模擬集成電路的分析與設計范文

導語：如何才能寫好一篇模擬集成電路的分析與設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 模擬集成電路設計；理論與實踐相結合；仿真實驗

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2013）30-0095-02

集成電路設計相關課程體系是各高等院校電子科學與技術、電子信息科學與技術等工科專業核心專業課程設置的重要組成部分，為大學生深入學習掌握集成電路設計的基本原理、分析方法、仿真方式等打下基礎。大多數理工科高校對電子類專業開設模擬集成電路設計和數字集成電路設計的課程，對學生進行綜合培養。對于模擬和數字集成電路設計，如果要深入到晶體管級進行分析和設計，那都必須進行原理的深入學習。而在現實工作中，數字集成電路設計主要是通過運用高級硬件電路描述語言基于門級對電路進行設計，晶體管級的原理分析只是理論基礎。模擬集成電路設計則必須完全深入晶體管級進行分析和設計，所以模擬集成電路設計更加繁瑣和復雜，對理論分析的要求也更高。

本文通過筆者多年來在模擬集成電路設計理論和實踐教學中積累的經驗和教學心得，對如何在繁瑣和復雜的教學中使學生更好地掌握知識體系進行探討。

1 教材的選擇

1.1 國外經典教材的參考

集成電路的設計國外特別是美國要領先中國幾十年的技術水平，如絕大多數高精尖端的芯片都是被INTEL、AMD、TI、ADI這樣的跨國巨頭所壟斷，在教學知識體系方面自然是美國的高校如斯坦福、加州大學等要比國內高校更加系統和完善。美國出版的多本教材更是被奉為集成電路設計的圣經，如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設計》、艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設計》等。但是即使是被奉為圣經的教材，雖然經典，也有其局限性。如拉扎維編著的《模擬CMOS集成電路設計》對電路的理論分析非常透徹且深入淺出，卻缺乏相應的仿真實驗來驗證其理論分析；而艾倫編著的《CMOS模擬集成電路設計》雖有部分仿真實驗來驗證其理論分析，但其理論分析又不如拉扎維的教材那么透徹和深入淺出。

1.2 國內教材的選擇

國內的高校雖然較國外高校而言在集成電路設計領域起步要晚，差距也很大，但是在近些年國家政策的大力扶持下，已經有了突飛猛進的發展。國內也有了幾本模擬集成電路設計知識講解得比較透徹的教材，比如：清華大學王自強編著的《CMOS集成放大器設計》就從簡單知識入手，講解淺顯易懂；東南大學吳建輝編著的《CMOS模擬集成電路分析與設計》分析比較透徹，講解自成體系。但是國內出版的教材也都缺乏相應的仿真實驗來驗證其理論分析。

針對國內學生在集成電路設計知識領域基礎比較差的現狀，可以選擇國內講解得比較簡單淺顯的教材為主線，并以國外經典教材為參考。

2 教學方法的改進

模擬集成電路設計作為電子科學與技術專業的一門專業核心課程，比某些專業基礎課程如電路原理、數字電子技術、模擬電子技術等要難度更大，也更為繁瑣和復雜。如果按照傳統方式進行講解，或者說僅僅是按照教材進行理論分析和推導，那么學生很難對這門知識深入理解和掌握。因此，在教學理論知識的過程中，穿教材中沒有的、可以驗證其相應理論的仿真實驗，這樣能夠更好地使學生理解和掌握理論知識。

2.1 以HSPICE仿真實驗為輔助

SPICE是一種可以用于電路仿真的工具，大家所熟知的有PSPICE，它是一種可以適用于分立原件的電路仿真工具，而HSPICE是在集成電路設計領域專業使用的高精度的仿真工具。專業的集成電路設計公司和研究所都是使用UNIX或LINUX環境下的大型專業工具軟件進行集成電路設計仿真，而筆者所在高校因為在此領域起步較晚，專業開設也較晚，專業實驗室也并不具備，所以并不具備很好的實驗條件來進行實驗輔助教學。因為HSPICE具有可以在Windows環境下方便使用的小型版本的軟件，所以可以很方便地用在課堂教學中。

2.2 理論與實踐相結合教學

在繁瑣復雜理論分析和推導的過程中，不斷地穿HSPICE仿真，來驗證理論分析和推導的結果，可以讓學生顯著加深對理論的理解和掌握。HSPICE仿真部分的內容是清華、復旦、東南大學等高校教師出版的教材里面都沒有詳細講解的內容，也是他們課堂理論講解過程中不會涉及到的知識。而在筆者所在高校以HSPICE仿真實驗為輔助，結合理論教學后，取得了積極顯著的教學效果，學生對理論知識的理解和課程考試成績都得到了大幅度的提升。以2008級到2010級電子類專業的學生為例，模擬集成電路設計課程考試得優率從22%提升到了43%以上，學生對此教學方法也是高度認同。

3 結束語

在我國大力實行人才戰略，強調人才培養的大環境下，筆者所在高校也響應國家號召，加強本科生培養，實施卓越工程教育，取得積極可喜的成績。國家在近些年大力支持集成電路設計的產業發展，國內在此領域也有了長足進步，但也更加需要更多的專業人才來滿足市場需求。在此背景下，本文積極探索和提高模擬集成電路設計的教學方法，取得長足的進步和發展，也得到學生的高度認同。筆者希望自己的經驗和方法可以為兄弟院校相關專業的教學提供參考和借鑒。

參考文獻

[1]Lazavi.模擬CMOS集成電路設計[M].西安：西安交通大學出版社，2003.

[2]Allen P E.CMOS模擬集成電路設計[M].2版.北京：電子工業出版社，2011.

[3]王自強.CMOS集成放大器設計[M].北京：國防工業出版社，2007.

