数字集成电路设计范文

导语：如何才能写好一篇数字集成电路设计，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。

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关键词：同步数字集成电路 设计 时钟偏移

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0229-01

面对当前21世纪科学技术的迅速发展，在同步数字集成电路的设计中，时钟偏移的影响力也越来越受到设计人员的关注。受时钟偏移的影响，导致在长时间的应用中，时钟频率出现的越来越高，也由此增加了时钟偏移在同步数字集成电路中的重要性。一般而言，任何一个系统中若出现过多的流水线级数，则会导致时钟偏移的可能性增加，并由此影响数字集成电路的同步进行。在解决这一问题的过程中，本文从同步数字集成电路、时钟偏移、时钟偏移分析等三个方面出发，对这一问题的完善做如下简要分析：

1、同步数字集成电路

在当前数字集成电路设计中，最常用的方法为同步方法，这一方法除了能最大限度的发挥出集成电路的优势外，还具备高度的可靠性。但在实际应用中，所谓的同步，具体是指该电路系统在实际影响中，其所包含的触发器都能在一个公共时钟的控制下进行运行。结合同步电路的整体运行结构，其内部构造主要由组合电路、时序电路及时钟分配网络等三个方面构成。这三者之间有着相辅相成、缺一不可的关系。集成电路在很大程度上与组成电路之间存在着较大的差别，组合电路能够随时输出稳定状态，而集成电路则不行。此外，在整个集成电路中，时钟偏移的出现，在扰乱整个时序单元的同时，还会使整个集成电路的内部处于混乱状态，甚至在情况严重时会出现瘫痪，这些，都需要设计人员进行考虑，并对其进行完善。换而言之，在整个同步数字集成电路的实际运行中，要想从根本上保证电路的运行秩序，其核心在于保证各个时序单元的时钟信号处于正确状态，只有这样才能得到正确的逻辑值，从而确保整个电路功能的正确发挥。

2、时钟偏移

在整个同步数字集成电路设计中，若使用边沿触发式触发器的同步系统，则必须要求所有的触发器都在同一时刻对时钟出发沿进行接收，并以此来确保集成系统的正常运行。若单纯的从理论角度出发，电路中的触发器所使用的都是同一个时钟信号，但其中一个触发器接收到的时钟信号要比另外一个的时间晚很多。换而言之，即同一信号在发出后，到达的时间不同，这就是所谓的时钟偏移。但在实际应用中，若出现最大传递延时的状况，则能从很大程度上反应出信号出现了变化，且最慢的接收器也会在一定时间内响应这种变化。而正是这种延时状况，在很大程度上确定了电力的最大允许速度，即人们常说的最大传递延时。与之不同的是，最小传递延时在实际应用中，能够在很大程度上表示输入时间的变化，一旦输出时间出现了变化，则其中传递的时间都会受到影响。但与最大传递延时相比，这种延时所造成的影响要小的多，因而在一定程度上更适合应用到时钟偏移的研究中。

3、时钟偏移分析

科研人员在整个同步数字集成电路的设计研究中，受时钟信号的影响，在考虑整个电路时序单元的同时，还需要电路设计的各个环节考虑进去。从现有的集成电路设计方案能够得出，在引起时钟偏移的众多原因中，导线长度及负载的不均衡是引起时钟偏移的主要因素；再加上串扰（即一根信号线的能量串入到另一根信号线中）因素的影响，都会在很大程度上引起时钟偏移的现象。在大型 PCBO或ASICO专用集成电路设计中,通常难以找到可能引起时钟偏移的所有原因。所以,大多数ASIC制造商都要求设计者提供额外的建立和保持时间容限,但在这些应用中，其时间容限往往存在与系统内部的延迟部位，这些部位都会因时间延迟而引起相应的后果。面对当前集成电路研究步伐的加快，时钟偏移的大小与极性都会对整个集成电路的稳定性及功能性造成影响，与此同时，任意两个相对的时序在运行中，其相邻的寄存器都会受自身极性的影响，出现颤抖，这些都会影响时钟的正常运行，并由此导致时钟不确定因素的出现，而这些，都需要科研人员对整个时序进行相应的分析，确保集成电路的顺利运行。

4、结语

综上所述，在当前同步数字集成电路设计的研究中，时钟偏移作为最常见的问题之一，在影响整个集成电路正常运行的同时，还会对系统的性能造成影响。在完善这一问题的过程中，设计人员只有在了解时钟偏移产生的机理上，才能采取相应的措施来缓解这一现象。这就需要设计人员能够结合着我国集成电路发展的基础，不断学习国外集成电路的研究技术，将其运用到我国的实际发展中，在推动集成电路发展的同时，还能为其今后的发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]殷瑞祥,郭镕,陈敏.同步数字集成电路设计中的时钟树分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2011,(06).

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关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码： A 文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02

集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。

信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。

一、集成电路专业实践技能培养的目标

集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。

根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。

二、集成电路专业实践技能培养的内容

1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。

2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FPGA原理与应用及SOPC系统设计等。

3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。

4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CMOS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、集成电路CAD设计、集成电路工艺原理、VLSI集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。

5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSI测试技术、ASIC设计综合和时序分析等。

6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CMOS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与

天线和通讯原理等。

在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。

三、集成电路专业实践技能培养的策略

1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。

2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。

3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。

4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。

实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。

5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。

选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。

6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。

对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。

7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。

在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。

此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J]. 电子世界，2012（1）.

[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J]. 实验技术与管理，2009（6）.

