導(dǎo)語：如何才能寫好一篇集成電路設(shè)計原理，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：集成電路工藝原理；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系，副教授。（上海?200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海自然科學(xué)基金（B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設(shè)項(xiàng)目（10110502200）資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）29-0046-01

微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展急需大量的高質(zhì)量集成電路人才。優(yōu)秀的集成電路設(shè)計工程師需要具備一定工藝基礎(chǔ)，集成電路工藝設(shè)計和操作人員更需要熟悉工藝原理及技術(shù)，以便獲得性能優(yōu)越、良率高的集成電路芯片。因此“集成電路工藝原理”是微電子專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其主要內(nèi)容是介紹VLSI制造的主要工藝方法與原理，培養(yǎng)學(xué)生掌握半導(dǎo)體關(guān)鍵工藝方法及其原理，熟悉集成電路芯片制作的工藝流程，并具有一定工藝設(shè)計及分析、解決工藝問題的能力。課程的實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)，需要大量的實(shí)踐課程作為補(bǔ)充。但是超大規(guī)模集成電路的制造設(shè)備價格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)費(fèi)用很大，國內(nèi)僅有幾所大學(xué)擁有供科研、教學(xué)用的集成電路工藝線或工藝試驗(yàn)線，很多高校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程僅為最基本的半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)，僅可以實(shí)現(xiàn)氧化、擴(kuò)散、光刻和淀積等單步工藝，而部分學(xué)校僅能開設(shè)工藝原理理論課程。所以，如何在理論教學(xué)的模式下，理論聯(lián)系實(shí)踐、提高教學(xué)質(zhì)量，通過課程建設(shè)和教學(xué)改革，改善集成電路工藝原理課程的教學(xué)效果是必要的。如何利用多種可能的方法開展工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)、加強(qiáng)對本專業(yè)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)際工作能力以及專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)、提高微電子工藝課程的教學(xué)質(zhì)量，是教師所面臨的緊迫問題。

一、循序漸進(jìn)，有增有減，科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容

1.選擇優(yōu)秀教材

集成電路的復(fù)雜性一直以指數(shù)增長的速度不斷增加，同時國內(nèi)的集成電路工藝技術(shù)與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)差距較大，故首先考慮選用引進(jìn)的優(yōu)秀國外教材。本課程首選教材是國外電子與通信教材系列中美國James D.Plummer著的《硅超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)—理論、實(shí)踐與模型》中文翻譯本。這本教材的內(nèi)容豐富、全面介紹了集成電路制造過程中的各工藝步驟；同時技術(shù)先進(jìn)，該書包含了集成電路工藝中一些前沿技術(shù)，如用于亞0.125μm工藝的最新技術(shù)、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝。另外，該書與其他硅集成電路工藝技術(shù)的教科書相比，具有顯著的兩個優(yōu)點(diǎn)：其一是在書中第一章就介紹了一個完整的工藝過程。在教學(xué)過程中，一開始就對整個芯片的全部制造過程進(jìn)行全面的介紹，有且與學(xué)生正確建立有關(guān)后續(xù)章節(jié)中將要討論的各個不同的特定工藝步驟之間的相互聯(lián)系；其二是貫穿全書的從實(shí)際工藝中提取的“活性”成分及工藝設(shè)計模擬實(shí)例。這些模擬實(shí)例有助于清楚地顯示如氧化層的生長過程、摻雜劑的濃度分布情況或薄膜淀積的厚度等工藝參數(shù)隨著時間推進(jìn)的發(fā)展變化，有助于學(xué)生真正認(rèn)識和理解各種不同工藝步驟之間極其復(fù)雜的相互作用和影響。同時通過對這些模擬工具的學(xué)習(xí)和使用，有助于理論聯(lián)系實(shí)際，提高實(shí)踐教學(xué)效果。因而本教材是一本全面、先進(jìn)和可讀性強(qiáng)的專業(yè)書籍。

2.科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容

如前所述，本課程的目的是使學(xué)生掌握半導(dǎo)體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設(shè)計和分析能力。本課程僅32學(xué)時，而教材分11章，共602頁，所以課堂授課內(nèi)容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內(nèi)容。對非關(guān)鍵工藝，如第1章的半導(dǎo)體器件，如PN二極管、雙極型晶體管等知識已經(jīng)在前續(xù)基礎(chǔ)課程“半導(dǎo)體物理2”和“半導(dǎo)體器件3”中詳細(xì)介紹，所以在課堂上不進(jìn)行講授。另一方面，合理安排教材內(nèi)容的講授次序。教材在講授晶片清洗后即進(jìn)入光刻內(nèi)容，考慮工藝流程的順序進(jìn)行教學(xué)更有利于學(xué)生理解，沒有按照教條的章節(jié)順序，教學(xué)內(nèi)容改變?yōu)榘凑涨逑础⒀趸U(kuò)散、離子注入、光刻、薄膜淀積、刻蝕、后端工藝、工藝集成等順序進(jìn)行。

另一方面，關(guān)注集成電路工藝的最新進(jìn)展，及時將目前先進(jìn)、主流的工藝技術(shù)融入課程教學(xué)中，如在課堂教學(xué)中介紹INTEL公司即將投產(chǎn)的采用了22nm工藝的代號為“Ivy Bridge”的處理器等。同時，積極邀請企業(yè)工程師或?qū)＜议_展專題報告，將課程教學(xué)和行業(yè)工藝技術(shù)緊密結(jié)合，提高學(xué)生的積極性及主動性，提高教學(xué)效果。

3.引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正飛速發(fā)展，需要隨時跟蹤集成電路制造工藝的發(fā)展動態(tài)、技術(shù)前沿以及遇到的挑戰(zhàn)，給學(xué)生布置若干集成電路工藝發(fā)展前沿與技術(shù)動態(tài)相關(guān)的專題，讓學(xué)生自行查閱、整理資料，每一專題選派同學(xué)在課堂上給大家講解。例如，在第一章講解集成電路工藝發(fā)展歷史時，要求同學(xué)前往國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)劃網(wǎng)站，閱讀最新年份的國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖，完成如最小特征指標(biāo)、工作電壓等相關(guān)技術(shù)指數(shù)的整理并作圖說明發(fā)展趨勢等。這樣一方面激發(fā)了學(xué)生的求知欲，另一方面培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)提高專業(yè)知識的能力。

二、豐富教學(xué)手段，進(jìn)行多樣化、形象化教學(xué)

篇2

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；版圖；CMOS

作者簡介：毛劍波（1970-），男，江蘇句容人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，副教授；汪濤（1981-），男，河南商城人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，講師。（安徽?合肥?230009）

基金項(xiàng)目：本文系安徽省高校教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：20100115）、省級特色專業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：20100062）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0052-02

集成電路（Integrated Circuit）產(chǎn)業(yè)是典型的知識密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計、芯片制造和封測三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國際先進(jìn)水平相比，我國集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強(qiáng)、應(yīng)用開發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計是整個產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于計算機(jī)與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計人才嚴(yán)重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[1-4]

一、集成電路版圖設(shè)計軟件平臺

為了滿足新形勢下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我校”）從2005年起借助于大學(xué)計劃，和美國Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實(shí)驗(yàn)室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設(shè)計系統(tǒng)等EDA軟件。我校相繼開設(shè)了與集成電路設(shè)計密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計、集成電路版圖設(shè)計與驗(yàn)證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計、ASIC設(shè)計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進(jìn)行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計能力的培養(yǎng)，通過對課程內(nèi)容的精選、重組和充實(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計教學(xué)過程。[5，6]

集成電路設(shè)計從實(shí)現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計。全定制集成電路設(shè)計，特別是其后端的版圖設(shè)計，涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點(diǎn)方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的設(shè)計理論基礎(chǔ)。

