導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：同步數(shù)字集成電路 設(shè)計(jì) 時(shí)鐘偏移

中圖分類號(hào)：TN431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)07-0229-01

面對(duì)當(dāng)前21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，在同步數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘偏移的影響力也越來越受到設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。受時(shí)鐘偏移的影響，導(dǎo)致在長時(shí)間的應(yīng)用中，時(shí)鐘頻率出現(xiàn)的越來越高，也由此增加了時(shí)鐘偏移在同步數(shù)字集成電路中的重要性。一般而言，任何一個(gè)系統(tǒng)中若出現(xiàn)過多的流水線級(jí)數(shù)，則會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘偏移的可能性增加，并由此影響數(shù)字集成電路的同步進(jìn)行。在解決這一問題的過程中，本文從同步數(shù)字集成電路、時(shí)鐘偏移、時(shí)鐘偏移分析等三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)這一問題的完善做如下簡(jiǎn)要分析：

1、同步數(shù)字集成電路

在當(dāng)前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中，最常用的方法為同步方法，這一方法除了能最大限度的發(fā)揮出集成電路的優(yōu)勢(shì)外，還具備高度的可靠性。但在實(shí)際應(yīng)用中，所謂的同步，具體是指該電路系統(tǒng)在實(shí)際影響中，其所包含的觸發(fā)器都能在一個(gè)公共時(shí)鐘的控制下進(jìn)行運(yùn)行。結(jié)合同步電路的整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部構(gòu)造主要由組合電路、時(shí)序電路及時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)等三個(gè)方面構(gòu)成。這三者之間有著相輔相成、缺一不可的關(guān)系。集成電路在很大程度上與組成電路之間存在著較大的差別，組合電路能夠隨時(shí)輸出穩(wěn)定狀態(tài)，而集成電路則不行。此外，在整個(gè)集成電路中，時(shí)鐘偏移的出現(xiàn)，在擾亂整個(gè)時(shí)序單元的同時(shí)，還會(huì)使整個(gè)集成電路的內(nèi)部處于混亂狀態(tài)，甚至在情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)癱瘓，這些，都需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行考慮，并對(duì)其進(jìn)行完善。換而言之，在整個(gè)同步數(shù)字集成電路的實(shí)際運(yùn)行中，要想從根本上保證電路的運(yùn)行秩序，其核心在于保證各個(gè)時(shí)序單元的時(shí)鐘信號(hào)處于正確狀態(tài)，只有這樣才能得到正確的邏輯值，從而確保整個(gè)電路功能的正確發(fā)揮。

2、時(shí)鐘偏移

在整個(gè)同步數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中，若使用邊沿觸發(fā)式觸發(fā)器的同步系統(tǒng)，則必須要求所有的觸發(fā)器都在同一時(shí)刻對(duì)時(shí)鐘出發(fā)沿進(jìn)行接收，并以此來確保集成系統(tǒng)的正常運(yùn)行。若單純的從理論角度出發(fā)，電路中的觸發(fā)器所使用的都是同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，但其中一個(gè)觸發(fā)器接收到的時(shí)鐘信號(hào)要比另外一個(gè)的時(shí)間晚很多。換而言之，即同一信號(hào)在發(fā)出后，到達(dá)的時(shí)間不同，這就是所謂的時(shí)鐘偏移。但在實(shí)際應(yīng)用中，若出現(xiàn)最大傳遞延時(shí)的狀況，則能從很大程度上反應(yīng)出信號(hào)出現(xiàn)了變化，且最慢的接收器也會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)這種變化。而正是這種延時(shí)狀況，在很大程度上確定了電力的最大允許速度，即人們常說的最大傳遞延時(shí)。與之不同的是，最小傳遞延時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，能夠在很大程度上表示輸入時(shí)間的變化，一旦輸出時(shí)間出現(xiàn)了變化，則其中傳遞的時(shí)間都會(huì)受到影響。但與最大傳遞延時(shí)相比，這種延時(shí)所造成的影響要小的多，因而在一定程度上更適合應(yīng)用到時(shí)鐘偏移的研究中。

3、時(shí)鐘偏移分析

科研人員在整個(gè)同步數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)研究中，受時(shí)鐘信號(hào)的影響，在考慮整個(gè)電路時(shí)序單元的同時(shí)，還需要電路設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)考慮進(jìn)去。從現(xiàn)有的集成電路設(shè)計(jì)方案能夠得出，在引起時(shí)鐘偏移的眾多原因中，導(dǎo)線長度及負(fù)載的不均衡是引起時(shí)鐘偏移的主要因素；再加上串?dāng)_（即一根信號(hào)線的能量串入到另一根信號(hào)線中）因素的影響，都會(huì)在很大程度上引起時(shí)鐘偏移的現(xiàn)象。在大型 PCBO或ASICO專用集成電路設(shè)計(jì)中,通常難以找到可能引起時(shí)鐘偏移的所有原因。所以,大多數(shù)ASIC制造商都要求設(shè)計(jì)者提供額外的建立和保持時(shí)間容限,但在這些應(yīng)用中，其時(shí)間容限往往存在與系統(tǒng)內(nèi)部的延遲部位，這些部位都會(huì)因時(shí)間延遲而引起相應(yīng)的后果。面對(duì)當(dāng)前集成電路研究步伐的加快，時(shí)鐘偏移的大小與極性都會(huì)對(duì)整個(gè)集成電路的穩(wěn)定性及功能性造成影響，與此同時(shí)，任意兩個(gè)相對(duì)的時(shí)序在運(yùn)行中，其相鄰的寄存器都會(huì)受自身極性的影響，出現(xiàn)顫抖，這些都會(huì)影響時(shí)鐘的正常運(yùn)行，并由此導(dǎo)致時(shí)鐘不確定因素的出現(xiàn)，而這些，都需要科研人員對(duì)整個(gè)時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)的分析，確保集成電路的順利運(yùn)行。

4、結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前同步數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的研究中，時(shí)鐘偏移作為最常見的問題之一，在影響整個(gè)集成電路正常運(yùn)行的同時(shí)，還會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能造成影響。在完善這一問題的過程中，設(shè)計(jì)人員只有在了解時(shí)鐘偏移產(chǎn)生的機(jī)理上，才能采取相應(yīng)的措施來緩解這一現(xiàn)象。這就需要設(shè)計(jì)人員能夠結(jié)合著我國集成電路發(fā)展的基礎(chǔ)，不斷學(xué)習(xí)國外集成電路的研究技術(shù)，將其運(yùn)用到我國的實(shí)際發(fā)展中，在推動(dòng)集成電路發(fā)展的同時(shí)，還能為其今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]殷瑞祥,郭镕,陳敏.同步數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘樹分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,(06).

篇2

關(guān)鍵詞：集成電路專業(yè)；實(shí)踐技能；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-0845（2012）09-0102-02

集成電路產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國家安全的新戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確將集成電路作為新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)決定了集成電路專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該具有很高的工程素質(zhì)和實(shí)踐能力。然而，目前很多應(yīng)屆畢業(yè)生實(shí)踐技能較弱，走出校園后普遍還不具備直接參與集成電路設(shè)計(jì)的能力。其主要原因是一些高校對(duì)集成電路專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重視程度不夠，技能培養(yǎng)目標(biāo)和內(nèi)容不明確，導(dǎo)致培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加強(qiáng)集成電路專業(yè)對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、集成電路專業(yè)實(shí)踐技能培養(yǎng)的目標(biāo)

集成電路專業(yè)是一門多學(xué)科交叉、高技術(shù)密集的學(xué)科，工程性和實(shí)踐性非常強(qiáng)。其人才培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)熟悉模擬電路、數(shù)字電路、信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，以及集成電路制造的整個(gè)工藝流程，掌握集成電路設(shè)計(jì)基本理論和基本設(shè)計(jì)方法，掌握常用集成電路設(shè)計(jì)軟件工具，具有集成電路設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、測(cè)試及電子系統(tǒng)開發(fā)能力，能夠從事相關(guān)領(lǐng)域前沿技術(shù)工作的應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才。

根據(jù)集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，我們明確了集成電路專業(yè)的核心專業(yè)能力為：模擬集成電路設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、射頻集成電路設(shè)計(jì)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)四個(gè)方面。圍繞這四個(gè)方面的核心能力，集成電路專業(yè)人才實(shí)踐技能培養(yǎng)的主要目標(biāo)應(yīng)確定為：掌握常用集成電路設(shè)計(jì)軟件工具，具備模擬集成電路設(shè)計(jì)能力、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)能力、射頻集成電路設(shè)計(jì)能力、集成電路版圖設(shè)計(jì)能力以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力。

二、集成電路專業(yè)實(shí)踐技能培養(yǎng)的內(nèi)容

1.電子線路應(yīng)用模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生具有模擬電路、數(shù)字電路和信號(hào)處理等方面的應(yīng)用能力。其課程主要包含模擬電路、數(shù)字電路、電路分析、模擬電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)以及電路分析實(shí)驗(yàn)等。

2.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式軟件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的前沿知識(shí)，具備能夠從事面向應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。其課程主要有C語言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理、單片機(jī)實(shí)訓(xùn)、傳感器原理、傳感器接口電路設(shè)計(jì)、FPGA原理與應(yīng)用及SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

3.集成電路制造工藝模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生熟悉半導(dǎo)體集成電路制造工藝流程，掌握集成電路制造各工序工藝原理和操作方法，具備一定的集成電路版圖設(shè)計(jì)能力。其課程主要包含半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體材料、集成電路專業(yè)實(shí)驗(yàn)、集成電路工藝實(shí)驗(yàn)和集成電路版圖設(shè)計(jì)等。

4.模擬集成電路設(shè)計(jì)模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法，熟悉模擬集成電路設(shè)計(jì)流程，熟練使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具備運(yùn)用常用的集成電路EDA軟件工具從事模擬集成電路設(shè)計(jì)的能力。其課程主要包含模擬電路、半導(dǎo)體物理、CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)、集成電路CAD設(shè)計(jì)、集成電路工藝原理、VLSI集成電路設(shè)計(jì)方法和混合集成電路設(shè)計(jì)等。此外，還包括Synopsis認(rèn)證培訓(xùn)相關(guān)課程。

5.數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法，具備運(yùn)用常用的集成電路EDA軟件工具從事數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的能力。其課程主要包含數(shù)字電路、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、硬件描述語言、VLSI測(cè)試技術(shù)、ASIC設(shè)計(jì)綜合和時(shí)序分析等。

6.射頻集成電路設(shè)計(jì)模塊。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握射頻集成電路設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法，具備運(yùn)用常用的集成電路EDA軟件工具從事射頻集成電路設(shè)計(jì)的能力。其課程主要包含CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)、電磁場(chǎng)技術(shù)、電磁場(chǎng)與

