集成電路教學全文(5篇)

摘要：為了培養(yǎng)率集成電路技術(shù)人才，在集成電路實驗教學中，提出采用PBL模式開展集成電路實驗教學，以問題為導向，分析電路原理、綜合CMOS工藝流程、完成集成電路設(shè)計任務(wù)。在集成電路實驗教學實踐中，根據(jù)教學目標制定問題，應(yīng)用PBL模式使學生加深理解CMOS工藝和集成電路功能實現(xiàn)之間的聯(lián)系，激發(fā)了學生的專業(yè)興趣，提高了教學質(zhì)量，具有良好的教學實踐價值。

關(guān)鍵詞：集成電路；PBL；實踐教學；創(chuàng)新能力

引言

在電子信息化時代，集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用、并直接影響日常生活、生產(chǎn)制造、和軍工國防，半導體集成電路已經(jīng)成為社會發(fā)展的重要生產(chǎn)力之一，為此需要大力發(fā)展半導體集成電路工業(yè)，大力培育半導體集成電路技術(shù)人才。高校實驗室是培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力重要基地，開展實踐與創(chuàng)新相結(jié)合的實驗教學，才能更多、更有效地培養(yǎng)滿足社會急需的微電子技術(shù)人才[1]。集成電路是一種技術(shù)更新周期非常短的行業(yè)，教學中傳統(tǒng)課程內(nèi)容不符合實際工作需要，過多的偏重于數(shù)字系統(tǒng)和模擬電路設(shè)計理論[2]，缺乏綜合性[3]，實踐性內(nèi)容較多、難度較大，對學生理論基礎(chǔ)要求高，學生積極性不高[4]，達不到實際的教學效果。為此把問題導向教學模式（ProjectBasedLearning，PBL）引入集成電路實驗教學，開展實驗教學探索，用問題引導學生將集成電路工藝和半導體器件的集成電路版圖設(shè)計結(jié)合起來，提高實驗教學質(zhì)量，實踐證明，采用PBL模式開展集成電路實驗教學，引導學生理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，具有良好的教學實踐意義。

1PBL教學模式

PBL是讓學生以小組的形式，自發(fā)地解決課程學習中的實際問題以及問題背后的科學真理，將學習過程置身于解決復雜問題的情景中，從而調(diào)動學生的主觀能動性[5]。PBL有三大基本要素：問題情境、學生和教師。首先從問題出發(fā)，問題情境是課程的組織核心，學生根據(jù)這一個問題情境，分析，尋找解決問題的最優(yōu)方法，理解問題在現(xiàn)實中的意義；學生是問題的求解者，學生經(jīng)過思考，在老師的指導下，通過小組合作，確定問題如何解決，通過這種途徑的學習，把新舊知識整合；教師是學生的解決問題的伙伴和指導者，在學生碰到困難時，進行解疑答惑，為學生解決問題營造良好的學習環(huán)境和氛圍[6]。在集成電路實驗教學過程中，由于集成電路加工設(shè)備非常昂貴，加工周期很長，在實驗教學中無法實現(xiàn)，為此在實驗教學中需要完成的教學目標是：學生根據(jù)CMOS工藝要求設(shè)計集成電路，而且設(shè)計的集成電路必須符合CMOS工藝流程和設(shè)計規(guī)則。在這個情景問題中，學生把CMOS工藝每一個步驟的具體內(nèi)容、CMOS工藝流程、電路原理、電路功能的學習內(nèi)容綜合起來，才能讓設(shè)計的集成電路在加工完成后實現(xiàn)預期的功能。

2PBL教學模式在集成電路實驗教學中的實施

0引言

高校專業(yè)及課程的設(shè)置應(yīng)該與社會發(fā)展相適應(yīng)，才能更好地發(fā)揮學校的功能，源源不斷地為相關(guān)產(chǎn)業(yè)輸送所需的人才，推動社會快速地發(fā)展?！秶壹呻娐樊a(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》明確指出：“集成電路產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導性產(chǎn)業(yè)，當前和今后一段時期是我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期和攻堅期?！币虼?，高校有必要加大集成電路相關(guān)專業(yè)及課程的改革力度，以滿足國家集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。

