時間：2023-11-09 16:34:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路設計的基本流程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
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.
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[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.
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[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.
關鍵詞：IP技術 模擬集成電路 流程
中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-02
1 模擬集成電路設計的意義
當前以信息技術為代表的高新技術突飛猛進。以信息產業發展水平為主要特征的綜合國力競爭日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當今信息時代的核心技術產品，其在國民經濟建設、國防建設以及人類日常生活的重要性已經不言
而喻。
集成電路技術的發展經歷了若干發展階段。20世紀50年代末發展起來的屬小規模集成電路（SSI），集成度僅100個元件；60年展的是中規模集成電路（MSI），集成度為1000個元件；70年代又發展了大規模集成電路，集成度大于1000個元件；70年代末進一步發展了超大規模集成電路（LSI），集成度在105個元件；80年代更進一步發展了特大規模集成電路，集成度比VLSI又提高了一個數量級，達到106個元件以上。這些飛躍主要集中在數字領域。
（1）自然界信號的處理：自然界的產生的信號，至少在宏觀上是模擬量。高品質麥克風接收樂隊聲音時輸出電壓幅值從幾微伏變化到幾百微伏。視頻照相機中的光電池的電流低達每毫秒幾個電子。地震儀傳感器產生的輸出電壓的范圍從地球微小振動時的幾微伏到強烈地震時的幾百毫伏。由于所有這些信號都必須在數字領域進行多方面的處理，所以我們看到，每個這樣的系統都要包含一個模一數轉換器（AD，C）。
（2）數字通信：由于不同系統產生的二進制數據往往要傳輸很長的距離。一個高速的二進制數據流在通過一個很長的電纜后，信號會衰減和失真，為了改善通信質量，系統可以輸入多電平信號，而不是二進制信號。現代通信系統中廣泛采用多電平信號，這樣，在發射器中需要數一模轉換器（DAC）把組合的二進制數據轉換為多電平信號，而在接收器中需要使用模一數轉換器（ADC）以確定所傳輸的電平。
（3）磁盤驅動電子學計算機硬盤中的數據采用磁性原理以二進制形式存儲。然而，當數據被磁頭讀取并轉換為電信號時，為了進一步的處理，信號需要被放大、濾波和數字化。
（4）無線接收器：射頻接收器的天線接收到的信號，其幅度只有幾微伏，而中心頻率達到幾GHz。此外，信號伴隨很大的干擾，因此接收器在放大低電平信號時必須具有極小噪聲、工作在高頻并能抑制大的有害分量。這些都對模擬設計有很大的挑戰性。
（5）傳感器：機械的、電的和光學的傳感器在我們的生活中起著重要的作用。例如，視頻照相機裝有一個光敏二極管陣列，以將像點轉換為電流；超聲系統使用聲音傳感器產生一個與超聲波形幅度成一定比例的電壓。放大、濾波和A/D轉換在這些應用中都是基本的功能。
（6）微處理器和存儲器：大量模擬電路設計專家參與了現代的微處理器和存儲器的設計。許多涉及到大規模芯片內部或不同芯片之間的數據和時鐘的分布和時序的問題要求將高速信號作為模擬波形處理。而且芯片上信號間和電源間互連中的非理想性以及封裝寄生參數要求對模擬電路設計有一個完整的理解。半導體存儲器廣泛使用的高速/讀出放大器0也不可避免地要涉及到許多模擬技術。因此人們經常說高速數字電路設計實際上是模擬電路的
設計。
2 模擬集成電路設計流程概念
在集成電路工藝發展和市場需求的推動下，系統芯片SOC和IP技術越來越成為IC業界廣泛關注的焦點。隨著集成技術的不斷發展和集成度的迅速提高，集成電路芯片的設計工作越來越復雜，因而急需在設計方法和設計工具這兩方面有一個大的變革，這就是人們經常談論的設計革命。各種計算機輔助工具及設計方法學的誕生正是為了適應這樣的要求。
一方面，面市時間的壓力和新的工藝技術的發展允許更高的集成度，使得設計向更高的抽象層次發展，只有這樣才能解決設計復雜度越來越高的問題。數字集成電路的發展證明了這一點：它很快的從基于單元的設計發展到基于模塊、IP和IP復用的
設計。
另一方面，工藝尺寸的縮短使得設計向相反的方向發展：由于物理效應對電路的影響越來越大，這就要求在設計中考慮更低層次的細節問題。器件數目的增多、信號完整性、電子遷移和功耗分析等問題的出現使得設計日益復雜。
3 模擬集成電路設計流程
3.1 模擬集成電路設計系統環境
集成電路的設計由于必須通過計算機輔助完成整個過程，所以對軟件和硬件配置都有較高的要求。
（1）模擬集成電路設計EDA工具種類及其舉例
設計資料庫―Cadence Design Framework11
電路編輯軟件―Text editor/Schematic editor
電路模擬軟件―Spectre，HSPICE，Nanosim
版圖編輯軟件―Cadence virtuoso，Laker
物理驗證軟件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules
（2）系統環境
工作站環境；Unix-Based作業系統；由于EDA軟件的運行和數據的保存需要穩定的計算機環境，所以集成電路的設計通常采用Unix-Based的作業系統，如圖1所示的工作站系統。現在的集成電路設計都是團隊協作完成的，甚至工程師們在不同的地點進行遠程協作設計。EDA軟件、工作站系統的資源合理配置和數據庫的有效管理將是集成電路設計得以完成的重要保障。
3.2 模擬集成電路設計流程概述
根據處理信號類型的不同，集成電路一般可以分為數字電路、模擬電路和數模混合集成電路，它們的設計方法和設計流程是不同的，在這部分和以后的章節中我們將著重講述模擬集成電路的設計方法和流程。模擬集成電路設計是一種創造性的過程，它通過電路來實現設計目標，與電路分析剛好相反。電路的分析是一個由電路作為起點去發現其特性的過程。電路的綜合或者設計則是從一套期望的性能參數開始去尋找一個令人滿意的電路，對于一個設計問題，解決方案可能不是唯一的，這樣就給予了設計者去創造的機會。
模擬集成電路設計包括若干個階段，設計模擬集成電路一般的過程。
（l）系統規格定義；（2）電路設計；（3）電路模擬；（4）版圖實現；（5）物理驗證；（6）參數提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測試。
除了制造階段外，設計師應對其余各階段負責。設計流程從一個設計構思開始，明確設計要求和進行綜合設計。為了確認設計的正確性，設計師要應用模擬方法評估電路的性能。
這時可能要根據模擬結果對電路作進一步改進，反復進行綜合和模擬。一旦電路性能的模擬結果能滿足設計要求就進行另一個主要設計工作―電路的幾何描述（版圖設計）。版圖完成并經過物理驗證后需要將布局、布線形成的寄生效應考慮進去再次進行計算機模擬。如果模擬結果也滿足設計要求就可以進行制造了。
3.3 模擬集成電路設計流程分述
（1）系統規格定義
這個階段系統工程師把整個系統和其子系統看成是一個個只有輸入輸出關系的/黑盒子，不僅要對其中每一個進行功能定義，而且還要提出時序、功耗、面積、信噪比等性能參數的范圍要求。
（2）電路設計
根據設計要求，首先要選擇合適的工藝制程；然后合理的構架系統，例如并行的還是串行的，差分的還是單端的；依照架構來決定元件的組合，例如，電流鏡類型還是補償類型；根據交、直流參數決定晶體管工作偏置點和晶體管大小；依環境估計負載形態和負載值。由于模擬集成電路的復雜性和變化的多樣性，目前還沒有EDA廠商能夠提供完全解決模擬集成電路設計自動化的工具，此環節基本上通過手工計算來完成的。
（3）電路模擬
設計工程師必須確認設計是正確的，為此要基于晶體管模型，借助EDA工具進行電路性能的評估，分析。在這個階段要依據電路仿真結果來修改晶體管參數；依制程參數的變異來確定電路工作的區間和限制；驗證環境因素的變化對電路性能的影響；最后還要通過仿真結果指導下一步的版圖實現，例如，版圖對稱性要求，電源線的寬度。
（4）版圖實現
電路的設計及模擬決定電路的組成及相關參數，但并不能直接送往晶圓代工廠進行制作。設計工程師需提供集成電路的物理幾何描述稱為版圖。這個環節就是要把設計的電路轉換為圖形描述格式。模擬集成電路通常是以全定制方法進行手工的版圖設計。在設計過程中需要考慮設計規則、匹配性、噪聲、串擾、寄生效應、防門鎖等對電路性能和可制造性的影響。雖然現在出現了許多高級的全定制輔助設計方法，仍然無法保證手工設計對版圖布局和各種效應的考慮全面性。
（5）物理驗證
版圖的設計是否滿足晶圓代工廠的制造可靠性需求？從電路轉換到版圖是否引入了新的錯誤？物理驗證階段將通過設計規則檢查（DRC，Design Rule Cheek）和版圖網表與電路原理圖的比對（VLS，Layout Versus schematic）解決上述的兩類驗證問題。幾何規則檢查用于保證版圖在工藝上的可實現性。它以給定的設計規則為標準，對最小線寬、最小圖形間距、孔尺寸、柵和源漏區的最小交疊面積等工藝限制進行檢查。版圖網表與電路原理圖的比對用來保證版圖的設計與其電路設計的匹配。VLS工具從版圖中提取包含電氣連接屬性和尺寸大小的電路網表，然后與原理圖得到的網表進行比較，檢查兩者是否一致。
參考文獻
一、建設數字化教學資源
建設集成電路設計相關課程的視頻教學資源，包括集成電路設計基礎理論課程講授視頻、典型案例設計講解視頻、集成電路制造工藝視頻等；構建集教師、博士研究生、碩士研究生和本科生于一體的設計數據共享平臺。集成電路設計是一項知識密集的復雜工作，隨著該行業技術的不斷進步，傳統教學模式在內容上沒法完全展示集成電路的設計過程和設計方法，尤其不能展示基于EDA軟件進行的設計仿真分析，這勢必會嚴重影響教學效果。另外，由于課時量有限，學生在課堂上只能形成對集成電路的初步了解，若在其業余時間能夠通過視頻教程系統地學習集成電路設計的相關知識，在進行設計時能夠借鑒共享平臺中的相關方案，將能很好地激發學生學習的積極性，顯著提高教學效果。
二、優化課程教學方式方法
以多媒體教學為主，輔以必要的板書，力求給學生創造生動的課堂氛圍；以充分調動學生學習積極性和提升學生設計能力的目標為導向[3]，重點探索啟發式、探究式、討論式、參與式、翻轉課堂等教學模式，激勵學生自主學習；在教學講義的各章節中添加最新知識，期末開展前沿專題討論，幫助學生掌握學科前沿動態。傳統教學模式以板書為主，不能滿足集成電路設計課程信息量大的需求，借助多媒體手段可將大量前沿資訊和設計實例等信息展現給學生。由于集成電路設計理論基礎課程較為枯燥乏味，傳統的“老師講、學生聽”的教學模式容易激起學生的厭學情緒，課堂教學中應注意結合生產和生活實際進行講解，多列舉一些生動的實例，充分調動學生的積極性。另外，關于集成電路設計的書籍雖然很多，但是在深度和廣度方面都較適合作為本科生教材的卻很少，即便有也是出版時間較為久遠，跟不上集成電路行業的快速發展節奏，選擇一些較新的設計作為案例講解、鼓勵學生瀏覽一些行業資訊網站和論壇、開展前沿專題講座等可彌補教材和行業情況的脫節。
三、改革課程考核方式
改革課程考核、評價模式，一方面通過習題考核學生對基礎知識和基本理論的掌握情況；另一方面，通過項目實踐考核學生的基本技能，加大對學生的學習過程考核，突出對學生分析問題和解決問題能力、動手能力的考察；再者，在項目實踐中鼓勵學生勇于打破常規，充分發揮自己的主觀能動性，培養學生的創新意識。傳統“一張試卷”的考核方式太過死板、內容局限，不能充分體現學生的學習水平。集成電路設計牽涉到物理、數學、計算機、工程技術等多個學科的知識，要求學生既要有扎實的基礎知識和理論基礎，又要有很好的靈活性。因此，集成電路設計課程的考核應該是理論考試和項目實踐考核相結合，另外，考核是評價學生學習情況的一種手段，也應該是幫助學生總結和完善課程學習內容的一個途徑，課程考核不僅要看學生的學習成果，也要看學生應用所學知識的發散思維和創新能力。
