導語：如何才能寫好一篇電路設計行業分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：計算機應用；電子技術；高速數字；電路設計

由于近代科學技術發展的不斷深入，高新技術層出不窮，電子技術行業也得到了前所未有的改革，開始進入了一個嶄新的電氣時代。高速數字電路通過電子技術和計算機技術的巧妙結合，能夠集成高速變化信號在電路中所產生的電感、電熔等模擬特性的電路，對整個電路的各項參數進行調整和優化，讓計算機高速數字電路系統保持一個理想的運行狀態。計算機高速數字電路設計的過程中，最需要注意的還是各個元器件的搭配，否則會對電路信號甚至是電路元器件的正常運行造成影響。但是，在實際的應用中，計算機高速數字電路設計技術卻受到一些因素的影響，例如，信號線間距離的影響、阻抗不匹配的問題、電源平面間電阻和電感的影響等，都會對計算機高速數字電路技術的運行效率產生影響，這也是要提升計算機高速數字技術的應用效率的重中之重。作者結合自身多年工作經驗，以及自身對計算機高速數字電路技術的了解，通過對計算機高速數字電路設計技術的分析，找出了主要對影響計算機高速數字電路設計技術的關鍵因素，同時也提出了幾點改進建議，希望對提升計算機高速數字電路系統的運行效率有所幫助，進一步促進電子產品行業的快速發展。

一、影響計算機高速數字電路設計技術的關鍵因素

1.1 信號線間距離

計算機高速數字電路設計技術的出現，給電子設計領域帶來了新的突破，對計算機電子技術的發展有著極大的作用。由于各方面原因及計算機高速數字電路設計技術自身的特點，現階段的計算機高速數字電路設計技術在應用過程中卻存在著許多問題。其中信號線間距離對計算機高速數字電路設計有著明顯的影響，一般情況下，信號線間的距離會隨著印刷版電路密集度的增大而變化，越來越狹小，而在這個過程中，也會導致信號之間的電磁耦合增大，這樣就不會對其進行忽略處理，會引發信號間的串擾現象，而且隨著時間的推移會越來越嚴重。

1.2 阻抗不匹配

在計算機高速數字電路設計技術應用過程中，阻抗是影響其信號傳輸的關鍵因素，由于設計的不合理，造成阻抗增大，從而影響信號的傳輸。在現階段計算機高速數字電路設計的過程中經常發現信號傳輸位置上的阻抗不相匹配的現象，這樣極易引發反射噪聲，而反射噪聲將會對信號造成一定的破壞，使得信號的完整性受到極大的影響。

1.3 電源平面間電阻和電感不穩定

目前計算機高速數字化電路設計技術在諸多領域都得到廣泛的應用，根據實際情況，利用先進的電子技術進行設計，從而讓電子設備達到更好的運行效果。現階段計算機高速數字電路設計中，由于電源平面間存在電阻和電感，使得大量電路輸出同時動作時，就會使整個電路產生較大的瞬態電流，這將會對極端級高速數字電路地線以及電源線上的電壓造成極大的影響，甚至會產生波動的現象。

二、優化計算機高速數字電路技術的有效措施

2.1 優化電路信號設計，確保電路信號的完整性

為了確保計算機高速數字電路信號的完整性，要對計算機高速數字電路技術進行合理的設計，現階段計算機高速數字電路設計技術中，由于受到阻抗不匹配的影響，對電路信號的完整性也造成一定的影響，針對這點主要分為兩方面研究：一方面是對不同電路之間電路信號網的傳輸信號干擾情況進行研究，也就是以上所提到的反射和干擾的問題；另一方面，要對不同信號在傳輸的過程中，對電路信號網產生的干擾情況進行分析。計算機高速數字電路在運行的過程中，會受到阻抗不相匹配的因素而影響到電路信號的傳輸效率，而且，現階段計算機高速數字電路運行的過程中，阻抗很難控制，經常會出現阻抗過大或過小的現象，都會對電路信號傳播的波形產生一定的干擾，從而對計算機高速電路傳輸信號的完整性產生直接的影響。為了避免這類情況的發生，要對計算機高速數字電路設計技術展開研究，從正常理論來看，高速數字電路設計難以使電路與臨街阻抗的狀態相互符合，可以對計算機高速數字電路設計技術進行改進，保持系統處于過阻抗狀態，這樣就能保證計算機高速數字電路設計不會受到阻抗不等的狀態而影響到計算機高速數字電路信息傳輸的完整性。

2.2 優化電路電源設計，減少電源系統阻抗

從理論上來看，如果高速數字電路設計中，電源系統中不存在阻抗的話是電路設計最理想的狀態，這樣整個信號的回路也不會存在阻抗耗損的問題，系統中的各個點的點位就會保持恒定的狀態。電源是計算機高速數字電路技術的重要組成元件，通過以上的分析得知，計算機高速數字電路設計中，由于受到電源平面間電阻和電感的影響，使得電源運行過程中會出現過電壓的故障，也就是電源的波形質量受到影響，嚴重影響到計算機高速數字電路運行的可靠性。計算機高速數字電路系統運行的過程中，就必須要考慮到電源的電阻和電感因素，而要減少電源面的電阻和電感對電源系統的影響，就必須對其采取降低的處理措施。從當今計算機高速數字電路系統電源材質的分析了解到，電路系統中大多數都是采用大面積銅質材料，如果結合電源系統要求來分析的話，這些材料遠遠達不到計算機高速數字電路電源的標準要求，這樣在系統正常運行的過程中勢必會受到一定的影響，對此，要將所有影響因素進行綜合性的考慮和研究，可以采用樓電容應用到電路中，這樣可以有效的避免或降低電源面電阻和電感對系統的影響，從而有效的提高計算機高速數字電路系統運行的可靠性。

三、總結

綜上所述，由于現代社會信息化、科技化、電氣化進程的不斷加深，也不斷促進電子設計行業快速發展，電子設計技術將在實踐中不斷創新進步，在社會經濟快速發展的過程中以滿足新時期的電氣時代需求。通過對高速數字電路設計問題進行有效合理的解決，對高速數字電路設計技術進行完善和創新，更進一步的促進了現代化技術和電子設計行業的發展，為我們國民經濟可持續發展帶來了有力保障。■

參考文獻

[1] 李琳琳. 高速數字電路設計中電源完整性分析[J]. 火控雷達技術. 2010（02）

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關鍵詞：電子電路設計教學；軟件實際應用

隨著計算機技術的發展進步，計算機軟件的開發應用發展空間也越來越廣闊。計算機軟件對于電子線路設計而言，其重要性不言而喻，可提供給電路設計更合理的參數方案，無論是教學應用中亦或社會應用中，均占有極高的比重和地位。目前，已有諸多設計者在設計和研究電路的過程中，利用電腦仿真技術來分析調試電路設計，充分證實計算機軟件是實現電子電路設計的關鍵工具。

一、電子電路設計教學和計算機軟件的發展現狀

在計算機技術迅猛發展的當前，幾乎任何行業的發展都離不開計算機軟件的開發利用，特別是電子電路設計領域，應用各類計算機軟件進行電路設計既快捷便利，又能有效驗證電子線路的功能及連接。而隨著計算機軟件的普及應用，其類型功能等越來越完善，也得到了廣泛的認可。在實際的電路設計中，無論設計亦或搭建線路，都需要電路圖繪制、結構調動、電路及元件設計等電子領域共同參與，這就表明需要用到的計算機類型也不盡相同，也是促進計算機軟件完善發展的內在動力。

目前，我國大多數高校開設的電子電路設計課程主要以“理論+實踐”為主，這種課程模式提供給學生學習電路設計更廣闊的發展空間。而使用計算機軟件輔助教學，讓學生掌握軟件使用方法，可利于學生通過軟件工具設計電子電阻，搭建和調試其線路。在電路設計教學中應用輔助軟件，最具有代表性的實例即模擬電子技術實驗教學，其不但能使學生獲得基礎性知識，通過課堂的實踐練習更加深入認知電路設計和仿真軟件應用，也可在課程后期實踐中，更進一步融合電子電路知識與軟件知識。從這個角度來看，進行電子電路教學，對電路設計結合計算機軟件意義非凡，也是我國電子電路技術發展的基礎前提。

二、電子電路設計教學中輔助軟件的應用

（一）Portues軟件的應用

目前，在電子電路設計的教學中，Portues軟件的應用較為普遍，此軟件具有強大的輔助設計功能，作為仿真教學軟件之一，在科技水平大幅度提高的今天，逐漸受到電子電路專業師生的青睞。Portues軟件的應用需通過在界定頁面演示后，根據仿真實驗結果所得結論制定或優化相關解決方案。這種仿真模式能提高軟件利用效率，得出一系列仿真波形和圖像，實現更深入的修改。通常來說，在傳統的設計過程中，設計者需要將初始的原理圖做成實際測試版進行調試，發現問題后，需要進行電路板的修改和完善。使用該軟件則可避免這一環節，只要通過該軟件就能分析原始電子電路設計，并自動生成其研究結果。從這個角度來說，該軟件具有操作便利、功能全面的優勢，并及時調整電子電路設計過程中產生的數據，在學生實訓實驗的過程中，也有利于解決電子電路設計教學中的問題。同時，該軟件的檢測手段更科學，可完全取代傳統落后檢測模式，且能夠大大降低實驗成本，對提高教學效率減少設計時間作用巨大。

