模擬集成電路的分析與設(shè)計(jì)范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇模擬集成電路的分析與設(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 模擬集成電路設(shè)計(jì)；理論與實(shí)踐相結(jié)合；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2013）30-0095-02

集成電路設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)電子類專業(yè)開設(shè)模擬集成電路設(shè)計(jì)和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)。對(duì)于模擬和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，如果要深入到晶體管級(jí)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，那都必須進(jìn)行原理的深入學(xué)習(xí)。而在現(xiàn)實(shí)工作中，數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)主要是通過運(yùn)用高級(jí)硬件電路描述語言基于門級(jí)對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，晶體管級(jí)的原理分析只是理論基礎(chǔ)。模擬集成電路設(shè)計(jì)則必須完全深入晶體管級(jí)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，所以模擬集成電路設(shè)計(jì)更加繁瑣和復(fù)雜，對(duì)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(jì)理論和實(shí)踐教學(xué)中積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)心得，對(duì)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(shí)體系進(jìn)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(jì)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(shí)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(jì)的圣經(jīng)，如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》、艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》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(jì)》對(duì)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(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其理論分析；而艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》雖有部分仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)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(jì)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(jìn)的發(fā)展。國內(nèi)也有了幾本模擬集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)講解得比較透徹的教材，比如：清華大學(xué)王自強(qiáng)編著的《CMOS集成放大器設(shè)計(jì)》就從簡單知識(shí)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(jì)》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(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其理論分析。

針對(duì)國內(nèi)學(xué)生在集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)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(jìn)

模擬集成電路設(shè)計(jì)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(jìn)行講解，或者說僅僅是按照教材進(jìn)行理論分析和推導(dǎo)，那么學(xué)生很難對(duì)這門知識(shí)深入理解和掌握。因此，在教學(xué)理論知識(shí)的過程中，穿教材中沒有的、可以驗(yàn)證其相應(yīng)理論的仿真實(shí)驗(yàn)，這樣能夠更好地使學(xué)生理解和掌握理論知識(shí)。

2.1 以HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)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(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)仿真，而筆者所在高校因?yàn)樵诖祟I(lǐng)域起步較晚，專業(yè)開設(shè)也較晚，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室也并不具備，所以并不具備很好的實(shí)驗(yàn)條件來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)。因?yàn)镠SPICE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(shí)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(yàn)證理論分析和推導(dǎo)的結(jié)果，可以讓學(xué)生顯著加深對(duì)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(xì)講解的內(nèi)容，也是他們課堂理論講解過程中不會(huì)涉及到的知識(shí)。而在筆者所在高校以HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)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(duì)理論知識(shí)的理解和課程考試成績都得到了大幅度的提升。以2008級(jí)到2010級(jí)電子類專業(yè)的學(xué)生為例，模擬集成電路設(shè)計(jì)課程考試得優(yōu)率從22%提升到了43%以上，學(xué)生對(duì)此教學(xué)方法也是高度認(rèn)同。

3 結(jié)束語

在我國大力實(shí)行人才戰(zhàn)略，強(qiáng)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(hào)召，加強(qiáng)本科生培養(yǎng)，實(shí)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(jì)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)在此領(lǐng)域也有了長足進(jìn)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(jì)的教學(xué)方法，取得長足的進(jìn)步和發(fā)展，也得到學(xué)生的高度認(rèn)同。筆者希望自己的經(jīng)驗(yàn)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(xiàn)

[1]Lazavi.模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)[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(jì)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

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

篇2

一、完善課程設(shè)置

合理設(shè)置課程體系和課程內(nèi)容，是提高人才培養(yǎng)水平的關(guān)鍵。2009年，黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)制定了該專業(yè)的課程體系，經(jīng)過這幾年教學(xué)工作的開展與施行，發(fā)現(xiàn)仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學(xué)開展的教學(xué)計(jì)劃及人才培養(yǎng)方案的修訂工作中進(jìn)行了再次的改進(jìn)和完善。首先，在課程設(shè)置與課時(shí)安排上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)于部分課程調(diào)整其所開設(shè)的學(xué)期及課時(shí)安排，不同課程中內(nèi)容重疊的章節(jié)或相關(guān)性較大的部分可進(jìn)行適當(dāng)刪減或融合。如：在原來的課程設(shè)置中，“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程分別設(shè)置在教學(xué)第六學(xué)期和第七學(xué)期。由于“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中是以門級(jí)電路設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所以學(xué)生在未進(jìn)行模擬集成電路課程的講授前，對(duì)于各種元器件的基本結(jié)構(gòu)、特性、工作原理、基本參數(shù)、工藝和版圖等這些基礎(chǔ)知識(shí)都是一知半解，因此對(duì)門級(jí)電路的整體設(shè)計(jì)分析難以理解和掌握，會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及教學(xué)效果；而若在“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中添加入相關(guān)知識(shí)，與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程中本應(yīng)有的器件、工藝和版圖的相關(guān)內(nèi)容又會(huì)出現(xiàn)重疊。在調(diào)整后的課程設(shè)置中，先開設(shè)了“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程，將器件、工藝和版圖的基礎(chǔ)知識(shí)首先進(jìn)行講授，令學(xué)生對(duì)于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)中，對(duì)于應(yīng)用各器件進(jìn)行電路構(gòu)建時(shí)會(huì)更加得心應(yīng)手，達(dá)到較好的教學(xué)效果，同時(shí)也避免了內(nèi)容重復(fù)講授的問題。此外，這樣的課程設(shè)置安排，將有利于本科生在“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”的參與和競爭，避免因?qū)W期課程的設(shè)置問題，導(dǎo)致學(xué)生還未深入地接觸學(xué)習(xí)相關(guān)的理論課程及實(shí)驗(yàn)課程，從而出現(xiàn)理論知識(shí)儲(chǔ)備不足、實(shí)踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發(fā)揮。調(diào)整課程安排后，本科生通過秋季學(xué)期中基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時(shí)能夠確保擁有足夠的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有較充足的參賽準(zhǔn)備，通過團(tuán)隊(duì)合作較好地完成大賽的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，贏取良好賽果，為學(xué)校、學(xué)院及個(gè)人爭得榮譽(yù)，收獲寶貴的參賽經(jīng)驗(yàn)。其次，適當(dāng)降低理論課難度，將教學(xué)重點(diǎn)放在掌握集成電路設(shè)計(jì)及分析方法上，而不是讓復(fù)雜煩瑣的公式推導(dǎo)削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能夠較好地理解和掌握集成電路設(shè)計(jì)的方法和流程。第三，在選擇優(yōu)秀國內(nèi)外教材進(jìn)行教學(xué)的同時(shí)，從科研前沿、新興產(chǎn)品及技術(shù)、行業(yè)需求等方面提取教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)時(shí)了解前沿動(dòng)態(tài)，使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

二、變革教學(xué)理念與模式

CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行）理念，是目前國內(nèi)外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創(chuàng)新教育結(jié)合課程教學(xué)模式，旨在緩解高校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)人才需求的沖突。在實(shí)際教學(xué)過程中，結(jié)合黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的“數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)”課程，基于“逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SARADC）”的課題項(xiàng)目開展教學(xué)內(nèi)容，將各個(gè)獨(dú)立分散的模擬或數(shù)字電路模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，使之成為具有連貫性的課題實(shí)踐內(nèi)容。在教學(xué)周期內(nèi)，以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)模式，令學(xué)生“做中學(xué)”，讓學(xué)生有目的地將理論切實(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，完成“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐和驗(yàn)證”的整體流程，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握集成電路全定制方案的具體實(shí)施方法及設(shè)計(jì)操作流程。同時(shí)，通過以小組為單位，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，在組內(nèi)或組間的相互交流與學(xué)習(xí)中，相互促進(jìn)提高，培養(yǎng)學(xué)生善于思考、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作的能力及創(chuàng)新能力，并可以通過對(duì)新結(jié)構(gòu)、新想法進(jìn)行不同程度獎(jiǎng)勵(lì)加分的形式以激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學(xué)生得分，而是以畢業(yè)論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實(shí)的數(shù)據(jù)報(bào)告，鍛煉學(xué)生撰寫論文、數(shù)據(jù)整理的能力，為接下來學(xué)期中的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。而對(duì)于教師的要求，不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)還應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此青年教師要不斷提高專業(yè)能力和素質(zhì)。可通過參加研討會(huì)、專業(yè)講座、企業(yè)實(shí)習(xí)、項(xiàng)目合作等途徑分享和學(xué)習(xí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)定期邀請(qǐng)校外專家或?qū)I(yè)工程師進(jìn)行集成電路方面的專業(yè)座談、學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)等，進(jìn)行教學(xué)及實(shí)踐的指導(dǎo)。

三、加強(qiáng)EDA實(shí)踐教學(xué)

