微电子电路分析与设计

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微电子电路分析与设计范文第1篇

关键词：本科教育；微电子；课程体系；结构优化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，对国民经济有着巨大贡献，并渗透到其他很多学科，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校，南京邮电大学建校近50年来，正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展，国内外都需要大量的微电子学人才，我校成立微电子学专业，旨在为我国的ASIC设计方面，培养急需的人才[1-6]。我国“十五”计划纲要明确提出大力发展半导体集成电路产业，为了满足社会的发展和需求，我校微电子专业成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在学校各级领导的重视和关心下，专业建设取得了飞速发展。本科人才培养方案是各专业人才培养目标、培养规格以及培养过程和方式的总体设计，是学校组织本科教学、规范教学环节、实现人才培养目标的纲领性文件，对人才培养质量具有决定性的影响。当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才，也更需要培养大量工程应用型人才。所谓“应用型人才”主要是指德、智、体、美等方面全面发展的，能够将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的高级专门人才。“应用型人才培养模式是以能力为中心，以培养技术应用型专门人才为目标的”。它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强，是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要，在一定的教育思想指导下，人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式。

二、深化完善本科教学体系改革的措施探讨

人才培养方案制（修）订工作对于学校实现人才培养目标、进一步深化完善本科教学体系改革具有重要意义，人才培养方案制（修）订需要全面贯彻国家中长期教育改革和发展规划纲要，认真落实教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见等文件要求，不断适应国家和社会发展需要，进一步深化教育教学改革，优化人才培养过程，提高人才培养质量，促进学生全面发展。具体的改革措施探讨如下。

1.进一步明确本专业的特点和优势。培养方案是高等学校实现人才培养目标、开展人才培养工作的总体设计和实施方案，为全面贯彻教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见，以执行最新颁布的普通高等学校本科专业设置管理规定为契机，推动我校新一轮专业建设和教学改革，以不断适应知识经济、科技、社会发展对各类高素质创新人才的需要，根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，构建和完善适合我校办学指导思想、具有我校办学特色的本科创新人才培养体系，根据新《目录》规定的各专业培养目标、培养要求、主干学科、核心课程、主要实践性教学环节、主要专业实验，紧密结合近年“本科教学工程”改革实践，开展本科专业培养方案的修订。本专业培养适应社会发展需要，道德文化素养高，社会责任感强，身心健康，掌握扎实的自然科学基础知识和必备的专业知识，具有良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，能在微电子器件、工艺和集成电路设计及相关的电子信息科学领域从事科学研究、产品研发、工程设计、技术管理等工作的专门技术人才。主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。

2.课程设置进一步优化。课程的设置是否合理对人才的培养起到了至关重要的作用，尤其是现今提出的对专业人才的更高要求，需要进一步优化课程体系，合理安排课程内容。首先，在课程设置方面，当前，南邮本科微电子专业经过几年的发展，取得了不少成绩。但世界范围内微电子产业飞速发展的特点决定了高校微电子学科的教学必须紧紧跟随产业发展的步伐。我们在看到以前所取得的成绩的同时也必须看到其中所存在的一些问题，并积极进行改革创新。我校的微电子专业在设立初期，经过各方专家的反复讨论和论证，建立了一套统一的专业课程和教学大纲。这套课程满足该专业最基本的专业要求。但由于微电子专业设立时间不长，仍属于起步阶段，由于硬件条件和师资力量的缺乏和不到位，无法设立多样的课程体系和科目，所以目前的教学仍然是基本上按统一的教学大纲和教学要求组织。随着学校办学规模的扩大，通达微电子学院的设立，选修微电子专业课程的学生人数不断增加，原有的教学课程体系和科目还需要进一步细化、深化、推广。为此，在课程设置上，我们必须对已经投入使用的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善，将整个学科的课程结构体系、到具体到每一门课程的知识体系，都进行优化设计，以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的能力：掌握扎实的数学、物理等方面的基本理论和基本知识；系统掌握量子与固体物理、半导体物理与器件物理、半导体集成电路设计和制造的基本知识，具有独立进行微电子器件、工艺和集成电路设计的基本能力；了解电子信息类专业的一般原理和知识，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科与跨学科的科学研究与技术开发的基本能力；在综合类实践、实验中具有较强的独立设计、分析和调试系统的能力，能够完成综合性和探索性工作的能力；养成良好的学习习惯，对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；其次，对于理论课程的内容，针对南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况，以及本专业的特色建设，主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。以能力培养为基础来设计，并考虑学生毕业后从事的职业，根据工作的要求对教学中的课程进行专项的能力和综合能力培养。在通识教育类课程中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。专业教育类课程中设置了信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理，这些课程都是基础理论课程，是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到工程认证的需要，在集成电路与CAD的课程设置上，专门增加了16小时的实验，加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中，专门将模拟和数字分开，设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计，这不同于其他院校的课程设置，应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识，加强了学生的集成电路分析和设计的能力。除了已经设置的32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验，还增加了32小时的工艺实验，这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲，已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学，并筹备建立了微电子专业实验室，拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程，在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验；基于以上措施，建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程，涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。再者，实践课程的内容上，由于微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业，从集成电路的生成流程来看，其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。实践课程的设置对培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力极为关键；需要工程认证的专业的实验实践课程必须要达到30%以上。因此，还拟通过建立微电子专业实验室，开设微电子和半导体测试实验课，在培养学生理论知识的同时，加强实践能力的培养，培养既有较深理论基础，又有一定动手能力的全面发展的学生。在实践型环节的课程设置中，通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中，设置了软件设计、微电子课程设计等，尤其是微电子课程设计，将进行较大的改革，要求改革后设计内容都是与本专业紧密相关，全面运用到所学的专业知识。