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一、完善課程設置

合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現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，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，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構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設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“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，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“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎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節，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計的方法和流程。第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。

二、變革教學理念與模式

CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突。在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數模混合集成電路設計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SARADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，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用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。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，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質。可通過參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。

三、加強EDA實踐教學

首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009—2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，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進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，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。其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，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、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，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

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關鍵詞： 共模偏差； 寄生參數； 并聯； Calibre

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0122?03

A method of reducing the common mode deviation in layout

SHI Qin?qin， ZHANG Ke?feng， REN Zhi?xiong

（Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： The common mode deviation of differential output signals is commonplace during the layout design process. A two?stage operational amplifier with common feed?back （CMFB） structure is taken for example， the parasitic capacitors C+CC and parasitic resistors R of the layout are extracted to have post?simulation， through comparison， it is proved that the common mode deviation is mainly effected by parasitic resistors. According to the result， the parasitic resistor R of layout is screened by Calibre， and the main line affects the common mode deviation is. The common mode deviation of the differential output signals is reduced from 0.172 3 mV to 15.559 μV by decreasing the parasitic resistors through changing the lines into parallel connection.

Keywords： common mode deviation； parasitic parameter； parallel connection； Calibre

0 引 言

在版圖設計過程中經常會遇到差分輸出信號的共模點存在偏差等問題，尤其在設計高性能運算放大器的版圖過程中更是常見。運放是模擬電路的基礎，在LPF、VGA、ADC等電路中應用廣泛[1?2]，如何設計一個高性能的運放對模擬電路設計者而言尤為重要。設計者在電路級一般較容易實現高性能的要求，但是版圖設計過程中由于寄生效應的影響[3?5]，造成運放DC工作點發生偏移，嚴重時會直接導致電路不能正常工作。差分信號的共模點偏差是運放版圖設計過程中常見的一個問題，版圖設計者通常都會重點考慮版圖布局對稱性的要求而忽略某些敏感信號線的寄生效應對電路的影響。本文擬提出一種方法，通過 Calibre xRC提取寄生參數[6]進行后仿，采用排除法得到影響差分電路版圖共模點的走線，然后通過適當的優化設計減小該走線的寄生效應，從而使版圖的后仿結果達到設計要求。

1 方法介紹

1.1 問題說明

本文以帶共模反饋的兩級運算放大器電路為例說明該方法，電路結構如圖1所示，OPA1的差分輸入信號VIN_P，VIN_N經兩級放大后輸出差分信號VOUT_P，VOUT_N，OPA2為共模反饋電路，通過反饋電壓[VB1，][VB2]使運放輸出信號的直流點穩定。[Vbias1，][Vbias2，][Vbias3]為該運算放大器提供偏置電壓。

對于一個全差分運算放大器來說，進行版圖規劃和布局時，特別需要注意對稱性，本版圖采用TSMC 0.18 μm CMOS設計工藝，完成圖1電路的版圖設計之后，進行DRC，ERC驗證[7?8]；接下來運行Calibre xRC，提取R+C+CC寄生參數，生成CalibreView，用Spectre仿真config[9]得到版圖的后仿結果如圖2所示，從圖2可以看到共模反饋運算放大器的layout的共模電平相差0.172 3 mV。

1.2 解決過程

分析以上仿真結果，共模點的偏差一般來自于版圖走線寄生電阻的影響，寄生電容一般影響交流信號的擺幅和穩定性，所以首先驗證這一推斷。再次運行Calibre xRC，分別提取寄生電容C+CC和寄生電阻R并進行后仿，后仿結果對比如圖3所示，只提取寄生電容（見圖3（a））后仿差分輸出幾乎無共模偏差，而只提取寄生電阻產生了嚴重的共模偏差，很顯然，共模點的偏差主要由于寄生電阻的影響。

圖2 后仿差分輸出電壓（提取R+C+CC）

圖3 提取不同寄生參數后仿結果對比

為了對版圖每條走線所貢獻的寄生參數進行分析，運行Calibre RVE，結果如圖4所示。

圖4 運行Calibre RVE的寄生參數結果

通過對寄生電阻進行篩選，可確定影響版圖共模點值的主要走線，如圖4所示主要有16條，將RVE的結果復制到Excel，同時在運行Calibre xRC時去掉以上16條線，即不提取這些走線的寄生參數，通過驗證可知在沒有提取這16條線的情況下對版圖進行后仿結果正確，所以接下來的工作就是采用排除法找出對版圖影響最大的走線。

再次運行Calibre xRC，提取R+C+CC，在Outputs選項中將以上16條線規避，圖形界面如圖5所示；然后每次刪掉一組差分信號或者單個信號，迭代運行并仿真即可找到影響版圖性能的走線。

圖5 采用規避方法運行Calibre xRC

由仿真結果可知，在本文選擇的實例中走線XI118/NET47的寄生參數導致運放輸出共模點不對稱，反饋到版圖設計，對該走線進行優化。

1.3 版圖優化

版圖優化的主要目的是減小寄生效應，如果要減小寄生電阻主要采用并聯走線的方式，減小電容主要采用串聯走線的方式。金屬孔不是越多越好，孔本身存在寄生電阻，在滿足電流密度的情況下預留適當的余度進行打孔。

優化示意圖如圖6所示，可以看到最初的版本上下兩排金屬線的寄生電阻直接串聯，通過加入兩條金屬線將上下兩排走線連接起來，由于金屬線并聯的關系可以減小整體金屬寄生電阻，提高版圖的性能，實際優化對比如圖7所示。

圖6 版圖優化示意圖

圖7 實際優化對比

1.4 結果分析

經過以上優化過程，對圖1電路的版圖重新運行Calibre xRC提取R+C+CC，仿真結果如圖8所示，可以看到輸出差分信號的共模點由之前的0.172 3 mV減小為15.559 μV，如果進一步對版圖進行優化，或者在迭代的過程中多加入幾條金屬線的影響，該偏差會進一步減小。

圖8 優化后版圖后仿結果

2 結 論

本文提出的方法可大大減小在版圖設計過程中產生的差分信號共模點偏差，通過對Calibre RVE的仿真結果分析，結合Calibre xRC的使用和排除法找到影響版圖性能的走線，然后采用相應措施減小該走線的寄生效應提升版圖后仿性能。這種方法可應用于運算放大器、混頻器等射頻模擬集成電路的版圖設計。

參考文獻

[1] RAVAVI B.模擬CMOS集成電路設計[M].西安：西安交通大學出版社，2003.