首先，根據(jù)企業(yè)的技術(shù)需求，引進(jìn)目前使用的主流EDA工具軟件，讓學(xué)生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，為今后競爭打下良好的基礎(chǔ)。2009—2015年，黑龍江大學(xué)先后引進(jìn)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)Xilinx和FPGA實(shí)驗(yàn)箱、華大九天開發(fā)的全定制集成電路EDA設(shè)計(jì)工具Aether以及Synopsys公司的EDA設(shè)計(jì)工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學(xué)習(xí)和科研。而面對(duì)目前學(xué)生人數(shù)眾多但實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)不足的情況，如果可以借助黑龍江大學(xué)的校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，則在一定程度上可以滿足學(xué)生在課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的需要。其次，根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)。如通過運(yùn)算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態(tài)機(jī)、分頻器、數(shù)顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設(shè)計(jì)和仿真分析，令學(xué)生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路的設(shè)計(jì)方法及流程，在了解企業(yè)對(duì)于數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行模塊課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的鍛煉，使學(xué)生對(duì)于相關(guān)的EDA實(shí)踐內(nèi)容真正融會(huì)貫通，為今后就業(yè)做好充足的準(zhǔn)備。第三，根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)本科理論課程的教學(xué)內(nèi)容，以各應(yīng)用軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合多媒體的教學(xué)方法，選取結(jié)合于理論課程內(nèi)容的實(shí)例，制定和編寫相應(yīng)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)課件及操作流程手冊(cè)，如黑龍江大學(xué)的“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”和“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程，都已制定了比較詳盡的實(shí)踐手冊(cè)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課件；通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使學(xué)生能夠更加方便地分享教學(xué)資源并充分利用資源隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)。

四、搭建校企合作平臺(tái)

篇3

關(guān)鍵詞： 共模偏差； 寄生參數(shù)； 并聯(lián)； Calibre

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）03?0122?03

A method of reducing the common mode deviation in layout

SHI Qin?qin， ZHANG Ke?feng， REN Zhi?xiong

（Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： The common mode deviation of differential output signals is commonplace during the layout design process. A two?stage operational amplifier with common feed?back （CMFB） structure is taken for example， the parasitic capacitors C+CC and parasitic resistors R of the layout are extracted to have post?simulation， through comparison， it is proved that the common mode deviation is mainly effected by parasitic resistors. According to the result， the parasitic resistor R of layout is screened by Calibre， and the main line affects the common mode deviation is. The common mode deviation of the differential output signals is reduced from 0.172 3 mV to 15.559 μV by decreasing the parasitic resistors through changing the lines into parallel connection.

Keywords： common mode deviation； parasitic parameter； parallel connection； Calibre

0 引 言

在版圖設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)遇到差分輸出信號(hào)的共模點(diǎn)存在偏差等問題，尤其在設(shè)計(jì)高性能運(yùn)算放大器的版圖過程中更是常見。運(yùn)放是模擬電路的基礎(chǔ)，在LPF、VGA、ADC等電路中應(yīng)用廣泛[1?2]，如何設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的運(yùn)放對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)者而言尤為重要。設(shè)計(jì)者在電路級(jí)一般較容易實(shí)現(xiàn)高性能的要求，但是版圖設(shè)計(jì)過程中由于寄生效應(yīng)的影響[3?5]，造成運(yùn)放DC工作點(diǎn)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致電路不能正常工作。差分信號(hào)的共模點(diǎn)偏差是運(yùn)放版圖設(shè)計(jì)過程中常見的一個(gè)問題，版圖設(shè)計(jì)者通常都會(huì)重點(diǎn)考慮版圖布局對(duì)稱性的要求而忽略某些敏感信號(hào)線的寄生效應(yīng)對(duì)電路的影響。本文擬提出一種方法，通過 Calibre xRC提取寄生參數(shù)[6]進(jìn)行后仿，采用排除法得到影響差分電路版圖共模點(diǎn)的走線，然后通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)減小該走線的寄生效應(yīng)，從而使版圖的后仿結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 方法介紹

1.1 問題說明

本文以帶共模反饋的兩級(jí)運(yùn)算放大器電路為例說明該方法，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，OPA1的差分輸入信號(hào)VIN_P，VIN_N經(jīng)兩級(jí)放大后輸出差分信號(hào)VOUT_P，VOUT_N，OPA2為共模反饋電路，通過反饋電壓[VB1，][VB2]使運(yùn)放輸出信號(hào)的直流點(diǎn)穩(wěn)定。[Vbias1，][Vbias2，][Vbias3]為該運(yùn)算放大器提供偏置電壓。

對(duì)于一個(gè)全差分運(yùn)算放大器來說，進(jìn)行版圖規(guī)劃和布局時(shí)，特別需要注意對(duì)稱性，本版圖采用TSMC 0.18 μm CMOS設(shè)計(jì)工藝，完成圖1電路的版圖設(shè)計(jì)之后，進(jìn)行DRC，ERC驗(yàn)證[7?8]；接下來運(yùn)行Calibre xRC，提取R+C+CC寄生參數(shù)，生成CalibreView，用Spectre仿真config[9]得到版圖的后仿結(jié)果如圖2所示，從圖2可以看到共模反饋運(yùn)算放大器的layout的共模電平相差0.172 3 mV。

1.2 解決過程

分析以上仿真結(jié)果，共模點(diǎn)的偏差一般來自于版圖走線寄生電阻的影響，寄生電容一般影響交流信號(hào)的擺幅和穩(wěn)定性，所以首先驗(yàn)證這一推斷。再次運(yùn)行Calibre xRC，分別提取寄生電容C+CC和寄生電阻R并進(jìn)行后仿，后仿結(jié)果對(duì)比如圖3所示，只提取寄生電容（見圖3（a））后仿差分輸出幾乎無共模偏差，而只提取寄生電阻產(chǎn)生了嚴(yán)重的共模偏差，很顯然，共模點(diǎn)的偏差主要由于寄生電阻的影響。

圖2 后仿差分輸出電壓（提取R+C+CC）

圖3 提取不同寄生參數(shù)后仿結(jié)果對(duì)比

為了對(duì)版圖每條走線所貢獻(xiàn)的寄生參數(shù)進(jìn)行分析，運(yùn)行Calibre RVE，結(jié)果如圖4所示。

圖4 運(yùn)行Calibre RVE的寄生參數(shù)結(jié)果

通過對(duì)寄生電阻進(jìn)行篩選，可確定影響版圖共模點(diǎn)值的主要走線，如圖4所示主要有16條，將RVE的結(jié)果復(fù)制到Excel，同時(shí)在運(yùn)行Calibre xRC時(shí)去掉以上16條線，即不提取這些走線的寄生參數(shù)，通過驗(yàn)證可知在沒有提取這16條線的情況下對(duì)版圖進(jìn)行后仿結(jié)果正確，所以接下來的工作就是采用排除法找出對(duì)版圖影響最大的走線。

再次運(yùn)行Calibre xRC，提取R+C+CC，在Outputs選項(xiàng)中將以上16條線規(guī)避，圖形界面如圖5所示；然后每次刪掉一組差分信號(hào)或者單個(gè)信號(hào)，迭代運(yùn)行并仿真即可找到影響版圖性能的走線。

圖5 采用規(guī)避方法運(yùn)行Calibre xRC

由仿真結(jié)果可知，在本文選擇的實(shí)例中走線XI118/NET47的寄生參數(shù)導(dǎo)致運(yùn)放輸出共模點(diǎn)不對(duì)稱，反饋到版圖設(shè)計(jì)，對(duì)該走線進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 版圖優(yōu)化

版圖優(yōu)化的主要目的是減小寄生效應(yīng)，如果要減小寄生電阻主要采用并聯(lián)走線的方式，減小電容主要采用串聯(lián)走線的方式。金屬孔不是越多越好，孔本身存在寄生電阻，在滿足電流密度的情況下預(yù)留適當(dāng)?shù)挠喽冗M(jìn)行打孔。

優(yōu)化示意圖如圖6所示，可以看到最初的版本上下兩排金屬線的寄生電阻直接串聯(lián)，通過加入兩條金屬線將上下兩排走線連接起來，由于金屬線并聯(lián)的關(guān)系可以減小整體金屬寄生電阻，提高版圖的性能，實(shí)際優(yōu)化對(duì)比如圖7所示。

圖6 版圖優(yōu)化示意圖

圖7 實(shí)際優(yōu)化對(duì)比

1.4 結(jié)果分析

經(jīng)過以上優(yōu)化過程，對(duì)圖1電路的版圖重新運(yùn)行Calibre xRC提取R+C+CC，仿真結(jié)果如圖8所示，可以看到輸出差分信號(hào)的共模點(diǎn)由之前的0.172 3 mV減小為15.559 μV，如果進(jìn)一步對(duì)版圖進(jìn)行優(yōu)化，或者在迭代的過程中多加入幾條金屬線的影響，該偏差會(huì)進(jìn)一步減小。

圖8 優(yōu)化后版圖后仿結(jié)果

2 結(jié) 論

本文提出的方法可大大減小在版圖設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的差分信號(hào)共模點(diǎn)偏差，通過對(duì)Calibre RVE的仿真結(jié)果分析，結(jié)合Calibre xRC的使用和排除法找到影響版圖性能的走線，然后采用相應(yīng)措施減小該走線的寄生效應(yīng)提升版圖后仿性能。這種方法可應(yīng)用于運(yùn)算放大器、混頻器等射頻模擬集成電路的版圖設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] RAVAVI B.模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)[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(jì)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3] 金善子.版圖設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)分析[J].中國集成電路，2006（11）：41?44.