（二）CAD軟件的應用

CAD軟件在電子電路設計教學中的應用，與其他軟件相比具有研究不同圖像的特點，在教學中應用相對廣泛。而在電子電路教學不斷發展的今天，該軟件不但有利于電路制圖，也有益于核算相關數據和繪制幾何圖形。教師在利用該軟件進行電子電路設計教學時，可根據電子電路設計類型的不同，展示不同設計的方案及措施。而且，學生利用該軟件進行實踐，可了解到電子電路設計中的各種問題，并更便捷快速地解決面臨的問題，使學生在實踐中不斷累積經驗，提高自身動手能力及解決問題的能力，進而避免這些問題對教學的干擾。另外，CAD軟件本身擁有元件整理庫，故能在教學中設置電子電路設計的相關元件，還能直接及時地給出解決電路設計中所存問題的方案。在教學中利用該軟件輔助，可有效減少制作原理圖像的時間，使學生深刻記憶制作設計的圖像。但需要注意一點，即教師要詳細說明模擬元件與真實元件的區別，以免學生在實踐操作中受到不安全因素的威脅。

（三）EWB軟件的應用

EWB軟件是技術型仿真軟件，其中涉及大量高科技元件與電路模型。從仿真軟件角度來說，EWB軟件的使用功能十分強大，能夠進行整體的電子電路分析，并可提出相關問題。該軟件與其他軟件相比，更具適用性，可以實現不同的電子電路設計。因此，當教師利用該軟件輔助教學時，應注重強調其不同所在，既要讓學生充分利用軟件主要功能，也要了解相關拓展功能。例如，系統的掃描分析電子電路形式時，該軟件在仿真各種函數的同時，也可模擬電路生成。另外，在學生利用軟件中涉及的高科技元件和功能完善原始電子電路設計的過程中，教師應詳細地向學生介紹并解釋相關軟件的生成，以確保學生能夠全面掌握軟件使用方法，進而開展高效的學習。在電子電路設計中只有不斷了解EWB軟件，將其全面融入其中才能展現其精準程度與時效性。

三、結束語

通過上文分析可知，輔助軟件應用于電子電路設計教學中，無疑是對電路設計和功能檢測教學方法的最佳補充。教師在備課期間，應對各種輔助軟件運用特點進行合理比較，以便擇取更具備教學價值的軟件進行教學，實現對電路參數的全面講解，培養學生獨到電力工程設計見地，進而為其將來就業發展奠定良好基礎。

參考文獻：

[1]李葉明.淺析Multisim仿真軟件在電子電路實驗教學中的運用[J].都市家教（上半月），2015，（4）：268-268.

[2]顧玲芙.各類軟件在電子電路設計教學中的運用[J].電子制作，2013，（20）：132-132.

[3]顧學俊.分析各類軟件在電子電路設計教學中的應用[J].電子測試，2015，（7）：130-131，122.

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【關鍵詞】電子電路設計；調試方法；步驟

當前，隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，我國的電子行業已在市場經濟領域中得到了大規模的發展，同時也得到了廣泛的應用。其中，對于電子設備來說，電子電路的設計是其中的一個關鍵性內容，為了有效地滿足社會對電子行業的需求，人們對電子電路的設計質量也提出了更高的要求，而電力的調試工作作為電子電路設計中的一個核心內容，重視和完善電路的調試工作便顯得尤為重要，其對優化電子電路的設計質量具有非常重要的影響。

1電子電路設計常用的調試方法

電子電路設計常用的調試方法主要有兩種，即分別為分塊調試法和整體調試法。下面主要對此兩種方法進行了一定的分析。

1.1分塊調試法

在進行電子電路設計時，分塊調試法的應用主要是將整個電子電路按照一定的規律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進行調試。通常情況下，其主要是按照電路的不同功能進行劃分的，由此則可以對不同電路部分的性能進行單獨地調試。其中，在實際調試作業過程中，為了保障電子電路分塊的科學合理性以及調試工作的正常開展，相關工作人員應首先對電子電路的工作方式、工作原理進行具體地掌握，然后在實際的調試過程中應嚴格按照電路的信號流通線路進行具體地劃分，從而便可以將電子電路劃分成多個級別。在此前提下，工作人員則可以對電子電路進行一級一級地作業，以更加有效地完成對電子電路的調試。此外，分塊調試法還適用于邊安裝邊調試的情況下，即在整個電子電路中每安裝完一個模塊就可以對其進行相應的調試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進行分塊調試的模式相比較的話，雖然該調試方式會在一定程度上增加調試工作的難度，但是該工作的效果卻是比較理想的，其不僅可以在電力電路安裝的過程中立即發現其間可能存在的故障模塊，且當電子電路安裝完畢之后，與之相對應的調試作業也便同時完成了。在實際作業過程中，分塊調試法常被普遍應用于較小的電路中。

1.2整體調試法

與分塊調試法不同，整體調試法主要是在整個電子電路都安裝完畢之后再對其進行一次性地總調試，而并不對每一模塊進行單獨地調試。一般情況下，整體調試法常被應用于結構簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調試效果，尤其是對于一些無法分塊調試的產品來說，整體調試法的應用在其中具有著極其重要的意義。

2電子電路設計常用的調試步驟

在對整個電子電路進行調試的作業時，相關工作人員需掌握具體的調試方法和調試步驟，以保證調試工作的正常開展。其中，在進行電子電路調試工作之前，其需做好相應的準備工作。①工作人員需準備好相關性的技術文件，這是保證調試工作正常運行的首要內容，如準備好電子電路的線路圖、電力系統的設計原理、設計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調試工作提供良好的理論依據。②在進行調試工作時，其也需要借助相應的儀器設備，因此工作人員需準備好相應的使用儀器。一般情況下，調試工作的開展需要的儀器工具主要有萬用表、示波器、信號發生器等，因此在進行電路調試的時候，工作人員還需掌握儀器的性能和使用，以更加有效地完成調試工作。除此之外，在準備好相應的儀器設備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調試場地的準備也是調試工作中的一個重要內容，工作人員需做好調試場地的準備工作，如保證場地的清潔、無漏電風險等。在做好相應的電子電路調試前的準備工作之后，則需開始進行具體的調試步驟。一般情況下，電子電路設計常用的調試步驟主要有四步，則分別為線路檢查、通電檢查、功能檢測以及指標檢測。下面主要對此步驟進行了具體地分析。

2.1線路檢查

在電子電路設計調試作業中，開展線路檢查的內容主要包括兩個方面。①線路檢查即為直觀性的檢查，在該作業過程中，其主要是檢查電子電路的線路連接是否正確，看是否存在錯線、少線、多線的情況。此時，為了保障檢查工作的質量，相關檢查人員可根據電路的設計圖紙進行一定的對比，并可在檢查的過程中在圖紙進行相應的標記，以此不僅可以保障檢查工作的思路清晰性，且還能全面地提升線路檢查的效果，避免出現漏查的現象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進行相應的檢查，此時在作業過程中則需要借助一定的儀表檢查元件的連接是否正確、元件的連接是否到位等。例如，在實際檢查作業中，工作人員可以運用數字萬用表進行測試，其主要需觀察連線兩端連接的元件引腳位置是否與設計圖紙的相對應，而通過觀察則可及時發現引腳與連線接觸不良的故障等。

2.2通電檢查

通電檢查主要是對接入電源的電子電路進行通電性的檢查，以保障整個電路的安全性能。其中，在實際檢查作業中，通電檢查是不接入任何信號源的，其主要是在接入電源之后觀察整個電子電路是否存在冒煙、冒火、出現異味等一些異常的情況，且只有首先進行最初的觀察與判斷才利于后續的進一步檢查。對于正常運行的電子電路來說，其在通電之后并不會出現發熱、發燙的情況，因此當觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關人員也無需太過緊張，其首先需要做的事便是立即切斷電源，然后根據實際發生故障的位置進行相應的處理，如可將發生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再對其進行電源測試。此時，在接入元器件時，其需認真檢查元器件的引腳連接是否正確以及檢查電源電壓是否處于正常狀態下，待確定電子電路所處的狀態為正常狀態時，其可再一次接通電源實行通電檢查。

2.3功能檢測

通常情況下，功能檢測也是不需要接入信號源的。在電子電路設計調試中，功能檢測的主要內容是檢測電路在靜態工作下的參數值，即主要是測試電路靜態的工作狀態，看其所顯示的相關數據是否合理。例如，在實際作業過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態是否處于正常的放大區域內；檢測數字電子電路中的各個電路輸入端、輸出端的電瓶電壓值是否合理，以及檢測其內部的邏輯關系是否正常等；對于運算放大器來說，工作人員在檢查電路中的正、負電源之外，還需進一步檢查調零電路是否存在零點漂移的情況，以此保障整個電子電路的正常運行。此外，為了在一定程度上實現全面化的電子電路功能檢測，在進行功能檢測作業時還需在電路輸入端接入一定的幅度、頻率的信號源，與此同時可通過雙蹤示波器的運用來進一步觀察輸入、輸出信號的波形形狀、信號幅值、相位關系、頻率等相應的參數值，而檢測人員即可逐級對此進行全面地檢測。

2.4指標檢測

在經過前面幾個步驟的檢測作業之后，則可以基本上確定電子電路的正常運行狀況。其中，指標檢測是整個調試作業中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎上對電子電路的應用效果進行一定的檢測。對于整個電子電路的設計來說，其首先便會具備一定的設計要求，而指標檢測作業的開展則是根據設計的實際需求對其中的相關性技術指標進行測試。在實際作業過程中，其可以通過準確地記錄測試數據來進行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術參數是否合格來實現指標檢測的目標。其中，如若相關參數標準存在不合格的現象，則相關人員需對整個電子電路設計圖紙進行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調試作業來實現設計圖紙的合理性。

3結束語

綜上所述，在電子電路的設計過程中，人們應對電路的調試工作給予高度的重視，并需在實際作業過程中加強對電路的調試管理，以根據實際情況采取有效的調試方法，從而通過對電子電路進行有效性的調試管理來優化電子電路的設計質量，以在一定程度上實現電子電路的真正實效性設計。

參考文獻

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[2]王向東.淺談常用電子電路的設計和調試方法[J].科技與企業，2012，22：304.