在集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計公司設(shè)計開發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)（Zeni EDA System），這是中國唯一的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級的集成電路設(shè)計規(guī)模，可進(jìn)行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗(yàn)證等已經(jīng)與國際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計中發(fā)揮了強(qiáng)大的功能，并成功開發(fā)出了許多實(shí)用的集成電路芯片。

九天EDA軟件系統(tǒng)包括ZeniDM（Design Management）設(shè)計管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗(yàn)證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設(shè)計規(guī)則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數(shù)提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實(shí)現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設(shè)計流程。

二、集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點(diǎn)，在本科生三年級下半學(xué)期開設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計課程。

篇3

集成電路作為關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代電子信息科技的核心技術(shù)，是國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。鑒于我國集成電路市場持續(xù)快速的增長，對集成電路設(shè)計領(lǐng)域的人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，但人才缺失的問題是影響集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題之一。據(jù)統(tǒng)計，2012年我國對集成電路設(shè)計人才的需求是30萬人 [1-2]。為加大集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，更好地滿足集成電路產(chǎn)業(yè)的人才需求，2003年教育部實(shí)施了“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”計劃，同時增設(shè)了“集成電路設(shè)計和集成系統(tǒng)”的本科專業(yè)，很多高校都相繼開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，大力培養(yǎng)集成電路領(lǐng)域高水平的骨干專業(yè)技術(shù)人才[3]。

黑龍江大學(xué)的集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)自2005年成立以來，從本科教學(xué)體系的建立、本科教學(xué)內(nèi)容的制定與實(shí)施、師資力量的培養(yǎng)與發(fā)展等方面進(jìn)行不斷的探索與完善。本文將結(jié)合多年集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的本科教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及對相關(guān)院校集成電路設(shè)計專業(yè)本科教學(xué)的多方面調(diào)研，針對黑龍江大學(xué)該專業(yè)的本科教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和研究探索，以期提高本科教學(xué)水平，切實(shí)做好本科專業(yè)人才的培養(yǎng)工作。

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)置與課時安排上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對于部分課程調(diào)整其所開設(shè)的學(xué)期及課時安排，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”課程與“CMOS模擬集成電路設(shè)計”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”課程中是以門級電路設(shè)計為基礎(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)知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設(shè)計分析難以理解和掌握，會影響學(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”課程中添加入相關(guān)知識，與“CMOS模擬集成電路設(shè)計”課程中本應(yīng)有的器件、工藝和版圖的相關(guān)內(nèi)容又會出現(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”課程，將器件、工藝和版圖的基礎(chǔ)知識首先進(jìn)行講授，令學(xué)生對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”課程的學(xué)習(xí)中，對于應(yīng)用各器件進(jìn)行電路構(gòu)建時會更加得心應(yīng)手，達(dá)到較好的教學(xué)效果，同時也避免了內(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)理論知識儲備不足、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，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實(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，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)時了解前沿動態(tài)，使學(xué)生能夠積極主動地學(xué)習(xí)。

二、變革教學(xué)理念與模式

CDIO（構(gòu)思、設(shè)計、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[4]。

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)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的“數(shù)模混合集成電路設(shè)計”課程，基于“逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）”的課題項(xiàng)目開展教學(xué)內(nèi)容，將各個獨(dú)立分散的模擬或數(shù)字電路模塊的設(shè)計進(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、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)計操作流程。同時，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，并可以通過對新結(jié)構(gòu)、新想法進(jìn)行不同程度獎勵加分的形式以激發(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)計打下一定的基礎(chǔ)。而對于教師的要求，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、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)，同時還應(yīng)定期邀請校外專家或?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)的同時增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機(jī)會，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)計平臺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)計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設(shè)計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學(xué)習(xí)和科研。而面對目前學(xué)生人數(shù)眾多但實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對不足的情況，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)計平臺的搭建，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[5]。

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。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)計方法及流程，在了解企業(yè)對于數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路設(shè)計以及版圖設(shè)計等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對性地進(jìn)行模塊課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的鍛煉，使學(xué)生對于相關(guān)的EDA實(shí)踐內(nèi)容真正融會貫通，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，如黑龍江大學(xué)的“CMOS模擬集成電路設(shè)計”和“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程，都已制定了比較詳盡的實(shí)踐手冊及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課件；通過網(wǎng)絡(luò)平臺，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隨地地學(xué)習(xí)。

四、搭建校企合作平臺

篇4

【關(guān)鍵詞】集成電路 理論教學(xué) 改革探索

【基金項(xiàng)目】湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（14JJ6040）;湖南工程學(xué)院博士啟動基金。

【中圖分類號】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0255-01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品向著智能化、小型化和低功耗發(fā)展。集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動著計算機(jī)等電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，同時也推動著整個信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，對集成電路相關(guān)人才的需求也日益增加。目前國內(nèi)不僅僅985、211等重點(diǎn)院校開設(shè)了集成電路相關(guān)課程，一些普通本科院校也開設(shè)了相關(guān)課程。課程的教學(xué)內(nèi)容由單純的器件物理轉(zhuǎn)變?yōu)榘M集成電路、數(shù)字集成電路、集成電路工藝、集成電路封裝與測試等[2]。隨著本科畢業(yè)生就業(yè)壓力的不斷增加，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型以及可發(fā)展型的本科人才顯得日益重要。然而，從目前我國各普通院校對集成電路的課程設(shè)置來看，存在著重傳統(tǒng)輕前沿、不因校施教、不因材施教等問題，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對集成電路敬而遠(yuǎn)之，退避三舍，學(xué)習(xí)積極性不高，繼而導(dǎo)致學(xué)生的可發(fā)展性不好，不能適應(yīng)企業(yè)的要求。

本文結(jié)合湖南工程學(xué)院電氣信息學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)際，詳細(xì)闡述了本校當(dāng)前“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)中存在的問題，介紹了該課程的教學(xué)改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

1.“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)存在的主要問題

1.1理論性強(qiáng)，課時較少

對于集成電路來說，在講解之前，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)學(xué)習(xí)了以下課程，如：“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”、“晶體管原理”等。但是，由于這些課程的理論性較強(qiáng)，公式較多，要求學(xué)生的數(shù)學(xué)功底要好。這對于數(shù)學(xué)不是很好的學(xué)生來說，就直接導(dǎo)致了其學(xué)習(xí)興趣降低。由于目前嵌入式就業(yè)前景比較好，在我們學(xué)校，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生更喜歡嵌入式方面的相關(guān)課程。而集成電路相關(guān)企業(yè)更喜歡研究生或者實(shí)驗(yàn)條件更好的985、211高校的畢業(yè)生，使得我校集成電路方向的本科畢業(yè)生找到相關(guān)的較好工作比較困難。因此，目前我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展方向定位為嵌入式，這就導(dǎo)致一些跟集成電路相關(guān)的課程，如“微電子工藝”、“晶體管原理”、“半導(dǎo)體物理”等課程都取消掉了，而僅僅保留了“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”這兩門基礎(chǔ)課程。這對于集成電路課程的講授更增加了難度。“集成電路原理與應(yīng)用”課程只有56課時，理論課46課時，實(shí)驗(yàn)課10課時。只講授教材上的內(nèi)容，沒有基礎(chǔ)知識的積累，就像空中架房，沒有根基。在教材的基礎(chǔ)上額外再講授基礎(chǔ)知識的話，課時又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這就導(dǎo)致老師講不透，學(xué)生聽不懂，效果很不好。