[4] HASTINGS Alan.模擬電路版圖的藝術(shù)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] QUIRK Michael，SERDA Julian.半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6] 于濤，竇剛誼.基于Calibre工具的SoC芯片的物理驗(yàn)證[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2007，7（5）：836?838.

[7] Mentor Graphics Corporation. Calibre xRC user′s manual [M]. USA： Mentor Graphics Corporation， 2009.

篇4

【關(guān)鍵詞】帶隙基準(zhǔn) 過溫保護(hù)電路

1 引言

近年來，隨著工藝水平的進(jìn)步，模擬集成電路設(shè)計(jì)也得到快速發(fā)展。在眾多模擬電路中，帶隙基準(zhǔn)源是其設(shè)計(jì)中不可或缺的一個(gè)單元模塊，它為系統(tǒng)提供直流參考電壓。而在集成電路中由于電路功率較大，聚集的熱量使電路的溫度升高，因此采用合適的過溫保護(hù)電路保證電路正常工作。

2 電路的實(shí)現(xiàn)與分析

本文的帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路如圖1所示。主要包括三個(gè)部分：啟動(dòng)電路、帶隙基準(zhǔn)核心電路、過溫保護(hù)電路。

2.1 啟動(dòng)電路

啟動(dòng)電路在電源上電時(shí)能驅(qū)使電路擺脫簡并偏置點(diǎn)。當(dāng)電路上電初始，電路處于簡并偏置點(diǎn)狀態(tài)，輸出電壓為零，此時(shí)Vref通過反相器，輸出高電平使MN1管導(dǎo)通，對(duì)電容C充電，迅速提高M(jìn)P2、MP5～MP7管柵極電位，使電路進(jìn)入正常狀態(tài)。一旦Vref輸出高電平，驅(qū)使MN1管截止，啟動(dòng)電路不工作。

2.2 帶隙基準(zhǔn)核心電路

在帶隙的主體結(jié)構(gòu)中，由于運(yùn)算放大器的作用，該部分在負(fù)反饋下，保持 VA、VB兩點(diǎn)電位近似

相等。

得： （1）

結(jié)合上式和正溫度系數(shù)得：

（2）

進(jìn)而得：

（3）

（4）

由（3）和（4）得：

（5）

由式（5）知，只要適當(dāng)選取R2/R1和n值即可得到與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓。

2.3 過溫保護(hù)電路

過溫保護(hù)電路一般利用晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE的負(fù)溫度系數(shù)原理來設(shè)計(jì)，其基極-發(fā)射極電壓為：

（6）

正常情況下，Vout輸出低電平，MN8管導(dǎo)通，此時(shí)結(jié)點(diǎn)F電壓為：

（7）

當(dāng)電路達(dá)到熱關(guān)閉臨界溫度時(shí)，得：

（8）

芯片熱關(guān)斷后，輸出高電平，MN8截止，可得：

（9）

基于以上分析，通過調(diào)節(jié) R5和 R6的值，可以得到需要的溫度門限。

3 仿真結(jié)果

Hspice仿真分析如下：

圖2為基準(zhǔn)電壓隨電源電壓的變化曲線，可以看出，電源電壓在4V～7V時(shí)，其電壓僅變化了6mV。

圖3為基準(zhǔn)溫度掃描仿真，結(jié)果-30℃～120℃內(nèi)輸出電壓變化約為3.7mV，可計(jì)算溫度系數(shù)：

圖4為過溫保護(hù)電路曲線。可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到120℃時(shí)，電路輸出高信號(hào)，當(dāng)溫度下降到100℃，輸出低信號(hào)；該電路存在20℃溫度回滯。

4 結(jié)束語

基于帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路在模擬電路中的廣泛應(yīng)用，本文提出了結(jié)構(gòu)簡單的高性能帶隙基準(zhǔn)及過溫保護(hù)電路。Hspice仿真表明電路在溫度特性、電源抑制比和過溫保護(hù)等方面具有良好的性能。整個(gè)電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但有一定的適用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]倪園婷，鄒建南.一種高精度帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，53（6）：903-906.

篇5

我當(dāng)年就是懷著對(duì)集成電路未來的美好憧憬，幻想著IC從業(yè)者西裝革履喝咖啡的小資生活。再加上那時(shí)開設(shè)該專業(yè)的還有清華、北大等“985工程”院校。于是我報(bào)考了這個(gè)前途無量的集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)（下簡稱集電）專業(yè)。

IC課堂知多少

前面提到了IC從業(yè)者，那IC究竟是什么呢？IC是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱。那學(xué)這個(gè)有什么用呢？比方說自稱國產(chǎn)發(fā)燒級(jí)的小米手機(jī)，你知道它用的四核CPU是什么架構(gòu)？28nm工藝又是什么工藝呢？更省電的電源管理芯片又是什么邏輯構(gòu)造呢？這些在選擇了集電專業(yè)后，你都會(huì)一一了解到。在不久的將來，也許你設(shè)計(jì)的芯片還會(huì)在流水線上量產(chǎn)呢。

既然這個(gè)專業(yè)那么有用，那它是學(xué)什么的呢？首先，要做的就是電路設(shè)計(jì)，根據(jù)市場的需求依據(jù)電路功能設(shè)計(jì)出電路；接下來就是前期電路功能的仿真（就是將電路原理圖用專業(yè)軟件模擬出電路所實(shí)現(xiàn)的功能，主要是為了節(jié)省研發(fā)經(jīng)費(fèi)和研發(fā)周期），檢測其是否能達(dá)到所要的參數(shù)需求；再次，用專業(yè)的軟件將電路版圖畫出來；最后，將畫出來的版圖進(jìn)行后期仿真，與前期的仿真對(duì)比，看是否需要做出修改。若符合要求就生成版圖文件交給晶圓廠進(jìn)行量產(chǎn)，最后到封裝測試廠完成芯片的最后一道工藝。

如今，集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)已走過了9年，它變得越來越適應(yīng)就業(yè)市場的需求。目前該專業(yè)分為三個(gè)方向。第一個(gè)方向是設(shè)計(jì)。這個(gè)方向又分兩類，數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)是偏軟件類；而模擬集成電路設(shè)計(jì)是偏硬件類。有設(shè)計(jì)就要有生產(chǎn)，該專業(yè)的第二個(gè)方向就是生產(chǎn)工藝。IC工藝能力決定了芯片的性能、功耗、散熱等諸多因素。而第三個(gè)方向是集成電路的封裝與測試。好的封裝才能夠使芯片發(fā)揮正常的功能，并保證其具有高穩(wěn)定性和可靠性。而芯片是否達(dá)到預(yù)期的研發(fā)目標(biāo)，則需要更多的測試才能確定。

集電專業(yè)開設(shè)的課程較多，光專業(yè)基礎(chǔ)課就要分硬件和軟件，加上計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、模擬電路與數(shù)字電路、電路分析基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、集成電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)制圖、微機(jī)原理與應(yīng)用、固體電子學(xué)、電磁場與電磁波這些專業(yè)課，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的大學(xué)四年會(huì)過得格外充實(shí)。不過你放心，由于實(shí)驗(yàn)課很多，學(xué)習(xí)并不會(huì)覺得枯燥。

就拿集電專業(yè)的核心課程——集成電路工藝課來說吧。這門課教授我們?nèi)绾伟堰€只是一個(gè)概念的集成電路芯片從有到無的“變”出來。喜歡玩手機(jī)的同學(xué)一定聽說過現(xiàn)在市面上最先進(jìn)的高通的四核CPU吧，它的電路構(gòu)成需要用到上百萬個(gè)我們所熟知的晶體管、電阻、電容等元器件。可是我們的手機(jī)只有那么小，上百萬個(gè)元器件怎么集中在那么小的一個(gè)芯片上呢？這就需要運(yùn)用這門課所學(xué)的工藝技術(shù)，將這些元件制作在一小塊硅片、玻璃或陶瓷襯底上，再用適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)行互連，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，使整個(gè)電路的體積大大縮小，引出線和焊接點(diǎn)的數(shù)目也大為減少。而這其中的奧妙，就需要你帶著一份好奇心，步入大學(xué)的殿堂用心學(xué)習(xí)了！

