數(shù)字集成電路原理

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數(shù)字集成電路原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字集成電路；設(shè)計；核心工藝

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字集成電路獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。深入了解數(shù)字集成電路特性，正確分析數(shù)字集成電路在實驗中出現(xiàn)的種種異常現(xiàn)象，對于提高數(shù)字電子技術(shù)使用效果、加深使用者對數(shù)字電路理論的理解有著十分重要的作用。而實現(xiàn)上述目的的最關(guān)鍵部分在于對數(shù)字集成電路的設(shè)計相關(guān)內(nèi)容有著較為清晰的理解，本文正是在這種背景下，探討了數(shù)字集成電路的不同設(shè)計方法以及所采用的核心工藝，以求為理論界與實踐界更好的認識數(shù)字集成電路提供必要的借鑒與參考。

一、數(shù)字集成電路理論概述

數(shù)的表達是多種多樣的，如二進位、八進制、十進位、十六進位等。電腦中數(shù)字處理是二進位，所以一切資料都要先轉(zhuǎn)化為“0”和“1”的組合。在教學(xué)中要對學(xué)生強調(diào)這里的“0”和“1”不是傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中的數(shù)字，而是兩種對立的狀態(tài)的表達。數(shù)字集成電路是傳輸“0”和“1”（開和關(guān)）兩種狀態(tài)的門電路，可把來自一個輸入端的信息分配給幾個輸出端，或把幾個輸入端傳來的信息加以處理再傳送出去，這個過程叫做邏輯運算處理，所以又叫邏輯集成電路。在數(shù)字集成電路中電晶體大多是工作在特性曲線的飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)（邏輯的“0”和“1”）。數(shù)字集成電路又包括著如下三種電路：門電路，是作為不包含時間順序的組合電路；觸發(fā)器電路，其能存儲任意的時間和信息，故在構(gòu)成包含時間關(guān)系的順序電路時必不可少，這種電路叫做時序邏輯電路，例如寄存器、管理器等。觸發(fā)器電路是基本時序單元電路；半導(dǎo)體記憶體電路，它可以存取二進位數(shù)字字信息，記憶體的作用是用來記住電子電腦運算過程中所需要的一切原始資料、運算的指令程式以及中間的結(jié)果，根據(jù)機器運算的需要還能快速地提供出所需的資料和資料。在上課時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生易將組合邏輯電路、時序邏輯電路混淆，所以教學(xué)中要反復(fù)強調(diào)兩者的的特點，進行對比，使學(xué)生能正確區(qū)分兩種電路。

二、數(shù)字集成電路的設(shè)計

第一，MOS場效應(yīng)電晶體的設(shè)計。常用的是N溝MOS管，它是由兩個相距很近、濃度很高的N十P結(jié)引線后做成的，分別叫做源極“S”和漏極“D”。在源極“S”和漏極“D”之間的矽片表面生長一薄層二氧化矽（SiO2），在SiO2上復(fù)蓋生長一層金屬鋁叫柵極“G”（實際上“G”極是個MOS二極體）。NMOS集成電路是用得很多的一個品種。要注意一點是多晶矽柵代替了鋁柵，可以達到自對淮（近乎垂直）摻雜，在柵下面的源、漏摻雜區(qū)具有極小橫向的摻雜效應(yīng)，使源、柵漏交迭電容最小，可以提高電路的速度。

