

印刷版图和装配图都是体现装配关系时使用的电路图。它们非常直观，但往往不反映电路的结构，一般不作为理解电路原理的依据。

方框图是用来体现工作原理的电路图。它是把能够实现一定功能的电路组合（单元电路）抽象化。

电原理图是最复杂的，但也是最有用的一种电路图。它把实际电路的内部结构，各元件之间的连接情况，清晰、简洁地反映出来。实际上，平时我们说的电路图就是指电原理图。阅读和分析电原理图是我们认识和理解一个电路最重要的途径。

数字电路识图的要点一般有以下几点：首先，要注意系统性;其次，要重点分析了解集成电路功能、内电路组成和引脚作用，这是分析数字集成电路的关键。就是说要采取化整为零，然后集零为整的方法，即先对各个电路或各个信号处理进行独立的分析，然后再将它们集合起来进行整体分析。

2.数字集成电路识图的基本方法和要求

熟练掌握一些单元电路的基本组成形式和经典电路，如整流电路、稳压电路和某些运放集成电路等。识图时先将这些单元电路直接画出来，形成电路原理图的框架，这样可提高识图效率。

由于数字电路大多数是以集成电路为核心构成的，所以对数字电路进行读图之前要先对集成电路的情况有所了解，比如集成电路在应用方面的一些功能和特点等。

就功能而言：要从数字集成电路各引脚的外电路结构以及外电路所用元器件参数等去了解认识某一具体集成电路完整的工作情况。同时，还要认识这个完整的电路系统的功能。

就特点的体现而言：一般数字集成电路并不画出所用集成电路的内电路方框图，这给识图带来了很大困难，尤其对初学者进行电路分析来说更为不利。因此在分析这类数字集成电路图时最好先查阅有关数字集成电路的应用手册，找到数字集成电路的内电路方框图，这样可给该电路分析带来很大方便。

初学者分析数字集成电路往往感到比分立器件更困难。其实在掌握读图的规律以后就会感到分析数字集成电路更方便。

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关键词：模拟 集成电路 设计 自动化综合流程

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0062-02

随着超大规模集成电路设计技术及微电子技术的迅速发展，集成电路系统的规模越来越大。根据美国半导体工业协会（SIA）的预测，到2005年，微电子工艺将完全有能力生产工作频率为3.S GHz，晶体管数目达1.4亿的系统芯片。到2014年芯片将达到13.5 GHz的工作频率和43亿个晶体管的规模。集成电路在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，ASIC已向系统集成的方向发展，这类系统在单一芯片上集成了数字电路和模拟电路，其设计是一项非常复杂、繁重的工作，需要使用计算机辅助设计（CAD）工具以缩短设计时间，降低设计成本。

目前集成电路自动化设计的研究和开发工作主要集中在数字电路领域，产生了一些优秀的数字集成电路高级综合系统，有相当成熟的电子设计自动化（EDA）软件工具来完成高层次综合到低层次版图布局布线，出现了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等国际上著名的EDA公司。相反，模拟集成电路自动化设计方法的研究远没有数字集成电路自动化设计技术成熟，模拟集成电路CAD发展还处于相当滞后的水平，而且离实用还比较遥远。目前绝大部分的模拟集成电路是由模拟集成电路设计专家手工设计完成，即采用简化的电路模型，使用仿真器对电路进行反复模拟和修正，并手工绘制其物理版图。传统手工设计方式效率极低，无法适应微电子工业的迅速发展。由于受数/模混合集成趋势的推动，模拟集成电路自动化设计方法的研究正逐渐兴起，成为集成电路设计领域的一个重要课题。工业界急需有效的模拟集成电路和数模混合电路设计的CAD工具，落后的模拟集成电路自动化设计方法和模拟CAD工具的缺乏已成为制约未来集成电路工业发展的瓶颈。

1 模拟集成电路的设计特征

为了缩短设计时间，模拟电路的设计有人提出仿效数字集成电路标准单元库的思想，建立一个模拟标准单元库，但是最终是行不通的。模拟集成电路设计比数字集成电路设计要复杂的得多，模拟集成电路设计主要特征如下。

（1）性能及结构的抽象表述困难。数字集成电路只需处理仅有0和1逻辑变量，可以很方便地抽象出不同类型的逻辑单元，并可将这些单元用于不同层次的电路设计。数字集成电路设计可以划分为六个层次：系统级、芯片级（算法级），RTL级、门级、电路级和版图级，电路这种抽象极大地促进了数字集成电路的设计过程，而模拟集成电路很难做出这类抽象。模拟集成电路的性能及结构的抽象表述相对困难是目前模拟电路自动化工具发展相对缓慢，缺乏高层次综合的一个重要原因。

（2）对干扰十分敏感。模拟信号处理过程中要求速度和精度的同时，模拟电路对器件的失配效应、信号的耦合效应、噪声和版图寄生干扰比数字集成电路要敏感得多。设计过程中必须充分考虑偏置条件、温度、工艺涨落及寄生参数对电路特性能影响，否则这些因素的存在将降低模拟电路性能，甚至会改变电路功能。与数字集成电路的版图设计不同，模拟集成电路的版图设计将不仅是关心如何获得最小的芯片面积，还必须精心设计匹配器件的对称性、细心处理连线所产生的各种寄生效应。在系统集成芯片中，公共的电源线、芯片的衬底、数字部分的开关切换将会使电源信号出现毛刺并影响模拟电路的工作，同时通过衬底祸合作用波及到模拟部分，从而降低模拟电路性能指标。

（3）性能指标繁杂。描述模拟集成电路行为的性能指标非常多，以运算放大器为例，其性能指标包括功耗、低频增益、摆率、带宽、单位增益频率、相位余度、输入输出阻抗、输入输出范围、共模信号输入范围、建立时间、电源电压抑制比、失调电压、噪声、谐波失真等数十项，而且很难给出其完整的性能指标。在给定的一组性能指标的条件下，通常可能有多个模拟电路符合性能要求，但对其每一项符合指标的电路而言，它们仅仅是在一定的范围内对个别的指标而言是最佳的，没有任何电路对所有指标在所有范围内是最佳的。