[3]李山，等.以新理念完善工程应用型人才培养的创新模式[J]. 高教研究与实践，2011（1）.

[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J]. 计算机教育，2008（22）.

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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

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【关键词】集成电路； 生产； 测试； 技术

集成电路测试贯穿在集成电路设计、芯片生产、封装以及集成电路应用的全过程，因此，测试在集成电路生产成本中占有很大比例。而在测试过程中，测试向量的生成又是最主要和最复杂的部分，且对测试效率的要求也越来越高，这就要求有性能良好的测试系统和高效的测试算法。

一、数字集成电路测试的基本概念

根据有关数字电路的测试技术，由于系统结构取决于数字逻辑系统结构和数字电路的模型，因此测试输入信号和观察设备必须根据被测试系统来决定。我们将数字电路的可测性定义如下：对于数字电路系统，如果每一个输出的完备信号都具有逻辑结构唯一的代表性，输出完备信号集合具有逻辑结构覆盖性，则说系统具有可测性。

二、数字集成电路测试的特点

（一）数字电路测试的可控性 系统的可靠性需要每一个完备输入信号，都会有一个完备输出信号相对性。也就是说，只要给定一个完备信号作为输入，就可以预知系统在此信号激励下的响应。换句话说，对于可控性数字电路，系统的行为完全可以通过输入进行控制。从数字逻辑系统的分析理论可以看出，具有可控性的数字电路，由于输入与输出完备信号之间存在一一映射关系，因此可以根据完备信号的对应关系得到相应的逻辑。

（二）数字电路测试的可测性 数字电路的设计，是要实现相应数字逻辑系统的逻辑行为功能，为了证明数字电路的逻辑要求，就必须对数字电路进行相应的测试，通过测试结果来证明设计结果的正确性。如果一个系统在设计上属于优秀，从理论上完成了对应数字逻辑系统的实现，但却无法用实验结果证明证实，则这个设计是失败的。因此，测试对于系统设计来说是十分重要的。从另一个角度来说，测试就是指数字系统的状态和逻辑行为能否被观察到，同时，所有的测试结果必须能与数字电路的逻辑结构相对应。也就是说，测试的结果必须具有逻辑结构代表性和逻辑结构覆盖性。

三、数字电路测验的作用

与其它任何产品一样，数字电路产出来以后要进行测试，以便确认数字电路是否满足要求。数字电路测试至少有以下三个方面的作用：

（一）设计验证 今天数字电路的规模已经很大，无论是从经济的角度，还是从时间的角度，都不允许我们在一个芯片制造出来之后，才用现场试验的方法对这个“样机”进行测试，而必须是在计算机上用测试的方法对设计进行验证，这样既省钱，又省力。

（二）产品检验 数字电路生产中的每一个环节都可能出现错误，最终导致数字电路不合格。因此，在数字电路生产的全过程中均需要测试。产品只有经过严格的测试后才能出厂。组装厂家对于买进来的各种数字电路或其它元件，在它们被装入系统之前也经常进行测试。

（三）运行维护 为了保证运行中的系统能可靠地工作，必须定期或不定期地进行维护。而维护之前首先要进行测试，看看是否存在故障。如果系统存在故障，则还需要进行故障定位，至少需要知道故障出现在那一块电路板上，以便进行维修或更换。

由此可以看出，数字电路测试贯穿在数字电路设计、制造及应用的全过程，被认为是数字电路产业中一个重要的组成部分。有人预计，到2016年，IC测试所需的费用将在设计、制造、封装和测试总费用中占80%-90%的比例。

四、数字电路测试方法概述

（一）验证测试 当一款新的芯片第一次被设计并生产出来时，首先要接受验证测试。在这一阶段，将会进行全面的功能测试和交流（AC）及直流（DC）参数测试。通过验证测试，可以诊断和修改设计错误，测量出芯片的各种电气参数，并开发出将在生产中使用的测试流程。

（二）生产测试 当数字电路的设计方案通过了验证测试，进入量产阶段之后，将利用前一阶段调试好的流程进行生产测试。生产测试的目的就是要明确地做出被测数字电路是否通过测试的决定。因为每块数字电路都要进行生产测试，所以降低测试成本是这一阶段的首要问题。因此，生产测试所使用的测试输入数（测试集）要尽可能的小，同时还必须有足够高的故障覆盖率。

（三）老化测试 每一块通过了生产测试的数字电路并不完全相同，其中有一些可能还有这样或那样的问题，只是我们暂时还没有发现，最典型的情况就是同一型号数字电路的使用寿命大不相同。老化测试为了保证产品的可靠性，通过调高供电电压、延长测试时间、提高运行环境温度等方式，将不合格的数字电路筛选出来。

（四）接受测试 当数字电路送到用户手中后，用户将进行再一次的测试。如系统集成商在组装系统之前，会对买回来的数字电路和其它各个部件进行测试。只有确认无误后，才能把它们装入系统。

五、数字电路测试的设计

统计数据表明，检测一个故障并排除它，所需要的代价若以芯片级为1的话，则电路板级为10，系统级为102，使用现场级为103。随着集成电路技术的快速发展，对集成电路的测试变得越来越困难。虽然对测试理论和方法的研究一直没有间断或停止，但还是远远不能满足集成电路发展的需求。过去先由设计人员根据功能、速度和电性能要求来设计电路，然后再由测试人员根据已设计好的电路制定测试方案，这种传统的做法已经不能适应实际生产的需求。

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关键词： 嵌入式应用 教学体系 实验教学

嵌入式技术是21世纪计算机技术发展的一个重要方向。嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志。