天線和通訊原理等。

在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、安排上要符合認(rèn)識(shí)規(guī)律，由易到難，由淺入深，充分考慮學(xué)生的理論知識(shí)基礎(chǔ)與基本技能的訓(xùn)練，既要有利于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與意識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新進(jìn)取的科學(xué)精神，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又要保證基礎(chǔ)，注重發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，強(qiáng)化綜合和創(chuàng)新。因此，在集成電路專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排上，應(yīng)減少緊隨理論課開設(shè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比例，增加綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，使學(xué)有余力的學(xué)生能發(fā)揮潛能，有利于因材施教。

三、集成電路專業(yè)實(shí)踐技能培養(yǎng)的策略

1.改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。學(xué)校應(yīng)抓住教育部本科教學(xué)水平評(píng)估的機(jī)會(huì)，加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的經(jīng)費(fèi)投入，加大實(shí)驗(yàn)室軟、硬件建設(shè)力度。同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室制度建設(shè)，制訂修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)文件，修訂完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和指導(dǎo)。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。應(yīng)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，科學(xué)安排課程實(shí)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給學(xué)生充分的自由空間，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考應(yīng)該怎樣做，使實(shí)驗(yàn)成為可以激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的結(jié)合點(diǎn)，為學(xué)生創(chuàng)新提供條件。應(yīng)注重利用多媒體技術(shù)來豐富和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，如借助實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)，利用仿真技術(shù)，加強(qiáng)新技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，使學(xué)生增加對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。

3.加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。高水平的實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍，是確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵。應(yīng)制定完善的有利于實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)的制度，對(duì)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的人員數(shù)量編制、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，從職稱、待遇等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍予以傾斜，保證實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的穩(wěn)定和發(fā)展。

4.保障實(shí)習(xí)基地建設(shè)，增加就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。開展校內(nèi)外實(shí)習(xí)是提高學(xué)生實(shí)踐技能的重要手段。

實(shí)習(xí)基地是學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)、提高實(shí)踐技能的重要場(chǎng)所，對(duì)集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)起著重要作用。學(xué)校應(yīng)積極聯(lián)系那些具有一定實(shí)力并且在行業(yè)中有一定知名度的企業(yè)，給能夠提供實(shí)習(xí)場(chǎng)所并愿意支持學(xué)校完成實(shí)習(xí)任務(wù)的單位掛實(shí)習(xí)基地牌匾。另外，可以把企業(yè)請(qǐng)進(jìn)來，聯(lián)合構(gòu)建集成電路專業(yè)校內(nèi)實(shí)踐基地，把企業(yè)和高校的資源最大限度地整合起來，實(shí)現(xiàn)在校教育與產(chǎn)業(yè)需求的無縫聯(lián)接。

5.重視畢業(yè)設(shè)計(jì)，全面提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)是集成電路專業(yè)教學(xué)中最重要的一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)工作一般都被安排在最后一個(gè)學(xué)期，此時(shí)學(xué)生面臨找工作和準(zhǔn)備考研復(fù)試的問題，畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間和質(zhì)量有時(shí)很難保證。為了進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，應(yīng)讓學(xué)生從大學(xué)四年級(jí)上半學(xué)期就開始畢業(yè)設(shè)計(jì)，因?yàn)槟菚r(shí)學(xué)生已經(jīng)完成基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，部分完成專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而專業(yè)課教師往往就是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師，在此時(shí)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，一方面可以和專業(yè)課學(xué)習(xí)緊密結(jié)合起來，另一方面便于指導(dǎo)教師加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的教育和督促。

選題是畢業(yè)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過選題來確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向和主要內(nèi)容，是做好畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，決定著畢業(yè)設(shè)計(jì)的效果。因此教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)應(yīng)從幫助學(xué)生選好設(shè)計(jì)題目開始。集成電路專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題要符合本學(xué)科研究和發(fā)展的方向，在選題過程中要注重培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，可以讓學(xué)生們適當(dāng)?shù)貐⑴c教師的科研活動(dòng)，以激發(fā)其專業(yè)課學(xué)習(xí)的熱情，在科研實(shí)踐中發(fā)揮和鞏固專業(yè)知識(shí)，提高實(shí)踐能力。

6.全面考核評(píng)價(jià)，科學(xué)檢驗(yàn)技能培養(yǎng)的效果。實(shí)踐技能考核是檢驗(yàn)實(shí)踐培訓(xùn)效果的重要手段。相比理論教學(xué)的考核，實(shí)踐教學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn)不易把握，操作困難，因此各高校普遍缺乏對(duì)實(shí)踐教學(xué)的考核，影響了實(shí)踐技能培養(yǎng)的效果。集成電路專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐技能培養(yǎng)貫穿于大學(xué)四年，每個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)都應(yīng)進(jìn)行科學(xué)的考核，既要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核，也要加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的考核。

對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核可以分為事中考核和事后考核。事中考核是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行過程中進(jìn)行的質(zhì)量監(jiān)控，教師要對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作表現(xiàn)、學(xué)術(shù)態(tài)度以及參與程度等進(jìn)行評(píng)價(jià)；事后考核是指實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)。這兩部分構(gòu)成實(shí)驗(yàn)課考核成績，并于期末計(jì)入課程總成績。這樣做使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度大大提高，能夠有效地提高實(shí)驗(yàn)課效果。此外，還可將學(xué)生結(jié)合教師的科研開展實(shí)驗(yàn)的情況計(jì)入實(shí)驗(yàn)考核。

7.借助學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新能力。集成電路專業(yè)的學(xué)科競(jìng)賽是通過針對(duì)基本理論知識(shí)以及解決實(shí)際問題的能力設(shè)計(jì)的、以學(xué)生為參賽主體的比賽。學(xué)科競(jìng)賽能夠在緊密結(jié)合課堂教學(xué)或新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以競(jìng)賽的方式培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，引導(dǎo)學(xué)生通過完成競(jìng)賽任務(wù)來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及研究的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神。

在參加競(jìng)賽的整個(gè)過程中，學(xué)生不僅需要對(duì)學(xué)習(xí)過的若干門專業(yè)課程進(jìn)行回顧，靈活運(yùn)用，還要查閱資料、搜集信息，自主提出設(shè)計(jì)思想和解決問題的辦法，既檢驗(yàn)了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，又促使學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)，最終使學(xué)生的動(dòng)手能力、自學(xué)能力、科學(xué)思維能力和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力都得到不斷的提高。而教師通過考察學(xué)生在參賽過程中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，認(rèn)真總結(jié)參賽經(jīng)驗(yàn)，分析由此暴露出的相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)的問題和不足，能夠相應(yīng)地改進(jìn)教學(xué)方法與內(nèi)容，有利于提高技能教學(xué)的有效性。

此外，還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極申報(bào)校內(nèi)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目，通過這些項(xiàng)目的研究可以極大地提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)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(huì)對(duì)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(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)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(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。

二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時(shí)序庫、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)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(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)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(jì)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(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)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(gè)問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)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(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。

三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】集成電路； 生產(chǎn)； 測(cè)試； 技術(shù)

集成電路測(cè)試貫穿在集成電路設(shè)計(jì)、芯片生產(chǎn)、封裝以及集成電路應(yīng)用的全過程，因此，測(cè)試在集成電路生產(chǎn)成本中占有很大比例。而在測(cè)試過程中，測(cè)試向量的生成又是最主要和最復(fù)雜的部分，且對(duì)測(cè)試效率的要求也越來越高，這就要求有性能良好的測(cè)試系統(tǒng)和高效的測(cè)試算法。

一、數(shù)字集成電路測(cè)試的基本概念

根據(jù)有關(guān)數(shù)字電路的測(cè)試技術(shù)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取決于數(shù)字邏輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)字電路的模型，因此測(cè)試輸入信號(hào)和觀察設(shè)備必須根據(jù)被測(cè)試系統(tǒng)來決定。我們將數(shù)字電路的可測(cè)性定義如下：對(duì)于數(shù)字電路系統(tǒng)，如果每一個(gè)輸出的完備信號(hào)都具有邏輯結(jié)構(gòu)唯一的代表性，輸出完備信號(hào)集合具有邏輯結(jié)構(gòu)覆蓋性，則說系統(tǒng)具有可測(cè)性。

二、數(shù)字集成電路測(cè)試的特點(diǎn)

（一）數(shù)字電路測(cè)試的可控性 系統(tǒng)的可靠性需要每一個(gè)完備輸入信號(hào)，都會(huì)有一個(gè)完備輸出信號(hào)相對(duì)性。也就是說，只要給定一個(gè)完備信號(hào)作為輸入，就可以預(yù)知系統(tǒng)在此信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)。換句話說，對(duì)于可控性數(shù)字電路，系統(tǒng)的行為完全可以通過輸入進(jìn)行控制。從數(shù)字邏輯系統(tǒng)的分析理論可以看出，具有可控性的數(shù)字電路，由于輸入與輸出完備信號(hào)之間存在一一映射關(guān)系，因此可以根據(jù)完備信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到相應(yīng)的邏輯。

（二）數(shù)字電路測(cè)試的可測(cè)性 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，是要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的邏輯行為功能，為了證明數(shù)字電路的邏輯要求，就必須對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，通過測(cè)試結(jié)果來證明設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性。如果一個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上屬于優(yōu)秀，從理論上完成了對(duì)應(yīng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，但卻無法用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明證實(shí)，則這個(gè)設(shè)計(jì)是失敗的。因此，測(cè)試對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說是十分重要的。從另一個(gè)角度來說，測(cè)試就是指數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)和邏輯行為能否被觀察到，同時(shí)，所有的測(cè)試結(jié)果必須能與數(shù)字電路的邏輯結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。也就是說，測(cè)試的結(jié)果必須具有邏輯結(jié)構(gòu)代表性和邏輯結(jié)構(gòu)覆蓋性。

三、數(shù)字電路測(cè)驗(yàn)的作用

與其它任何產(chǎn)品一樣，數(shù)字電路產(chǎn)出來以后要進(jìn)行測(cè)試，以便確認(rèn)數(shù)字電路是否滿足要求。數(shù)字電路測(cè)試至少有以下三個(gè)方面的作用：

（一）設(shè)計(jì)驗(yàn)證 今天數(shù)字電路的規(guī)模已經(jīng)很大，無論是從經(jīng)濟(jì)的角度，還是從時(shí)間的角度，都不允許我們?cè)谝粋€(gè)芯片制造出來之后，才用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法對(duì)這個(gè)“樣機(jī)”進(jìn)行測(cè)試，而必須是在計(jì)算機(jī)上用測(cè)試的方法對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣既省錢，又省力。

（二）產(chǎn)品檢驗(yàn) 數(shù)字電路生產(chǎn)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致數(shù)字電路不合格。因此，在數(shù)字電路生產(chǎn)的全過程中均需要測(cè)試。產(chǎn)品只有經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試后才能出廠。組裝廠家對(duì)于買進(jìn)來的各種數(shù)字電路或其它元件，在它們被裝入系統(tǒng)之前也經(jīng)常進(jìn)行測(cè)試。