[2] ALLEN P E. CMOS模擬集成電路設計[M].2版.北京：電子工業出版社，2005.

[3] 金善子.版圖設計中的寄生參數分析[J].中國集成電路，2006（11）：41?44.

[4] HASTINGS Alan.模擬電路版圖的藝術[M].2版.北京：電子工業出版社，2011.

[5] QUIRK Michael，SERDA Julian.半導體制造技術[M].北京：電子工業出版社，2009.

[6] 于濤，竇剛誼.基于Calibre工具的SoC芯片的物理驗證[J].科學技術與工程，2007，7（5）：836?838.

[7] Mentor Graphics Corporation. Calibre xRC user′s manual [M]. USA： Mentor Graphics Corporation， 2009.

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【關鍵詞】帶隙基準 過溫保護電路

1 引言

近年來，隨著工藝水平的進步，模擬集成電路設計也得到快速發展。在眾多模擬電路中，帶隙基準源是其設計中不可或缺的一個單元模塊，它為系統提供直流參考電壓。而在集成電路中由于電路功率較大，聚集的熱量使電路的溫度升高，因此采用合適的過溫保護電路保證電路正常工作。

2 電路的實現與分析

本文的帶隙基準及過溫保護電路如圖1所示。主要包括三個部分：啟動電路、帶隙基準核心電路、過溫保護電路。

2.1 啟動電路

啟動電路在電源上電時能驅使電路擺脫簡并偏置點。當電路上電初始，電路處于簡并偏置點狀態，輸出電壓為零，此時Vref通過反相器，輸出高電平使MN1管導通，對電容C充電，迅速提高MP2、MP5～MP7管柵極電位，使電路進入正常狀態。一旦Vref輸出高電平，驅使MN1管截止，啟動電路不工作。

2.2 帶隙基準核心電路

在帶隙的主體結構中，由于運算放大器的作用，該部分在負反饋下，保持 VA、VB兩點電位近似

相等。

得： （1）

結合上式和正溫度系數得：

（2）

進而得：

（3）

（4）

由（3）和（4）得：

（5）

由式（5）知，只要適當選取R2/R1和n值即可得到與溫度無關的基準電壓。

2.3 過溫保護電路

過溫保護電路一般利用晶體管的基極-發射極電壓VBE的負溫度系數原理來設計，其基極-發射極電壓為：

（6）

正常情況下，Vout輸出低電平，MN8管導通，此時結點F電壓為：

（7）

當電路達到熱關閉臨界溫度時，得：

（8）

芯片熱關斷后，輸出高電平，MN8截止，可得：

（9）

基于以上分析，通過調節 R5和 R6的值，可以得到需要的溫度門限。

3 仿真結果

Hspice仿真分析如下：

圖2為基準電壓隨電源電壓的變化曲線，可以看出，電源電壓在4V～7V時，其電壓僅變化了6mV。

圖3為基準溫度掃描仿真，結果-30℃～120℃內輸出電壓變化約為3.7mV，可計算溫度系數：

圖4為過溫保護電路曲線。可以看出，當溫度達到120℃時，電路輸出高信號，當溫度下降到100℃，輸出低信號；該電路存在20℃溫度回滯。

4 結束語

基于帶隙基準及過溫保護電路在模擬電路中的廣泛應用，本文提出了結構簡單的高性能帶隙基準及過溫保護電路。Hspice仿真表明電路在溫度特性、電源抑制比和過溫保護等方面具有良好的性能。整個電路雖然結構簡單，但有一定的適用價值。

參考文獻

[1]倪園婷，鄒建南.一種高精度帶隙基準設計[J].廈門大學學報，2014，53（6）：903-906.

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我當年就是懷著對集成電路未來的美好憧憬，幻想著IC從業者西裝革履喝咖啡的小資生活。再加上那時開設該專業的還有清華、北大等“985工程”院校。于是我報考了這個前途無量的集成電路設計與集成系統（下簡稱集電）專業。

IC課堂知多少

前面提到了IC從業者，那IC究竟是什么呢？IC是半導體元件產品的統稱。那學這個有什么用呢？比方說自稱國產發燒級的小米手機，你知道它用的四核CPU是什么架構？28nm工藝又是什么工藝呢？更省電的電源管理芯片又是什么邏輯構造呢？這些在選擇了集電專業后，你都會一一了解到。在不久的將來，也許你設計的芯片還會在流水線上量產呢。

既然這個專業那么有用，那它是學什么的呢？首先，要做的就是電路設計，根據市場的需求依據電路功能設計出電路；接下來就是前期電路功能的仿真（就是將電路原理圖用專業軟件模擬出電路所實現的功能，主要是為了節省研發經費和研發周期），檢測其是否能達到所要的參數需求；再次，用專業的軟件將電路版圖畫出來；最后，將畫出來的版圖進行后期仿真，與前期的仿真對比，看是否需要做出修改。若符合要求就生成版圖文件交給晶圓廠進行量產，最后到封裝測試廠完成芯片的最后一道工藝。

如今，集成電路設計與集成系統專業已走過了9年，它變得越來越適應就業市場的需求。目前該專業分為三個方向。第一個方向是設計。這個方向又分兩類，數字集成電路設計是偏軟件類；而模擬集成電路設計是偏硬件類。有設計就要有生產，該專業的第二個方向就是生產工藝。IC工藝能力決定了芯片的性能、功耗、散熱等諸多因素。而第三個方向是集成電路的封裝與測試。好的封裝才能夠使芯片發揮正常的功能，并保證其具有高穩定性和可靠性。而芯片是否達到預期的研發目標，則需要更多的測試才能確定。