[3]電子電路設計、安裝與調試完全指導[J].現代電子技術，2013，22：34.

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關鍵詞:專用集成電路設計;創新;教學;探討

中圖分類號:G424文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0920-02

Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course

WU Yu-hua

(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)

Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.

Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss

《專用集成電路設計》是電氣信息類專業開設的一門比較重要的專業課。為了培養寬口徑、基礎扎實的集成電路設計人才,滿足IC行業對人才的大量需求,無論是在微電子專業,還是在相關的其他電氣信息類專業,不少重點高等院校都已經開設了本門課程。在學生已經掌握了模擬電子技術、數字電子技術和一定的晶體管原理知識的基礎上,通過學習《專用集成電路設計》課,進行ASIC設計理論的學習和實踐的強化,進一步掌握集成電路和電路系統的設計知識,提高集成電路設計能力,增長集成電路設計經驗;通過理論教學和實踐教學,來加強電氣信息類專業學生的電路設計基礎、版圖設計基礎以及集成電路設計各環節的驗證知識等,培養學生在集成電路設計方面的研究興趣,為后續課程的學習和進一步的深造打好基礎。

由于專業建設和人才培養的需要,北京電子科技學院同樣開設了《專用集成電路設計》的專業選修課,授課對象是電子信息工程專業的本科生,由于非微電子的專業背景原因,他們并不具備足夠的半導體物理、晶體管原理等知識,因此在本課程的教學過程中,必然要針對具體對象,調整教學內容,創新教學思路,加強教學研究,找到一種適合于非微電子專業本科生的教學思想和教學方法。通過教學實踐,學生對于課程組在這一課程中的創新、探索和具體的教學方法比較認可。這里把我們在《專用集成電路設計》課教學實踐中的初步探索做一些總結,希望與大家分享。

1 結合實際合理設置授課內容,以學生能夠接受為目標

電子信息工程專業的學生在學習《專用集成電路設計》課程之前,已經系統地學習了《電路分析》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《EDA技術》等有關電子技術和電路系統的課程,對于電路系統的設計已經有了一定的理解,并進行過比較系統的動手實踐訓練,為進一步學習《專用集成電路設計》課程打下了比較堅實的知識基礎和實踐基礎。但是由于專業背景的原因,該專業不太可能只是為了《專用集成電路設計》課而專門開設《半導體物理》、《晶體管原理》等這些在微電子專業才有的課程,因此,與微電子專業相比,電子信息工程專業的本科生欠缺有關晶體管原理和半導體工藝等方面的必要知識。在設置授課內容時,必然要考慮到這一點,總的原則應當是以學生能夠接受、但又不應該過于輕松接受為目標,而且要盡量避免與《EDA技術》等課程的知識重復。

根據我們的課程內容設置原則,將《專用集成電路設計》課的講授內容分為以下幾章:第一章:ASIC設計概述;第二章:CMOS邏輯;第三章:ASIC庫設計;第四章:ASIC的前端設計;第五章:ASIC的后端設計;第六章:可測性設計技術;第七章:SOC設計技術簡介。在各章的講授中,占用課時較多的分別是第二章、第三章和第五章。在講授時強調培養學生的系統設計能力,使學生對專用集成電路的設計、制造、測試等一整套流程有一般性、整體性的了解,建立專用集成電路的基本概念和方法,了解IC領域的最新發展趨勢,激發學生潛在的對集成電路前、后端設計的興趣。為了配合理論教學,提升教學效果,還設置了合適的實驗教學內容。

2 注重實驗教學效果,以培養動手實踐能力為目標

集成電路設計類課程除了理論教學以外,實驗教學尤為重要,因為這類課程對學生的訓練重點正是在于動手實驗,提前接觸到未來在進一步的研究和工作中可能會應用到的一些軟件工具、設計流程以及設計技巧等,這樣才能促進學生理論與實踐相結合,真正幫助學生掌握ASIC設計技術。因此本課程要更加注重實驗教學效果,著力培養學生的動手實踐能力,進而使學生能夠更加準確、具體和形象地掌握在課堂上學到的理論知識。根據這一原則,經過試用修訂,我們專門編印了《專用集成電路設計實驗指導書》,根據大綱的變化,使用工具版本的提高,目前已經編印了2007版和2009版的實驗指導書,共設計了五個實驗,具體是:實驗一:IC設計工具的使用;實驗二:單元電路的前端設計;實驗三:標準單元的版圖繪制與驗證;實驗四:四位加法器和減法器ASIC的設計;實驗五:計數器ASIC的設計。每個實驗3學時,其中實驗二、實驗四和實驗五為綜合性、設計性實驗。

選用一種合適的集成電路設計工具是順利進行實踐教學的關鍵。我們選用了美國Tanner Research公司開發的一種優秀集成電路設計工具――Tanner Tools Pro,它雖然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具強大,但它的最大優點是成本低,可以在PC機上使用,而且圖形處理速度快,編輯功能強,便于學習,使用方便,特別適用于高校進行相關的教學和科研工作。Tanner Pro工具在美國和臺灣的很多大學中早已被廣泛應用,臺灣不少IC設計企業也在使用Tanner Pro工具。該工具較新版本為Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理圖編輯)、L-EDIT(版圖編輯)、T-SPICE(電路仿真)、W-EDIT(波形觀察)和LVS(版圖與原理圖比對)等幾個功能不同的子工具,滿足了集成電路設計從前端到后端、設計驗證的一系列過程的需要,完全可以適用于《專用集成電路設計》課程的實踐教學。通過我們在課程實驗、畢業設計等實踐教學環節的使用,發現學生對這個工具上手快、掌握熟,對于以后使用其他的IC設計工具也有一定的幫助,而且培養了他們將來涉足IC設計領域的興趣和信心。圖1是學生在實踐教學中得到的一個版圖設計結果。

3 適當講授最新技術進展,以讓學生跟上行業發展腳步為目標

我們都知道,集成電路設計技術、制造工藝等的發展速度飛快,遵循著集成電路最小特征尺寸以每三年減小70%的速度下降、集成度每年翻一番和價格每兩年下降一半的著名的摩爾定律,集成電路的設計和制造技術發展日新月異。因此,在《專用集成電路設計》的教學過程中,必須要根據教學大綱的要求,在系統講授已經設置好的教學內容的前提下,結合具體授課內容,適當講授最新技術進展,以期讓學生跟上集成電路設計行業發展的腳步,并不斷將這些新技術、新進展、新方法、新工具、新工藝融入到授課內容中,做到授課內容常講常新。其實這除了讓學生可以接受到最新的知識和了解到該領域最新進展之外,同時也是一個教學相長的過程,對于教師的教學和相關科研也是一種無形的促進,可以督促教師不斷地跟蹤與IC設計、制造相關的最新研究成果,并進行精心的組織,將這些成果有機融入到課程教學中,做到授課內容的不斷更新,而且這樣也才能夠避免一份講稿多年重復使用,保證教師在教學中的激情,增強教學效果。

在這里僅僅舉一個具體例子。在一次講授到集成電路工藝的內容時,作者為同學們講授了不斷發展的集成電路工藝水平,以及所遇到的工藝發展瓶頸對于摩爾定律的挑戰,還具體講到了Intel公司新推出的0.45nm工藝的CPU,它采用了大大不同于以往的工藝方法,這次工藝變革可以稱得上是“拯救摩爾定律”的一大技術進展。本次課后,不少同學紛紛通過互聯網等來查閱這一最新工藝的具體情形,表現出了濃厚的學習興趣。

4 創新課程考查方式,以激發學生進一步的研究興趣為目標

一門課程的考查方式如何,對于這門課程能不能按照教師的預想,達到既定的最終教學目的,有著比較重要的作用。傳統的一張試卷去“考”出學生學習效果的方式雖然比較簡單省事,但卻過于單調,雖然從某種程度上能夠考查出學生對這門課程知識的掌握程度,但是對于激發學生在學完這門課程之后,對本學科、本領域進行進一步研究的興趣卻作用不大。由于自從接受學校教育以來經歷了無數次的考試,不少學生厭煩考試的情緒比較嚴重,恨不得考完后把教材、作業、筆記等都馬上丟棄,這是現實存在的、我們必須得承認的事實。從某種意義上說,通過考試來考查學生的學習,有時對最終教學目標的實現會起到一定的反作用。而且單純考試的方式也很難發現學生對于這門課、這個領域、這個行業的獨特想法和創新思路。