（三）運(yùn)行維護(hù) 為了保證運(yùn)行中的系統(tǒng)能可靠地工作，必須定期或不定期地進(jìn)行維護(hù)。而維護(hù)之前首先要進(jìn)行測(cè)試，看看是否存在故障。如果系統(tǒng)存在故障，則還需要進(jìn)行故障定位，至少需要知道故障出現(xiàn)在那一塊電路板上，以便進(jìn)行維修或更換。

由此可以看出，數(shù)字電路測(cè)試貫穿在數(shù)字電路設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的全過程，被認(rèn)為是數(shù)字電路產(chǎn)業(yè)中一個(gè)重要的組成部分。有人預(yù)計(jì)，到2016年，IC測(cè)試所需的費(fèi)用將在設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試總費(fèi)用中占80%-90%的比例。

四、數(shù)字電路測(cè)試方法概述

（一）驗(yàn)證測(cè)試 當(dāng)一款新的芯片第一次被設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出來時(shí)，首先要接受驗(yàn)證測(cè)試。在這一階段，將會(huì)進(jìn)行全面的功能測(cè)試和交流（AC）及直流（DC）參數(shù)測(cè)試。通過驗(yàn)證測(cè)試，可以診斷和修改設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，測(cè)量出芯片的各種電氣參數(shù)，并開發(fā)出將在生產(chǎn)中使用的測(cè)試流程。

（二）生產(chǎn)測(cè)試 當(dāng)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方案通過了驗(yàn)證測(cè)試，進(jìn)入量產(chǎn)階段之后，將利用前一階段調(diào)試好的流程進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試。生產(chǎn)測(cè)試的目的就是要明確地做出被測(cè)數(shù)字電路是否通過測(cè)試的決定。因?yàn)槊繅K數(shù)字電路都要進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，所以降低測(cè)試成本是這一階段的首要問題。因此，生產(chǎn)測(cè)試所使用的測(cè)試輸入數(shù)（測(cè)試集）要盡可能的小，同時(shí)還必須有足夠高的故障覆蓋率。

（三）老化測(cè)試 每一塊通過了生產(chǎn)測(cè)試的數(shù)字電路并不完全相同，其中有一些可能還有這樣或那樣的問題，只是我們暫時(shí)還沒有發(fā)現(xiàn)，最典型的情況就是同一型號(hào)數(shù)字電路的使用壽命大不相同。老化測(cè)試為了保證產(chǎn)品的可靠性，通過調(diào)高供電電壓、延長測(cè)試時(shí)間、提高運(yùn)行環(huán)境溫度等方式，將不合格的數(shù)字電路篩選出來。

（四）接受測(cè)試 當(dāng)數(shù)字電路送到用戶手中后，用戶將進(jìn)行再一次的測(cè)試。如系統(tǒng)集成商在組裝系統(tǒng)之前，會(huì)對(duì)買回來的數(shù)字電路和其它各個(gè)部件進(jìn)行測(cè)試。只有確認(rèn)無誤后，才能把它們裝入系統(tǒng)。

五、數(shù)字電路測(cè)試的設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，檢測(cè)一個(gè)故障并排除它，所需要的代價(jià)若以芯片級(jí)為1的話，則電路板級(jí)為10，系統(tǒng)級(jí)為102，使用現(xiàn)場(chǎng)級(jí)為103。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)集成電路的測(cè)試變得越來越困難。雖然對(duì)測(cè)試?yán)碚摵头椒ǖ难芯恳恢睕]有間斷或停止，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足集成電路發(fā)展的需求。過去先由設(shè)計(jì)人員根據(jù)功能、速度和電性能要求來設(shè)計(jì)電路，然后再由測(cè)試人員根據(jù)已設(shè)計(jì)好的電路制定測(cè)試方案，這種傳統(tǒng)的做法已經(jīng)不能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的需求。

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關(guān)鍵詞： 嵌入式應(yīng)用 教學(xué)體系 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

嵌入式技術(shù)是21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。嵌入式技術(shù)的發(fā)展，是當(dāng)今新型技術(shù)時(shí)代的一個(gè)重大標(biāo)志。

在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC時(shí)代，技術(shù)的飛速進(jìn)步及市場(chǎng)對(duì)高端智能產(chǎn)品需求的日趨增長，8/16位微處理器已無法滿足高端智能產(chǎn)品對(duì)微處理器性能的最低要求。而32位嵌入式微處理器因其高主頻、低功耗、高性價(jià)比、可運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)等特點(diǎn)，已經(jīng)在高端智能產(chǎn)品、工業(yè)控制、信息家電等領(lǐng)域已取得了廣泛應(yīng)用[1，2]。

近年來，在電子信息學(xué)科單片機(jī)原理及應(yīng)用課程、16位及32位微機(jī)原理及接口電路等課程的教學(xué)中，仍以匯編語言、接口編程等作為主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授，現(xiàn)有課程內(nèi)容、教學(xué)設(shè)施和教學(xué)手段與現(xiàn)今嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)，技術(shù)差距在不斷加大，傳統(tǒng)的課程體系和教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。為此，更新嵌入式應(yīng)用相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行課程改革和實(shí)驗(yàn)建設(shè)迫在眉睫。

1.循序漸進(jìn)，構(gòu)建三位一體的課程群體系

目前嵌入式應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)主要有三種形式：面向?qū)崟r(shí)性要求較低、無需多線程的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，一般選用單片機(jī)等8位或16位處理器的解決方案，適用于低端應(yīng)用場(chǎng)合；面向處理速度較快、需要操作系統(tǒng)支持的場(chǎng)合，可選用基于FPGA或ARM的片上系統(tǒng)（SOC）的解決方案，適用于高端應(yīng)用場(chǎng)合；而在如汽車電子、航空航天等工業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合，一般自主開發(fā)專用數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用[3]。

圖1 嵌入式應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)形式

嵌入式應(yīng)用課程群針對(duì)這三個(gè)方向開設(shè)三門主干課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用、片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，《單片機(jī)原理與應(yīng)用》以8051為代表，主要講授8位微處理器的結(jié)構(gòu)和工作原理，讓學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)形成基本概念，學(xué)習(xí)一般微處理器的指令集、工作原理、硬件配置和軟件開發(fā)。《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》以FPGA為平臺(tái)，著重講授SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在先修課程的基礎(chǔ)上逐步深入，讓學(xué)生從這門課程的講授中既能學(xué)習(xí)到實(shí)用性較強(qiáng)的簡(jiǎn)單數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)，又能接觸到如底層驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等嵌入式應(yīng)用的前沿技術(shù)。最后，特別針對(duì)本專業(yè)微電子的專業(yè)特點(diǎn)，開設(shè)《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》，專門講授嵌入式處理器數(shù)字IC的開發(fā)和使用，培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)具有自主系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式專用IC芯片的能力，形成本專業(yè)特色鮮明的培養(yǎng)模式。

圖2 嵌入式應(yīng)用課程群體系

2.教學(xué)科研并重，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

嵌入式領(lǐng)域的技術(shù)更新?lián)Q代速度十分的快，因此，要求教師在教學(xué)過程中不斷跟蹤新技術(shù)，更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。在“嵌入式應(yīng)用”課程群建設(shè)的過程中，我們將課程的教學(xué)內(nèi)容和教師所承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目中所獲得的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合起來，在每個(gè)輪次的教學(xué)中，都會(huì)根據(jù)目前最新的前沿技術(shù)，加入一部分新的教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到更好地提升學(xué)生知識(shí)水平的效果。我們編寫了適合我校辦學(xué)特色的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）指導(dǎo)書、PPT教學(xué)課件、AVI視頻教學(xué)動(dòng)畫等教學(xué)資料。目前，課程群中三門課程在教學(xué)內(nèi)容和方法方面都進(jìn)行了有益的探索。

（1）《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程采用目前工程實(shí)踐廣泛采用的C程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行描述，改變了以往使用匯編語言講授枯燥、乏味的特點(diǎn)，更易于學(xué)生理解和實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，我們還在課堂教學(xué)中引入了Proteus單片機(jī)仿真軟件進(jìn)行案例教學(xué)。在講授完單片機(jī)的基本原理之后，教師以講授實(shí)際案例為手段訓(xùn)練學(xué)生對(duì)于各知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用能力[4]。在此過程中，學(xué)生與教師同步在課堂中用自己的計(jì)算機(jī)完成案例的復(fù)現(xiàn)，并用Proteus仿真軟件驗(yàn)證程序運(yùn)行的實(shí)際效果。應(yīng)用案例教學(xué)法，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是一味地聽，而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際動(dòng)手實(shí)踐，在實(shí)踐中嘗試、總結(jié)和提升，學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著強(qiáng)化。

（2）《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》是一門新開課程，主要講授Nios II軟核處理器的體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備和SOPC系統(tǒng)的開發(fā)流程。在課程內(nèi)容上，側(cè)重嵌入式處理器的應(yīng)用而非原理，避免與單片機(jī)課程重復(fù)。在上一學(xué)期學(xué)生學(xué)習(xí)過單片機(jī)課程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講授SDRAM存儲(chǔ)器、Flash存儲(chǔ)器、UART接口等低端單片機(jī)系統(tǒng)不涉及的內(nèi)容和應(yīng)用實(shí)例。在教學(xué)方法上，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)例為主體，介紹軟硬件的開發(fā)流程，開發(fā)環(huán)境的使用和編程思想，使學(xué)生循序漸進(jìn)，逐步深入[5]。例如：設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)陣顯示屏控制器，圍繞這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生熟悉構(gòu)建SOPC系統(tǒng)所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三態(tài)橋、定時(shí)器、鎖相環(huán)、自定義點(diǎn)陣等外設(shè)的特點(diǎn)和編程方法。這種教學(xué)方法將學(xué)習(xí)的難點(diǎn)分散到各個(gè)任務(wù)中，能使學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)深刻理解所學(xué)內(nèi)容。

（3）《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》課程以Verilog語言設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，從最簡(jiǎn)單的邏輯電路設(shè)計(jì)開始，逐步深入復(fù)雜的微處理器電路設(shè)計(jì)。在教學(xué)內(nèi)容上，針對(duì)嵌入式應(yīng)用課程群的特點(diǎn)，圍繞微處理器的主要結(jié)構(gòu)如ALU、ROM、寄存器組、RISC模型機(jī)等電路的原理和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行講授，學(xué)生在經(jīng)過這門課程的學(xué)習(xí)后，可以掌握自己動(dòng)手開發(fā)一塊具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用嵌入式處理器芯片的能力。