在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，技术的飞速进步及市场对高端智能产品需求的日趋增长，8/16位微处理器已无法满足高端智能产品对微处理器性能的最低要求。而32位嵌入式微处理器因其高主频、低功耗、高性价比、可运行嵌入式操作系统等特点，已经在高端智能产品、工业控制、信息家电等领域已取得了广泛应用[1，2]。

近年来，在电子信息学科单片机原理及应用课程、16位及32位微机原理及接口电路等课程的教学中，仍以汇编语言、接口编程等作为主要知识点进行讲授，现有课程内容、教学设施和教学手段与现今嵌入式技术的飞速发展严重脱节，技术差距在不断加大，传统的课程体系和教学方法已经无法满足应用型人才培养的要求。为此，更新嵌入式应用相关课程教学内容，进行课程改革和实验建设迫在眉睫。

1.循序渐进，构建三位一体的课程群体系

目前嵌入式应用的实现主要有三种形式：面向实时性要求较低、无需多线程的简单系统，一般选用单片机等8位或16位处理器的解决方案，适用于低端应用场合；面向处理速度较快、需要操作系统支持的场合，可选用基于FPGA或ARM的片上系统（SOC）的解决方案，适用于高端应用场合；而在如汽车电子、航空航天等工业级应用场合，一般自主开发专用数字集成电路实现嵌入式应用[3]。

图1 嵌入式应用的实现形式

嵌入式应用课程群针对这三个方向开设三门主干课程：单片机原理与应用、片上系统与嵌入式应用和数字集成电路设计，《单片机原理与应用》以8051为代表，主要讲授8位微处理器的结构和工作原理，让学生对嵌入式系统形成基本概念，学习一般微处理器的指令集、工作原理、硬件配置和软件开发。《片上系统与嵌入式应用》以FPGA为平台，着重讲授SOPC系统设计方法，在先修课程的基础上逐步深入，让学生从这门课程的讲授中既能学习到实用性较强的简单数字系统开发，又能接触到如底层驱动程序、实时操作系统等嵌入式应用的前沿技术。最后，特别针对本专业微电子的专业特点，开设《数字集成电路设计》，专门讲授嵌入式处理器数字IC的开发和使用，培养学生具有设计具有自主系统架构嵌入式专用IC芯片的能力，形成本专业特色鲜明的培养模式。

图2 嵌入式应用课程群体系

2.教学科研并重，不断更新教学内容和教学方法

嵌入式领域的技术更新换代速度十分的快，因此，要求教师在教学过程中不断跟踪新技术，更新教学内容和教学方法。在“嵌入式应用”课程群建设的过程中，我们将课程的教学内容和教师所承担各级科研项目中所获得的工程实践经验紧密结合起来，在每个轮次的教学中，都会根据目前最新的前沿技术，加入一部分新的教学内容，以达到更好地提升学生知识水平的效果。我们编写了适合我校办学特色的嵌入式系统实验（实训）指导书、PPT教学课件、AVI视频教学动画等教学资料。目前，课程群中三门课程在教学内容和方法方面都进行了有益的探索。

（1）《单片机原理与应用》课程采用目前工程实践广泛采用的C程序设计语言进行描述，改变了以往使用汇编语言讲授枯燥、乏味的特点，更易于学生理解和实际应用。同时，我们还在课堂教学中引入了Proteus单片机仿真软件进行案例教学。在讲授完单片机的基本原理之后，教师以讲授实际案例为手段训练学生对于各知识点的理解和应用能力[4]。在此过程中，学生与教师同步在课堂中用自己的计算机完成案例的复现，并用Proteus仿真软件验证程序运行的实际效果。应用案例教学法，学生的学习不再是一味地听，而转变为实际动手实践，在实践中尝试、总结和提升，学生学习效果显著强化。

（2）《片上系统与嵌入式应用》是一门新开课程，主要讲授Nios II软核处理器的体系结构、设备和SOPC系统的开发流程。在课程内容上，侧重嵌入式处理器的应用而非原理，避免与单片机课程重复。在上一学期学生学习过单片机课程的基础上，重点讲授SDRAM存储器、Flash存储器、UART接口等低端单片机系统不涉及的内容和应用实例。在教学方法上，采用任务驱动法来激发学生的学习兴趣，以一个简单的设计实例为主体，介绍软硬件的开发流程，开发环境的使用和编程思想，使学生循序渐进，逐步深入[5]。例如：设计一个点阵显示屏控制器，围绕这个任务让学生熟悉构建SOPC系统所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三态桥、定时器、锁相环、自定义点阵等外设的特点和编程方法。这种教学方法将学习的难点分散到各个任务中，能使学生在完成任务的同时深刻理解所学内容。

（3）《数字集成电路设计》课程以Verilog语言设计为切入点，从最简单的逻辑电路设计开始，逐步深入复杂的微处理器电路设计。在教学内容上，针对嵌入式应用课程群的特点，围绕微处理器的主要结构如ALU、ROM、寄存器组、RISC模型机等电路的原理和设计方法进行讲授，学生在经过这门课程的学习后，可以掌握自己动手开发一块具有自主知识产权的专用嵌入式处理器芯片的能力。

3.开设综合性、设计性实验，培养学生创新能力

应用型本科人才并不是“狭窄于技术”的工匠，应具有开放的辩证思维和创新精神。在嵌入式课程群实践体系的建设过程中，除了开设常规的基础性实验以外，在《片上系统与嵌入式应用》和《数字集成电路设计》课程设计中开设了一系列的综合性和创新性实验，这些课题来源于实际的工程设计和科研项目，由学生自行提出可行的设计方案，与指导老师共同讨论后实施，整个过程由学生主导，充分发挥学生的主观能动性和创造力。我们将实验内容分为以下三类。