3.师资队伍的建设。本专业现在拥有专业教师14名，完全满足本科的专业教学需要，但从事集成电路设计方向的老师比较缺乏。还有，学生的个性不同，使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大；随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化，又使学生的未来发展面临很大挑战，学生的需求随之呈现多样化。因此，多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合，这就要求我们必须打破现有的统一模式，根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系，实施分类教学，在保证打好扎实的专业基础的前提下，设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。建立既具有深厚扎实的理论知识功底，又具有精通实践、有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的教师队伍迫在眉睫。近几年，我学院在引进高水平的师资力量方面进行了不懈的努力，微电子专业教师的队伍在不断扩大，教师的专业方向也在不断丰富，能够胜任并有选择性地担任各主要方向的专业课教学。但仍然缺乏学科带头人，缺乏一个凝聚人心的事业平台，学术梯队。这就要加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。通过培养和引进，形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队，使其在学科建设中发挥突出作用。鼓励教师积极申报各类项目，积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作，鼓励教师到国内外高校去做访问学者，积极参加国内外举办的国际会议，从而了解专业的最新发展、前沿问题，开阔眼界。

三、小结

总的来说，微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。培养方案是高等学校实现人才培养目标、根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，迫在眉睫。其中需明确我校的特点和优势，以通信集成电路设计为主要方向，同时兼顾工艺设计与器件设计。相信通过培养方案、课程设置、师资等各方面的建设，一定会培养出高质量的微电子学领域人才，为我国的微电子工业做出贡献。

参考文献：

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[6]蒋元平.学科建设的内涵诠释和实现策略[J].中国西部科技，2007，（1）.

微电子电路分析与设计范文第2篇

关键词：电子线路；课程内容；学习实践

电子线路课程是铁道信号专业的一门重要专业基础课程。随着电子技术的发展，生产现场的电子设备急剧增加，对电子线路课程的教学内容提出了越来越多的要求，课时和课程内容逐年增多。对专业设备的研发、设计、制造、施工、维护、使用都起着必不可少的作用，新技术、新装备大量投入使用，设备、技术更新换代周期大大缩短，因此在内容和思想方法上，必须经过科学的论证和总结，使之更符合大的认识规律，且能充分体现知识内涵的思想体系和鲜明的导向性。作为一门独立的学科，《电子线路》教学必须适应铁路职业技术教育的特点，形成以电子技术基本理论和基本电路分析方法为主的完整课程体系。

一、电子线路课程的特点及教学方法

电子线路课程是一门应用技术课程，具有较强的理论性和实践性。学生普遍感觉电子线路课程内容多、理论深、分析繁琐、难懂、难记、难掌握。首先，各个电子器件是构成不同电路的核心部件，电路的形式和功能的变化，器件在不同条件下的应用，对于器件的原理、特性必须讲够、讲透。学生是在高中知识和学完《电路基础》课程基础上进行学习的，按照专业教学计划的要求，学生做到基本概念牢固掌握，基本原理、特性透彻理解，为进一步学习电路奠定坚实的基础。作为专业基础课，其学习的质量将直接影响后续专业课的学习心理和学习效果。在教学内容上，除讲清器件的结构、原理、特性和参数外，还要着重强调非线性器件加偏置，以及改变偏置可以控制其工作状态的条件、特点、变量关系特征和模型。传统的单一教学模式，难以适应新的形势要求，必须对电子线路课程的教学内容、教学方法、教学手段加以改革，在教学上还应包括作为典型有源电路的恒流源电路的组成、静态、动态特征和电路模型，因为恒流源主要体现了器件的基本原理和基本特征，反映了有电源电路代替无源元件这一趋势。