第二，CMOS集成電路互補場效應(yīng)電晶體的設(shè)計。CMO是指在同一矽片上使用了P溝道和N溝道兩種MOS電路。這種反相器有其獨特之處，不論在哪種邏輯狀態(tài)，在VDD和地之間串聯(lián)的兩個管子中，總有一個處干非導(dǎo)通狀態(tài)，所以穩(wěn)態(tài)時的漏電流很小。只在開關(guān)過程中兩個管子都處于導(dǎo)通狀態(tài)時，才有顯著的電流流過這個反相器電路。因此，平均功耗很小，在毫微瓦數(shù)量級，這種電路叫做CMOS電路。含有CMOS電路的集成電路就叫做CMOS集成電路，它是VLSI設(shè)計中廣泛使用的基本單元。它占地面積很小、功耗又小，正是符合大規(guī)模集成電路的要求，因為當晶片的元件數(shù)增加時功耗成為主要的限制因素。CMOS集成電路成為低功耗、大規(guī)模中的一顆明星，它是VLSI設(shè)計中廣泛使用的基本單元，但它的設(shè)計和工藝難度也相應(yīng)地提高了許多。CMOS集成電路在P型襯底上先形式一個以待形成PMOS管用的N型區(qū)域叫做“N井”，在“N井”內(nèi)制造PMOSFET的過程與前述的NMOS管相同，所以制造CMOS集成電路的工序基本上是制造NMOS集成電路的兩倍。另外還要解決麻煩的門鎖效應(yīng)（Latch-up）。但它仍是高位數(shù)、高集成度、低功耗微處理器等晶片的首選方案。

第三，二極體的設(shè)計。集成電路中的二極體均由三極管的eb結(jié)或cb結(jié)構(gòu)成，前者的正向壓降低，幾乎沒有寄生效應(yīng)，開關(guān)時間短；后者常在需要高擊穿電壓的場合中使用，技術(shù)上又不必單獨制做，只是在晶體管制成后布線時按電路功能要求短路某二個電極，從留用的P-N二邊引線出去和電路連接。課堂教學(xué)中，對二、三極管的特性及工作原理要做詳細的復(fù)習(xí)，以便學(xué)生理解。

第四，電阻設(shè)計。集成電路中的電阻是在制造電晶體基區(qū)層的同時，向外延層中進行擴散制成。阻值取決于雜質(zhì)濃度、基區(qū)的寬度和長度及擴散深度。當需要更大電容阻值時，采用溝道電阻；在需要更小電容阻值時，則采用發(fā)射區(qū)擴散時形成的N十區(qū)電阻。

這里電阻與學(xué)生之前學(xué)習(xí)的電阻進行比較，利于學(xué)生理解。

第五，電容設(shè)計。集成電路中的電容器有兩種，一種是P-N結(jié)電容，它是利用三極管eb結(jié)在反向偏壓下的結(jié)電容，電容量不是常數(shù)，它的大小與所加偏壓有關(guān)，且有極性；另一種是MOS電容，電容值是固定，與偏壓無關(guān)。一般用重摻的區(qū)域作為一個板極，中間的氧化物層作為介質(zhì)層，氧化物層的頂層金屬作為另一個板極。但是，集成電路設(shè)計中應(yīng)盡量避免使用電容，數(shù)字電路一般都采用沒有電容的電路。

三、數(shù)字集成電路的核心工藝

首先是薄圓晶片的制備技術(shù)。分別在半導(dǎo)體專用切片機、磨片機、拋光機上加工出厚度約為400um、表面光亮如鏡、沒有傷痕、沒有缺陷的晶片。

其次是外延工藝技術(shù)。為了提高電晶體集電結(jié)的擊穿電壓，要求高電阻率材料。但為了提高電晶體工作速度，要求低電阻率材料，為此在低阻的襯底材料上外延生長一層高阻的單晶層，這叫做外延技術(shù)。

第三是隔離工藝技術(shù)。因為數(shù)字集成電路中各組件是做在同一半導(dǎo)體襯底片，各組件所處的電位也不同，要使做有源元件的小區(qū)域（電晶體）彼此相隔離開，這種實現(xiàn)彼此隔離的技術(shù)叫做隔離技術(shù)。正是由于它的出現(xiàn)，使分立元件發(fā)展到數(shù)字集成電路成為可能。現(xiàn)在常用的有介質(zhì)隔離（將SiO2生長在需要隔離的部位）和P-N 結(jié)隔離兩種方法。P-N結(jié)隔離是在隔離部位形成兩個背對背的P-N結(jié)；外延結(jié)構(gòu)P-N結(jié)隔離是在P 型襯底表面的n型外延層上進行氧化、光刻、擴散等工藝，并將硼雜質(zhì)擴散到特定部分，直到擴穿外延層和P 型襯底相接。外加反向電壓使外延n型層成為一個個相互隔離的小島，然后再在這個n型外延小島區(qū)域上分別制造電晶體或其他元件。