前途寬廣，錢途無量

目前，很多歐美IC巨頭企業(yè)都在中國設(shè)有工廠或者研發(fā)機(jī)構(gòu)，比如AMD、飛思卡爾、德州儀器、意法半導(dǎo)體、英特爾等。本土的IC公司也如雨后春筍般層出不窮，越來越多的海歸人才帶著國外的尖端技術(shù)和項(xiàng)目基金回國創(chuàng)業(yè)。這些電子廠都是離不開IC設(shè)計(jì)人才的。

2006年考研結(jié)束后，我只身南下，去上海找工作。在火車上，我接到了德州儀器的電話面試，可惜最后因?yàn)橛⒄Z口語不過關(guān)被淘汰了，這也說明這個(gè)專業(yè)對(duì)于英語應(yīng)用能力的要求還是比較高的。不過之后的半個(gè)月時(shí)間，各種面試電話就成了我幸福的煩惱，對(duì)于只是一名應(yīng)屆本科畢業(yè)生的我，有的公司甚至開出了4500元月薪的條件，這是當(dāng)時(shí)很多畢業(yè)生想都不敢想的，更何況一年還發(fā)16個(gè)月薪水！由此可見，對(duì)于集電專業(yè)的畢業(yè)生，只要你做了充分的準(zhǔn)備，就會(huì)有成百上千的大門向你敞開。選擇做IC人，你將“錢途”無量！

集電專業(yè)的畢業(yè)生有較強(qiáng)的工作適應(yīng)能力，就業(yè)范圍寬，可從事集成電路設(shè)計(jì)與制造、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信、消費(fèi)類電子等信息技術(shù)領(lǐng)域的研究、開發(fā)和教學(xué)工作。

選“山”拜師很重要

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關(guān)鍵詞：電子信息；專業(yè)課程；模擬電子技術(shù)

1 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，又稱為電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，與數(shù)字電子技術(shù)一起統(tǒng)稱為電子技術(shù)基礎(chǔ)。是面向電子信息學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。該課程的特點(diǎn)包括：重要性，模擬電子技術(shù)是現(xiàn)代化重中之重的技術(shù)；非線性，電子放大器是一種非線性元件，需要用非線性分析方法（圖解法、微變等效近似等）；工程性，在足夠精確的情況下，為了計(jì)算方便，常用近似來化簡；微觀性，深入到原子電子級(jí)分析問題；實(shí)踐性很強(qiáng)，動(dòng)手性很強(qiáng)，需要很好的實(shí)踐，不實(shí)踐學(xué)不好；復(fù)雜性，易受多種因素影響，如溫度，隨機(jī)性，光照等等影響，參數(shù)宜變，參數(shù)分散等增加了該課程內(nèi)容的復(fù)雜程度；基礎(chǔ)性，是后續(xù)電子類課程的基礎(chǔ)，也是電子信息類專業(yè)考研的課程之一；主干性，是電子信息類本科專業(yè)的主干專業(yè)課程。本課核心是電子放大器，該課程主要就是講放大。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本概念、基本分析方法已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。包括廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī)等；互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATM交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器等；工業(yè)領(lǐng)域：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床等；交通方面：飛機(jī)、火車、輪船、汽車等；軍事領(lǐng)域：雷達(dá)、電子導(dǎo)航等；航空航天領(lǐng)域：衛(wèi)星定位、監(jiān)測；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：γ刀、CT、B超、微創(chuàng)手術(shù)等；消費(fèi)類電子領(lǐng)域：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相機(jī)、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng)等。電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之“無孔不入”，應(yīng)用廣泛。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生牢固掌握模擬電子電路系統(tǒng)的分析能力和集成電路的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，掌握模擬電子信號(hào)和系統(tǒng)的基本原理及基本分析方法，深入理解模擬電子電路系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的基本原理，掌握應(yīng)用所學(xué)典型模擬電子系統(tǒng)解決信號(hào)分析問題的方法，掌握集成電路的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)信息、通信方面的課程和今后的科研工作打下良好的理論基礎(chǔ)。

2 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的先修課程

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的先修課程有《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》和《電路分析基礎(chǔ)》，其中最重要的也是銜接最緊密的一門課程就是――《電路分析基礎(chǔ)》。簡單來說可以將電路分析基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)歸為同一類專業(yè)課程，從內(nèi)容上看，《電路分析基礎(chǔ)》主要讓學(xué)生掌握電子電路分析的基本能力，而《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程則是學(xué)習(xí)對(duì)模擬信號(hào)的處理分析，從模擬電子系統(tǒng)的各個(gè)組成部分出發(fā)，分別學(xué)習(xí)各種典型的模擬電子電路，給學(xué)生建立起模擬系統(tǒng)的基本構(gòu)架，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)的分析能力打好基礎(chǔ)。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程在《電路分析基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，分別從微觀和宏觀探討模擬電子電路系統(tǒng)的各個(gè)方面。微觀深入到電子原子級(jí)，討論半導(dǎo)體材料的神奇，進(jìn)而分析二極管、三極管和場效應(yīng)管在微觀領(lǐng)域，內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的情況，從而讓學(xué)生深入體會(huì)半導(dǎo)體器件的奇妙之處。宏觀上從集成電路出發(fā)，理解集成電路的奧妙，小到微觀電子原子級(jí)，大到模擬系統(tǒng)及大型集成電路的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程之后，學(xué)生有了系統(tǒng)的概念，信號(hào)處理的概念，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生更能理解和接受，電路分析基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)兩門課雖然內(nèi)容不同，各有側(cè)重點(diǎn)，但很多分析方法、理論公式都環(huán)環(huán)相扣，所以可以進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

3 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)置知識(shí)要求

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是電子信息專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干必修課程，它具有自身的體系，是理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，是學(xué)習(xí)很多后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。為今后深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)在專業(yè)中的應(yīng)用（例如在《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《通信與系統(tǒng)》、《通信原理》、《嵌入式系統(tǒng)理論及實(shí)踐》等后續(xù)專業(yè)課程中的應(yīng)用）打好基礎(chǔ)，為學(xué)生建立系統(tǒng)分析的概念，培養(yǎng)學(xué)生自主分析問題和解決問題的能力，幫助學(xué)生成功的從中學(xué)階段對(duì)電壓電流的具體求解，過渡到本科階段自主進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)的分析能力的培養(yǎng)。

4 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)置能力要求

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)置能力要求以理論基礎(chǔ)和實(shí)踐操作相結(jié)合，既保證嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系，又結(jié)合工程實(shí)踐的特點(diǎn)。通過模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能具備模擬電子電路的系統(tǒng)分析能力、大型集成電路系統(tǒng)的分析計(jì)算能力、簡單的集成電路設(shè)計(jì)能力，以及電子技術(shù)系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的自學(xué)能力。

5 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程達(dá)成目標(biāo)要求

通過模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，掌握模擬電子系統(tǒng)的各個(gè)部分，包括電子電路系統(tǒng)與信號(hào)、半導(dǎo)體二極管及其基本電路、半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)、場效應(yīng)管放大電路及其應(yīng)用、功率放大電路、集成電路的組成原則、集成電路運(yùn)算放大器、反饋放大電路、信號(hào)的運(yùn)算與處理電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源等典型模擬電子電路系統(tǒng)的分析計(jì)算能力及基本集成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的自主學(xué)習(xí)能力；學(xué)會(huì)用所學(xué)的典型模擬電子電路系統(tǒng)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)完整的模擬集成電路系統(tǒng)，輔助實(shí)現(xiàn)模擬電子電路系統(tǒng)的各種基本功能；能借助實(shí)際電子電路實(shí)驗(yàn)箱和軟件模擬仿真，實(shí)現(xiàn)不同類型模擬電路系統(tǒng)的功能，通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)操作訓(xùn)練具備處理實(shí)際工作問題的相關(guān)專業(yè)技能，理論與實(shí)踐相結(jié)合，更好的理解模擬電子技術(shù)這門學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，為后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。

6 教學(xué)方法建議

和眾多電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課一樣，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程以理論講授與實(shí)踐操作相結(jié)合，理論部分也是以教師講授為主，課程內(nèi)容繁多，有時(shí)候?yàn)榱嗽谟邢薜膶W(xué)時(shí)內(nèi)完成全部的課程內(nèi)容講授，很多教師會(huì)全程進(jìn)行講授，學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)，猶如過眼云煙，沒有足夠的消化理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)間，真正理解領(lǐng)會(huì)的知識(shí)點(diǎn)非常有限，不懂的內(nèi)容還需要教師花更多的時(shí)間來反復(fù)講解，其實(shí)這樣的教學(xué)模式，教師辛苦不說，教學(xué)效果還會(huì)極差。理論部分的講授應(yīng)該著重抓課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，上課前十分鐘用來對(duì)前一次課的內(nèi)容及要求預(yù)習(xí)的內(nèi)容做提問，以這種方式督促學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固。

綜上所述，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程對(duì)電子信息類專業(yè)的本科生非常重要，另外電子信息類本科專業(yè)基礎(chǔ)課程還有很多，不僅僅是模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，每門不同的專業(yè)課程都有其特點(diǎn)和用途，學(xué)生只要從宏觀的角度，理解其中的關(guān)聯(lián)性和銜接性，教師也可適當(dāng)讓學(xué)生了解每門課程設(shè)置的知識(shí)要求、課程設(shè)置的能力要求，以及課程的達(dá)成目標(biāo)要求等，只為每一位學(xué)生能學(xué)好每一門專業(yè)課，真正具備電子信息的相關(guān)專業(yè)技能。

參考文獻(xiàn)

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].高等教育出版社.