1.2重傳統(tǒng)知識，輕科技前沿

利用經(jīng)典案例來進(jìn)行課程教學(xué)是夯實(shí)集成電路基礎(chǔ)的有效手段。但是對于集成電路來說，由于其更新?lián)Q代的速度非常快，故在進(jìn)行教學(xué)時，除了采用經(jīng)典案例來夯實(shí)基礎(chǔ)外，還需緊扣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前沿。只有這樣才能保證人才培養(yǎng)不過時，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與社會需求不脫節(jié)。但目前在授課內(nèi)容上還只是注重傳統(tǒng)知識的講授，對于集成電路的發(fā)展動態(tài)和科技前沿則很少涉及。

1.3不因校施教，因材施教

教材作為教師教和學(xué)生學(xué)的主要憑借，是教師搞好教書育人的具體依據(jù)，是學(xué)生獲得知識的重要工具。然而，我校目前“集成電路原理與應(yīng)用”課程采用的教材還沒有選定。如：2012年采用葉以正、來逢昌編寫，清華大學(xué)出版社出版的《集成電路設(shè)計》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫，西安交通大學(xué)出版社出版的《模擬CMOS集成電路設(shè)計》;2014年采用余寧梅、楊媛、潘銀松編著，科學(xué)出版社出版的《半導(dǎo)體集成電路》。教材一直不固定的原因是還沒有找到適合我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生實(shí)際情況的教材，這就導(dǎo)致教師不能因校施教、因材施教。

2.“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)改革

2.1選優(yōu)選新課程內(nèi)容，夯實(shí)基礎(chǔ)

由于我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，沒有開設(shè)“半導(dǎo)體物理”、“晶體管原理”、“微電子工藝”等相關(guān)基礎(chǔ)課程，因此理想的、適用于我校學(xué)生實(shí)際的教材應(yīng)該包括半導(dǎo)體器件原理、模擬集成電路設(shè)計、雙極型數(shù)字集成電路設(shè)計、CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計、集成電路的設(shè)計方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設(shè)計等內(nèi)容，如表1所示。因此，在教學(xué)實(shí)踐中，本著“基礎(chǔ)、夠用”的原則，采取選優(yōu)選新的思路，盡量選擇適合我校專業(yè)實(shí)際的教材。目前，使用筆者編寫的適合于我校學(xué)生實(shí)際的理論教學(xué)講義，理順了理論教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了因校施教，因材施教。

表1 “集成電路原理與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容

2.2提取科技前沿作為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)專業(yè)興趣

為了提高學(xué)生的專業(yè)興趣，讓他們了解“集成電路原理與應(yīng)用”課程的價值所在，在授課的過程中穿插介紹集成電路設(shè)計的前沿動態(tài)。如：從IEEE國際固體電路會議的論文集中提取模塊、電路、仿真、工藝等最新的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容按照門類進(jìn)行分類和總結(jié)，穿插至傳統(tǒng)的理論知識講授中，讓學(xué)生及時了解當(dāng)前集成電路設(shè)計的核心問題。這樣不但可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3開展雙語教學(xué)互動，提高綜合能力

目前，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)相對于國外來說，還存在著相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｒ_展雙語教學(xué)的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業(yè)術(shù)語都是由英文翻譯過來的;二是集成電路的研究前沿都是以英文發(fā)表在期刊上的;三是世界上主流的EDA軟件供應(yīng)商都集中在歐美國家，軟件的操作語言與使用說明書都是英文的。因此，集成電路課程對學(xué)生的英語能力要求很高，在課堂上適當(dāng)開展雙語教學(xué)互動，無論是對于學(xué)生繼續(xù)深造，還是就業(yè)都是非常必要的。

3.結(jié)語

集成電路自二十世紀(jì)五十年代被提出以來，經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模、甚大規(guī)模，目前已經(jīng)進(jìn)入到了片上系統(tǒng)階段。雖然集成電路的發(fā)展日新月異，但目前集成電路相關(guān)人才的學(xué)校培養(yǎng)與社會需求存在很大的差距。因此，對集成電路相關(guān)課程的教學(xué)改革刻不容緩。基于此，本文從“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)出發(fā)，詳細(xì)闡述了“集成電路原理與應(yīng)用”課程教學(xué)所存在的主要問題，并有針對性的提出了該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革措施，這對培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型的集成電路相關(guān)專業(yè)的本科畢業(yè)生具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

篇5

【關(guān)鍵詞】電子信息科學(xué)與技術(shù)微電子課程體系建設(shè)教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)改革（項(xiàng)目編號：2016Z03）；大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目：面向2017級培養(yǎng)方案的《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)體系研究與設(shè)計（項(xiàng)目編號：2016Y21）。

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

1.開設(shè)《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》的意義

目前，高速發(fā)展的集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)使集成電路設(shè)計人才成為最搶手的人才，掌握微電子技術(shù)是IC設(shè)計人才的重要基本技能之一。本文希望通過對《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)體系的研究與設(shè)計，能夠提高學(xué)生對集成電路制作工藝的認(rèn)識，提高從事微電子行業(yè)的興趣，拓寬知識面和就業(yè)渠道，從而培養(yǎng)更多的微電子發(fā)展的綜合人才，促進(jìn)我國微電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水平的提高。

2.目前學(xué)科存在的問題

目前電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的集成電路方向開設(shè)的課程已有低頻電子線路、數(shù)字邏輯與系統(tǒng)設(shè)計、單片機(jī)原理、集成電路設(shè)計原理等。雖然課程開設(shè)種類較多，但課程體系不夠完善。由于現(xiàn)在學(xué)科重心在電路設(shè)計上，缺少對于器件的微觀結(jié)構(gòu)、材料特性講解[1]，導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中不能夠完全理解。比如MOS管，雖然學(xué)生們學(xué)過其基本特性，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)他們對N溝道和P溝道的工作原理知之甚少。

近來學(xué)校正在進(jìn)行本科學(xué)生培養(yǎng)的綜合改革，在制定集成電路方向課程體系時，課題組成員對部分學(xué)校的相關(guān)專業(yè)展開調(diào)研。我們發(fā)現(xiàn)大部分擁有電子信息類專業(yè)的高校都開設(shè)了微電子課程。譬如華中科技大學(xué)設(shè)置了固體電子學(xué)基礎(chǔ)、微電子器件與IC設(shè)計、微電子工藝學(xué)以及電子材料物理等課程。[2]又如電子科技大學(xué)設(shè)置了固體物理、微電子技術(shù)學(xué)科前沿、半導(dǎo)體光電器件以及高級微電子技術(shù)等課程。[3]因此學(xué)科課題組決定在面向2017級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程培養(yǎng)方案中，集成電路設(shè)計方向在原有的《集成電路設(shè)計原理》、《集成電路設(shè)計應(yīng)用》基礎(chǔ)上，新增設(shè)《微電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程。本課程希望學(xué)生通過掌握微電子技術(shù)的原理、工藝和設(shè)計方法，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計和工程開發(fā)打下基礎(chǔ)。

3.微電子課程設(shè)置

出于對整體課程體系的考慮，微電子課程總學(xué)時為32學(xué)時。課程呈現(xiàn)了微電子技術(shù)的基本概論、半導(dǎo)體器件的物理基礎(chǔ)、集成電路的制造工藝及封裝測試等內(nèi)容。[4]如表1所示，為課程的教學(xué)大綱。

微電子技術(shù)的基本概論是本課程的入門。通過第一章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對本課程有初步的認(rèn)識。

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

第三章介紹硅平面工藝的基本原理、工藝方法，同時簡要介紹微電子技術(shù)不斷發(fā)展對工藝技術(shù)提出的新要求。內(nèi)容部分以集成電路發(fā)展的順序展開，向?qū)W生展示各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限，以此來培養(yǎng)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