四、加強實踐教學
在理論課程講解到集成電路的最小單元電路時就要求學生首先進行模擬仿真實驗，然后隨著課程的推進進行設計性實驗，倡導自選性、協作性實驗。理論課程講授完后，在暑期學期集中進行綜合性、更深層次的設計性實驗。集成電路設計是一門實踐性很強的課程，必須通過大量的項目實踐夯實學生的基礎知識水平、鍛煉學生分析和解決問題的能力。另外，“設計”要求具備自主創新意識和團隊協作能力，應在實踐教學中鼓勵學生打破常規、靈活運用基礎知識、充分發揮自身特點并和團隊成員形成優勢互補，鍛煉和提升創新能力和團隊協作能力。
五、總結
“集成電路設計”課程既牽涉到物理、數學、計算機等基礎學科，又需要用到美學、工程技術等知識，集成電路的應用更是涉及到人類社會的方方面面，這一課程的教學勢必需要借助現代信息技術來向學生傳遞大量的信息。由于課程的綜合性較強，要求設計者具有扎實的物理和數學基礎，對初學者來說往往會因為難以入手而產生厭學情緒。采用啟發式、探究式、討論式、參與式、翻轉課堂等教學模式可充分調動學生學習積極性；結合集成電路設計流程、EDA工具使用、設計實例和設計性實驗等進行教學，能夠幫助學生快速入門，并在設計過程中充分鍛煉學生的創新意識和團隊協作能力；另外，在教學過程中應向學生輸送大量的學科前沿信息，以便學生掌握行業動態，并在其中找到自己感興趣的點，進行更深層次的研究。總之，集成電路設計是一項系統性的復雜工程，“集成電路設計”課程的教學需要打破傳統，做到理論聯系實踐、基礎和前沿并舉、鼓勵創新和協作，充分調動學生的學習積極性，實現高效率高質量的教學效果。
作者：馬奎楊發順單位：貴州大學電子科學系
關鍵詞：集成電路設計；本科教學；改革探索
作者簡介：殷樹娟（1981-），女，江蘇宿遷人，北京信息科技大學物理與電子科學系，講師；齊臣杰（1958-），男，河南扶溝人，北京信息科技大學物理與電子科學系，教授。（北京 100192）
基金項目：本文系北京市教委科技發展計劃面上項目（項目編號：KM201110772018）、北京信息科技大學教改項目（項目編號：2010JG40）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）04-0064-02
1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路的時代。在近50年的時間里，集成電路已經廣泛應用于工業、軍事、通訊和遙控等各個領域。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長和可靠性高等優點，同時成本也相對低廉，便于進行大規模生產。自改革開放以來，我國集成電路發展迅猛，21世紀第1個10年，我國集成電路產量的年均增長率超過25%，集成電路銷售額的年均增長率則達到23%。我國集成電路產業規模已經由2001年不足世界集成電路產業總規模的2%提高到2010年的近9%。我國成為過去10年世界集成電路產業發展最快的地區之一。伴隨著國內集成電路的發展，對集成電路設計相關人員的需求也日益增加，正是在這種壓力驅動下，政府從“十五”計劃開始大力發展我國的集成電路設計產業。
在20世紀末21世紀初，國內集成電路設計相關課程都是在研究生階段開設，本科階段很少涉及。不僅是因為其難度相對本科生較難接受，而且集成電路設計人員的需求在我國還未進入爆發期。我國的集成電路發展總體滯后國外先進國家的發展水平。進入21世紀后，我國的集成電路發展迅速，集成電路設計需求劇增。[1]為了適應社會發展的需要，同時也為更好地推進我國集成電路設計的發展，國家開始加大力度推廣集成電路設計相關課程的本科教學工作。經過十年多的發展，集成電路設計的本科教學取得了較大的成果，較好地推進了集成電路設計行業的發展，但凸顯出的問題也日益明顯。本文將以已有的集成電路設計本科教學經驗為基礎，結合對相關院校集成電路設計本科教學的調研，詳細分析集成電路設計的本科教學現狀，并以此為基礎探索集成電路設計本科教學的改革。
一、集成電路設計本科教學存在的主要問題
在政府的大力扶持下，自“十五”計劃開始，國內的集成電路設計本科教學開始走向正軌。從最初的少數幾個重點高校到后來眾多相關院校紛紛設置了集成電路設計本科專業并開設了相關的教學內容。近幾年本科學歷的集成電路設計人員數量逐漸增加，經歷本科教學后的本科生無論是選擇就業還是選擇繼續深造，都對國內集成電路設計人員緊缺的現狀起到了一定的緩解作用。但從企業和相關院校的反饋來看，目前國內集成電路設計方向的本科教學仍然存在很多問題，教學質量有待進一步提高，教學手段需做相應調整，教學內容應更多地適應現階段產業界發展需求。其主要存在以下幾方面問題。
首先，課程設置及課程內容不合理，導致學生學習熱情降低。現階段，對于集成電路設計，國內的多數院校在本科階段主要開設有如下課程：“固體物理”、“晶體管理”、“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”（各校命名方式可能有所不同）等。固體物理和晶體管原理是方向基礎課程，理論性較強，公式推導較多，同時對學生的數學基礎要求比較高。一方面，復雜的理論分析和繁瑣的公式推導嚴重降低了本科生的學習興趣，尤其是對于很多總體水平相對較差的學生。而另外一方面，較強的數學基礎要求又進一步打擊學生的學習積極性。另外，還有一些高等院校在設置課程教學時間上也存在很多問題。例如：有些高等院校將“固體物理”課程和“半導體器件物理”課程放在同一個學期進行教學，對于學生來說，沒有固體物理的基礎就直接進入“晶體管原理”課程的學習會讓學生很長一段時間都難以進入狀態，將極大打擊學生的學習興趣，從而直接導致學生厭學甚至放棄相關方向的學習。而這兩門課是集成電路設計的專業基礎課，集成電路設計的重點課程“模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程的學習需要這兩門課的相關知識作為基礎，如果前面的基礎沒有打好，很難想象學生如何進行后續相關專業知識的的學習，從而直接導致學業的荒廢。
其次，學生實驗教學量較少，學生動手能力差。隨著IC產業的發展，集成電路設計技術中電子設計自動化（Electronic design automatic，EDA）無論是在工業界還是學術界都已經成為必備的基礎手段，一系列的設計方法學的研究成果在其中得以體現并在產品設計過程中發揮作用。因此，作為集成電路設計方向的本科生，無論是選擇就業還是選擇繼續深造，熟悉并掌握一些常用的集成電路設計EDA工具是必備的本領，也是促進工作和學習的重要方式。為了推進EDA工具的使用，很多EDA公司有專門的大學計劃，高校購買相關軟件的價格相對便宜得多。國家在推進IC產業發展方面也投入了大量的資金，現在也有很多高等院校已經具備購買相關集成電路設計軟件的條件，但學生的實際使用情況卻喜憂參半。有些高校在培養學生動手能力方面確實下足功夫，學生有公用機房可以自由上機，只要有興趣學生可以利用課余時間摸索各種EDA軟件的使用，這對他們以后的工作和學習奠定了很好的基礎。但仍然還有很多高校難以實現軟件使用的最大化，購買的軟件主要供學生實驗課上使用，平時學生很少使用，實驗課上學到的一點知識大都是教師填鴨式灌輸進去的，學生沒有經過自己的摸索，畢業后實驗課上學到的知識已經忘得差不多了，在后續的工作或學習中再用到相關工具時還得從頭再來學習。動手能力差在學生擇業時成為一個很大的不足。[2]
再者，理工分科紊亂，屬性不一致。集成電路設計方向從專業內容及專業性質上分應該屬于工科性質，但很多高校在專業劃分時卻將該專業劃歸理科專業。這就使得很多學生在就業時遇到問題。很多招聘單位一看是理科就片面認為是偏理論的內容，從而讓很多學生錯失了進一步就業的好機會。而這樣的結果直接導致后面報考該專業的學生越來越少，最后只能靠調劑維持正常教學。其實，很多高校即使是理科性質的集成電路設計方向學習的課程和內容，與工科性質的集成電路設計方向是基本一致的，只是定位屬性不一致，結果卻大相徑庭。
二、改革措施
鑒于目前國內集成電路設計方向的本科教學現狀，可以從以下幾個方面改進，從而更好地推進集成電路設計的本科教學。
1.增加實驗教學量
現階段的集成電路本科教學中實驗教學量太少，以“模擬集成電路設計”課程為例，多媒體教學量40個學時但實驗教學僅8個學時。相對于40個學時的理論學習內容，8個學時的實驗教學遠遠不能滿足學生學以致用或將理論融入實踐的需求。40個學時的理論課囊括了單級預算放大器、全差分運算放大器、多級級聯運算放大器、基準電壓源電流源電路、開關電路等多種電路結構，而8個學時的實驗課除去1至2學時的工具學習，留給學生電路設計的課時量太少。
在本科階段就教會學生使用各種常用EDA軟件，對于增加學生的就業及繼續深造機會是非常必要的。一方面，現在社會的競爭是非常激烈的，很少有單位愿意招收入職后還要花比較長的時間專門充電的新員工，能夠一入職就工作那是最好不過的。另一方面，實驗對于學生來說比純理論的學習更容易接受，而且實驗過程除了可以增加學生的動手操作能力，同樣會深化學生對已有理論知識的理解。因此，在實踐教學工作中，增加本科教學的實驗教學量可以有效促進教學和增進學生學習興趣。
2.降低理論課難度尤其是復雜的公式推導
“教師的任務是授之以漁，而不是授之以魚”，這句話對于集成電路設計專業老師來說恰如其分。對于相同的電路結構，任何一個電路參數的變化都可能會導致電路性能發生翻天覆地的變化。在國際國內，每年都會有數百個新電路結構專利產生，而這些電路的設計人員多是研究生或以上學歷人員，幾乎沒有一個新的電路結構是由本科生提出的。
對于本科生來說，他們只是剛剛涉足集成電路設計產業，學習的內容是最基礎的集成電路相關理論知識、電路結構及特點。在創新方面對他們沒有過多的要求，因此他們不需要非常深刻地理解電路的各種公式尤其是復雜的公式及公式推導，其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。例如，對于集成電路設計專業的本科必修課程――“固體物理”和“晶體管原理”，冗長的公式及繁瑣的推導極大地削弱了學生的學習興趣，同時對于專業知識的理解也沒有太多的益處。[3]另外，從專業需要方面出發，對于集成電路設計者來說更多的是需要學生掌握各種半導體器件的基本工作原理及特性，而并非是具體的公式。因此，減少理論教學中繁瑣的公式推導，轉而側重于基本原理及特性的物理意義的介紹，對于學生來說更加容易接受，也有益于之后“模擬集成電路”、“數字集成電路”的教學。
3.增加就業相關基礎知識含量
從集成電路設計專業進入本科教學后的近十年間本科生就業情況看，集成電路設計專業的本科生畢業后直接從事集成電路設計方向相關工作的非常少，多數選擇繼續深造或改行另謀生路。這方面的原因除了因為本科生在基本知識儲備方面還不能達到集成電路設計人員的要求外，更主要的原因是隨著國家對集成電路的大力扶持，現在開設集成電路設計相關專業的高等院校越來越多，很多都是具有研究生辦學能力的高校，也就是說有更多的更高層次的集成電路設計人才在競爭相對原本就不是很多的集成電路設計崗位。
另外一方面，集成電路的版圖、集成電路的工藝以及集成電路的測試等方面也都是與集成電路設計相關的工作，而且這些崗位相對于集成電路設計崗位來說對電路設計知識的要求要低很多。而從事集成電路版圖、集成電路工藝或集成電路測試相關工作若干年的知識積累將極大地有利于其由相關崗位跳槽至集成電路設計的相關崗位。因此，從長期的發展目標考慮，集成電路設計專業本科畢業生從事版圖、工藝、測試相關方向的工作可能更有競爭力，也更為符合本科生知識儲備及長期發展的需求。這就對集成電路設計的本科教學內容提出了更多的要求。為了能更好地貼近學生就業，在集成電路設計的本科教學內容方面，教師應該更多地側重于基本的電路版圖知識、硅片工藝流程、芯片測試等相關內容的教學。
三、結論
集成電路產業是我國的新興戰略性產業，是國民經濟和社會信息化的重要基礎。大力推進集成電路產業的發展，必須強化集成電路設計在國內的本科教學質量和水平，而國內的集成電路設計本科教學還處在孕育發展的嶄新階段，它是適應現代IC產業發展及本科就業形勢的，但目前還存在很多問題亟待解決。本文從已有的教學經驗及調研情況做了一些分析，但這遠沒有涉及集成電路設計專業本科教學的方方面面。不過，可以預測，在國家大力扶持下，在相關教師及學生的共同努力下，我國的集成電路設計本科教學定會逐步走向成熟，更加完善。
參考文獻：
[1]王為慶.高職高專《Protel電路設計》教學改革思路探索[J].考試周刊,2011,(23).
