集成電路的基本原理

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集成電路的基本原理范文第1篇

【關鍵詞】電子信息科學與技術微電子課程體系建設教學改革

【基金項目】大連海事大學教改項目：電子信息科學與技術專業工程人才培養實踐教學改革（項目編號：2016Z03）；大連海事大學教改項目：面向2017級培養方案的《微電子技術基礎》課程教學體系研究與設計（項目編號：2016Y21）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開設《微電子技術基礎》的意義

目前，高速發展的集成電路技術產業使集成電路設計人才成為最搶手的人才，掌握微電子技術是IC設計人才的重要基本技能之一。本文希望通過對《微電子技術基礎》課程教學體系的研究與設計，能夠提高學生對集成電路制作工藝的認識，提高從事微電子行業的興趣，拓寬知識面和就業渠道，從而培養更多的微電子發展的綜合人才，促進我國微電子產業的規模和科學技術水平的提高。

2.目前學科存在的問題

目前電子信息科學與技術專業的集成電路方向開設的課程已有低頻電子線路、數字邏輯與系統設計、單片機原理、集成電路設計原理等。雖然課程開設種類較多，但課程體系不夠完善。由于現在學科重心在電路設計上，缺少對于器件的微觀結構、材料特性講解[1]，導致學生在后續課程學習中不能夠完全理解。比如MOS管，雖然學生們學過其基本特性，但在實踐中發現他們對N溝道和P溝道的工作原理知之甚少。

近來學校正在進行本科學生培養的綜合改革，在制定集成電路方向課程體系時，課題組成員對部分學校的相關專業展開調研。我們發現大部分擁有電子信息類專業的高校都開設了微電子課程。譬如華中科技大學設置了固體電子學基礎、微電子器件與IC設計、微電子工藝學以及電子材料物理等課程。[2]又如電子科技大學設置了固體物理、微電子技術學科前沿、半導體光電器件以及高級微電子技術等課程。[3]因此學科課題組決定在面向2017級電子信息科學與技術專業課程培養方案中，集成電路設計方向在原有的《集成電路設計原理》、《集成電路設計應用》基礎上，新增設《微電子技術基礎》課程。本課程希望學生通過掌握微電子技術的原理、工藝和設計方法，為后續深入學習集成電路設計和工程開發打下基礎。

3.微電子課程設置

出于對整體課程體系的考慮，微電子課程總學時為32學時。課程呈現了微電子技術的基本概論、半導體器件的物理基礎、集成電路的制造工藝及封裝測試等內容。[4]如表1所示，為課程的教學大綱。

微電子技術的基本概論是本課程的入門。通過第一章節的學習，學生對本課程有初步的認識。

構成集成電路的核心是半導體器件，理解半導體器件的基本原理是理解集成電路特性的重要基礎。為此，第二章重點介紹當代集成電路中的主要半導體器件，包括PN結、雙極型晶體管、結型場效應晶體管（JFET）等器件的工作原理與特性。要求學生掌握基本的微電子器件設計創新方法，具備分析微電子器件性能和利用半導體物理學等基本原理解決問題的能力。

第三章介紹硅平面工藝的基本原理、工藝方法，同時簡要介紹微電子技術不斷發展對工藝技術提出的新要求。內容部分以集成電路發展的順序展開，向學生展示各種技術的優點和局限，以此來培養學生不斷學習和適應發展的能力。

第四章圍繞芯片單片制造工藝以外的技術展開，涵蓋著工藝集成技術、封裝與測試以及集成電路工藝設計流程，使學生對微電子工藝的全貌有所了解。

4.教學模式

目前大部分高校的微電子課程仍沿用傳統落后的教學模式，即以教師灌輸理論知識，學生被動學習為主。這種模式在一定程度上限制了學生主動思考和自覺實踐的能力，降低學習興趣，與本課程授課的初衷相違背。[5]為避免上述問題，本文從以下幾個方面闡述了《微電子技術基礎》課程的教學模式。