篇7

【關(guān)鍵詞】集成電路；應(yīng)用

一、引言

集成電路技術(shù)作為微電子技術(shù)的一個(gè)重要門類和組成部分，其技術(shù)發(fā)展遵循著著名的摩爾定律，僅僅需要1.5年的時(shí)間就能夠?qū)⑾嗤阅艿碾娐穳嚎s到原有體積的一半，而進(jìn)40年來，集成電路的體積幾乎縮小了30000倍。當(dāng)前，頂尖的集成電路研發(fā)技術(shù)掌握在少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家的研究機(jī)構(gòu)手中，而與集成電路息息相關(guān)的IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被高度整合，從設(shè)計(jì)，到制造，到封裝再到測試，已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，集成電路的廣泛應(yīng)用不斷地推動(dòng)著科技的進(jìn)步，也不斷地改變著人類的生活。本文將討論集成電路的原理，分析集成電路的發(fā)展，最后討論集成電路的應(yīng)用。

二、集成電路概述

微電子學(xué)是一種結(jié)合了電子學(xué)以及材料物理學(xué)的綜合學(xué)科，該學(xué)科的主要研究認(rèn)為是將半導(dǎo)體材料進(jìn)行適當(dāng)處理，制造出微型電子電路、微型電子系統(tǒng)以滿足各種應(yīng)用需要。基于微電子技術(shù)發(fā)展起來的集成電路技術(shù)主要囊括了材料技術(shù)、電路技術(shù)、集成封裝技術(shù)等幾個(gè)門類，主要通過將晶體管器件、電阻器件、電容器件等按照電路原理高度集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)電路的某種功能，從集成電路輸入輸出關(guān)系來看，集成電路一般可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩種。

三、常見集成電路舉例

1.74LS138譯碼器

74LS139集成電路是常見的兩個(gè)2線－4線譯碼器，共有54/74S139和54/74LS139兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS139還可作數(shù)據(jù)分配器。A、B譯碼地址輸入端，高電平觸發(fā)；芯片的G1、G2為選通端，低電平觸發(fā)有效；Y0～Y3為譯碼輸出端。

2.74ls244緩沖器

74LS244是一種3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動(dòng)器。74LS244芯片沒有鎖存的功能，地址鎖存器就是一個(gè)暫存器，74LS244根據(jù)控制信號(hào)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。8086/8088數(shù)據(jù)和地址總線采用分時(shí)復(fù)用操作方法，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂贰?/p>

當(dāng)微處理器與存儲(chǔ)器交換信號(hào)時(shí)，首先由CPU發(fā)出存儲(chǔ)器地址，同時(shí)發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE給鎖存器，當(dāng)鎖存器接到該信號(hào)后將地址/數(shù)據(jù)總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數(shù)據(jù)。

3.555定時(shí)器

555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，是最常見的定時(shí)器集成電路。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。一般來說，555定時(shí)器的功能實(shí)現(xiàn)由比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。

555的應(yīng)用：

（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路等；

（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路，振蕩周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。

555應(yīng)用電路采用以上三種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。

四、集成電路發(fā)展

電路工藝是集成電路技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，主要涉及到擴(kuò)散技術(shù)、氧化技術(shù)、光刻腐蝕技術(shù)以及薄膜再生技術(shù)等方面。上世紀(jì)六十年代末，微電子研究人員充分研究了氧化二硅系統(tǒng)的電性質(zhì)，完成了界面物理研究的理論儲(chǔ)備，緊接著科學(xué)家通過控制鈉離子玷污的手法，配合使用高純度的材料，成功實(shí)現(xiàn)了MOS集成電路的生產(chǎn)，由于MOS電路在工藝上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前半導(dǎo)體工業(yè)中，絕大多數(shù)的集成電路有使用MOS或者CMOS結(jié)構(gòu)。

制版技術(shù)方面的關(guān)鍵技術(shù)的光刻技術(shù)，光刻技術(shù)最初被使用在照相術(shù)上面，上世紀(jì)五十年代末被應(yīng)用到半導(dǎo)體技術(shù)中，仙童公司巧妙地使用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集成電路的圖形結(jié)構(gòu)。使用光刻技術(shù)制造的器件相互連接時(shí)可以不使用手工焊接技術(shù)，而是采用真空金屬蒸發(fā)技術(shù)，使用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路的繪制。近年來，隨著光刻技術(shù)的發(fā)展，光刻技術(shù)的加工精度已經(jīng)達(dá)到超深亞微米數(shù)量級(jí)。

電路設(shè)計(jì)方面。1971年，Intel公司第一臺(tái)微處理器的發(fā)明是集成電路技術(shù)對(duì)人類做出的最大貢獻(xiàn)之一，微處理器的發(fā)明開辟了計(jì)算機(jī)時(shí)代的新紀(jì)元。微處理器的發(fā)明帶動(dòng)了以CMOS為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的發(fā)展，也帶動(dòng)了智能化電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，是信息技術(shù)的基礎(chǔ)原件和實(shí)物載體。近年來，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家將量子隧穿效應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到集成電路領(lǐng)域，推動(dòng)了信息化社會(huì)的進(jìn)程。

工藝材料方面。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，很多新材料技術(shù)和新物力技術(shù)不斷地被應(yīng)用到集成電路領(lǐng)域當(dāng)中，鐵電存儲(chǔ)器和磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器就是其中的代表。當(dāng)前集成電路技術(shù)的發(fā)展突顯出一些新的特征，主要表現(xiàn)在從一維向多維發(fā)展，向材料技術(shù)、微電子技術(shù)、器件技術(shù)以及物理技術(shù)提出了更高的要求，集成電路的發(fā)展也正因?yàn)槿绱嗽庥銎款i，物理規(guī)律的限制、材料科學(xué)的限制、技術(shù)手法的限制。不過與此同時(shí)，寬禁帶的SiC、GaN以及AIN等材料擊穿電壓值高、禁帶值高、抗輻射性能好，應(yīng)經(jīng)被廣泛應(yīng)用，所制造器件在高頻工作狀態(tài)、高溫狀態(tài)以及大功率狀態(tài)下性能優(yōu)異，是集成電路的發(fā)展方向。

五、結(jié)語

集成電路是上世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的發(fā)明之一，集成電路的廣泛應(yīng)用不斷地推動(dòng)著科技的進(jìn)步，也不斷地改變著人類的生活。本文系統(tǒng)分析了集成電路的原理，列舉了幾種常見集成電路，并對(duì)集成電路的發(fā)展進(jìn)行了討論和研究。

參考文獻(xiàn)

[1]張?jiān)蕿?半導(dǎo)體技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[2]李祁鎮(zhèn).集成電路概述[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[3]韓周子.數(shù)字集成電路概述[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.

[4]方寒.淺談集成電路的發(fā)展[M].中國科技縱橫,2003.