（1）基础性实验。主要是让学生在实验指导书的指导下将理论课上所掌握的知识和概念通过实验的方式进行巩固，通过直观、具体的实验结果验证理论结果，熟悉软件使用方法和设计流程。包括PWM直流电机控制、标准输入输出设备字符串流控制、PIO控制流水灯、自定义外设点阵控制等实验。

（2）综合性实验。这部分实验区别于基础性实验，并不给出具体的实验过程，只给出基本原理和大致方案，要求学生综合运用所学专业知识，周全考虑，自行确定具体的实验步骤和方法。这部分实验往往涉及多门知识点甚至是多门课程，包括无线温度数据采集、μC-OS多任务操作系统、触摸屏人机交互等实验。

（3）创新性实验。这部分实验主要面向部分基础知识过硬、动手能力强的优秀学生，利用课外时间提高他们在嵌入式应用方面的实际能力。这类实验以省、校两级大学生实践创新项目为载体，不拘泥于理论和实验课程的范围，由学生自主选题，形成创新团队，由团队指导老师负责。我们成立了开放的嵌入式创新实验室，实验室由老师、实验员和高年级学生共同值班，学生可以随时申请使用实验设备，完成相应的实验。通过这种形式的锻炼，嵌入式创新实验室的同学在省大学生电子设计竞赛、全国电子专业人才设计与技能大赛中都取得了优异成绩。

4.结语

嵌入式应用课程群经过以上所述课程体系的调整、教学内容的丰富及实验教学的改革，不断增加新知识，改进教学手段和教学方法，通过课堂教学、实验教学和教学科研的结合，在学生创新意识和实践动手能力培养方面进行了有益尝试和探索。未来我们将在深化教学改革的过程中不断探索，不断完善，探索出一套适合应用型人才培养的嵌入式应用教学培养模式。

参考文献：

[1]周立功.SOPC嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]宋彩利，康磊.数字系统设计与SOPC技术[M].西安：西安交通大学出版社，2012.

[3]李兰英，崔永利，李妍等.基于FPGA技术的嵌入式应用型人才培养教学体系[J].计算机教育，2011（16）：18-21.

[4]陈林，魏淑桃，石林祥等.应用型本科“SOPC设计与应用”课程教学改革探索[J].计算机教育，2012（19）：82-85.

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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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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。

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【关键词】卓越工程师 培养 体系

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2011）02－0020－02

福州大学于1970年开始招收微电子专业学生，为我省培养出第一批微电子专业人才，但由于历史原因，80年代微电子学专业停办了。为促进福建省IC产业的发展，加速福建省集成电路专业技术人才的培养，促进闽台两岸IC产业对接和为海峡西岸创新经济建设提供有力的人才支撑，2007年2月，经教育部批准，福州大学复办微电子学本科专业，依托福建省集成电路设计中心的公共服务平台，建立起集教学、研发与产业化功能于一体的国家集成电路人才培养基地。经过这几年的建设，微电子学专业实验室、福建省集成电路重点实验室等几个平台已建立起来，基本可满足学生、老师学习与研究之用，但微电子的人才还很奇缺，培养的人才与社会的需求还有一定的差距，因此我们根据教育部“卓越工程师培养计划”的标准，对微电子学专业的培养方案进行探索，培养符合社会需求的人才。

作为第一批试点单位，福州大学“卓越工程师培养”采用校企联合培养模式，把工程师培养分为校内学习和企业学习两个培养阶段。本科培养采用“3＋1”培养模式，即前3年在校内学习本科课程，第4年到企业实践；硕士培养采用“1.5＋1”培养模式，硕士工程型要求前一年半以校内为主学习硕士课程，后一年到企业实践，接受工程设计研发训练。

一、卓越工程师培养体系的建设

根据卓越工程师培养标准，卓越工程师培养体系的建设应包含以下几个方面：

1．教学计划建设（理论教学和实践教学安排）

集成电路设计、集成电路测试与封装等微电子专业都是实践性很强的学科，除了要有厚实的理论基础外，学生参与实践显得非常重要，这与卓越工程师的培养精神相吻合。因此在本科工程培养阶段，课程体系要面向工程，强调宽基础、重实践、重应用，强调学以致用，教学内容精而管用，可适当削减部分课程学时，同时开设企业与工程管理、企业法规、企业文化、国内外营销等与企业管理密切相关的课程，注重自然科学与人文科学的融合，并开设前沿叉学科课程，拓宽学生知识面。

2．教学模式和考核方式方面

教学模式和考核方式方面改革，课程教学与考核结合工程实际进行，专业课强调案例教学。通过课堂理论教学、研究性学习和企业实践性学习三段式的培养，实现培养模式创新。学生一年时间到企业顶岗或挂职，接受工程实践训练，并结合企业生产实际完成相关课程与毕业设计（工程设计）。

3．学生管理方面

学生管理方面实行校内、外双导师制。在企业的生产实习、企业实践与毕业设计的教学过程中，采用“双导师制”，即学生下派企业的同时，一个企业指定一名学院内在职教师为指导教师，长期与企业合作，与企业导师共同制定课程进度与相关内容等，为学生及时完成学业奠定基础。学生到达企业后，由企业指派高级技术人员（一般应为总工程师或部门负责人）为固定企业指导教师。