教學內容：本課程理論知識點多數都難以理解且枯燥乏味，僅靠書本教學學生會十分吃力。因此，我們制作多媒體課件來輔助教學，將知識點采用動畫的形式來展現。例如可通過動畫了解PN結內電子的運動情況、PN結的摻雜工藝以及其制造技術。同時課件中補充了工藝集成與分裝測試這部分內容，加強課堂學習與實際生產、科研的聯系，便于學生掌握集成電路工藝設計流程。

教學形式：課內理論教學+課外拓展。

1）課內教學：理論講解仍需教師向學生講述基本原理，但是在理解運用方面采用啟發式教學，課堂上增加教師提問并提供學生上臺演示的機會，達到師生互動的目的。依托學校BBS平臺，初步建立課程的教學課件講義、課后習題及思考題和課外拓展資料的體系，以方便學生進行課后的鞏固與深度學習。此外，利用微信或QQ群，在線上定期進行答疑，并反饋課堂學習的效果，利于老師不斷調整教學方法和課程進度。還可充分利用微信公眾號，譬如在課前預習指南，幫助學生做好課堂準備工作。

2）課外拓展：本課程目標是培養具有電子信息科學與技術學科理論基礎，且有能力將理論付諸實踐的高素質人才。平時學生很難直接觀察到半導體器件、集成電路的模型及它們的封裝制造流程，因此課題組計劃在課余時間組織同學參觀實驗室或當地的相關企業，使教學過程更為直觀，加深學生對制造工藝的理解。此外，教師需要充分利用現有的資源（譬如與課程有關的科研項目），鼓勵學生參與和探究。

考核方式：一般來說，傳統的微電子課程考核強調教學結果的評價，而本課程組希望考核結果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教學進度中的考核。課題組決定采用期末筆試考核與平時課堂表現相結合的方式，期末筆試成績由學生在期末考試中所得的卷面成績按照一定比例折合而成，平時成績考評方式有隨堂小測、課后習題、小組作業等。這幾種方式將考核過程融入教學，能有效地協助老師對學生的學習態度、學習狀況以及學習能力做出準確評定。

5.結語

集成電路的基本原理范文第2篇

【關鍵詞】 電子設計競賽；數字電子技術；模擬電子技術；教學改革

兩年一屆的全國大學生電子設計競賽，為在校大學生開拓視野、促進理論和實踐的結合、提高學生動手能力提供了平臺。該比賽不但為中國電子信息領域的人才培養做出了貢獻，也為促進電子類學科建設和課程教學改革，提高教學水平帶來了深刻的啟示。如何以電子設計競賽為鍥機，促進電子技術類課程的教學改革成為一個重要的課題。

一、電子設計競賽的特點

1、競賽試題的內容及要求

全國大學生電子設計競賽試題有電源類、信號源類、無線電技術類、自動控制類、測量及儀器儀表類題目。涵蓋了電子技術應用的各個方面，涉及數字電子技術、模擬電子技術、高頻電路、單片機、傳感器、可編程邏輯器件等[1]。競賽要求參賽學生每3人一隊分工協作，在規定的時間內完成題目要求，包括了電路系統的理論設計、實際制作和調試，最后交出制作的成品控制電路及設計報告。試題有基本要求部分和發揮部分，既考察學生的理論基礎知識，也考察學生的實際動手能力、創新能力和相互協作能力。使學生在電路分析、設計、制作、調試等方面得到充分的鍛煉,也使優秀學生有發揮其優勢的余地[2]。

2、新技術、新觀念的體現

為鼓勵參賽學生使用新電路、新器件和新技術，體現“綠色產品、環保設計”的概念，近年來,一些大的電子器件公司也積極參與競賽，為競賽提供器件、設立獎項。例如在2011年大賽中可使用由瑞薩電子公司提供的專用板及瑞薩節能環保元器件，為學生接觸新器件和新電路提供了機會。