1集成電路設(shè)計相關(guān)教學的重要性

雖然改革開放以來，我們國家在幾乎各個領(lǐng)域都取得了舉世矚目的成就，甚至很多高技術(shù)電子產(chǎn)品也都可以自主研發(fā)。但是事實上，由于我們自己不能自主設(shè)計制造作為核心技術(shù)的集成電路，必須從國外購買，所以一方面給我們的國防、關(guān)鍵基礎(chǔ)行業(yè)等增加了不可預知的風險，另一方面也使我們相關(guān)產(chǎn)業(yè)的公司利潤極低，極大地制約了其發(fā)展。客觀地講，我國在集成電路技術(shù)研究方面的起步不算太晚，但是由于各種原因，前期進展緩慢，相反歐美日等發(fā)達國家卻抓住契機飛速發(fā)展，因此導致我們與這些發(fā)達國家的差距越來越大。1999年從德國學成歸來的王志功教授起草了《關(guān)于國家設(shè)立集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)專項基金，開展中國芯片工程的建議》，呈送給中央相關(guān)部委，得到了李嵐清副總理等中央領(lǐng)導的高度重視，進而制定了正確的發(fā)展戰(zhàn)略，從而使我國在集成電路領(lǐng)域掀起一輪研究熱潮。經(jīng)過十余年的發(fā)展、積累，我國集成電路相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善，且培養(yǎng)了大批具有相關(guān)知識背景的高素質(zhì)人才。隨后，國家也在政策資金等方面，不失時機地給以引導培育?！秶抑虚L期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020年）》《、電子信息制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》《、集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等重要文件中強調(diào)了要大力發(fā)展集成電路。尤其，在2014年6月工業(yè)和信息化部公布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，并隨后設(shè)立了“國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金”。高校肩負著為社會輸送所需的高素質(zhì)人才的使命，因此為了配合國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大戰(zhàn)略，高校應(yīng)該及時了解集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才素質(zhì)的需求變化，不斷審查、完善、革新集成電路相關(guān)的課程及教學。

2集成電路設(shè)計相關(guān)課程配置的協(xié)調(diào)性

無生產(chǎn)線設(shè)計模式稱為大陸集成電路產(chǎn)業(yè)的基本模式，更具體地講，當前集成電路產(chǎn)業(yè)主要分為設(shè)計、制造、封裝和測試幾個相對獨立的部分，相應(yīng)地，高校就應(yīng)該設(shè)立相應(yīng)的專業(yè)方向及課程，使學生能夠掌握相應(yīng)的專業(yè)技能，以便于畢業(yè)后能夠勝任相關(guān)領(lǐng)域的工作。然而，作為一個大學生來講，由于大學期間課程學時有限，不可能僅僅通過課堂的學習掌握所有知識，所以應(yīng)該有針對性地、系統(tǒng)地協(xié)調(diào)相關(guān)課程的學期安排及課程類型安排，一方面要保證每一方向課程體系的完整連貫性，另一方面又能給學生以足夠的自由選修其它的相關(guān)方向的課程。比如，大一可以安排認知實習或相關(guān)課程，通過深入淺出的講解，可以讓學生對整個集成電路產(chǎn)業(yè)鏈及技術(shù)鏈有一個宏觀的系統(tǒng)認識，也利于學生有目的性地選擇感興趣的、想深入學習研究的專業(yè)方向及其所需的相應(yīng)課程；大二、大三則應(yīng)該安排一些專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)選修課，一方面要考慮到覆蓋面、保證每個方向的課程完整性，另一方面要確保課程安排的順序正確，課程類型合適；大四可以安排方向性更強的專業(yè)限選課及畢業(yè)設(shè)計。集成電路設(shè)計、制造、封裝和測試又是密不可分的，王志功教授認為一個合格的集成電路設(shè)計人員應(yīng)該具備系統(tǒng)、電路、器件、工藝及工具幾個方面的知識。下面我們主要從具有代表性的集成電路設(shè)計角度來討論。具體到特定高校，特別是集成電路相關(guān)專業(yè)開設(shè)時間不長的高校，由于學科及課程設(shè)置的歷史原因以及集成電路相關(guān)師資力量、實驗環(huán)境建設(shè)需要時間周期較長，所以不可能一蹴而就地開設(shè)所有相關(guān)的課程。通常，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)專業(yè)比較強的院系課程會偏重系統(tǒng)、電路以及工具等，而傳統(tǒng)微電子專業(yè)比較強的院系則課程會更偏重工藝、器件、電路及工具等?？偠灾娐芳捌湓O(shè)計工具是集成電路設(shè)計的核心知識，因此我們也將以其為核心來討論，兼顧一下其它相關(guān)的課程。