4．课程建设方面

把构建科学的卓越工程师培养课程体系，与实际的教学实践有机地结合起来，突出工程实践和创新能力，打造一批工程教育特色课程，一些面向企业实践性强的课程或项目聘请企业高级工程师授课或学生到企业通过动手实践完成，力争每一届学生有6门专业课是由具备5年以上在企业工作的工程经历教师主讲。

5．师资队伍建设方面

在每个企业中遴选出2～3名适合微电子专业各相关专业课程教学的高级专业人才，通过福州大学高等教师专业培训，正式聘任为福州大学教师，完成企业课程的授课任务与承担企业导师的工作。此外，学院的教师也应不定期地深入到相关企业进行调研和科研项目合作，加强校企的实质性深入合作，提高校内教师的工程素质与业务水平。同时鼓励中青年教师积极参加、探索新的教学模式和实验创新机制，逐步形成一支优秀教学团队，以培养一批中青年骨干教师。

二、卓越工程师培养计划的实施

目前正处于卓越工程师培养启动阶段，部分培养模式可对在校生进行试点，针对目前教学体制更注重学生的理论学习、实践环节明显不足、学生工程意识淡薄、毕业后很难让企业满意、学校的教学环节与企业的需求有较大的脱节等问题，并根据我省集成电路行业的发展状况和我校的现有条件，适当调整现有课程与课程的教学内容，适应微电子行业的人才结构需求，力争与福建省现有微电子企业联合培养集成电路方面的人才，探讨IC专业人才的培养模式与培养方案的创新和研发，是目前的工作重点。

1．课程体系的改革

深入集成电路的有关企业调研，了解企业需求，对2009级《微电子学专业培养计划》已做了很大修改，课程设置突出工程实践和创新能力的培养，培养方案与目标比较接近于企业的要求。这些变化体现在大多数理论课程之后都设置了相应的应用课程，比如数电、模电、C语言、数字集成电路设计、模拟集成电路设计、微机原理等课程，不仅有相应的课内实验，还有相应的课程设计，将刚学到的基础知识赋予实践，不仅巩固了基础知识，加深了理解，而且也培养了学生学以致用的能力。

2．本科第四学年的教学安排

根据卓越工程师培养方案的要求，第四学年应安排一些实践性的、研究性的课程，比如毕业实习、科研实践、毕业设计、项目研发管理等，这些课程可以带到企业中完成，可以结合各个企业的实际情况，做相应的课程研究，使得学生的研究内容来源于实际，使学生的学习与实际接轨。

3．课程建设方面

与实践相关的课程、教学内容要求直接使用目前行业流行的三大巨头软件，比如SPICE模拟设计与实验、逻辑设计与FPGA、数字集成电路CAD、模拟集成电路版图设计、集成电路制造工艺、集成电路可测性设计等课程的实验，都要求用目前市面上流行的软件工具与版本，并且教学内容要求来源于实际工程，逐步形成几门有特色的课程。

4．师资培养方面，加强现有教师参与企业项目研发的力度。

目前6名年青教师承担了福州福大海矽微电子有限公司的研发项目，研制的三个芯片已经完成MPW流片，经测试达到了设计技术要求，取得良好的效果；另有多名教师参与了福建省集成电路服务中心的建设与技术服务工作，逐步培养与锻炼了一批中青年骨干教师，形成了一支优秀的教学团队。

5．企业师资培养

在企业中遴选适合微电子各相关专业课程教学的高级专业人才，通过福州大学高等教师专业培训，正式聘任为福州大学教师，完成企业课程的授课任务与承担企业导师的工作。《集成电路实习》课程已经在ICC上课，07级的《教授讲座》由福州贝莱特集成电路有限公司的老总陈炳来教授承担。今后，其他相关课程的部分实践也将在该中心完成。

三、卓越工程师培养过程中存在的难点

1．企业难以接受学生实习

微电子行业都有较高的技术要求，企业一定是靠技术生存，各个单位对保护自己的商业秘密都非常重视，所以一般都不太愿意接受实习生。他们认为大学生没有实际工作能力，即使有，短时间内也不能很好地发挥出来为企业所用，所以企业接收大学生实习不仅没有得到免费的劳动力，而且还要冒着泄露商业机密的风险、需要付出各种代价，比如，至少必须给实习生安排办公位置及设备等，另外学生短时间内难以接手相关工作，还要让老职工去带，必然影响企业的进度安排，因此企业收益和成本相比得不偿失。总之，由于行业的原因，企业难以接受学生实习，这是微电子学专业卓越工程师培养实践过程的最大难点。

2．诚信问题

现在企业愿意接受学生实习的，大多是希望学生毕业后能够到企业来工作，这样相当于学生提前一年来企业实习，企业可以少培养学生一年，这对于学生、企业都是一件双赢的好事。但出现了很多学生毕业后又不去这个企业工作，失信于企业，以至于企业认为现在的学生诚信差，眼高手低在企业呆不住，打击了很多企业的热情。

3．学生管理上的难题

学生分散于各个企业实习，给学生管理带来了很大的难度，如学生在外地，老师很难经常去检查学生的情况，如在本地实习，学生大多还会住在学校，则交通问题给学生的安全带来了隐患，学校存在很大的压力。

四、卓越工程师培养的出路

1．政府给予参与企业一定的优惠

目前实行本计划的难点之一在于企业的参与。建议教育部联合国家有关部门共同出台政策，调动企业接受学生实践并共同参与培养学生的积极性，例如给予参与本计划的企业在税收上的减免或经费补贴，或在企业申报国家有关部门科研立项，技改立项时给予优惠。