關鍵詞：數字電子電路；VHDL；EDA技術；可編程芯片
中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）19-0051-02
大規模集成電路的出現以及計算機技術的不斷更新換代與廣泛應用，促使數字電子電路的設計已經發展到了一個更新的領域，用以下四方面便足以顯示：（1）硬件電路的設計越來越趨向軟件化；（2）數字電路發展愈加芯片化；（3）電子器件以及與其相關的技術研發越來越多地朝著服務于EDA的方向；（4）電路設計技術的發展趨勢朝著更加規范化、標準化的HDL硬件描述語言及EDA工具的推廣使用上。當今的技術發展趨勢要求從業人員在進行數字電子電路設計過程中，必須具備運用電子計算機以及操作超大規模的可編程邏輯器件的能力。本文通過對以EDA與VHDL為基礎的數字電子電路開發設計過程進行簡要敘述，為該技術的推廣運用，做出必要的文獻研究支撐。
1 EDA技術概述以及其開發設計流程
1.1 EDA技術的基本知識
EDA技術指的是以計算機為工作平臺，將應用信息處理、計算機技術、智能化技術及電子技術進行融合的最新成果，進行電子產品的自動設計。20世紀60年代中葉，隨著技術水平的不斷進步逐漸，該技術結合了CAM、CAT、CAD以及CAE的綜合優勢被逐步發展出來。
與其前身相比，EDA在以下五方面擁有著十分明顯的優勢：（1）EDA技術能夠對目標進行現場編程，并即時地實現在線升級。（2）硬件電路設計過程中采用軟件設計的方式，通過輸入波形、原理圖、編程語言等指令，可以在進行硬件設計、修改、檢測中，不涉及任何硬件工具進行特定作業。（3）產品直面設計自動化。EDA技術能夠自動地根據設計輸入的電路原理圖或者HDL進行邏輯編譯、適配、布局、優化等一系列工序調整并生成符合要求的目標系統。換句話說，就是運用電路功能完成對電子產品的測試、仿真、優化全程操作。（4）EDA技術的經濟實用性更加科學、合理，不僅設計成本保持在較低水平，設計的靈活性也大大提高，同時新技術的開發周期也明顯縮短。（5）集成化程度更加完善。EDA設計方法，還有另外一種稱呼：利用芯片進行設計的方法，在集成芯片日益大規模的發展背景下，利用EDA技術，可以實現在芯片上構建系統的目的。
1.2 EDA技術的開發設計流程
EDA技術在設計方法上，通過對以往的“電路設計硬件搭試調試”模式進行革命化的轉變，代之以計算機自動化完成的模式（如圖1），完成了數字電子電路設計的巨大飛躍。
筆者將EDA技術設計過程中兩個最基本的組成部分設計載體：可編程邏輯器件PLD以及設計輸入：硬件描述語言VHDL進行具體介紹。
2 可編程邏輯器件PLD
可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）是一種電子零件、電子組件，簡而言之也是一種集成電路、芯片。PLD芯片屬于數字型態的電路芯片，而非模擬或混訊（同時具有數字電路與模擬電路）芯片。PLD與一般數字芯片不同的是：PLD內部的數字電路可以在出廠后才規劃決定，有些類型的PLD也允許在規劃決定后再次進行變更、改變，而一般數字芯片在出廠前就已經決定其內部電路，無法在出廠后再次改變。
3 硬件描述語言VHDL
3.1 VHDL的基本知識
VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。具有以下特點與優勢：（1）更強大的行為描述能力。有效避免具體的器件結構，為實現超大規模的電子系統設計與描述打下堅實基礎。（2）適用范圍多樣，且易于操作修改。VHDL采用國際通用的編程語言，能夠很好地適用于不同版本的EDA工具，為操作者進行使用和修改提供了極大的便利。（3）設計描述過程獨為一體。編程人員能夠在對設計最終目標以及其他設計領域不甚了解的情況下，完成自身的編程操作工序。（4）使用EDA工具可以十分方便地對VHDL語言進行進一步的優化提升，由于EDA工具對其的可識別性，EDA可以實現對VHDL的設計語言重新進行整合、升級，并用門級網表將其表示出來。
3.2 基于VHDL的設計實例
用一個簡單的狀態機舉例說明
4 結語
通過使用精簡描述語言VHDL進行數字電子電路設計，不僅能夠完成各種邏輯復雜、規模龐大的數據運算，更可以有效地將設計周期大大縮短，提高整個系統的可靠性以及集成度。
參考文獻
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學校所開設的實驗課分隨課實驗和獨立實驗課，而隨課實驗的實驗教學多數是驗證或鞏固對課程內容的理解和基本技能的訓練。這些教學環節之間聯系不緊密，實驗的方式方法也與實際應用有較大的距離。如用一些實驗臺或者實驗箱所做的實驗，很多元器件被固定在現成的電路和模塊中，學生看不到器件和電路的內部結構，在實驗的過程中，學生也只需將測量儀表或者相關的元器件用導線連到實驗板所標注的符號上，就可以完成實驗電路的連接。在整個學習階段，本課程具有承上啟下的作用，在本課程的實訓中，學生必須應用專業基礎課的電路理論知識進行電路設計，在安裝調試和測試過程必須具有一定的實驗能力，本門課程是理論和實際的綜合運用。另一方面，學生由基本技能的培養轉變到綜合技能的培養，使學生具有一定的單元電路的設計能力，熟悉電路設計的流程，掌握從理論到實踐，再從實踐到理論的設計思想，為后續課程設計、畢業設計等課程的學習打下基礎，提高學生實際應用能力、培養學生的創新思維，提高學生專業技能水平，提高學生的綜合素質，提升學生社會競爭能力。
2《電子綜合技能訓練》教學模式
本課程為必修課，總課時36，周課時3，安排在大二下學期進行。這時候學生已完成《電路基礎》、《模擬電子線路》、《脈沖與數字電路》等理論課程的學習，完成《電子基本技能訓練Ⅰ》、《電子基本技能訓練Ⅱ》、《電路識圖》等實驗課程的學習，初步掌握了電子元器件和電路圖的識別，常規儀器儀表的使用，以及仿真軟件的使用，為綜合性、設計性訓練打下了一定的基礎。實驗運行模式為學生兩人一組，自主完成理論設計、元器件購買、電路的安裝調試和測試任務，本教學環節分三個階段。
2.1課堂教學階段
在這個階段，第一步，用2次課的時間對學生進行元器件識別和測試，儀器的使用進行訓練，使學生進一步掌握電路常規指標，如：通頻帶、放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、輸出功率等的測量方法。通過這個階段的實訓，對學生的一些實踐技能再進行強化訓練，避免在實驗當中，由于基本技能不過關影響綜合技能項目的順利進行。第二步，采用集中授課的方式，以放大電路為例，介紹設計性實驗進行的步驟和要求，實驗報告的格式和要求，成績評定的方法和標準。并提供給學生自編的實驗指導書。設計性實驗，應該包括這幾方面的內容：設計題目、設計任務和要求、電路設計、安裝調試和測試、小結。其中設計任務和要求，要交代清楚電路要實現的功能和達到的具體指標；電路設計要有具體的設計方案，原理框圖，具體電路的設計中要交代清楚元器件型號參數選擇的依據，對于要編程的電路，要有程序流程圖。在調試測試階段，要記錄下實驗數據。
2.2設計準備階段
實驗內容的選擇分四個大類：線性電路、非線性電路、數字電路、綜合性電路。每個大類都必須選擇，大類里的具體電路就有學生自己確定。學生自由組合，兩人一組，按照自己確定的實驗內容，查資料，完成原理款圖、電路原理圖的設計，填寫元器件清單（名稱、型號、規格、數量等），以班級為單位由學生代表去采購元器件。實驗室提供配置有面包板的實驗箱，以及穩壓電源、信號源、示波器等儀器設備。
2.3實際操作階段
學生的設計方案給指導老師檢查無誤后，利用面包板和實驗設備完成電路的安裝、連線和調試。實驗過程嚴格考勤制度，學生進入實驗室要進行登記，每個實驗實現了功能和指標需經老師認定合格進行記錄后，下次課才能進行下個一個實驗內容。每次實驗過程，學生要注意實驗安全，遵守實驗規程，實驗完成后，學生要拆除實驗所用的元器件，將儀器設備復原，保持實驗室的整潔，回去書寫實驗報告。實驗成績的評定分五個等級：優、良、中、及格、不及格。實驗內容完成8個以上的評為優，7個為良、6個為中，完成5個及格，完成5個以下的不及格。
3教學效果和體會
通過開設《電子綜合技能訓練》課程，激發了學生的創新意識和參與實踐教學的積極性和主動性，增強了學科之間的系統性和綜合性。通過這一環節的實訓，進一步增強了學生的實驗技能，加深了學生對課程理論知識的掌握，電路設計能力得到訓練，并積累了一定的綜合實驗經驗。實驗內容層次多樣化，內容豐富，知識覆蓋面廣。實驗形式使學生處于主動地位，學生既動腦又動手，學生學習積極性高，在實驗過程中，學生具有自主性，可根據自身能力的差異選擇不同的實驗內容，量體裁衣，增加學習的信心。綜合訓練的過程，不僅是理論聯系實際的過程，也是對學生進行操作技能、實踐能力的綜合訓練，同時還培養了學生查資料、團結協作的能力，培養求實的實驗作風，培養創新意識、安全意識、工程意識，最終也是培養擔負社會責任的意識。
4結束語
關鍵詞：集成電路版圖CAD；實踐教學；課程實驗；課程設計
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，高速發展的集成電路產業使IC設計人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術是IC設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與技術專業和集成電路設計與集成系統專業重要的專業主干課，開設在大三第二學期，并列入我校第一批重點課程建設項目。本課程的實踐教學是教學活動的重要組成部分，它是對理論教學的驗證、補充和拓展，具有較強的直觀性和操作性，旨在培養學生的實踐動手能力、組織管理能力、創新能力和服務社會能力。結合幾年來的教學實踐，筆者從本課程實驗、課程設計、課外科技競賽等實踐環節的設計工具、教學內容設計、教學方法和教學手段、師資隊伍建設以及考核管理等方面進行總結。探討本課程實踐教學模式可加強學生應用理論知識解決實際問題的能力，提升就業競爭力，對他們成為IC設計人才具有十分重要的意義。
1 版圖設計工具
集成電路CAD技術貫穿于集成電路整個產業鏈（設計、制造、封裝和測試），集成電路版圖設計環節同樣離不開CAD工具支持。目前業內主流版圖設計工具有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。這些版圖設計工具的使用流程大同小異，但在自動化程度、驗證規模、驗證速度等方面有所差異，在售價方面，國外版圖設計工具貴得驚人，不過近年來這些公司相繼推出大學銷售計劃，降低了版圖設計工具的價格。高校選擇哪種版圖設計工具進行教學，則視條件而定。我校電子信息學院有2個省級實驗教學示范中心和1個省部共建實驗室，利用這些經費，我們購買了部分業內一流的EDA工具進行教學和科研。目前，我校版圖設計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 兩種相輔相成的實驗教學模式
