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模拟集成电路原理与设计范文1
关键词：模拟集成电路；自适应加权；多目标优化；Pareto最优前沿
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）10-00-02
0 引 言
一直以来，人们都想实现模拟集成电路设计的自动化，但考虑到模拟集成电路性能指标多，各性能指标间互相影响等因素，使得模拟集成电路的自动化进程远远落后于数字集成电路，模拟集成电路已经成为制约集成电路发展的瓶颈。随着技术的发展，片上系统将模拟集成电路与数字集成电路整合到一块芯片上。但人们对模拟集成电路的自动化研究却从未中断过，同时也取得了一些成果，其中基于优化的设计方法因适用范围广而受到了人们的青睐。
基于优化的设计方法将模拟集成电路的设计看作是多目标优化问题，电路设计时的性能指标如增益、带宽、相位裕度等就是多目标优化的目标函数。通过多目标优化算法求解出电路目标空间的Pareto前沿，该前沿就是电路各种性能指标折衷后的最优前沿，允许电路设计者从一组相互冲突的设计指标中做出最佳选择。
基于优化的设计方法的核心是多目标优化算法，解决多目标优化问题的常用算法是加权和算法[1]，该算法容易理解、操作简单，但是该算法不能求出Pareto前沿上位于凹区间内的解，而当权值均匀分布时，Pareto前沿上凸区间内的解分布不均匀[2]。本文采用了自适应加权和算法，该算法在加权和算法的基础上改进而来，克服了加权和算法的上述缺点。
1 自适应加权和算法原理
自适应加权和算法[3]的权值系数没有预先确定，而是通过所要求解问题的Pareto前沿曲线获得。首先用传统加权和算法产生一组起始解，然后在目标空间确定需要细化的区域。将待细化区域看作可行域并且对该区域施加不等式约束条件，最后用传统加权和方法对这些需要细化的子区域进行优化。当Pareto前沿上的所有子区域长度达到预定值时，优化工作完成。
图1所示的自适应加权算法与传统加权和算法进行了对比，说明了自适应加权和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用实线表示，通过多目标优化算法获得的解用黑圆点表示。在该例中，整个Pareto前沿由相对平坦的凸区域和明显凹的区域组成。解决这类问题的典型方法就是加权和算法，该算法可以描述成如下形式：
上式中描述的是两个优化目标的情形，J1（x）和J2（x）分别为两个目标函数，sf1，0（x）和sf2，0（x）分别为对应的归一化因子，h（x）和g（x）分别为等式约束条件和不等式约束条件。
图1（a）为采用加权和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹区间内没有求出解。该图反映了加权和算法的两个典型缺点：
（1）解在Pareto前沿曲线上分布不均匀；
（2）在Pareto前沿曲线为凹区间的部分不能求出解。
因此尽管加权和算法具有简单、易操作的优点，但上述缺点却限制了其应用，这些固有缺陷在实际多目标优化设计问题中频繁出现。图1描述了本文所提出的自适应加权和算法的总体流程以及基本概念。首先根据加权和算法得到一组起始解，如图1（a）所示，通过计算目标前沿空间上相邻解的距离来确定需要进行细化的区域，如图1（b）所示，该图中确定了两个需要进行细化的区域。在确定需要进行细化的区域分别在平行于两个目标方向上添加额外的约束，如图1（c）所示，在该图中向减小方向J1添加的约束为1，J2减小方向添加的约束为2。对细化后添加完约束的区域用加权和算法优化，得出新解，如图1（d）所示，其中加权和算法求解最优解时采用Matlab中的fmincon函数。从该图中可看出，细化区域内产生了新解，Pareto前沿上解的分布较之前更加均匀，且求出了凹区域内的解，继续细化能够找出更多的解，Pareto前沿上的解也将分布地更加均匀。自适应加权和算法的流程图如图2所示。
2 两级运放设计实例
以一个带米勒补偿的两级运放[4]为例，说明自适应加权和算法的多目标优化设计。两级运放电路图如图3所示。
电路的各项性能指标如表1所列。
电路优化过程中采用工作点驱动[5，6]的设计方法，电路的设计变量为电路直流工作点上一组独立的电压、电流。电路性能通过方程获得，但方程中的小信号参数通过对工艺库进行模糊逻辑建模[7，8]得到，使得计算速度提高的同时保证了计算精度。两级运放电路的优化结果如图4所示。
图为算法迭代五代后的优化结果，由图可以发现，经过五代的优化迭代，求出的最优解在Pareto前沿上分布均匀。在同一电路中，单位增益带宽的增加与摆率的增加都会使功耗增加，而电路功耗降低导致的结果是电路的面积增加，或通过牺牲面积来换取低功耗，牺牲面积换取电路的带宽增加。这些结果与电路理论相吻合，同时也再次说明了模拟电路设计过程中的折衷以及模拟集成电路设计的复杂性。
3 结 语
自适应加权和算法能求出位于凹区间内的最优解，并且最优解分布均匀。本文通过两级运放电路验证了算法的优化效果，最终得到了满意的优化结果。
参考文献
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模拟集成电路原理与设计范文2
关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索
作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02