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

4.教學(xué)模式

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

教學(xué)內(nèi)容：本課程理論知識點(diǎn)多數(shù)都難以理解且枯燥乏味，僅靠書本教學(xué)學(xué)生會十分吃力。因此，我們制作多媒體課件來輔助教學(xué)，將知識點(diǎn)采用動畫的形式來展現(xiàn)。例如可通過動畫了解PN結(jié)內(nèi)電子的運(yùn)動情況、PN結(jié)的摻雜工藝以及其制造技術(shù)。同時課件中補(bǔ)充了工藝集成與分裝測試這部分內(nèi)容，加強(qiáng)課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際生產(chǎn)、科研的聯(lián)系，便于學(xué)生掌握集成電路工藝設(shè)計流程。

教學(xué)形式：課內(nèi)理論教學(xué)+課外拓展。

1）課內(nèi)教學(xué)：理論講解仍需教師向?qū)W生講述基本原理，但是在理解運(yùn)用方面采用啟發(fā)式教學(xué)，課堂上增加教師提問并提供學(xué)生上臺演示的機(jī)會，達(dá)到師生互動的目的。依托學(xué)校BBS平臺，初步建立課程的教學(xué)課件講義、課后習(xí)題及思考題和課外拓展資料的體系，以方便學(xué)生進(jìn)行課后的鞏固與深度學(xué)習(xí)。此外，利用微信或QQ群，在線上定期進(jìn)行答疑，并反饋課堂學(xué)習(xí)的效果，利于老師不斷調(diào)整教學(xué)方法和課程進(jìn)度。還可充分利用微信公眾號，譬如在課前預(yù)習(xí)指南，幫助學(xué)生做好課堂準(zhǔn)備工作。

2）課外拓展：本課程目標(biāo)是培養(yǎng)具有電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)科理論基礎(chǔ)，且有能力將理論付諸實(shí)踐的高素質(zhì)人才。平時學(xué)生很難直接觀察到半導(dǎo)體器件、集成電路的模型及它們的封裝制造流程，因此課題組計劃在課余時間組織同學(xué)參觀實(shí)驗(yàn)室或當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)企業(yè)，使教學(xué)過程更為直觀，加深學(xué)生對制造工藝的理解。此外，教師需要充分利用現(xiàn)有的資源（譬如與課程有關(guān)的科研項(xiàng)目），鼓勵學(xué)生參與和探究。

考核方式：一般來說，傳統(tǒng)的微電子課程考核強(qiáng)調(diào)教學(xué)結(jié)果的評價，而本課程組希望考核結(jié)果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教學(xué)進(jìn)度中的考核。課題組決定采用期末筆試考核與平時課堂表現(xiàn)相結(jié)合的方式，期末筆試成績由學(xué)生在期末考試中所得的卷面成績按照一定比例折合而成，平時成績考評方式有隨堂小測、課后習(xí)題、小組作業(yè)等。這幾種方式將考核過程融入教學(xué)，能有效地協(xié)助老師對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)狀況以及學(xué)習(xí)能力做出準(zhǔn)確評定。

5.結(jié)語

篇6

關(guān)鍵詞：集成電路版圖CAD；實(shí)踐教學(xué)；課程實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)計

Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course

Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei

Nantong University， Nantong， 226019， China

Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.

Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum

目前，高速發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)使IC設(shè)計人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術(shù)是IC設(shè)計人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)重要的專業(yè)主干課，開設(shè)在大三第二學(xué)期，并列入我校第一批重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目。本課程的實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)活動的重要組成部分，它是對理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充和拓展，具有較強(qiáng)的直觀性和操作性，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力、組織管理能力、創(chuàng)新能力和服務(wù)社會能力。結(jié)合幾年來的教學(xué)實(shí)踐，筆者從本課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計、課外科技競賽等實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計工具、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法和教學(xué)手段、師資隊(duì)伍建設(shè)以及考核管理等方面進(jìn)行總結(jié)。探討本課程實(shí)踐教學(xué)模式可加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，提升就業(yè)競爭力，對他們成為IC設(shè)計人才具有十分重要的意義。

1 版圖設(shè)計工具

集成電路CAD技術(shù)貫穿于集成電路整個產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計、制造、封裝和測試），集成電路版圖設(shè)計環(huán)節(jié)同樣離不開CAD工具支持。目前業(yè)內(nèi)主流版圖設(shè)計工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設(shè)計工具的使用流程大同小異，但在自動化程度、驗(yàn)證規(guī)模、驗(yàn)證速度等方面有所差異，在售價方面，國外版圖設(shè)計工具貴得驚人，不過近年來這些公司相繼推出大學(xué)銷售計劃，降低了版圖設(shè)計工具的價格。高校選擇哪種版圖設(shè)計工具進(jìn)行教學(xué)，則視條件而定。我校電子信息學(xué)院有2個省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和1個省部共建實(shí)驗(yàn)室，利用這些經(jīng)費(fèi)，我們購買了部分業(yè)內(nèi)一流的EDA工具進(jìn)行教學(xué)和科研。目前，我校版圖設(shè)計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。

2 兩種相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

我校集成電路版圖CAD課程共48學(xué)時（理論講授24學(xué)時、實(shí)驗(yàn)24學(xué)時），實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是本課程教學(xué)的重要部分，在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時間內(nèi)既要完成教學(xué)內(nèi)容，又要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，需要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新。本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的與要求：與理論教學(xué)相銜接，熟練使用版圖設(shè)計工具，學(xué)會基本元器件、基本數(shù)字門電路、基本模擬單元的版圖設(shè)計，為本課程后續(xù)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。緊緊圍繞“一個規(guī)則（版圖幾何設(shè)計規(guī)則）、兩個流程（版圖編輯流程和驗(yàn)證流程）、四個問題”這條主線設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[1，2]。要解決的4個問題分別是：（1）版圖設(shè)計前需要做哪些準(zhǔn)備工作？（2）如何理解一個元器件（晶體管、電阻、電容、電感）的版圖含義[3，4]？（3）如何修改版圖中的幾何設(shè)計規(guī)則檢查錯誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯誤？表1為本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對應(yīng)學(xué)時及對應(yīng)知識點(diǎn)。筆者設(shè)計了兩種相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和實(shí)例化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)從有系統(tǒng)的、完整的角度出發(fā)設(shè)計了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如設(shè)計實(shí)驗(yàn)3（數(shù)字基本門電路版圖閱讀）時，安排了5學(xué)時，采用3種版圖閱讀方式：讀現(xiàn)有版圖庫中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對同一內(nèi)容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實(shí)物，又有動手操作，增強(qiáng)了直觀性和感性認(rèn)識。又如設(shè)計實(shí)驗(yàn)5（模擬單元MOS差分對管版圖設(shè)計）時，安排了5學(xué)時，從器件匹配的重要性入手，給出MOS差分對管的電路圖，講解具體器件的形狀、方向、連接對匹配的影響，特別是工藝過程引入器件的失配和誤差，對MOS差分對管的3種版圖分布形式（管子方向不對稱形式、垂直對稱水平柵極形式、垂直對稱垂直柵極形式）進(jìn)行逐一分析，指出支路電流大小對金屬線的寬度要求，對較大尺寸的對管，采用“同心布局”結(jié)構(gòu)。實(shí)例化實(shí)驗(yàn)教學(xué)先提出目標(biāo)實(shí)例，圍繞該實(shí)例，設(shè)計具體步驟，教師先示范，學(xué)生再模仿，如設(shè)計實(shí)驗(yàn)7（集成無源器件版圖設(shè)計）時，由于集成電阻、電容和電感種類很多，不能面面俱到，要求只對多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進(jìn)行版圖分析和設(shè)計。課堂實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和課時是有限的，為此我們設(shè)置了課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，感興趣的學(xué)生選取一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自己完成，指導(dǎo)教師定期檢查。學(xué)院開放了EDA實(shí)驗(yàn)中心（2007年該中心被遴選為省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)點(diǎn)，2009年12月通過省級驗(yàn)收），學(xué)生對本課程很感興趣，課外使用EDA實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)相當(dāng)踴躍。通過上述的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，特別是課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，學(xué)生分析問題、解決問題的能力和科研素養(yǎng)得到了提高。

