集成电路的原理

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇集成电路的原理范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

集成电路的原理范文第1篇

关键词： 启发式教学 学习能力 《半导体集体电路原理与实践》课程教学

《半导体集成电路原理与实践》是微电子技术专业的一门重要的专业课程，与前后课程联系紧密。学好这门课程对于学生掌握专业知识来说非常重要。

从学生的情况来说，有些学生的专业基础比较薄弱，特别是理科方面的基础。对于基础的数学计算和电路分析方法有一定的了解，却不能熟练掌握应用。

从课程来说，这门课程本身有一定的难度，理论性比较强，包含了很多分析。这就使得学生在理解和掌握上往往存在困难。传统教学方法是教师单向地讲授，这种单向的讲授只是枯燥地向学生灌输，重点在于老师而不是学生，缺乏让学生自己思考研究的过程，最终获得的学习效果肯定不是很理想。

因此在目前的授课过程中，普遍采用启发式的教学方法，这种教学方法更注重教与学的双向沟通，重点在于学生。在教学中，通过老师开其意，实现学生达其辞的目的，重视学生受启而发的过程。教学中，通过启发让学生展开研讨，使学生在教学的过程中能更多地发表自己的观点，更多地提出疑问。让学生能够主动思考，反复思考，加深理解。

课程中每个单元的教学过程都可以分为以下几个步骤。

（1）明确教学目的。

（2）教师讲授（启）。

（3）学生讨论，并自己完成相应的练习。（发）

（4）总结练习过程中存在的问题，并让学生再次通过讨论完成更深入的练习。（加深）

（5）最终由学生自己得出相应的结论，总结出适合自己的分析方法。

如在讲授COMS逻辑门电路这个单元的时候，首先明确这个单元的学习目标：掌握CMOS逻辑门电路的一般电路结构和设计分析方法。然后教师先讲授关于CMOS逻辑门电路的一些理论知识。如复习已经学过的关于CMOS互补对的知识，并根据CMOS互补对的特点提出CMOS逻辑门设计的一般方法。

图1 MOS逻辑规则

*对每个输入使用一个NMOS/PMOS互补对

*将输出节点通过PMOS与电源VDD相连

*将输出节点通过NMOS与地（0V）相连

*确保输出总是一个正确定义的高电平或低电平

根据这个方法，给学生演示常用的二输入与非门电路基本结构是如何得到的，并根据电路中器件的工作状态分析电路的功能与器件间连接方式之间的关系，进行验证。

图2 CMOS与非门

针对CMOS与非门电路，除了讨论其电路工作原理外，另外还在简单地讨论其开关特性。结合已经学过的CMOS反相器，引导学生发现为了保证良好的开关特性，二输入与非门中NMOS的尺寸应该对应CMOS反相器中NMOS尺寸的两倍。并进一步得到结论：为保证开关特性，多个晶体管串联时，晶体管的尺寸变大，芯片占用面积增加，因此电路设计中应尽量避免多个晶体管串联，特别是多个PMOS管串联。

教师对二输入与非门电路进行设计，分析过程的演示，让学生自己设计分析一些其他的CMOS逻辑门。

图3 CMOS或非门

这个可让学生自己画图得到，可以叫一个同学在黑板上演示，并让大家一起分析得到的电路有没有错误。并根据巡查的结果，由教师总结存在的问题。

集成电路的原理范文第2篇

关键词： 电源传输完整性; 优选器件; 电源评估; 平面电容; 电源仿真

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）02?0132?05

Design process of hardware circuit based on PDN theory

REN Bing?yu

（GRG Banking Equipment Co.， Ltd.， Guangzhou 510663， China）

Abstract： Based on the power delivery network （PDN） theory， the detailed design process of hardware circuit is described. Difference from general circuit design method， PDN design process can greatly improve the hardware integration and effectively reduce the total number of components by establishment of preferred component list， power evaluation， plane capacitor construction， power supply simulation and construction of power frequency impedance simulation curves. The power supply integration test executed by professional tester proves that the hardware circuit designed by PDN can effectively limit the ripple， noise and other electric performance parameters， and resistor and capacitor on one board can be decreased by 30%. The products can fully meet hardware requirements of telecom servers.

Keyword： PDN; PPL; power supply evaluation; plane capacitor; power supply simulation

0 引 言

21世纪以来，随着科技地不断发展，电子产品在功能、性能等方面得到了长足的发展。伴随而来的是电子产品系统复杂、加工工艺难度增大、产品成本提升、单板故障率上升等问题，直接影响消费者的正常使用和公司的信誉。

目前单板电源设计的流程通常是确定好主芯片及其他用电芯片的输入输出电压/电流，按照分支派生的方式标示电源架构，汇总出产品所需的总功耗，确定供电芯片的型号和性能参数就开始设计电路中的电源。为了降低设计风险，设计人员通常采用电源芯片供应商推荐的参考电路来设计电源电路，经过简单加工测试验证无问题后即投放市场。这种电源设计方式看似没有重大设计风险，但实际上却存在很多隐患，无法满足精细化设计的要求，会造成极大的设计冗余，导致产品升级换代困难，加大分析电路故障原因的难度，降低了产品实际效率，提高了产品的开发、生产和售后维护成本。本文从科学设计电路的角度出发，引导硬件工程师在充分理解单板芯片的实际电源需求后，通过正确评估电源需求、理清优选阻容器件、优化平面电容和层叠电容等设计方法，设计出高品质、高集成度的优秀电子产品。

1 优选阻容器件

在单板开发设计过程中，硬件工程师使用最多的器件就是电容和电阻，电阻主要有限流、分压、调节芯片驱动、限定电平输入输出、调整负载等作用;电容通常应用于隔直、耦合、滤波、稳压、谐振等设计。阻容的器件原理和应用范围很明确，但为了缩短产品的交付进度，设计人员通常在电源设计上采取粗放型理念，对阻容器件的选择缺少必要的科学管控。为保证无开发风险，设计人员大多直接应用芯片器件手册上推荐的环路设计，增加了芯片间冗余设计。这种不规范选取阻容器件的现象会导致板上阻容器件的种类数、器件总数被人为增加，提高了制造、仓储、维修等生产部门的运营难度，同时冗余设计会引起电路设计的不稳定性和不确定性，引入噪声、谐振、串扰、功耗上升等问题。故此，需要设计人员在设计前就必须彻底理清整个单板的系统架构，明确阻容器件的功能，通过电路仿真和实际测试结果来指导正确的硬件电路设计，否则无法正确完成产品开发设计[1]。