3集成電路設(shè)計相關(guān)教學的實施建議

一、完善課程設(shè)置

合理設(shè)置課程體系和課程內(nèi)容，是提高人才培養(yǎng)水平的關(guān)鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)制定了該專業(yè)的課程體系，經(jīng)過這幾年教學工作的開展與施行，發(fā)現(xiàn)仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養(yǎng)方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。首先，在課程設(shè)置與課時安排上進行適當?shù)恼{(diào)整。對于部分課程調(diào)整其所開設(shè)的學期及課時安排，不同課程中內(nèi)容重疊的章節(jié)或相關(guān)性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設(shè)置中，“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程與“CMOS模擬集成電路設(shè)計”課程分別設(shè)置在教學第六學期和第七學期。由于“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程中是以門級電路設(shè)計為基礎(chǔ)，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結(jié)構(gòu)、特性、工作原理、基本參數(shù)、工藝和版圖等這些基礎(chǔ)知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設(shè)計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程中添加入相關(guān)知識，與“CMOS模擬集成電路設(shè)計”課程中本應(yīng)有的器件、工藝和版圖的相關(guān)內(nèi)容又會出現(xiàn)重疊。在調(diào)整后的課程設(shè)置中，先開設(shè)了“CMOS模擬集成電路設(shè)計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎(chǔ)知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程的學習中，對于應(yīng)用各器件進行電路構(gòu)建時會更加得心應(yīng)手，達到較好的教學效果，同時也避免了內(nèi)容重復講授的問題。此外，這樣的課程設(shè)置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設(shè)計大賽”的參與和競爭，避免因?qū)W期課程的設(shè)置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關(guān)的理論課程及實驗課程，從而出現(xiàn)理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發(fā)揮。調(diào)整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎(chǔ)理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經(jīng)驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環(huán)節(jié)，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經(jīng)驗。其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設(shè)計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設(shè)計的方法和流程。第三，在選擇優(yōu)秀國內(nèi)外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產(chǎn)品及技術(shù)、行業(yè)需求等方面提取教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣，實時了解前沿動態(tài)，使學生能夠積極主動地學習。

二、變革教學理念與模式

CDIO（構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行）理念，是目前國內(nèi)外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創(chuàng)新教育結(jié)合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)人才需求的沖突[4]。在實際教學過程中，結(jié)合黑龍江大學集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的“數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計”課程，基于“逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SARADC）”的課題項目開展教學內(nèi)容，將各個獨立分散的模擬或數(shù)字電路模塊的設(shè)計進行有機串聯(lián)，使之成為具有連貫性的課題實踐內(nèi)容。在教學周期內(nèi)，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應(yīng)用于實踐中，完成“構(gòu)思、設(shè)計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統(tǒng)地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設(shè)計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內(nèi)或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養(yǎng)學生善于思考、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創(chuàng)新能力，并可以通過對新結(jié)構(gòu)、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業(yè)論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數(shù)據(jù)報告，鍛煉學生撰寫論文、數(shù)據(jù)整理的能力，為接下來學期中的畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎(chǔ)還應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗，因此青年教師要不斷提高專業(yè)能力和素質(zhì)?？赏ㄟ^參加研討會、專業(yè)講座、企業(yè)實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經(jīng)驗，同時還應(yīng)定期邀請校外專家或?qū)I(yè)工程師進行集成電路方面的專業(yè)座談、學術(shù)交流、技術(shù)培訓等，進行教學及實踐的指導。

三、加強EDA實踐教學

首先，根據(jù)企業(yè)的技術(shù)需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實際和實驗教學緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗的同時增加學生就業(yè)及繼續(xù)深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎(chǔ)。2009—2015年，黑龍江大學先后引進數(shù)字集成電路設(shè)計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發(fā)的全定制集成電路EDA設(shè)計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設(shè)計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數(shù)眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)集成電路設(shè)計平臺的搭建，實現(xiàn)遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要[5]。其次，根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內(nèi)容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態(tài)機、分頻器、數(shù)顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設(shè)計和仿真分析，令學生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐返脑O(shè)計方法及流程，在了解企業(yè)對于數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計以及版圖設(shè)計等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關(guān)的EDA實踐內(nèi)容真正融會貫通，為今后就業(yè)做好充足的準備。第三，根據(jù)集成電路設(shè)計本科理論課程的教學內(nèi)容，以各應(yīng)用軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合多媒體的教學方法，選取結(jié)合于理論課程內(nèi)容的實例，制定和編寫相應(yīng)內(nèi)容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設(shè)計”和“數(shù)字集成電路設(shè)計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內(nèi)容課件；通過網(wǎng)絡(luò)平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。