集電專業開設的課程較多，光專業基礎課就要分硬件和軟件，加上計算機應用技術、模擬電路與數字電路、電路分析基礎、信號與系統、集成電路應用實驗、現代工程設計制圖、微機原理與應用、固體電子學、電磁場與電磁波這些專業課，你會發現你的大學四年會過得格外充實。不過你放心，由于實驗課很多，學習并不會覺得枯燥。

就拿集電專業的核心課程——集成電路工藝課來說吧。這門課教授我們如何把還只是一個概念的集成電路芯片從有到無的“變”出來。喜歡玩手機的同學一定聽說過現在市面上最先進的高通的四核CPU吧，它的電路構成需要用到上百萬個我們所熟知的晶體管、電阻、電容等元器件。可是我們的手機只有那么小，上百萬個元器件怎么集中在那么小的一個芯片上呢？這就需要運用這門課所學的工藝技術，將這些元件制作在一小塊硅片、玻璃或陶瓷襯底上，再用適當的工藝進行互連，然后封裝在一個管殼內，使整個電路的體積大大縮小，引出線和焊接點的數目也大為減少。而這其中的奧妙，就需要你帶著一份好奇心，步入大學的殿堂用心學習了！

前途寬廣，錢途無量

目前，很多歐美IC巨頭企業都在中國設有工廠或者研發機構，比如AMD、飛思卡爾、德州儀器、意法半導體、英特爾等。本土的IC公司也如雨后春筍般層出不窮，越來越多的海歸人才帶著國外的尖端技術和項目基金回國創業。這些電子廠都是離不開IC設計人才的。

2006年考研結束后，我只身南下，去上海找工作。在火車上，我接到了德州儀器的電話面試，可惜最后因為英語口語不過關被淘汰了，這也說明這個專業對于英語應用能力的要求還是比較高的。不過之后的半個月時間，各種面試電話就成了我幸福的煩惱，對于只是一名應屆本科畢業生的我，有的公司甚至開出了4500元月薪的條件，這是當時很多畢業生想都不敢想的，更何況一年還發16個月薪水！由此可見，對于集電專業的畢業生，只要你做了充分的準備，就會有成百上千的大門向你敞開。選擇做IC人，你將“錢途”無量！

集電專業的畢業生有較強的工作適應能力，就業范圍寬，可從事集成電路設計與制造、嵌入式系統、計算機控制技術、通信、消費類電子等信息技術領域的研究、開發和教學工作。

選“山”拜師很重要

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關鍵詞：電子信息；專業課程；模擬電子技術

1 模擬電子技術基礎課程的特點

模擬電子技術基礎，又稱為電子技術基礎模擬部分，與數字電子技術一起統稱為電子技術基礎。是面向電子信息學科的專業基礎必修課。該課程的特點包括：重要性，模擬電子技術是現代化重中之重的技術；非線性，電子放大器是一種非線性元件，需要用非線性分析方法（圖解法、微變等效近似等）；工程性，在足夠精確的情況下，為了計算方便，常用近似來化簡；微觀性，深入到原子電子級分析問題；實踐性很強，動手性很強，需要很好的實踐，不實踐學不好；復雜性，易受多種因素影響，如溫度，隨機性，光照等等影響，參數宜變，參數分散等增加了該課程內容的復雜程度；基礎性，是后續電子類課程的基礎，也是電子信息類專業考研的課程之一；主干性，是電子信息類本科專業的主干專業課程。本課核心是電子放大器，該課程主要就是講放大。

模擬電子技術基礎課程的基本概念、基本分析方法已經滲透到了各行各業各個領域。包括廣播通信：發射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機等；互聯網絡：路由器、ATM交換機、收發器、調制解調器等；工業領域：鋼鐵、石油化工、機加工、數控機床等；交通方面：飛機、火車、輪船、汽車等；軍事領域：雷達、電子導航等；航空航天領域：衛星定位、監測；醫學領域：γ刀、CT、B超、微創手術等；消費類電子領域：家電（空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統等。電子技術的發展，推動計算機技術的發展，使之“無孔不入”，應用廣泛。

模擬電子技術基礎課程的學習使學生牢固掌握模擬電子電路系統的分析能力和集成電路的創新設計能力，掌握模擬電子信號和系統的基本原理及基本分析方法，深入理解模擬電子電路系統的各個組成部分的基本原理，掌握應用所學典型模擬電子系統解決信號分析問題的方法，掌握集成電路的設計原理和實現方法。為學生進一步學習有關信息、通信方面的課程和今后的科研工作打下良好的理論基礎。

2 模擬電子技術基礎課程的先修課程

模擬電子技術基礎課程的先修課程有《高等數學》、《大學物理》和《電路分析基礎》，其中最重要的也是銜接最緊密的一門課程就是――《電路分析基礎》。簡單來說可以將電路分析基礎和模擬電子技術基礎歸為同一類專業課程，從內容上看，《電路分析基礎》主要讓學生掌握電子電路分析的基本能力，而《模擬電子技術基礎》課程則是學習對模擬信號的處理分析，從模擬電子系統的各個組成部分出發，分別學習各種典型的模擬電子電路，給學生建立起模擬系統的基本構架，為后續深入學習信號與系統的分析能力打好基礎。

模擬電子技術基礎課程在《電路分析基礎》學習的基礎上，分別從微觀和宏觀探討模擬電子電路系統的各個方面。微觀深入到電子原子級，討論半導體材料的神奇，進而分析二極管、三極管和場效應管在微觀領域，內部載流子運動的情況，從而讓學生深入體會半導體器件的奇妙之處。宏觀上從集成電路出發，理解集成電路的奧妙，小到微觀電子原子級，大到模擬系統及大型集成電路的設計。學習模擬電子技術基礎課程之后，學生有了系統的概念，信號處理的概念，在此基礎上再進行數字電子技術的學習，學生更能理解和接受，電路分析基礎和模擬電子技術基礎兩門課雖然內容不同，各有側重點，但很多分析方法、理論公式都環環相扣，所以可以進行對比學習，提高學習效率。