为保证电源稳定性，在设计芯片环路的时候都会给留有一定的余量，设计的余量与功耗评估、器件精度、电源仿真都存在关系。实际应用的阻容器件与标称的理论值存在一定偏差，阻容器件标称值与实际值的偏差称为误差，器件允许的偏差范围称为精度。电容精度等级与允许误差对应关系通常为：超稳定级（I类）的介质材料为NPO，精度通常为1%;稳定级（Ⅱ类）的介质材料为X7R，精度通常为5%;能用级（Ⅲ类）的介质材料Y5V，精度较低，不建议使用。在考虑通流和功耗的前提下，目前电阻精度主要是1%及5%两种。

在实际设计过程中，建议设计人员选择精度高（1%）的阻容器件。使用高精度的阻容器件可以准确控制硬件电路的功耗、电流、频率、纹波、噪声等电气特性，有效控制单板稳定性。为了降低单板阻容器件的种类数，应该参照以下规则：电阻按照E12原则（10、12 、15 、18、 22 、27 、33 、39 、47 、56、 68、 82作为基数）来选择器件，电容按照E3原则（10、22、47作为基数）来选择器件。这些是设计中经常用到的阻容值，以上述阻容值作为基数可以满足电路设计中90%的阻容需求。如果芯片要求特殊阻容值，可以通过串并联的方式实现所需阻容值，可以有效地控制环路的阻抗匹配、驱动调节、纹波控制等电气特性。

选用高精度阻容阻容器件，建立优选阻容器件表PPL，就可以在保证所有单板开发质量的前提下，最大程度约束器件选择的种类数，实现器件编码的归一化，提高单板阻容器件的简洁度。

2 电源评估

设计人员选用一个芯片，需要明确芯片最大的应用能力，即芯片管脚最大工作电流和目标工作频率，理清芯片最大动态电流和设计所需的负载频率范围，约束trace走线分布来指导power rail的设计并选取适合的电容。控制电源稳定性最重要的两个环节就是阻抗匹配和频率响应，设计电路的时候会仿真出一个最优通路的理想电路模型。理想电路要求在电路频率变化范围中走线链路阻抗是固定的，设计出的实际电路也要满足这个特性，要求设计出的阻抗频率特性曲线与理想电路阻抗频率曲线接近，甚至一致。

以某网卡芯片为例，通过查询器件手册得出芯片在不同工作状态下的最大电流如下。

表1 某网卡芯片工作状态功耗表

通过表1知道网卡工作在1 000 Mb/s传输速率，从Active状态到Idle状态时候会产生最大的功耗变化，网卡实际工作中最大的电流变化是从Active状态向Idle 状态切换过程中发生的。网卡在这两个状态之前切换时候产生最大数据量变动，过大的数据量变化会产生额外的工作损耗。从芯片手册上可以得知Active状态到Idle状态的工作电流变化为570 mA，由此可以计算得出网卡在1 000 Mb/s link状态下从Active转向Idle时的Transient Current百分比，即动态电流变化率[Istep]为570 mA。由表1可以看出，该网卡芯片在不同工作状态下的功耗是不同的，相同电平下的工作电流不同。这是由于芯片高速信号传输引起传输线及传输介质产生阻尼效应，内部工作频率提升导致芯片管脚输出功耗上升。信号传输是通过数据线中电平高低变化来实现的，不同电气接口对于高低电平的阈值也是有严格要求的，为保证信号能够在准确的数值下传输，需要确保芯片管脚上的信号在相同或不同的工作状态下都能有稳定的电平输出。这就需要我们充分理解芯片的工作原理及产生功耗的原理后，提供最优的电路来保证整个环路的稳定性[5]。

特征阻抗[Ztarget]可以通过以下公式得到：

[Ztarget=ΔVΔI=Vmax?ΔVrippleImax?ΔItransient] （1）

式中[ΔVripple]为电压纹波要求，通常为1%～3%，[ΔItransient]为电流有效传输效率，根据电源不同的设计方式和信号工作频率，可以选择10%～90%作为电流传输效率。

芯片都是在不同状态之间进行工作的，管脚不可能一直保持工作在100%的工作状态，这就导致实际输出的电流不会一直处于峰值电流，而是最大值的一部分。对于对工作状态没有约束且工作频率超过100 MHz的芯片，对电流传输效率Transient Current百分比可以选择最大的90%。芯片的最大工作电流可以通过查找器件手册得到，里面详细介绍芯片所有的工作状态及对应的工作电流，得出芯片在不同状态下的最大功耗。在此基础上，联系芯片实际工作中可能出现的状态变迁方式，计算出最大的动态电流变化率，即电流有效传输效率[ΔItransient]。

通过查看器件手册得到芯片管脚的工作频率作为目标频率[Ftarget]，超过[Ftarget]范围的信号都不必要处理。这是因为受到阻抗特性约束，这部分超出[Ftarget]的信号是无效的，故此不会产生损耗。芯片的目标频率通常在器件手册中没有涉及，可以直接向供应商询问。如果厂商无法给出芯片的目标频率可以凭借经验来推测：首先明确芯片消耗电源的模块类型，通过模块类型对比给出不同模块的典型频率，在结合芯片实际工作情况，找出所需要的目标频率[Ftarget]。

通常以I/O电源80 MHz，core电源50 MHz作为标准基准频率。将[Ftarget]带入计算表格，得出所有需要分析的对象和仿真波形，完成电源评估工作。

3 平面电容

经过实际测试，发现每个芯片的I/O管脚都无法按照理论模型构建硬件电路，即直接通过芯片管脚与PCB板上铜箔pad相连接，不会产生任何额外的电气特性。如图1所示，在芯片I/O管脚与PCB相连的地方都会产生寄生电容，当I/O管脚输出高电平时，相连部分上的寄生电容开始放电，如果管脚周围没有补偿电容给管脚寄生电容及时充电，该I/O管脚上电平就会出现跌落。

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图1 芯片I/O管脚实际等效示意图

芯片厂商通常会在实际封装中添加一部分[Cpkg]用于给寄生电容充电，但是由于容值过小，充电效果并不理想。芯片外部放置的钽电容存在走线过长、层叠干扰及寄生电感的原因，更是难以给芯片I/O管脚上的寄生电容及时充电，所以我们要利用PCB来构建出如图2所示的等效平面电容[Cpcb]。