表1 課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對應(yīng)學(xué)時及對應(yīng)知識點(diǎn)

表1（續(xù)）

4 基于0.6μmCMOS工藝的數(shù)字門電路版圖設(shè)計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設(shè)計規(guī)則；學(xué)會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設(shè)計；DRC檢查。

5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設(shè)計 4 MOS差分對管版圖設(shè)計，包括匹配原則、同心布局等，DRC檢查。

6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯誤修改。

7 集成無源器件版圖設(shè)計 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設(shè)計。

3 改革課程設(shè)計環(huán)節(jié)

課程設(shè)計是本課程培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，時間2周，集中指導(dǎo)，提前1個月發(fā)給學(xué)生任務(wù)書和指導(dǎo)書，每個班配備2名指導(dǎo)教師，注重過程控制。筆者在教學(xué)內(nèi)容、考核等方面進(jìn)行了改革和創(chuàng)新：在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學(xué)生完成數(shù)字電路版圖1題和模擬電路版圖1題，具體題目由抽簽決定，做到1人1題，避免學(xué)生抄襲。考核成績由課程設(shè)計成果（占50%）、小論文（占30%）、答辯（占20%）三方面綜合給出。以往的課程設(shè)計報告改為撰寫科技小論文，包括中英文題目、中英文摘要及關(guān)鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設(shè)計過程、分析與討論、結(jié)束語和參考文獻(xiàn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何撰寫科技論文。精選優(yōu)質(zhì)小論文放在本課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)資料庫里，供學(xué)生相互傳閱和學(xué)習(xí)。課程設(shè)計答辯具體要求參照畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯要求，包括準(zhǔn)備PPT講稿、講解5分鐘、指導(dǎo)教師點(diǎn)評等過程，每位學(xué)生至少需要10分鐘時間。學(xué)生對課程設(shè)計答辯反映相當(dāng)好，鍛煉了語言組織和口頭表達(dá)能力，而且相互間可以直接交流和學(xué)習(xí)。我們還挑選課程設(shè)計成績優(yōu)秀的學(xué)生參加校內(nèi)集成電路版圖設(shè)計大賽。雖然課程設(shè)計的改革和實(shí)踐需要教師付出很多精力和時間，但我們無怨無悔，學(xué)生的認(rèn)可和進(jìn)步是我們最大的收獲。

4 精心指導(dǎo)學(xué)生參加課外科技競賽

目前我校學(xué)生參加的集成電路版圖設(shè)計競賽有校級版圖設(shè)計大賽以及行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織的版圖設(shè)計競賽等。由校教務(wù)處主辦，電子信息學(xué)院承辦的南通大學(xué)版圖設(shè)計大賽是校級三大電子設(shè)計競賽之一，每年8月底舉行，邀請集成電路設(shè)計公司一線設(shè)計人員和半導(dǎo)體協(xié)會專業(yè)人士擔(dān)任評委，增加了競賽的專業(yè)性和公正性，目前已經(jīng)舉辦了6屆，反響不錯。從校級版圖設(shè)計大賽獲獎?wù)咧刑暨x一部分學(xué)生參加行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織的版圖設(shè)計競賽，如蘇州半導(dǎo)體協(xié)會主辦的集成電路版圖設(shè)計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設(shè)計大賽，其中“華大九天杯”集成電路設(shè)計大賽將挑選優(yōu)秀獲獎學(xué)生參加華潤上華的免費(fèi)流片，學(xué)生經(jīng)歷從電路設(shè)計、版圖設(shè)計及驗(yàn)證、流片到測試各個環(huán)節(jié)，提高了綜合訓(xùn)練能力。

5 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

要提高課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵是指導(dǎo)教師要思想素質(zhì)好，專業(yè)理論知識強(qiáng)，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結(jié)構(gòu)、職稱合理的實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業(yè)后直接上崗指導(dǎo)學(xué)習(xí)實(shí)踐，缺少工程實(shí)踐經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)。為了提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，加強(qiáng)對年輕教師的培養(yǎng)，近十年來，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術(shù)實(shí)踐培訓(xùn)班，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)、科研一線教師主講；不定期地邀請一流IC設(shè)計公司一線設(shè)計人員來院開設(shè)講座；同時挑選年輕骨干教師到一流IC設(shè)計公司學(xué)習(xí)和實(shí)踐，時間至少半年以上；現(xiàn)已聘請IC設(shè)計公司一線設(shè)計人員6人為兼職教師，指導(dǎo)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。集成電路CAD技術(shù)日新月異，課程實(shí)踐環(huán)節(jié)師資隊(duì)伍建設(shè)必須與時俱進(jìn)。

6 結(jié)束語

我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)2012年被評為省重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，也是江蘇省首批培養(yǎng)卓越工程師的專業(yè)。集成電路版圖設(shè)計是這兩個專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃的重要內(nèi)容之一，總結(jié)和探討集成電路版圖CAD課程實(shí)踐教學(xué)意義重大，今后我們要繼續(xù)推進(jìn)該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)與改革，不斷探索，為我國集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)而努力奮斗。

參考文獻(xiàn)

[1] 施敏，孫玲，景為平.淺談“集成電路版圖CAD”課程建設(shè)[J].中國集成電路，2007（12）：59-62.

[2] 施敏，徐晨.基于九天EDA系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計[J].南通工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，3（4）：101-103.

篇7

關(guān)鍵詞：模擬集成電路；自適應(yīng)加權(quán)；多目標(biāo)優(yōu)化；Pareto最優(yōu)前沿

中圖分類號：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-02

0 引 言

一直以來，人們都想實(shí)現(xiàn)模擬集成電路設(shè)計的自動化，但考慮到模擬集成電路性能指標(biāo)多，各性能指標(biāo)間互相影響等因素，使得模擬集成電路的自動化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)字集成電路，模擬集成電路已經(jīng)成為制約集成電路發(fā)展的瓶頸。隨著技術(shù)的發(fā)展，片上系統(tǒng)將模擬集成電路與數(shù)字集成電路整合到一塊芯片上。但人們對模擬集成電路的自動化研究卻從未中斷過，同時也取得了一些成果，其中基于優(yōu)化的設(shè)計方法因適用范圍廣而受到了人們的青睞。

基于優(yōu)化的設(shè)計方法將模擬集成電路的設(shè)計看作是多目標(biāo)優(yōu)化問題，電路設(shè)計時的性能指標(biāo)如增益、帶寬、相位裕度等就是多目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。通過多目標(biāo)優(yōu)化算法求解出電路目標(biāo)空間的Pareto前沿，該前沿就是電路各種性能指標(biāo)折衷后的最優(yōu)前沿，允許電路設(shè)計者從一組相互沖突的設(shè)計指標(biāo)中做出最佳選擇。

基于優(yōu)化的設(shè)計方法的核心是多目標(biāo)優(yōu)化算法，解決多目標(biāo)優(yōu)化問題的常用算法是加權(quán)和算法[1]，該算法容易理解、操作簡單，但是該算法不能求出Pareto前沿上位于凹區(qū)間內(nèi)的解，而當(dāng)權(quán)值均勻分布時，Pareto前沿上凸區(qū)間內(nèi)的解分布不均勻[2]。本文采用了自適應(yīng)加權(quán)和算法，該算法在加權(quán)和算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，克服了加權(quán)和算法的上述缺點(diǎn)。