（4）建模和仿真困难。尽管模拟集成电路设计已经有了巨大的发展，但是模拟集成电路的建模和仿真仍然存在难题，这迫使设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。模拟集成电路的设计必须充分考虑工艺水平，需要非常精确的器件模型。器件的建模和仿真过程是一个复杂的工作，只有电路知识广博和实践经验丰富的专家才能胜任这一工作。目前的模拟系统验证的主要工具是SPICE及基于SPICE的模拟器，缺乏具有高层次抽象能力的设计工具。模拟和数模混合信号电路与系统的建模和仿真是急需解决的问题，也是EDA研究的重点。VHDL-AMS已被IEEE定为标准语言，其去除了现有许多工具内建模型的限制，为模拟集成电路开拓了新的建模和仿真领域。

（5）拓扑结构层出不穷。逻辑门单元可以组成任何的数字电路，这些单元的功能单一，结构规范。模拟电路的则不是这样，没有规范的模拟单元可以重复使用。

2 模拟IC的自动化综合流程

模拟集成电路自动综合是指根据电路的性能指标，利用计算机实现从系统行为级描述到生成物理版图的设计过程。在模拟集成电路自动综合领域，从理论上讲，从行为级、结构级、功能级直至完成版图级的层次的设计思想是模拟集成电路的设计中展现出最好的前景。将由模拟集成电路自动化综合过程分为两个过程。

模拟集成电路的高层综合、物理综合。在高层综合中又可分为结构综合和电路级综合。由系统的数学或算法行为描述到生成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工艺相关和设计规则正确的版图过程称为物理综合。模拟集成电路自动化设计流程如图1所示。

2.1 模拟集成电路高层综合

与传统手工设计模拟电路采用自下而上（Bottom-up）设计方法不同，模拟集成电路CAD平台努力面向从行为级、结构级、功能级、电路级、器件级和版图级的（Top-down）的设计方法。在模拟电路的高层综合中，首先将用户要求的电路功能、性能指标、工艺条件和版图约束条件等用数学或算法行为级的语言描述。目前应用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行为级建模，或者是专利语言，所建模型与模拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工业标准的数/模硬件描述语言VHDL-AMS。VHDL-1076.1标准的出现为模拟电路和混合信号设计的高层综合提供了基础和可能。VHDL一AMS是VHDL语言的扩展，重点在模拟电路和混合信号的行为级描述，最终实现模拟信号和数模混合信号的结构级描述、仿真和综合125，28]。为实现高层次的混合信号模拟，采用的办法是对现有数字HDL的扩展或创立新的语言，除VHDL.AMS以外，其它几种模拟及数/模混合信号硬件描述语言的标准还有MHDL和Verilog-AMS。

2.2 物理版图综合

高层综合之后进入物理版图综合阶段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的电路原理图得到与工艺条件有关和设计规则正确的物理版图。由于模拟电路的功能和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元件参数，版图寄生参数的存在将使元件参数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需要考虑电路的二次效应对电路性能的影响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件失配效应和信号间的祸合效应对电路特性能影响在允许的范围内。基于优化的物理版图综合在系统实现时采用代价函数表示设计知识和各种约束条件，对制造成本和合格率进行评估，使用模拟退火法来获取最佳的物理版图。基于规则的物理版图综合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽象为一组规则，并用这些规则来指导版图的布线布局。在集成电路物理综合过程中，在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片面积和功耗是必要的。同时应当在电路级综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对电路中各器件之间的匹配关系应用明确的要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指导模拟集成电路的版图综合。

模拟电路设计被认为是一项知识面广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较长时间，而且设计要运用很多的技术。在模拟电路自动综合设计中，从行为描述到最终的版图过程中，还需要用专门的CAD工具从电路版图的几何描述中提取电路信息过程。除电路的固有器件外，提取还包括由版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致工作频率范围的缩减和速度性能的降低。因此投片制造前必须经过电路性能验证，即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用户的性能要求。正式投片前还要进行测试和SPICE模拟，确定最终的设计是否满足用户期望的性能要求。高层综合和物理综合从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以看成电路的产生方面，物理版图综合得到模拟集成电路的电路版图，可以认为电路的几何设计方面。

参考文献

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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

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引言

随着城市化的逐步发展，城市交通也发生了巨大的变化，虽然新修建数条高速公路及普通道路，但随着汽车的日益增长，市区交通仍然变得十分拥挤，而这些因素对人们的安全出行也带来很大隐患。各交通路口的信号灯作为交管部门管理交通的重要工具之一，其合理使用可以为人们的安全出行提供保障。交通信号灯主要由城市交通控制系统控制。现代城市交通监控指挥系统中的城市交通控制系统一个综合化的计算机道路交通管理系统，其主要功能包括城市交通数据监测、交通信号灯控制以及交通疏导。在以计算机为主体的信息化交通管理系统中，如何运用科学的控制方法对已建的城市道路结构进行优化调度，缓解道路的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划系统亟待研究的课题。数字电路具有逻辑性强和灵活性强的特点，数字电路芯片只要在一定范围内输入，都能得到稳定的输出，调试起来比较容易，电路工作也比较稳定，所以被广泛用于各种领域。本文着重介绍运用数字集成电路进行控制的交通灯的设计思路。

1交通灯的设计要求及总体方案

1.1设计要求主干道和支干道十字路口设置交通灯，控制两条交叉道路上的车辆通行。①每条道路设1组由黄、红、绿灯组成的信号灯，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，而未过停车线的车辆停止。②当主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，且主干道绿灯亮的时间不少于60s。③当主干道红灯亮时，支干道绿灯亮，且支干道绿灯亮的时间不超过30s。④每次变换通行车道前，要求黄灯先亮5s。1.2总体方案根据设计要求，交通灯控制系统的组成框图如图1所示：十字路通灯工作状态数据由状态控制器进行监测记录，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯，秒脉冲发生器产生整个定时系统时基脉冲，通过减数计数器对脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间，减数计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时译码器根据系统的下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值，减计数器的状态由BCD译码器、数码管显示。