我校集成電路版圖CAD課程共48學時（理論講授24學時、實驗24學時），實驗環節是本課程教學的重要部分，在有限的實驗教學時間內既要完成教學內容，又要培養學生創新能力，需要對實驗教學模式進行改革和創新。本課程實驗教學的目的與要求：與理論教學相銜接，熟練使用版圖設計工具，學會基本元器件、基本數字門電路、基本模擬單元的版圖設計，為本課程后續的課程設計環節做準備。緊緊圍繞“一個規則（版圖幾何設計規則）、兩個流程（版圖編輯流程和驗證流程）、四個問題”這條主線設計實驗內容[1，2]。要解決的4個問題分別是：（1）版圖設計前需要做哪些準備工作？（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計規則檢查錯誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯誤？表1為本課程實驗內容、對應學時及對應知識點。筆者設計了兩種相輔相成的實驗教學模式：系統化實驗教學模式和實例化實驗教學模式。系統化實驗教學從有系統的、完整的角度出發設計了實驗教學內容，如設計實驗3（數字基本門電路版圖閱讀）時，安排了5學時，采用3種版圖閱讀方式：讀現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。針對同一內容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實物，又有動手操作，增強了直觀性和感性認識。又如設計實驗5（模擬單元MOS差分對管版圖設計）時，安排了5學時，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”結構。實例化實驗教學先提出目標實例，圍繞該實例，設計具體步驟，教師先示范，學生再模仿，如設計實驗7（集成無源器件版圖設計）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行版圖分析和設計。課堂實驗的內容和課時是有限的，為此我們設置了課外實驗項目，感興趣的學生選取一些實驗項目自己完成，指導教師定期檢查。學院開放了EDA實驗中心（2007年該中心被遴選為省級實驗教學示范中心建設點，2009年12月通過省級驗收），學生對本課程很感興趣，課外使用EDA實驗室進行自主實驗相當踴躍。通過上述的實驗教學方法，特別是課外實驗項目的訓練，學生分析問題、解決問題的能力和科研素養得到了提高。
表1 課程實驗內容、對應學時及對應知識點
表1（續）
4 基于0.6μmCMOS工藝的數字門電路版圖設計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設計規則；學會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設計；DRC檢查。
5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設計 4 MOS差分對管版圖設計，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計。
3 改革課程設計環節
課程設計是本課程培養學生工程應用能力的綜合性實踐教學環節，時間2周，集中指導，提前1個月發給學生任務書和指導書，每個班配備2名指導教師，注重過程控制。筆者在教學內容、考核等方面進行了改革和創新：在教學內容設計上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學生完成數字電路版圖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，避免學生抄襲。考核成績由課程設計成果（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、中英文摘要及關鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設計過程、分析與討論、結束語和參考文獻，讓學生學習如何撰寫科技論文。精選優質小論文放在本課程網上學習資料庫里，供學生相互傳閱和學習。課程設計答辯具體要求參照畢業設計（論文）答辯要求，包括準備PPT講稿、講解5分鐘、指導教師點評等過程，每位學生至少需要10分鐘時間。學生對課程設計答辯反映相當好，鍛煉了語言組織和口頭表達能力，而且相互間可以直接交流和學習。我們還挑選課程設計成績優秀的學生參加校內集成電路版圖設計大賽。雖然課程設計的改革和實踐需要教師付出很多精力和時間，但我們無怨無悔，學生的認可和進步是我們最大的收獲。
4 精心指導學生參加課外科技競賽
目前我校學生參加的集成電路版圖設計競賽有校級版圖設計大賽以及行業協會和企業組織的版圖設計競賽等。由校教務處主辦，電子信息學院承辦的南通大學版圖設計大賽是校級三大電子設計競賽之一，每年8月底舉行，邀請集成電路設計公司一線設計人員和半導體協會專業人士擔任評委，增加了競賽的專業性和公正性，目前已經舉辦了6屆，反響不錯。從校級版圖設計大賽獲獎者中挑選一部分學生參加行業協會和企業組織的版圖設計競賽，如蘇州半導體協會主辦的集成電路版圖設計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設計大賽，其中“華大九天杯”集成電路設計大賽將挑選優秀獲獎學生參加華潤上華的免費流片，學生經歷從電路設計、版圖設計及驗證、流片到測試各個環節，提高了綜合訓練能力。
5 加強師資隊伍建設
要提高課程實踐環節的教學質量，關鍵是指導教師要思想素質好，專業理論知識強，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結構、職稱合理的實踐教學隊伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業后直接上崗指導學習實踐，缺少工程實踐經歷和經驗。為了提高教師自身的業務水平，加強對年輕教師的培養，近十年來，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術實踐培訓班，由經驗豐富的教學、科研一線教師主講；不定期地邀請一流IC設計公司一線設計人員來院開設講座；同時挑選年輕骨干教師到一流IC設計公司學習和實踐，時間至少半年以上；現已聘請IC設計公司一線設計人員6人為兼職教師，指導課程設計和畢業設計。集成電路CAD技術日新月異，課程實踐環節師資隊伍建設必須與時俱進。
6 結束語
我校電子科學與技術專業、集成電路設計與集成系統專業2012年被評為省重點建設專業，也是江蘇省首批培養卓越工程師的專業。集成電路版圖設計是這兩個專業卓越工程師培養計劃的重要內容之一，總結和探討集成電路版圖CAD課程實踐教學意義重大，今后我們要繼續推進該課程實踐環節的建設與改革，不斷探索，為我國集成電路設計人才的培養而努力奮斗。
參考文獻
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1、集成電路產業是信息產業的核心，是國家基礎戰略性產業。
集成電路（IC）是集多種高技術于一體的高科技產品，是所有整機設備的心臟。隨著技術的發展，集成電路正在發展成為集成系統（SOC），而集成系統本身就是一部高技術的整機，它幾乎存在于所有工業部門，是衡量一個國家裝備水平和競爭實力的重要標志。
2、集成電路產業是技術資金密集、技術進步快和投資風險高的產業。
80年代建一條6英寸的生產線投資約2億美元，90年代一條8英寸的生產線投資需10億美元，現在建一條12英寸的生產線要20億－30億美元，有人估計到2010年建一條18英寸的生產線，需要上百億美元的投資。
集成電路產業的技術進步日新月異，從70年代以來，它一直遵循著摩爾定律:芯片集成元件數每18個月增加一倍。即每18個月芯片集成度大體增長一倍。這種把技術指標及其到達時限準確地擺在競爭者面前的規律，為企業提出了一個“永難喘息”，否則就“永遠停息”的競爭法則。
據世界半導體貿易統計組織(WSTS)**年春季公布的最新數據，**年世界半導體市場銷售額為1664億美元，比上年增長18.3%。其中，集成電路的銷售額為1400億美元，比上年增長16.1%。
3、集成電路產業專業化分工的形成。
90年代，隨著因特網的興起，IC產業跨入以競爭為導向的高級階段，國際競爭由原來的資源競爭、價格競爭轉向人才知識競爭、密集資本競爭。人們認識到，越來越龐大的集成電路產業體系并不有利于整個IC產業發展，分才能精，整合才成優勢。
由于生產效率低，成本高，現在世界上的全能型的集成電路企業已經越來越少。“垂直分工”的方式產品開發能力強、客戶服務效率高、生產設備利用率高，整體生產成本低，因此是集成電路產業發展的方向。
目前，全世界70%的集成電路是由數萬家集成電路設計企業開發和設計的，由近十家芯片集團企業生產芯片，又由數十家的封裝測試企業對電路進行封裝和測試。即使是英特爾、超微半導體等全能型大企業，他們自己開發和設計的電路也有超過50%是由芯片企業和封裝測試企業進行加工生產的。
IC產業結構向高度專業化轉化已成為一種趨勢，開始形成了設計業、制造業、封裝業、測試業獨立成行的局面。
二、蘇州工業園區的集成電路產業發展現狀
根據國家和江蘇省的集成電路產業布局規劃，蘇州市明確將蘇州工業園區作為發展集成電路產業的重點基地，通過積極引進、培育一批在國際上具有一定品牌和市場占有率的集成電路企業，使園區盡快成為全省、乃至全國的集成電路產業最重要基地之一。
工業園區管委會著眼于整個高端IC產業鏈的引進，形成了以“孵化服務設計研發晶圓制造封裝測試”為核心，IC設備、原料及服務產業為支撐，由數十家世界知名企業組成的完整的IC產業“垂直分工”鏈。
目前整個蘇州工業園區范圍內已經積聚了大批集成電路企業。有集成電路設計企業21戶；集成電路芯片制造企業1家，投資總額約10億美元；封裝測試企業11家，投資總額約30億美元。制造與封裝測試企業中，投資總額超過80億元的企業3家。上述33家集成電路企業中，已開業或投產（包括部分開業或投產）21家。**年，經過中國半導體行業協會集成電路分會的審查，第一批有8戶企業通過集成電路生產企業的認定，14項產品通過集成電路生產產品的認定。**年，第二批有1戶企業通過集成電路生產企業的認定，102項產品通過集成電路生產產品的認定。21戶設計企業中，有3戶企業通過中國集成電路行業協會的集成電路設計企業認定(備案)。
1、集成電路設計服務企業。