最后是氧化工藝技術(shù)。半導(dǎo)體器件性能與半導(dǎo)體表面有很大關(guān)系，所以必須對器件表面采用有效保護措施。二氧化矽被選作為保護鈍化層，一來它易于選擇腐蝕掉；二來可以在擴散之后在同爐內(nèi)馬上通氧進行氧化；三來可以作為選擇摻雜的掩蔽物；再來它常被用來作導(dǎo)電層之間的絕緣層。當然用作鈍化的介質(zhì)還有氮化矽薄膜，這里不多介紹。各種薄膜不僅要執(zhí)行其本身的預(yù)定功能，也要和后續(xù)的全部工藝相相容。即鈍化薄膜要能承受所要求的化學(xué)處理及加熱處理，而其結(jié)構(gòu)還保持穩(wěn)定。從上面工藝流程可以看到，每一步光刻之前都有氧化工序，圖形加工只能在氧化層上進行。

設(shè)計是一項難度較大的工作，在設(shè)計中要考慮許多細節(jié)的東西，實踐與理論之間有一定的差距，對于我們技術(shù)學(xué)校的學(xué)生而言，可以讓他們做一些簡單的設(shè)計，自己動手搭建電路并做測試，在做中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而加深對知識的理解。

（作者單位：福建省第二高級技工學(xué)校）

參考文獻：

[1]桑紅石，張志，袁雅婧，陳鵬.數(shù)字集成電路物理設(shè)計階段的低功耗技術(shù)[J].微電子學(xué)與計算機，2011年第4期.

數(shù)字集成電路原理范文第2篇

關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計；集成電路；教學(xué)與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成電路設(shè)計公司在招聘新版圖設(shè)計員工時，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計師。但是，IC設(shè)計這個行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計師才會考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計知識的即將畢業(yè)學(xué)生就進入了IC設(shè)計行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時或是畢業(yè)生進入企業(yè)一段時間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強人意，再就是行業(yè)術(shù)語與設(shè)計軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學(xué)時滲入電路與工藝等知識，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹立電路、工藝以及設(shè)計軟件為版圖設(shè)計服務(wù)的理念。

一、企業(yè)對IC版圖設(shè)計的要求分析

集成電路設(shè)計公司在招聘版圖設(shè)計員工時，除了對員工的個人素質(zhì)和英語的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計，了解電路原理，設(shè)計關(guān)鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計和版圖驗證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計人員除了懂得IC設(shè)計、版圖設(shè)計方面的專業(yè)知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內(nèi)學(xué)校開設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗的設(shè)計工程師，就成為各設(shè)計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。

二、針對企業(yè)要求的版圖設(shè)計教學(xué)規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設(shè)計。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計是由自動布局布線工具結(jié)合版圖驗證工具實現(xiàn)的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標準單元版圖庫的設(shè)計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學(xué)者而言設(shè)計好標準單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。

2.模擬版圖設(shè)計。在模擬集成電路設(shè)計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設(shè)計者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當知道為什么差分對需要匹配，應(yīng)當知道有關(guān)信號流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計師作為前端電路設(shè)計師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過等，這就要求版圖設(shè)計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。

3.逆向版圖設(shè)計。集成電路逆向設(shè)計其實就是芯片反向設(shè)計。它是通過對芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實現(xiàn)對芯片技術(shù)原理、設(shè)計思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設(shè)計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設(shè)計公司對反向版圖設(shè)計的要求較高，版圖設(shè)計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標準單元電路工作原理。

三、教學(xué)實現(xiàn)

1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計，目前數(shù)字集成電路設(shè)計大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當采用上機操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時教師可適當調(diào)整教學(xué)速度，適時停下來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實驗以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當采用目前常用的單元，并具有代表性、擴展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴展到整個單元庫。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實現(xiàn)，繪制版圖時注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。

2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計更注重電路的性能實現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計工程師交流。因此，版圖教學(xué)時教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學(xué)生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運用模擬版圖的晶體管匹配、保護環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過程，實現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機理，版圖匹配時結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計算方法以及布線的規(guī)范性。