2设计的主体内容

2.1状态控制器的设计①S0状态表示主干道绿灯亮，支干道红灯亮，60s定时开始计时，且通车时间未超过60s。②S1状态表示主干道通车时间已达到30s，此时主干道黄灯亮，支干道红灯亮，5s定时器开始计时。③S2状态表示主干道黄灯时间已超过5s，此时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，30s定时器开始计时。④S3状态表示支干道通车时间已超过30s，此时，主干道红灯亮，支干道黄灯亮，5s定时器开始计时，以后当支干道黄灯计时超过5s时，接S0状态。这四个状态可以用二进制编码表示，S0用00表示，S1用01表示，S2用10表示，S3用11表示，其状态转换图2所示。这是一个二位二进制计数器，可采用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器。CD4029是一种CMOS电路二进制/十进制可异步置数的可逆计数器，若要实现多级级联，只需将前级计数器的进/借位信号CO连到下级计数器控制端C1即可，CD4029可实现二进制/十进制的可进位，可预置的加/减数。状态器的脉冲可以用来自减法计数器的借位输出，根据译码显示器的借位变化来改变状态器的输入，控制状态器的输出。由CD4029所组成的状态控制器如图3所示。2.2译码电路的设计主干道上红、绿、黄信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态，它们之间的关系见真值表，如表1。对于信号灯状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，两个方向的信号灯有4种输出状态。由真值表分析可以求出各信号灯的逻辑关系。选用半导体发光二极管来模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力比一般带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管，所以在状态输出端设置了与非门和非门，以满足低电平的要求。状态译码电路如图4所示。2.3定时电路的设计定时要求主干道绿灯显示60s，支干道绿灯显示30s，黄灯显示5s，故需要一个能实现自动调节不同时间的定时器74LS245，通过使能端和控制端可以控制不同数字的输出。预置到减数计数器的时间可以通过3片74LS245来实现，3片74LS245的输入数据分别接入60、30、5这3个不同的数字，74LS245的输出数据和减法计数器相连，实现设计要求的计时时间。三片74LS245的输出与否由状态控制器来实现，当状态控制器在S0（Q2Q1=01）状态S4（Q2Q1=11）状态时要求黄灯亮，要求减法计数器从初始值5开始计时，可以看出黄灯亮时Q1必须为1，所以可以用Q1来控制接数字5的74LS245。当主干道绿灯亮时，60s计数器开始计时，由于74LS245的EN端接入低电平有效，而信号灯也是接人低电平有效，所以可以把74LS245的EN端与主干道的绿灯连接，同理，输入数据20的74LS245可以与支干道的绿灯信号相连，74LS245的管脚图如图5所示。它主要实现的是三态门的功能，输出端除了有高电平和低电平两种状态外，还有第三种状态高阻状态。其逻辑功能是：当使能控制信号EN=0时，若DIR=1，则数据传输通路为A到B，若DIR=0，则数据传输通路为B到A；而EN=1时，无论DIR为何值，A、B之间均呈高阻状态。定时器的减数器主要是由异步可逆二/十进制计数器来实现，译码和显示电路主要是由74LS47和数码管来产生，74LS47管脚图如图6所示。2.4脉冲产生电路的设计脉冲的产生电路主要是由555定时器产生的。555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当的几个元件，就可以构成施密特触发器，单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲与变换电路，该器件的电源电压为4.5~16V，驱动电流可达到200mA左右，并且可以与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。多谐振荡器是一种无稳态电路。对该电路通电后，电路状态可以自动变换并且产生矩形波的输出。555定时器组成的的脉冲发生器如图7所示。将以上各模块进行逻辑连接，得到系统的电路原理图，如图8所示。将各单元部分按照电路图连接后，进行各单元电路调试及整体调试，并通过软件仿真验证，完全达到设计要求数字集成电路具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产，由数字集成电路控制的交通信号灯也会越来越广泛地使用。

参考文献：

[1]李中发．数字电子技术[M]．北京：水利水电出版社，2001．

[2]时万春．现代集成电路测试技术[M]．化学工业出版社，2006．

[3]杨兆生．新一代智能化交通控制系统关键技术及其应用[M]．北京：中国铁道出版社，2008．

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针对课堂教学的局限性，鼓励学生养成课外积极收集相关专业知识的主动自学能力；鼓励学生积极参加各种设计竞赛，将所学知识灵活应用于实践，并使学生逐渐形成创新性思维，具有较高的工程素质和实践能力。

二、基于FPGA技术的课程教学改革策略

1.明确教学目标

即通过对集成电路相关企业进行调研，了解企业对集成电路专业学生在FPGA技术方面所需的应用技能，进一步明确FPGA技术的教学目标。往往每个企业的研究方向不同，所用的开发环境、仿真工具都各不相同。为了满足学生就业需求，教学目标应该重基础、求延伸。在基础扎实的基础上，在应用方向上寻求延伸，使学生多接触各种常用的典型开发环境。

2.整合与FPGA技术相关的课程，设计教学内容

由于几门相关的课程由不同的教师在不同学期授课，同时存在着有些知识点重复讲授，而有些重要知识点又在课程中没有涉及到的现象。再加上对于硬件描述语言的学习仅仅通过课堂教学是远远不够的，应该边学边练。根据专业特色、企业需求及修订后的教学目标，对原FPGA技术相关的多门课程的教学内容进行深入分析，依据教学内容的关联程度，制定课程整合方案，调整教学计划，合理安排授课内容，做好衔接，充分利用教学资源。主要包括“硬件描述语言”增设相应实验课（modelsim仿真）；原“数字集成电路设计”的实验内容改为quartusii开发工具综合项目设计实验；“FPGA原理与应用”除了介绍原理应用方面外，另增设针对FPGA实验箱的实验项目（Xilinx的ise开发工具）；“SOPC设计技术”课程中要求学生熟练掌握sopcbuilder和XilinxEDK开发环境，使学生同时掌握并比较两大公司的典型开发环境，以及系统级设计方法。

3.增设“ASIC综合与时序分析”课程

现有的一部分FPGA教学实验，仅仅停留在让学生熟悉FPGA的设计流程、设计步骤，这远远不够。综合时序分析在电路设计中起着至关重要的作用，应进一步加强综合时序分析环节，数字集成电路实验不能仅停留在将RTL级代码映射为电路结构的表面工作，应深入分析电路的时序、面积及功耗，让学生具体体会各种约束在电路具体实现中的意义。因此，增设“ASIC综合与时序分析”课程，针对ASIC设计购置了Synopsys软件并建立了相应机房，使学生熟练掌握不同的设计软件，以满足设计需求。

4.调整实验计划，提高学生的动手能力

数字集成电路实验通常以Modelsim仿真为主，学生只有在最后一个综合实验中才能用到FPGA开发板，开发板利用率不高，而且学生对开发板的熟悉程度根本不够。应该增加FPGA开发实验项目，让学生熟悉开发板结构、核心器件及外设结构、连接方式，真正能熟悉开发工具，熟练掌握开发流程，鼓励学生多动手、多实践，真正做到活学活用。