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图2 理想PCB平面电容示意图

平面电容是利用PCB叠层的电源层和地层之间构造的电容效用而形成的。这种平面电容的容值通常比较小（pF级），可以用于滤除高速信号产生的高频噪声，同时由于离芯片管脚最近，可以最迅速有效地为芯片管脚上的寄生电容充电。在芯片周围摆放滤波电容不能有效滤除高频噪声的原因就在于即使容值很小的滤波电容也只能滤除100 MHz以下的噪声，而对于超过200 MHz的噪声就不能有效滤除。以10 nF电容为例，按照电容阻抗特征曲线所示，只能有效滤除50 MHz左右的噪声。如果再放置pF级的电容会显得冗余，且电容本身的ESR和ESL会引入高频谐振的问题。

综合考虑，建议可以利用平面电容来对管脚寄生电容完成充电和高频滤波[2]。电容频率阻抗曲线如图3所示。

3.1 估算平面电容值

平面电容值需要依据芯片管脚和对应传输线上的寄生电容值来完成评估。通过芯片I/O管脚的寄生电容[Cio]以及芯片的I/O管脚数量得出芯片I/O管脚生成的总寄生电容大小。一般情况下，PCB微带层每inch单端传输线（特征匹配阻抗为50 Ω）上的寄生电容为3.5 pF。以一组32位的传输线为例，传输线走线长度为6 inch，管脚寄生电容[Cio]为2 pF，可以推算出芯片管脚总寄生电容[Cswl]=（3.5 pF/inch×6 inch+2 pF）×32=736 pF。按照设计要求电源的纹波为2%，综上条件就得到了所需要的平面电容[Cp]为36.8 nF。

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图3 电容频率阻抗曲线图

当然，这里还提供了一种简易评估平面电容的方法，即忽略管脚上的寄生电容。同样以上述32位传输线为例，[Cswl]=3.5 pF/inch×6 inch×32=672 pF，电源纹波同样要求为2%，得到平面电容为33.6 nF。这样计算得到的[Cp]与理论值存在一定偏差，不是很准确，但管脚上的寄生电容可以通过芯片封装上的[Cpkg]进行部分补偿，可以满足实际应用的补充效果，故此不会产生很大的影响[3]。平面电容的布局由于需要考虑分层和跨层分布，实际上应用的平面电容要比计算得到电容多。根据资料和实际测量，实际布局的平面电容[Ccomp]和理论的平面电容[Cp]二者的比例应该是5～10倍之间，通常选用选取为8，即[Ccomp]=[Cp]×8。由此可以得到芯片实际需要补偿平面电容值为[Ccomp]=36.8 nF×8=294.4 nF。

3.2 构建平面电容

按照上面介绍的方法，通过计算得出芯片管脚需要补偿的电容值，下一步就要确认如何构建平面电容。PCB是由铜皮和绿油组成，PCB板上所有的电源和信号都需要通过铜皮完成布局和传输，故此确认并合理地分布铜皮就能决定如何构建最适宜的平面电容。

如式（1）所示，铜皮的估算方式可以按照业界通用的公式：

[CPCB=E×Er×L×WT] （2）

式中：E=0.224 9×[10-12] F/inch，[Er]=3.8～4.2 （FR406材质PCB吸收），L为走线长（inch），W为线宽（inch），T为铜厚。

在设计初期就已经确定了PCB的层叠间距、材质、走线距离、线宽和铜皮厚度等参数，可以根据式（2）评估出实际设计需要铜皮数量，由此构建PCB铜皮布局，即构建平面电容。构建PCB平面电容需要经过电路原理仿真、PCB信号仿真和电源仿真评测后方可落实。电源层和地层必须有效区分，原则上相同电平值的模拟和数字电源也需要单独隔离，数字地和模拟地也需要隔离开。处理高速信号时，需要注意信号参考的电源平面或地平面布局需要尽量精简，电源层平面和地层平面尽可能的靠近并对称均匀布局，形成近似差分耦合电容的布局。这是由于提供给高速信号做参考层的电源平面和地平面在实际应用的时候会附生一个很小的寄生阻抗（大致20 mΩ），为保证电平稳定，通过这种紧急对称布局来有效抵消寄生阻抗引起的电平跌落，而且可以有效抵消一部分电源纹波和噪声的干扰[4]。

3.3 应用实例

以一片单板为例，首先确定单板上工作时钟频率在100 MHz以上的单端信号，以表格的形式列对应的芯片器件名称、接口类型、工作频率以及器件个数，再列出接口的个数、单个接口的负载电容以及接口工作电压，按照列出的信息，参照本文提供式（1）计算出该关键I/O管脚需要补偿的电容值，构建平面电容。以Intel 82599网卡芯片为例，通过查阅厂家技术手册列出信号对应的电源网表名、电压、纹波等信息，绘制出表2，用于指导下一步设计。

表2 某单板的管脚信息表

通过查看芯片手册，得知芯片内部时钟主频为100 MHz，可以倍频至2.5 GHz，即[Ftarget]为2.5 GHz。管脚最大电流为3.5 A，应用VCCP的管脚都为高速信号，需要使用high speed模型分析：电压纹波要求1%，电流传输效率90%。

通过公式（1）所需要的平面电容值为[Cp=（3.5 pF/inch×15 inch+2 pF）×321%=174.4 nF]，即可规划出平面补偿电容。通过式（2）得到，[Ztarget=1.1×1%3.5×90%=3.492 mΩ]。再使用文中介绍的电源评估方式，绘制出如图4所示的[Ftarget]与[Ztarget]曲线，依靠曲线协助评估出所需要的最优环路。

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图4 [Ftarget]与[Ztarget]仿真曲线

经过电源评估、构建平面电容和频率阻抗特征曲线后，可以设计符合芯片管脚电气需求的最优电路。如图5所示，通过泰克示波器TDS3012B量测信号噪声发现，采用PDN设计理念优化的电路可以有效抑制噪声。

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图5 PDN设计前后电路噪声测试结果

4 结 语

本文通过原理分析和实例讲解来介绍一种基于PDN原理设计硬件电路的方法。PDN可以有效指导硬件工程师在充分掌握芯片实际工作状态信息后，精确地设计电路、优化阻容选型，提升电路开发效率，解决冗余设计造成的干扰问题，提高单板简洁度，提升产品品质。同时，通过PDN原理来指导硬件电路设计的方法，已被爱立信、华为等电信业公司广泛接受、应用和推广。

根据本人实际开发工作验证，通过PDN原理设计电路的方法非常科学，采用PDN原理设计24 000 pin密集度的服务器单板，可以有效降低阻容器件种类数和总数各30%，降低原材料、加工成本和工艺制程成本12.5 RMB/pcs，提升生产直通率0.5%，改动前后的效果十分明显。

本文在以下方面有所创新：

（1） 提出PDN设计理念，规范电路设计流程，能有效指导硬件工程师充分理解芯片的技术规格，设计出最优电路;

（2） 建立优选器件表，规范阻容器件种类数和总数，提升产品质量和管控水平;

（3） 构建平面电容，绘制频率阻抗曲线，指导硬件工程师设计理想硬件电路。

参考文献

[1] 王殿超，郑学仁.电路设计中元器件的使用可靠性[J].电子产品可靠性与环境试验，2007，25（5）：8?11.