3、競賽的積極作用

根據電子設計競賽的要求，參賽學生需要掌握電子技術中電路的基本分析、設計、制作及調試方法。參賽學生在備賽中都需要經過的一系列培訓和磨練，基本具有較強的實踐動手能力和分析問題、解決問題的能力，同時也具有較強的團隊協作精神。具備這些技能，使他們就業時成為用人單位的首選。由此影響，使得近年來報名參賽的學生人數急劇上升，競賽規模越來越大、參賽的學校越來越多。2011年第十一屆，全國共有1062所高校11002支隊伍，參賽學生33006名。但是由于現實客觀條件限制，各學校參賽學生只能是各專業選的少數學生,受益面相對較小。

同時，通過幾屆電子設計大賽，從中暴露出一些問題:一方面是電子技術類課程教學中理論聯系實際不夠，新技術、新器件涉及少等；另一方面是學生在學習中綜合運用知識能力不強、實踐應用技能差等[3]。

如何借助電子設計竟賽的訓練和培養模式,改革電子技術課程教學，將其特點與優勢更好地發揮出來,使廣大學生受益,成為當前亟待解決的問題[4]，由此給于了電子技術課程教學改革新的啟示。

二、電子技術課程教學的現狀

電子技術課程包含模擬電子技術和數字電子技術，是電子類專業重要的專業基礎課，也是理論性和實踐性都較強的課程。在傳統的教學方法中，基本是以理論為主, 輔之以驗證性實驗。容易出現教學效率不高、教學效果不夠理想等問題，其弊端主要表現在以下幾個方面：

1、偏重基本原理，理論聯系實際不夠

傳統的教學模式中，側重基本理論教學，注重基本知識、基本原理及分立元件的內部結構和工作原理的介紹，而對元器件的工程應用實例介紹的比較少，使得理論和實踐分離。兩者在教學內容、考核等方面由不同的教師負責，互動較少。在有限的實驗課中基本以驗證性實驗為主，設計性、綜合性實驗較少，學生只能接觸到有限幾個的器件，了解其簡單功能，自己動手設計制作電路的機會少。

2、知識的綜合應用少

模擬電子技術與數字電子技術任課教師不同，實驗課內容不同，學生少有機會將兩門課程的知識融會貫通應用。在分析簡單電路時，學生可能比較順利, 但要分析復雜電路或設計制作一個電路系統時，常常無從下手，畫的電路圖不實用，不知怎樣合理應用器件，不會調試電路。這些嚴重制約學生創新意識的培養，阻礙學生主動探索的積極性、創新性。

3、新技術、新器件涉及少

當前電子技術的發展非常迅速，特別是新器件日新月異。然而長期以來，由于教材內容更新緩慢，跟不上實際生產和技術的變化，加之課時量的限制，教學中常常僅限于基本原理和中小規模集成電路本身。對如何應用新技術構建電子控制系統的技術和大規模新集成器件，幾乎沒有涉及。

三、電子技術課程教學改革的措施

在電子技術基礎課程教學改革中應該突出基本原理與應用并重，課程之間的銜接及綜合應用。在教學內容、方法和教學手段上要多樣化，特別在實踐教學中突出應用性、綜合性和創新性。

1、理論教學的改革

對課程的內容進行適當的調整，在講解基本原理的基礎上，注重應用實例。例如，在數字電子技術中，大量精簡壓縮分立元件、小規模集成電路的內容；注重器件的外部邏輯功能、特點和重要參數，而對其內部結構不作太多的講解。如在學習555定時器時，多用實例講其功能和使用方法，并將在電子設計競賽中用到的電路及所制作的電路板展示給學生。使學生對這一單元電路有更深刻的了解。

適當的開辟課堂討論，改變傳統的灌輸式教學方法[5]。在生動、活躍的課堂氣氛中培養學生的自主學習能力，變被動接受為主動思考。在討論中，引導學生廣開思路，對學生發言中暴露的問題及時給予解答，激發學生學習的興趣和積極性。