3.逆向版圖設(shè)計。逆向集成電路版圖設(shè)計需要學(xué)生掌握數(shù)字標準單元的命名規(guī)范、所有標準單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準確無誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當以一個既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標準單元庫里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時，說明數(shù)字電路需要歸并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因為逆向設(shè)計軟件提出的元器件符號應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準確通用規(guī)范性。

集成電路版圖設(shè)計教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對設(shè)計工程師的要求來安排教學(xué)，做到教學(xué)與實踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識，定位準確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計版圖這三個方面就如何開展教學(xué)可以滿足企業(yè)對版圖工程師的要求展開探討，安排教學(xué)有針對性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進入IC行業(yè)做出努力。

參考文獻：

[1]王靜霞，余菲，趙杰.面向職業(yè)崗位構(gòu)建高職微電子技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010，31（14）：5-8.

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[3]鞠家欣，鮑嘉明，楊兵.探索微電子專業(yè)實踐教學(xué)新方法-以“集成電路版圖設(shè)計”課程為例[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（3）：280-282.

[4]李淑萍，史小波，金曦.微電子技術(shù)專業(yè)服務(wù)地方經(jīng)濟培養(yǎng)高技能人才的探索[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010，13（11）：13-16.

數(shù)字集成電路原理范文第3篇

關(guān)鍵詞 模擬集成電路設(shè)計；理論與實踐相結(jié)合；仿真實驗

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2013）30-0095-02

集成電路設(shè)計相關(guān)課程體系是各高等院校電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)等工科專業(yè)核心專業(yè)課程設(shè)置的重要組成部分，為大學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握集成電路設(shè)計的基本原理、分析方法、仿真方式等打下基礎(chǔ)。大多數(shù)理工科高校對電子類專業(yè)開設(shè)模擬集成電路設(shè)計和數(shù)字集成電路設(shè)計的課程，對學(xué)生進行綜合培養(yǎng)。對于模擬和數(shù)字集成電路設(shè)計，如果要深入到晶體管級進行分析和設(shè)計，那都必須進行原理的深入學(xué)習(xí)。而在現(xiàn)實工作中，數(shù)字集成電路設(shè)計主要是通過運用高級硬件電路描述語言基于門級對電路進行設(shè)計，晶體管級的原理分析只是理論基礎(chǔ)。模擬集成電路設(shè)計則必須完全深入晶體管級進行分析和設(shè)計，所以模擬集成電路設(shè)計更加繁瑣和復(fù)雜，對理論分析的要求也更高。

本文通過筆者多年來在模擬集成電路設(shè)計理論和實踐教學(xué)中積累的經(jīng)驗和教學(xué)心得，對如何在繁瑣和復(fù)雜的教學(xué)中使學(xué)生更好地掌握知識體系進行探討。

1 教材的選擇

1.1 國外經(jīng)典教材的參考

集成電路的設(shè)計國外特別是美國要領(lǐng)先中國幾十年的技術(shù)水平，如絕大多數(shù)高精尖端的芯片都是被INTEL、AMD、TI、ADI這樣的跨國巨頭所壟斷，在教學(xué)知識體系方面自然是美國的高校如斯坦福、加州大學(xué)等要比國內(nèi)高校更加系統(tǒng)和完善。美國出版的多本教材更是被奉為集成電路設(shè)計的圣經(jīng)，如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計》、艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計》等。但是即使是被奉為圣經(jīng)的教材，雖然經(jīng)典，也有其局限性。如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計》對電路的理論分析非常透徹且深入淺出，卻缺乏相應(yīng)的仿真實驗來驗證其理論分析；而艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計》雖有部分仿真實驗來驗證其理論分析，但其理論分析又不如拉扎維的教材那么透徹和深入淺出。

1.2 國內(nèi)教材的選擇

國內(nèi)的高校雖然較國外高校而言在集成電路設(shè)計領(lǐng)域起步要晚，差距也很大，但是在近些年國家政策的大力扶持下，已經(jīng)有了突飛猛進的發(fā)展。國內(nèi)也有了幾本模擬集成電路設(shè)計知識講解得比較透徹的教材，比如：清華大學(xué)王自強編著的《CMOS集成放大器設(shè)計》就從簡單知識入手，講解淺顯易懂；東南大學(xué)吳建輝編著的《CMOS模擬集成電路分析與設(shè)計》分析比較透徹，講解自成體系。但是國內(nèi)出版的教材也都缺乏相應(yīng)的仿真實驗來驗證其理論分析。