1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。
在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。
一、集成电路设计本科教学存在的主要问题
在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。
首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。
其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]
再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。
二、改革措施
鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。
1.增加实验教学量
现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。
在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。
2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导
“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。
对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。
3.增加就业相关基础知识含量
从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。
另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。
三、结论
集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。
参考文献：
[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).
模拟集成电路原理与设计范文3
关键词 半导体器件 半导体物理 教学思考
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2017）02-0058-02
随着半导体技术的发展，微电子技术已渗透到渗透到国民经济的各个领域。《半导体器件物理》是微电子技术的理论基础，是理解半导体器件内部工作原理的课程，是分析器件物理结构、材料参数与器件电学性质之间的联系，其提供了半导体物理与电子电路设计间的物理逻辑与数学联系，是基于CMOS工艺设计集成电路的必备知识。因而，在教学过程中，如何将物理图像、数学模型与电子电路设计间的关系讲解清楚，让学生从物理和集成电路设计的角度深层次理解半导体器件成为授课关键。
一、教学内容与预期
《半导体器件物理》是微电子科学与工程专业的重要专业基础课程，是在半导体物理课程基础上继续开展器件物理的分析、建模和应用，具有物理理论抽象、概念细节多、半导体物理与电路等学科知识相交叉等特点，学生学习较为困难。基于此，本课程授课以施敏先生著的《半导体器件物理》为主要教材，依据教学大纲和学生未来的工作实践，对《半导体器件物理》课程教学内容进行了调整、充实和删减。具体来说《半导体器件物理》教学内容可分为以下几部分：1）介绍半导体材料、PN结、半导体表面的特性等，2）讲解双极型、MOS型晶体管的结构和工作原理，3）分析几种有重要应用的半导体器件，如功率MOSFET、IGBT和光电器件等。[1，2]期望学生接受教学后的预期能力：1）能够深入理解半导体器件关键物理概念和能带理论；2）能够将半导体物理与半导体PN结的行为结合起来理解分析；3）能够以半导体PN结为基础理解几种不同的半导体器件；4）能够理解和提出新型半导体器件设计中的关键物理和电学问题。
二、教学方法及学生能力目标
本课程以课堂授课为主，同时引入小组和班级讨论、课后建模实践等互动教学方法，培养学生构建器件物理图像、建模和与电子电路设计综合联系的能力，独立发现、分析、解决器件问题的能力。同时基于《半导体器件物理》课程的特点，在教学手段上采用板书公式推导与多媒体器件模型演示为主，网络教学资源为辅，同时邀请集成电路产业半导体器件资深专家讲座等形式，提高学生掌握知识和设计实践的能力，提高教学质量。让学生渐进达到如下能力：（1）知道基本概念，（2）从理论上理解和解释，（3）能够根据器件理论做出计算、模拟和实际的器件应用，（4）对器件进行综合、设计、分析；（5）对器件能够从物理和电学的角度做出专业评价。
三、学生学习效果评价方式
为了客观评价每个学生的实际学习效果和激励学习兴趣，改革评价方式是十分必要的。在期末闭卷考试基础上，对成绩评价方式作如下新探索：增加平时成绩比例，每个月进行一次小测试，针对几个集成电路广泛应用的建模理论和半导体器件，要求学生从半导体物理的角度作出独立的分析报告，可以在课后查阅文献资料，并在后续课堂上进行交流讨论，增强学生独立思考与实践动手能力，培养学生深度器件分析能力。
课堂教学改革需要教师不断思考、总结与创新，即要传授知识，又要与学生互动反馈，让学生更深刻迅速的理解专业知识，并能灵活的实践运用。
参考文献：
[1]施敏等，耿莉等译.半导体器件物理[M].西安：西安交通大学出版社，2008.