2．加强学生的诚信建设

如果学生的诚信度可以得到企业的信任，那么我们可以这样来分流学生：对于不考研的学生，可以以找工作单位的方式去找实习企业，与企业签定协议，毕业后到企业工作，这样企业基本上就会接受这一批学生；至于要参加考研的学生，可以到学校的各个研究室等参与老师的课题研究，或者由一些有实践经验的老师各自带几个学生做些实用性、综合性的设计，也可以得到一些工程性的实战。

3．加强学校自身科研机构的建设，让更多的学生可以在校参与科研研究。

4．在一些重点企业设置教育部门，参与学校的实践教学。

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关键词：数字电路；教学体系；重构；设计

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

数字技术是近几十年发展最快的技术，其发展对人类社会产生着深远的影响。作为数字技术硬件基础的数字电路遵循摩尔定律，在几十年中经历了从分立电路到集成电路的设计历程，到现在已进入片上网络（Network on Chip，NoC）的阶段。从数字电路的晶体管电路时代，历经中小规模集成电路设计时代，到现在广泛采用EDA工具进行ASIC设计以及基于FPGA进行设计的时代，电路设计的每一步发展过程都产生过很多重要的设计思想及设计方法。这些设计思想及方法的累积构成了现在的数字电路教学体系。然而，由于新旧体系高速更迭，使得目前的数字电路教学体系呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接，电路的逻辑设计、功能设计和性能设计三方面脱节。这种现状与当前数字技术领域对人才的要求极不适应。要对现状有所改革，首先需要对数字电路各部分内容有所了解，从中提取适应发展的部分，重新构成一个自洽的课程内容体系。本文希望通过对现有课程中不同部分内容进行分析，在此方面进行一些尝试。

二、基于晶体管的设计

目前，数字集成电路采用的主要工艺是CMOS工艺，在这种工艺条件下，电路逻辑结构由MOS晶体管担任开关作用来实现。MOS晶体管分为PMOS和NMOS两种形式，分别用于传导高电平（1）和低电平（0），如图1所示。逻辑输入控制晶体管的栅极，连通的晶体管支路由电源或地为逻辑输出提供标准输出电平，如图2所示。在晶体管的相互连接中，NMOS的串联可以实现AND运算，并联实现OR运算，由此可以形成各种基本的逻辑单元，如图3所示，这些逻辑单元的进一步连接可以形成各种功能电路。

在目前国内外教材的分析中，对此类电子电路的评价主要集中于晶体管数量。如何在设计中减少晶体管的使用量成为设计的主要目标。基于这一考虑，在基本单元层次，发展了AOI电路结构，将“与-或”二级结构形成一个整体，晶体管数量只与初级与门输入的数量相关。在功能设计的层次，引入卡诺图对逻辑方程进行最小化，其目标也是通过减少初级门输入端的数量来实现晶体管数量的减少。上述设计方法能够非常准确地表达数字电路的逻辑体系实现，并能建立组合逻辑的卡诺图分析设计方法和时序逻辑的转移输出表的分析设计方法，为数字电路的规范化设计体系奠定了很好的基础，也构成了目前数字电路设计的理论基础。但在目前的教学体系中，这种设计方法只是将晶体管作为标准开关器件使用。由于缺少有效的评价体系，目前逻辑分析仅停留在简单电路的分析设计，在中规模功能电路的分析设计中，几乎没有采用这一体系。在VLSI的设计时代，对电路性能的评价主要表现为集成度（占用芯片面积、成本）、速度（最长延迟时间、最高时钟频率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指标上。要实现同样的功能，利用逻辑定理可以设计出很多不同结构的电路，最优化成为设计中的中心环节。而要实现这一目标，在基本逻辑结构形成的阶段就需要补充对于相关性能的描述模型。

三、基于中小规模集成块的设计

在上世纪70～80年代，为了应对数字技术的广泛采用，发展了以74系列为代表的各种中小规模集成块。不同领域的用户可以选用尽可能少的通用集成块连接形成电路，满足自己的特殊系统需求。为了使用上的方便，中小规模集成块在外型和I/O端口性能方面都进行了统一标准设计，其输入/输出特性由Data sheet详细规定，用户在使用时可以不忽略其内部电路工艺及逻辑形成方式，只根据设计要求选取对应功能块，根据端口特性设计外部负载连接电路。考虑到通用模块可能需要对模拟器件进行驱动，此类电路通常都配备了强大的对外驱动电路，导致集成芯片中主要部分为I/O部件，逻辑功能部分只占据了集成芯片的次要部分。为了增加模块的通用性，通常会在基本功能的基础上添加许多额外的控制/状态端口（与集成块的总体成本相比，这些添加几乎不增加成本，但能够带来市场上的好处）。由于电路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外壳决定，简单逻辑与复杂功能的模块在价格和速度上相差不大，用户倾向于选用复杂功能模块来构成电路（使用模块的部分功能），而不是选用基本逻辑部件构成电路，电路设计的主要目标成为选择最少逻辑块及最少连线进行设计，与逻辑设计基本脱离关系。在目前的教学体系中，关于逻辑单元静态与动态特性的讨论基本采用这种方式讲解；各种组合功能电路的设计和时序功能电路的设计（二进制计数器、移位寄存器等）都采用此类方式。由于目前的实验条件，以及学生创新活动中自己设计小系统的需要，中小规模集成块仍然具有重要的使用价值，相关内容也就构成了数字电路课程教学中功能设计的主体部分。然而，中小规模集成块作为一种集成度低下的分立设计，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何将相应内容与低层逻辑设计合理地结合，将电路性能的评价带入到对不同结构设计的选择上，是解决这一问题的关键。在ASIC设计中，不会无谓地设计不需要用到的所谓多功能扩展，对功能模块的教学改革应该首先着眼于基本功能的最佳实现方式，然后考虑在不同应用中的最佳扩展设计方式。目前基于多功能器件进行设计，利用其部分电路的设计方式对中小规模集成块是优化的方式，但对于片上设计就是一种浪费的设计了。

