集成电路的基本原理

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集成电路的基本原理范文第1篇

【关键词】电子信息科学与技术微电子课程体系建设教学改革

【基金项目】大连海事大学教改项目：电子信息科学与技术专业工程人才培养实践教学改革（项目编号：2016Z03）；大连海事大学教改项目：面向2017级培养方案的《微电子技术基础》课程教学体系研究与设计（项目编号：2016Y21）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2018）01-0228-02

1.開设《微电子技术基础》的意义

目前，高速发展的集成电路技术产业使集成电路设计人才成为最抢手的人才，掌握微电子技术是IC设计人才的重要基本技能之一。本文希望通过对《微电子技术基础》课程教学体系的研究与设计，能够提高学生对集成电路制作工艺的认识，提高从事微电子行业的兴趣，拓宽知识面和就业渠道，从而培养更多的微电子发展的综合人才，促进我国微电子产业的规模和科学技术水平的提高。

2.目前学科存在的问题

目前电子信息科学与技术专业的集成电路方向开设的课程已有低频电子线路、数字逻辑与系统设计、单片机原理、集成电路设计原理等。虽然课程开设种类较多，但课程体系不够完善。由于现在学科重心在电路设计上，缺少对于器件的微观结构、材料特性讲解[1]，导致学生在后续课程学习中不能够完全理解。比如MOS管，虽然学生们学过其基本特性，但在实践中发现他们对N沟道和P沟道的工作原理知之甚少。

近来学校正在进行本科学生培养的综合改革，在制定集成电路方向课程体系时，课题组成员对部分学校的相关专业展开调研。我们发现大部分拥有电子信息类专业的高校都开设了微电子课程。譬如华中科技大学设置了固体电子学基础、微电子器件与IC设计、微电子工艺学以及电子材料物理等课程。[2]又如电子科技大学设置了固体物理、微电子技术学科前沿、半导体光电器件以及高级微电子技术等课程。[3]因此学科课题组决定在面向2017级电子信息科学与技术专业课程培养方案中，集成电路设计方向在原有的《集成电路设计原理》、《集成电路设计应用》基础上，新增设《微电子技术基础》课程。本课程希望学生通过掌握微电子技术的原理、工艺和设计方法，为后续深入学习集成电路设计和工程开发打下基础。

3.微电子课程设置

出于对整体课程体系的考虑，微电子课程总学时为32学时。课程呈现了微电子技术的基本概论、半导体器件的物理基础、集成电路的制造工艺及封装测试等内容。[4]如表1所示，为课程的教学大纲。

微电子技术的基本概论是本课程的入门。通过第一章节的学习，学生对本课程有初步的认识。

构成集成电路的核心是半导体器件，理解半导体器件的基本原理是理解集成电路特性的重要基础。为此，第二章重点介绍当代集成电路中的主要半导体器件，包括PN结、双极型晶体管、结型场效应晶体管（JFET）等器件的工作原理与特性。要求学生掌握基本的微电子器件设计创新方法，具备分析微电子器件性能和利用半导体物理学等基本原理解决问题的能力。

第三章介绍硅平面工艺的基本原理、工艺方法，同时简要介绍微电子技术不断发展对工艺技术提出的新要求。内容部分以集成电路发展的顺序展开，向学生展示各种技术的优点和局限，以此来培养学生不断学习和适应发展的能力。

第四章围绕芯片单片制造工艺以外的技术展开，涵盖着工艺集成技术、封装与测试以及集成电路工艺设计流程，使学生对微电子工艺的全貌有所了解。

4.教学模式

目前大部分高校的微电子课程仍沿用传统落后的教学模式，即以教师灌输理论知识，学生被动学习为主。这种模式在一定程度上限制了学生主动思考和自觉实践的能力，降低学习兴趣，与本课程授课的初衷相违背。[5]为避免上述问题，本文从以下几个方面阐述了《微电子技术基础》课程的教学模式。

教学内容：本课程理论知识点多数都难以理解且枯燥乏味，仅靠书本教学学生会十分吃力。因此，我们制作多媒体课件来辅助教学，将知识点采用动画的形式来展现。例如可通过动画了解PN结内电子的运动情况、PN结的掺杂工艺以及其制造技术。同时课件中补充了工艺集成与分装测试这部分内容，加强课堂学习与实际生产、科研的联系，便于学生掌握集成电路工艺设计流程。