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模拟集成电路原理与设计范文4
集成电路(IntegratedCircuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1_4]
一、集成电路版图设计软件平台
为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学(以下简称"我校”从2005年起借助于大学计划。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计 、 ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。56]
集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。
在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。
九天EDA软件系统包括设计管理器，原理图编辑器，版图编辑工具，版图验证工具，层次版图设计规则检查工具，寄生参数提取工具，信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。
二、集成电路版图设计的教学目标
根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。
在集成电路版图设计的教学中，首先对集成电路设计的_些相关知识进行回顾，介绍版图设计的基础知识，如集成电路设计流程，CMOS基本工艺过程，版图的基本概念，版图的相关物理知识及物理结构，版图设计的基本流程，版图的总体设计，布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验，讲解Unix和Linux操作系统的常用命令，详细阐述基于标准单元库的版图设计流程，指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图，使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上，让学生自主选择_些较为复杂的单元电路进行设计，如数据选择器、MOS差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS静态存储单元等，使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现，包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。7]
集成电路版图设计的教学目标是：
第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置，能识别基本单元的版图，根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改，利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能，能够根据版图提取单元电路的原理图。
第二，能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持，要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证，利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。
第三，能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能，这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段，版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化，并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。
第四，了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图，需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持，这些基本单元可以是不同类型的各种门电路，也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路，因此，理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。
三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍
下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。
1.内容和要求
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。
2.设计步骤
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件，确定不同层次颜色的对应，熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性，并作必要的修改，然后按照原理图上的连接关系作相应的连线，最后检查修改整个版图。
3.版图验证
打开终端，进入zse文件夹，键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器，正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件，阅读和理解其基本语句的含义，对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt，进入ZeniPDT版图编辑器，调出CMOS反相器的版图，在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改，利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错，贝懦要调用LDX工具，对版图上的错误进行修改。
4.设计提示