3.開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

應(yīng)用型本科人才并不是“狹窄于技術(shù)”的工匠，應(yīng)具有開放的辯證思維和創(chuàng)新精神。在嵌入式課程群實(shí)踐體系的建設(shè)過程中，除了開設(shè)常規(guī)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以外，在《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》和《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)中開設(shè)了一系列的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這些課題來源于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和科研項(xiàng)目，由學(xué)生自行提出可行的設(shè)計(jì)方案，與指導(dǎo)老師共同討論后實(shí)施，整個(gè)過程由學(xué)生主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力。我們將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為以下三類。

（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。主要是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)下將理論課上所掌握的知識(shí)和概念通過實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行鞏固，通過直觀、具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論結(jié)果，熟悉軟件使用方法和設(shè)計(jì)流程。包括PWM直流電機(jī)控制、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備字符串流控制、PIO控制流水燈、自定義外設(shè)點(diǎn)陣控制等實(shí)驗(yàn)。

（2）綜合性實(shí)驗(yàn)。這部分實(shí)驗(yàn)區(qū)別于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，并不給出具體的實(shí)驗(yàn)過程，只給出基本原理和大致方案，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，周全考慮，自行確定具體的實(shí)驗(yàn)步驟和方法。這部分實(shí)驗(yàn)往往涉及多門知識(shí)點(diǎn)甚至是多門課程，包括無線溫度數(shù)據(jù)采集、μC-OS多任務(wù)操作系統(tǒng)、觸摸屏人機(jī)交互等實(shí)驗(yàn)。

（3）創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。這部分實(shí)驗(yàn)主要面向部分基礎(chǔ)知識(shí)過硬、動(dòng)手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生，利用課外時(shí)間提高他們?cè)谇度胧綉?yīng)用方面的實(shí)際能力。這類實(shí)驗(yàn)以省、校兩級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目為載體，不拘泥于理論和實(shí)驗(yàn)課程的范圍，由學(xué)生自主選題，形成創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，由團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)。我們成立了開放的嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室由老師、實(shí)驗(yàn)員和高年級(jí)學(xué)生共同值班，學(xué)生可以隨時(shí)申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。通過這種形式的鍛煉，嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)在省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國電子專業(yè)人才設(shè)計(jì)與技能大賽中都取得了優(yōu)異成績。

4.結(jié)語

嵌入式應(yīng)用課程群經(jīng)過以上所述課程體系的調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的豐富及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，不斷增加新知識(shí)，改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，通過課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)科研的結(jié)合，在學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)方面進(jìn)行了有益嘗試和探索。未來我們將在深化教學(xué)改革的過程中不斷探索，不斷完善，探索出一套適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的嵌入式應(yīng)用教學(xué)培養(yǎng)模式。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

關(guān)鍵詞 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)；實(shí)習(xí)基地；定向培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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，國務(wù)院印發(fā)《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》（國發(fā)2000〔18號(hào)〕），明確提出軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的重要基礎(chǔ)[1]。大力發(fā)展我國集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)，是克服我國集成電路人才短缺，抓緊培養(yǎng)集成電路專業(yè)人才方面的重大舉措。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國家和企業(yè)對(duì)集成電路各類人才的需求越來越多，對(duì)人才的要求也越來越高，這些都對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。高等學(xué)校在人才培養(yǎng)的模式上必須進(jìn)行有效的改革，校企合作體制的實(shí)施和更深層次的建設(shè)是高校人才培養(yǎng)模式改革的重要方面之一。通過校企合作體制的開展和教學(xué)質(zhì)量的不斷提高，使畢業(yè)生在準(zhǔn)備就業(yè)的時(shí)候不僅具有深厚的理論功底，而且能夠?qū)W習(xí)和掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件，具有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)和解決實(shí)際問題的能力，了解行業(yè)背景和企業(yè)需求，為培養(yǎng)直接上崗型人才打下了良好的基礎(chǔ)。

1 學(xué)校目前存在的問題

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是為國家和社會(huì)培養(yǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)人才的重要專業(yè)分類。河北大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)集成電路工藝和集成電路設(shè)計(jì)兩大類課程，其中集成電路設(shè)計(jì)又包括電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。通過兩年的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的講授，學(xué)生可以了解和掌握集成電路制造過程中的各種工藝加工工序（如硅片的清洗、氧化、光刻和擴(kuò)散等）、集成電路中常用的設(shè)計(jì)方法（如全定制、半定制、CPLD和FPGA等）和集成電路基本單元的版圖結(jié)構(gòu)（如電阻、電容、BJT管和MOS管等）。雖然在理論授課的基礎(chǔ)上也開設(shè)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，但是實(shí)驗(yàn)軟件落后，以及與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際相脫節(jié)的狀態(tài)十分嚴(yán)重。這里以集成電路版圖實(shí)驗(yàn)為例來加以說明。

在集成電路版圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，由于經(jīng)費(fèi)的限制，只能通過免費(fèi)或者低級(jí)的版圖繪制軟件來完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。由于使用軟件功能上的落后，沒有辦法讓學(xué)生更好地了解如何對(duì)版圖進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查和電學(xué)規(guī)則檢查，不能清楚地知道設(shè)計(jì)規(guī)程檢查文件，不明白版圖后仿真和電路圖與版圖的比較過程中需要注意哪些事項(xiàng)，不知道實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)元件的版圖繪制方法，只能簡(jiǎn)單地繪制出某個(gè)元器件的版圖，造成學(xué)生只是學(xué)習(xí)到了版圖設(shè)計(jì)中的一點(diǎn)兒皮毛，相關(guān)知識(shí)匱乏，不能很好地滿足企業(yè)的需求。

2 校企合作方案探索

實(shí)習(xí)基地的建立 2003年7月，教育部下發(fā)《教育部、科技部關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校建設(shè)國家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》，通知中要求高校要大力推進(jìn)“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”的教學(xué)改革[1]。為了培養(yǎng)應(yīng)用型的集成電路設(shè)計(jì)人才，了解企業(yè)需求，河北大學(xué)跟北京芯愿景軟件有限公司保定分公司簽訂了校企合作協(xié)議。這既能讓學(xué)生接觸到先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，增長自身技能，又能為企業(yè)培養(yǎng)所需的人才。

在簽訂了校企合作協(xié)議之后，雙方又制定了詳細(xì)的實(shí)習(xí)基地實(shí)施方案，主要從以下幾個(gè)方面入手。

首先，暑期畢業(yè)實(shí)習(xí)。學(xué)校的畢業(yè)生需要在大三之后大四之前的暑期進(jìn)入實(shí)習(xí)單位完成畢業(yè)實(shí)習(xí)的工作。實(shí)習(xí)基地建立之后，企業(yè)可以接納電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入單位實(shí)習(xí)并對(duì)學(xué)生提供培訓(xùn)。學(xué)生要嚴(yán)格按照企業(yè)的上下班制度等要求自己。在為期一個(gè)月的實(shí)習(xí)過程中，學(xué)生開闊了眼界，增長了見識(shí)，掌握了實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)元件的版圖實(shí)現(xiàn)方法，明白了集成電路產(chǎn)業(yè)中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用和實(shí)現(xiàn)方法，為就業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

其次，雙向選擇，深入了解。在暑假畢業(yè)實(shí)習(xí)完成之后，企業(yè)對(duì)實(shí)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行了綜合評(píng)定，學(xué)生也對(duì)企業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。通過雙向選擇的方式，學(xué)生可以在大四下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)入實(shí)習(xí)基地進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)行雙導(dǎo)師制，由學(xué)校的指導(dǎo)教師和企業(yè)的指導(dǎo)教師共同指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文，保障學(xué)生能夠順利畢業(yè)。這既能增加學(xué)生的工作經(jīng)驗(yàn)，又能為企業(yè)本身培養(yǎng)所需的人才。

最后，除本科生的實(shí)習(xí)以外，還對(duì)集成電路工程的碩士生制定了實(shí)習(xí)計(jì)劃，并聘請(qǐng)了北京芯愿景軟件有限公司的兩名高級(jí)工程師擔(dān)任學(xué)校的兼職碩士生導(dǎo)師，對(duì)集成電路工程專業(yè)的碩士生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。企業(yè)根據(jù)不同層次的學(xué)生提供不同的培訓(xùn)方案，以滿足各自的需要。

定向培養(yǎng)方案 校企合作的目的不僅僅是為了提高學(xué)生的能力，為就業(yè)打好基礎(chǔ)，也是為了為合作企業(yè)培養(yǎng)合格的人才，實(shí)現(xiàn)雙贏。因此，在專業(yè)課程教學(xué)過程中，根據(jù)校企合作協(xié)議以及市場(chǎng)對(duì)人才培養(yǎng)的需要，高校應(yīng)該適時(shí)地調(diào)整教學(xué)方案。結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，在本科教學(xué)過程中，從專業(yè)課開始到專業(yè)選修課，都融入了實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)用到的相關(guān)內(nèi)容。

如在數(shù)字集成電路原理與設(shè)計(jì)以及模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)兩個(gè)專業(yè)課的講授過程中，凡是涉及集成電路設(shè)計(jì)方法和版圖設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容時(shí)，都融入了芯愿景有限公司的相關(guān)書籍或資料作為補(bǔ)充內(nèi)容，讓學(xué)生更加直觀地了解企業(yè)在進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)時(shí)是如何進(jìn)行綜合考慮的。在數(shù)字集成電路綜合實(shí)驗(yàn)和集成電路CAD課程設(shè)計(jì)這兩門實(shí)驗(yàn)課中，采用芯愿景公司的軟件和素材進(jìn)行案例教學(xué)，讓學(xué)生直觀地感受到芯片制作過程中模塊安排、虛擬結(jié)構(gòu)單元、數(shù)字單元、模擬單元、有源器件、無源器件以及布局布線的相關(guān)知識(shí)，加深對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。在集成電路版圖設(shè)計(jì)和集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩門課程的開始過程中，從企業(yè)聘請(qǐng)了經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師進(jìn)入課堂幫助任課教師進(jìn)行理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

以上一系列的培養(yǎng)方案，使學(xué)生對(duì)集成電路設(shè)計(jì)流程有了更清楚的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生了解到了企業(yè)對(duì)畢業(yè)生的需求，為合作企業(yè)培養(yǎng)了所需的人才，使企業(yè)減少了招聘風(fēng)險(xiǎn)，降低了成本。

3 結(jié)束語

校企合作的實(shí)踐教學(xué)模式，帶給學(xué)生的不僅是對(duì)書本知識(shí)的深化和技能技巧的訓(xùn)練，更是一次記憶深刻的體驗(yàn)，是一次寫在記憶中的成長經(jīng)歷[2]。校企合作協(xié)議簽訂半年多來，經(jīng)過2009級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的檢驗(yàn)，學(xué)生深刻地感受到在理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的過程中自己還存在哪些方面的欠缺，校園里所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)際工作中發(fā)揮了哪些作用。實(shí)習(xí)經(jīng)歷雖然短暫，但是學(xué)生收獲頗豐，最終都找到了理想的工作。