[2] 刘丽娟，杨兵初，倪兰，等.PDN电源地平面去耦电容网络设计[J].中南大学学报：自然科学版，2013（10）：4088?4094.

[3] 林文彦.阻抗规格对电路板设计、制造之影响[EB/OL]. [2010?09?02].http：///link？url=Rhyy3dKz_BPN14MggknesIEG4zyV4e8lhRxttj?6jDkPdqeVZ0vDe73umxNWWiZwZNt

De5i7DJhEGyvRbqwdj6HQqKr6TOivCZt4hPxvBQu.

[4] 顾艳丽，熊继军，焦新泉.长线传输的阻抗匹配设计[J].国外电子元器件，2008（10）：8?9.

集成电路的原理范文第3篇

[关键词] 民族院校；药理学；案例教学法；计算机辅助教学；基于问题教学法

[中图分类号] G642[文献标识码] B[文章编号] 1674-4721（2014）06（b）-0141-05

Investigation of reform of the Pharmacology education based on the characteristic of Chinese higher institutions for minorities

DENG Xu-kun YUAN Lin CHEN Lv-yi TANG He-bin LIN Qin-xiong HU Xin HUANG Xian-ju YANG Guang-zhong

College ofPharmacology,South Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China

[Abstract] Chinese higher institutions for minorities are the basic places to nurture the higher talents for the minorities in China.However,there are many characteristics and defect to hinder boosting its quality of pharmacology teaching, such as many students are from poorer and remote area andlow quality,as well as remarkable difference of them are very prominent.What is more,their intellectual context,comprehension and practical ability are not well.Therefore,reformation measures must be put forward to improve the quality of pharmacology education and cultivate interesting and the practical ability of students according to this situation of Pharmacology education in minority higher institutions.This paper was written to provide reference for the reform of Pharmacology teaching based on the characteristic of Chinese higher institutions for minorities.In this paper,multiple advanced methods of Pharmacology education were taken,such as adopting elicitation method of teaching (CBT,PBL,UTST,EL),reforming laboratory course and increasing multimedia teaching(CAI).Pharmacology education should be optimized and effective to cultivate interesting and autonomous learning ability of students, and to boost the quality in the teaching of Pharmacology in higher institutions for minorities

[Key words] Higher institutions for minorities;Pharmacology;Case-based teaching(CBT);Computer assisted instruction(CAI);Problem-based learning(PBL)

民族院校是国家为了解决国内民族问题而设立的综合性普通高等院校，是为我国少数民族和民族地区培养高素质人才的重要基地[1]。民族院校既有全国普通教育的共性，又具有很强的民族性特征，表现为生源质量不高，层次差别较大，学习思维习惯有待提高，其发展基础和综合实力与重点综合性大学相比差距仍然较大。这种状况给其教学直接带来很大的困难，限制了民族院校学生对知识的掌握和能力的培养[2]。近年来，不少民族院校相继开设了医药学专业，作为其专业主干课程之一，《药理学》课程的教学效果会直接影响学生的培养质量[3]。笔者作为中南民族大学药理学课程的创建者和课程负责人，在民族院校专职教授药理学（包括研究生课程）达八年之久，积累了一些适合民族院校特点的教学经验和体会。结合我国民族院校的特点，抛砖引玉，在此与同道们分享一下笔者在其药理学的教学思路，希望给予批评指正。

1 我国相关民族院校的概况及特点

按照教育部和国家民族事务委员（国家民委）最新统计资料，截至目前，我国民族高等教育形成了15所普通高等民族院校共同培养少数民族人才的教学科研体系，在校学生突破20万人。其中，中央民族大学、中南民族大学、西北民族大学、西南民族大学、大连民族学院、北方民族大学等6所院校是直属国家民委管理的，另外，还有贵州民族大学、广西民族大学、民族学院、湖北民族学院、云南民族大学、内蒙古民族大学、北京民族学院、四川民族学院、呼和浩特民族学院等9所民族院校是由地方省级人民政府管理[4]。

药理学（pharmacology）是研究药物与机体（含病原体）相互作用规律及其机制的一门学科，其内容涉及生理学、生物化学、病理生理学、内科学等多门学科[5]。民族医药是民族文化的主要组成部分，而药理学又是医药学类专业大学生的教学培养计划中的核心主干课程[6-7]。因此，多数民族院校均把开设医药学类专业和药理学课程列为办学的重点方向。根据《中国药学年鉴》最新统计，截至2013年，开设药理学课程的有中南民族大学、青海民族大学、民族学院、西北民族大学、西南民族大学、北方民族大学、贵州民族大学、湖北民族学院、内蒙古民族大学等9所民族院校。

民族院校既有全国普通教育的共性，又具有受各地区民族所特有的文化、生活习俗等因素影响的特性。基于“为少数民族服务，为民族地区服务”的办学宗旨，我国民族院校的招生生源主要以来自少数民族地区的少数民族学生为主，汉族学生为辅。不论从培养对象、学校校园文化、课程设置、还是人员组成、教育内容、餐饮食宿、礼仪习俗等都在一定程度上表现出与其他高校不同的民族特点[2]。

民族院校的发展基础和综合实力与重点综合性大学相比仍存在较大的差距。这是因为民族地区的自然生态环境、社会经济模式、民族文化和风俗、、人才素质和结构在一定程度上均存在某些特殊性，限制了学生对于知识的掌握[3]。其影响和特点具体表现在：民族院校的生源大部分来自少数民族地区，层次不齐，生源质量较差；少数民族学生由于学习环境的差异，基础较为薄弱，有些来自偏远地区的少数民族如藏族、维吾尔族的学生对普通话的语言听力表现较差，不利于听课和交流；由于在大学入学前缺少系统科学的学习训练，有些学生的学习和思维习惯较差，如视野狭窄，固执守旧，只注意对知识点的死记硬背等。另外，还有一些同学在入学前阶段表现突出，但是，强中更有强中手，到了新的环境中发现自己并不突出，甚至明显差于其他同学，就会产生较大的心理落差，如果不及时调整，就会产生严重的自卑和自闭心理，这样的学生通常表现为自尊心高度敏感、不合群，情绪波动大，有时郁郁寡欢，有时情绪激昂甚至有一些攻击行为，这种状况非常不利于课题讨论和交流，从而造成讨论式教学上的困难；再次，学生的生源层次参差不齐，接受知识的能力差别较大，部分同学难以跟上教学进度，直接影响了班级整体教学效果。因此，需要针对民族院校的学生生源、知识背景、学习思维习惯等特点，在教学中需要采取针对性的教学方法，同时还要注意分层次教学与个体化教学，以提高教学效果。