要很好的理解版图设计的过程和意义，应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触，版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的，在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多，金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作，这样可以大大缩小工作量，且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小，一般在版图设计上，P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离，层次本身的宽度的大小要适当，以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中，要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构，画出相应的电路原理图，进行ERC检查，然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后，对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注，然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证，利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查，修改其中的错误并优化版图，最后全部通过检查，设计完成。
五、结束语
集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识，提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力，为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此，在今后的教学改革工作中，除了要继续提高教师的理论教学水平外，还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节，努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起，培养学生的实际设计能力，开阔学生的视野，在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。
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模拟集成电路原理与设计范文5
【关键词】高等职业教育 模拟电子技术 教学方法
《模拟电子技术基础》作为高等职业院校电子、机电类等专业的一门重要的专业基础课程，理论性和实践性都很强。深入探讨其教学方法并有效实施，对学生熟悉掌握电子线路知识以及培养学生能力有着十分重要的作用。一直以来，作为一名担任专业基础的教学与研究的教师，在教学中，坚持“理论与实践并重”的教学理念，在理顺知识体系架构、高效发挥课堂教学效率的基础上，不断总结经验，使教学得到很好的效果。
第一步：整体把握、精选内容
明确课程在整个教学计划中的地位和作用、基本要求、基本内容和本课程与后续课程的联系，在分立元件构成的电子线路和集成电路构成的电子线路上，集成电路的应用范围迅速扩大，集成电路是在分立元件电子线路的基础上发展起来的，而从事电子技术工作必须熟悉分立元件电子线路。所以选择授课内容时，应以分立元件构成的单元电子线路为基础，以“分立元件电路为集成电路服务”的原则来突出集成电路，为进一步学习、研究和应用集成电路打好扎实的基础。
第二步：重点突出、应用为主
在教学内容上则突出高职教育的特点，主动适应社会实际需要，注重应用性、针对性，注重培养学生的应用能力和解决实际问题的能力。基础理论要以应用为目的，以必需、够用为度，以掌握概念、强化应用为重点。模拟电子技术基础有很强的实用性，对过去模拟电子技术基础偏重过细的计算，而对运用讲得偏少，特别是模拟集成电路的运用，学生毕业后工作有很难适应之感。传统的教学模式重在细节，而忽略了整体概念，不利于学生“应用能力”的培养。因此授课时应有侧重点，着重于新的思想、方法和应用，着重于所谓粗线条分析。应与实际电路相结合，让学生对电路的应用有更清楚、更实际的认识。
第三步：充分调动、主动学习
学生一般都有强烈的求知欲望和参与意识，上课时应充分调动学生的积极性。教师上课时，应先提出一些问题，让学生带着问题听课，并积极思考，与教师一起去解决问题。这样学生就能提高兴趣，增强学习的主动性。如在讲一个新电路时，可以从一个熟知的电路人手，设计一系列由浅入深、由易到难的问题，形成一个指向明确、思路清晰、具有内在联系的问题链引导学生不断地解决问题，不断地改进、完善，从而使一个原本简单、熟悉的电路逐渐演变成一个具有新功能和新特点的新电路。授课时，以提出问题、分析问题、解决问题为线索，提高学生分析、解决问题的能力。
第四步：读图训练、提高能力
读图即是阅读一些典型图例，弄清其信号通道、元件作用、电路功用及一些特殊环节的工作原理。《模拟电子技术基础》课程内容抽象，且很多概念有独立性，重复记忆少，学生难学易忘，并且往往是学完以后还不知这些知识用在何处，怎么联系。而一张综合电路图通常包含好几个单元的概念，覆盖面广，综合性强。读懂一张图可以帮助学生把各单元的知识，甚至其他学科的知识纵向、横向地联系起来，使知识系统化。同时，读图还是培养学生自学能力及分析判断能力的重要方法。实践证明，读图训练是提高学生学习兴趣、发展学生综合能力的有效途径，也是《模拟电子技术基础》课程一个必不可少的教学环节，它为教学双方提供了广阔的学习空间。
第五步：讲究方法、自主学习
《模拟电子技术基础》要求学生既要掌握一定的理论知识，又需要学会分析电子线路。要使学生尽快适应电子技术基础的学习，在传授知识的同时，关键还要教给他们正确的学习方法，提高他们的自学能力，培养良好的学习习惯。我要求学生课前进行预习，把不懂的内容记录下来。听课时，有重点地听课，这样才能提高学习效率。其次，要求学生会记笔记，教会学生做好课堂笔记，有利于学生接受和掌握新知识。再者，要求学生课后复习，巩固课堂所学知识，加深对所学知识的理解，使之掌握得更牢固。
第六步：结合实验、重在实际
电子技术基础是一门具有工程特点和实践性极强的课程，为帮助学生理解、应用所学的理论知识，应进行相应的实验。可以根据给定的实验电路图连线，然后测试电路的性能指标，让学生学会常用电子仪器的使用和测试方法，学会阅读和查阅电子器件（特别是集成电路块）的外引线和功能表，学会分析电子电路的故障和排除故障的方法，培养学生进行电子电路实验最基本的技能和实验动手能力，使学生毕业后能在很短的时间内适应工作环境，着手实际工作。注重实践，加强实验教学和实践活动，培养创新能力。现在的高职学生都具有文化程度参差不齐、理论基础水平较薄弱的特点，面对复杂且枯燥的理论推导以及难记的式子，学生往往缺乏学习热情。所以，在教学过程中我采用重实践、轻理论的策略，这样既能激发学生的学习热情，又能通过实践来掌握理论，在实践中巩固理论，用理论指导实践，从而达到较好掌握知识、提高实践能力、创新能力的目的。如在《模拟电子技术》半导体及放大电路教学中，其主要目的是使学生学习并掌握半导体器件的特性、使用、测试方法以及放大器工作原理等。我把一些实际单元电路小制作搬到课堂上，有针对性地把教材需要掌握的知识和单元电路融合起来，并且在实验报告编排上也下点工夫，就会收到事半功倍的效果。
【参考文献】
[1]李雅轩. 模拟电子技术，2000（9）.