筆者深信，隨著校企合作的進(jìn)一步開展和合作的進(jìn)一步深入，致力于把合作真真正正地落到實(shí)處，帶給學(xué)生的將是更加豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和待遇優(yōu)越的就業(yè)崗位，帶給企業(yè)的將是源源不斷的就業(yè)生力軍和企業(yè)品牌的進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)

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以集成電路為龍頭的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重要基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。國家高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,2000年,國務(wù)院頒發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》(18號(hào)文件),2011年1月28日,國務(wù)院了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》,2011年12月24日,工業(yè)和信息化部印發(fā)了《集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,我國集成電路產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。然而,我國的集成電路設(shè)計(jì)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。2013年,全國進(jìn)口產(chǎn)品金額最大的類別是集成電路芯片,超過石油進(jìn)口。2014年3月5日,國務(wù)院總理在兩會(huì)上的政府工作報(bào)告中,首次提到集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè),明確指出,要設(shè)立新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái),在新一代移動(dòng)通信、集成電路、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)制造、新能源、新材料等方面趕超先進(jìn),引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年6月,國務(wù)院頒布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》,加快推進(jìn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展,10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設(shè)計(jì)人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障。2010年,我國芯片設(shè)計(jì)人員達(dá)不到需求的10%,集成電路設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)前國內(nèi)高等院校的一個(gè)迫切任務(wù)[1]。為滿足市場(chǎng)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求,2001年,教育部開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)[2]。

我校2002年開設(shè)電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè),期間,由于專業(yè)調(diào)整,暫停招生。2012年,電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)恢復(fù)本科招生,主要專業(yè)方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)。為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,提出了集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[3]。本文根據(jù)培養(yǎng)模式要求,從課程體系設(shè)置、課程內(nèi)容優(yōu)化兩個(gè)方面對(duì)集成電路設(shè)計(jì)方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化。

一、專業(yè)課程體系存在的主要問題

1.不太重視專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)。“專業(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”是集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè)基礎(chǔ)課,為后續(xù)更好地學(xué)習(xí)專業(yè)方向課提供理論基礎(chǔ)。如果基礎(chǔ)不打扎實(shí),將導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時(shí)存在較大困難,更甚者將導(dǎo)致其學(xué)業(yè)荒廢。例如,如果沒有很好掌握MOS晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性,學(xué)生在后面學(xué)習(xí)CMOS模擬放大器和差分運(yùn)放電路時(shí)將會(huì)是一頭霧水,不可能學(xué)得懂。

但國內(nèi)某些高校將這些課程設(shè)置為選修課,開設(shè)較少課時(shí)量,學(xué)生不能全面、深入地學(xué)習(xí);有些院校甚至不開設(shè)這些課程[4]。比如,我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)就沒有開設(shè)“晶體管原理”這門課程,而是將其內(nèi)容合并到“模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”這門課程中去。

2.課程開設(shè)順序不合理。專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課和寬口徑專業(yè)課之間存在環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系,前者是后者的基礎(chǔ),后者是前者理論知識(shí)的具體應(yīng)用。并且,在各類專業(yè)課的內(nèi)部也存在這樣的關(guān)系。如果在前面的知識(shí)沒學(xué)好的基礎(chǔ)上,開設(shè)后面的課程,將直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)不懂,嚴(yán)重影響其學(xué)習(xí)積極性。例如:在某些高校的培養(yǎng)計(jì)劃中,沒有開設(shè)“半導(dǎo)體物理”,直接開設(shè)“晶體管原理”,造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)“晶體管原理”課程時(shí)沒有“半導(dǎo)體物理”課程的基礎(chǔ),很難進(jìn)入狀態(tài),學(xué)習(xí)興趣受到嚴(yán)重影響[5]。具體比如在學(xué)習(xí)MOS晶體管的工作狀態(tài)時(shí),如果沒有半導(dǎo)體物理中的能帶理論,就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念,以及閥值電壓與哪些因素有關(guān)。

3. 課程內(nèi)容理論性太強(qiáng),嚴(yán)重打擊學(xué)生積極性?！皩I(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”這些專業(yè)基礎(chǔ)課程本身理論性就很強(qiáng),公式推導(dǎo)較多,并且要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而我們有些教師在授課時(shí),過分強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)以及電路各性能參數(shù)的推導(dǎo),而不是側(cè)重于對(duì)結(jié)構(gòu)原理、工作機(jī)制和工作特性的掌握,使得學(xué)生(尤其是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生)學(xué)習(xí)起來很吃力,學(xué)習(xí)的積極性受到極大打擊[6]。

二、專業(yè)課程體系改革的主要措施

1“。 4+3+2”專業(yè)課程體系。形成“4+3+2”專業(yè)課程體系模式:“4”是專業(yè)基礎(chǔ)課“專業(yè)物理”、“半導(dǎo)體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”;“3”是專業(yè)方向課“集成電路原理與設(shè)計(jì)”、“集成電路工藝”和“集成電路設(shè)計(jì)CAD”;“2”是寬口徑專業(yè)課“集成電路應(yīng)用”、“集成電路封裝與測(cè)試”,實(shí)行主講教師負(fù)責(zé)制。依照整體優(yōu)化和循序漸進(jìn)的原則,根據(jù)學(xué)習(xí)每門專業(yè)課所需掌握的基礎(chǔ)知識(shí),環(huán)環(huán)相扣,合理設(shè)置各專業(yè)課的開課先后順序,形成先專業(yè)基礎(chǔ)課,再專業(yè)方向課,然后寬口徑專業(yè)課程的開設(shè)模式。

我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生實(shí)行信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式,也就是三個(gè)本科專業(yè)

大學(xué)一年級(jí)、二年級(jí)統(tǒng)一開設(shè)課程,主要開設(shè)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等課程,重在增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí),為各專業(yè)后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課的學(xué)習(xí)打下很好的理論基礎(chǔ)。從大學(xué)三年級(jí)開始,分專業(yè)開設(shè)專業(yè)課程。為了均衡電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生各學(xué)期的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),大學(xué)三年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)“理論物理導(dǎo)論”和“固體物理與半導(dǎo)體物理”兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中“固體物理與半導(dǎo)體物理”這門課程是將固體物理知識(shí)和半導(dǎo)體物理知識(shí)結(jié)合在一起,課時(shí)量為64學(xué)時(shí),由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù),其目的是既能讓學(xué)生掌握后續(xù)專業(yè)方向課學(xué)習(xí)所需要的基礎(chǔ)知識(shí),又不過分增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。大學(xué)三年級(jí)第二學(xué)期開設(shè)“電子器件基礎(chǔ)”、“集成電路原理與設(shè)計(jì)”、“集成電路設(shè)計(jì)CAD”和“微電子工藝學(xué)”等專業(yè)課程。由于“電子器件基礎(chǔ)”是其他三門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),為了保證學(xué)習(xí)的延續(xù)性,擬將“電子器件基礎(chǔ)”這門課程的開設(shè)時(shí)間定為學(xué)期的1~12周,而其他3門課程的開課時(shí)間從第6周開始,從而可以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)方向課時(shí)具有高的學(xué)習(xí)效率和大的學(xué)習(xí)興趣。另外,“集成電路原理與設(shè)計(jì)”課程設(shè)置96學(xué)時(shí),由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。并且,先講授“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”的內(nèi)容,課時(shí)量為48學(xué)時(shí),開設(shè)時(shí)間為6~17周;再講授“CMOS數(shù)字集成電路原理與設(shè)計(jì)”的內(nèi)容,課時(shí)量為48學(xué)時(shí),開設(shè)時(shí)間為8~19周。大學(xué)四年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)“集成電路應(yīng)用”和“集成電路封裝與測(cè)試技術(shù)”等寬口徑專業(yè)課程,并設(shè)置其為選修課,這樣設(shè)置的目的在于:對(duì)于有意向考研的同學(xué),可以減少學(xué)習(xí)壓力,專心考研;同時(shí),對(duì)于要找工作的同學(xué),可以更多了解專業(yè)方面知識(shí),為找到好工作提供有力保障。 2.優(yōu)化專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。由于我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生采用信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式,專業(yè)課程要在大學(xué)三年級(jí)才能開始開設(shè),時(shí)間緊湊。為實(shí)現(xiàn)我校集成電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)緊跟集成電路發(fā)展前沿、具有較強(qiáng)實(shí)用性和創(chuàng)新性的集成電路設(shè)計(jì)人才,需要對(duì)集成電路設(shè)計(jì)方向?qū)I(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。其學(xué)習(xí)重點(diǎn)應(yīng)該是掌握基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)、電路工作特性和電路分析基本方法等,而不是糾結(jié)于電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)。

在“固體物理與半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中,要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導(dǎo),側(cè)重于對(duì)基本原理及特性的物理意義的學(xué)習(xí),以免削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。MOS器件是目前集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此,在“晶體管原理”中應(yīng)當(dāng)詳細(xì)講授MOS器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性,而雙極型器件可以稍微弱化些。

對(duì)于專業(yè)方向課程,教師不但要講授集成電路設(shè)計(jì)方面的知識(shí),也要側(cè)重于集成電路設(shè)計(jì)工具的使用,以及基本的集成電路版圖知識(shí)、集成電路工藝流程,尤其是CMOS工藝等相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和社會(huì)適應(yīng)能力的重要環(huán)節(jié)。因此,在專業(yè)方向課程中要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)量。例如,在“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)”課程中,總課時(shí)量為48學(xué)時(shí)不變,理論課由原來的38學(xué)時(shí)減少至36學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)教學(xué)由原來的10學(xué)時(shí)增加至12個(gè)學(xué)時(shí)。36學(xué)時(shí)的理論課包含了單級(jí)運(yùn)算放大器、差分運(yùn)算放大器、無源/有源電流鏡、基準(zhǔn)電壓源電路、開關(guān)電路等多種電路結(jié)構(gòu)。12個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中2學(xué)時(shí)作為EDA工具學(xué)習(xí),留給學(xué)生10個(gè)學(xué)時(shí)獨(dú)自進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。從而保證學(xué)生更好地理解理論課所學(xué)知識(shí),融會(huì)貫通,有效地促進(jìn)教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

篇8

【關(guān)鍵詞】卓越工程師 培養(yǎng) 體系

【中圖分類號(hào)】G642【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1006－9682（2011）02－0020－02

福州大學(xué)于1970年開始招收微電子專業(yè)學(xué)生，為我省培養(yǎng)出第一批微電子專業(yè)人才，但由于歷史原因，80年代微電子學(xué)專業(yè)停辦了。為促進(jìn)福建省IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加速福建省集成電路專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，促進(jìn)閩臺(tái)兩岸IC產(chǎn)業(yè)對(duì)接和為海峽西岸創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有力的人才支撐，2007年2月，經(jīng)教育部批準(zhǔn)，福州大學(xué)復(fù)辦微電子學(xué)本科專業(yè)，依托福建省集成電路設(shè)計(jì)中心的公共服務(wù)平臺(tái)，建立起集教學(xué)、研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化功能于一體的國家集成電路人才培養(yǎng)基地。經(jīng)過這幾年的建設(shè)，微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、福建省集成電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等幾個(gè)平臺(tái)已建立起來，基本可滿足學(xué)生、老師學(xué)習(xí)與研究之用，但微電子的人才還很奇缺，培養(yǎng)的人才與社會(huì)的需求還有一定的差距，因此我們根據(jù)教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)微電子學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行探索，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的人才。