篇8

關(guān)鍵詞:CMOS;溫度保護(hù);PTAT電流;熱滯回

中圖分類號(hào):TN43

0 引 言

隨著集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用及集成度的不斷增加,超大規(guī)模集成電路(VLSI)的功耗、芯片內(nèi)部的溫度不斷提高,溫度保護(hù)電路已經(jīng)成為了眾多芯片設(shè)計(jì)中必不可少的一部分。本文在CSMC 0.5 μm CMOS工藝下,設(shè)計(jì)一種適用于音頻功放的高精度帶熱滯回功能溫度保護(hù)電路。

1 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)電路結(jié)構(gòu)可分為啟動(dòng)電路、PTAT電流產(chǎn)生電路、溫度比較及其輸出電路。下面詳細(xì)介紹各部分電路的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)。文中所設(shè)計(jì)的溫度保護(hù)整體電路圖如圖1所示。

[BT3]1.1 啟動(dòng)電路

在與電源無關(guān)的偏置電路中有一個(gè)很重要的問題,那就是“簡并”偏置點(diǎn)的存在,每條支路的電流可能為零,即電路不能進(jìn)入正常工作狀態(tài),故必須添加啟動(dòng)電路,以便電源上電時(shí)擺脫簡并偏置點(diǎn)。上電瞬間,電容C上無電荷,M7柵極呈現(xiàn)低電壓,M7~M9導(dǎo)通,PD(低功耗引腳)為低電平,M3將M6柵壓拉高,由于設(shè)計(jì)中M2寬長比較小,而此時(shí)又不導(dǎo)通,Q1~Q4支路導(dǎo)通,電路脫離“簡并點(diǎn)”;隨著M6柵電位的繼續(xù)升高,M2導(dǎo)通,M3源電位急劇降低,某時(shí)刻M3被關(guān)斷,啟動(dòng)電路與偏置電路實(shí)現(xiàn)隔離,電容C兩端電壓恒定,為M7提供合適的柵壓,偏置電路正常工作。然而,當(dāng)PD為高電平時(shí),M4導(dǎo)通,將M6,M10的柵電位拉低,使得整個(gè)電路處于低功耗狀態(tài)。

在這一部分,M11,M12,M14,M15組成低壓共源共柵電流鏡,并且有相同的寬長比,使兩條支路電流相等。該結(jié)構(gòu)與一般的共源共柵結(jié)構(gòu)相比,可以提高等效溝道長度,從而增大輸出電阻,提高電路的PSRR性能;并且這種兩管組合結(jié)構(gòu)可消耗較低的電壓壓降,從而增大輸出電壓擺幅,改善芯片低壓工作特性。

與此同時(shí),M7~M10這條支路為偏置電路提供了負(fù)反饋,以減小電源電壓對(duì)偏置電流的影響,使得電路在平衡狀態(tài)時(shí)保證X,Y兩點(diǎn)電壓相等。然而,反饋的引入也為偏置電路引入了不穩(wěn)定的因素,這里M13和M7構(gòu)成了一個(gè)兩級(jí)閉環(huán)運(yùn)放,為保證偏置電路的穩(wěn)定,必須進(jìn)行補(bǔ)償。通過電容C將主極點(diǎn)設(shè)置在第一級(jí)運(yùn)放M13的輸出端,從而保證了電路的穩(wěn)定性[7]。若Q3發(fā)射區(qū)的面積是Q4發(fā)射區(qū)面積的n倍,流過的電流大小均為I,則:

由式(9)可知,流經(jīng)R1У牡緦饔氳繚次薰,只與絕對(duì)溫度成正比,即得到PTAT電流。

[BT3]1.3 溫度比較及輸出電路[8]

由于晶體管的BE結(jié)正向?qū)妷壕哂胸?fù)溫度系數(shù);PTAT電流進(jìn)行I[CD*2]V變換產(chǎn)生電壓具有正溫度特性;利用這兩路電壓不同的溫度特性來實(shí)現(xiàn)溫度檢測,產(chǎn)生過溫保護(hù)信號(hào)的輸出[9]。

M26~M30,M33,M34構(gòu)成一個(gè)兩級(jí)開環(huán)比較器,反相器的接入是為了滿足高轉(zhuǎn)換速率的要求。M31,M32是低功耗管,M23~M25的作用是構(gòu)成一個(gè)正反饋回路,以防止在臨界狀態(tài)發(fā)生不穩(wěn)定性,同時(shí)又為電路產(chǎn)生了滯回區(qū)間。

比較器的兩個(gè)輸入端電壓分別記為VQ和VR;M17~M22用來鏡像基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生的PTAT電流,這里它們與M14有著相同的寬長比。因此流經(jīng)這三條支路的電流都為IPTAT。在常溫下,M25截止,R2完成對(duì)PTAT電流的I[CD*2]V變換,即VR=2IPTATR2,此時(shí)VR

2 仿真結(jié)果及分析

以下是對(duì)各部分電路進(jìn)行仿真的結(jié)果,仿真工具是Candence Spectre,模型采用華潤上華公司的0.5 μm的n阱CMOS工藝[10]。

圖2是PTAT電流隨溫度變化曲線。仿真結(jié)果表明,該曲線線性度較好,符合PTAT電流特性。常溫下,在電源為5 V的情況下,功耗僅為0.4mW。可見,其功耗非常低。

[JP2]圖4是溫度分別從0~150 ℃和150~0 ℃掃描時(shí)比較器輸出狀態(tài)的變化。由圖可見,當(dāng)溫度由低到高上升至84.1 ℃時(shí),電路輸出狀態(tài)由低電平翻轉(zhuǎn)成高電平,實(shí)現(xiàn)了芯片的過溫保護(hù);只有當(dāng)溫度回落到72 ℃時(shí),電路才恢復(fù)原狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了約12 ℃的滯回溫度。改

3 結(jié) 語

為保證芯片在工作時(shí)不因溫度過高而被損壞,溫度保護(hù)電路是必須的。這里所設(shè)計(jì)的溫度保護(hù)電路對(duì)溫[LL]度靈敏性高,功耗低, 其熱滯回功能能有效防止熱振蕩現(xiàn)象的發(fā)生,相比一般單獨(dú)使用晶體管BE結(jié)的溫度保護(hù)電路具有更高的靈敏度和精度,可廣泛用于各種功率芯片內(nèi)部。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]\[美\]畢查德•拉扎維.模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)[M].陳貴燦,譯.西安:西安交通大學(xué)出版社,2003:309[CD*2]327.

[2]Serra[CD*2]Graells F,Huertas J L.Sub[CD*2]1 V CMOS Proportional[CD*2]to[CD*2]Absolute Temperature Reference [J].IEEE Journal on Solid[CD*2]state Circuit,2003,38 (1):84[CD*2]88.

[3]文武,文治平,張永學(xué).一種高精度自偏置共源共柵的CMOS 帶隙基準(zhǔn)源[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2008,25(8):711[CD*2]714.

[4]Banba H.A CMOS Bandgap Reference Circuit with Sub[CD*2]1 V Operation\[J\].IEEE Journal on Solid[CD*2]state Circuit,1999,34:670[CD*2]674.

[5]張孝坤,王繼安.一種可用于模塊化設(shè)計(jì)的熱關(guān)斷電路[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2007,24(6):130[CD*2]136.

[6]潘飛蹊,俞鐵剛,郭超,等.一種高精度帶隙基準(zhǔn)源和過溫保護(hù)電路[J].微電子學(xué),2005,35(2):192[CD*2]195.

[7]Phillip E Allen,Douglas R Holberg.CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[8]石偉韜,蔣國平.一種高穩(wěn)定低功耗CMOS 過熱保護(hù)電路的設(shè)計(jì)[J].電子器件,2006,29(2):330[CD*2]334.

篇9

隨著社會(huì)對(duì)人才需求不斷轉(zhuǎn)型，高等教育培養(yǎng)人才模式必須改革。而數(shù)字電子技術(shù)一直都是學(xué)生比較頭疼的課程，因此將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用到數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中，明確該課程項(xiàng)目化教學(xué)的思路，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)能力，是新課改的基本要求。本文是筆者對(duì)教學(xué)工作進(jìn)行總結(jié)，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：

項(xiàng)目教學(xué)法；數(shù)字電子技術(shù)；應(yīng)用

引言

數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容廣而且極難掌握，學(xué)生大多摸不著頭腦，如果采用傳統(tǒng)教學(xué)無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。在這種形勢下，探究項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用具有實(shí)用價(jià)值。

1.項(xiàng)目化教學(xué)的準(zhǔn)備工作

1.1項(xiàng)目的選取工作

在項(xiàng)目教學(xué)法中，項(xiàng)目的選取是格外重要的，所選取的項(xiàng)目要典型且在實(shí)際中有較強(qiáng)的可操作性，這是成功運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵。（1）通過對(duì)大學(xué)生的就業(yè)情況做調(diào)研與分析，由老師帶領(lǐng)學(xué)生歸納出專業(yè)崗位所要求的職業(yè)基本素養(yǎng)和職業(yè)能力，同時(shí)，根據(jù)當(dāng)今高等學(xué)校的教學(xué)趨勢，將根據(jù)調(diào)研得到的數(shù)據(jù)重新整合，而后將典型的電子產(chǎn)品引入日常教學(xué)中，以此來提升學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。（2）項(xiàng)目的選取要有層次，由簡單到復(fù)雜。數(shù)字電子技術(shù)中的集成電路有很多種，按功能可以將其分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路，與項(xiàng)目相關(guān)的產(chǎn)品有小中大等規(guī)模的集成電路。項(xiàng)目的難易程度要符合與學(xué)生所掌握的技能和知識(shí)，學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)基礎(chǔ)也需重視。學(xué)生在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，可以將項(xiàng)目涉及到的知識(shí)分散開來，讓它們?cè)诓煌沫h(huán)節(jié)中體現(xiàn)。從易到難，從測試單個(gè)集成芯片功能到設(shè)計(jì)、制作完整的電路。（3）項(xiàng)目要具有代表性和可實(shí)施性，讓學(xué)生大膽創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)思維的束縛。例如，在典型項(xiàng)目“三人表決器的設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目”中，老師可以先說出自己設(shè)計(jì)理念，然后讓學(xué)生通過查找資料、小組討論，制定出幾個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案；在設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目數(shù)字鐘的拓展方面，可以將可編程邏輯器運(yùn)用到數(shù)字鐘的制作中。