5.加强师资队伍建设

由于行业技术更新快，新技术、新工具层出不穷，而学校又存在讲授知识老旧，教师技术参差不齐等诸多问题。因此必须加强师资队伍建设，进行定期技术培训，及时更新知识结构。通过定期培训，可以为课程中实验授课做较好的技术支持。同时支持教师参加培训，使一线教师能有机会直接与各地从事集成电路数字设计的一线工程师（包括清华微电子所、中芯国际、华纳电子、大唐微电子等知名单位的一线工程师）进行交流。及时了解行业新动态、新趋势、新技术以及主流工具，更好地将最新的知识及相关信息传授给学生，紧跟时代步伐。

6.变革教学方法

传统的教学方法强调以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心，主要以讲授为主，而忽视学生的积极性、主动性及创造性的发挥，这将影响FPGA技术的教学效果。而且这种方式过于枯燥，对FPGA技术教学远远不足。在FPGA技术的教学中，根据讲授的内容，采用不同的教学方法。除了课堂讲授外，在讲解具体实例时应采用演示法。FPGA技术的实践性和应用性很强，设置相关课内实验应分为基础性实验、提高性实验和综合性实验。在实践教学中要坚持“重基础与技能、求综合与创新”的改革思路，加强学生工程思维训练、调试和分析能力，提高实践教学体系的创新性、综合性。除课堂讲授外，督促学生在教师指导下自学、自讲，以讨论为主的教学方式，并根据合作程序及自愿原则进行分组。针对“集成电路设计方法”课程教学内容，建立课外创新小组，为每个小组的阶段性成果在课堂上进行成果，锻炼学生的语言表达能力，建立自信心。同时，由教师引导，对创新小组遇到的问题进行课堂讨论、分析，调动每个学生的积极性，提高学生自行发现问题、分析问题及解决问题的能力，取得了很好的效果。教师通过与学生互动了解学生的兴趣、难点所在，有目的地调整教学内容，使课堂更灵活、更有效地解决学生在学习过程中的各种问题，

7.与企业合作

建立实训基地，培养学生的团队精神。有些能力较强的学生习惯于独立完成某个项目，这违背了企业需要具有团队协作精神成员的培养方针。实训基地以分组形式分配项目，对每个学生进行明确分工，让学生在每个项目中分别担任项目团队中的不同角色，承担各自的任务，以团队形式完成所分配的项目，并且每个学生在课程结业时必须完成项目团队中不同角色的任务，得到相应学分。以实际项目为基础，领着学生从立项到着手设计再到最终完成设计，让学生熟练掌握项目完成的各个过程。在进行综合项目实现的过程中，学生能体会到课堂知识用于实践是远远不足的，这将促进学生查找相关资料进行自主学习，培养学生的自学能力、发现问题、分析问题及解决问题的能力。

8.制定FPGA应用能力评价标准

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关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索

作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）

基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。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，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。

在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。

一、集成电路设计本科教学存在的主要问题

在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。

首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。

其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]

再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。

二、改革措施

鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。

1.增加实验教学量

现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。

在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。

2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导

“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。

对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、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。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。

3.增加就业相关基础知识含量

从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。

另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。

三、结论

集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。

参考文献：

[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).

篇7

【关键词】集成电路;测试管理系统;开发;利用

伴随着科学技术的不断发展，半导体集成电路也出现了日新月异的变化，结构复杂、大规模、速度快、功能多的电路逐渐得到有效开发，半导体制造工艺技术逐渐完善，其中尤为特别的是数字电路变化。基于此种形势下，对集成电路测试提出了更高的要求。在以往测试软件编制中，程序主要以测试流程为导向，坚持自上至下原则进行排列，将程控指令、测试参数、测试结果等都纳入文本测试软件中，这种编程面向过程，语法规则特定。但工程师必须要具有一定的编程技能，由于编程过程复杂，自动化测试不具高效性、快速性和同步性。目前，伴随着半导体技术的不断进步，图形化编程语言编程为工程师提供一个有效的可编程平台。笔者主要综合自身多年来在半导体企业从事集成电路测试工作实践和管理经验，深入探究集成电路测试系统管理及其开发应用，旨在实现集成电路测试精细化管理的要求和行业可持续发展。

1.集成电路测试设备及配件概述

1.1 集成电路测试设备功能分析

针对集成电路测试设备及功能而言，主要体现在四个方面：

（1）测试机。测试机主要参考因素包括硬件架构端子数、操作系统环境、时钟速度、程序开发工具、应用程序等，早期测试机多以C、Pascal等程序语言为开发工具，目前VB应用广泛，各种辅助应用程序为测试工程师提供了发展时机;

（2）晶圆针测机。目前，四寸至十二寸晶圆均经针测机在晶舟与测试机间进行存取，此种设备对机械自动化、结构精密度、运转稳定度要求较高;

（3）器件分类机。分类机主要执行测试机与集成电路成品间的电性接触，按照测试程序中定义结果进行分类;

（4）预烧炉。早期预烧炉主要提供预烧条件中所需电流、偏压、波形电路机制，目前主要以封装类型为依据来进行设计，对被测器件具有承载作用。

1.2 集成电路测试机原理

测试机多由高性能量测仪器构成，而测试系统属于测试仪器与计算机控制的综合体。计算机控制主要是经由测试程序执行指令集对测试硬件进行控制，最终由测试系统提供测试结果。为保证测试结果的一致性，必须要对测试系统进行定期校正处理，一般应用校正芯片对测量仪器精准性进行验证。目前，多数测试系统可测试具有特定类别特征的集成电路，通用器件种类包括数字、内存、混合信号、模拟。一般而言，测试系统包括来源内存、捕捉内存、测试样本或扫描向量内存、端子电路，而测试方法主要采用施加与测量模式，通过设置测量范围、测量极限、设备性能参数而完成测试作业。