作為第一批試點(diǎn)單位，福州大學(xué)“卓越工程師培養(yǎng)”采用校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，把工程師培養(yǎng)分為校內(nèi)學(xué)習(xí)和企業(yè)學(xué)習(xí)兩個(gè)培養(yǎng)階段。本科培養(yǎng)采用“3＋1”培養(yǎng)模式，即前3年在校內(nèi)學(xué)習(xí)本科課程，第4年到企業(yè)實(shí)踐；碩士培養(yǎng)采用“1.5＋1”培養(yǎng)模式，碩士工程型要求前一年半以校內(nèi)為主學(xué)習(xí)碩士課程，后一年到企業(yè)實(shí)踐，接受工程設(shè)計(jì)研發(fā)訓(xùn)練。

一、卓越工程師培養(yǎng)體系的建設(shè)

根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，卓越工程師培養(yǎng)體系的建設(shè)應(yīng)包含以下幾個(gè)方面：

1．教學(xué)計(jì)劃建設(shè)（理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)安排）

集成電路設(shè)計(jì)、集成電路測(cè)試與封裝等微電子專業(yè)都是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，除了要有厚實(shí)的理論基礎(chǔ)外，學(xué)生參與實(shí)踐顯得非常重要，這與卓越工程師的培養(yǎng)精神相吻合。因此在本科工程培養(yǎng)階段，課程體系要面向工程，強(qiáng)調(diào)寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，教學(xué)內(nèi)容精而管用，可適當(dāng)削減部分課程學(xué)時(shí)，同時(shí)開設(shè)企業(yè)與工程管理、企業(yè)法規(guī)、企業(yè)文化、國內(nèi)外營銷等與企業(yè)管理密切相關(guān)的課程，注重自然科學(xué)與人文科學(xué)的融合，并開設(shè)前沿叉學(xué)科課程，拓寬學(xué)生知識(shí)面。

2．教學(xué)模式和考核方式方面

教學(xué)模式和考核方式方面改革，課程教學(xué)與考核結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行，專業(yè)課強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)。通過課堂理論教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)踐性學(xué)習(xí)三段式的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)模式創(chuàng)新。學(xué)生一年時(shí)間到企業(yè)頂崗或掛職，接受工程實(shí)踐訓(xùn)練，并結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際完成相關(guān)課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)（工程設(shè)計(jì)）。

3．學(xué)生管理方面

學(xué)生管理方面實(shí)行校內(nèi)、外雙導(dǎo)師制。在企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)、企業(yè)實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，采用“雙導(dǎo)師制”，即學(xué)生下派企業(yè)的同時(shí)，一個(gè)企業(yè)指定一名學(xué)院內(nèi)在職教師為指導(dǎo)教師，長期與企業(yè)合作，與企業(yè)導(dǎo)師共同制定課程進(jìn)度與相關(guān)內(nèi)容等，為學(xué)生及時(shí)完成學(xué)業(yè)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生到達(dá)企業(yè)后，由企業(yè)指派高級(jí)技術(shù)人員（一般應(yīng)為總工程師或部門負(fù)責(zé)人）為固定企業(yè)指導(dǎo)教師。

4．課程建設(shè)方面

把構(gòu)建科學(xué)的卓越工程師培養(yǎng)課程體系，與實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，突出工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，打造一批工程教育特色課程，一些面向企業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的課程或項(xiàng)目聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)工程師授課或?qū)W生到企業(yè)通過動(dòng)手實(shí)踐完成，力爭(zhēng)每一屆學(xué)生有6門專業(yè)課是由具備5年以上在企業(yè)工作的工程經(jīng)歷教師主講。

5．師資隊(duì)伍建設(shè)方面

在每個(gè)企業(yè)中遴選出2～3名適合微電子專業(yè)各相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)的高級(jí)專業(yè)人才，通過福州大學(xué)高等教師專業(yè)培訓(xùn)，正式聘任為福州大學(xué)教師，完成企業(yè)課程的授課任務(wù)與承擔(dān)企業(yè)導(dǎo)師的工作。此外，學(xué)院的教師也應(yīng)不定期地深入到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研和科研項(xiàng)目合作，加強(qiáng)校企的實(shí)質(zhì)性深入合作，提高校內(nèi)教師的工程素質(zhì)與業(yè)務(wù)水平。同時(shí)鼓勵(lì)中青年教師積極參加、探索新的教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新機(jī)制，逐步形成一支優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以培養(yǎng)一批中青年骨干教師。

二、卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施

目前正處于卓越工程師培養(yǎng)啟動(dòng)階段，部分培養(yǎng)模式可對(duì)在校生進(jìn)行試點(diǎn)，針對(duì)目前教學(xué)體制更注重學(xué)生的理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐環(huán)節(jié)明顯不足、學(xué)生工程意識(shí)淡薄、畢業(yè)后很難讓企業(yè)滿意、學(xué)校的教學(xué)環(huán)節(jié)與企業(yè)的需求有較大的脫節(jié)等問題，并根據(jù)我省集成電路行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和我校的現(xiàn)有條件，適當(dāng)調(diào)整現(xiàn)有課程與課程的教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)微電子行業(yè)的人才結(jié)構(gòu)需求，力爭(zhēng)與福建省現(xiàn)有微電子企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)集成電路方面的人才，探討IC專業(yè)人才的培養(yǎng)模式與培養(yǎng)方案的創(chuàng)新和研發(fā)，是目前的工作重點(diǎn)。

1．課程體系的改革

深入集成電路的有關(guān)企業(yè)調(diào)研，了解企業(yè)需求，對(duì)2009級(jí)《微電子學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃》已做了很大修改，課程設(shè)置突出工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)方案與目標(biāo)比較接近于企業(yè)的要求。這些變化體現(xiàn)在大多數(shù)理論課程之后都設(shè)置了相應(yīng)的應(yīng)用課程，比如數(shù)電、模電、C語言、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、微機(jī)原理等課程，不僅有相應(yīng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，還有相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)，將剛學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)賦予實(shí)踐，不僅鞏固了基礎(chǔ)知識(shí)，加深了理解，而且也培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用的能力。

2．本科第四學(xué)年的教學(xué)安排

根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)方案的要求，第四學(xué)年應(yīng)安排一些實(shí)踐性的、研究性的課程，比如畢業(yè)實(shí)習(xí)、科研實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目研發(fā)管理等，這些課程可以帶到企業(yè)中完成，可以結(jié)合各個(gè)企業(yè)的實(shí)際情況，做相應(yīng)的課程研究，使得學(xué)生的研究內(nèi)容來源于實(shí)際，使學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)際接軌。

3．課程建設(shè)方面

與實(shí)踐相關(guān)的課程、教學(xué)內(nèi)容要求直接使用目前行業(yè)流行的三大巨頭軟件，比如SPICE模擬設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)、邏輯設(shè)計(jì)與FPGA、數(shù)字集成電路CAD、模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)、集成電路制造工藝、集成電路可測(cè)性設(shè)計(jì)等課程的實(shí)驗(yàn)，都要求用目前市面上流行的軟件工具與版本，并且教學(xué)內(nèi)容要求來源于實(shí)際工程，逐步形成幾門有特色的課程。

4．師資培養(yǎng)方面，加強(qiáng)現(xiàn)有教師參與企業(yè)項(xiàng)目研發(fā)的力度。

目前6名年青教師承擔(dān)了福州福大海矽微電子有限公司的研發(fā)項(xiàng)目，研制的三個(gè)芯片已經(jīng)完成MPW流片，經(jīng)測(cè)試達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)要求，取得良好的效果；另有多名教師參與了福建省集成電路服務(wù)中心的建設(shè)與技術(shù)服務(wù)工作，逐步培養(yǎng)與鍛煉了一批中青年骨干教師，形成了一支優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

5．企業(yè)師資培養(yǎng)

在企業(yè)中遴選適合微電子各相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)的高級(jí)專業(yè)人才，通過福州大學(xué)高等教師專業(yè)培訓(xùn)，正式聘任為福州大學(xué)教師，完成企業(yè)課程的授課任務(wù)與承擔(dān)企業(yè)導(dǎo)師的工作。《集成電路實(shí)習(xí)》課程已經(jīng)在ICC上課，07級(jí)的《教授講座》由福州貝萊特集成電路有限公司的老總陳炳來教授承擔(dān)。今后，其他相關(guān)課程的部分實(shí)踐也將在該中心完成。

三、卓越工程師培養(yǎng)過程中存在的難點(diǎn)

1．企業(yè)難以接受學(xué)生實(shí)習(xí)

微電子行業(yè)都有較高的技術(shù)要求，企業(yè)一定是靠技術(shù)生存，各個(gè)單位對(duì)保護(hù)自己的商業(yè)秘密都非常重視，所以一般都不太愿意接受實(shí)習(xí)生。他們認(rèn)為大學(xué)生沒有實(shí)際工作能力，即使有，短時(shí)間內(nèi)也不能很好地發(fā)揮出來為企業(yè)所用，所以企業(yè)接收大學(xué)生實(shí)習(xí)不僅沒有得到免費(fèi)的勞動(dòng)力，而且還要冒著泄露商業(yè)機(jī)密的風(fēng)險(xiǎn)、需要付出各種代價(jià)，比如，至少必須給實(shí)習(xí)生安排辦公位置及設(shè)備等，另外學(xué)生短時(shí)間內(nèi)難以接手相關(guān)工作，還要讓老職工去帶，必然影響企業(yè)的進(jìn)度安排，因此企業(yè)收益和成本相比得不償失?？傊捎谛袠I(yè)的原因，企業(yè)難以接受學(xué)生實(shí)習(xí)，這是微電子學(xué)專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)實(shí)踐過程的最大難點(diǎn)。

2．誠信問題

現(xiàn)在企業(yè)愿意接受學(xué)生實(shí)習(xí)的，大多是希望學(xué)生畢業(yè)后能夠到企業(yè)來工作，這樣相當(dāng)于學(xué)生提前一年來企業(yè)實(shí)習(xí)，企業(yè)可以少培養(yǎng)學(xué)生一年，這對(duì)于學(xué)生、企業(yè)都是一件雙贏的好事。但出現(xiàn)了很多學(xué)生畢業(yè)后又不去這個(gè)企業(yè)工作，失信于企業(yè)，以至于企業(yè)認(rèn)為現(xiàn)在的學(xué)生誠信差，眼高手低在企業(yè)呆不住，打擊了很多企業(yè)的熱情。