1.2項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作

確立項(xiàng)目之后，教師要先開發(fā)出產(chǎn)品的完整電路，以此證明該項(xiàng)目的可實(shí)施性，也為學(xué)生創(chuàng)造了良好的實(shí)踐環(huán)境。然后讓學(xué)生五至六人一組，每組選出一個(gè)小組長。小組長帶領(lǐng)本組成員制定本組項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，給每個(gè)組員分配明確多的任務(wù)，監(jiān)督組員的進(jìn)度情況。

2.項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施

2.1提出項(xiàng)目任務(wù)，收集資訊

在進(jìn)行該項(xiàng)目之前，教師對(duì)學(xué)生提出基本的設(shè)計(jì)要求，給學(xué)生下達(dá)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館收集資料。學(xué)生為了激發(fā)自己對(duì)項(xiàng)目開發(fā)的興趣，需要自己在課下查詢資料、掌握相關(guān)知識(shí)。同時(shí)學(xué)生要整理、記憶相關(guān)資料，以此來提高自身獲取信息的能力和自學(xué)能力。例如，項(xiàng)目“三人表決器的設(shè)計(jì)與制作”中，首先，教師要大致講解邏輯代數(shù)的相關(guān)知識(shí)，再以案例為載體，講解組合邏輯電路的一些設(shè)計(jì)方法，最后對(duì)學(xué)生提出項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生接受任務(wù)后，首先通過各種渠道收集相關(guān)資料，再根據(jù)所學(xué)知識(shí)將收集到的資料進(jìn)行分類整理。

2.2項(xiàng)目計(jì)劃討論

每個(gè)小組根據(jù)任務(wù)要求和整理的資料，初步制定項(xiàng)目計(jì)劃書，計(jì)劃書應(yīng)大致包括電路的設(shè)計(jì)步驟、電路的調(diào)試步驟以及計(jì)劃實(shí)施的相關(guān)步驟等，還有項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)度和組員分工。各小組成員進(jìn)行分工合作，積極討論設(shè)計(jì)方案，最終確定出項(xiàng)目計(jì)劃書，教師也應(yīng)深入各組進(jìn)行指導(dǎo)。這個(gè)過程中，學(xué)生既掌握了相關(guān)的知識(shí)和技能，也更能理解合作共贏的含義，此時(shí)，學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中處于主體地位，老師起到指導(dǎo)作用。這種小組成員共同合作，討論并制定出項(xiàng)目計(jì)劃的方法，不僅提升了學(xué)生的組織能力和管理能力，也增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，同時(shí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生多的積極性。

2.3項(xiàng)目方案決策

各小組經(jīng)過討論制定出計(jì)劃書后，每組選一名成員對(duì)本組計(jì)劃進(jìn)行講解，本組其他成員可適時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)充，而教師及其他組的成員可對(duì)設(shè)計(jì)方案提出相應(yīng)的問題，由講解者回答，教師點(diǎn)評(píng)并說明該方案的可行性，最后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步優(yōu)化或者再重新制定方案。例如，在“集成電路的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目中，學(xué)生收集資料、討論交流后，提出幾個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案，教師根據(jù)幾個(gè)設(shè)計(jì)方案成本、可操作性、典型性，最后選出最合理的設(shè)計(jì)方案并指出各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生進(jìn)一步優(yōu)化各自的方案。

2.4項(xiàng)目方案實(shí)施

項(xiàng)目的實(shí)施階段是項(xiàng)目教學(xué)法的最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，每組成員之間需要相互合作，共同完成電路的調(diào)試、芯片的安裝和儀器儀表的使用等工作。每個(gè)小組可選取不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)比各個(gè)方案的實(shí)施情況，發(fā)現(xiàn)問題，從而優(yōu)化自己的方案，最終找到理想的電路。例如，在“三人表決器的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目中，學(xué)生通過實(shí)施不同的設(shè)計(jì)方案，將親身實(shí)踐與理論知識(shí)相結(jié)合，得出最終結(jié)論，這比傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)的教學(xué)方法更為有效。若在電路開發(fā)中學(xué)生遇到比較棘手的問題，教師可恰當(dāng)?shù)貙?duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生走出困境，并督促學(xué)生認(rèn)真完成項(xiàng)目計(jì)劃書中的各個(gè)開發(fā)環(huán)節(jié)，以保證項(xiàng)目的開發(fā)順利完成。

2.5項(xiàng)目檢查與成果展示

學(xué)生自己進(jìn)行項(xiàng)目檢查，不僅可以提讓學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立分析評(píng)價(jià)問題的能力，也可以判斷出電路是否正確。在實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃的過程中，讓學(xué)生對(duì)所制作的電路反復(fù)檢查，及時(shí)糾正電路中的錯(cuò)誤，然后可以讓教師或其他組成員檢查，相互之間交換檢查結(jié)果。確保電路無誤后，各組展示制作的電路，學(xué)生自主發(fā)言，與大家交流自己的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。

3.結(jié)語

項(xiàng)目的評(píng)價(jià)可作為評(píng)判學(xué)生成績的依據(jù)。主要是考評(píng)組學(xué)生在實(shí)踐過程中的專業(yè)能力、組織能力和合作能力。最后由教師總結(jié)各組出現(xiàn)的問題、相應(yīng)的解決的辦法和大家的經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目的開發(fā)讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，同時(shí)提升了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。在項(xiàng)目完成后，學(xué)生要獨(dú)立撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告，這不僅可以讓學(xué)生養(yǎng)成勤于思索、善于總結(jié)的好習(xí)慣，而且可以提高學(xué)生獨(dú)立思考、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的能力，同時(shí)可以幫助學(xué)生理清思路，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣慶斌,徐國慶.基于工作任務(wù)的職業(yè)教育項(xiàng)目課程的研究[J].職業(yè)技術(shù)教育,2015(11).

[2]丁娟.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與高職教育教學(xué)改革[J].江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2017(03).

[3]徐國慶.高職項(xiàng)目課程的理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)[J].江蘇高教,2016(19).

篇10

【關(guān)鍵詞】微電子；延伸領(lǐng)域；發(fā)展方向

1.引言

微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是大規(guī)模集成電路發(fā)展起來的一門新技術(shù)。微電子產(chǎn)業(yè)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，器件物理，工藝技術(shù)，材料制備，自動(dòng)測試及封裝等一系列專門的技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，它已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是以集成電路為關(guān)鍵技術(shù)的電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)都要依托于微電子產(chǎn)業(yè)。

微電子技術(shù)是微電子產(chǎn)業(yè)的核心，是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化的過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。微電子技術(shù)也是信息技術(shù)的基礎(chǔ)和心臟，是當(dāng)今發(fā)展最快的技術(shù)之一。近年來，微電子技術(shù)已經(jīng)開始向相關(guān)行業(yè)滲透，形成新的研究領(lǐng)域。

2.微電子技術(shù)概述

2.1 認(rèn)識(shí)微電子

微電子技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家科技進(jìn)步和綜合國力的重要標(biāo)志之一。因此，學(xué)習(xí)微電子，認(rèn)識(shí)微電子，使用微電子，發(fā)展微電子，是信息社會(huì)發(fā)展過程中，當(dāng)代大學(xué)生所渴求的一個(gè)重要課程。

生活在當(dāng)代的人們，沒有不使用微電子技術(shù)產(chǎn)品的，如人們每天隨身攜帶的手機(jī)；工作中使用的筆記本電腦，乘坐公交、地鐵的IC卡，孩子玩的智能電子玩具，在電視上欣賞從衛(wèi)星上發(fā)來的電視節(jié)目等等，這些產(chǎn)品與設(shè)備中都有基本的微電子電路。微電子的本領(lǐng)很大，但你要看到它如何工作卻相當(dāng)難，例如有一個(gè)像我們頭腦中起記憶作用的小硅片―它的名字叫存儲(chǔ)器，是電腦的記憶部分，上面有許許多多小單元，它與神經(jīng)細(xì)胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經(jīng)元的六十分之一，再例如你手中的電話，將你的話音從空中發(fā)射出去并將對(duì)方說的話送回來告訴你，就是靠一種叫“射頻微電子電路”或叫“微波單片集成電路”進(jìn)行工作的。它們會(huì)將你要表達(dá)的信息發(fā)送給對(duì)方，甚至是通過通信衛(wèi)星發(fā)送到地球上的任何地方。其傳遞的速度達(dá)到300000KM/S，即以光速進(jìn)行傳送，可實(shí)現(xiàn)雙方及時(shí)通信。