針對國內(nèi)學(xué)生在集成電路設(shè)計知識領(lǐng)域基礎(chǔ)比較差的現(xiàn)狀，可以選擇國內(nèi)講解得比較簡單淺顯的教材為主線，并以國外經(jīng)典教材為參考。

2 教學(xué)方法的改進

模擬集成電路設(shè)計作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，比某些專業(yè)基礎(chǔ)課程如電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等要難度更大，也更為繁瑣和復(fù)雜。如果按照傳統(tǒng)方式進行講解，或者說僅僅是按照教材進行理論分析和推導(dǎo)，那么學(xué)生很難對這門知識深入理解和掌握。因此，在教學(xué)理論知識的過程中，穿教材中沒有的、可以驗證其相應(yīng)理論的仿真實驗，這樣能夠更好地使學(xué)生理解和掌握理論知識。

2.1 以HSPICE仿真實驗為輔助

SPICE是一種可以用于電路仿真的工具，大家所熟知的有PSPICE，它是一種可以適用于分立原件的電路仿真工具，而HSPICE是在集成電路設(shè)計領(lǐng)域?qū)I(yè)使用的高精度的仿真工具。專業(yè)的集成電路設(shè)計公司和研究所都是使用UNIX或LINUX環(huán)境下的大型專業(yè)工具軟件進行集成電路設(shè)計仿真，而筆者所在高校因為在此領(lǐng)域起步較晚，專業(yè)開設(shè)也較晚，專業(yè)實驗室也并不具備，所以并不具備很好的實驗條件來進行實驗輔助教學(xué)。因為HSPICE具有可以在Windows環(huán)境下方便使用的小型版本的軟件，所以可以很方便地用在課堂教學(xué)中。

2.2 理論與實踐相結(jié)合教學(xué)

在繁瑣復(fù)雜理論分析和推導(dǎo)的過程中，不斷地穿HSPICE仿真，來驗證理論分析和推導(dǎo)的結(jié)果，可以讓學(xué)生顯著加深對理論的理解和掌握。HSPICE仿真部分的內(nèi)容是清華、復(fù)旦、東南大學(xué)等高校教師出版的教材里面都沒有詳細講解的內(nèi)容，也是他們課堂理論講解過程中不會涉及到的知識。而在筆者所在高校以HSPICE仿真實驗為輔助，結(jié)合理論教學(xué)后，取得了積極顯著的教學(xué)效果，學(xué)生對理論知識的理解和課程考試成績都得到了大幅度的提升。以2008級到2010級電子類專業(yè)的學(xué)生為例，模擬集成電路設(shè)計課程考試得優(yōu)率從22%提升到了43%以上，學(xué)生對此教學(xué)方法也是高度認同。

3 結(jié)束語

在我國大力實行人才戰(zhàn)略，強調(diào)人才培養(yǎng)的大環(huán)境下，筆者所在高校也響應(yīng)國家號召，加強本科生培養(yǎng)，實施卓越工程教育，取得積極可喜的成績。國家在近些年大力支持集成電路設(shè)計的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)在此領(lǐng)域也有了長足進步，但也更加需要更多的專業(yè)人才來滿足市場需求。在此背景下，本文積極探索和提高模擬集成電路設(shè)計的教學(xué)方法，取得長足的進步和發(fā)展，也得到學(xué)生的高度認同。筆者希望自己的經(jīng)驗和方法可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供參考和借鑒。

參考文獻

[1]Lazavi.模擬CMOS集成電路設(shè)計[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2003.