2 《药理学》学科特点、研究内容及任务

《药理学》是联系药学与医学、基础与临床的桥梁学科[2]。《药理学》研究的内容包括药物效应动力学（pharmacodynamics，简称药效学）和药物代谢动力学（pharmacokinetics，简称药动学）。药效学主要研究药物对机体的作用规律及作用机制，为临床合理用药、避免药物不良反应和新药研究提供依据；药动学主要是定量研究药物在生物体内的过程（吸收、分布、代谢和排泄），通过运用数学原理和方法阐述药物在机体内的动态规律。确定药物的给药剂量和间隔时间等给药方案的依据。在创新药物研制过程中，药动学研究已与药效学研究、毒理学研究一起，共同成为药物临床前研究和临床研究的重要组成部分。该学科任务是要为阐明药物作用及作用机制、保证临床用药安全有效提供理论依据[5-6]；研究开发新药、发现药物新用途并为探索细胞生理生化及病理过程提供实验资料。学习药理学的最终目的是将理论知识应用于临床实践，指导临床合理用药[7]。

3 《药理学》教育方法研究进展

《药理学》是一门实践性很强且高速发展的医学基础学科，其涉及知识面面广、内容多，加之新药物、新理论、新技术的不断出现，而且民族院校大多数没有医学专业的支撑，在开设药理学课程时，这些院校的学生缺乏医学和药学的知识支持，尤其对临床疾病知之甚少，让学生普遍感觉学习《药理学》的难度很大。在传统的以教师讲授为主体的教学模式（lecture-based learning，LBL）中，学生普遍反映药理学内容繁琐、枯燥、难以记忆，导致学生学习兴趣低下，学习被动，对知识的理解、运用能力不足。随着科学知识的爆炸和时代的进步，《药理学》教育衍生出很多新型的方法，使学生对于《药理学》的认知趋于充分，学习起来变得较为轻松和高效[8-12]。

3.1 计算机辅助教学

计算机辅助教学（computer assisted instruction，CAI）是将计算机手段和技术有机地整合到教学中，运用视频、MP3、动画、图片以及文字等多种海量信息，以图文并茂、声像结合、动静皆宜的表现特点进行教学，使学生建立起全面、多感知、形象化及多维的知识体系，从而取得良好教学效果的一种教学手段。CAI的教学优点：①便于制作，操作简便；②信息量大，知识更新快；③层次多维，效率高[13]。在《药理学》的教学中采用CAI，是实现教学改革的重要手段之一，不仅提高了教学水平和效率，还培养了学生的创新能力，从而实现由应试教育向素质教育的转变，有利于培养高素质的创新型人才。CAI的优点已得到广大师生的普遍认同，绝大多数的高校都已普遍采用了CAI教学方式。

3.2 案例教学法

案例教学法（case-based teaching，CBT）是指针对课堂内容选取恰当的临床病例，在教师指导下，组织学生讨论、 解决相关问题，培养学生分析、 解决问题的能力[14]。该种教学模式1969 年由美国的神经病学教授 Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，现已成为国际上较为流行的教学模式，也逐渐成为我国医学和药学教育模式改革的趋势[15]。CBT教学法内容包括教师课前准备、案例的选择和导入、优化问题情境设计、课堂讨论与总结等环节。CBT教学法的优点：①有利于调动学生的积极性，培养学生的创造性思维能力；②有利于培养学生的临床思维能力，增进学生间的交流与协作；③有利于提高教师的综合素质。针对少数民族学生存在交流与协作能力较差的弱点，笔者有意识地在授课过程中增加2～3次的CBT教学活动，并且有意识地鼓励和引导部分平时课堂活动中不活跃的少数民族学生互换角色（医患双方）参与讨论和分析，结果收效甚好，这些学生经过互动以后，其交流与协作能力大大提升。学生踊跃参与，此教学形式深受欢迎。

3.3 启发式教学法

启发式教学法（elicitation method，EM）就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和认识规律，运用各种教学手段，采用启发引导的办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习，以促进其身心发展[8]。EM不拘一格，没有固定的模式。这种教学方法对教师的综合素质和教学技能有很高的要求，教师可根据教学目的、教学内容、教学对象的不同，灵活组合各种教学素材，形式多样。EM在药理学教学中的应用包括设问式启发、对比启发、关键问题启发、联系跨学科基础知识启发等方法。EM优点很明显，它不仅可以充分调动学生学习的主动性，有助于提高学生的自主学习、 理解和应用的能力；EM还能极大地激发学生的求知欲和学习热情，全面培养和启发学生独立思考的学习习惯和多角度的思维能力。

3.4 PBL教学法

PBL（problem-based learning，PBL）教育是“以问题为基础的学习”的教学模式，以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论为形式，在授课教师的参与和辅导下，围绕某一药理学专题等问题进行分析、讨论和归纳研究的学习过程。与传统的LBL教学法相比，PBL内涵、设计理念、教学形式、实施方式、评估体系、实际效果等方面均有很大的区别。PBL教学法强调把学习置于复杂的有意义的问题情境中，通过让学习者以小组合作的形式共同解决复杂、实际或真实性的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，以促进他们解决问题、自主学习和终身学习能力的发展。目前 PBL 教学法已成为国际上流行的一种教学方法，也逐渐成为我国高等院校药理学教育模式改革的趋势[16]。PBL教学法的优点：①学生学习的积极性、主动性及求知欲望得到有效提高；②学生的能力和素质得到很大提升；③有利于学生对药理专业知识的理解、解疑和记忆。

3.5 P+L BL双轨教学法

PBL和LBL双轨教学法（problem-based learning and lecture-based learning method，P+L BL），强调传统与创新有机结合的教学理念，这样可以相互取长补短，提高教学效果[17]。在前期理论学习时，教师针对专题内容采用LBL教学法讲授理论知识，随后与PBL教学法相结合，笔者选择吗啡、糖皮质激素等临床用药信息多的典型案例，编写成用药讨论病例，列出系列讨论题如作用机制、主要特点、临床适应证、不良反应以及禁忌证供学生讨论使用。教师要发挥积极的引导作用，并相应地通过竞赛给予学生适当的奖励。学生为解决一个实际问题，获得一个理想的结果，就会通过积极查阅教科书和参考文献以及通过小组为单位相互交流，加深对所获得知识的印象和提高解决问题的能力，在讨论过程中可以反复循环地查找资料-交流-讨论，直到问题得到解决。该教学法的优点：该方法既引入了PBL教学法在教学内容、方法和手段上的创新性，又避免了PBL教学法可能存在的知识面不全面、基础不扎实的局限性，培养和增强了学生多方面的能力，大大提高了学生的综合素质。