教学形式：课内理论教学+课外拓展。

1）课内教学：理论讲解仍需教师向学生讲述基本原理，但是在理解运用方面采用启发式教学，课堂上增加教师提问并提供学生上台演示的机会，达到师生互动的目的。依托学校BBS平台，初步建立课程的教学课件讲义、课后习题及思考题和课外拓展资料的体系，以方便学生进行课后的巩固与深度学习。此外，利用微信或QQ群，在线上定期进行答疑，并反馈课堂学习的效果，利于老师不断调整教学方法和课程进度。还可充分利用微信公众号，譬如在课前预习指南，帮助学生做好课堂准备工作。

2）课外拓展：本课程目标是培养具有电子信息科学与技术学科理论基础，且有能力将理论付诸实践的高素质人才。平时学生很难直接观察到半导体器件、集成电路的模型及它们的封装制造流程，因此课题组计划在课余时间组织同学参观实验室或当地的相关企业，使教学过程更为直观，加深学生对制造工艺的理解。此外，教师需要充分利用现有的资源（譬如与课程有关的科研项目），鼓励学生参与和探究。

考核方式：一般来说，传统的微电子课程考核强调教学结果的评价，而本课程组希望考核结果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教学进度中的考核。课题组决定采用期末笔试考核与平时课堂表现相结合的方式，期末笔试成绩由学生在期末考试中所得的卷面成绩按照一定比例折合而成，平时成绩考评方式有随堂小测、课后习题、小组作业等。这几种方式将考核过程融入教学，能有效地协助老师对学生的学习态度、学习状况以及学习能力做出准确评定。

5.结语

集成电路的基本原理范文第2篇

【关键词】 电子设计竞赛；数字电子技术；模拟电子技术；教学改革

两年一届的全国大学生电子设计竞赛，为在校大学生开拓视野、促进理论和实践的结合、提高学生动手能力提供了平台。该比赛不但为中国电子信息领域的人才培养做出了贡献，也为促进电子类学科建设和课程教学改革，提高教学水平带来了深刻的启示。如何以电子设计竞赛为锲机，促进电子技术类课程的教学改革成为一个重要的课题。

一、电子设计竞赛的特点

1、竞赛试题的内容及要求

全国大学生电子设计竞赛试题有电源类、信号源类、无线电技术类、自动控制类、测量及仪器仪表类题目。涵盖了电子技术应用的各个方面，涉及数字电子技术、模拟电子技术、高频电路、单片机、传感器、可编程逻辑器件等[1]。竞赛要求参赛学生每3人一队分工协作，在规定的时间内完成题目要求，包括了电路系统的理论设计、实际制作和调试，最后交出制作的成品控制电路及设计报告。试题有基本要求部分和发挥部分，既考察学生的理论基础知识，也考察学生的实际动手能力、创新能力和相互协作能力。使学生在电路分析、设计、制作、调试等方面得到充分的锻炼,也使优秀学生有发挥其优势的余地[2]。

2、新技术、新观念的体现

为鼓励参赛学生使用新电路、新器件和新技术，体现“绿色产品、环保设计”的概念，近年来,一些大的电子器件公司也积极参与竞赛，为竞赛提供器件、设立奖项。例如在2011年大赛中可使用由瑞萨电子公司提供的专用板及瑞萨节能环保元器件，为学生接触新器件和新电路提供了机会。

3、竞赛的积极作用

根据电子设计竞赛的要求，参赛学生需要掌握电子技术中电路的基本分析、设计、制作及调试方法。参赛学生在备赛中都需要经过的一系列培训和磨练，基本具有较强的实践动手能力和分析问题、解决问题的能力，同时也具有较强的团队协作精神。具备这些技能，使他们就业时成为用人单位的首选。由此影响，使得近年来报名参赛的学生人数急剧上升，竞赛规模越来越大、参赛的学校越来越多。2011年第十一届，全国共有1062所高校11002支队伍，参赛学生33006名。但是由于现实客观条件限制，各学校参赛学生只能是各专业选的少数学生,受益面相对较小。

同时，通过几届电子设计大赛，从中暴露出一些问题:一方面是电子技术类课程教学中理论联系实际不够，新技术、新器件涉及少等；另一方面是学生在学习中综合运用知识能力不强、实践应用技能差等[3]。

如何借助电子设计竟赛的训练和培养模式,改革电子技术课程教学，将其特点与优势更好地发挥出来,使广大学生受益,成为当前亟待解决的问题[4]，由此给于了电子技术课程教学改革新的启示。