1 自適應(yīng)加權(quán)和算法原理

自適應(yīng)加權(quán)和算法[3]的權(quán)值系數(shù)沒有預(yù)先確定，而是通過所要求解問題的Pareto前沿曲線獲得。首先用傳統(tǒng)加權(quán)和算法產(chǎn)生一組起始解，然后在目標(biāo)空間確定需要細(xì)化的區(qū)域。將待細(xì)化區(qū)域看作可行域并且對該區(qū)域施加不等式約束條件，最后用傳統(tǒng)加權(quán)和方法對這些需要細(xì)化的子區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)Pareto前沿上的所有子區(qū)域長度達(dá)到預(yù)定值時，優(yōu)化工作完成。

圖1所示的自適應(yīng)加權(quán)算法與傳統(tǒng)加權(quán)和算法進(jìn)行了對比，說明了自適應(yīng)加權(quán)和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用實(shí)線表示，通過多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得的解用黑圓點(diǎn)表示。在該例中，整個Pareto前沿由相對平坦的凸區(qū)域和明顯凹的區(qū)域組成。解決這類問題的典型方法就是加權(quán)和算法，該算法可以描述成如下形式：

上式中描述的是兩個優(yōu)化目標(biāo)的情形，J1（x）和J2（x）分別為兩個目標(biāo)函數(shù)，sf1，0（x）和sf2，0（x）分別為對應(yīng)的歸一化因子，h（x）和g（x）分別為等式約束條件和不等式約束條件。

圖1（a）為采用加權(quán)和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹區(qū)間內(nèi)沒有求出解。該圖反映了加權(quán)和算法的兩個典型缺點(diǎn)：

（1）解在Pareto前沿曲線上分布不均勻；

（2）在Pareto前沿曲線為凹區(qū)間的部分不能求出解。

因此盡管加權(quán)和算法具有簡單、易操作的優(yōu)點(diǎn)，但上述缺點(diǎn)卻限制了其應(yīng)用，這些固有缺陷在實(shí)際多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題中頻繁出現(xiàn)。圖1描述了本文所提出的自適應(yīng)加權(quán)和算法的總體流程以及基本概念。首先根據(jù)加權(quán)和算法得到一組起始解，如圖1（a）所示，通過計算目標(biāo)前沿空間上相鄰解的距離來確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域，如圖1（b）所示，該圖中確定了兩個需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域。在確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域分別在平行于兩個目標(biāo)方向上添加額外的約束，如圖1（c）所示，在該圖中向減小方向J1添加的約束為1，J2減小方向添加的約束為2。對細(xì)化后添加完約束的區(qū)域用加權(quán)和算法優(yōu)化，得出新解，如圖1（d）所示，其中加權(quán)和算法求解最優(yōu)解時采用Matlab中的fmincon函數(shù)。從該圖中可看出，細(xì)化區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了新解，Pareto前沿上解的分布較之前更加均勻，且求出了凹區(qū)域內(nèi)的解，繼續(xù)細(xì)化能夠找出更多的解，Pareto前沿上的解也將分布地更加均勻。自適應(yīng)加權(quán)和算法的流程圖如圖2所示。

2 兩級運(yùn)放設(shè)計實(shí)例

以一個帶米勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)放[4]為例，說明自適應(yīng)加權(quán)和算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。兩級運(yùn)放電路圖如圖3所示。

電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所列。

電路優(yōu)化過程中采用工作點(diǎn)驅(qū)動[5，6]的設(shè)計方法，電路的設(shè)計變量為電路直流工作點(diǎn)上一組獨(dú)立的電壓、電流。電路性能通過方程獲得，但方程中的小信號參數(shù)通過對工藝庫進(jìn)行模糊邏輯建模[7，8]得到，使得計算速度提高的同時保證了計算精度。兩級運(yùn)放電路的優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。

圖為算法迭代五代后的優(yōu)化結(jié)果，由圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過五代的優(yōu)化迭代，求出的最優(yōu)解在Pareto前沿上分布均勻。在同一電路中，單位增益帶寬的增加與擺率的增加都會使功耗增加，而電路功耗降低導(dǎo)致的結(jié)果是電路的面積增加，或通過犧牲面積來換取低功耗，犧牲面積換取電路的帶寬增加。這些結(jié)果與電路理論相吻合，同時也再次說明了模擬電路設(shè)計過程中的折衷以及模擬集成電路設(shè)計的復(fù)雜性。

3 結(jié) 語

自適應(yīng)加權(quán)和算法能求出位于凹區(qū)間內(nèi)的最優(yōu)解，并且最優(yōu)解分布均勻。本文通過兩級運(yùn)放電路驗(yàn)證了算法的優(yōu)化效果，最終得到了滿意的優(yōu)化結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]陽明盛，羅長童.最優(yōu)化原理、方法及求解軟件[M].北京：科學(xué)出版社，2010：92-94.

[2]I.Das， J.E. Dennis. A closer look at drawbacks of minimizing weighte dsums of objectives for Pareto set generation in multicriteria optimization problems [J]. Structral Optimization， 1997（14）：63-69.

[3]I. Y. Kim， O. L. de Weck. Adaptive weighted-summethod forbi-objective optimization：Paretofrontgeneration [J]. Struct Multidisc Optim， 2005（29）：149-158.

[4]Razavi B. Design of analog CMOS integrated circuits [M]. New York： Mc Graw-Hill， 2001.

[5]陳曉，郭裕順.工作點(diǎn)驅(qū)動的模擬集成電路優(yōu)化設(shè)計[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報，35（6）：18-22.

[6]Guerra-Gomez I， McConaghy T， Tlelo-Cuautle E. Operating-point driven formulation for analog computer-aided design [J]. Analog Integrated Circuits and Signal Processing， 2013， 74（2）：345-353.

篇8

關(guān)鍵詞:帶隙基準(zhǔn) 溫度補(bǔ)償 電源抑制比 正溫度系數(shù)電流

中圖分類號: TN7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 03-070-02

1引言

近年來,隨著CMOS工藝技術(shù)的進(jìn)步,模擬集成電路設(shè)計技術(shù)得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)在受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注的系統(tǒng)芯片集成(system on chip)、數(shù)模混合電路、模擬集成電路等對芯片內(nèi)集成的基準(zhǔn)電壓源的要求比以往更高。在諸多電壓基準(zhǔn)源中,帶隙式基準(zhǔn)源的應(yīng)用最為廣泛。而在功放等集成電路中由于功率較大,系統(tǒng)的溫度變化也較大,因此過溫保護(hù)電路也必不可少。本文設(shè)計了帶自啟動和過溫保護(hù)電路的帶隙式基準(zhǔn)電路,并使用了負(fù)反饋的方法使輸出基準(zhǔn)電路與電源電壓基本無關(guān),從而提高了電源抑制比。

2帶隙基準(zhǔn)原理

帶隙基準(zhǔn)是一種幾乎不依賴溫度和電源的基準(zhǔn)技術(shù),一般的帶隙基準(zhǔn)在0~70℃溫度范圍內(nèi)有10ppm/℃的溫度系數(shù),圖1所示的是帶隙基準(zhǔn)源的原理示意圖。pn結(jié)二極管的電壓降為VBE,其溫度系數(shù)在室溫時大約為-2.2mV/K.而熱電壓VT(VT=kT/q)在室溫時的溫度系數(shù)為+0.085mV/K,將VT電壓乘以常數(shù)K并和VBE電壓相加可得輸出電壓為:

(1)

將式(1)對溫度微分并代入VBE和VT的溫度系數(shù)就可求得K,它可以使得VREF的溫度系數(shù)在室溫時理論上為0。由于VBE受電源電壓變化的影響很小,帶隙基準(zhǔn)源受電源的影響也很小。本文中T定為溫度參數(shù),單位為K。