模拟集成电路原理与设计范文6
模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。依据能力目标的不同，可以划分不同的任务类型，并据此确定任务目标，设计任务结构。
关键词：模拟电路电路设计教学模式
以大规模集成工艺为依托的各种数字电路问世以来，由于其相对模拟电路的高可靠性和灵活性，逐渐取代了各种传统的模拟电路的应用领域。但是现实的物理世界毕竟是模拟的，因此，任何数字化系统都包含有模拟电路部分，模拟电路并没有因数字电路的兴起而被完全取代。模拟电路课程仍然是电子工程、电气工程、自动控制、通信等涉电类专业的核心课程之一。
模拟电路课程的重要性还在于无论从工程技术还是专业能力结构而言，模拟电子技术都处于较为底层的位置，通过该课程的学习获取的知识、经验、工程技术方法是顺利学习上述专业几乎所有其它专业课程的基础。
模拟电路是教学难度相对较大的课程。其学习的困难性在于，学生是第一次接触以半导体器件为核心的有源电路；模拟电路“数字化”、结构化程度低，表现出的物理现象和涉及的数学工具又较为复杂；模拟电路的工程技术方法很难实现程序化，常常需要依赖经验知识解决问题。
电路设计是电子技术人员的工作邻域和具有典型性的工作过程，模拟电路设计过程相当完整地体现了模拟电路技术应用能力的内容和要求。构建基于模拟电路设计的学习任务，依据设计工作过程组织教学活动，能够较好地实现培养模拟电子技术应用能力的教学目标。
1、工作过程、能力与任务类型
一个较完整的电子系统电路设计的工作过程，包括：技术指标分析，方案设计，单元电路设计与参数调整，电路综合联调与性能测试。通过对模拟电路设计工作内容和过程的分析，完成电路原理设计过程必须具备的、应由模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。因此模拟电路课程的学习任务有4种类型：识读电原理图和技术资料、单元电路设计与电路综合、计算机仿真测试、编制设计文件。
单元电路设计与电路综合是基本任务，它引领其它类型任务和整个项目的实施完成。
不同类型的任务可以根据设计任务的需要和本身的复杂程度，作为单独的任务存在，与相关的设计任务共同组成学习项目，也可以作为完成设计的准备知识存在于设计任务之中。例如，反馈放大器设计可以作为一个学习项目，由识读反馈放大电路原理图、反馈放大电路性能分析、反馈放大电路设计3个关联的任务组成。
识读电原理图和阅读元器件技术文件是基本能力。电路设计，特别是在原理设计和电路结构设计时，极少原理性的创新，绝大多数是对已有电路的适用性改进和重新组合，这种改进和组合需要阅读已有的设计资料，借鉴他人的技术经验和成果；为提高电路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在电路中采用新出现的电子元器件，例如集成电路芯片，需要阅读生产方提供的产品规格书及典型应用电路。识读电原理图和技术文件对于形成和提高电路设计能力具有基础性的意义。
目前，电子电路计算机辅助设计（EDA）包括电子工程设计的全过程，例如系统结构模拟、电路特性分析、在系统可编程器件开发、绘制电路图和制作PCB。在电子工程设计中有着不可替代的重要作用，是电子工程技术人员必须具备的专业技术能力之一。在模拟电路课程的学习任务中，主要是指应用计算机完成电路图绘制、电路性能和参数的仿真测试与分析、编制设计文件等工作。