如中科集成電路。作為政府設立的非營利性集成電路服務機構，為集成電路設計企業提供全方位的信息服務，包括融資溝通、人才培養、行業咨詢、先進的設計制造技術、軟件平臺、流片測試等。力爭扮演好園區的集成電路設計“孵化器”的角色。
2、集成電路設計企業。
如世宏科技、瑞晟微電子、憶晶科技、揚智電子、詠傳科技、金科集成電路、凌暉科技、代維康科技、三星半導體（中國）研究開發中心等。
3、集成電路芯片制造企業。
和艦科技。已于**年5月正式投產8英寸晶圓，至**年3月第一條生產線月產能已達1.6萬片。第二條8英寸生產線已與**年底開始動工，**年第三季度開始裝機，預計將于2005年初開始投片。到今年年底，和艦科技總月產能預計提升到3.2萬片。和艦目前已成功導入0.25-0.18微米工藝技術。近期和艦將進一步引進0.15-0.13微米及納米技術，研發更先進高階晶圓工藝制造技術。
4、集成電路封裝測試企業。
如三星半導體、飛索半導體、瑞薩半導體，矽品科技(純代工)、京隆科技(純代工)、快捷半導體、美商國家半導體、英飛凌科技等等。
該類企業目前是園區集成電路產業的主體。通過多年的努力，園區以其優越的基礎設施和逐步形成的良好的產業環境，吸引了10多家集成電路封裝測試企業。以投資規模、技術水平和銷售收入來說，園區的封裝測測試業均在國內處于龍頭地位，**年整體銷售收入占國內相同產業銷售收入的近16%，行業地位突出。
園區封裝測試企業的主要特點：
①普遍采用國際主流的封裝測試工藝，技術層次處于國內領先地位。
②投資額普遍較大：英飛凌科技、飛利浦半導體投資總額均在10億美元以上。快捷半導體、飛索半導體、瑞薩半導體均在原先投資額的基礎進行了大幅增資。
③均成為所屬集團后道制程重要的生產基地。英飛凌科技計劃產能要達到每年8億塊記憶體(DRAM等)以上，是英飛凌存儲事業部最主要的封裝測試基地；飛索半導體是AMD和富士通將閃存業務強強結合成立的全球最大的閃存公司在園區設立的全資子公司，園區工廠是其最主要的閃存生產基地之一。
5、配套支持企業
①集成電路生產設備方面。有東和半導體設備、愛得萬測試、庫力索法、愛發科真空設備等企業。
②材料/特殊氣體方面。有英國氧氣公司、比歐西聯華、德國梅塞爾、南大光電等氣體公司。有住友電木等封裝材料生產企業。克萊恩等光刻膠生產企業。
③潔凈房和凈化設備生產和維護方面。有久大、亞翔、天華超凈、MICROFORM、專業電鍍（TECHNIC）、超凈化工作服清洗（雅潔）等等。
**年上半年，園區集成電路企業(全部)的經營情況如下(由園區經發局提供略)：
根據市場研究公司iSuppli今年初的**年全球前二十名半導體廠家資料，目前，其中已有七家在園區設廠。分別為三星電子、瑞薩科技、英飛凌科技、飛利浦半導體、松下電器、AMD、富士通。
三、集成電路產業涉及的主要稅收政策
1、財稅字［2002］70號《關于進一步鼓勵軟件產業的集成電路產業發展稅收政策的通知》明確，自2002年1月1日起至2010年底，對增值稅一般納稅人銷售其自產的集成電路產品（含單晶硅片），按17%的稅率征收增值稅后，對其增值稅實際稅負超過3%的部分實行即征即退政策。
2、財稅字［**］25號《關于鼓勵軟件產業的集成電路產業發展有關稅收政策問題的通知》明確，“對我國境內新辦軟件生產企業經認定后，自開始獲利年度起，第一年和第二年免征企業所得稅，第三年至第五年減半征收企業所得稅”；“集成電路設計企業視同軟件企業，享受軟件企業的有關稅收政策”。
3、蘇國稅發［**］241號《關于明確軟件和集成電路產品有關增值稅問題的通知》明確，“凡申請享受集成電路產品稅收優惠政策的，在國家沒有出臺相應認定管理辦法之前，暫由省轄市國稅局商同級信息產業主管部門認定，認定時可以委托相關專業機構進行技術評審和鑒定”。
4、信部聯產［**］86號《集成電路設計企業及產品認定管理辦法》明確，“集成電路設計企業和產品的認定，由企業向其所在地主管稅務機關提出申請，主管稅務機關審核后，逐級上報國家稅務總局。由國家稅務總局和信息產業部共同委托認定機構進行認定”。
5、蘇國稅發［**］241號《關于明確軟件和集成電路產品有關增值稅問題的通知》明確，“對納稅人受托加工、封裝集成電路產品，應視為提供增值稅應稅勞務，不享受增值稅即征即退政策”。
6、財稅［1994］51號《關于外商投資企業和外國企業所得稅法實施細則第七十二條有關項目解釋的通知》規定，“細則第七十二條第九項規定的直接為生產服務的科枝開發、地質普查、產業信息咨詢業務是指：開發的科技成果能夠直接構成產品的制造技術或直接構成產品生產流程的管理技術，……，以及為這些技術或開發利用資源提供的信息咨詢、計算機軟件開發，不包括……屬于上述限定的技術或開發利用資源以外的計算機軟件開發。”
四、當前稅收政策執行中存在的問題
1、集成電路設計產品的認定工作，還沒有實質性地開展起來。
集成電路設計企業負責產品的開發和電路設計，直接面對集成電路用戶；集成電路芯片制造企業為集成電路設計企業將其開發和設計出來的電路加工成芯片；集成電路封裝企業對電路芯片進行封裝加工；集成電路測試企業為集成電路進行功能測試和檢驗，將合格的產品交給集成電路設計企業，由設計企業向集成電路用戶提供。在這個過程中，集成電路產品的知識產權和品牌的所有者是集成電路設計企業。
因為各種電路產品的功能不同，生產工藝和技術指標的控制也不同，因此無論在芯片生產或封裝測試過程中，集成電路設計企業的工程技術人員要提出技術方案和主要工藝線路，并始終參與到各個生產環節中。因此，集成電路設計企業在集成電路生產的“垂直分工”體系中起到了主導的作用。處于整個生產環節的最上游，是龍頭。
雖說IC設計企業遠不如制造封裝企業那么投資巨大，但用于軟硬件、人才培養的投入也是動則上千萬。如世宏科技目前已積聚了超過百位的來自高校的畢業生和工作經驗在豐富的技術管理人才。同時還從美國硅谷網羅了將近20位累計有200年以上IC產品設計經驗、擁有先進技術的海歸派人士。在人力資源上的投入達450萬元∕季度，軟硬件上的投入達**多萬元。中科集成電路的EDA設計平臺一次性就投入2500萬元。
園區目前共有三戶企業被國家認定為集成電路設計企業。但至關重要的集成電路設計產品的認定一家也未獲得。由于集成電路設計企業的主要成本是人力成本、技術成本(技術轉讓費)，基本都無法抵扣。同時，研發投入大、成品風險高、產出后的計稅增值部分也高，因此如果相關的增值稅優惠政策不能享受，將不利于企業的發展。
所以目前，該類企業的研發主體大都還在國外或臺灣，園區的子公司大多數還未進入獨立產品的研發階段。同時，一些真正想獨立產品研發的企業都處于觀望狀態或轉而從事提供設計服務，如承接國外總公司的設計分包業務等。并且由于享受優惠政策前景不明，這些境外IC設計公司往往把設在園區的公司設計成集團內部成本中心，即把一部分環節研發轉移至園區，而最終產品包括晶圓代工、封裝測試和銷售仍在境外完成。一些設計公司目前純粹屬于國外總公司在國內的售后服務機構，設立公司主要是為了對國外總公司的產品進行分析，檢測、安裝等，以利于節省費用或為將來的進入作準備。與原想象的集成電路設計企業的龍頭地位不符。因此，有關支持政策的不能落實將嚴重影響蘇州工業園區成為我國集成電路設計產業的重要基地的目標。
2、集成電路設計企業能否作為生產性外商投資企業享受所得稅優惠未予明確。
目前，園區共有集成電路設計企業23家，但均為外商投資企業，與境外母公司聯系緊密。基本屬于集團內部成本中心，離產品研發的本地化上還有一段距離。但個別公司已在本地化方面實現突破，愿承擔高額的增值稅稅負并取得了一定的利潤。能否據此確認為生產性外商投資企業享受“二免三減半”等所得稅優惠政策，目前稅務部門還未給出一個肯定的答復。
關鍵是所得稅法第七十二條“生產性外商投資企業是指…直接為生產服務的科技開發、地質普查、產業信息咨詢和生產設備、精密儀器維修服務業”的表述較為含糊。同時，財稅［1994］51號對此的解釋也使稅務機關難以把握。
由于集成電路設計業是集成電路產業鏈中風險最大，同時也是利潤最大的一塊。如果該部分的所得稅問題未解決，很難想象外國公司會支持國內設計子公司的獨立產品研發，會支持國內子公司的本土化進程。因此，生產性企業的認定問題在一定程度上阻礙了集成電路設計企業的發展壯大。
3、目前的增值稅政策不能適應集成電路的垂直分工的要求。
在垂直分工的模式下，集成電路從設計芯片制造封裝測試是由不同的公司完成的，每個公司只承擔其中的一個環節。按照國際通行的半導體產業鏈流程，設計公司是整條半導體生產線的龍頭，受客戶委托，設計有自主品牌的芯片產品，然后下單給制造封裝廠，并幫助解決生產中遇到的問題。國際一般做法是：設計公司接受客戶的貨款，并向制造封裝測試廠支付加工費。各個制造公司相互之間的生產關系是加工關系而非貿易關系。在財務上只負責本環節所需的材料采購和生產，并不包括上環節的價值。在稅收上，省局明確該類收入目前不認可為自產集成電路產品的銷售收入，因此企業無法享受國家稅收的優惠政策。
而在我國現行的稅收體制下，如果整個生產環節都在境內完成，則每一個加工環節都要征收17%的增值稅，只有在最后一個環節完成后，發起方銷售時才會退還其超過3%的部分，具體體現在增值稅優惠方面，只有該環節能享受優惠。因此，產業鏈各環節因為享受稅收政策的不同而被迫各自依具體情況采取不同的經營方式，因而導致相互合作困難，切斷了形式上的完整產業鏈。
國家有關文件的增值稅政策的實質是側重于全能型集成電路企業，而沒有充分考慮到目前集成電路產業的垂直分工的格局。或雖然考慮到該問題但出于擔心稅收征管的困難而采取了一刀切的方式。
4、出口退稅率的調整對集成電路產業的影響巨大。
今年開始，集成電路芯片的出口退稅稅率由原來的17%降低到了13%，這對于國內的集成電路企業，尤其是出口企業造成了成本上升，嚴重影響了國內集成電路生產企業的出口競爭力。如和艦科技，**年1-7月，外銷收入78322萬元，由于出口退稅率的調低而進項轉出2870萬元。三星電子為了降低成本，貿易方式從一般貿易、進料加工改為更低級別的來料加工。
集成電路產業作為國家支持和鼓勵發展的基礎性戰略產業，在本次出口退稅機制調整中承受了巨大的壓力。而科技含量與集成電路相比是劃時代差異的印刷線路板的退稅率卻保持17%不變，這不符合國家促進科技進步的產業導向。
五、關于促進集成電路產業進一步發展的稅收建議
1、在流轉稅方面。
(1)集成電路產業鏈的各個生產環節都能享受增值稅稅收優惠。
社會在發展，專業化分工成為必然。從鼓勵整個集成電路行業發展的前提出發，有必要對集成電路產業鏈內的以加工方式經營的企業也給予同樣的稅收優惠。
(2)集成電路行業試行消費型增值稅。
由于我國的集成電路行業起步低，目前基本上全部的集成電路專用設備都需進口，同時，根據已有的海關優惠政策，基本屬于免稅進口。調查得知，園區集成電路企業**年度購入固定資產39億，其中免稅購入的固定資產為36億。因此，對集成電路行業試行消費型增值稅，財政壓力不大。同時，既體現了國家對集成電路行業的鼓勵，又可進一步促進集成電路行業在擴大再生產的過程中更多的采購國產設備，拉動集成電路設備生產業的發展。