二、电子技术课程教学的现状

电子技术课程包含模拟电子技术和数字电子技术，是电子类专业重要的专业基础课，也是理论性和实践性都较强的课程。在传统的教学方法中，基本是以理论为主, 辅之以验证性实验。容易出现教学效率不高、教学效果不够理想等问题，其弊端主要表现在以下几个方面：

1、偏重基本原理，理论联系实际不够

传统的教学模式中，侧重基本理论教学，注重基本知识、基本原理及分立元件的内部结构和工作原理的介绍，而对元器件的工程应用实例介绍的比较少，使得理论和实践分离。两者在教学内容、考核等方面由不同的教师负责，互动较少。在有限的实验课中基本以验证性实验为主，设计性、综合性实验较少，学生只能接触到有限几个的器件，了解其简单功能，自己动手设计制作电路的机会少。

2、知识的综合应用少

模拟电子技术与数字电子技术任课教师不同，实验课内容不同，学生少有机会将两门课程的知识融会贯通应用。在分析简单电路时，学生可能比较顺利, 但要分析复杂电路或设计制作一个电路系统时，常常无从下手，画的电路图不实用，不知怎样合理应用器件，不会调试电路。这些严重制约学生创新意识的培养，阻碍学生主动探索的积极性、创新性。

3、新技术、新器件涉及少

当前电子技术的发展非常迅速，特别是新器件日新月异。然而长期以来，由于教材内容更新缓慢，跟不上实际生产和技术的变化，加之课时量的限制，教学中常常仅限于基本原理和中小规模集成电路本身。对如何应用新技术构建电子控制系统的技术和大规模新集成器件，几乎没有涉及。

三、电子技术课程教学改革的措施

在电子技术基础课程教学改革中应该突出基本原理与应用并重，课程之间的衔接及综合应用。在教学内容、方法和教学手段上要多样化，特别在实践教学中突出应用性、综合性和创新性。

1、理论教学的改革

对课程的内容进行适当的调整，在讲解基本原理的基础上，注重应用实例。例如，在数字电子技术中，大量精简压缩分立元件、小规模集成电路的内容；注重器件的外部逻辑功能、特点和重要参数，而对其内部结构不作太多的讲解。如在学习555定时器时，多用实例讲其功能和使用方法，并将在电子设计竞赛中用到的电路及所制作的电路板展示给学生。使学生对这一单元电路有更深刻的了解。

适当的开辟课堂讨论，改变传统的灌输式教学方法[5]。在生动、活跃的课堂气氛中培养学生的自主学习能力，变被动接受为主动思考。在讨论中，引导学生广开思路，对学生发言中暴露的问题及时给予解答，激发学生学习的兴趣和积极性。

2、实践教学的改革

集成电路的基本原理范文第3篇

电子电路课程是电工专业的专业基础课，也是非电工专业如计算机、机械等专业的非常重要的技术基础课程。电子电路课的主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好电子电路技术的理论基础，并接受基本技能的训练。学生学好该课程无论是对后续专业课程的学习，还是毕业以后的工作或者对继续深造都起着重要的作用。

1.教师的实践能力

经过几年的教学活动和参加产品开发研制工作，证明理论教学与实际结合是至关重要的。在电子电路课程中，学生最终应达到两个目标，一是会将实际电路抽象成电路模型，并能分析其原理，当电路出现故障时会修复;二是会分析已经绘出的电路模型，达到实现电路设计的目的。上述教学目标的实现，需具备两个条件，一是教师的实践能力，二是实验设备与手段。现任的成人高校教师中，90%是从应试教育的模式中培养出来的，他们中的绝大多数人都是从学校出来后直接进入教育岗位的。教师本身就没有实践经验，所以在教学中只能有意无意地避开实践环节。但这一现象导致了人才培养的恶性循环。因此，教师和学校都应从这一误区中尽快地走出来。教师是否了解学科技术的前沿，能否更多地将当前新工艺——现代新产品设计流程;新电子元件——目前广泛使用的新器件，新仪器产品——现代电子仪器的使用介绍等内容融入课堂教学是至关重要的。

2.学生的学习状况

在课堂教学中，开始学生还可以接受一些知识，但随着教学的深入，学生感到了困难，随之学习的兴趣越来越少，主动学习便是一句空话，学习者也就是为了应付考试，最终的教学目的很难达到。

3.实验课的现状

由于工科专业招生困难，大部分学校把经费都投向了计算机房等能马上收回成本、赚钱的项目上。因此，电工实验都在吃着老本，用着十几年前的仪器设备，跟不上现代工业的发展及电路设计的要求，实验质量也因此受到很大的影响。所以，合理地增加实验经费，更新实验设备已迫在眉睫。另外，课时的压缩，导致教师把重点放在知识的传授上，对于实践环节只用很少的课时，这对提高学生的动手能力是极为不利的。