通常笔者还会针对班级中不同民族同学的数量多少，以编组的方式，对于民族地区常见的多发病，如有机磷农药中毒、风湿性疾病、疼痛、癌症等，选择某种特定疾病，请各组根据所学知识，比较本民族和西医治疗相关疾病的异同点，结果发现学生反响强烈，参与的积极性很高。通过P+L BL双轨教学法的初步尝试，学生学习的积极性极大地调动起来，学习效果令人满意。

3.6 《药理学》其他教学法

笔者所在的《药理学》教研团队自2008年开始，还另外对《药理学》尝试采取了中英双语教学法（bilingual teaching method）、本科导师制教学（undergraduate tutorial system teaching，UTST）和探究式学习法（ enquiry learning，EL）等方法。由于大部分学生的基础较差，教学效果不太理想。由此，笔者对中国高等院校盲目推崇双语教学一直是反对的，对于生源质量较高的名校来说，推行双语教学是件锦上添花的事情，但是对于民族院校的学生，这种做法很值得商榷，因为有些学生连普通话的水平都比较低下，再采取中英双语教学，学生无异于听天书，很难确保教学效果，正如总理批评“形象工程”所说的“捡了面子（形式），丢了里子（教学效果）”，希望民族院校高等教育管理者不要为了“面子”工程进行盲目指导和安排，否则，真正受害者是学生。药理学是一门实验学科，其实践性很强，如果授课教师能把自己的科研成果纳入到教学中来，引导学生采取探究式学习法，有助于将掌握理论知识和培养实验动手技能完美结合。因此，本科导师制教学和探究式学习法的教学效果要显著优于双语教学。科研促进教学，笔者在学生处于大二阶段时就开始接纳对药理实验研究感兴趣的同学，帮助他们申请大学生各项创新课题，并且使他们在老师和研究生的指导下全面加入到老师承担的相关课题的研究中去。结果显示，学生参与的积极性很高，有的还主动放弃寒暑假的休息时间进行药理学相关的科研实验，并取得了累累成果。笔者经过多年的教学实践与改革，还发现任何一种教学方法都会有或多或少的缺陷，只有多管齐下，有机结合一些先进的教学理念和方法，教学效果才比较明显。这与许多教学有识之士的观点不谋而合[18-19]。

4 民族院校《药理学》教育改革的实践与体会

笔者自2006年9月正式从事民族院校《药理学》教育改革与实践以来已经有8年。在此期间，带领药理教研室相关老师编写了适合民族院校《药理学》教学培养方案和实验教材，笔者教学团队创建的《药理学》课程被评为中南民族大学校级精品课程（jpx08024）。本人承担的《药理学》教改项目“民族院校药理学及其实验教学的研究与改革（2008～2011年）”以优秀成绩结题。仔细梳理这8年的《药理学》教学效果，笔者发现收获还是非常令人满意的，如历年《药理学》考试成绩显示，优秀率在50%以上，及格率超过了92%，历年来学生在参加研究生入学考试中，药理学的成绩都明显高于其他科目；课题组指导的毕业论文先后有20多人次获得了湖北省优秀学士论文奖；笔者指导的赵丽君和陶珊珊同学分别获得2013级全国大学生药学专业实验技能竞赛一等奖和二等奖；还有蔡俭和米雪分别获得了教育部高等学校药学类专业教学指导委员会组织的2013年第六届全国大学生“药苑论坛成果创新”三等奖。目前本课题组还承担着6名国家级大学生创新训练计划项目，其中有2项已经顺利结题。从教研结果来看，民族院校的《药理学》只要坚持正确的教学方法，努力开拓，持之以恒，学生就一定能给你一个惊喜结果。

总之，民族院校存在学生生源质量较差、层次参差不齐、基础薄弱、知识背景欠缺、学习和沟通能力较差等特点，只要针对这些问题，对症下药，积极寻找适合民族院校特点的《药理学》教学规律和方法，改变传统教学中填鸭式的教学模式，充分调动学生的积极性和主动性，提高学生的学习兴趣，培养学生综合运用知识的能力及创新思维和意识[20]，民族院校的《药理学》教学质量和教学效果完全可以达到与全国普通高校甚至是重点大学同等的程度。

[参考文献]

[1]杨胜才.论民族院校独特的文化功能[J].高等教育研究，2006，27（10）：12-16.

[2]苏德，吕佩臣.民族院校办学特色发展之若干思考[J].中央民族大学学报（哲学社会科学版），2010，37（3）：67-71.

[3]金凤，徐尚福，聂晶，等.促进药理学教学改革，培养创新型医药人才[J].基础医学教育，2014，16（5）：345-347.

[4]祝琴.论地方民族院校研究生思想政治教育存在的问题及对策[J].继续教育研究，2014，（1）：64-66.

[5]陈光亮，甘亚丽，李莉，等.对药学专业药理学教学的几点建议[J].西北医学教育，2010，18（2）：326-329.

[6]尹桂华.浅谈药理学教学改革[J].中国药房，2011，22（16）：1533-1534.

[7]杨秀芬.提高高等中医药院校药理学教学质量的策略探讨[J].时珍国医国药，2008，19（2）： 770-771.

[8]蔡际群.学习哈佛教学新理念搞好药理学课整合教育[J].中国高等医学教育，2002，（2）：57-58.

[9]Srinivasan M，Wilkes M，Stevenson F，et paring problem-based learning with case-based learning： effects of a major curricular shift at two institutions [J].Acad Med，2007， 82（1）：74-82.

[10]来丽娜，郑王巧，郭春花.案例教学法在药理学教学中的应用及体会[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2010，12 （2）：149-151.

[11]Azer SA，Hasanato R，Al-Nassar S，et al.Introducing integrated laboratory classes in a PBL curriculum： impact on student's learning and satisfaction[J].BMC Med Educ，2013，13：71.

[12]马行，谷淑玲，夏安周，等.多媒体教学手段与传统教学手段在药理学教学中合理应用的探讨[J].中华医学教育杂志，2006，12（26）：57.

[13]黄展勤，石刚刚.计算机辅助教学在药理学教学中的应用探讨[J].继续医学教育，2003，17（4）：48-49.