2、實踐教學的改革

集成電路的基本原理范文第3篇

電子電路課程是電工專業的專業基礎課，也是非電工專業如計算機、機械等專業的非常重要的技術基礎課程。電子電路課的主要任務是為學生學習專業知識和從事工程技術工作打好電子電路技術的理論基礎，并接受基本技能的訓練。學生學好該課程無論是對后續專業課程的學習，還是畢業以后的工作或者對繼續深造都起著重要的作用。

1.教師的實踐能力

經過幾年的教學活動和參加產品開發研制工作，證明理論教學與實際結合是至關重要的。在電子電路課程中，學生最終應達到兩個目標，一是會將實際電路抽象成電路模型，并能分析其原理，當電路出現故障時會修復;二是會分析已經繪出的電路模型，達到實現電路設計的目的。上述教學目標的實現，需具備兩個條件，一是教師的實踐能力，二是實驗設備與手段。現任的成人高校教師中，90%是從應試教育的模式中培養出來的，他們中的絕大多數人都是從學校出來后直接進入教育崗位的。教師本身就沒有實踐經驗，所以在教學中只能有意無意地避開實踐環節。但這一現象導致了人才培養的惡性循環。因此，教師和學校都應從這一誤區中盡快地走出來。教師是否了解學科技術的前沿，能否更多地將當前新工藝——現代新產品設計流程;新電子元件——目前廣泛使用的新器件，新儀器產品——現代電子儀器的使用介紹等內容融入課堂教學是至關重要的。

2.學生的學習狀況

在課堂教學中，開始學生還可以接受一些知識，但隨著教學的深入，學生感到了困難，隨之學習的興趣越來越少，主動學習便是一句空話，學習者也就是為了應付考試，最終的教學目的很難達到。

3.實驗課的現狀

由于工科專業招生困難，大部分學校把經費都投向了計算機房等能馬上收回成本、賺錢的項目上。因此，電工實驗都在吃著老本，用著十幾年前的儀器設備，跟不上現代工業的發展及電路設計的要求，實驗質量也因此受到很大的影響。所以，合理地增加實驗經費，更新實驗設備已迫在眉睫。另外，課時的壓縮，導致教師把重點放在知識的傳授上，對于實踐環節只用很少的課時，這對提高學生的動手能力是極為不利的。

二、電子電路教學方法探討

1.注重基礎知識的教學同時避免過于片面性

面對學生編寫教材和教學時，模擬電子電路課程不易片面強調以集成電路為主，理由如下：

（1）模擬電子電路是學生第一次接觸到的一門工程型、技術型、實用型的課程，它與先修課程“電路分析基礎”和“信號與系統”有很大的差別。后者是講述模型化電路和信號的分析方法，而電路的結構、元件的取值和信號的性質的不同并不影響分析方法的學習。但電子電路卻是具有—定功能的實用電路，學生在學習模擬電子電路課程時，由于受習慣思維的影響，碰到的第一個疑點和難點是不理解電子電路課程的工程性特點;而且面對實際的電子電路進行分析和計算時，要引入有源器件參數的離散性和誤差。考慮到這些基本因素，學生在學習電子電路的過程中是否能采用在一定的誤差和容差范圍內，忽略某些次要因數，而抓住主要矛盾來進行工程估算，使之既不失設計計算的正確性和可靠性，又能使分析和設計計算簡單化。這種基本能力的培養，顯然應該作為模擬電子電路教學的基本出發點，而片面強調以集成電路為主勢必會削弱學生這種基本能力的培養和建立。

（2）模擬電子電路課的新概念多，所涉及的基本理論、基礎知識和基本方法對專科生的培養起著重要的作用;而且課程的內容體系與其他相關的專業課程之間保持著緊密的銜接和交融，因此在基本概念的講述上不能壓縮篇幅。另外，概念清楚、基礎理論扎實，也是靈活應用集成電路的關鍵。