二、电子电路教学方法探讨

1.注重基础知识的教学同时避免过于片面性

面对学生编写教材和教学时，模拟电子电路课程不易片面强调以集成电路为主，理由如下：

（1）模拟电子电路是学生第一次接触到的一门工程型、技术型、实用型的课程，它与先修课程“电路分析基础”和“信号与系统”有很大的差别。后者是讲述模型化电路和信号的分析方法，而电路的结构、元件的取值和信号的性质的不同并不影响分析方法的学习。但电子电路却是具有—定功能的实用电路，学生在学习模拟电子电路课程时，由于受习惯思维的影响，碰到的第一个疑点和难点是不理解电子电路课程的工程性特点;而且面对实际的电子电路进行分析和计算时，要引入有源器件参数的离散性和误差。考虑到这些基本因素，学生在学习电子电路的过程中是否能采用在一定的误差和容差范围内，忽略某些次要因数，而抓住主要矛盾来进行工程估算，使之既不失设计计算的正确性和可靠性，又能使分析和设计计算简单化。这种基本能力的培养，显然应该作为模拟电子电路教学的基本出发点，而片面强调以集成电路为主势必会削弱学生这种基本能力的培养和建立。

（2）模拟电子电路课的新概念多，所涉及的基本理论、基础知识和基本方法对专科生的培养起着重要的作用;而且课程的内容体系与其他相关的专业课程之间保持着紧密的衔接和交融，因此在基本概念的讲述上不能压缩篇幅。另外，概念清楚、基础理论扎实，也是灵活应用集成电路的关键。

（3）集成电路类型品种繁多，而且发展十分迅速，到底以哪些电路为主?即使花费很大力气讲清楚了几种，由于基础不扎实学生也不可能用好其他类型的集成电路。

（4）集成电路内部结构极为复杂，大量问题不是从电路的基本原理考虑，而是从工艺角度考虑的，从提高性能指标考虑的。若提倡以集成电路为主，很容易出现内部电路讲的过细的情况，影响了基本理论的学习。

（5）由于片面提倡以集成电路为主，有许多书籍用大量的篇幅讲集成电路的应用，例如运放组成的反向比例放大、同相比例放大、加法、减法等电路。其实这些内容十分简单，只要讲清楚分析问题的思路和要点即可，完全可以让同学自己分析。故集成电路的应用不宜延伸太宽。

从以上五个方面来看，片面强调以集成电路为主的提法容易偏离模拟电子电路课程的方向，不利于加强基本概念和基本理论的学习，不利于打牢基础。

2.以实例为基础，讲授课程的主要内容

为提高学生的学习兴趣，开始先提出一个实际问题，例如用比较通俗语言讲解“电视信号测量仪”的原理方框图，对“电视信号测量仪”产品的原理方框图，先提出问题，再解决问题，在解决问题中根据课程基础知识衔接问题，确定方框图中各个方框详细内容解剖的顺序，在讲解基本原理的基础上一个一个攻克。在学生的头脑中始终有一个主线——解决实际问题，课程的主要内容逐步展开，使学生清楚学习完某一个单元电路后，它可以解决什么问题，今后如何应用。

例如：介绍检波方框时，先介绍二极管的构成、符号和特性，在介绍二极管的各种用途时，重点讲解二极管的检波特性，即如何将交流电变为直流电的过程，同时使学生对单元电路和整体之间的关系有深入了解。又如讲解中频放大器方框时，从三极管入手，可将模拟电路的主要内容引出;在LCD显示方框中，可引出数字电路中许多常用的单元电路部件。

3.以实例为切入点，改进实验手段，培养学生的设计能力

在教学中尽量多地通过实例的引用，使课堂教学内容丰富，不断激发学生的学习兴趣。但增加实验课时与改进实验手段仍是实现培养目标的关键。首先应明确实验课已不是传统意义上的电路物理量的测量与计算、验证定理。随着计算机的迅速发展，实验应提供给学生电子自动化设计工具，如Pspice软件，该软件能够模拟电路的性能，可以把它引入到教学与实验中，课堂上以实例中的某一模块为切入点，用计算机模拟电路性能并进行输入输出测量，使学生对实际电路的性能有较直观的了解，并借助该软件分析电路。