[14]符丽娟，杨育红，刘婉珠.案例教学法在药理学教学中的实践与探索[J].中国现代医学杂志，2011，21（14）：1688-1690.

[15]Neville AJ，Norman GR.PBL in the undergraduate MD program at McMaster University： three iterations in three decades [J].Acad Med，2007，82（4）：370-374.

[16]曲香芝.启发式教学法在药理学教学中的应用[J].西北医学教育，2010，18（3）：528-530.

[17]蓝星莲，潘龙瑞，龚新荣，等.PBL教学法在药理学教学中的实践和探索[J].医学教育探索，2007，6（12）：1133-1135.

[18]于丽君，张福中.PBL+LBL双轨教学模式在临床药理学教学中的应用[J].内蒙古民族大学学报，2010，12（3）：210-212.

[19]廖长秀，韦健全，赖术，等.以培养学生学习兴趣为导向的药理学教学模式[J].西北医学教育，2011，19（5）：1010-1012

集成电路的原理范文第4篇

【关键词】集成电路 理论教学 改革探索

【基金项目】湖南省自然科学基金项目（14JJ6040）;湖南工程学院博士启动基金。

【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0255-01

随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展。集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1]。因此，对集成电路相关人才的需求也日益增加。目前国内不仅仅985、211等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了相关课程。课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装与测试等[2]。随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型以及可发展型的本科人才显得日益重要。然而，从目前我国各普通院校对集成电路的课程设置来看，存在着重传统轻前沿、不因校施教、不因材施教等问题，进而导致学生对集成电路敬而远之，退避三舍，学习积极性不高，继而导致学生的可发展性不好，不能适应企业的要求。

本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了本校当前“集成电路原理与应用”课程理论教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校电子科学与技术专业学生的专业兴趣，培养学生的创新意识。

1.“集成电路原理与应用”课程理论教学存在的主要问题

1.1理论性强，课时较少

对于集成电路来说，在讲解之前，学生应该已经学习了以下课程，如：“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”等。但是，由于这些课程的理论性较强，公式较多，要求学生的数学功底要好。这对于数学不是很好的学生来说，就直接导致了其学习兴趣降低。由于目前嵌入式就业前景比较好，在我们学校，电子科学与技术专业的学生更喜欢嵌入式方面的相关课程。而集成电路相关企业更喜欢研究生或者实验条件更好的985、211高校的毕业生，使得我校集成电路方向的本科毕业生找到相关的较好工作比较困难。因此，目前我校电子科学与技术专业的发展方向定位为嵌入式，这就导致一些跟集成电路相关的课程，如“微电子工艺”、“晶体管原理”、“半导体物理”等课程都取消掉了，而仅仅保留了“模拟电子技术”和“数字电子技术”这两门基础课程。这对于集成电路课程的讲授更增加了难度。“集成电路原理与应用”课程只有56课时，理论课46课时，实验课10课时。只讲授教材上的内容，没有基础知识的积累，就像空中架房，没有根基。在教材的基础上额外再讲授基础知识的话，课时又远远不够。这就导致老师讲不透，学生听不懂，效果很不好。

1.2重传统知识，轻科技前沿

利用经典案例来进行课程教学是夯实集成电路基础的有效手段。但是对于集成电路来说，由于其更新换代的速度非常快，故在进行教学时，除了采用经典案例来夯实基础外，还需紧扣产业的发展前沿。只有这样才能保证人才培养不过时，学校培养的学生与社会需求不脱节。但目前在授课内容上还只是注重传统知识的讲授，对于集成电路的发展动态和科技前沿则很少涉及。

1.3不因校施教，因材施教

教材作为教师教和学生学的主要凭借，是教师搞好教书育人的具体依据，是学生获得知识的重要工具。然而，我校目前“集成电路原理与应用”课程采用的教材还没有选定。如：2012年采用叶以正、来逢昌编写，清华大学出版社出版的《集成电路设计》;2013年采用毕查德・拉扎维编写，西安交通大学出版社出版的《模拟CMOS集成电路设计》;2014年采用余宁梅、杨媛、潘银松编著，科学出版社出版的《半导体集成电路》。教材一直不固定的原因是还没有找到适合我校电子科学与技术专业学生实际情况的教材，这就导致教师不能因校施教、因材施教。

2.“集成电路原理与应用”课程理论教学改革

2.1选优选新课程内容，夯实基础

由于我校电子科学与技术专业的学生，没有开设“半导体物理”、“晶体管原理”、“微电子工艺”等相关基础课程，因此理想的、适用于我校学生实际的教材应该包括半导体器件原理、模拟集成电路设计、双极型数字集成电路设计、CMOS数字集成电路设计、集成电路的设计方法、集成电路的制作工艺、集成电路的版图设计等内容，如表1所示。因此，在教学实践中，本着“基础、够用”的原则，采取选优选新的思路，尽量选择适合我校专业实际的教材。目前，使用笔者编写的适合于我校学生实际的理论教学讲义，理顺了理论教学，实现了因校施教，因材施教。

表1 “集成电路原理与应用”课程教学内容

2.2提取科技前沿作为教学内容，激发专业兴趣

为了提高学生的专业兴趣，让他们了解“集成电路原理与应用”课程的价值所在，在授课的过程中穿插介绍集成电路设计的前沿动态。如：从IEEE国际固体电路会议的论文集中提取模块、电路、仿真、工艺等最新的内容，并将这些内容按照门类进行分类和总结，穿插至传统的理论知识讲授中，让学生及时了解当前集成电路设计的核心问题。这样不但可以激发学生的好奇心和学习兴趣，还可以提高学生的创新能力。

2.3开展双语教学互动，提高综合能力

目前，我国的集成电路产业相对于国外来说，还存在着相当的差距。要开展双语教学的原因有三：一是集成电路课程的一些基本专业术语都是由英文翻译过来的;二是集成电路的研究前沿都是以英文发表在期刊上的;三是世界上主流的EDA软件供应商都集中在欧美国家，软件的操作语言与使用说明书都是英文的。因此，集成电路课程对学生的英语能力要求很高，在课堂上适当开展双语教学互动，无论是对于学生继续深造，还是就业都是非常必要的。

3.结语

集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段。虽然集成电路的发展日新月异，但目前集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距。因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓。基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程理论教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义。