3 模擬電子技術基礎課程設置知識要求

模擬電子技術基礎課程是電子信息專業本科生的專業基礎主干必修課程，它具有自身的體系，是理論性、實踐性都很強的課程，是學習很多后續專業課的基礎。為今后深入學習電子技術在專業中的應用（例如在《信號與系統》、《數字信號處理》、《通信與系統》、《通信原理》、《嵌入式系統理論及實踐》等后續專業課程中的應用）打好基礎，為學生建立系統分析的概念，培養學生自主分析問題和解決問題的能力，幫助學生成功的從中學階段對電壓電流的具體求解，過渡到本科階段自主進行信號與系統的分析能力的培養。

4 模擬電子技術基礎課程設置能力要求

模擬電子技術基礎課程設置能力要求以理論基礎和實踐操作相結合，既保證嚴謹的理論體系，又結合工程實踐的特點。通過模擬電子技術基礎課程的學習，應能具備模擬電子電路的系統分析能力、大型集成電路系統的分析計算能力、簡單的集成電路設計能力，以及電子技術系統相關專業知識的自學能力。

5 模擬電子技術基礎課程達成目標要求

通過模擬電子技術基礎課程的學習，掌握模擬電子系統的各個部分，包括電子電路系統與信號、半導體二極管及其基本電路、半導體三極管及放大電路基礎、場效應管放大電路及其應用、功率放大電路、集成電路的組成原則、集成電路運算放大器、反饋放大電路、信號的運算與處理電路、信號產生電路、直流穩壓電源等典型模擬電子電路系統的分析計算能力及基本集成電路系統的設計能力，培養學生分析問題和解決問題的自主學習能力；學會用所學的典型模擬電子電路系統自主創新設計完整的模擬集成電路系統，輔助實現模擬電子電路系統的各種基本功能；能借助實際電子電路實驗箱和軟件模擬仿真，實現不同類型模擬電路系統的功能，通過實驗環節操作訓練具備處理實際工作問題的相關專業技能，理論與實踐相結合，更好的理解模擬電子技術這門學科的專業知識，為后續專業課程打好基礎。

6 教學方法建議

和眾多電子信息類專業基礎課一樣，模擬電子技術基礎課程以理論講授與實踐操作相結合，理論部分也是以教師講授為主，課程內容繁多，有時候為了在有限的學時內完成全部的課程內容講授，很多教師會全程進行講授，學生被動的接受知識，猶如過眼云煙，沒有足夠的消化理解相關知識點的時間，真正理解領會的知識點非常有限，不懂的內容還需要教師花更多的時間來反復講解，其實這樣的教學模式，教師辛苦不說，教學效果還會極差。理論部分的講授應該著重抓課前預習及課后復習，上課前十分鐘用來對前一次課的內容及要求預習的內容做提問，以這種方式督促學生進行課前預習和課后復習，對知識點進行鞏固。

綜上所述，《模擬電子技術基礎》這門課程對電子信息類專業的本科生非常重要，另外電子信息類本科專業基礎課程還有很多，不僅僅是模擬電子技術基礎，每門不同的專業課程都有其特點和用途，學生只要從宏觀的角度，理解其中的關聯性和銜接性，教師也可適當讓學生了解每門課程設置的知識要求、課程設置的能力要求，以及課程的達成目標要求等，只為每一位學生能學好每一門專業課，真正具備電子信息的相關專業技能。

參考文獻

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第四版）[M].高等教育出版社.

篇7

【關鍵詞】集成電路；應用

一、引言

集成電路技術作為微電子技術的一個重要門類和組成部分，其技術發展遵循著著名的摩爾定律，僅僅需要1.5年的時間就能夠將相同性能的電路壓縮到原有體積的一半，而進40年來，集成電路的體積幾乎縮小了30000倍。當前，頂尖的集成電路研發技術掌握在少數幾個發達國家的研究機構手中，而與集成電路息息相關的IC產業已經被高度整合，從設計，到制造，到封裝再到測試，已經形成了一條完整的產業鏈，集成電路的廣泛應用不斷地推動著科技的進步，也不斷地改變著人類的生活。本文將討論集成電路的原理，分析集成電路的發展，最后討論集成電路的應用。

二、集成電路概述

微電子學是一種結合了電子學以及材料物理學的綜合學科，該學科的主要研究認為是將半導體材料進行適當處理，制造出微型電子電路、微型電子系統以滿足各種應用需要。基于微電子技術發展起來的集成電路技術主要囊括了材料技術、電路技術、集成封裝技術等幾個門類，主要通過將晶體管器件、電阻器件、電容器件等按照電路原理高度集成在一起，從而實現電路的某種功能，從集成電路輸入輸出關系來看，集成電路一般可以分為模擬集成電路和數字集成電路兩種。

三、常見集成電路舉例

1.74LS138譯碼器

74LS139集成電路是常見的兩個2線－4線譯碼器，共有54/74S139和54/74LS139兩種線路結構型式，當選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。若將選通端（G1）作為數據輸入端時，74LS139還可作數據分配器。A、B譯碼地址輸入端，高電平觸發；芯片的G1、G2為選通端，低電平觸發有效；Y0～Y3為譯碼輸出端。

2.74ls244緩沖器

74LS244是一種3態8位緩沖器，一般用作總線驅動器。74LS244芯片沒有鎖存的功能，地址鎖存器就是一個暫存器，74LS244根據控制信號的狀態，將總線上地址代碼暫存起來。8086/8088數據和地址總線采用分時復用操作方法，即用同一總線既傳輸數據又傳輸地址。

當微處理器與存儲器交換信號時，首先由CPU發出存儲器地址，同時發出允許鎖存信號ALE給鎖存器，當鎖存器接到該信號后將地址/數據總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數據。

3.555定時器

555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件，是最常見的定時器集成電路。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。一般來說，555定時器的功能實現由比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當5腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發器置0，使輸出為0電平。