3．學(xué)生管理上的難題

學(xué)生分散于各個(gè)企業(yè)實(shí)習(xí)，給學(xué)生管理帶來了很大的難度，如學(xué)生在外地，老師很難經(jīng)常去檢查學(xué)生的情況，如在本地實(shí)習(xí)，學(xué)生大多還會(huì)住在學(xué)校，則交通問題給學(xué)生的安全帶來了隱患，學(xué)校存在很大的壓力。

四、卓越工程師培養(yǎng)的出路

1．政府給予參與企業(yè)一定的優(yōu)惠

目前實(shí)行本計(jì)劃的難點(diǎn)之一在于企業(yè)的參與。建議教育部聯(lián)合國家有關(guān)部門共同出臺(tái)政策，調(diào)動(dòng)企業(yè)接受學(xué)生實(shí)踐并共同參與培養(yǎng)學(xué)生的積極性，例如給予參與本計(jì)劃的企業(yè)在稅收上的減免或經(jīng)費(fèi)補(bǔ)貼，或在企業(yè)申報(bào)國家有關(guān)部門科研立項(xiàng)，技改立項(xiàng)時(shí)給予優(yōu)惠。

2．加強(qiáng)學(xué)生的誠信建設(shè)

如果學(xué)生的誠信度可以得到企業(yè)的信任，那么我們可以這樣來分流學(xué)生：對(duì)于不考研的學(xué)生，可以以找工作單位的方式去找實(shí)習(xí)企業(yè)，與企業(yè)簽定協(xié)議，畢業(yè)后到企業(yè)工作，這樣企業(yè)基本上就會(huì)接受這一批學(xué)生；至于要參加考研的學(xué)生，可以到學(xué)校的各個(gè)研究室等參與老師的課題研究，或者由一些有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的老師各自帶幾個(gè)學(xué)生做些實(shí)用性、綜合性的設(shè)計(jì)，也可以得到一些工程性的實(shí)戰(zhàn)。

3．加強(qiáng)學(xué)校自身科研機(jī)構(gòu)的建設(shè)，讓更多的學(xué)生可以在校參與科研研究。

4．在一些重點(diǎn)企業(yè)設(shè)置教育部門，參與學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)。

篇9

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；教學(xué)體系；重構(gòu)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

數(shù)字技術(shù)是近幾十年發(fā)展最快的技術(shù)，其發(fā)展對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。作為數(shù)字技術(shù)硬件基礎(chǔ)的數(shù)字電路遵循摩爾定律，在幾十年中經(jīng)歷了從分立電路到集成電路的設(shè)計(jì)歷程，到現(xiàn)在已進(jìn)入片上網(wǎng)絡(luò)（Network on Chip，NoC）的階段。從數(shù)字電路的晶體管電路時(shí)代，歷經(jīng)中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)時(shí)代，到現(xiàn)在廣泛采用EDA工具進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)以及基于FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)代，電路設(shè)計(jì)的每一步發(fā)展過程都產(chǎn)生過很多重要的設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方法。這些設(shè)計(jì)思想及方法的累積構(gòu)成了現(xiàn)在的數(shù)字電路教學(xué)體系。然而，由于新舊體系高速更迭，使得目前的數(shù)字電路教學(xué)體系呈現(xiàn)一種拼接的模式，整體內(nèi)容缺少因果鏈接，電路的邏輯設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)三方面脫節(jié)。這種現(xiàn)狀與當(dāng)前數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊髽O不適應(yīng)。要對(duì)現(xiàn)狀有所改革，首先需要對(duì)數(shù)字電路各部分內(nèi)容有所了解，從中提取適應(yīng)發(fā)展的部分，重新構(gòu)成一個(gè)自洽的課程內(nèi)容體系。本文希望通過對(duì)現(xiàn)有課程中不同部分內(nèi)容進(jìn)行分析，在此方面進(jìn)行一些嘗試。

二、基于晶體管的設(shè)計(jì)

目前，數(shù)字集成電路采用的主要工藝是CMOS工藝，在這種工藝條件下，電路邏輯結(jié)構(gòu)由MOS晶體管擔(dān)任開關(guān)作用來實(shí)現(xiàn)。MOS晶體管分為PMOS和NMOS兩種形式，分別用于傳導(dǎo)高電平（1）和低電平（0），如圖1所示。邏輯輸入控制晶體管的柵極，連通的晶體管支路由電源或地為邏輯輸出提供標(biāo)準(zhǔn)輸出電平，如圖2所示。在晶體管的相互連接中，NMOS的串聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)AND運(yùn)算，并聯(lián)實(shí)現(xiàn)OR運(yùn)算，由此可以形成各種基本的邏輯單元，如圖3所示，這些邏輯單元的進(jìn)一步連接可以形成各種功能電路。

在目前國內(nèi)外教材的分析中，對(duì)此類電子電路的評(píng)價(jià)主要集中于晶體管數(shù)量。如何在設(shè)計(jì)中減少晶體管的使用量成為設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。基于這一考慮，在基本單元層次，發(fā)展了AOI電路結(jié)構(gòu)，將“與-或”二級(jí)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，晶體管數(shù)量只與初級(jí)與門輸入的數(shù)量相關(guān)。在功能設(shè)計(jì)的層次，引入卡諾圖對(duì)邏輯方程進(jìn)行最小化，其目標(biāo)也是通過減少初級(jí)門輸入端的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)晶體管數(shù)量的減少。上述設(shè)計(jì)方法能夠非常準(zhǔn)確地表達(dá)數(shù)字電路的邏輯體系實(shí)現(xiàn)，并能建立組合邏輯的卡諾圖分析設(shè)計(jì)方法和時(shí)序邏輯的轉(zhuǎn)移輸出表的分析設(shè)計(jì)方法，為數(shù)字電路的規(guī)范化設(shè)計(jì)體系奠定了很好的基礎(chǔ)，也構(gòu)成了目前數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。但在目前的教學(xué)體系中，這種設(shè)計(jì)方法只是將晶體管作為標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)器件使用。由于缺少有效的評(píng)價(jià)體系，目前邏輯分析僅停留在簡(jiǎn)單電路的分析設(shè)計(jì)，在中規(guī)模功能電路的分析設(shè)計(jì)中，幾乎沒有采用這一體系。在VLSI的設(shè)計(jì)時(shí)代，對(duì)電路性能的評(píng)價(jià)主要表現(xiàn)為集成度（占用芯片面積、成本）、速度（最長延遲時(shí)間、最高時(shí)鐘頻率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指標(biāo)上。要實(shí)現(xiàn)同樣的功能，利用邏輯定理可以設(shè)計(jì)出很多不同結(jié)構(gòu)的電路，最優(yōu)化成為設(shè)計(jì)中的中心環(huán)節(jié)。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在基本邏輯結(jié)構(gòu)形成的階段就需要補(bǔ)充對(duì)于相關(guān)性能的描述模型。

三、基于中小規(guī)模集成塊的設(shè)計(jì)

在上世紀(jì)70～80年代，為了應(yīng)對(duì)數(shù)字技術(shù)的廣泛采用，發(fā)展了以74系列為代表的各種中小規(guī)模集成塊。不同領(lǐng)域的用戶可以選用盡可能少的通用集成塊連接形成電路，滿足自己的特殊系統(tǒng)需求。為了使用上的方便，中小規(guī)模集成塊在外型和I/O端口性能方面都進(jìn)行了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其輸入/輸出特性由Data sheet詳細(xì)規(guī)定，用戶在使用時(shí)可以不忽略其內(nèi)部電路工藝及邏輯形成方式，只根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取對(duì)應(yīng)功能塊，根據(jù)端口特性設(shè)計(jì)外部負(fù)載連接電路?？紤]到通用模塊可能需要對(duì)模擬器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，此類電路通常都配備了強(qiáng)大的對(duì)外驅(qū)動(dòng)電路，導(dǎo)致集成芯片中主要部分為I/O部件，邏輯功能部分只占據(jù)了集成芯片的次要部分。為了增加模塊的通用性，通常會(huì)在基本功能的基礎(chǔ)上添加許多額外的控制/狀態(tài)端口（與集成塊的總體成本相比，這些添加幾乎不增加成本，但能夠帶來市場(chǎng)上的好處）。由于電路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外殼決定，簡(jiǎn)單邏輯與復(fù)雜功能的模塊在價(jià)格和速度上相差不大，用戶傾向于選用復(fù)雜功能模塊來構(gòu)成電路（使用模塊的部分功能），而不是選用基本邏輯部件構(gòu)成電路，電路設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)成為選擇最少邏輯塊及最少連線進(jìn)行設(shè)計(jì)，與邏輯設(shè)計(jì)基本脫離關(guān)系。在目前的教學(xué)體系中，關(guān)于邏輯單元靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的討論基本采用這種方式講解；各種組合功能電路的設(shè)計(jì)和時(shí)序功能電路的設(shè)計(jì)（二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、移位寄存器等）都采用此類方式。由于目前的實(shí)驗(yàn)條件，以及學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)中自己設(shè)計(jì)小系統(tǒng)的需要，中小規(guī)模集成塊仍然具有重要的使用價(jià)值，相關(guān)內(nèi)容也就構(gòu)成了數(shù)字電路課程教學(xué)中功能設(shè)計(jì)的主體部分。然而，中小規(guī)模集成塊作為一種集成度低下的分立設(shè)計(jì)，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何將相應(yīng)內(nèi)容與低層邏輯設(shè)計(jì)合理地結(jié)合，將電路性能的評(píng)價(jià)帶入到對(duì)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇上，是解決這一問題的關(guān)鍵。在ASIC設(shè)計(jì)中，不會(huì)無謂地設(shè)計(jì)不需要用到的所謂多功能擴(kuò)展，對(duì)功能模塊的教學(xué)改革應(yīng)該首先著眼于基本功能的最佳實(shí)現(xiàn)方式，然后考慮在不同應(yīng)用中的最佳擴(kuò)展設(shè)計(jì)方式。目前基于多功能器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用其部分電路的設(shè)計(jì)方式對(duì)中小規(guī)模集成塊是優(yōu)化的方式，但對(duì)于片上設(shè)計(jì)就是一種浪費(fèi)的設(shè)計(jì)了。