4.在实验教学和实验室科学化管理中加强计算机的应用

集成电路的基本原理范文第4篇

下面以电信专业为例，看看如何使用专业术语。

1.熟悉通信系统控制原理，如：GSM系统构成，熟悉GSM空间接口以及频带分配，熟悉构成系统的移动交换中心(MSC)，基站系统(BS)和移动台(MS)的基本原理与控制。对手机的变革比较了解，如：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。熟悉SIM卡基本原理及手机与系统建立连接的呼叫过程。

2.精通手机的工作原理与电路分析，如：射频电路(RF)的三种接收机(RX)、三种发射机(TX)及各种频率合成器(SYN);逻辑电路(LOG)中的中央处理器(CPU)、版本(EPROM)、码片(EEPROM)及暂存(RAM)的硬件、软件工作原理。如：MOTOROLA公司手机测试程序HTBasic和它的程序编写。

3.熟悉手机的各种集成芯片(IC)如：电源、射频(RF)、功率放大器(PA)、合弦音等新型产品。

集成电路的基本原理范文第5篇

案列一：

北广的BGTV3151型的 8CH1KW电视发射机在工作中突发伴音全为“哗哗”声的噪音，无电视伴音的故障。经询问值机人员确认，故障为突然发生，并非伴音逐渐由正常伴音变为“哗哗”声的。故障发生后，值机人员果断改用备用激励器保证了播出正常。故障检修时首先检查送入音频信号正常。断开音频信号，用频率计测伴音中频为30.9MHZ。并且很稳定，查看说明书，伴音中频应为30.5MHZ，可以确定故障原因为伴音中频偏离，电视伴音为调频发送方式，伴音中频偏离后，电视接收机因无伴音载频而产生“哗哗”噪音。电视伴音中频为压控振荡器（VCO）产生，由锁相环电路进行频率稳定。基本原理如下：

检修时，将激励器断电后再通电，伴音中频能很快正常锁定，并且频率能很稳定地锁定在30.9MHZ。长时间通电测量频率也很稳定。初步判定压控振荡器、环路滤波器、分频器、鉴相器基本工作正常。

本中频调制器中采用集成电路MC45151P2，内部集成了外接晶振的标准信号振荡器、可编程分频器2、鉴相器。

用数字频率计测量晶振频率为3.2MHZ且很稳定，考虑到中频输出30.9MHZ很稳定，且正常锁相，由此判断晶振正常。晶振故障一般为不起振、振荡不稳、频率偏移，这会造成不能锁相的现象。

因集成电路MC45151P2 插装在板上的IC插座，更换集成电路MC45151P2后故障依旧。检查集成电路插座在线路板上的焊接及电路板连线均正常。整形电路、固定分频、环路滤波器部分故障都将导致不能锁相，维修陷入困境。

根据电路板绘制出集成电路MC45151P2分频器编程引脚接线方法，（如表1）

直接测量集成块分频编程地址11―25脚与地电阻与正常值比较发现13脚未接地， 13脚与插座接触不良，多次重新插入不行，判断IC插座内部断裂，造成分频器编程错误。用跳线集成电器13脚直接地后正常。

根据维修经验，一般IC插座接触不良通过重新拔插都能排除，本例中为内部断裂较为少见造成误判。

案列二：

一部大功率覆盖要程配发的北广的39CH1KW电视发射机，使用2年多，发生无伴音故障，对发射机加上视音频信号，开机测试，用耳机试听发现音频处理小盒处理后无音频信号输出。打开小合注入音频信号，用耳机顺信号流向检查发现音频信号到15K低通滤波网络处消失，断开L1测量发现滤波网络对地有15Ω阻值，确定有一电容短路。滤波网络如下图：

因滤波网络中对地电容较多，全为纸介电容，具体哪一只对地漏电不易确定，如每只拆下测量，极易损坏电路板。考虑到滤波网络中无对地电阻元件，于是用5v稳压电源串接20Ω功率电阻从L2和L3中间加在滤波网络上，利用漏电电容因有漏电流的存在会发热的特点，用手触摸各对地电容温度很快确定C8-3损坏。

同一发射机出现输出功率230瓦故障现象，有时早晨开机正常，但工作半小时后出现故障，故障时查看激励器输出功率正常，前级功放电流略有减小，三个未级工放工作电流均减小。同时根据据公式，额定功率1000W，故障时输出功率230W得出N=2，也就是某一通道中由两路功率放大损坏一路时出现的故障现象。查看图纸，只有前级功放采用功率二分配、放大、功率合成的方式，由此判断故障在前级功放中。前级功放中又由三级功放组成，每一级由功率分配成两路再合成组成如下所示：