四、搭建校企合作平臺

【摘要】為解決以往“模擬集成電路設(shè)計”課程教學中出現(xiàn)的學生課堂學習沒動力、課外作業(yè)忙應(yīng)付、考核方式不合理等問題，本文提出了一種該設(shè)計類課程的教學方法改革方案與措施。基于學生學習的特點，該教學方法主要從課程內(nèi)容新穎化、學習時間平時化、設(shè)計能力綜合化、教學手段多樣化、考核方式多元化等方面進行改革。該教學方法的特點主要為根據(jù)學生學習特點設(shè)置、注重平時的學習過程、課內(nèi)課外學習相結(jié)合。教學改革方案實施四年以來，受益學生約200人，教學效果良好，獲得了學生很高的評價。

【關(guān)鍵詞】模擬集成電路設(shè)計；課內(nèi)外結(jié)合；綜合評價

0引言

“模擬集成電路設(shè)計”課程是大學本科階段電子科學與技術(shù)專業(yè)的核心課程，在整個專業(yè)中起到承上啟下的作用。該課程以前期“電路原理”、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“微電子基礎(chǔ)”等專業(yè)課程為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生的模擬集成電路設(shè)計能力為目標，為后續(xù)“ASIC設(shè)計”等課程培養(yǎng)學生較完整的硬件設(shè)計能力提供基礎(chǔ)和知識儲備。通過本課程的學習，旨在使學生了解和掌握各種模擬集成電路的基本概念和原理；分析和設(shè)計各種模擬集成電路的基本方法；了解模擬集成電路設(shè)計中遇到的新問題及電路技術(shù)的新發(fā)展；能夠運用所學知識對簡單模擬集成電路進行電路分析、仿真和設(shè)計[1-2]。

1課程教學過程中存在的問題

以往該類課程教學中主要存在以下一些問題：（1）課堂學習沒動力以往的課堂教學，上課主要以教師講授為主，以介紹理論知識為多，比較注重知識的理論推導和證明，推導過程枯燥、復雜，課程內(nèi)容不形象。在這種“灌輸式“的授課形式下，學生被動地接受知識，課程學習枯燥，學習興趣不高，學習動力嚴重不足。（2）課外作業(yè)忙應(yīng)付在以往教學過程中，課外學習主要以書面作業(yè)為主，大部分同學作業(yè)馬虎、不認真，只為應(yīng)付老師而做，而且還存在抄襲的現(xiàn)象，作業(yè)的完成情況不能反映出學生對授課內(nèi)容的真實掌握水平。（3）考核方式不合理以往的考核方式主要以考試為主，期末考試成績所占比例很大，平時成績比例較小，這樣導致學生不重視平時的學習積累，考試前“押寶”、記題，考試“壓力山大”，所學的知識記憶也不深刻，仍然沒有牢固地掌握。綜合以上幾點學情，我們需要從課堂授課、課外學習以及考核方式這三方面對課程內(nèi)容進行改革。把從“老師教為主”的課堂授課形式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W生學為主”的形式，從“課堂教學為主”學習模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢n內(nèi)課外結(jié)合”的模式，從“注重結(jié)果”的評價方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Y(jié)果與過程相結(jié)合“的綜合評價方式。

2教學實施策略及方法

摘要：以集成電路設(shè)計課程為依托，針對微電子技術(shù)專業(yè)的學生，挖掘與專業(yè)核心課程關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，學習集成電路行業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策，在課程內(nèi)容中引入相關(guān)的企業(yè)案例。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；育人案例；效果評價 

引言

集成電路產(chǎn)業(yè)作為我國當今著力發(fā)展的戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)，對于我國微電子行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新來說具有十分重要的地位。隨著中興事件、華為事件、中美貿(mào)易戰(zhàn)等威脅到我國科技發(fā)展的眾多事件的發(fā)酵，國人也逐漸提高了對集成電路產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度。這有利于激發(fā)學生的愛國主義熱情和積極拼搏、努力奮斗的職業(yè)使命。

1教學設(shè)計的背景

我校自微電子技術(shù)專業(yè)開設(shè)以來，集成電路設(shè)計課程就應(yīng)運而生，前后經(jīng)歷了示范校建設(shè)、骨干院校建設(shè)、診斷改進等一系列的課程建設(shè)和改革，有著較深的育人理念和知識沉淀。作為一所高職院校本門課程的德育目標就是培養(yǎng)具有良好的職業(yè)道德，較強的專業(yè)能力、方法能力和社會能力，能滿足生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的德、智、體、美、勞全面發(fā)展的軍工特質(zhì)高素質(zhì)技術(shù)技能人才,因此將課程思政融入其中探索新的育人培養(yǎng)模式是非常有必要和有意義的。

2教學設(shè)計的實踐