“微電子”不是“微型的電子”，其完整的名字應(yīng)該是“微型電子電路”，微電子技術(shù)則是微型電子電路技術(shù)。微電子技術(shù)對(duì)我們社會(huì)發(fā)展起著重要作用，是使我們的社會(huì)高速信息化，并將迅速地把人類帶入高度社會(huì)化的社會(huì)。“信息經(jīng)濟(jì)”和“信息社會(huì)”是伴隨著微電子技術(shù)發(fā)展所必然產(chǎn)生的。

2.2 微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料――取之不盡的硅

位于元素周期表第14位的硅是微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，硅的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度高，可達(dá)200攝氏度；二是能在高溫下氧化生成二氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜可以用作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩護(hù)膜，從而能使擴(kuò)散、光刻等工藝結(jié)合起來制成各種結(jié)構(gòu)的電路，而氧化硅層又是一種很好的絕緣體，在集成電路制造中它可以作為電路互聯(lián)的載體。此外，氧化硅膜還是一種很好的保護(hù)膜，它能防止器件工作時(shí)受周圍環(huán)境影響而導(dǎo)致性能退化。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是受主和施主雜質(zhì)有幾乎相同的擴(kuò)散系數(shù)。這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。硅材料的這些優(yōu)越性能促成了平面工藝的發(fā)展，簡化了工藝程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大規(guī)模集成電路得到了迅猛的發(fā)展。

2.3 集成電路的發(fā)展過程

20世紀(jì)晶體管的發(fā)明是整個(gè)微電子發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的突破。從而使得電子學(xué)家們開始考慮晶體管的組合與集成問題，制成了固體電路塊―集成電路。從此，集成電路迅速從小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，如圖1所示。

圖1 集成電路發(fā)展示意圖

集成電路的分類方法很多，按領(lǐng)域可分為：通用集成電路和專用集成電路；按電路功能可分為：數(shù)字集成電路、模擬集成電路和數(shù)模混合集成電路；按器件結(jié)構(gòu)可分為：MOS集成電路、雙極型集成電路和BiIMOS集成電路；按集成電路集成度可分為：小規(guī)模集成電路SSI、中規(guī)模集成電路MSI、大規(guī)模集成電路LSI、超導(dǎo)規(guī)模集成電路VLSI、特大規(guī)模集成電路ULSI和巨大規(guī)模集成電路CSI。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了集成電路（IC），集成電路是微電子學(xué)的研究對(duì)象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發(fā)展。

2.4 走進(jìn)人們生活的微電子

IC卡，是現(xiàn)代微電子技術(shù)的結(jié)晶，是硬件與軟件技術(shù)的高度結(jié)合。存儲(chǔ)IC卡也稱記憶IC卡，它包括有存儲(chǔ)器等微電路芯片而具有數(shù)據(jù)記憶存儲(chǔ)功能。在智能IC卡中必須包括微處理器，它實(shí)際上具有微電腦功能，不但具有暫時(shí)或永久存儲(chǔ)、讀取、處理數(shù)據(jù)的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對(duì)外界環(huán)境響應(yīng)、識(shí)別和判斷處理能力。

IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應(yīng)用于金融、商貿(mào)、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動(dòng)電話卡，付費(fèi)電視卡，公交卡，地鐵卡，電子錢包，識(shí)別卡，健康卡，門禁控制卡以及購物卡等等。IC卡幾乎可以替代所有類型的支付工具。

隨著IC技術(shù)的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲(chǔ)卡發(fā)展到邏輯加密卡裝有微控制器的各種智能卡。它們的存儲(chǔ)量也愈來愈大，運(yùn)算功能越來越強(qiáng)，保密性也愈來愈高。在一張卡上賦予身份識(shí)別，資料（如電話號(hào)碼、主要數(shù)據(jù)、密碼等）存儲(chǔ)，現(xiàn)金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

3.微電子技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域

微電子技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)的二級(jí)學(xué)科。電子信息科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)代最活躍，滲透力最強(qiáng)的高新技術(shù)。由于集成電路對(duì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈滲透，使得微電子出現(xiàn)了一些新領(lǐng)域。

3.1 微機(jī)電系統(tǒng)

MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）微機(jī)電系統(tǒng)主要由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理電路和控制電路、通信接口和電源等部件組成，主要包括微型傳感器、執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路三部分，它融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)、微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。是在現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。

當(dāng)前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)械制造小機(jī)械，再利用小機(jī)械制造微機(jī)械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人，微型手術(shù)臺(tái)等。第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且適合于批量生產(chǎn)，已成為目前MEMS的主流技術(shù)，第三種是以德國為代表的LIGA（即光刻，電鑄如塑造）技術(shù)，它是利用X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和塑造形成深層微結(jié)構(gòu)的方法，人們已利用該技術(shù)開發(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度計(jì)、微射流計(jì)等。

MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在信息技術(shù)，航空航天，科學(xué)儀器和醫(yī)療方面將起到分別采用機(jī)械和電子技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的作用。

3.2 生物芯片

生物芯片（Bio chip）將微電子技術(shù)與生物科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以生物科學(xué)基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞功能，在固體芯片表面構(gòu)建微分析單元，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞及其他生物組分的正確、快速的檢測。目前已有DNA基因檢測芯片問世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余種DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維，不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基本片段。采用施加電場等措施可使一些特殊物質(zhì)反映出某些基因的特性從而達(dá)到檢測基因的目的。以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合，采用微電子加工技術(shù)，在指甲大小的硅片上制作包含多達(dá)20萬種DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在極短的時(shí)間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化，對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。生物工程芯片是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)并且具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.3 納米電子技術(shù)

在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代電子器件，如：高電子遷移晶體管（HEMT），異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT），低閾值電流量子激光器等。

在半導(dǎo)體超薄層中，主要的量子效應(yīng)有尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)和干涉效應(yīng)。這三種效應(yīng)，已在研制新器件時(shí)得到不同程度的應(yīng)用。

（1）在FET中，采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用電子的量子限定效應(yīng)，可使施主雜質(zhì)與電子空間分離，從而消除了雜質(zhì)散射，獲得高電子遷移率，這種晶體管，在低場下有高跨度，工作頻率，進(jìn)入毫米波，有極好的噪聲特性。

（2）利用諧振隧道效應(yīng)制成諧振隧道二極管和晶體管。用于邏輯集成電路，不僅可以減小所需晶體管數(shù)目，還有利于實(shí)現(xiàn)低功耗和高速化。

（3）制成新型光探測器。在量子阱內(nèi)，電子可形成多個(gè)能級(jí)，利用能級(jí)間躍遷，可制成紅外線探測器。

利用量子線、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)作激光器的有源區(qū)，比量子阱激光器更加優(yōu)越。在量子遂道中，當(dāng)電子通過隧道結(jié)時(shí)，隧道勢壘兩側(cè)的電位差發(fā)生變化，如果勢壘的靜電能量的變化比熱能還大，那么就能對(duì)下一個(gè)電子隧道結(jié)起阻礙作用。基于這一原理，可制作放大器件，振蕩器件或存儲(chǔ)器件。

量子微結(jié)構(gòu)大體分為微細(xì)加工和晶體生長兩大類。

4.微電子技術(shù)的主要研究方向

目前微電子技術(shù)正朝著三個(gè)方向發(fā)展。第一，繼續(xù)增大晶圓尺寸并縮小特征尺寸。第二，集成電路向系統(tǒng)芯片（system on chip，SOC）方向發(fā)展。第三，微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域相結(jié)合將產(chǎn)生新產(chǎn)業(yè)和新學(xué)科，如微機(jī)電系統(tǒng)和生物芯片。隨著微電子學(xué)與其他學(xué)科的交叉日趨深入，相關(guān)的新現(xiàn)象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光電子集成技術(shù)也不斷發(fā)展，這些研究的不斷深入，彼此間的交叉融合，將是未來的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]高勇，喬世杰，陳曦.集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2011.

[2]常青，陶華敏，肖山竹，盧煥章.微電子技術(shù)概論[M].國防工業(yè)出版社，2006.

[3]王穎.集成電路版圖設(shè)計(jì)與TannerEDA工具的使用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4]畢克允.微電子技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，2000.

[5]于寶明，金明.電子信息[M].東南大學(xué)出版社，2010.

[6]王琪民，劉明候.秦豐華.微機(jī)電系統(tǒng)工程基礎(chǔ)[M].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2010.