二、电子线路课程改革思路

电子线路课程内容是随着电子线路的发展而发展的，电子线路课程的内容随着知识的积累逐年增多，可随着微电子技术和计算机技术的发展，特别是单片机技术和嵌入技术的发展，生产现场的设备向集成化、小型化方向发展。电子线路课程的课时数、教学内容在压缩，课程体系还是对各种电路分门别类、就事论事、面面俱到，增加了教学负担。因此在内容和思想方法上，必须经过科学的论证和总结，使之更符合认识规律，且能充分体现知识内涵的思想体系和鲜明的导向性。关键不在于课程内容的包罗万象，而在于对学生系统的、基本的思维和操作的训练、培养，授之以渔。依据这一原则思想，结合教学特点，对本课程的教改，分器件和电路两个方面谈谈看法。

首先，电子线路课程要学习基本电子器件，在电路部分应改变过去那种过分强调电路功能以至于以此来分门别类划分课程章节的方式，这种体系对于某些高等院校以电路设计作为重要内容的教学或许是合适的。这部分内容要突出各种电子器件不同工作状态的条件、特点、应用这条主线。

而对高等职业技术教育而言，对于电路功能只要通过电路分析能够正确识别和区分就可以了。电子器件是有源、有极、非线性器件，由静态到动态，由分立元件到集成电路，使用中必须加偏置，不同的偏置，在电子器件和偏置电路在直流电源作用下，静态工作点的设置、稳定过程的分析与计算。可以使器件工作于不同的工作状态，其静态分析的原理和方法可归结为具有共性的电路静态分析方法，不同的工作状态具有不同的特性，应用于各种形式的电路。

要使学生熟练地掌握各种工作状态的条件、特点和应用。教学内容上更主要的是电路的原理和基本分析方法，对基本电子器件的结构、原理有所了解，基本电子器件的特性、参数要讲透并且深刻理解，按照循序渐进的原则和人的认识规律，对于电路分析、选择、使用器件以及不同型号器件的替代是必不可少的，反映电路原理和分析方法的内在联系，总结出具有共性的原理和分析方法，也是实际工作中分析和处理电子技术问题所必需的。

其次，电路的动态分析要突出三种组态这条主线。在电路的动态分析中，无论电路形式、如何变化，我们必须抓住三种组态来进行电路分类，三种组态是基于对基本电子电路深入理解和高度概括的总结，作为一种思想体系贯穿全课始终，有着深刻的内涵。这是基于对电子器件原理、特性，用三种组态的思维方式对学生进行思维方式的训练，使学生深刻认识和对电路原理的透彻理解，可以在基本电路、简单问题上，并且进一步在复杂电路中灵活运用，无论分立元件电路，还是集成电路的分析得以简化，避免了每种电路对应一种分析方法的复杂局面，这种方法能适应新知识的发展。

当然，三种组态电路也有局限性，三种组态蕴含于放大电路的两种输入、两种输出的基本概念（同、反相，高、低阻）和变量控制关系的变化形式，电路的动态工作过程和电路分析，由于电路形式、功能的差异，利用负反馈手段可以解决，反复运用三种组态的思维方式和分析方法，在电路分析上可用于估算多极负反馈应用的具体形式，定性描述对电路性能的影响。利用三种组态和反馈的概念加以分析，使学生在简单问题和简单电路上做到深刻理解，可以利用估算法定量进行电路分析，作为电路的性能指标反映电路的特性，无论是分立元件电路还是集成电路的分析都具有实用性，其分析方法不外乎图解法和等效电路法，要使学生熟练掌握反馈组态、极性的判别方法。进而在复杂问题和电路中自如应用，可以避免每种电路对应一种分析方法的复杂局面。

总之，高等职业技术教育培养学生职业技能不仅是专业课的任务，通过《电子线路》课程的教学改革，要从基础课做起，培养学生的创新能力要贯穿整个教学过程，使学生由被动地接受变为主动地学习，培养出高素质、创新型的合格人才，从而真正实现高职教育教学改革的目的，使高职教育得到进一步的提升和发展。

参考文献：

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[4]刘静波.高频电子线路实践教学的建设和探索.电气电子教学学报，2006（4）.