2.集成电路测试数据分析

为了开发集成电路测试管理系统，必须要详细分析现有的产品管理过程与测试流程，从而优化系统功能与框架设计。首先，要对现有产品测试数据进行统计分析。一般而言，集成电路测试生产线上具有4个左右的测试平台，每个测试平台对不同产品、测试参数所提供的测试数据、时间不尽相同。通常状况下，测试结果属于生产过程总体情况的直接反映指标，优化测试参数，能获取产品良率信息。在现阶段，由于测试参数较多，且各个参数间能产生不同程度的交互效应，最终影响统计性质。目前，就测试统计工具分析方法而言，主要包括两种：一是比较分析，二是相关性分析。譬如在不同条件下，可对每片晶片测试参数进行比较分析，观察测试参数之间的差异性。同时，可将测试参数与WS数据、测试数据、iEMS数据进行相关性分析，寻找相关性诱因。以上两种分析方法均在明确现有历史数据对产品设备、生产状况的影响下进行。应用现有数据预测产品特征，考虑到测试问题具有复杂性，工程师往往无法对测试结果的准确性进行优化判断。

在实际分析过程中，可综合多种统计手段来进行分类效果预测。具体而言，必须要注意四个问题：

（1）明确好坏组。基于掌握历史测试数据的基础上确定好坏组分组规则;

（2）对测试参数进行删选。择取与另一平台测试数据具有相关性的测试参数，并进行集合，在此基础上择取好坏组间差异显著的测试参数;

（3）对主成分进行综合分析。针对具有差异性的测试参数而言，必须要作正交化处理，将测试参数间的交互作用及时消除;

（4）判别分析。对待预测晶圆至好坏两组距离进行计算，应用具有统计学意义的Mahalanobis距离将常用远近距离进行替代，并将其归纳到距离近的那组，实现分类目标。此流程可优化最终结果，同时在研究过程中还可运用判别分析、分析流程等筛选方法。

3.集成电路测试管理系统设计

3.1 集成电路测试系统数据库概念与逻辑设计

针对集成电路测试系统数据库概念设计而言，主要包括四类方法：一是自顶向下，二是自底向上，三是逐步扩张，四是混合策略。就测试管理开发而言，主要应用自底向上方法，即首先勾画局部概念结构，并将各个局部进行集合，最终获取全局概念结构。于构建概念模型前，必须要深入分析需求分析中形成的数据，把握数据实体属性，构建实体间关系。在数据库开发时期，开发环境择取Web应用框架（Django），按照系统情况，于数据流图中择取适当数据流图，每部分均与一个局部应用相对应，联系各个局部数据流程图，检查概念模型图设计的精准性。

概念结构属于数据模型的基础，为了达到测试管理系统要求，要将概念结构转化为数据模型。在数据库管理系统中，通常只支持网状、关系、层次三种模型中的某一具体数据模型，导致各个数据库管理系统硬件具有局限性。因此，在逻辑结构设计中，首先要对概念结构进行转化，促使其常用网状、层次模型，并基于特定数据库系统辅助下，促使转化为数据模型。同时，数据库择取MySQL，降低总体拥有成本。

3.2 集成电路测试系统数据库物理设计

就集成电路测试系统数据库物理设计而言，首先要明确数据库物理结构，再对其进行综合评价，其内容主要包括三个方面：

（1）数据储存结构。在对数据存储结构进行评价时，要将维护代价、存取时间、空间利用率作为考虑因素。一般而言，将冗余数据消除，能有效节约存储空间，但易增大查询代价，故要权衡利益，择取折中方案。MySQL属于关系型数据库，聚簇功能强大，为了保证查询速度，可将属性上存在相同值的元组进行集中，存入物理块中;

（2）数据存储位置。在开展数据库物理设计时，可将MySQL数据库中的用户表空间与系统文件相对应的数据存入磁盘驱动器中，以达索引与数据库软件、表分类存放目的。针对MySQL数据库而言，可将不同用户建立的表进行分类存放，可最大限度地优化数据库;

（3）数据存取路径。在关系数据库中，要明确存取路径，寻找索引构建方法。索引作为一种数据库结构，主要包括三种形式：一是簇索引，二是表索引，三是位映射索引。在MySQL数据库中，利用索引可提高聚集中数据与表检索速度。科学应用索引，能降低磁盘I/O操作次数。

4.集成电路测试管理系统的实现与开发利用

4.1 集成电路测试数据输入

在测试生产线上，由于每天都会出现大量的晶圆测试作业，故针对产品测试管理系统来讲，必须要将晶圆信息输入到相应数据库中，便于后续功能操作的实现。在现有测试生产线上，一部分产品信息可实现自动输入，譬如每片晶圆均存在自身产品批次与编号，于晶圆制造中可将此类信息标记在晶圆表面上，经由晶圆针测机自动识别装置进行读取。待读取完毕后输入到相关的测试结果中。而就其它无法自动输入信息而言，譬如测试接口、针测卡、测试设备等信息，必须要进行手动输入。

基于把控生产线实际状况的基础上，每名录入员均需进行班组个人生产日报的录入，工作量相对较大，同时考虑到系统实际需要，于每2小时需要进行一次数据录入，故必须要重视录入速度。当数据被录入子菜单时，其每页面设计必须要采用Django的第三方控件，利用其强大功能以达无鼠标操作目标。从本质上来讲，输入员将该子页面打开后，仅有键盘可进行输入操作，方便较为快捷，与用户实际需求吻合。

4.2 集成电路测试结构文件上传

针对集成电路测试管理系统而言，必须要将测试设备工作站所定义的测试结果文件输入数据库，最终才能构成数据分析报表。待晶圆测试完毕后，测试设备将构成晶圆测试结果的文件转变成一个传送信号，上传到数据库服务器，而服务器会依据文件发送信头，最终接纳测试结果文件。

针对测试管理系统为而言，为了确保其传送速度，本文研究中实现了三个方面的优化处理：

（1）针对测试结果文件传送而言，主要应用实时传送原则，即传送时机择取为测试结果文件组成后，对以往分批次传送方式进行了优化补充。从整体上来讲，有助于预防文件过大而促使传送速度滞后，对服务器正常运行具有一定的辅助作用;

（2）文件上传后并未直接植入数据库中，而是暂时存入原始数据暂存器中，有助于防止某些无效格式测试结果文件被上传。譬如在测试中存在了人为中断现象，而诱导某些测试数据最终转变为冗余数据。经由原始数据暂存器剔除此类无效格式文件，能最大限度地确保数据库文件的精准性。此外，经由原始数据暂存器对测试结果文件权限进行整合配置。譬如在存储过程中可允许访问统计结果，不允许访问某些重要数据。从某种角度上来讲，极大地提高了数据库的安全性;