555的應用：

（1）構成施密特觸發器，用于TTL系統的接口，整形電路等；

（2）構成多諧振蕩器，組成信號產生電路，振蕩周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）構成單穩態觸發器，用于定時延時整形及一些定時開關中。

555應用電路采用以上三種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發生器、元件參數和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。

四、集成電路發展

電路工藝是集成電路技術中最為基礎的部分，主要涉及到擴散技術、氧化技術、光刻腐蝕技術以及薄膜再生技術等方面。上世紀六十年代末，微電子研究人員充分研究了氧化二硅系統的電性質，完成了界面物理研究的理論儲備，緊接著科學家通過控制鈉離子玷污的手法，配合使用高純度的材料，成功實現了MOS集成電路的生產，由于MOS電路在工藝上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性強等優點，當前半導體工業中，絕大多數的集成電路有使用MOS或者CMOS結構。

制版技術方面的關鍵技術的光刻技術，光刻技術最初被使用在照相術上面，上世紀五十年代末被應用到半導體技術中，仙童公司巧妙地使用光刻技術實現了集成電路的圖形結構。使用光刻技術制造的器件相互連接時可以不使用手工焊接技術，而是采用真空金屬蒸發技術，使用光刻技術實現電路的繪制。近年來，隨著光刻技術的發展，光刻技術的加工精度已經達到超深亞微米數量級。

電路設計方面。1971年，Intel公司第一臺微處理器的發明是集成電路技術對人類做出的最大貢獻之一，微處理器的發明開辟了計算機時代的新紀元。微處理器的發明帶動了以CMOS為基礎的超大規模集成電路系統的發展，也帶動了智能化電子產品的飛速發展，是信息技術的基礎原件和實物載體。近年來，隨著集成電路技術的發展，科學家將量子隧穿效應技術應用到集成電路領域，推動了信息化社會的進程。

工藝材料方面。隨著材料科學的不斷發展，很多新材料技術和新物力技術不斷地被應用到集成電路領域當中，鐵電存儲器和磁阻隨機存儲器就是其中的代表。當前集成電路技術的發展突顯出一些新的特征，主要表現在從一維向多維發展，向材料技術、微電子技術、器件技術以及物理技術提出了更高的要求，集成電路的發展也正因為如此遭遇瓶頸，物理規律的限制、材料科學的限制、技術手法的限制。不過與此同時，寬禁帶的SiC、GaN以及AIN等材料擊穿電壓值高、禁帶值高、抗輻射性能好，應經被廣泛應用，所制造器件在高頻工作狀態、高溫狀態以及大功率狀態下性能優異，是集成電路的發展方向。

五、結語

集成電路是上世紀人類社會最偉大的發明之一，集成電路的廣泛應用不斷地推動著科技的進步，也不斷地改變著人類的生活。本文系統分析了集成電路的原理，列舉了幾種常見集成電路，并對集成電路的發展進行了討論和研究。

參考文獻

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[4]方寒.淺談集成電路的發展[M].中國科技縱橫,2003.

篇8

關鍵詞:CMOS;溫度保護;PTAT電流;熱滯回

中圖分類號:TN43

0 引 言

隨著集成電路技術的廣泛應用及集成度的不斷增加,超大規模集成電路(VLSI)的功耗、芯片內部的溫度不斷提高,溫度保護電路已經成為了眾多芯片設計中必不可少的一部分。本文在CSMC 0.5 μm CMOS工藝下,設計一種適用于音頻功放的高精度帶熱滯回功能溫度保護電路。

1 電路結構設計

整個電路結構可分為啟動電路、PTAT電流產生電路、溫度比較及其輸出電路。下面詳細介紹各部分電路的設計以及實現。文中所設計的溫度保護整體電路圖如圖1所示。

[BT3]1.1 啟動電路

在與電源無關的偏置電路中有一個很重要的問題,那就是“簡并”偏置點的存在,每條支路的電流可能為零,即電路不能進入正常工作狀態,故必須添加啟動電路,以便電源上電時擺脫簡并偏置點。上電瞬間,電容C上無電荷,M7柵極呈現低電壓,M7~M9導通,PD(低功耗引腳)為低電平,M3將M6柵壓拉高,由于設計中M2寬長比較小,而此時又不導通,Q1~Q4支路導通,電路脫離“簡并點”;隨著M6柵電位的繼續升高,M2導通,M3源電位急劇降低,某時刻M3被關斷,啟動電路與偏置電路實現隔離,電容C兩端電壓恒定,為M7提供合適的柵壓,偏置電路正常工作。然而,當PD為高電平時,M4導通,將M6,M10的柵電位拉低,使得整個電路處于低功耗狀態。

在這一部分,M11,M12,M14,M15組成低壓共源共柵電流鏡,并且有相同的寬長比,使兩條支路電流相等。該結構與一般的共源共柵結構相比,可以提高等效溝道長度,從而增大輸出電阻,提高電路的PSRR性能;并且這種兩管組合結構可消耗較低的電壓壓降,從而增大輸出電壓擺幅,改善芯片低壓工作特性。

與此同時,M7~M10這條支路為偏置電路提供了負反饋,以減小電源電壓對偏置電流的影響,使得電路在平衡狀態時保證X,Y兩點電壓相等。然而,反饋的引入也為偏置電路引入了不穩定的因素,這里M13和M7構成了一個兩級閉環運放,為保證偏置電路的穩定,必須進行補償。通過電容C將主極點設置在第一級運放M13的輸出端,從而保證了電路的穩定性[7]。若Q3發射區的面積是Q4發射區面積的n倍,流過的電流大小均為I,則:

由式(9)可知,流經R1У牡緦饔氳繚次薰,只與絕對溫度成正比,即得到PTAT電流。

[BT3]1.3 溫度比較及輸出電路[8]