2、在所得稅方面。
(1)對集成電路設計企業認定為生產性企業。
根據總局文件的定義，“集成電路設計是將系統、邏輯與性能的設計要求轉化為具體的物理版圖的過程”。同時，集成電路設計的產品均為不同類型的芯片產品或控制電路。都屬中間產品，最終的用途都是工業制成品。因此，建議對集成電路設計企業,包括未經認定但實際從事集成電路設計的企業，均可適用外資所得稅法實施細則第七十二條之直接為生產服務的科技開發、地質普查、產業信息咨詢和生產設備、精密儀器維修服務業屬生產性外商投資企業的規定。
(2)加大間接優惠力度，允許提取風險準備金。
計提風險準備金是間接優惠的一種主要手段，它雖然在一定時期內減少了稅收收入，但政府保留了今后對企業所得的征收權力。對企業來說它延遲了應納稅款的時間，保證了研發資金的投入，增強了企業抵御市場風險的能力。
集成電路行業是周期性波動非常明顯的行業，充滿市場風險。雖然目前的政策體現了加速折舊等部分間接優惠內容，但可能考慮到征管風險而未在最符合實際、支持力度最直接的提取風險準備金方面有所突破。
3、提高集成電路產品的出口退稅率。
鑒于發展集成電路行業的重要性，建議爭取集成電路芯片的出口退稅率恢復到17%，以優化國內集成電路企業的投資和成長環境。
4、關于認定工作。
(1)盡快進行集成電路設計產品認定。
目前的集成電路優惠實際上側重于對結果的優惠，而對設計創新等過程(實際上)并不給予優惠。科技進步在很大程度上取決于對創新研究的投入，而集成電路設計企業技術創新研究前期投入大、風險高，此過程最需要稅收上的扶持。
鑒于集成電路設計企業將有越來越多產品推出，有權稅務機關和相關部門應協調配合，盡快開展對具有自主知識產權的集成電路設計產品的認定工作。
(2)認定工作應由專業機構來完成，稅務機關不予介入。
關鍵詞：示范教學；傳感器技術應用；項目化；微課程
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0249-02
一、引言
現在的高校大學生中使用智能手機、移動數碼產品的人越來越多，這在無形中改變著他們的閱讀和學習方式，當然從中我們也可以很自然地聯想，他們在課后利用這些電子設備瀏覽教學內容，那不是一件很好的與課堂教學對接的方式嗎？幾乎大部分的教師都有運用多媒體技術播放視頻的教學經歷，但大家都會發現，不管是利用精品課程視頻也好，或者是其他類型的教學視頻，除了上課教學以外，很少會有學生課后去瀏覽觀看這些視頻進行學習和課后復習，其利用率非常之低，原因主要是視頻容量太大，教學視頻大多數是幾百兆，網上在線觀看往往速度太慢；容量大也影響網速，斷斷續續，讓人失去等待的信心；最后容量大則講解的知識點過多，讓學習者失去學習耐心。此外，現在高校都在實行項目化的教學做一體的課程開發，在教學做的過程中，特別是電子類相關專業，教師示范引領是一個重要的環節。然而從目前來看，教師示范因為視線、場地等原因，示范只能照顧到前面的少部分同學，如果把項目中關鍵的知識點、技能點、重點、難點做成微視頻的形式，通過投影播放，可以讓所有同學都能清晰地看到教師的示范內容。鑒于此，課題組成員結合應用電子技術專業，開發出的《傳感器技術應用》微課程正好有效解決了這些問題，其微課程的特點有以下幾方面：①目標明確、主題突出。②短小精悍、視頻為主。③依托網絡、使用方便。課程組共計完成《傳感器技術應用》項目化的微課程視頻12個。
二、《傳感器技術應用》項目化內容設計
《傳感器技術應用》項目化內容分成6個項目，具體項目及涉及的傳感器如下：①飲水機溫控指示電路，負溫度系數熱敏電阻；②霍爾傳感器磁性產品計數器，霍爾傳感器3144；③紅外線防盜報警器，紅外線發射二極管、光敏三極管；④聲光控路燈，駐極體話筒、光敏電阻；⑤小型電動機轉速測量器，帶光電開關裝置的電動機模塊。⑥酒精濃度檢測器，酒精傳感器MQ-3。
三、項目微視頻設計與制作
1.項目中關鍵應用能力提煉方法。①首先對項目中的傳感器進行基本特性的測試：工作原理、輸入輸出特性、引腳判斷等。②將項目分成若干個小的模塊，模塊劃分的原則是在電路中可以自成一個部分。③按照信號的流程進行一步步的電路設計，對完成的每部分電路進行相應的測試，同時完成數據的記錄，注意前面的模塊測試完成后，才進行下個模塊的設計及測試。④Keil uVision編程及調試。⑤Proteus電路進行設計及仿真。⑥電路制作及測試：完成整體電路設計、并對關鍵信號點按照要求進行相應的測試并記錄數據。
2.每個項目的關鍵應用能力提煉。項目一：①負溫度熱敏電阻10KΩ的一致性和溫度特性測試。②電阻到電壓轉換的測量電路設計及測試。③三極管驅動的繼電器應用電路設計及測試。④三個LED（電源、加熱、保溫）指示電路設計。⑤Proteus電路設計及仿真。⑥電路制作及測試：分成加熱過程、保溫過程、再加熱過程。
項目二：①霍爾效應的工作原理。②開關霍爾傳感器3144芯片內部的工作原理。③3144的信號產生電路設計及磁鐵接觸及方向的測試。④單片機計數器的應用。⑤3位共陽極數碼管顯示電路設計。⑥Keil uVison的單片機計數器及數碼管顯示的程序設計。⑦Proteus電路設計及仿真。⑧電路制作及測試：信號產生、單片機復位、晶振電路、數碼管顯示等。
項目三：①紅外線發射二極管正向導通壓降測試及伏安特性測試。②可調紅外線強度的發射器電路設計及測試。③光敏三極管光照特性測試及引腳判斷。④光敏三極管光信號檢測電路設計及測試。⑤4011二輸入與非門的邏輯控制電路設計。⑥RC充放電電路設計及測試。⑦三極管驅動的蜂鳴器報警電路設計及測試。⑧Proteus電路設計及仿真。⑨電路制作及測試：分成有紅外線和無紅外線接收兩種狀態進行關鍵信號點測試、RC充放電過程的測試等。
項目四：①紅外光電開關的工作原理及引腳判斷。②紅外光電開關的電機測速模塊工作原理、電路及引腳判斷。③電機測速模塊傳感器輸出信號測試。④CD4013 D觸發器的工作原理。⑤D觸發器的信號整形電路設計及測試。⑥單片機計數器的應用。⑦3位共陽極數碼管顯示電路設計。⑧Keil uVison的單片機計時、計數、轉速計算、數碼管顯示的程序設計。⑨Proteus電路設計及仿真。⑩電路制作及測試：信號產生、信號整形、單片機復位、晶振電路、數碼管顯示等。
項目五：①駐極體話筒的工作原理：駐極體、電容、場效應管和阻抗變換。②駐極體話筒的聲音信號檢測電路設計及測試：分成有聲音和無聲音兩種狀態進行分別測試。③駐極體話筒輸出信號電容耦合、三極管信號放大電路設計及測試。④光敏電阻光照特性測試。⑤4011二輸入與非門的邏輯控制電路設計：聲音和光敏信號。⑥RC充放電電路設計及測試。⑦PCR606可控硅控制電路設計及測試。⑧220V市電的半波整流、降壓、電容濾波輸出直流10V。⑨PCR606驅動控制、橋式整流和燈泡的連接電路。⑩Proteus電路設計及仿真。{11}電路制作及測試：光敏電阻模擬成白天和黑夜兩種狀態分別進行有聲音和無聲音的關鍵信號點的測試、RC充放電過程的測試等。
項目六：①酒精傳感器MQ-3的6個引腳判斷。
②MQ-3酒精濃度特性測試：分成電熱絲加熱與不加熱進行測試并進行對比。③比較器的應用。④LM3914芯片內部的工作原理：電壓跟隨器、10級比較器和電壓基準源、LED亮度調節等。⑤Proteus電路設計及仿真。⑥電路制作及測試：調節電位器使LED1亮，測試酒精濃度變化時，比較器輸入5腳電壓的變化，同時觀察LED亮燈數目的變化。
3.項目微視頻的內容選取、設計與制作。項目微視頻的內容選取要是教學中重點、難點和關鍵點，易于通過可視化的方式呈現、自成一個相對完整的整體、內容的時間控制在5～15分鐘、選取一個合適的名字等。通過前面的項目關鍵能力的提煉，我們從中選擇了12個知識點進行微視頻的制作，內容如下：①負溫度系數熱敏電阻一致性及溫度特性的測試。②飲水機溫控指示電路關鍵信號點的工作過程測試。③霍爾傳感器3144工作原理分析及開關特性測試。④磁性產品計數器的Keil編程設計及調試。⑤紅外線防盜報警器關鍵信號點的測試。⑥駐極體話筒的工作原理及信號輸出測試。⑦聲光控路燈關鍵信號點的測試。⑧酒精傳感器MQ-3引腳判斷和基本特性測試。⑨LM3914芯片內部的工作原理分析。⑩電機測試模塊的引腳判斷及輸出信號測試。{11}小型電動機轉速測量器的Keil編程設計及調試。項目微視頻的設計與制作首先需要準備相應設備和材料，主要有如下：①知識點相關：電子元件、儀器和設備（萬用表、數字穩壓電源、數字示波器）、線路板、實訓指導教程、PPT、動畫、黑板（電子白板）等。②電路仿真和編程相關：電腦、Proteus電路仿真軟件和Keil uVision編程軟件。③微視頻拍攝相關：攝像機、計算機錄屏軟件CamtasiaStudio、麥克風等。將上述的12個知識點進行分類，大致可以分成三類，以及需要的相關微課制作工具。第一類：講解、操作及測試類，采用攝像機拍攝。第二類：工作原理分析類，采用計算機錄屏軟件和麥克風。第三類：Keil編程設計及調試類，采用計算機錄屏軟件和麥克風。對制作微視頻的知識點需要進行詳細的微課程腳本設計，形成一個較為詳細的講解、操作、分析的過程文件，最后對視頻進行后期處理，如剪輯、合成、字幕添加等。
四、結論
《傳感器技術應用》項目化微課程的開發，完成了6個傳感器項目的設計及12個微視頻的設計和制作。為該課程的項目化教學做提供了一個很好的示范教學素材，同時學生也可以通過微視頻資料進行相應的學習或復習，通過利用微課教學和傳統教學的所教班級對比，利用微課程的班級教學效率和效果明顯有所提高。通過對《傳感器技術應用》課程的項目化開發和微視頻設計與制作，該課程的主講教師多次在學生“學評教”中，被評為學生滿意教師。
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關鍵詞：項目教學；電子設計自動化；方案
0引言
教學方案是指教師在教學過程中對教學內容、教學方法、教學步驟以及要達到的教學效果等所進行的精心編排和設計，是教師對教材的認識和處理，以及對學生學習方法的指導，是進行課堂教學的實施方案[1]。一個好的教案不僅能指導學生“學會”，而且還引導學生“會學”，從而順利地完成教學任務。因此，教學方案的設計就成為課堂教學的重中之重。在《電子設計自動化》教學中采用了項目教學法，通過具體的項目設計，實施“項目導向”教學模式，學生在老師的引導下，從每一個項目入手，在好奇心的驅動下，對理論知識進行學習，對項目任務進行設計，對實踐操作進行實施，在“做中學”，在“學中做”，對培養學生的綜合實踐能力和創新思維能力具有積極的促進作用[2]。現將本人設計的基于項目教學法的“三人表決器”教學方案介紹如下。
1教學目標
1.1知識目標
熟練掌握VHDL程序的基本結構；掌握IF語句、CASE語句的格式及用法；理解IF語句和CASE語句的區別。
1.2技能目標