作者在《專用集成電路設計》教學過程中,結合課程的專業特點,積極探索并實踐了采用提交論文和現場答辯相結合的課程考查方式,即在課程講授到二分之一左右時,布置給學生論文題目,對于論文的范圍、參考文獻的篇數、論文的格式和字數等做出明確而具體的規范,要求學生在最后一次課之前提交自己的論文,做好答辯ppt,并利用專門的時間集中進行答辯,每位學生對自己準備的論文,進行5分鐘左右的講解,并接受教師和其他學生的提問。通過創新課程考查方式,提交論文和現場答辯相結合,讓學生在準備論文和答辯材料的過程中對專用集成電路設計的有關內容和工藝、方法等有了更加深刻的理解,并有了一個系統的知識梳理過程,現場答辯的方式也更能夠展現學生對于集成電路設計的一些獨特的思路和創新性的理解,學生在經歷這一過程時,也促使自己積極思考,主動研究,努力去探索和集成電路、微電子學有關的一些研究方法和最新進展,激發自己在完成本門課程的學習后、甚至是大學畢業后進行進一步研究的興趣和信心;另外還在這個過程中提升了學生的論文寫作能力、科學研究能力。

5 結束語

《專用集成電路設計》課(或者其他名稱的類似課程)在不少設有微電子學專業的重點大學中開設較為普遍,但在沒有微電子學專業的高校特別是非重點高校中開設并不多,對于該課程教學實踐中的一些具體的方法研究和探討需要更加深入。作者在教學實踐中,緊密圍繞本校、本專業的培養目標,以授課對象為主體,遵循課程的教學規律和科學研究規律,選擇合適的授課內容和教學方法,并且不斷地對此進行探索和研究,收到了初步的教學效果。當然,教學創新永無止境,教學方法的研究和探討不能止步,作為一名年輕教師,在今后的教學實踐中,作者將在加強學習以及與同行交流的前提下,進一步拓寬和創新教學思路,探索和完善教學模式,研究和更新教學內容,學習和探討教學技巧,敢于創新,善于創新,真正做到教好書,育好人。

參考文獻:

[1] Michael John Sebastian Smith.專用集成電路[M].虞惠華,等,譯.北京:電子工業出版社,2004.

[2] 路而紅.專用集成電路設計與電子設計自動化[M].北京:清華大學出版社,2004.

[3] 廖裕評,陸瑞強.集成電路設計與布局實戰指導[M].北京:科學出版社,2004.

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一、“電子設計自動化”課程教學的特點

電子設計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設計、電路測試與驗證、版圖設計、PCB板開發等各個不同的應用范圍。而當前“電子設計自動化”課程設置多數側重電路設計部分，即采用硬件描述語言設計數字電路。因此，該課程的教學具非常突出的特點。

1.既要有廣度，又要有深度有廣度即在教學過程中需要把電子設計自動化所包含的各個不同的應用環節都要讓學生了解，從而使學生從整個產業鏈的角度出發，把握電子設計自動化的真正含義，以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設計硬件電路，使學生具備電路設計的具體技能，并能夠應用于實踐和工作當中。

2.突出硬件電路設計的概念在眾多高校開設的“電子設計自動化”課程中，多數是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區別，并通過實例，如CPU的設計及制造過程，讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設計的概念貫穿整個教學過程。

3.理論與實踐并重“電子設計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設計思想，[2]并通過實踐將這些語法與設計思想得以加強和鞏固，同時在實踐中鍛煉學生的創新能力。

二、“電子設計自動化”課程教學方法總結

良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設計自動化”課程的教學特點，筆者根據近幾年的教學經驗總結了一些行之有效的教學方法。

1.以生動的形式帶領學生進入電子設計自動化的世界電子設計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領域產生興趣，是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現代化的多媒體授課技術，讓學生更直觀地了解電子設計自動化。由于電子設計自動化是一個很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內容來讓學生了解這個領域。從學生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設計到制造過程”的視頻，讓學生了解集成電路設計與制造的流程與方法，并引出集成電路這個概念。通過早期的集成電路與現在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細講解EDA對于集成電路行業的發展所作的巨大貢獻。在教學過程中，通過向學生介紹一些使用EDA技術實現的當前比較主流的產品及其應用，提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關的產業有了相應的了解，更激發了學生的學習興趣，使學生能夠踴躍地投入到“電子設計自動化”的學習中。

2.以實例展開理論教學“電子設計自動化”的學習內容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學習對象）、開發軟件（以QUARTUSII為學習對象）和實驗用開發板（以FPGA開發板為學習對象）。硬件描述語言的學習屬于理論學習部分，是重中之重。對于一門編程語言的學習來說，語法和編程思想是學習要點。在傳統的編程語言學習的過程中，通常都是將語法作為主線，結合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區中，不僅不能學到精髓，還會因為枯燥乏味而產生厭倦感。如何能使學生既能掌握電路設計的方法，又輕松掌握語法規則是一個教學難題。筆者改變傳統觀念，將編程思想的學習作為教學主線，在理論學習過程中，以具體電路實例為基礎，引導學生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉換為相應的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現上，而語法的學習就顯得不那么突兀，也不會產生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現象，以避免學生遺忘，以此讓學生明白，學習編程語言的真正目的是為了應用于電路設計。通過一些實踐，學生體會到語言學習的成就感，進一步提高了學習興趣，此方法收到了良好的教學效果。

3.將硬件電路設計的概念貫穿始終硬件描述語言與軟件語言有本質區別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點，在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應用于VHDL語言的學習過程中，這對于掌握硬件電路設計的實質有非常大的阻礙。因此，在教學過程中，從最初引入到最后設計電路，都要始終將硬件電路設計的概念和思維方式貫穿其中。在講述應用實例時，需要向學生分析該例中的語句和硬件電路的關系，并強調這些語句與軟件語言的區別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應用可以產生不同的電路結構。完整的if語句產生純組合電路，不完整的if語句將產生時序電路，如果應用不當，會在電路中引入不必要的存儲單元，增加電路模塊，耗費資源。[4]而對于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應的硬件電路結構特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結構圖來說明。如以下兩個程序：（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsifa<btheny<=''''0''''；endif；endprocess；end；（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsey<=''''0''''；endif；endprocess；end；（1）（2）兩個程序唯一的不同點在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個完整的if語句描述。這一條語句的區別卻決定了兩個程序的電路結構有很大的不同。（1）綜合的結果是一個時序電路，電路結構復雜，如圖1所示。而（2）綜合的結果是一個純組合電路，電路結構非常簡單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學生更深刻理解這兩類語句的區別。強化硬件電路設計的思想，可以促使學生逐漸形成一種規范、高效、資源節約的設計風格，培養一個優秀的硬件電路設計工程師。

4.通過實踐拓展強化學生動手能力“電子設計自動化”是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力。筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業設計內容相結合的方法，讓學生強化實踐能力，收到了良好的效果。學習“電子設計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四，此時他們的畢業設計已經開始進入選題，開始了初步設計的過程。筆者先在實驗課堂向學生布置一些常用硬件電路設計的題目，比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等，讓學生體會電子設計自動化課程的實用性，激發他們的思考和學習興趣。在此基礎上分組組建實踐小團隊，讓每組學生共同完成一個較復雜的電路系統，比如遙控小車、溫度測控系統等，鼓勵他們將所做的內容與畢業設計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設計的基本方法和流程，有一部分同學還能設計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂，也培養了他們的團隊協作精神，為他們以后的繼續深造和工作做了鋪墊。

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集成電路(IntegratedCircuit)產業是典型的知識密集型、技術密集型、資本密集和人才密集型的高科技產業，是關系國民經濟和社會發展全局的基礎性、先導性和戰略性產業，是新一代信息技術產業發展的核心和關鍵，對其他產業的發展具有巨大的支撐作用。經過30多年的發展，我國集成電路產業已初步形成了設計、芯片制造和封測三業并舉的發展格局，產業鏈基本形成。但與國際先進水平相比，我國集成電路產業還存在發展基礎較為薄弱、企業科技創新和自我發展能力不強、應用開發水平急待提高、產業鏈有待完善等問題。在集成電路產業中，集成電路設計是整個產業的龍頭和靈魂。而我國集成電路設計產業的發展遠滯后于計算機與通信產業，集成電路設計人才嚴重匱乏，已成為制約行業發展的瓶頸。因此，培養大量高水平的集成電路設計人才，是當前集成電路產業發展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關專業改革和發展的機遇和挑戰。[1_4]

 

一、集成電路版圖設計軟件平臺

 

為了滿足新形勢下集成電路人才培養和科學研究的需要，合肥工業大學(以下簡稱"我校”從2005年起借助于大學計劃。我校相繼開設了與集成電路設計密切相關的本科課程，如集成電路設計基礎、模擬集成電路設計、集成電路版圖設計與驗證、超大規模集成電路設計 、 ASIC設計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進行了修訂，注意相關課程之間相互銜接，關鍵內容不遺漏，突出集成電路設計能力的培養，通過對課程內容的精選、重組和充實，結合實驗教學環節的開展，構成了系統的集成電路設計教學過程。56]

 

集成電路設計從實現方法上可以分為三種：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可編程器件設計。全定制集成電路設計，特別是其后端的版圖設計,涵蓋了微電子學、電路理論、計算機圖形學等諸多學科的基礎理論，這是微電子學專業的辦學重要特色和人才培養重點方向，目的是給本科專業學生打下堅實的設計理論基礎。