（3）针对测试管理系统开发而言，主要采用存储过程进行统计，包括生产盘存月报、生产日报、周报、月报、季报、年报、设备异常报警率、生产良率表等。基于应用程序界面上，分开统计功能与查询功能，应用统计功能对存储过程进行调用，基于服务器端作用下对信息开展各类汇总作业，并录入历史存表中。而利用查询功能自历史表中对已计算数据进行调用，完善了系统性能，增强了查询效率。

4.3 集成电路测试在线预警、测试数据查询与分析

就集成电路测试在线预警功能模块而言，主要因测试生产线工程师少，在测试过程中，无法及时发现出现的误测或不良测试，为测试工程师及早发现问题提供了有力的帮助。而针对集成电路测试数据查询而言，该模块主要考虑到用户对生产线实时数据具有查询需求，涵盖产品负责人、芯片产品、测试日期、测试站点等信息。同时，数据查询模块还可查询各类良率分析报表，其中查询功能与统计功能单独使用，有助于用户自主选择，其查询内容涵盖测试平台比较报表、良率分析年报、季报、月报、日报等。

5.结束语

综上所述，本文主要以集成、高效、全方位、先进企业管理要求为出发点，进行集成电路测试管理系统开发设计，旨在提升集成电路企业管理水平，增强市场核心竞争力，对半导体测试行业中的企业生产管理系统具有至关重要的作用。在实际开发过程中，由于对现有测试生产线上出现的测试数据无法全面管理，故无法深入分析影响集成电路测试生产效率提高的因素，因此在前期做了大量设备与测试方法研究。在测试管理系统数据库设计完成时，以前台开发工具（Django）、后台数据库（MySQL）为导向，开发了与用户操作需求的吻合的集成电路测试管理系统。在整体开发过程中，立足于数据库并发控制、查询优化等技术难题角度，确保了高效查询速度与数据操作的完整性，最终集成电路测试管理系统实现了五个功能，包括测试数据录入、测试结果文件上传、产品测试在线预警、数据查询与分析和测试运行相关报表生成，与企业信息化、自动化、精益化管理需求相一致，具有较大的应用前景。

参考文献

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[2]朱龙飞.混合集成电路测试系统上位机软件设计[D].电子科技大学，2013.

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[5]刘军.漏电保护专用集成电路测试系统的设计与实现[D].电子科技大学，2013.

[6]窦艳杰.数字集成电路测试矢量输入方法研究和软件实现[D].电子科技大学，2012.

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[9]盛谐辉.国家科技重大专项年度总结在京召开 于燮康获得了“个人突出贡献奖”长电科技、通富微电获得了“应用工程优秀团队奖”[J].半导体.光伏行业，2011（01）：56-57.

[10]蔡瑞青.基于Ultra-FLEX测试系统的集成电路测试开发[J].电子与封装，2013（08）：20-21.

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关键词 电子科学与技术专业；实习基地；定向培养

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）02-0102-02

Exploration of School Enterprise Cooperation Mode of Electronic Science and Technology Specialty//Shi Jianxing， Xu Yanbin

Abstract Starting from the characteristics of Electronic Science and technology specialty， the training mode of school enterprise cooperation as a breakthrough point， to improve the students’ practical ability and training directly working talents as the goal， two aspects were summarized from the practice base construction and targeted training， explore the new road of school enterprise cooperation.

Key words electronic science and technology specialty； practice base； targeted training

2000年6月，国务院印发《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发2000〔18号〕），明确提出软件产业和集成电路产业是国家战略性新兴产业，是国民经济和社会信息化的重要基础[1]。大力发展我国集成电路产业和软件产业，是克服我国集成电路人才短缺，抓紧培养集成电路专业人才方面的重大举措。随着集成电路产业的飞速发展，国家和企业对集成电路各类人才的需求越来越多，对人才的要求也越来越高，这些都对电子科学与技术专业的本科教学提出了新的挑战。高等学校在人才培养的模式上必须进行有效的改革，校企合作体制的实施和更深层次的建设是高校人才培养模式改革的重要方面之一。通过校企合作体制的开展和教学质量的不断提高，使毕业生在准备就业的时候不仅具有深厚的理论功底，而且能够学习和掌握相关的设计软件，具有相关工作经验和解决实际问题的能力，了解行业背景和企业需求，为培养直接上岗型人才打下了良好的基础。

1 学校目前存在的问题

电子科学与技术专业是为国家和社会培养集成电路产业人才的重要专业分类。河北大学电子科学与技术专业的学生主要学习集成电路工艺和集成电路设计两大类课程，其中集成电路设计又包括电路设计和版图设计。通过两年的专业基础课和专业课的讲授，学生可以了解和掌握集成电路制造过程中的各种工艺加工工序（如硅片的清洗、氧化、光刻和扩散等）、集成电路中常用的设计方法（如全定制、半定制、CPLD和FPGA等）和集成电路基本单元的版图结构（如电阻、电容、BJT管和MOS管等）。虽然在理论授课的基础上也开设了相应的实验课程，但是实验软件落后，以及与社会生产实际相脱节的状态十分严重。这里以集成电路版图实验为例来加以说明。

在集成电路版图实验教学过程中，由于经费的限制，只能通过免费或者低级的版图绘制软件来完成实验教学工作。由于使用软件功能上的落后，没有办法让学生更好地了解如何对版图进行设计规则检查和电学规则检查，不能清楚地知道设计规程检查文件，不明白版图后仿真和电路图与版图的比较过程中需要注意哪些事项，不知道实际生产中相关元件的版图绘制方法，只能简单地绘制出某个元器件的版图，造成学生只是学习到了版图设计中的一点儿皮毛，相关知识匮乏，不能很好地满足企业的需求。

2 校企合作方案探索

实习基地的建立 2003年7月，教育部下发《教育部、科技部关于批准有关高等学校建设国家集成电路人才培养基地的通知》，通知中要求高校要大力推进“国家集成电路人才培养基地”的教学改革[1]。为了培养应用型的集成电路设计人才，了解企业需求，河北大学跟北京芯愿景软件有限公司保定分公司签订了校企合作协议。这既能让学生接触到先进的设计软件，增长自身技能，又能为企业培养所需的人才。

在签订了校企合作协议之后，双方又制定了详细的实习基地实施方案，主要从以下几个方面入手。

首先，暑期毕业实习。学校的毕业生需要在大三之后大四之前的暑期进入实习单位完成毕业实习的工作。实习基地建立之后，企业可以接纳电子科学与技术专业的学生进入单位实习并对学生提供培训。学生要严格按照企业的上下班制度等要求自己。在为期一个月的实习过程中，学生开阔了眼界，增长了见识，掌握了实际生产中相关元件的版图实现方法，明白了集成电路产业中各个环节的作用和实现方法，为就业奠定了良好的基础。