由于晶體管的BE結正向導通電壓具有負溫度系數;PTAT電流進行I[CD*2]V變換產生電壓具有正溫度特性;利用這兩路電壓不同的溫度特性來實現溫度檢測,產生過溫保護信號的輸出[9]。

M26~M30,M33,M34構成一個兩級開環比較器,反相器的接入是為了滿足高轉換速率的要求。M31,M32是低功耗管,M23~M25的作用是構成一個正反饋回路,以防止在臨界狀態發生不穩定性,同時又為電路產生了滯回區間。

比較器的兩個輸入端電壓分別記為VQ和VR;M17~M22用來鏡像基準源電路產生的PTAT電流,這里它們與M14有著相同的寬長比。因此流經這三條支路的電流都為IPTAT。在常溫下,M25截止,R2完成對PTAT電流的I[CD*2]V變換,即VR=2IPTATR2,此時VR

2 仿真結果及分析

以下是對各部分電路進行仿真的結果,仿真工具是Candence Spectre,模型采用華潤上華公司的0.5 μm的n阱CMOS工藝[10]。

圖2是PTAT電流隨溫度變化曲線。仿真結果表明,該曲線線性度較好,符合PTAT電流特性。常溫下,在電源為5 V的情況下,功耗僅為0.4mW。可見,其功耗非常低。

[JP2]圖4是溫度分別從0~150 ℃和150~0 ℃掃描時比較器輸出狀態的變化。由圖可見,當溫度由低到高上升至84.1 ℃時,電路輸出狀態由低電平翻轉成高電平,實現了芯片的過溫保護;只有當溫度回落到72 ℃時,電路才恢復原狀態,實現了約12 ℃的滯回溫度。改

3 結 語

為保證芯片在工作時不因溫度過高而被損壞,溫度保護電路是必須的。這里所設計的溫度保護電路對溫[LL]度靈敏性高,功耗低, 其熱滯回功能能有效防止熱振蕩現象的發生,相比一般單獨使用晶體管BE結的溫度保護電路具有更高的靈敏度和精度,可廣泛用于各種功率芯片內部。

參 考 文 獻

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篇9

隨著社會對人才需求不斷轉型，高等教育培養人才模式必須改革。而數字電子技術一直都是學生比較頭疼的課程，因此將項目教學法應用到數字電子技術教學中，明確該課程項目化教學的思路，提高教學質量和學生學習能力，是新課改的基本要求。本文是筆者對教學工作進行總結，對數字電子技術教學應用項目教學進行探究。

關鍵詞：

項目教學法；數字電子技術；應用

引言

數字電子技術設計內容廣而且極難掌握，學生大多摸不著頭腦，如果采用傳統教學無法調動學生學習的主動性、積極性和創造性。在這種形勢下，探究項目教學法的應用具有實用價值。

1.項目化教學的準備工作

1.1項目的選取工作

在項目教學法中，項目的選取是格外重要的，所選取的項目要典型且在實際中有較強的可操作性，這是成功運用項目教學法的關鍵。（1）通過對大學生的就業情況做調研與分析，由老師帶領學生歸納出專業崗位所要求的職業基本素養和職業能力，同時，根據當今高等學校的教學趨勢，將根據調研得到的數據重新整合，而后將典型的電子產品引入日常教學中，以此來提升學生獨立分析和解決問題的能力。（2）項目的選取要有層次，由簡單到復雜。數字電子技術中的集成電路有很多種，按功能可以將其分為數字集成電路和模擬集成電路，與項目相關的產品有小中大等規模的集成電路。項目的難易程度要符合與學生所掌握的技能和知識，學生的實際學習基礎也需重視。學生在設計項目時，可以將項目涉及到的知識分散開來，讓它們在不同的環節中體現。從易到難，從測試單個集成芯片功能到設計、制作完整的電路。（3）項目要具有代表性和可實施性，讓學生大膽創新，突破傳統思維的束縛。例如，在典型項目“三人表決器的設計與制作項目”中，老師可以先說出自己設計理念，然后讓學生通過查找資料、小組討論，制定出幾個不同的設計方案；在設計與制作項目數字鐘的拓展方面，可以將可編程邏輯器運用到數字鐘的制作中。

1.2項目的準備工作

確立項目之后，教師要先開發出產品的完整電路，以此證明該項目的可實施性，也為學生創造了良好的實踐環境。然后讓學生五至六人一組，每組選出一個小組長。小組長帶領本組成員制定本組項目開發計劃，給每個組員分配明確多的任務，監督組員的進度情況。

2.項目化教學的實施

2.1提出項目任務，收集資訊

在進行該項目之前，教師對學生提出基本的設計要求，給學生下達任務，指導學生在互聯網、圖書館收集資料。學生為了激發自己對項目開發的興趣，需要自己在課下查詢資料、掌握相關知識。同時學生要整理、記憶相關資料，以此來提高自身獲取信息的能力和自學能力。例如，項目“三人表決器的設計與制作”中，首先，教師要大致講解邏輯代數的相關知識，再以案例為載體，講解組合邏輯電路的一些設計方法，最后對學生提出項目任務。學生接受任務后，首先通過各種渠道收集相關資料，再根據所學知識將收集到的資料進行分類整理。

2.2項目計劃討論

每個小組根據任務要求和整理的資料，初步制定項目計劃書，計劃書應大致包括電路的設計步驟、電路的調試步驟以及計劃實施的相關步驟等，還有項目任務進度和組員分工。各小組成員進行分工合作，積極討論設計方案，最終確定出項目計劃書，教師也應深入各組進行指導。這個過程中，學生既掌握了相關的知識和技能，也更能理解合作共贏的含義，此時，學生在教學活動中處于主體地位，老師起到指導作用。這種小組成員共同合作，討論并制定出項目計劃的方法，不僅提升了學生的組織能力和管理能力，也增強了學生的團隊合作精神，同時調動了學生多的積極性。