 

在集成電路版圖設計的教學中，采用的是中電華大電子設計公司設計開發的九天EDA軟件系統(ZeniEDASystem),這是中國唯1的具有自主知識產權的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統兼容，支持百萬門級的集成電路設計規模，可進行國際通用的標準數據格式轉換，它的某些功能如版圖編輯、驗證等已經與國際產品相當甚至更優，已經在商業化的集成電路設計公司以及東南大學等國內二十多所高校中得到了應用，特別是在模擬和高速集成電路的設計中發揮了強大的功能，并成功開發出了許多實用的集成電路芯片。

 

九天EDA軟件系統包括設計管理器，原理圖編輯器，版圖編輯工具，版圖驗證工具，層次版圖設計規則檢查工具，寄生參數提取工具，信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實現了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設計流程。

 

二、集成電路版圖設計的教學目標

 

根據培養目標結合九天EDA軟件的功能特點，在本科生三年級下半學期開設了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設計課程。

 

在集成電路版圖設計的教學中，首先對集成電路設計的_些相關知識進行回顧，介紹版圖設計的基礎知識，如集成電路設計流程，CMOS基本工藝過程，版圖的基本概念，版圖的相關物理知識及物理結構，版圖設計的基本流程，版圖的總體設計，布局規劃以及標準單元的版圖設計等。然后結合上機實驗，講解Unix和Linux操作系統的常用命令，詳細闡述基于標準單元庫的版圖設計流程，指導學生使用ZeniSE繪制電路原理圖，使用ZeniPDT進行NMOS/PMOS以及反相器的簡單版圖設計。在此基礎上，讓學生自主選擇_些較為復雜的單元電路進行設計，如數據選擇器、MOS差分放大器電路、二四譯碼器、基本RS觸發器、六管MOS靜態存儲單元等，使學生能深入理解集成電路版圖設計的概念原理和設計方法。最后介紹版圖驗證的基本思想及實現，包括設計規則的檢查(DRC),電路參數的檢查(ERC),網表一致性檢查(LVS),指導學生使用ZeniVERI等工具進行版圖驗證、查錯和修改。7]

 

集成電路版圖設計的教學目標是：

 

第熟練掌握華大EDA軟件的原理圖編輯器ZeniSE、版圖編輯模塊ZeniPDT以及版圖驗證模塊ZeniVER丨等工具的使用;了解工藝庫的概念以及工藝庫文件technology的設置，能識別基本單元的版圖，根據版圖信息初步提取出相應的邏輯圖并修改，利用EDA工具ZSE畫出電路圖并說明其功能，能夠根據版圖提取單元電路的原理圖。

 

第二，能夠編寫設計版圖驗證命令文件(commandfile)。版圖驗證需要四個文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)來支持，要求學生能夠利用ZeniVER丨進行設計規則檢查DRC驗證并修改版圖、電學規則檢查(ERC)、版圖網表提取(NE)、利用LDC工具進行LVS驗證，利用LDX工具進行LVS的查錯及修改等。

 

第三，能夠基本讀懂和理解版圖設計規則文件的含義。版圖設計規則規定了集成電路生產中可以接受的幾何尺寸要求和可以達到的電學性能，這些規則是電路設計師和工藝工程師之間的_種互相制約的聯系手段，版圖設計規則的目的是使集成電路設計規范化，并在取得最佳成品率和確保電路可靠性的前提下利用這些規則使版圖面積盡可能做到最小。

 

第四，了解版圖庫的概念。采用半定制標準單元方式設計版圖，需要有統一高度的基本電路單元版圖的版圖庫來支持，這些基本單元可以是不同類型的各種門電路，也可以是觸發器、全加器、寄存器等功能電路，因此，理解并學會版圖庫的建立也是版圖設計教學的一個重要內容。

 

三、CMOS反相器的版圖設計的教學實例介紹

 

下面以一個標準CMOS反相器來簡單介紹一下集成電路版圖設計的一般流程。

 

1.內容和要求

 

根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，初步確定其版圖;使用EDA工具PDT打開版圖編輯器;在版圖編輯器上依次畫出P管和N管的有源區、多晶硅及接觸孔等;完成必要的連線并標注輸入輸出端。

 

2.設計步驟

 

根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，在草稿紙上初步確定其版圖結構及構成;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt,進入ZeniPDT版圖編輯器;讀懂版圖的層次定義的文件，確定不同層次顏色的對應，熟悉版圖編輯器各個命令及其快捷鍵的使用;在版圖編輯器上初步畫出反相器的P管和N管;檢查畫出的P管和N管的正確性，并作必要的修改，然后按照原理圖上的連接關系作相應的連線，最后檢查修改整個版圖。

 

3.版圖驗證

 

打開終端，進入zse文件夾，鍵入zse,進入ZeniSE原理圖編輯器，正確畫出CMOS反相器的原理圖并導出其網表文件;調出版圖設計的設計規則文件，閱讀和理解其基本語句的含義，對其作相應的路徑和文件名的修改以滿足物理驗證的要求;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt，進入ZeniPDT版圖編輯器，調出CMOS反相器的版圖，在線進行DRC驗證并修改版圖;對網表一致性檢查文件進行路徑和文件名的修改，利用LDC工具進行LVS驗證;如果LVS驗證有錯，貝懦要調用LDX工具，對版圖上的錯誤進行修改。

 

4.設計提示

 

要很好的理解版圖設計的過程和意義，應對MOS結構有一個深刻的認識;需要對器件做襯底接觸，版圖實現上襯底接觸直接做在電源線上;接觸孔的大小應該是一致的，在不違反設計規則的前提下,接觸孔應盡可能的多，金屬的寬度應盡可能寬;繪制圖形時可以多使用〃復制"操作，這樣可以大大縮小工作量，且設計的圖形滿足要求并且精確;注意P管和N管有源區的大小，一般在版圖設計上，P管和N管大小之比是2:1;注意整個版圖的整體尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的層次之間應該保持一定的距離，層次本身的寬度的大小要適當，以滿足設計規則的要求。四、基本MOS差分放大器版圖設計的設計實例介紹在基本MOS差分放大器的版圖設計中，要求學生理解構成差分式輸入結構的原理和組成結構，畫出相應的電路原理圖，進行ERC檢查，然后根據電路原理圖用PDT工具上繪制與之對應的版圖。當將基本的版圖繪制好之后，對版圖里的輸入、輸出端口以及電源線和地線進行標注，然后利用幾何設計規則文件進行在線DRC驗證，利用版圖與電路圖的網表文件進行LVS檢查，修改其中的錯誤并優化版圖，最后全部通過檢查，設計完成。

 

五、結束語

 

集成電路版圖設計的教學環節使學生鞏固了集成電路設計方面的理論知識，提高了學生在集成電路設計過程中分析問題和解決問題的能力，為今后的職業生涯和研究工作打下堅實的基礎。因此，在今后的教學改革工作中，除了要繼續提高教師的理論教學水平外，還必須高度重視以EDA工具和設計流程為核心的實踐教學環節，努力把課堂教學和實際設計應用緊密結合在一起，培養學生的實際設計能力，開闊學生的視野，在實驗項目和實驗內容上進行新的探索和實踐。

 

參考文獻：

 

[1]孫玲.關于培養集成電路專業應用型人才的思考[J].中國集成電路,2007,(4):19-22.

 

[2]段智勇，弓巧俠，羅榮輝，等.集成電路設計人才培養課程體系改革[J].電氣電子教學學報,2010,(5):25-26.

 

[3]唐俊龍，唐立軍，文勇軍，等.完善集成電路設計應用型人才培養實踐教學的探討J].中國電力教育,2011,(34):35-36.

 

[4]肖功利，楊宏艷.微電子學專業丨C設計人才培養主干課程設置[J].桂林電子科技大學學報,2009,(4):338-340.

 

[5]竇建華，毛劍波，易茂祥九天”EDA軟件在"中國芯片工程〃中的作用[J].合肥工業大學學報(社會科學版),2008,(6):154-156.

 

[6]易茂祥，毛劍波，楊明武，等.基于華大EDA軟件的實驗教學研究[J].實驗科學與技術，2006,(5):71-73.