（3）集成電路類型品種繁多，而且發展十分迅速，到底以哪些電路為主?即使花費很大力氣講清楚了幾種，由于基礎不扎實學生也不可能用好其他類型的集成電路。

（4）集成電路內部結構極為復雜，大量問題不是從電路的基本原理考慮，而是從工藝角度考慮的，從提高性能指標考慮的。若提倡以集成電路為主，很容易出現內部電路講的過細的情況，影響了基本理論的學習。

（5）由于片面提倡以集成電路為主，有許多書籍用大量的篇幅講集成電路的應用，例如運放組成的反向比例放大、同相比例放大、加法、減法等電路。其實這些內容十分簡單，只要講清楚分析問題的思路和要點即可，完全可以讓同學自己分析。故集成電路的應用不宜延伸太寬。

從以上五個方面來看，片面強調以集成電路為主的提法容易偏離模擬電子電路課程的方向，不利于加強基本概念和基本理論的學習，不利于打牢基礎。

2.以實例為基礎，講授課程的主要內容

為提高學生的學習興趣，開始先提出一個實際問題，例如用比較通俗語言講解“電視信號測量儀”的原理方框圖，對“電視信號測量儀”產品的原理方框圖，先提出問題，再解決問題，在解決問題中根據課程基礎知識銜接問題，確定方框圖中各個方框詳細內容解剖的順序，在講解基本原理的基礎上一個一個攻克。在學生的頭腦中始終有一個主線——解決實際問題，課程的主要內容逐步展開，使學生清楚學習完某一個單元電路后，它可以解決什么問題，今后如何應用。

例如：介紹檢波方框時，先介紹二極管的構成、符號和特性，在介紹二極管的各種用途時，重點講解二極管的檢波特性，即如何將交流電變為直流電的過程，同時使學生對單元電路和整體之間的關系有深入了解。又如講解中頻放大器方框時，從三極管入手，可將模擬電路的主要內容引出;在LCD顯示方框中，可引出數字電路中許多常用的單元電路部件。

3.以實例為切入點，改進實驗手段，培養學生的設計能力

在教學中盡量多地通過實例的引用，使課堂教學內容豐富，不斷激發學生的學習興趣。但增加實驗課時與改進實驗手段仍是實現培養目標的關鍵。首先應明確實驗課已不是傳統意義上的電路物理量的測量與計算、驗證定理。隨著計算機的迅速發展，實驗應提供給學生電子自動化設計工具，如Pspice軟件，該軟件能夠模擬電路的性能，可以把它引入到教學與實驗中，課堂上以實例中的某一模塊為切入點，用計算機模擬電路性能并進行輸入輸出測量，使學生對實際電路的性能有較直觀的了解，并借助該軟件分析電路。

4.在實驗教學和實驗室科學化管理中加強計算機的應用

集成電路的基本原理范文第4篇

下面以電信專業為例，看看如何使用專業術語。

1.熟悉通信系統控制原理，如：GSM系統構成，熟悉GSM空間接口以及頻帶分配，熟悉構成系統的移動交換中心(MSC)，基站系統(BS)和移動臺(MS)的基本原理與控制。對手機的變革比較了解，如：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。熟悉SIM卡基本原理及手機與系統建立連接的呼叫過程。

2.精通手機的工作原理與電路分析，如：射頻電路(RF)的三種接收機(RX)、三種發射機(TX)及各種頻率合成器(SYN);邏輯電路(LOG)中的中央處理器(CPU)、版本(EPROM)、碼片(EEPROM)及暫存(RAM)的硬件、軟件工作原理。如：MOTOROLA公司手機測試程序HTBasic和它的程序編寫。