四、基于HDL的设计

随着计算机技术的广泛采用，数字集成电路的设计也进入EDA时代。HDL使电路的设计描述和仿真验证可以利用计算机工具进行，方便于层次化设计中信息的交流、保存、修改，有效提高了设计效率，降低了设计成本。同时，基于FPDA的设计也成为中间设计的主流方式。为了适应这种发展，现行数字电路课程中开始引入HDL语言的内容，并对各种功能电路的描述编程进行了足够详细的介绍。同时也对FPGA的基本结构进行了介绍。利用这些内容，学生能够方便地使用计算机系统开展各类数字设计，扩大了数字电路的应用教学，通过对设计的仿真也能够更好地理解电路性能与设计的关系，使学生对数字电路设计有更实际的理解，也便于开展课程设计和各种实验活动。HDL是一种硬件电路的描述工具，主要帮助仿真过程的自动进行。而目前关于HDL的教学中，很少将电路逻辑与性能的关系反映到语言描述中，使语言的描述沦为对电路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。对电路性能描述中比较容易的是对延迟时间（或时钟频率限制）的描述。若要进行这方面的描述，HDL必须基于最基本的逻辑单元，设计者应对各种基本部件的时间延迟以及连线负载带来的时间延迟有足够的了解。而电路的功能设计描述则必须基于这种带时间延迟的部件互连设计（结构设计的描述）。此点在目前的HDL的教学中应特别强调。同时需要注意到，这种仿真一定要在与综合无关的工具上进行。对设计集成度的衡量取决于电路设计的综合方式。目前，在EDA设计领域尚未建立一种统一的综合方式，不同的综合工具采用不同的算法结构，综合效率各有不同。虽然综合算法本质上是基于基本逻辑优化理论建立的，但其中涉及的各种数学理论很多，不是数字电路这门课程能够解决的。因此，本课程无法涉足综合领域，也难以将课程内容与综合工具得到的结果形成对应关系。如何将基本理论与综合算法联系起来，形成一个统一的系统，应该是数字电路课程未来一段时间的改革目标。目前，很多的免费EDA工具采用FPGA作为综合的基础，这种综合工具的优点是能够方便地得到所设计电路的评价（占用单元数量、延迟时间、时钟频率）。然而，由于FPGA设计的基础是4输入查找表（等价于4输入卡诺图的最小项和设计），在基本逻辑层次上可以认为未进行任何化简，集成度低、延迟时间长。同时综合工具会根据4输入查找表建立优化算法进行综合，由此将用户进行的结构设计思想抹杀，不利于课程内容的相互衔接。如果要理解其综合结构，就必须首先建立FPGA基本单元和布线方式的电路参数模型，然后在此基础上建立独特的综合算法。目前，本课程难以完成这一任务。

五、统一体系的思考

基于上述分析，可以看到目前数字电路面临的困境，也展现了建立一个统一体系的需求。统一体系应该以电路性能参数（集成度、速度等）作为评价模型，着重考虑ASIC和VLSI设计中的需求。评价模型应该由底层基本器件（晶体管）开始分析建立，继承现有体系中关于逻辑设计的思想，将性能评价延伸到逻辑模块和功能模块层次；逻辑层次的设计中，主要展现功能的不同结构实现方式，为电路设计提供灵活性；而在功能层次的设计中，则通过对不同结构的性能进行比较，确定电路的最佳形成方式。HDL的设计应该将速度的评价融入到电路结构的描述中，并通过仿真工具的应用使这一评价能够推广到大系统中，对同步时序设计提供支持。

参考文献：

[1]姜书艳，罗刚，吕小龙，邓罡，周启忠.片上网络互连串扰故障模型的研究及改进[J].电子测量技术，2012，35（4）：123-127.

[2]姜书艳，罗刚，吕小龙，金卫，谢暄.90nm和65nm工艺下片上网络互连串扰故障模型分析[J].电子测量与仪器学报，2012，26（3）：267-272.

[3]艾明晶.基于自动设计方法的数字逻辑课程改革研究与实践[J].实验技术与管理，2012，29（9）：151-155.

[4]张苹珍，王俊峰，仲涛.VHDL在数字逻辑电路设计中的应用方法[J].信息通信，2012，（5）：96-97.

[5]张丽杰，吕少中.QuartusⅡ软件在数字逻辑电路教学中的应用[J].软件导刊，2012，11（4）：199-200.

[6]曹维，徐东风，孙凌洁.基于CDIO理念的数字逻辑实践教学探索[J].计算机教育，2012，（12）：75-77.

[7]Frank Vahid. Digital Design with RTL Design，VHDL，and Verilog，A John Wiley & Sons，Inc.，Publication.2011：41-48.