在电路设计的实际工作过程中，编写设计文件是重要的工作内容和不可缺少的环节。没有设计文件，无法进行初步设计完成以后的后继工作。对于学习任务而言，编写设计文件，是一个总结和提高的过程，有利于培养交流沟通能力和养成严谨的工作态度。设计文件也是判断和评价项目或任务完成情况的重要依据。
2、任务目标
(1)电路识读任务，是对针对设计任务收集技术资料（主要是可供设计参考的电路）并进行分析，属于电路设计的准备工作，任务的目的是为完成设计任务建立必要的知识储备。大致分为互相关联的3个层次：1)识别元器件符号、功能和主要技术指标。依据符号识别电路中的元器件是读图的基础，作为专业入门课程，对此应该给与一定程度的注意，要能够识别和了解符号的含义、主要器件功能和技术指标。根据电路中使用的核心器件，往往可以判断电路的功能。2)区分电路单元，判断电路功能。较复杂的电路系统都由单元电路构成，功能单一的单元电路也可以进一步分解为部分电路，例如放大器可分为输入级、中间级和输出级；稳压器可分为整流和稳压部分。对部分电路功能的分析，得出对整个系统功能的判断，并作为下一步工程估算的基础。3)指出电路的结构特点，估算分析电路技术指标。分析电路形式与结构，可以得出电路大致的技术性能指标，定性判断元器件参数对电路性能的影响。例如对放大器输入级、输出级电路形式和结构的分析，可以大致得出放大器的输入、输出特性；对中间级的分析，可以大致判断放大能力；依据级间耦合方式，可以判断放大器频率响应范围；甚至电源电压也可以据以分析放大器输出信号幅值。
(2)设计任务目标包括典型单元电路设计与电子线路综合设计，在定性分析的基础上实现定量估算，自顶向下完成初步的设计。依据设计工作过程，可以分解为以下阶段目标。1)正确理解任务要求，分析各项技术指标的含义。仔细研究任务的工程背景和要求，正确分析和理解各项技术指标的含义，分析实现任务要求的技术途径，这是完成设计的前提条件。2)设计总体框图，分配技术指标。参考与任务相同或相近的电路方案，选用能够满足技术指标要求的核心器件，完成方案论证。对于同一个任务，实现的方案可以有多个，应具备将不同方案加以分析、比较的能力，从中确定一种相对较优的方案。
依据选定的方案按照功能划分成若干个互相联系的模块，将技术指标和功能分配给各个模块。3)单元电路设计。依据模块的功能和技术指标要求，参考典型电路，确定电路结构，计算元器件参数完成单元电路的初步设计。4)仿真测试。模拟电路，比如放大器、滤波器等的参数比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标要求。要能够在计算机上对单元电路仿真测试，修改电路参数，观测性能指标，直至满足技术指标要求。5)电路联调，测试技术指标。在单元电路完成逐步设计的基础上，通常依据信号流向，逐级完成级联和调试直至全部电路调试完成，系统技术指标达到设计要求。这个过程是电路综合的过程，也可以在计算机上模拟仿真实现。
(3)仿真测试调整任务的目标是在电子电路设计过程中实现较为精确的量化分析。其作用主要表现在3个方面。[3]1)验证电路方案设计的正确性。当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，进而对构成系统的各单元电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。2)电路特性的优化设计。分析恶劣温度条件下的电路特性，计算分析器件容差对电路的影响量，用于确定最佳元器件参数、电路结构以及适当的系统稳定裕度，实现电路的优化设计。3)实现电路的模拟测试。电子电路的设计过程中大量的工作是元器件参数计算、各种数据测试及特性分析。在工程估算的基础上，通过仿真测试与分析加以调整，能有效提高设计工作的效率。4)技术文件编写要求在完成电路设计的同时编写尽可能详细的符合工程标准的技术文件，包括方案设计说明、原理框图、电原理图、原理与技术说明、元器件参数计算、技术指标与特性测试数据、元器件清单等。