3.熟悉手機的各種集成芯片(IC)如：電源、射頻(RF)、功率放大器(PA)、合弦音等新型產品。

集成電路的基本原理范文第5篇

案列一：

北廣的BGTV3151型的 8CH1KW電視發射機在工作中突發伴音全為“嘩嘩”聲的噪音，無電視伴音的故障。經詢問值機人員確認，故障為突然發生，并非伴音逐漸由正常伴音變為“嘩嘩”聲的。故障發生后，值機人員果斷改用備用激勵器保證了播出正常。故障檢修時首先檢查送入音頻信號正常。斷開音頻信號，用頻率計測伴音中頻為30.9MHZ。并且很穩定，查看說明書，伴音中頻應為30.5MHZ，可以確定故障原因為伴音中頻偏離，電視伴音為調頻發送方式，伴音中頻偏離后，電視接收機因無伴音載頻而產生“嘩嘩”噪音。電視伴音中頻為壓控振蕩器（VCO）產生，由鎖相環電路進行頻率穩定。基本原理如下：

檢修時，將激勵器斷電后再通電，伴音中頻能很快正常鎖定，并且頻率能很穩定地鎖定在30.9MHZ。長時間通電測量頻率也很穩定。初步判定壓控振蕩器、環路濾波器、分頻器、鑒相器基本工作正常。

本中頻調制器中采用集成電路MC45151P2，內部集成了外接晶振的標準信號振蕩器、可編程分頻器2、鑒相器。

用數字頻率計測量晶振頻率為3.2MHZ且很穩定，考慮到中頻輸出30.9MHZ很穩定，且正常鎖相，由此判斷晶振正常。晶振故障一般為不起振、振蕩不穩、頻率偏移，這會造成不能鎖相的現象。

因集成電路MC45151P2 插裝在板上的IC插座，更換集成電路MC45151P2后故障依舊。檢查集成電路插座在線路板上的焊接及電路板連線均正常。整形電路、固定分頻、環路濾波器部分故障都將導致不能鎖相，維修陷入困境。

根據電路板繪制出集成電路MC45151P2分頻器編程引腳接線方法，（如表1）

直接測量集成塊分頻編程地址11―25腳與地電阻與正常值比較發現13腳未接地， 13腳與插座接觸不良，多次重新插入不行，判斷IC插座內部斷裂，造成分頻器編程錯誤。用跳線集成電器13腳直接地后正常。

根據維修經驗，一般IC插座接觸不良通過重新拔插都能排除，本例中為內部斷裂較為少見造成誤判。

案列二：

一部大功率覆蓋要程配發的北廣的39CH1KW電視發射機，使用2年多，發生無伴音故障，對發射機加上視音頻信號，開機測試，用耳機試聽發現音頻處理小盒處理后無音頻信號輸出。打開小合注入音頻信號，用耳機順信號流向檢查發現音頻信號到15K低通濾波網絡處消失，斷開L1測量發現濾波網絡對地有15Ω阻值，確定有一電容短路。濾波網絡如下圖：

因濾波網絡中對地電容較多，全為紙介電容，具體哪一只對地漏電不易確定，如每只拆下測量，極易損壞電路板。考慮到濾波網絡中無對地電阻元件，于是用5v穩壓電源串接20Ω功率電阻從L2和L3中間加在濾波網絡上，利用漏電電容因有漏電流的存在會發熱的特點，用手觸摸各對地電容溫度很快確定C8-3損壞。

同一發射機出現輸出功率230瓦故障現象，有時早晨開機正常，但工作半小時后出現故障，故障時查看激勵器輸出功率正常，前級功放電流略有減小，三個未級工放工作電流均減小。同時根據據公式，額定功率1000W，故障時輸出功率230W得出N=2，也就是某一通道中由兩路功率放大損壞一路時出現的故障現象。查看圖紙，只有前級功放采用功率二分配、放大、功率合成的方式，由此判斷故障在前級功放中。前級功放中又由三級功放組成，每一級由功率分配成兩路再合成組成如下所示：