篇10

【关键词】数字钟；振荡器；分频器；CD4060；LM8560

引言

数字钟是用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，以显示直观、精确、制作方便而受到电子爱好者们的青睐。数字钟电路系统由振荡器、分频器、时分秒计数器、LED显示电路和定时报警电路部分组成，其设计与制作，有利于加强学生运用数字集成电路进行设计电路的能力，提高学生分析解决问题的能力。

1.基本组成及工作原理

该数字钟主要由CD4060对晶振产生30720Hz的频率进行分频，为大规模集成电路LM8560提供60Hz的基准时钟源。电源由220V市电经变压、整流、滤波后获得，其电路框图如图1所示。

2.功能模块设计

2.1 振荡器和分频器

振荡器用来产生时间的基准信号，是数字钟的核心，它的准确度直接关系到电子钟的精度，因而一般选用石英晶体构成振荡器电路作为时基信号源，经过分频可得到一时间脉冲信号，从而保证了走时的精度。本电路使用了30720Hz晶体振荡器，送到CD4060的9脚和11脚进行分频，从CD4060的13（Q9）引脚输出，其输出振荡频率为：fQ9=f/29=30720/512=60Hz，送到LM8560的25脚作为输入时间计数器的时基频率，其电路如图2所示。

另外，由于CD4060内含振荡器和一个14位的二进制异步计数器，所以其振荡器的结构也可以是RC电路，其振荡器的振荡频率公式为：f=1/(2.2RC)，通过调整电路中R和C的参数也可得到30720Hz的振荡频率。计数器位均为主从触发器，在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数，当清零信号CR（12引脚）为高电平时，计数器全部置零且振荡器使用无效，当CR为低电平时，允许计数并对振荡器解除封锁。同时，在其内部还设有施密特整形电路。

在制作过程中我们选用了频率为30720HZ的晶体振荡器，产生信号送到CD4060进行分频处理，CD4060的工作电压通常为4.5V

-18V，如上图2电路所示，电阻R2为1MΩ，电容C2使用20pF的瓷介电容。这样，晶体振荡器产生的信号经过CD4060经9分频后从13（Q9）脚输出60Hz的信号送到LM8560的25脚。

2.2 LM8560数字钟集成电路

LM 8560是一种大规模50或60Hz的时基24小时专用数字钟集成电路，内含分频器、校时器、12进制计数器、六十进制计数器、译码器、显示驱动器等，可与双阴极显示屏组合制成数字钟钟控电路，其引脚功能如图3所示。LM8560共有28引脚，1-14引脚是显示笔划输出，与4位显示屏LED FTTL-655SB的5-30引脚依次相连接，15脚为正电源输入端，20脚接地，27脚为内部振荡器RC输入端，16脚为报警输出端，经VT1（8050）连接到蜂鸣器进行报警输出，其电路如图4所示。

如图5所示，LM8560是28引脚双列直插封装形式，CD4060是16引脚，也为双列直插封装，为了焊接与调试的方便，在制作中，通常只需将管座焊接在PCB上，而将集成电路安装在相应的管座上即可。

2.3 电源电路

该数字钟电源电路可以用交流经过整流滤波后转换为直流供电，也可以直接用电池来供电。如图6数字钟电路的整体电原理图所示，其电源部分电路由220V交流电经变压器T1降压，再经VD6、VD7、VD8、VD9组成的桥式整流电路整流，形成脉动的直流，经电解电容C3、C4滤波给LED显示屏和主电路供电。如果在交流供电不方便的情况下，还可以用四节1.5V的电池串联为6V的直流电通过VD5给整个电路供电。

此外，在T1变压器的输入端接入一个三相插座，用于定时输出，可以对大功率电器进行定时。

3.组装与调试

数字钟时间的显示由LED FTTL-655G显示屏来显示，由图6可以分析出，晶振(30720Hz)通过CD4060的分频为LM8560提供了60Hz的基准频率，并通过两个三极管VT2（9012）、VT3(9013)来实现对双阴极显示屏的两阴极(26、29脚)的控制，驱动显示屏冒号闪烁。

在安装过程中，最容易出错的部分是显示屏与LM8560引脚的连接顺序，如果顺序有误则显示出的时间不正确，应用排线准确将LM8560的笔划输出焊接到显示屏给出的焊盘上，如图7排线连接所示。若装配无误，通电显示的时间如图8所示为“12:00”。在屏幕上有定时控制开关，调时控制开关，以及闹铃（报警）开关等，操作方便，简单易用，例如，按下“调时键”的同时，再按下“小时键”，可以调整具体的小时显示；按下“调时键”的同时，再按下“分钟键”，可以调整具体的分钟显示，如图9所示，把时间校对为“5:10”。同理，按下“定时键”的同时，再按下“小时键”和“分钟键”可以调整定时输出或闹铃报警的时间。

4.结束语

数字钟是一种采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，其电路是一种对标准频率进行计数的电路。该制作主要运用CD4060分频器对晶体振荡器的频率进行分频处理和LM8560数字钟集成电路对笔划显示进行输出，送到四位LED显示屏进行显示时间。同时，该数字钟电路除了可实现计时功能还具有报警和定时控制交流电源开启的扩展功能。

参考文献

[1]戴树鸿.数字钟电路的制作[J].家电检修技术,

2005(01):64.

[2]潘荣辉.数字电路CD4060的应用[J].电子制作,2007(07):43-57.

[3]刘常澍.数字逻辑电路[M].国防工业出版社,

2002:196-198.

[4]李可.数字钟电路及应用[M].北京:电子工业出版社,1996.

[5]沈小丽.数字钟集成电路应用及其功能扩展[J].中国计量学院学报,2001(12):62-65.

[6]方明安.实验石英数字钟[J],电子制作,2000(04):

12-13.

[7]数码显示电子钟[EB/OL].2010-04-03..