其次，双向选择，深入了解。在暑假毕业实习完成之后，企业对实习的学生进行了综合评定，学生也对企业和集成电路产业有了进一步的认识。通过双向选择的方式，学生可以在大四下学期毕业设计阶段进入实习基地进行更深层次的学习。毕业设计实行双导师制，由学校的指导教师和企业的指导教师共同指导学生完成毕业设计和毕业论文，保障学生能够顺利毕业。这既能增加学生的工作经验，又能为企业本身培养所需的人才。

最后，除本科生的实习以外，还对集成电路工程的硕士生制定了实习计划，并聘请了北京芯愿景软件有限公司的两名高级工程师担任学校的兼职硕士生导师，对集成电路工程专业的硕士生进行联合培养。企业根据不同层次的学生提供不同的培训方案，以满足各自的需要。

定向培养方案 校企合作的目的不仅仅是为了提高学生的能力，为就业打好基础，也是为了为合作企业培养合格的人才，实现双赢。因此，在专业课程教学过程中，根据校企合作协议以及市场对人才培养的需要，高校应该适时地调整教学方案。结合学校的实际情况，在本科教学过程中，从专业课开始到专业选修课，都融入了实际生产中会用到的相关内容。

如在数字集成电路原理与设计以及模拟集成电路原理与设计两个专业课的讲授过程中，凡是涉及集成电路设计方法和版图设计部分的内容时，都融入了芯愿景有限公司的相关书籍或资料作为补充内容，让学生更加直观地了解企业在进行集成电路设计时是如何进行综合考虑的。在数字集成电路综合实验和集成电路CAD课程设计这两门实验课中，采用芯愿景公司的软件和素材进行案例教学，让学生直观地感受到芯片制作过程中模块安排、虚拟结构单元、数字单元、模拟单元、有源器件、无源器件以及布局布线的相关知识，加深对集成电路芯片设计的认识。在集成电路版图设计和集成电路版图设计实验两门课程的开始过程中，从企业聘请了经验丰富的工程师进入课堂帮助任课教师进行理论教学和实验教学。

以上一系列的培养方案，使学生对集成电路设计流程有了更清楚的认识，让学生了解到了企业对毕业生的需求，为合作企业培养了所需的人才，使企业减少了招聘风险，降低了成本。

3 结束语

校企合作的实践教学模式，带给学生的不仅是对书本知识的深化和技能技巧的训练，更是一次记忆深刻的体验，是一次写在记忆中的成长经历[2]。校企合作协议签订半年多来，经过2009级电子科学与技术专业学生在毕业设计环节中的检验，学生深刻地感受到在理论知识与实际应用相结合的过程中自己还存在哪些方面的欠缺，校园里所学习的理论知识在实际工作中发挥了哪些作用。实习经历虽然短暂，但是学生收获颇丰，最终都找到了理想的工作。

笔者深信，随着校企合作的进一步开展和合作的进一步深入，致力于把合作真真正正地落到实处，带给学生的将是更加丰富的工作经验和待遇优越的就业岗位，带给企业的将是源源不断的就业生力军和企业品牌的进一步推广。

参考文献

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关键词：数字电路；交通灯控制器；电路仿真

前言：数字电路早在上世纪中后期就已经形成，其主要由组合逻辑电路以及时序逻辑电路所组成。就当前的实际情况来看，交通灯控制器的显示设计均采用单片机的原理，为了能够寻求一种更加简便的方法，设计者利用数字集成电路来完成交通灯控制器，并以此来实现十字路通信号灯的控制。通过一系列的仿真与修改，能够得知，和传统的设计方法相比，利用数字电路的技术，具有灵活性强、效率高以及成本低等特点。

1 交通灯控制器的设计要求

本次设计的交通灯控制器所工作的条件是由甲、乙两个交叉路口所构成，通过对交通灯控制器的设计，要求其控制的任务是：在甲路口绿灯亮的同时，要求乙路口红灯亮，这样的状态保持3s。在3s之后，甲路口绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后甲路口的黄灯以及乙路口的红灯同时停止，甲路口红灯亮，乙路口绿灯亮，保持3s。3s之后乙路口的绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后乙路口的黄灯灭，亮起红灯，同时甲路口绿灯亮起，并以此循环。

而这时的交通灯控制系统被分为控制器和受控电路两个部分，根据对交通灯控制器的具体设计要求，本次研究中需要设计出一个循环控制系统，并观察其控制的状态。在下文中，将重点介绍设计的具体方案。

2 交通灯控制器的具体设计方案

2.1主控制器的设计

根据实际情况来看，在十字路口，车辆通行主要有两种情况：一种是在交通事故条件下要求车辆禁行。在这种情况下，十字路口的两端均不通行，这是交通灯需要红灯亮，倒计时功能停止，并保持闪烁的状态；另一种就是无特殊情况的通行，主要包含四种情况：第一，最开始的时候，东西道路为通行状态，绿灯亮，南北道路为禁行状态，红灯亮；第二，十字路口的道路全部禁行东西道路黄灯亮，南北道路红灯闪烁；第三，东西道路禁行，红灯亮，南北道路通行，绿灯亮；最后，十字路口全部禁行，南北道路黄灯亮，且东西道路红灯闪烁。根据这种情况，主控制器要实现4种状态，并分别定义为S0、S1、S2、S3。要想实现这4种电路，可以应用到数字电路技术[1]。设计如下图所示：

在这个设计图当中，我们利用的是两块74LS192芯片，K0表示清零，由位置1切换到2，K1和K2是交通道路特殊状态的控制键，如果有特殊状态按K1，特殊状态处理后，再按K2，表示恢复了正常的通车控制。A、B、C三种信号均用于对信号灯的控制，同时C还兼做停止计时时的闪烁效果控制。

2.2状态译码器的设计

上文中提到，主控制器在实际应用中会产生四种状态，而状态译码器则要求分别控制十字路口上红、绿、黄灯的状态，而这3种灯的状态和主控制器的输出可以用R1来表示。与此同时，利用信号真值表能够设计出交通灯控制器状态译码器的电路。