①科研創新能力：本項目要在QUARTUSII軟件下用編程的方式設計三人表決器的電路，并且可以采用多種編程方式來實現，深切地讓學生體會到該設計方法的靈活性，開闊學生的視野，培養學生分析問題，解決問題的能力，培養學生的創造與創新理念。②電路設計能力：通過進一步的學習，學生又掌握了利用一種編程語言VHDL來設計電路的能力，提高了學生電路設計能力。③分析問題、解決問題的能力：通過在設計過程中不斷提出問題，讓學生分小組討論并給出結論，讓學生在思考的同時提高了分析問題和解決問題的能力。
1.3情感目標
①樹立專業自信：激發學生的學習興趣，堅定學生從事電子行業的信念，培養學生對電子專業的熱愛。②培養課程興趣：通過創設情景、實物演示，提出三人表決器在各種選舉和組織競賽活動中的應用等問題激發學生對電路設計的好奇心和求知欲；通過自主完成整個電路的制作，體驗成功的喜悅，增強自信心和成就感。③培養良好的學習習慣：針對學生的專業知識特點，采用多元化的教學方法，鼓勵學生積極表達自己的想法，培養學生良好的學習態度和學習習慣。④培養創新精神：通過設計三人表決器，培養學生采用多種方案實現同一種電路的創新精神，體會到條條大路通羅馬。⑤培養團隊合作精神：通過小組合作的方式，大家互相取長補短，共同進步，共同提高，培養了大家的團隊協作精神。
2教學重點難點及解決方法
教學重點包括：IF語句、CASE語句的語句格式及注意事項；IF語句和CASE語句的區別；IF語句和CASE語句的具體應用。教學難點包括：IF語句和CASE語句的具體應用。為了突出重點，突破難點，采取了以下方法：①課前“任務”導學：通過提前給學生布置預習任務讓學生提前預習課本第4章《VHDL的主要描述語句》這部分內容，使學生在課前對VHDL的順序語句的IF語句、CASE語句有所了解。②課中“內容”導教：課上借助圖片、現場演示、軟件仿真等手段進行導教，使授課內容更加形象、直觀，配合課堂練習，加強學生對知識點的掌握。③課后“知識”拓展：推薦學生閱讀參考書以及相關的網絡資源并布置隨堂作業，讓學生開闊視野，加深對所學知識的理解。
3學情分析
3.1知識基礎
本門課程的教學安排在第六學期進行，授課對象是電子專業大三的學生，他們已經學習了《單片機技術》、《專業軟件選講》、《檢測與轉換技術》等專業課，已經具備了一定的電子設計基礎，好奇心強，動手能力較強，合作能力也很好，為本門課的學習打下了基礎。學生之前學習過C語言，對學生理解VHDL語言有一定的幫助，但部分同學理論基礎較差，對單純的理論學習缺乏興趣，所以要將理論和實踐相相結合，幫學生克服理論基礎薄弱問題。學生在前面的課程中對VHDL程序的基本結構已經熟練掌握，對EDA技術的設計流程也已經掌握，并且有了一定的編程基礎，在此基礎上進行VHDL描述語句的學習水到渠成。
3.2認知特點
大多數學生學習態度比較端正，有一定的自學能力和利用互聯網查找資料的能力，同時對電子設計的興趣較高，求知欲比較強烈。本門課程是學生以前沒有接觸過的用軟件編程的方式來描述硬件電路的形式，學生經過前面幾周的學習已經能理解這種語言和以往所學編程語言的不同。
3.3學習風格
電子專業學生動手能力強，課堂氣氛活躍，對電路設計的求知欲很強，但是有部分學生自我約束力較差，注意力不集中，自主學習能力和自我約束能力有待提高。
4教材分析
本單元內容源自潘松主編的《EDA實用教程—VHDL版》（第五版），該教材屬于“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，適用于電子類相關專業使用。該注重實踐、實用和創新能力的培養，注重教學選材的靈活性和完整性相結合，有助于學生掌握EDA的相關基礎知識達到快速入門的目的。本次課以一個具體的三人表決器的項目為依托，講解VHDL的IF語句、CASE語句等相關知識點。在教學內容上起著承上啟下的作用，也是實現電路設計的語言工具和手段。
5教學過程設計
基于項目教學法的“三人表決器”的教學過程設計如表1所示。
6總結
總之，教師在編制教學流程、構思課的主旋律時，必須符合教育教學規律，使之結構巧妙，引人人勝。特別是要改變過去只考慮教師“如何教”，而忽視學生“怎樣學”的做法[3]。“教”為“學”服務，教師的“教”要激發學生“學”的興趣，精心設疑，發展求異思維，培養學生的自學能力，將理論知識和實踐操作結合起來，讓學生在“做中學”，老師在“做中教”。另外，在教學過程中應該采用多樣化的教學手段，在采用“項目教學法”的同時，穿插使用實物演示法、啟發式教學法、討論式教學法等。將傳統的老師講學生聽的模式改為以學生為主體的教學方法，增強學生對所學理論知識的認識，同時培養學生運用理論知識解決實際問題的能力，促進學生的自主學習能力。
參考文獻：
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關鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結構優化
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0033-03
一、引言
微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，是高科技和信息產業的核心技術。微電子產業是基礎性產業，對國民經濟有著巨大貢獻，并滲透到其他很多學科，是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。作為電子通信類高校，南京郵電大學建校近50年來，正朝著信息科技類大學進軍。隨著電子、通信和信息等產業的飛速發展，國內外都需要大量的微電子學人才，我校成立微電子學專業，旨在為我國的ASIC設計方面，培養急需的人才[1-6]。我國“十五”計劃綱要明確提出大力發展半導體集成電路產業，為了滿足社會的發展和需求，我校微電子專業成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學校各級領導的重視和關心下，專業建設取得了飛速發展。本科人才培養方案是各專業人才培養目標、培養規格以及培養過程和方式的總體設計，是學校組織本科教學、規范教學環節、實現人才培養目標的綱領性文件，對人才培養質量具有決定性的影響。當今的高校教育不僅需要培養大量理論基礎較扎實、具有開拓創新精神的專業型人才，也更需要培養大量工程應用型人才。所謂“應用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發展的，能夠將專業知識和技能應用于所從事的專業社會實踐的高級專門人才。“應用型人才培養模式是以能力為中心，以培養技術應用型專門人才為目標的”。它更加注重的是實踐性、應用性和技術性。即基礎知識比高職高專學生深厚、實踐能力比傳統本科生強，是本科應用型人才最本質的特征。本科應用型人才培養模式是根據社會、經濟和科技發展的需要，在一定的教育思想指導下，人才培養目標、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。
二、深化完善本科教學體系改革的措施探討
人才培養方案制（修）訂工作對于學校實現人才培養目標、進一步深化完善本科教學體系改革具有重要意義，人才培養方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發展規劃綱要，認真落實教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見等文件要求，不斷適應國家和社會發展需要，進一步深化教育教學改革，優化人才培養過程，提高人才培養質量，促進學生全面發展。具體的改革措施探討如下。
1.進一步明確本專業的特點和優勢。培養方案是高等學校實現人才培養目標、開展人才培養工作的總體設計和實施方案，為全面貫徹教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見，以執行最新頒布的普通高等學校本科專業設置管理規定為契機，推動我校新一輪專業建設和教學改革，以不斷適應知識經濟、科技、社會發展對各類高素質創新人才的需要，根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，構建和完善適合我校辦學指導思想、具有我校辦學特色的本科創新人才培養體系，根據新《目錄》規定的各專業培養目標、培養要求、主干學科、核心課程、主要實踐性教學環節、主要專業實驗，緊密結合近年“本科教學工程”改革實踐，開展本科專業培養方案的修訂。本專業培養適應社會發展需要，道德文化素養高，社會責任感強，身心健康，掌握扎實的自然科學基礎知識和必備的專業知識，具有良好的學習能力、實踐能力、專業能力和創新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設計及相關的電子信息科學領域從事科學研究、產品研發、工程設計、技術管理等工作的專門技術人才。主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。
2.課程設置進一步優化。課程的設置是否合理對人才的培養起到了至關重要的作用，尤其是現今提出的對專業人才的更高要求，需要進一步優化課程體系，合理安排課程內容。首先，在課程設置方面，當前，南郵本科微電子專業經過幾年的發展，取得了不少成績。但世界范圍內微電子產業飛速發展的特點決定了高校微電子學科的教學必須緊緊跟隨產業發展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進行改革創新。我校的微電子專業在設立初期，經過各方專家的反復討論和論證，建立了一套統一的專業課程和教學大綱。這套課程滿足該專業最基本的專業要求。但由于微電子專業設立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學仍然是基本上按統一的教學大綱和教學要求組織。隨著學校辦學規模的擴大，通達微電子學院的設立，選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，原有的教學課程體系和科目還需要進一步細化、深化、推廣。為此，在課程設置上，我們必須對已經投入使用的培養方案進行分析和總結、不斷地進行修訂和完善，將整個學科的課程結構體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進行優化設計，以期在最短的學時內使學生掌握牢固的知識。