四、基于HDL的設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛采用，數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)也進(jìn)入EDA時(shí)代。HDL使電路的設(shè)計(jì)描述和仿真驗(yàn)證可以利用計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行，方便于層次化設(shè)計(jì)中信息的交流、保存、修改，有效提高了設(shè)計(jì)效率，降低了設(shè)計(jì)成本。同時(shí)，基于FPDA的設(shè)計(jì)也成為中間設(shè)計(jì)的主流方式。為了適應(yīng)這種發(fā)展，現(xiàn)行數(shù)字電路課程中開始引入HDL語言的內(nèi)容，并對(duì)各種功能電路的描述編程進(jìn)行了足夠詳細(xì)的介紹。同時(shí)也對(duì)FPGA的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹。利用這些內(nèi)容，學(xué)生能夠方便地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開展各類數(shù)字設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了數(shù)字電路的應(yīng)用教學(xué)，通過對(duì)設(shè)計(jì)的仿真也能夠更好地理解電路性能與設(shè)計(jì)的關(guān)系，使學(xué)生對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)有更實(shí)際的理解，也便于開展課程設(shè)計(jì)和各種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。HDL是一種硬件電路的描述工具，主要幫助仿真過程的自動(dòng)進(jìn)行。而目前關(guān)于HDL的教學(xué)中，很少將電路邏輯與性能的關(guān)系反映到語言描述中，使語言的描述淪為對(duì)電路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。對(duì)電路性能描述中比較容易的是對(duì)延遲時(shí)間（或時(shí)鐘頻率限制）的描述。若要進(jìn)行這方面的描述，HDL必須基于最基本的邏輯單元，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)各種基本部件的時(shí)間延遲以及連線負(fù)載帶來的時(shí)間延遲有足夠的了解。而電路的功能設(shè)計(jì)描述則必須基于這種帶時(shí)間延遲的部件互連設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的描述）。此點(diǎn)在目前的HDL的教學(xué)中應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)。同時(shí)需要注意到，這種仿真一定要在與綜合無關(guān)的工具上進(jìn)行。對(duì)設(shè)計(jì)集成度的衡量取決于電路設(shè)計(jì)的綜合方式。目前，在EDA設(shè)計(jì)領(lǐng)域尚未建立一種統(tǒng)一的綜合方式，不同的綜合工具采用不同的算法結(jié)構(gòu)，綜合效率各有不同。雖然綜合算法本質(zhì)上是基于基本邏輯優(yōu)化理論建立的，但其中涉及的各種數(shù)學(xué)理論很多，不是數(shù)字電路這門課程能夠解決的。因此，本課程無法涉足綜合領(lǐng)域，也難以將課程內(nèi)容與綜合工具得到的結(jié)果形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。如何將基本理論與綜合算法聯(lián)系起來，形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，應(yīng)該是數(shù)字電路課程未來一段時(shí)間的改革目標(biāo)。目前，很多的免費(fèi)EDA工具采用FPGA作為綜合的基礎(chǔ)，這種綜合工具的優(yōu)點(diǎn)是能夠方便地得到所設(shè)計(jì)電路的評(píng)價(jià)（占用單元數(shù)量、延遲時(shí)間、時(shí)鐘頻率）。然而，由于FPGA設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是4輸入查找表（等價(jià)于4輸入卡諾圖的最小項(xiàng)和設(shè)計(jì)），在基本邏輯層次上可以認(rèn)為未進(jìn)行任何化簡(jiǎn)，集成度低、延遲時(shí)間長。同時(shí)綜合工具會(huì)根據(jù)4輸入查找表建立優(yōu)化算法進(jìn)行綜合，由此將用戶進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想抹殺，不利于課程內(nèi)容的相互銜接。如果要理解其綜合結(jié)構(gòu)，就必須首先建立FPGA基本單元和布線方式的電路參數(shù)模型，然后在此基礎(chǔ)上建立獨(dú)特的綜合算法。目前，本課程難以完成這一任務(wù)。

五、統(tǒng)一體系的思考

基于上述分析，可以看到目前數(shù)字電路面臨的困境，也展現(xiàn)了建立一個(gè)統(tǒng)一體系的需求。統(tǒng)一體系應(yīng)該以電路性能參數(shù)（集成度、速度等）作為評(píng)價(jià)模型，著重考慮ASIC和VLSI設(shè)計(jì)中的需求。評(píng)價(jià)模型應(yīng)該由底層基本器件（晶體管）開始分析建立，繼承現(xiàn)有體系中關(guān)于邏輯設(shè)計(jì)的思想，將性能評(píng)價(jià)延伸到邏輯模塊和功能模塊層次；邏輯層次的設(shè)計(jì)中，主要展現(xiàn)功能的不同結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式，為電路設(shè)計(jì)提供靈活性；而在功能層次的設(shè)計(jì)中，則通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行比較，確定電路的最佳形成方式。HDL的設(shè)計(jì)應(yīng)該將速度的評(píng)價(jià)融入到電路結(jié)構(gòu)的描述中，并通過仿真工具的應(yīng)用使這一評(píng)價(jià)能夠推廣到大系統(tǒng)中，對(duì)同步時(shí)序設(shè)計(jì)提供支持。

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篇10

【關(guān)鍵詞】數(shù)字鐘；振蕩器；分頻器；CD4060；LM8560

引言

數(shù)字鐘是用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，以顯示直觀、精確、制作方便而受到電子愛好者們的青睞。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、LED顯示電路和定時(shí)報(bào)警電路部分組成，其設(shè)計(jì)與制作，有利于加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的能力，提高學(xué)生分析解決問題的能力。

1.基本組成及工作原理

該數(shù)字鐘主要由CD4060對(duì)晶振產(chǎn)生30720Hz的頻率進(jìn)行分頻，為大規(guī)模集成電路LM8560提供60Hz的基準(zhǔn)時(shí)鐘源。電源由220V市電經(jīng)變壓、整流、濾波后獲得，其電路框圖如圖1所示。

2.功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 振蕩器和分頻器

振蕩器用來產(chǎn)生時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)，是數(shù)字鐘的核心，它的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到電子鐘的精度，因而一般選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路作為時(shí)基信號(hào)源，經(jīng)過分頻可得到一時(shí)間脈沖信號(hào)，從而保證了走時(shí)的精度。本電路使用了30720Hz晶體振蕩器，送到CD4060的9腳和11腳進(jìn)行分頻，從CD4060的13（Q9）引腳輸出，其輸出振蕩頻率為：fQ9=f/29=30720/512=60Hz，送到LM8560的25腳作為輸入時(shí)間計(jì)數(shù)器的時(shí)基頻率，其電路如圖2所示。

另外，由于CD4060內(nèi)含振蕩器和一個(gè)14位的二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，所以其振蕩器的結(jié)構(gòu)也可以是RC電路，其振蕩器的振蕩頻率公式為：f=1/(2.2RC)，通過調(diào)整電路中R和C的參數(shù)也可得到30720Hz的振蕩頻率。計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器，在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)清零信號(hào)CR（12引腳）為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器全部置零且振蕩器使用無效，當(dāng)CR為低電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)并對(duì)振蕩器解除封鎖。同時(shí)，在其內(nèi)部還設(shè)有施密特整形電路。

在制作過程中我們選用了頻率為30720HZ的晶體振蕩器，產(chǎn)生信號(hào)送到CD4060進(jìn)行分頻處理，CD4060的工作電壓通常為4.5V

-18V，如上圖2電路所示，電阻R2為1MΩ，電容C2使用20pF的瓷介電容。這樣，晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過CD4060經(jīng)9分頻后從13（Q9）腳輸出60Hz的信號(hào)送到LM8560的25腳。

2.2 LM8560數(shù)字鐘集成電路

LM 8560是一種大規(guī)模50或60Hz的時(shí)基24小時(shí)專用數(shù)字鐘集成電路，內(nèi)含分頻器、校時(shí)器、12進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器等，可與雙陰極顯示屏組合制成數(shù)字鐘鐘控電路，其引腳功能如圖3所示。LM8560共有28引腳，1-14引腳是顯示筆劃輸出，與4位顯示屏LED FTTL-655SB的5-30引腳依次相連接，15腳為正電源輸入端，20腳接地，27腳為內(nèi)部振蕩器RC輸入端，16腳為報(bào)警輸出端，經(jīng)VT1（8050）連接到蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，其電路如圖4所示。

如圖5所示，LM8560是28引腳雙列直插封裝形式，CD4060是16引腳，也為雙列直插封裝，為了焊接與調(diào)試的方便，在制作中，通常只需將管座焊接在PCB上，而將集成電路安裝在相應(yīng)的管座上即可。

2.3 電源電路

該數(shù)字鐘電源電路可以用交流經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)換為直流供電，也可以直接用電池來供電。如圖6數(shù)字鐘電路的整體電原理圖所示，其電源部分電路由220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓，再經(jīng)VD6、VD7、VD8、VD9組成的橋式整流電路整流，形成脈動(dòng)的直流，經(jīng)電解電容C3、C4濾波給LED顯示屏和主電路供電。如果在交流供電不方便的情況下，還可以用四節(jié)1.5V的電池串聯(lián)為6V的直流電通過VD5給整個(gè)電路供電。

此外，在T1變壓器的輸入端接入一個(gè)三相插座，用于定時(shí)輸出，可以對(duì)大功率電器進(jìn)行定時(shí)。

3.組裝與調(diào)試

數(shù)字鐘時(shí)間的顯示由LED FTTL-655G顯示屏來顯示，由圖6可以分析出，晶振(30720Hz)通過CD4060的分頻為LM8560提供了60Hz的基準(zhǔn)頻率，并通過兩個(gè)三極管VT2（9012）、VT3(9013)來實(shí)現(xiàn)對(duì)雙陰極顯示屏的兩陰極(26、29腳)的控制，驅(qū)動(dòng)顯示屏冒號(hào)閃爍。

在安裝過程中，最容易出錯(cuò)的部分是顯示屏與LM8560引腳的連接順序，如果順序有誤則顯示出的時(shí)間不正確，應(yīng)用排線準(zhǔn)確將LM8560的筆劃輸出焊接到顯示屏給出的焊盤上，如圖7排線連接所示。若裝配無誤，通電顯示的時(shí)間如圖8所示為“12:00”。在屏幕上有定時(shí)控制開關(guān)，調(diào)時(shí)控制開關(guān)，以及鬧鈴（報(bào)警）開關(guān)等，操作方便，簡(jiǎn)單易用，例如，按下“調(diào)時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“小時(shí)鍵”，可以調(diào)整具體的小時(shí)顯示；按下“調(diào)時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“分鐘鍵”，可以調(diào)整具體的分鐘顯示，如圖9所示，把時(shí)間校對(duì)為“5:10”。同理，按下“定時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“小時(shí)鍵”和“分鐘鍵”可以調(diào)整定時(shí)輸出或鬧鈴報(bào)警的時(shí)間。

4.結(jié)束語

數(shù)字鐘是一種采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，其電路是一種對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。該制作主要運(yùn)用CD4060分頻器對(duì)晶體振蕩器的頻率進(jìn)行分頻處理和LM8560數(shù)字鐘集成電路對(duì)筆劃顯示進(jìn)行輸出，送到四位LED顯示屏進(jìn)行顯示時(shí)間。同時(shí)，該數(shù)字鐘電路除了可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能還具有報(bào)警和定時(shí)控制交流電源開啟的擴(kuò)展功能。

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