微电子电路分析与设计范文第3篇

【关键词】数字频率计；脉冲信号；控制门；译码显示；直流稳压电源；测量原理

数字频率计一种能把频率和时间等两种以上的物理量进行数字化测量的仪器。数字频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。频率计主要用于测量。数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测量法、比较法、示波器法和计数法等。计数法实质上属于比较法，其中最常用的方法是电子计数器法。电子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其他周期性变化的物理量。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。它是电子测试、自动化控制等设备中不可或缺的重要测量仪器。它应用于晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，在广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域也有广泛的应用。

数字频率计的工作原理是将被测信号与标准信号一起通过一个闸门，然后用计数器对标准时间内该信号脉冲的个数进行计数，并将其结果用LED数码显示管显示出来。根据课题设计要求，设计并制作了产品。其测频范围为1Hz～99999Hz。本设计由数字电路来实现，既降低了成本，又简化了原理结构。其中主要电路有波形整形电路，分频电路，控制电路和控制门，以及计数、译码、显示电路。

本数字频率计电源采用直流稳压电源得到稳定的5V电源，利用分频器获得1s的标准时间，同时利用A/D转换电路对信号进行转换，输出脉冲信号并将它们送入控制门，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后再显示出来。然后，在下一个信号到来时，利用555完成计数器的清零工作，再继续上述操作。具体由数字电路来实现，包括波形整形电路；分频电路；控制电路和控制门；计数、译码、显示电路四部分组成。使用了NE555、LM358、74LS00、74LS48、74LS90等集成块。其系统框图如图所示。

电路分析：在555振荡器输出的波形经分频电路逐级分频后，可获得各种时间基准，通过时间基准选择开关，将所选用的时间基准信号作为控制电路的触发信号。控制电路的输出为具有固定宽度（T）的方波脉冲，宽度称为闸门时间，对应得脉冲称为闸门信号。闸门信号控制主控门的一个输入端，该信号经波形整形电路送到控制门，当闸门信号到来后，控制门开启，被测信号脉冲和闸门信号通过控制门，控制门再将输出的脉冲信号送到计数器计数。最后通过译码显示电路，把被测频率显示出来。

在实际电路图中，信号经整形进入控制门，555振荡器输出的波形经分频电路逐级分频后产生的秒信号，也送入控制门中。控制门74LS00将输出的脉冲信号再送入计数器计数。由于频率计的测量范围是1Hz～99999Hz，因此计数器按十进制计数。设计中采用了74LS90计数器。显示译码器采用与共阴数码管匹配的74LS48，74LS48是一个7段码数码管的驱动芯片，通过它解码，数码管可以直接把数字显示出来，以显示5位数字，满足所测频率范围为1Hz～99999Hz的设计要求。

分频器的作用是为了获得1s的标准时间。电路首先对1MHz信号进行1000000分频得到周期为1s的脉冲信号。然后再进行二分频得到占空比为50%脉冲宽度为1s的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以实现对1s时间内通过控制门的被测脉冲的数目进行控制。

NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起，给其他的电路提供时序脉冲。振荡电路如图所示。

为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。波形整形采用施密特触发器，如图所示。

控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，另一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与非门来实现。

计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求量频率为99999Hz，采用5位十进制计数器。可以选用10进制集成计数器。74LS90是一种典型的集成异步计数器，可实现二-五-十进制计数器。

LED显示器选用的是共阴极数码管，驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。

设计制作的全过程是相当艰辛复杂的。首先要进行整体构思，设计出完整的框图，然后就是要根据框图设计电路。画电路，至关重要，需反复修改完善，等确定了以后，就要准备采购元器件，要根据技术指标选择，还要根据元器件与元器件之间是否匹配。接下来是画PCB板，制板，元器件的安装，这一环节也相当重要，一旦出现虚焊，漏焊等现象，说不定板子就将报废，一切须得重头再来，板子完工以后，最后就是要检测与调试，这也需反复修改。这是不可避免的。设计思路是最重要的部分之一，元器件的安装也是重要的一环。任何一环出错都会导致不成功。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找资料必须充足，这样可以打下坚实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁。

参考文献

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作者简介：