[2]Allen P E.CMOS模擬集成電路設(shè)計[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]王自強.CMOS集成放大器設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

數(shù)字集成電路原理范文第4篇

【關(guān)鍵詞】單片機 數(shù)字頻率計 設(shè)計

數(shù)字頻率計又稱為數(shù)字頻率計數(shù)器是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要測量工具之一，同時也是其他許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的測量儀器，是計算機，通訊設(shè)備，音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可或缺的測量儀器，它是一種十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。數(shù)字頻率計是在規(guī)定的基準時間內(nèi)把測量的脈沖數(shù)記錄下來，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字頻率計用于測量信號（方波，正弦波或其他周期信號）的頻率，并用十進制數(shù)字顯示，它具有精度高，測量速度快，讀數(shù)直觀，使用方便等優(yōu)點。

基于單片機的數(shù)字頻率計的設(shè)計，目的是設(shè)計一款數(shù)字頻率計，能夠測量1 Hz～20 MHz的數(shù)字頻率，包括三角波、正弦波及方波的測量，支持0.5 V～20 V電壓。本頻率計的特點是突破普通單片機頻率計喜歡選用的直接測量法，選擇了高頻用多周期同步法，低頻用周期法來測量頻率。這樣可以使頻率計達到更高的精度。而且本頻率計通過程序來控制分頻芯片自動分頻，無需測量者對信號進行預(yù)估計，超出測量范圍會自動警報，更加人性化。

那么單片機和數(shù)字頻率計的關(guān)系呢？為了實現(xiàn)智能化的技術(shù)，測頻實現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設(shè)計中去。單片機數(shù)字頻率計以其可靠性高，體積小，價格低，功能全等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測量過程的控制中，達到了自動化傳統(tǒng)儀器中的開關(guān)和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測得的實驗數(shù)據(jù)。單片機測量的頻率精度高，速度快，在測量頻率時，能夠很好的解決測量精度和測量時間的矛盾。同時還具有時間顯示功能，為各種生活工作提供了方便。

隨著科學(xué)技術(shù)與計算機應(yīng)用的不斷發(fā)展，以單片機作為核心的測量控制系統(tǒng)層出不窮。在被測信號中，較多的是以模擬和數(shù)字開關(guān)信號。此外還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的測量信號。例如流量，轉(zhuǎn)速晶體壓力傳感以及參變量-頻率轉(zhuǎn)換后的信號等等。對于這些以頻率為參數(shù)的被測信號通常采用測頻法，測頻率的測量在生產(chǎn)和科研部門中經(jīng)常使用，也是一些大型系統(tǒng)實時檢測的重要組成部分。數(shù)字頻率計是直接用十進制數(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號和其他具有周期特性的信號的頻率，而且還可以測量它們的周期。經(jīng)過改裝，可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測量儀；可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計價器等。因此數(shù)字頻率計在測量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字式頻率計基于時間或頻率的A/D轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來的一種新型的數(shù)字測量儀器。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展，所以，數(shù)字頻率計的發(fā)展也很快。通常能對頻率和時間兩種以上的功能數(shù)字化測量儀器，稱為數(shù)字式頻率計（通用計數(shù)器或數(shù)字式技術(shù)器）。

數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得尤為重要。測量頻率的方法有多種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。

數(shù)字頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)字電路制造工業(yè)的進步，使得系統(tǒng)設(shè)計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。集成電路的類型很多，從大的方面可以分為模擬電路和數(shù)字集成電路2大類。數(shù)字集成電路廣泛用于計算機、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運行的電信號，其大小往往并不改變，但在實踐分布上卻有著嚴格的要求，這是數(shù)字電路的一個特點。數(shù)字集成電路作為電子技術(shù)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，已廣泛地深入到各個應(yīng)用領(lǐng)域。

為了實現(xiàn)智能化的技術(shù)，測頻實現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設(shè)計中去。單片機數(shù)字頻率計以其可靠性高，體積小，價格低，功能全等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測量過程的控制中，達到了自動化傳統(tǒng)儀器中的開關(guān)和按鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測得的實驗數(shù)據(jù)，這就是其優(yōu)勢之處。