圖1帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生原理

3傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)

圖2所示為傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)的核心電路圖,圖中運(yùn)算放大器工作在深度負(fù)反饋情況下,使A、B兩點(diǎn)的電位相等。選取R2、R3兩電阻的阻值相等,可以得到兩個BJT晶體管支路上的電流相等。Q2的發(fā)射極面積為Q1的n倍,則由雙極型晶體管的電流公式:

(2)

得:

(3)

(4)

電阻R1上的電壓降為:

(5)

這樣:

(6)

適當(dāng)調(diào)整R1,R2,R3的電阻比例可以得到在室溫時溫度系數(shù)為0的輸出電壓Vref。

圖2傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)原理圖

4減小失調(diào)電壓的影響

由于輸入MOS管的非對稱性,運(yùn)算放大器存在有輸入失調(diào)電壓,也就是當(dāng)運(yùn)放的輸入電壓為零時,其輸出電壓不為零。當(dāng)運(yùn)放的輸入電壓為Vos時,我們可以得到基準(zhǔn)電壓的輸出如(7)式所示:

(7)

等效的失調(diào)電壓Vos在運(yùn)放的輸入端產(chǎn)生的影響被量化為:

(8)

得出:

(9)

由式(7)可見,如果同相比增大,即可減小失調(diào)對輸出基準(zhǔn)電壓的影響。如圖3所示為本文高精度CMOS帶隙基準(zhǔn)核心電路及其啟動和保護(hù)電路,Q1、Q2面積是Q3、Q4的n倍,將Q1和Q2、Q3和Q4串聯(lián),將提高為2,減小運(yùn)放失調(diào)的影響。

圖3高精度CMOS帶隙基準(zhǔn)電路

核心電路產(chǎn)生一個和溫度成正比的電流(PTAT電流)為:

(10)

仿真結(jié)果為4uA。

經(jīng)過上方的電流鏡,將PTAT電流鏡像后流過電阻R4,得到一個PTAT電壓,再與VBE5相加后得到輸出電壓Vref:

(11)

取VBE為0.7V,求得Vref=1.25V,由于所使用工藝模型的差異,仿真結(jié)果為1.23V。

5過溫保護(hù)

過溫保護(hù)由鏡像管M16,M17,R7,R8,Q6,上拉電阻R9,以及反相器inv1,inv2組成。

PTAT電流經(jīng)過鏡像管M13,M16放大10倍后變成40uA從M16管漏端流出。正常情況下電阻R7,R8上的壓降較低,不至于使Q6導(dǎo)通,因此OTout輸出電位為“0”,M17柵極電位為“1”,管子導(dǎo)通,使R8短接,這樣可以降低Q6基極的電位,使其截止。

當(dāng)溫度上升到大約125℃時,R7上的壓降升高到Q6管BE結(jié)開啟電壓以上,Q6導(dǎo)通,輸出OTout為“1”,從OTout輸出的過溫信號送到偏置部分的使能管柵端,用于關(guān)斷電路。M17和R8起過溫遲滯作用,當(dāng)發(fā)生過溫保護(hù)時,M17管關(guān)斷,Q6基極點(diǎn)位進(jìn)一步升高,溫度必須降低到82℃左右,過溫保護(hù)才被取消,電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

帶隙基準(zhǔn)的過溫保護(hù)遲滯效果如圖4所示。

圖4過溫保護(hù)特性

電路采用CSMC 0.35um N阱CMOS工藝模型進(jìn)行Spectre仿真,得到良好的溫度掃描特性:

圖5帶隙基準(zhǔn)的溫度掃描特性

6電源抑制比

一般的帶隙基準(zhǔn)都要求較高的電源抑制比,但是如果帶隙基準(zhǔn)中的運(yùn)放采用外加偏置,必然會受到電源電壓紋波的影響,特別是隨著工作頻率的提高,電容耦合使得輸出電壓受到電源電壓的影響更大。因而使得傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)電壓源電路的性能指標(biāo)的進(jìn)一步提高受到很大限制。本文中的帶隙基準(zhǔn)采用負(fù)反饋?zhàn)云秒娐?不僅簡化了電路,而且利用一個負(fù)反饋使輸出偏置電壓受電源電壓的影響更低。本電路考慮這個因素,采用了運(yùn)放自偏置結(jié)構(gòu),將運(yùn)放輸出電壓作為基準(zhǔn)核心電路的偏置,形成一個負(fù)反饋?zhàn)云铆h(huán)路,使電源電壓對輸出基準(zhǔn)電壓的影響進(jìn)一步降低,在4V到7V范圍內(nèi)電源抑制比為0.01V/V,如圖6所示。

圖6帶隙基準(zhǔn)的電源電壓掃描特性

7結(jié)束語

本文介紹了一種基于0.35um CMOS工藝設(shè)計的低溫漂CMOS帶隙基準(zhǔn)源,常溫下輸出電壓為1.23V;在-20℃~80℃溫度范圍內(nèi),溫漂為10PPM/℃;在4V到7V范圍內(nèi)電源抑制比為0.01V/V;達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。整個電路結(jié)構(gòu)簡單,有一定的實(shí)用價值。

參 考文獻(xiàn):

[1]朱樟明, 楊銀堂, 劉簾曦. 一種高性能CMOS帶隙電壓基準(zhǔn)源設(shè)計[J]. 半導(dǎo)體學(xué)報, 2004, 25 (5): 542-546.

[2]艾倫•PE•霍爾伯格. CMOS模擬集成電路設(shè)計[M]. 第二版. 北京:電子工業(yè)出版, 2005:125-130.

[3]陳碧, 羅嵐, 周帥林. 一種低溫漂CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計[J]. 電子器件, 2004, 27 (1): 79-82.

篇9

【關(guān)鍵詞】卓越工程師 培養(yǎng) 體系

【中圖分類號】G642【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】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)閩臺兩岸IC產(chǎn)業(yè)對接和為海峽西岸創(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)計中心的公共服務(wù)平臺，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)室等幾個平臺已建立起來，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)計劃”的標(biāo)準(zhǔn)，對微電子學(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)包含以下幾個方面：

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

集成電路設(shè)計、集成電路測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，同時開設(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（工程設(shè)計）。

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，一個企業(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)目聘請企業(yè)高級工程師授課或?qū)W生到企業(yè)通過動手實(shí)踐完成，力爭每一屆學(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。同時鼓勵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)計劃的實(shí)施

目前正處于卓越工程師培養(yǎng)啟動階段，部分培養(yǎng)模式可對在校生進(jìn)行試點(diǎn)，針對目前教學(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2009級《微電子學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計劃》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、模擬集成電路設(shè)計、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，將剛學(xué)到的基礎(chǔ)知識賦予實(shí)踐，不僅鞏固了基礎(chǔ)知識，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、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)計與實(shí)驗(yàn)、邏輯設(shè)計與FPGA、數(shù)字集成電路CAD、模擬集成電路版圖設(shè)計、集成電路制造工藝、集成電路可測性設(shè)計等課程的實(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，研制的三個芯片已經(jīng)完成MPW流片，經(jīng)測試達(dá)到了設(shè)計技術(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，各個單位對保護(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)的勞動力，而且還要冒著泄露商業(yè)機(jī)密的風(fēng)險、需要付出各種代價，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。總之，由于行業(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)部門共同出臺政策，調(diào)動企業(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)申報國家有關(guān)部門科研立項(xiàng)，技改立項(xiàng)時給予優(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)的老師各自帶幾個學(xué)生做些實(shí)用性、綜合性的設(shè)計，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10

關(guān)鍵詞:功率MOSFET;線性高壓;運(yùn)算放大器;功率驅(qū)動

中圖分類號:TN722.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)02-010-02

Design of Linear High Voltage Amplifier Based on Power MOSFET

ZHANG Hao1,WANG Lixin1,LU Jiang1,LIU Su2

(1.The Institute of Microelectronics,Chinese Academiy of Sciences,Beijing,100029,China;

2.School of Physical Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou,730000,China)

Abstract:In order to achieve the linear control of high_voltage output in operational amplifier,based on the electrical properties of power MOSFET,a high_voltage operational amplifier is designed with new structure with power NMOS.Through simulation and experimental results,the linear output voltage is 0~50 V can be achieved,when the range of the input voltage is 0～5 V.And with the further improvement by utilizing power PMOS,the output voltage is -140～+140 V can be acquired,which indicates the high linearity,and with low cost,the needs of high voltage operational amplifier can be met.There is significance in the high power driving of modern communication.