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【關鍵詞】數字電路;傳統方式;VHDL

1.引言

隨著計算機以及大規模集成電路應用的普及，電子行業正在迅速的發展。目前采用小中規模的數字電路邏輯設計已經不能滿足數字電子技術發展的需要。例如傳統的TTL電路或者COMS電路設計任務繁瑣，設計效率低，所以迫切的需要我們做出調整，適應社會對數字電子技術發展的要求。伴隨著集成電子工藝的發展，新型的邏輯器件也應運而生，到目前為止，市場上的邏輯器件大致可分為三類：第一是標準的邏輯芯片如COMS/TTL等系列芯片;第二是微型計算機芯片和各種微處理器;第三種就是應用規格芯片ASIC，其中ASIC芯片中就有我們接下來介紹的可編程邏輯器件（PLD）[1]。而使用可編程邏輯芯片就必須要求我們掌握編寫VHDL語言的技術。這種設計數字電路實驗的方法大大克服了傳統數字電路設計出現的缺點，更加適應現在社會的發展。

2.傳統數字電路設計優缺點

傳統的數字電路設計過程大致經過以下幾個步驟：一是分析問題畫出狀態轉換圖以及狀態轉換表，二是進行狀態化簡，三是狀態編碼，四是寫出輸入方程、驅動方程以及輸出方程，五是畫出邏輯電路圖，經過這一系列步驟之后，還要在電路板上焊接電路，或者在面包板上拼接電路。傳統的設計方法是數字電路設計的基礎，它的優點是能夠反映了數字電路的基本工作原理，系統內部構成的各個細節也能夠很直觀的反映出來，各部分之間的聯系顯而易見。因此，通過對設計的原理圖的觀察我們可以驗證系統的合理性，同時也奠定了數字電路設計的基礎。它的缺點是設計步驟復雜，在整個過程中需要用到大量的芯片和連線。而且傳統的方法出錯率高而且不易修復，在焊接電路板的時候如果不注意就會導致接觸不良或者出現某個芯片損壞的情況，這就導致整個電路板都不起作用。

3.PLD器件芯片的出現

PLD又稱可編程邏輯器件，PLD芯片上的金屬引線和電路都是廠家做好的，但是器件的邏輯功能在出廠時是沒有確定的，用戶可以根據自己的需要合理的編程設計確定想要的功能。而編程用到的語言就是我們接下來要介紹的VHDL語言。目前PLD器件芯片具有微處理器靈活等優點，芯片的引腳也從一開始的20多個引腳發展到現在的200引腳[2]。可編程邏輯器件的出現從很大程度上使得數字電路設計發生了根本性變革。采用PLD設計電路不再是對電路板設計，而是對芯片設計，使之實現我們預想的功能。一般的PLD的集成度很高，可以滿足一般的數字系統的需要。設計人員只需要自己編程到一塊PLD上，而不用去供應商那兒買特定功能的芯片。我們可以對芯片內部的邏輯和外部的引腳進行設計。這樣就克服了傳統方式中對電路板進行焊接所花費的大量時間，克服了工作量大，難以調試等缺點，用戶只需要編寫適當合理的程序就可以實現預想的功能。如此大大簡化了設計步驟，更加適應社會發展的需要。

4.VHDL簡介

VHDL語言是一種應用于描述數字系統的功能、結構和接口的語言。VHDL含有許多具有硬件特征的語句而且語言的描述也更類似于一般計算機的高級語言。在編程上簡單可行性高。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體。分成外部和內部，在對一個設計實體定義了外部界面后，當其內部開發完成后，其他的設計也能夠直接調用這個實體。VHDL系統設計的基本點是將設計實體分成內外部分。VHDL語言之所以能夠成為標準化的硬件描述語言并且獲得廣泛應用，正是因為它本身具有其他硬件描述語言不具有的優點。歸納起來，VHDL語言主要具有以下優點：

（1）VHDL語言設計多樣：VHDL語言結構很強大，而且設計方法多樣，既支持層次化設計也支持模塊化設計，既可以采用自頂向下設計方式，也可以采用自底向上的設計方法。

（2）VHDL語言的設計是針對于芯片而并非器件，傳統的硬件拼接的方法針對的是器件，但是VHDL語言是直接對芯片而言的，在設計電路時，用戶可以不必考慮所選用的器件。設計者也可以不必考慮系統硬件結構，而進行獨立的設計。

（3）VHDL語言可移植性強，對于同一個硬件的VHDL語言來說，它可以從一個工作平臺移植到另一個工作平臺上。

（4）VHDL語言有非常豐富的庫函數和仿真語句，用戶可以隨時對系統進行仿真。

由此可見傳統方式與應用VHDL的區別有以下幾點：第一，傳統的方法采用自上至下的設計方式，而應用VHDL語言則采用自下至上的設計方法;第二，傳統方式采用的是通用的邏輯元器件，系統硬件的后期進行調試和仿真，而應用VHDL語言采用的芯片則是PLD（可編程邏輯器件），系統的設計早期進行調試與仿真;第三，傳統的設計方式主要采用電路原理圖的方式設計，而本文提出的設計方式主要則以VHDL語言描述為主，從而降低了硬件設計電路的難度。

5.VHDL語言結構及語言設計步驟

VHDL語言結構由library（庫）定義區，entity（實體）定義區，architecture（構造體）定義區package（包集合）configuration（配置）組成，其中library，entity和architecture也是一個VHDL語言所必有的。

VHDL語言設計步驟大致可以分為以下三步：第一，分析系統結構并劃分模塊;第二，輸入VHDL語言的代碼，編寫程序，并且將其編譯，在此過程中如果有錯誤要及時修正;第三，對編譯的后的VHDL文件進行仿真。

6.VHDL舉例

下面介紹一個簡單分頻器的例子：

Library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity fenpin is

port（clk，clear：in std_logic;

q：out_std_logic）;

end fenpin;

architecture behave of fenpin is

signal m：interge range 0 to11

begin

p1：process（clear，clk）

begin

if clear =’0’then m<=’0’;

elsif “clk event and clk=’1’”then

if m=11 then m<=’0’;

else m<=m+1;

end if;

end if;

end process p1;

p2：process（m）

begin

if temp<6 then q<=’0’;

else q<=’1’;

end if;

end process p2;

end behave;

由例題可以看出，在設計分頻器是可以不用硬件搭連的方式，用VHDL語言進行編程更簡單易行。

7.小結

本文針對目前傳統數字電路設計中存在的若干弊端，提出用VHDL語言編寫適當合理程序來設計數字電路實驗的方法，避免了硬件電路中若干繁瑣的問題，使得系統簡單明了，可維護性強，芯片也可以反復使用。傳統的硬件設計方法已不能滿足現代電子工業的發展，在數字電路的應用中，VHDL語言必將會被廣泛的使用。

參考文獻

[1]張有志.可編程邏輯器件PLD原理與應用[M].北京：中國鐵道出版社，1996：1-3，91

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行動導向教學法Protel DXP教學方法教學模式《Protel DXP與計算機輔助設計》是借助于計算機完成電子線路的設計與制作，是電氣自動化技術、電力工程、城市軌道交通控制等專業的必修專業課，具有很強的技術性、專業性、實踐性和綜合性。該課程以電路的分析、應用為基礎，遵循國際和行業規范，培養學生電路原理圖的繪制和PCB板設計能力，以及利用電路設計軟件產生、輸出技術資料的能力。課程不僅為學生學習相關理論知識和技能訓練起到承前啟后的作用，而且為今后從事印制電路板工作起到增強適應能力和開發創新能力的作用。

一、課程教學目標

知識目標：軟件的安裝與卸載；電路原理圖的繪制、原理圖元件的創建和原理圖庫的建立；PCB板的布局/布線；元件封裝庫的創建；設計文件的輸出；PCB板的制作。

能力目標：獨立完成Protel DXP 2004安裝和配置；能夠熟練繪制簡單原理圖、復雜原理圖和層次原理圖；能夠將電路原理圖轉化成PCB板，合理布局并布線；能夠制作元器件原理圖庫及PCB封裝庫；能夠完成PCB板裝配圖的輸出、打印；能夠根據輸出的裝配圖制作PCB板；通過學習Protel DXP 2004，提高軟件應用能力及學習能力。

素質目標：培養學生愛崗敬業、愛護設備、具有高度的責任心、團結合作的職業操守；培養學生的標準意識、規范意識、成本意識、環保意識、質量意識。在教學中融入企業的6S管理及行業規范，6S就是整理、整頓、清掃、清潔、素養、安全。

二、課程設計理念與思路

課程的建設、改革遵循 “任務驅動、項目導向”的設計理念。

以自動化制造類職業崗位需求為導向，以職業能力培養為核心，以“能力遞進和適度循環反復”為原理，校企共同參與課程建設，融入行業標準和規范，用三個項目8個真實工作任務為載體。將知識和技能融入各個任務中，學生通過完成任務探索吸收知識、練好技能，同時培養自主學習能力，強化團隊精神，為后續課程學習和適應工作崗位奠定良好基礎。

三、教學內容分析

本課程針對電子設計及安裝員、印刷線路板制作工藝員崗位要求，將教學內容進行序化、整合，設置了三個項目，8個核心任務。

在項目一基本放大器PCB板的制作中設計了Protel DXP 2004軟件的安裝與卸載、基本放大器原理圖的繪制、基本放大器PCB板的制作3個工作任務，通過設計實物激發學生學習興趣，使掌握PCB板設計的基礎知識及基本操作，培養學生對電路設計步驟及工藝流程的初步認識。

項目二中信號發生器PCB板的制作設計了數據采集電路原理圖的繪制、信號發生器電路原理圖繪制、信號發生器PCB板的制作3個工作任務，使學生掌握大中規模電路系統涉及的復雜電路原理圖、層次電路原理圖及PCB板布線的處理方法及技巧，掌握DXP庫中未收錄元件的原理圖元件和PCB封裝的制作，培養學生團隊合作完成中等復雜程度電路板設計與制作的能力。

項目三以完成 “單片機開發系統的印制電路板”這個具有實用價值的產品為目標成果進行訓練，使學生在完成電路板設計、裝配過程中，綜合應用原理圖制作、PCB板制作、綜合布局布線、焊接調試等完整工藝流程，以訓練學生職業態度、操作規范及工藝要求為主，注重職業素養的養成。

通過完成任務，使學生掌握典型電路板繪制、設計原理與方法，并且能夠拓展到其它電路板的設計與制作。課程強調基本技能、操作規范與工藝，為學生的可持續發展奠定良好的基礎。