参考文献：

集成电路的原理范文第5篇

文章编号：1671-489X（2014）18-0094-03

集成电路测试是集成电路产业不可或缺的一个重要环节，其贯穿了集成电路设计、生产与应用的整个过程。集成电路测试技术的发展相对滞后于其他环节，这在一定程度上制约了集成电路产业的发展。集成电路测试产业不但对测试设备依赖严重，对测试技术人员的理论基础和实践能力也有着较高要求。为应对上述挑战，加强电子类学生的就业竞争力，就要求学生在掌握集成电路工艺、设计基础知识的同时，还需具备集成电路测试与可测性设计的相关知识[1-2]。

目前，国内本科阶段开设集成电路测试与可测性设计课程的高校较少，学过的学生也多数反映比较抽象，不知如何学以致用。究其原因，主要是教学环节存在诸多问题[3]。为了提高该课程教学质量，本文对该课程教学内容、方法进行了初步的探索研究，以期激发学生的学习主动性，加深对该课程的理解和掌握。

1 理论教学结合实际应用

在理论教学中结合实际应用，有助于学生明确学习目的，提升学习兴趣。因此，讲授测试重要性时可以结合生活中的应用实例来展开。如目前汽车中的ABS电路如果不通过测试，将会造成人员和汽车的损伤；远程导弹中的制导电路不通过测试，将无法精确命中目标；制造业中的数控机床控制电路，交通信号灯的转向时间显示电路，家电产品中的MP3、MP4解码电路等，均需进行测试等。通过这些介绍，可以使学生了解测试的重要性，从而能更加主动地去掌握所学知识。

2 合理安排教学内容

针对集成电路测试与可测性设计的重要性，电子类专业在本科生三年级时开设集成电路测试与可测性设计课程。该课程的教材采用以中文教材《VLSI测试方法学和可测性设计》（雷绍允著）为主、以英文原版教材《数字系统测试与可测性设计》（Miron Abramovici著）为辅的形式，结合国外高校的授课内容和可测性设计在工业界的应用，对课程内容进行设计。课程定为48学时，课程内容大致分为集成电路测试、可测性设计和上机实验三个部分。

集成电路测试 这部分内容安排20个学时，主要讲解集成电路的常用测试设备、测试方法、集成电路的失效种类、常用的故障模型以及故障检测的方法。组合逻辑电路测试着重讲解测试图形生成方法，主流EDA软件核心算法，包括布尔差分法、D算法、PODEM以及FAN算法等。时序电路测试讲解时序电路的测试模型和方法，介绍时序电路的初始化、功能测试以及测试向量推导方法。

集成电路可测性设计 这部分内容安排16个学时，主要讲解集成电路专用可测性设计方法如电路分块、插入测试点、伪穷举、伪随机等一些较为成熟的可测性设计方法。同时讲解工业界较为流行的可测性设计结构。

上机实验 这部分内容安排12学时。目前主流测试与可测性设计EDA软件Synopsys属于商业软件，收费较高，难以在高校普及使用。为此，本课程选取开源软件ATALANTA和FSIM并基于ISCAS85标准电路，进行故障测试图形生成实验。此外，通过在实验手册中编排基于Quartus软件的电路可测性结构设计等内容，将实验和理论讲解有机结合。

3 培养学生举一反三的能力

创设问题情境，启发学生自主利用已学知识，积极思考、探索。如在讲授组合逻辑故障测试向量生成时，以较为简单的组合逻辑为例，对图1提出以下问题[4]。

1）为了能够反映在电路内部节点所存在的故障，必须对故障节点设置正常逻辑值的非量，这个步骤称为故障激活。对应于图1，如何激活故障G s-a-1？

2）为了能够将故障效应G传播到输出I，则沿着故障传播路径的所有门必须被选通，也就是敏化传播路径上的门。对应图1，如何传播故障G s-a-1？

3）根据激活和敏化故障的要求，如何设置对应的原始输入端的信号值？

通过提问思考和共同探讨，问题得以解决，学生印象深刻，对后续理解各种测试向量生成算法奠定基础。

4 实例讲解

集成电路测试与可测性设计是一门理论化较强的课程，学生在学习过程中可能会产生“学以何用”的疑问。为消除这些疑问，加强学生学习兴趣，明确学习目的，需要授课教师在课程讲解过程中穿插一些测试实例。为此，本课程以科研项目中所涉及的部分测试实例为样本，结合学生的掌握和接受能力加以简化，作为课堂讲解实例。

下面以某个整机系统中所涉及的一款数字编码器为例，进行功能和引脚规模的简化，最终形成图2所示的简化编码器原理图。针对该原理图和具体工作原理，讲解该编码器的基本测试方法和过程。

图2所示编码器有四个地址输入引脚（A0～A3），一个电源引脚VDD（5 V），一个时钟输入引脚CLK，一个输出引脚DOUT和一个接地引脚GND。在地址端（A0～A3）输入一组编码，经过编码器编码，在DOUT端串行输出。编码的规律如图3所示，编码输出顺序（先左后右）：A0编码A1编码A2编码A3编码同步位。

该测试实例主要围绕功能测试来进行具体讲解。功能测试通过真值表（测试图形）来验证编码器功能是否正确。编码器输入引脚可接三种状态：高电平（1）、低电平（0）和悬空（f）。本实例只列举三组真值表来对该编码器进行测试，即输入引脚分别为1010、0101、ffff。真值表中的每一行代表一个时钟周期（T）。H（高电平）和L（低电平）代表编码器正确编码时DOUT引脚的输出电平。针对1010的输入，参照图3编码规律和表1编码顺序，DOUT输出按A0 A1 A2 A3（1010）顺序实现编码，具体真值表如图4所示。

图4中Repeat n（n为自然数）代表重复验证该行n个时钟。该测试图形通过测试系统的开发环境编译器编译成测试机控制码，发送给测试系统控制器。测试系统发出被测电路所需的各种输入信号并捕获被测电路的输出引脚DOUT信号。当实际测试采样DOUT引脚所得信号与测试图形中的期望输出完全相符时，表示被测电路功能正确，测试通过。反之，则提示有错，编码器功能失效。同样，当输入分别为0101和ffff时，测试图形如图5、图6所示。

实际数字集成电路测试的过程远比上述过程复杂，本例中所讲解的功能测试是一种不完全测试，测试的故障覆盖率和测试效果有待商榷。然而，无论多复杂的功能测试，其主要测试原理基本类似。通过这样的测试实例讲解，能够让学生了解测试图形的功能，熟悉数字电路测试的大体过程和基本原理，加深对理论知识的理解。

5 重视与相关学科的交叉衔接

作为电子类的专业课，本课程横跨计算机软件技术、电路设计技术、数学、物理等多个领域。有鉴于此，在教学中应尽可能地体现集成电路测试与可测性设计与其他课程的关系，在教学中为后续课程打下基础。