參考文獻：

數(shù)字集成電路原理范文第5篇

【關(guān)鍵詞】邏輯設(shè)計；目標定位；教學(xué)內(nèi)容；模式手段

一、邏輯設(shè)計課程目標與定位

1、課程目標

使學(xué)生具備本專業(yè)的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才所必需的電子電路邏輯設(shè)計基本知識和靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路實現(xiàn)邏輯功能的基本技能；為學(xué)生全面掌握電子設(shè)計技術(shù)和技能，提高綜合素質(zhì)，增強職業(yè)變化的適應(yīng)能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力打下一定基礎(chǔ)；通過項目的引導(dǎo)與實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作、敬業(yè)愛崗和吃苦耐勞的品德和良好職業(yè)道德觀。本課程目標具體包括知識目標、能力目標和素質(zhì)目標。

（1）知識目標：熟悉數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、術(shù)語，熟悉邏輯代數(shù)基本定律和邏輯函數(shù)化簡；掌握門電路及觸發(fā)器的邏輯功能和外特性；掌握常用組合邏輯電路和時序電路的功能及分析方法，學(xué)會一般組合邏輯電路的設(shè)計方法（用SSI和MSI器件），學(xué)會同步計數(shù)器的設(shè)計方法；熟悉脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的工作原理及其應(yīng)用；了解A/D，D/A電路及半導(dǎo)體存儲器、PLA器件的原理及其應(yīng)用。

（2）能力目標：具有正確使用脈沖信號發(fā)生器、示波器等實驗儀器的能力；具有查閱手冊合理選用大、中、小規(guī)模數(shù)字集成電路組件的能力；具有用邏輯思維方法分析常用數(shù)字電路邏輯功能的能力；具有數(shù)字電路設(shè)計初步的能力。

（3）素質(zhì)目標：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電路的興趣；培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)合作的意識，培養(yǎng)學(xué)生自己查找資料能力。

2、課程定位

《邏輯設(shè)計》是計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)和電子信息類專業(yè)的一門重要硬件基礎(chǔ)課，其理論性和實踐性很強，尤其強調(diào)工程應(yīng)用。是現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機硬件電路、通信電路、信息與自動化技術(shù)的和集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的電子產(chǎn)業(yè)中數(shù)字電路具有較簡單又容易集成。通過本課程學(xué)習(xí)，熟悉小中大規(guī)模數(shù)字集成電路分析與應(yīng)用，突出數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用性，獲得數(shù)字電子技術(shù)必要的基本理論基本知識和基本技能；了解數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況，為后繼課程及從事相關(guān)工程技術(shù)工作和科研與設(shè)計工作打下一定基礎(chǔ)。《邏輯設(shè)計》在電子信息專業(yè)課程的地位，表現(xiàn)在其先導(dǎo)課程為《電工電子技術(shù)》，要求學(xué)生掌握由分立元器件組成的電子電路的識別與檢測、與基本分析方法，掌握有關(guān)晶體管以及晶體管電路的分析方法等；其后續(xù)課程有《微機原理與接口技術(shù)》、《單片機技術(shù)應(yīng)用》、《EDA技術(shù)應(yīng)用》等。學(xué)習(xí)集成電路芯片在計算機及相關(guān)電子設(shè)備中的應(yīng)用與作用。

二、邏輯設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容

1、教學(xué)內(nèi)容選取依據(jù)

（1）以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才為目標，教學(xué)內(nèi)容選擇與組織突出“以能力為本位，以職業(yè)實踐為主線，以項目主體--任務(wù)貫穿”為總體設(shè)計要求，在內(nèi)容的選取上，首先立足于打好基礎(chǔ)。在確保基本概念、基本原理和基本教學(xué)方法的前提下，簡化集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的講述，減少小規(guī)模集成電路的內(nèi)容，盡可能多地介紹中大規(guī)模集成電路及其應(yīng)用。以能力培養(yǎng)為主線，以應(yīng)用為目的，突出思路與方法闡述，力求反映當今數(shù)字電子技術(shù)的新發(fā)展。

（2）在教材內(nèi)容編排上精心組合，深入淺出，做到概念清晰，邏輯設(shè)計思想嚴謹。教學(xué)實施中注重重點突出，層次分明，相互銜接，邏輯性強，以利于教學(xué)做一體化的整合。在講義上力求簡潔流暢，通俗易懂，便于學(xué)生自學(xué)。

（3）以實訓(xùn)項目為載體，采取任務(wù)驅(qū)動教學(xué)做一體化的實施，體現(xiàn)理論指導(dǎo)實踐，實踐深化理論的素質(zhì)養(yǎng)成目的。