最終使學生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實的數學、物理等方面的基本理論和基本知識；系統掌握量子與固體物理、半導體物理與器件物理、半導體集成電路設計和制造的基本知識，具有獨立進行微電子器件、工藝和集成電路設計的基本能力；了解電子信息類專業的一般原理和知識，受到科學實驗與科學思維的訓練，具有本學科與跨學科的科學研究與技術開發的基本能力；在綜合類實踐、實驗中具有較強的獨立設計、分析和調試系統的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養成良好的學習習慣，對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發展的能力；其次，對于理論課程的內容，針對南京郵電大學的學科特點和電子科學與工程學院的實際情況，以及本專業的特色建設，主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。以能力培養為基礎來設計，并考慮學生畢業后從事的職業，根據工作的要求對教學中的課程進行專項的能力和綜合能力培養。在通識教育類課程中設置了高等數學、大學物理、物理實驗、程序設計等。專業教育類課程中設置了信號與系統、數字電路與邏輯設計、模擬電子技術及電工電子實驗等。這些是所有涉及到電類專業的學生都必須學習的課程。在微電子專業的專業課中安排了固體物理、半導體物理、半導體集成電路工藝、半導體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎理論課程，是為微電子專業的學生打下基本的專業基礎。考慮到工程認證的需要，在集成電路與CAD的課程設置上，專門增加了16小時的實驗，加強學生的實驗和操作技能。在集成電路分析與設計的課程設置中，專門將模擬和數字分開，設置了各48小時的模擬集成電路分析與設計、數字集成電路分析與設計，這不同于其他院校的課程設置，應該也算是我專業的一個特色和優勢。使學生掌握初步的集成電路設計知識，加強了學生的集成電路分析和設計的能力。除了已經設置的32小時的VLSI設計實驗課和32小時的微電子專業實驗，還增加了32小時的工藝實驗，這也大大加強了實驗和上機比例。具體來講，已經在建設的ASIC設計實驗室的基礎上開展了ASIC設計實驗課程的教學，并籌備建立了微電子專業實驗室，擁有了一批工作站、計算機等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學會一到兩種EDA工具的使用方法。建設微電子器件和半導體物理專業實驗課程，在廣泛調研的基礎上購置了必要的儀器設備、編寫了實驗教程、開展了半導體材料實驗和晶體管測試實驗；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產業前端和后端工序的微電子實驗課程體系。開展了器件和工藝設計實驗。掌握一定微電子實驗能力是微電子專業本科生應當具備的基本素質。在微電子專業的專業選修課中設置了VLSI版圖設計基礎、片上系統設計、微電子器件設計、MEMS與微系統設計、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設計、電路設計、工藝設計等各個方面。更好地體現了應用型人才的培養方向和目標。再者，實踐課程的內容上，由于微電子專業是一個實踐性較強、實踐內容多的專業，從集成電路的生成流程來看，其實踐內容包括系統和電路設計、器件設計、工藝設計、版圖設計、實際流片和測試。實踐課程的設置對培養學生解決問題能力、判斷能力和創新能力極為關鍵；需要工程認證的專業的實驗實踐課程必須要達到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業實驗室，開設微電子和半導體測試實驗課，在培養學生理論知識的同時，加強實踐能力的培養，培養既有較深理論基礎，又有一定動手能力的全面發展的學生。在實踐型環節的課程設置中，通識基礎課和學科基礎課中安排了電類學科所必須的程序設計、電裝實習、電子電路課程設計等。在專業基礎課和專業課中，設置了軟件設計、微電子課程設計等，尤其是微電子課程設計，將進行較大的改革，要求改革后設計內容都是與本專業緊密相關，全面運用到所學的專業知識。
3.師資隊伍的建設。本專業現在擁有專業教師14名，完全滿足本科的專業教學需要，但從事集成電路設計方向的老師比較缺乏。還有，學生的個性不同，使學生在學習的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學生的未來發展面臨很大挑戰，學生的需求隨之呈現多樣化。因此，多元化的培養規格應當成為共識。將學生的具體情況和社會需求相結合，這就要求我們必須打破現有的統一模式，根據學生的實際和社會需求建立多樣化的課程體系，實施分類教學，在保證打好扎實的專業基礎的前提下，設立盡可能多的適應當今社會發展的方向性課程。建立既具有深厚扎實的理論知識功底，又具有精通實踐、有很強的動手操作能力和解決生產實際問題能力的教師隊伍迫在眉睫。近幾年，我學院在引進高水平的師資力量方面進行了不懈的努力，微電子專業教師的隊伍在不斷擴大，教師的專業方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地擔任各主要方向的專業課教學。但仍然缺乏學科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業平臺，學術梯隊。這就要加速建設學科帶頭人、重點骨干教師和優秀青年教師4個層次的學術梯隊。通過培養和引進，形成一批整體素質高、學術實力強、結構合理、具有團結協作精神的學術梯隊，使其在學科建設中發揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項目，積累一定的設計、實驗和操作經驗。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內外高校去做訪問學者，積極參加國內外舉辦的國際會議，從而了解專業的最新發展、前沿問題，開闊眼界。
三、小結
總的來說，微電子學是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。培養方案是高等學校實現人才培養目標、根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點和優勢，以通信集成電路設計為主要方向，同時兼顧工藝設計與器件設計。相信通過培養方案、課程設置、師資等各方面的建設，一定會培養出高質量的微電子學領域人才，為我國的微電子工業做出貢獻。
參考文獻：
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關鍵詞：紅外數字傳感器；體溫計；單片機
中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0171-02
體溫是人體最基本、最重要的生命指標，測量體溫在日常護理中占有重要地位。然而面對現在人們追求快速、安全的生活方式，傳統的水銀體溫計需要在腋下測量5分鐘左右，經過人肉眼讀數，因而存在諸多弊端。隨著紅外技術的發展紅外體溫計也以其安全、快速的特點，得到大眾的認可。紅外體溫計主要是根據黑體輻射原理來測量人體輻射的紅外線波長，隨之來測量體溫的，它所用的紅外傳感器只吸收人體輻射的紅外線而不向人體發射任何射線，它采用的是被動式非接觸的測量方法，可以有效避免人體交叉感染，使用安全方便，所以紅外體溫計對人體不會產生傷害[1]。與傳統體溫計相比，紅外體溫計使用安全，測量方便，測量時間短，所以對于紅外體溫計設計的研究具有重要的理論和現實意義。
1 系統結構分析
本設計以單片機為主控制器，由紅外數字傳感器直接將采集到的信號進行內部放大和數據處理，送入單片機，由單片機來實現LCD顯示和超溫報警。其系統結構圖如圖1所示。
2 硬件電路設計
2.1 測溫電路設計
測溫電路選擇了MLX90614紅外傳感器，該傳感器可以直接輸出完全線性化的并且已對環境溫度進行補償的數字溫度[2]。該器件具有2種溫度輸出方式：數字PWM輸出及SMBus接口輸出，采用罐形（TO-39）封裝，體積小巧、使用方便。MLX90614的溫度測量范圍為- 40～+ 125℃，溫度分辨率為0.02℃。在溫度范圍為+ 32～+ 42℃時，測量的絕對精度為± 0.2℃ ，非常適用于對人體溫度進行測量。共有四個引腳，除了電源與接地端，另外的兩個引腳分別是SCL/Vz ：SMBus串行時鐘輸入端 和PWM/SDA：數字輸入/輸出端紅外測溫電路圖如圖2所示，SCL/Vz端接單片機串行輸入口RXD，PWM/SDA接串行輸出口TXD，通過串行口的方式0進行數據傳送。
2.2 報警電路
報警電路在體溫超過設定值時，進行報警。設計采用有源蜂鳴器DC5V。當系統上電后，電流通過限流電阻R2驅動三極管T1 8550放大來觸發蜂鳴器報警。其電路如圖3所示。
2.3 顯示電路設計
設計采用的常用的LCD1602液晶顯示屏，該顯示屏可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比[3]。其中7-14引腳為數據引腳，4-6引腳為控制引腳，15-16為背光正負極引腳。顯示電路如圖4所示。
3 軟件程序設計
本設計軟件程序利用了Keil uVsion4 編譯軟件，程序設計主要有四部分，分別是主程序，紅外測溫程序，顯示程序和報警程序。其主程序工作過程是，系統正常上電，開始初始化，有按鍵按下時，傳感器將檢測到的信號傳輸給單片機，單片機進行數據處理，進行送顯，報警，若無鍵按下，液晶顯示器清屏。主程序的程序流程圖如圖5所示。
4 制作與調試
本設計主要有測溫電路，時鐘電路，電源電路，復位電路，顯示電路，報警電路。所以在制作前首先對其總體電路做好布局、布線，減少交叉連接，制作過程中認真，仔細，制作完成后，用萬用表檢測焊接好的電路，看是否連通，有無斷接現象，正負極端口是否接正確。電路檢查完后，對實物進行調試，接通電源，按下啟動按鈕，觀察LCD顯示的環境溫度值，記錄，再多次測量人體不同部位的體溫，進行比較，分析誤差。圖6為焊接好的實物圖，利用水杯模擬超過37度的體溫溫度，按下單片機的復位按鍵，顯示溫度，并進行報警。
最后利用設計的紅外體溫計對人體不同部位進行多次測試，統計測量對比結果如表1所示 。
通過紅外體溫計對人體不同部位溫度的測試，可以看出不同部位體溫值是有差別的，口腔溫度高于耳部溫度，額頭溫度稍低，一般口腔溫度接近于人體的體溫。便于使用健康，衛生，一般用于耳部測量。
5 結語
體溫生理參數作為人體最重要、最基本的生命指標，紅外體溫計作為一種新型的非接觸式體溫計，與水銀體溫計相比，具有響應快，安全等特點。 設計中的體溫計加入了超溫報警，LCD顯示等多種功能，使其功能更為完善。
參考文獻
[1]毛志毅，明，李開元，王衛東，陳廣飛.非接|式紅外遙感體溫計的設計和實現[J].醫療衛生裝備，2003（09）：16-17+19.