四、能力遞進的三階段教學模式

緊密依托企業，選取三個典型項目作為案例，項目按照從簡單到復雜，從相對單一到綜合應用的遞進關系排序。教學模式注重能力遞進，適度循環往復，逐漸培養學生對Protel DXP這一電路設計工具運用熟練程度，熟練電路設計流程。

項目一是簡單入門級項目，學生初步掌握工藝流程，初步培養起標準意識、規范意識、質量意識。

項目二是技能訓練型項目。學生通過小組合作的方式，在教師引導下，完成中等復雜程度電路板的設計與制作。對工藝方法、工藝標準的理解更加深刻，職業素養進一步養成。

項目三是綜合提高實訓項目。小組獨立完成整個項目的分析、實施，成品的檢測工作。整個過程完全以學生為主體，在學生遇到難以解決的問題時，教師給予恰當提示。

五、靈活、多樣的教學方法

根據三個項目不同的教學內容及每個階段學生認知的不同特點，采用了靈活、形式多樣的教學方法。

案例教學法：例如項目一中以Protel DXP為例介紹Protel系列軟件的安裝與卸載方法，以基本放大器PCB板的制作為例，介紹原理圖設計基本基礎， PCB板設計基礎等知識。

“行動導向教學法”：學生以小組的形式，分工合作，按照咨詢、計劃、決策、實施、檢查、評價六個步驟完成任務。項目二和項目三的任務均采用行動導向教學法。

在每個項目中根據具體內容、步驟不同又融入多種教學方法，例如在任務開始采用引導文法。小組制定計劃時可用頭腦風暴法；檢查任務完成情況時采用演示法。

六、多種教學手段

綜合運用多種教學手段優化教學過程，提高教學質量和效率。

多媒體教學：將抽象的教學內容，采用圖片、錄像、動畫等方式形象的演示。

實物教學：以真實的元器件和電路板為載體進行教學

網絡教學：推薦相關網站和設計案例。

現場教學：讓學生經歷項目全過程，親自操作、設計與加工制作電路板。

七、教學過程

根據教學內容的不同，三個項目采用不同的教學方法和教學過程。項目一以教師講解、演示為主，教學環節分為引入、講授、練習、小結、作業。項目二和項目三中的任務，學生均以小組形式，按照六步法完成任務。

資訊：教師通過視頻資料、課件或引導文，進行問題引領，導入任務，下達任務書，學生查找搜集資料，學習相關知識，教師給予輔導答疑。

計劃：在教師指導下，學生分組討論，并制定計劃。

決策：通過黑板或張貼版討論方案合理性、可行性，進行決策并確定實施方案，分配好每個人的任務。

實施：在實施過程中，學生進一步掌握并學會運用相關知識解決問題。

檢查：小組自檢，互檢、教師檢查。

評價：各小組自評、互評，教師評價任務完成情況并總結任務中的知識能力要點。

通過實施行動導向教學法，在教學中重視“案例”教學，重視“解決實際問題”及“自我管理式的學習”，使學生在學習過程中，不僅掌握相應的知識和技能，而且各種行為能力亦可以得到充分提高。

參考文獻：

[1]馬福軍.行動導向教學法在職業教育中的應用.職業技術教育，2007 ，（23）.

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【關鍵詞】電工教學；EDA技術；應用

1.EDA技術簡介

EDA技術的全稱是Electronic Design Automation，即電子設計自動化。這是一類在原先的CAD技術上發展和成熟起來的計算機輔助設計系統。它將計算機技術和信息智能處理分析技術融為一體，是進行電路設計和分析的理想平臺。借助這一工具，可以將相關的概念、協議和算法等在計算機上完成，并實現從設計、模擬分析計算到PCB版圖的流程的自動化。按照EDA所面向的范圍不同，可分為三大類的EDA設計，即：系統級的EDA設計、物理實現級的EDA設計和電路級的EDA設計。

2.EDA常用軟件介紹

2.1 Multisim系列軟件

Multisim是美國國家儀器公司開發的一款以Windows為基礎的電路設計和模擬的仿真工具。Multisim的前身是建安大EWB公司，后該公司被美國國家儀器有限公司所收購。由于這一軟件利用交互式的原理構建復雜的電路和進行仿真，尤其是融合了SPICE技術后為工程師在設計電路時無需在SPICE方面具有良好的專業基礎便可進行相關的設計。這一特點特別適合與對電工方向的學生進行模擬教學。因此這一軟件在國內的電工教學中有著廣泛的應用，可以進行器件建模及仿真、電路的構建及仿真、系統的組成及仿真和儀表儀器原理及制造仿真等，還可以模擬一些電路元件，如二極管、三極管、功率管等。

2.2 PSPICE軟件

PSPICE（Personal Simulation Program with IC Emphasis）是在Spice基礎上發展起來的，主要應用在微機系列的通用電路分析當中。這是一類經典的電路設計自動化軟件，能進行模擬電路分析數字電路分析和模擬數字混合電路分析。這一軟件主要的構成部分包括6個大的板塊：電路輸入程序、激勵源編輯、結果輸出仿真、提取模型參數和電器元件庫。除了可以進行經典的電路相關分析外，對蒙特卡洛隨機模擬、電路的優化設計，以及數模仿真等方面都表現優異。

由于該款軟件在模擬電路設計和電路元器件方面的模擬分析功能強大，因此在電工方向的教學中也得到了廣泛的使用。

2.3 OrCAD

OrCAD也是一套EDA仿真軟件系統，在電路分析和設計中也有比較廣泛的應用。這套軟件系統能夠主要包括三個大的組成部分：內置元器件信息系統的原理圖輸入器、模擬和混合信號仿真和印制電路板設計。這一軟件最大的優點在于具有完備的支持數據庫，可自動進行集成元件的信息搜索，從已安裝的元件庫中自動查找和選擇電器元件，并生成元件匹配信息的電子表格。在對外接口和設計管理方面也有獨到的優勢，可以建立用戶自定義的功能模塊，并可轉換為菜單中的系統專用功能模塊。對外接口中最強大的功能在于可提供超過40種的增行和層次格式，包括epif，vhdl，verilog spice，pads和pcad/protel/tango等。

2.4 Protel

PROTEL是PORTEL公司在上世紀80年代末推出的EDA軟件，在電子行業的CAD軟件中是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高。這款軟件一直都在不斷的升級和完善，設計流程、集成化PCB設計、可編程器件（如FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。Protel系列軟件一般都包含5個模塊：原理圖設計、PCB設計自動布線器、原理圖混合信號仿真和PLD設計。這款軟件已經有多個較新的版本，如Altium Designer等。

2.5 MATLAB/Simulink

MATLAB/Simulink是一類通用的仿真平臺，通過利用軟件框架內所提供的工具來搭建仿真模型，這類模擬思路在科研領域有非常廣泛的應用。在電工教學領域，使用的版本多為Simulink5.1，其中主要是利用SimPowerSystems這一仿真模塊庫。在這個模塊庫中包含了電路設計和仿真中涉及的基本電器元件和分析算法。利用這一工具可方便展開的對電路的設計和分析。因此在教學中，這類軟件也有被應用。

3.電工教學中EDA技術的應用

上述幾類常用的EDA技術各有其優勢和特色。在電工教學中具體使用哪一類軟件作為教學的首選，取決于各院校在課程的設置和培養目標，各自所側重點的不同而選擇不同的EDA軟件。就筆者統計的資料來看，在各類設置有數字電子技術這門課程的學校為了便于教學，大多會采用操作更為簡便、界面更加直觀的EDA軟件，比如MATLAB、Multisim系列、Altium Designer等。結合實際應用的需要，筆者推薦選用Protel系列軟件作為電工電子技術課堂教學的首選。因該系列軟件企業中具有非常廣泛的應用，讓學生在校期間就熟練掌握該軟件的模擬仿真和分析的技巧對于學生畢業后的實際工作更加有利。在本節中，將簡介Protel系列中Altium Designer Winter 09在電工電子技術課堂教學中的應用。

電工電子技術課程包含的內容涉及面非常廣泛，其中既有實驗性質的內容也有非常抽象的概念。利用Altium Designer Winter 09來作為課堂教學軟件能夠很直觀的將一些難以理解的抽象概念感性化，對于提高學生的學習積極性和鍛煉動手能力都大有裨益。本節中將舉出一個應用的例子。

正弦波振蕩電路的虛擬仿真：

在這一實驗中，需要觀察和計算的內容有基波頻率，并模擬正弦波。實驗電路圖如圖1所示。

實施步驟：1調用仿真庫中Texas InstrumentsTI Operational Amplifier IntLib，電路中各節點和元件的參數設置按圖1所示進行；2選擇分析類型，分別選取瞬時分析和傅立葉分析；3分析參數設置，瞬時分析起始時間設置為0，終止時間設置為6毫秒，步長100ns，最大步長設置為1us，傅立葉基波頻率分析時諧波次數設置為6次；4模擬分析。實驗結果如圖2和圖3所示。

在課堂教學中那個，可通過改變電路中電阻和電容數值的方法改變該電路的模擬仿真結果。教師在示范了基本的操作后，可將這些參數的更改和模擬作為課后作業，讓學生課后練習熟練使用Altium Designer Winter 09之用。