（4）依據(jù)各學(xué)習(xí)項目的內(nèi)容總量以及在該門課程中的地位分配各學(xué)習(xí)項目的課時數(shù)。

（5）知識學(xué)習(xí)程度用語主要使用“了解”、“理解”、“能”或“會”等用來表述。“了解”用于表述事實性知識的學(xué)習(xí)程度，“理解”用于表述原理性知識的學(xué)習(xí)程度，“能”或“會”用于表述技能的學(xué)習(xí)程度。

2、教學(xué)具體內(nèi)容安排

表決器電路設(shè)計與制作，搶答器電路設(shè)計與制作，同步計數(shù)器電路設(shè)計與制作，方波發(fā)生器電路設(shè)計與制作，數(shù)字鐘電路設(shè)計與制作。

三、邏輯設(shè)計課程教學(xué)模式與手段

1、教材編寫

教材編寫體現(xiàn)項目課程的特色與設(shè)計思想，教材內(nèi)容體現(xiàn)先進性、實用性，典型產(chǎn)品的選取科學(xué)，體現(xiàn)地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點，具有可操作性。呈現(xiàn)方式圖文并茂，文字表述規(guī)范、正確、科學(xué)。

2、教學(xué)模式

采取項目教學(xué)，以工作任務(wù)為出發(fā)點來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)過程中要注重創(chuàng)設(shè)教育情境，采取“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式，將知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合，進一步加強職業(yè)教育教學(xué)改革研究，優(yōu)化完善我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系。

3、教學(xué)方法

從教學(xué)手段、教案設(shè)計、教學(xué)思路、語言表述、教學(xué)資源等方面著手，對如何在課堂教學(xué)中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣開展教研。教學(xué)過程有進行項目引導(dǎo)，任務(wù)貫穿，“提出問題”、“引導(dǎo)思考”、“假設(shè)結(jié)論”、“探索求證”，把握課程的進度，活躍課堂氣氛，使大多數(shù)學(xué)生能夠獲得盡可能大的收獲。采用“發(fā)現(xiàn)法”教學(xué)方式，使學(xué)生建立科學(xué)的思維方法與創(chuàng)新意識。學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握依賴于學(xué)習(xí)者的實踐，課程組加強了對教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理；為使學(xué)生理解和有效掌握課程內(nèi)容，在堅持課外習(xí)題練習(xí)、輔導(dǎo)答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加隨堂練習(xí)、單元測驗等即時性練習(xí)環(huán)節(jié)，督促學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握已學(xué)知識點。

4、教學(xué)手段

充分利用掛圖、投影、多媒體等現(xiàn)代化手段，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間距離限制的優(yōu)勢，讓學(xué)生能夠最大限度的利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高，彌補課堂上未能及時消化吸收的部分內(nèi)容。教學(xué)過程中相應(yīng)教學(xué)班成立課程提高學(xué)習(xí)小組，任課教師課外指導(dǎo)該小組進行拓展學(xué)習(xí)及課外科技活動指導(dǎo)，達到因材施教的目的；一方面教師指導(dǎo)有興趣能力強的學(xué)生進行課外學(xué)習(xí)，特別是對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識的答疑指導(dǎo)，為能力強的學(xué)生提供發(fā)展空間，解決因課時數(shù)限制而無法在課堂上深入講授特定工程應(yīng)用專題的矛盾。也加強了教師與學(xué)生的互動，教師可以第一手了解學(xué)生對教學(xué)過程的反饋，改進教學(xué)方法，利用學(xué)習(xí)好的學(xué)生帶動整個班級的學(xué)習(xí)，促進良好班風學(xué)風的形成。探討當前教學(xué)環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生課外學(xué)習(xí)能力的新模式。

5、課程資源的開發(fā)與利用

整理并開發(fā)具有職教特色的自編教材，編寫學(xué)生實訓(xùn)指導(dǎo)用書，引導(dǎo)學(xué)生查閱網(wǎng)絡(luò)資源，要注重利用仿真軟件的輔助設(shè)計功用。

參考文獻