Keywords:power MOSFET;linear high voltage;operational amplifier;power drive

0 引 言

高電壓放大器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、信號檢測、功率驅(qū)動等方面\,并且已成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。采用各種手段和方法實(shí)現(xiàn)放大器高效率且高線性度的工作,對于未來無線移動通信技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)有著十分重大的實(shí)際意義。

功率場效應(yīng)晶體管具有跨導(dǎo)高,漏極電流大,工作頻率高和速度快等特點(diǎn),線性放大的動態(tài)范圍大,在有較大的輸出功率時也能有較高的線性增益。這里成功應(yīng)用功率場效應(yīng)晶體管設(shè)計出一種高壓運(yùn)算放大器。該放大器的制作成本低廉,輸出線性可控,適用范圍廣。

1 功率MOS器件結(jié)構(gòu)與分析

功率MOS場效應(yīng)晶體管是在MOS集成電路工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代電力開關(guān)器件,具有輸入阻抗高,驅(qū)動電路簡單,安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)\。圖1給出功率MOS晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖及其電學(xué)特性曲線。采用雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)\制作適合用作功率器件的短溝道高壓晶體管,需要短的重?fù)诫s背柵和寬的輕摻雜漂移區(qū)。由于外延層厚度決定了漂移區(qū)的寬度,因此也決定了晶體管的工作電壓,其漏源電壓公式為\:

VDS=(RJEFT+RACC+RFP)IMOS+Vf(1)

式中:RJFET為結(jié)型場效應(yīng)管電阻;RACC為N-層表面電子積累層電阻;RFP為外延層電阻;IMOS為反型溝道電流;Vf為溝道壓降。

圖1 功率MOS結(jié)構(gòu)圖及電學(xué)特性

2 電路設(shè)計

高壓運(yùn)算放大器電路主要由運(yùn)算放大器和功率場效應(yīng)晶體管組成\,其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2 高壓運(yùn)算放大器電路圖

所設(shè)計的電路中使用價格低廉的運(yùn)放LM358和NMOS功率管IRF630構(gòu)成負(fù)反饋回路\,雙極晶體管C8050和電阻R4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)\,防止流過IRF630的電流過大,整個電路為反比例放大電路,R2為反饋電阻,其輸入和輸出的關(guān)系式為:

Vout=-(VinR2)/R1(2)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)圖2制作試驗(yàn)電路板如圖3所示。供應(yīng)電壓為60 V,R11.963 kΩ,R220 kΩ,放大倍數(shù)約為10.19。當(dāng)輸入電壓為0～5 V時,先用EDA軟件對電路進(jìn)行模擬仿真,然后對電路板進(jìn)行測量,并進(jìn)行比較,結(jié)果如表1所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)電路板

表1 輸出電壓的模擬結(jié)果與測量結(jié)果V

輸入電壓值仿真輸出測量輸出輸入電壓值仿真輸出測量輸出

0- 0.18- 1.52.5 -25.51-26.4

0.1 - 1.05- 2.13.0 -30.60-31.6

0.5 - 5.13- 6.23.5 -35.69-36.7

1.0 -10.22-10.94.0 -40.79-41.8

1.5 -15.32-16.14.5 -45.88-47.5

2.0 -20.41-21.35.0 -50.98-52.8

由表1可畫出輸入/輸出關(guān)系變化圖形,如圖4所示。從表1和圖4中可以看出,模擬結(jié)果和測量結(jié)果存在誤差,誤差ε=-1.095,這是因?yàn)闇y量精度和器件自身精度的誤差所引起的。當(dāng)輸入電壓從0 V掃描到5 V時,得到等比例的放大輸出電壓,且呈線性變化,能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓對輸出電壓的線性控制,具有很好的驅(qū)動能力。

圖4 電路輸入/輸出變化圖

根據(jù)以上分析,用PMOS功率管進(jìn)一步改進(jìn)電路,和用NMOS管構(gòu)成一種推挽結(jié)構(gòu)\的輸出電路,可以滿足輸入正負(fù)電壓的要求,如圖5所示。若選用耐壓350 V的NMOS功率管IRF713和耐壓300 V的PMOS功率管IRF9631,以及晶體管Q1,Q2和電阻R4,R5構(gòu)成過載保護(hù)電路,則選取R2=280 kΩ,R1=10 kΩ,對電路進(jìn)行仿真,輸入電壓范圍是-5～+5 V。當(dāng)輸入電壓為負(fù)壓時,PMOS管導(dǎo)通,NMOS管截止,輸出為正電壓;當(dāng)輸入電壓為正壓時,NMOS管導(dǎo)通,PMOS管截止,輸出為負(fù)電壓。輸入/輸出的線性關(guān)系如圖6所示,電壓輸出為+140～-140 V,可實(shí)現(xiàn)高壓的雙極性線性等比例放大輸出。

圖5 改進(jìn)的線性高壓運(yùn)算放大器

圖6 輸入/輸出線性關(guān)系圖

4 結(jié) 語

利用功率場效應(yīng)晶體管的電學(xué)特性,并運(yùn)用反饋運(yùn)放的基本原理成功設(shè)計了高壓運(yùn)算放大器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計的電路輸出電壓線性度高,能夠?qū)Ω邏哼M(jìn)行有效的線性控制。選擇耐壓高的功率管,可以實(shí)現(xiàn)更高電壓的線性輸出,達(dá)到高壓驅(qū)動的要求,電路結(jié)構(gòu)簡單,制作成本低,可以滿足不同領(lǐng)域的要求,且具有很高的實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]Ting J W,Peng W P,Chang H C.High Voltage Amplifier\.IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record\.2003(2):1 247_1 249.

[2]陳星弼.功率MOSFET與高壓集成電路\.南京:東南大學(xué)出版社,1990.

[3]Liu Sanqing,Cao Guangjun,Ying Jianhua,et al.Design of Double Diffused Structure Power ICs\.IEEE Semiconductor Conference\.1995:363_365.

[4]弓小武,高玉民,羅晉生.IGBT和VDMOS解析模型和模擬\.電力電子技術(shù),1996,30(3):94_96.

[5]王英,何杞鑫,方紹華.高壓功率VDMOS 管的設(shè)計研制\.電子器件,2006,29(1):5_8.

[6]鐘清華,黃偉強(qiáng),李子升.基于線性電源的高壓放大器\.現(xiàn)代電子技術(shù),2004,27(15):6_7.

[7]童詩白,華成英.模擬集成電路設(shè)計\.北京:高等教育出版社,2000.

[8]Paul R Gary,Paul J Hurst,Stephen H Lewis.模擬集成電路的分析與設(shè)計\.4版.張曉林,譯.北京:高等教育出版社,2002.

[9]朱正涌.半導(dǎo)體集成電路\.北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[10]謝書珊.功率集成電路技術(shù)的進(jìn)展\.電力電子,2005,3(1):4_10.