在本次设计中的数字电路技术，共分为8个双向3态缓冲电路，在其输入和输出均为高阻态的状态。高阻态就是指在应用过程中相当于没有这个数字芯片。在本次研究的电路中，主要是实现红灯的闪烁，无论是在十字路口的主干道和支干道，都能够利用这个状态译码器来进行控制[2]。

2.3倒计时计数器的设计

在这次的研究中，交通灯控制器的倒计时电路主要是利用数字芯片74LS192来进行设计。具体设计如下图所示：

在倒计时电路的脉冲信号和交通道路特殊情况控制信号C经过与非门U5：A后，被送入到个位片U2的DN端口，而十位片则被连接到另外的Q3端口当中。通过预置数的方式来实现任意进制下倒计时电路的设计，并且十位和个位片U1和U2的预置数据要按照下表来进行设计：

通过上表能够得知所预置的具体数值，由于U1和U2的预置时间是倒计时电路到0s时根据U1和U2的TCD信号经过或门U6：A之后才形成的，考虑到数字芯片的延迟特点，因此选择03s时就对主控制器当中的U11产生出驱动脉冲，以此来实现U1和U2的预置数据最终能顺利送达。

3 交通灯控制器的仿真结果

在本次研究设计完成之后，需要利用到Proteus的软件来进行仿真检测，这个软件是英国一家公司专门的EDA的工具软件。本次设计当中的所有数字集成芯片都可以在这个软件的元件库里找到[3]。在仿真检测中，设计人员画好仿真电路并修订出元件的具体参数就能够实现仿真。通过仿真，数字电路对于交通的灯的基本控制功能就能实现，同时还具有倒计时及时间设置功能，能够被广泛运用。

结论：本次研究设计是通过将数字电路的分析设计和电子设计自动化相互结合，能够完成交通灯控制器中各个单元电路以及整体信号电路的设计。为了能够进一步验证该设计的准确性，本次研究还通过Proteus软件来进行仿真观察，通过仿真检测，可以看出仿真的结果符合设计的具体要求，并达到了所预期的目的。本次设计的交通灯控制器是在数字电路的基础上完成的，相比于传统的单片机设计交通灯控制器，这种设计方法更加简单便捷，不需要再次进行软件的编程和调试，并且成本低廉，适合在实际应用中广泛推广。

参考文献：

[1]宋朝君.基于数字电路的交通灯控制器的设计与仿真[J].电子技术与软件工程，2013，11（20）：96-97.

[2]刘建华，龚校伟，崔雅君.交通灯控制器数字电路的设计及仿真[J].数字技术与应用，2012，10（01）：1-2+4.

[3]黄鸿锋.交通灯控制器的设计与实现[J].中国集成电路，2010，12（07）：65-67.

篇10

关键词：液晶电视；数字模块；设计

随着电视技术的不断发展，LCD液晶电视销量正在逐年以70%的速度上升。然而，这些不断发展的技术都离不开数字模块的设计开发。

该产品设计有两路AV输入、S_VIDEO输入及两路HDTV高清输入、两路HDMI输入、PC输入等。HDTV可达到1080P60Hz的高分辨率，HDMI支持1.2协议。

一、产品特点及设计目标

1.1产品的特点：

①该产品设计采用TRIDENT公司的SVP-AX32单芯片处理。

②信号端子功能强大。

1.2主要设计目标

①视频信噪比≥40dB。

②视频信号幅度：2.0±0.2Vp-p。

③音频信噪比≥40dB。

④音频失真率≤2%。

二、电路组成及原理简介

①音视频处理电路。音视频处理电路由SinglechipSVP-AX32完成。音频处理电路是将外部输入的AV信号的Audio信号、HDMI信号等在SVP-AX32内部经过音频矩阵电路、音频解调电路、音频处理电路、唇同步电路等处理转换为数字及模拟音频进行输出。

视频处理电路是将外部输入的RF信号、AV信号、色差信号、复合视频信号、HDMI信号等在SVP-AX32内部经过模拟矩阵电路、ADC转换电路、3D视频解码、边缘自适应逐行交织电路、增强的亮度/色度处理电路、GAMMA校正电路、LVDS传输电路等处理输出LVDS信号及模拟视频。

②控制电路的设计。主CPU、SUBMCU、程序存储器（FLASH）、数据存储器（SDRAM）、总线驱动器等组成的控制电路是产品的控制中心，控制和协调各部分电路的正常工作，实现产品的各种功能。

③音频D/A转换器。SVP-AX32输出的数字音频经外部D/A转换，输出模拟立体声音频信号。

④数据接口。I2C、RS232、JTAG等数据传输接口主要完成产品与外界的低速数据通信。

⑤电源管理电路。本产品正常工作电压是9V、5V、3.3V、2.5V、1.2V。为降低待机功耗设计有可带控制的LDO，当LDO控制端为低电平时输出电压为低，产品处于待机状态。反之产品则正常工作。

三、测试结果讨论

3.1主要测试仪器及设备

主要测试仪器有LT1610A高清信号源、FLUKE54200、5418、HS7100多制式彩色电视集中信号源、VM700T视频分析仪、AV1485A射频合成信号发生器等。

3.2测试结果

①视频信噪比：最小41dB；②视频信号幅度：2.0～2.1Vp-p；③音频信噪比：最小43dB；④音频失真率：最大0.4%。

3.3设计过程中解决的主要问题

①印制电路板的设计和制作。该产品的PCB设计对于防止EMC干扰等起到很大作用总结有以下几点：

Memory设计。该产品采用的Memory是DDR-SDRAM，时钟频率高达250MHz，为防止EMC干扰。设计时采用数据线、地址线和差分对时钟线最短化设计。为使电路稳定工作参考电压Vref线宽设计在0.2mm以上，并且其退藕电容和分压电阻尽可能接近IC引脚。

HDMI回路设计。为保证差分对阻抗在100欧姆±10%，在设计时线径/线距采用5mil/5mil设计。并且线长度尽可能短。

CPU回路设计。为减小EMI在SPIFlash的数据/时钟线和AX32间增加33欧姆的电阻。并且放置了0.1uF和10uF的退藕电容。

②可靠性设计。经过仔细分析电路的各个回路，对所有电解电容和三极管的实际耐压值进行了测量，通过与产品设计电压进行对比，以保证产品的可靠性。

四、结语

通过对该产品的主要技术指标测试，各项指标都有一定的余量，能够很好的满足用户的要求。