3、任务结构及实施
一个典型的电路设计任务由工程背景描述、任务要求、基础知识学习、设计方法与步骤、电路设计等学习单元组成。
3.1工程背景描述
工程背景描述的内容主要包括电路功能、工程应用背景、技术发展背景介绍。工程背景描述的实质是“提出问题”，工程背景描述尽可能选择具有典型性的电子工程问题为实例，解决关于学习目标的问题。
3.2 任务要求
设计任务必须具备明确的工程应用背景，必须提出具体的设计要求（技术指标）。例如交流放大器设计任务，应明确提出工作频率、信号源、输出特性、输入特性、工作稳定性等要求等技术指标。提出任务要求，应依据由浅入深循序渐进的原则，从体现基本功能的一两个技术指标开始，逐步增加技术指标数量，提高设计难度。
3.3基础知识学习
基础知识学习包括任务分析、相关理论知识学习、参考方案与参考电路分析及相应的基础练习等。基础知识的学习包括理论知识、技术知识、经验知识和经验技能的学习。理论知识是重要的，因为它是能力的组成部分，同时对于学生的发展能力起到更为持续和关键的作用。在工程实践中学习和使用的理论知识才能被真正掌握并形成能力，因此应该以实现电路设计任务为依据，确定理论知识的学习内容和学习深度，力求将理论与实践、数学方法与物理概念更紧密地结合起来。
提供设计参考的电路必须是工程电路，但学习是一个循序渐进的过程，基础知识的学习会使用原理电路为学习对象，原理电路不能仅有电路结构和元器件标号，也要标注元器件主要参数，使学生在定性分析阶段就能对电路参数有直观的影像，逐步建立数量观念，这对于初次接触模拟电路的学生是十分重要的。
3.4设计方法与步骤
不同功能和结构的电路，具体的设计内容、方法与步骤各不相同。甚至同样功能的电路，技术要求不同，设计时考虑的重点、设计依据、电路结构等均有区别，但工程估算是贯穿整个设计过程始终的基本方法。
以反馈放大器为例，设计步骤如下:
选择反馈组态，选择反馈深度，选择反馈级数，确定放大级数，确定输入级、中间级、输出级的电路结构，计算电路参数，仿真测试和参数调整。容易理解，上述步骤都必定建立在必要的工程估算的基础之上。
3.5 电路设计
这是学生在相对独立的情况下，完成电路设计的过程。尽量采用与前面4个学习单元及撰写设计文件交叉进行的方式实施。
不同类型的学习任务，其结构不尽相同。但区别主要是在(4)、(5)两部分。
不同类型的学习任务以“定性分析、工程估算与仿真测试调整相结合”的方法实现。
4、结语
电路设计在知识的运用上不同于单纯的电路分析与计算，依据模拟电路原理设计过程构建学习任务，组织和实施教学过程，不仅能够有效控制理论知识学习深度，促使学生较为自主地获取经验知识，并在获取知识的同时实现知识转换为技术应用能力，更有利于实现培养学生模拟电路技术应用能力的教学目标。
参考文献
[1] Sergio Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安交通大学出版社,2009.
[2] 谢自美 等.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版社,2006.
[3] 赵世强 等. 电子电路EDA技术[M].西安电子科技大学出版社,2000.
[4] M.Herpy.模拟集成电路[M].高等教育出版社,1984.