4.結語

在教學中遇到的其他抽象概念教師可以自行設計實驗，讓一些抽象的概念能夠在仿真平臺上以直觀的方式讓學生理解，總之利用Altium Designer Winter 09是可以滿足課堂教學的仿真和模擬需要的。在電工教學過程利用Altium Designer Winter 09可以讓課程不那么枯燥，對以后學生步入工作崗位也是良好的過度。因此建議使用這一軟件作為電工課程教學的首選平臺。

參考文獻

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摘要：隨著近幾年CMOS集成電路的快速發展，COMS電路芯片的尺寸越來越小，單位面積芯片上集成的晶體管也逐漸增加，這有效提高了集成電路的運算速度，同時大大降低了單個芯片的制造成本。然而在集成電路快速發展的同時，ESD問題也日益凸現出來，ESD保護電路能夠有效保護COMS電路芯片，對內部電路的保護具有重要意義。筆者就以ESD保護原理為集成，對CMOS電路芯片ESD保護電路設計技術的發展進行了分析。

關鍵詞：COMS電路芯片；ESD保護電路；集成電路

靜電放電（ESD）對集成電路芯片的干擾程度最大，一般的，ESD通過干燥環境的人體帶電，以電荷脈沖形式出現在電路端口，進而影響內部電路。由于COMS鎖定效應的存在，當端口處缺乏有效保護措施時，很容易引發固有的鎖定效應，使得整個芯片的PNPN通道導通，如果外電路也缺少防護措施，那么電路就會燒毀。因此，CMOS電路芯片ESD保護電路的設計是極為重要的，需要給予充分的重視。 1 ESD原理和保護器件 1.1 ESD原理 所謂ESD保護電路，即為了防止靜電放電對電路芯片產生危害而設計的電路，目的是在放電事件發生的過程中，在芯片內部提供一個低電阻的支路，使得靜電放電產生的能量得到有效釋放，阻止靜電放出的能量對電路芯片產生危害，把靜電放電的危害降低到最小，保障整個電路的安全。當然，作為ESD保護電路，除了作為支路釋放靜電產生的能量以外，還要確保能量釋放伴隨產生的熱量分布均勻，若熱量分布不均，容易導致局部過熱，同樣會導致芯片或者電路的其他部分遭受損害。另外，ESD保護電路在發揮作用釋放能量的同時，要做到不影響主功能電路的正常工作，這就對ESD保護電路的設計提出了更高的要求。 1.2 靜電的產生和危害 一般來說，所有電路在正常工作的過程中，都容易受靜電放電的影響，靜電放電主要包括摩擦起電，感應生電以及離子轟擊三種方式，電子產品從生產到使用的過程中（包括運輸過程）都容易因為與帶電物體接觸從而產生靜電，對電路芯片或者其他部分產生危害。電子產品在生產的過程中，首先會容易發生在制造產品內部器件一晶元的過程中，車間里有很多制造器件的合成材料容易產生靜電，這時產生的靜電主要是對生產模板造成影響，如模板形狀變型、歧形等。另外，產生的靜電還可能直接對硅片造成影響，破壞電路的內部結構。在電路器件組裝的過程中同樣會產生靜電，被單獨切割的芯片與四周繞線容易產生靜電。芯片生產出來以后，印刷電路板的制作過程、設備制造過程、設備使用過程、設備維修過程都容易受到靜電的影響，從而對電子產品的電路產生影響，可以說，靜電放電已經成為危害電子行業的一個重要影響因素，在一定程度上影響了電子行業的發展，因此，要做好ESD保護電路的設計工作，把靜電放電產生的能量危害降低到最小。 1.3 ESD保護器件 靜電放電事件可能發生在電子產品從生產到使用的每一個過程，因此，ESD保護電路設計需要考慮多方面的因素，其中，保護器件的選擇是至關重要的一個環節，一般來說，保護器件的選擇需要遵循以下原則。為靜電產生的能量提供釋放渠道，這時保護電路最重要的功能，產生靜電時，保護電路應該充分發揮泄放通路的作用，使得靜電產生的能量得到有效釋放；通過正常的I/O信號時不工作，ESD保護電路還應該具備正常的識別功能，當I/O信號通過時，ESD保護電路不工作；引入較低的電容、電阻，靜電放電雖然會對電路產生危害，但與正常電路相比，靜電產生的能量相對較小，因此，引入小電阻、小電容器足夠的釋放靜電能量；除了上述要求以外，ESD保護電路的設計除了應該考慮到以上的要求以外，還應該對鎖閉（latchup）有較高的免疫，同時具備較高的耐壓能力。 2 ESD放電模式與設計方案 2.1 I/O引出端與VDD ESD放電的情況類型比較復雜，主要包括I/O到電源的正負靜電、I/O之間的正負靜電、電源到地的正負靜電、I/O到地的正負靜電、不同類型電源之間以及不同類型地之間的正負靜電五種類型，也就是說，產生靜電的方式有很多種，保護電路的設計方案需要盡可能考慮到所有的靜電產生方式，確保在每一種可能靜電放電的過程中能量得到有效釋放。設計ESD保護電路時需要進行有效的ESD測試，首先是I/O引出端，需要對引出端依次打三次正電、三次負電（順序不能反，每兩次之間間隔一秒），VDD端與I/O引出端類型相同，測試方式一樣，需要注意的是，若電路存在多個電源的情況，需要對各個類型的電源進行I/O引出端到電源的ESD測試，VDD端也一樣。 2.2 I/O引出端與I/O引出端 I/O引出端與I/O引出端之間同樣需要進行ESD測試，具體的測試方法為在I/O引出端之間互打ESD，同樣是三次正電、三次負電，間隔時間為一秒。ESD電流泄放路徑 上圖為ESD電流瀉放路徑，如圖所示，圖中的虛線部分表示PAD1對PAD2之間打正電時，靜電電流的泄放路徑，電流首先經過的保護電路，在保護電路中釋放一部分能量，剩余的能量流經電源到底之間的鉗位電路，最后經過過地線到達PAD2。 2.3 VDD引出端與GND引出端 對電源到地之間進行ESD進行放電測試時，采用同樣的方法依次打正電和負電，兩種情況下靜電電流的泄放路徑不同，打正電時，靜電電流從不同類型的電源到地，中間電流流經Power Clamp電路；打負電的情況則完全不同，靜電電流由反向二極管流向電源，即靜電電流產生的能量由反向二極管作為釋放器件，圖中的VCC到VCCPath和VSS到VSSPath就是典型的電源與地之間靜電電流產生能量的泄放路徑。 3 CMOS電路芯片ESD保護電路設計技術發展 近年來，CMOS電路芯片ESD保護電路設計發展經歷了相當漫長的階段，但經過業內人員的努力，已經取得了長足的進步，從最開始的二極管和電阻的雙層保護結構到三層結構器件的ESD保護網絡，再到寄生的PNPN四層結構以及后來的雙寄生橫向的PNPN四層結構ESD保護電路，ESD保護電路一直在逐漸完善。 3.1 二極管和電阻的雙層保護結構 二極管和電阻的雙層保護結構，其主要原理是通過二極管以及小電阻的作用，攔截通過的靜電電流，使得靜電產生的電流得到有效釋放，達到保護電路的作用，其是MOS電路普遍采用的一種保護電路設計方式，上圖中即為典型的二極管、電阻雙層保護結構。二極管和電阻的雙層保護結構是早期電子器件中經常采用的保護電路設計方式，其原理比較簡單，制造工序也不復雜，但二極管和小電阻占用的體積大，不符合電路集成化的發展趨勢，且對電路起不到完全的保護作用，很快就在業內被逐漸淘汰。 3.2 三層結構器件的ESD保護網絡 三層結構器件的ESD保護網絡是以二極管、小電阻雙層保護結構為基礎發展起來的一種ESD保護電路方式，設計者在MOS電路增添場氧MOS晶體管、柵氧MOS晶體管等三層結構器件。其能更有效地發揮對電路起到保護作用。 3.3 寄生的PNPN四層結構ESD保護電路 隨著三層結構器件的ESD保護網絡逐漸發展，三層結構器件在密度，以及能量的釋放速度上都有了很大的提升。隨后業內從業者以“微米級”CMOS工藝中寄生的四層結構PNPN器件（SCR）作為釋放靜電能量的工作器件，微米級器件的出現標志著ESD保護電路的工作器件在密度上達到了一個新的高度，其能為電路提供瞬時保護。隨著技術的不斷進步，后來出現了雙寄生橫向的SCR的ESD保護電路，結束了早期單一的SCR結構時代，其具有高電流沉陷（或者源出），低的接通阻抗，大的熱耗散體積等優點，為電路提供最有效的電路保護。 4 結語 綜上所述，ESD保護電路的設計需要多方面的因素，設計者需要了解所有的放電方式，針對電子產品的具體情況選擇適當的保護器件，制定恰當的保護電路設計方案，對電路芯片以及其他部分提供全方位的保護。近年來，ESD保護電路的發展已經取得了長足的進步，相信未來還會往更完善的方向發展。 參考文獻： [1]向洵，劉凡，楊偉，徐佳麗.基于CMOS工藝的全芯片ESD保護電路設計[J].微電子學，2010，03：396-399. [2]周子昂，姚遙，徐坤，張利紅.基于CMOS多功能數字芯片的ESD保護電路設計[J].電子科技，2012，04：57-59.