2.3項目方案決策

各小組經過討論制定出計劃書后，每組選一名成員對本組計劃進行講解，本組其他成員可適時地進行補充，而教師及其他組的成員可對設計方案提出相應的問題，由講解者回答，教師點評并說明該方案的可行性，最后指導學生進一步優化或者再重新制定方案。例如，在“集成電路的設計與制作”項目中，學生收集資料、討論交流后，提出幾個不同的設計方案，教師根據幾個設計方案成本、可操作性、典型性，最后選出最合理的設計方案并指出各個方案的優缺點，讓學生進一步優化各自的方案。

2.4項目方案實施

項目的實施階段是項目教學法的最為關鍵的一個環節，每組成員之間需要相互合作，共同完成電路的調試、芯片的安裝和儀器儀表的使用等工作。每個小組可選取不同的設計方案進行實驗，根據實驗結果和實驗數據分析，對比各個方案的實施情況，發現問題，從而優化自己的方案，最終找到理想的電路。例如，在“三人表決器的設計與制作”項目中，學生通過實施不同的設計方案，將親身實踐與理論知識相結合，得出最終結論，這比傳統教學中學生被動的接受知識的教學方法更為有效。若在電路開發中學生遇到比較棘手的問題，教師可恰當地對學生進行指導，帶領學生走出困境，并督促學生認真完成項目計劃書中的各個開發環節，以保證項目的開發順利完成。

2.5項目檢查與成果展示

學生自己進行項目檢查，不僅可以提讓學生學會獨立分析評價問題的能力，也可以判斷出電路是否正確。在實施項目計劃的過程中，讓學生對所制作的電路反復檢查，及時糾正電路中的錯誤，然后可以讓教師或其他組成員檢查，相互之間交換檢查結果。確保電路無誤后，各組展示制作的電路，學生自主發言，與大家交流自己的體會和經驗。

3.結語

項目的評價可作為評判學生成績的依據。主要是考評組學生在實踐過程中的專業能力、組織能力和合作能力。最后由教師總結各組出現的問題、相應的解決的辦法和大家的經驗。項目的開發讓學生綜合運用所學知識，同時提升了學生的綜合實踐能力。在項目完成后，學生要獨立撰寫項目總結報告，這不僅可以讓學生養成勤于思索、善于總結的好習慣，而且可以提高學生獨立思考、總結經驗的能力，同時可以幫助學生理清思路，加深對相關知識的理解。

參考文獻

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篇10

【關鍵詞】微電子；延伸領域；發展方向

1.引言

微電子技術是隨著集成電路，尤其是大規模集成電路發展起來的一門新技術。微電子產業包括系統電路設計，器件物理，工藝技術，材料制備，自動測試及封裝等一系列專門的技術的產業。微電子產業發展非常迅速，它已經滲透到了國民經濟的各個領域，特別是以集成電路為關鍵技術的電子戰和信息戰都要依托于微電子產業。

微電子技術是微電子產業的核心，是在電子電路和系統的超小型化和微型化的過程中逐漸形成和發展起來的。微電子技術也是信息技術的基礎和心臟，是當今發展最快的技術之一。近年來，微電子技術已經開始向相關行業滲透，形成新的研究領域。

2.微電子技術概述

2.1 認識微電子

微電子技術的發展水平已經成為衡量一個國家科技進步和綜合國力的重要標志之一。因此，學習微電子，認識微電子，使用微電子，發展微電子，是信息社會發展過程中，當代大學生所渴求的一個重要課程。

生活在當代的人們，沒有不使用微電子技術產品的，如人們每天隨身攜帶的手機；工作中使用的筆記本電腦，乘坐公交、地鐵的IC卡，孩子玩的智能電子玩具，在電視上欣賞從衛星上發來的電視節目等等，這些產品與設備中都有基本的微電子電路。微電子的本領很大，但你要看到它如何工作卻相當難，例如有一個像我們頭腦中起記憶作用的小硅片―它的名字叫存儲器，是電腦的記憶部分，上面有許許多多小單元，它與神經細胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經元的六十分之一，再例如你手中的電話，將你的話音從空中發射出去并將對方說的話送回來告訴你，就是靠一種叫“射頻微電子電路”或叫“微波單片集成電路”進行工作的。它們會將你要表達的信息發送給對方，甚至是通過通信衛星發送到地球上的任何地方。其傳遞的速度達到300000KM/S，即以光速進行傳送，可實現雙方及時通信。

“微電子”不是“微型的電子”，其完整的名字應該是“微型電子電路”，微電子技術則是微型電子電路技術。微電子技術對我們社會發展起著重要作用，是使我們的社會高速信息化，并將迅速地把人類帶入高度社會化的社會。“信息經濟”和“信息社會”是伴隨著微電子技術發展所必然產生的。

2.2 微電子技術的基礎材料――取之不盡的硅

位于元素周期表第14位的硅是微電子技術的基礎材料，硅的優點是工作溫度高，可達200攝氏度；二是能在高溫下氧化生成二氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜可以用作為雜質擴散的掩護膜，從而能使擴散、光刻等工藝結合起來制成各種結構的電路，而氧化硅層又是一種很好的絕緣體，在集成電路制造中它可以作為電路互聯的載體。此外，氧化硅膜還是一種很好的保護膜，它能防止器件工作時受周圍環境影響而導致性能退化。第三個優點是受主和施主雜質有幾乎相同的擴散系數。這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。硅材料的這些優越性能促成了平面工藝的發展，簡化了工藝程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大規模集成電路得到了迅猛的發展。

2.3 集成電路的發展過程

20世紀晶體管的發明是整個微電子發展史上一個劃時代的突破。從而使得電子學家們開始考慮晶體管的組合與集成問題，制成了固體電路塊―集成電路。從此，集成電路迅速從小規模發展到大規模和超大規模集成電路，如圖1所示。

圖1 集成電路發展示意圖

集成電路的分類方法很多，按領域可分為：通用集成電路和專用集成電路；按電路功能可分為：數字集成電路、模擬集成電路和數模混合集成電路；按器件結構可分為：MOS集成電路、雙極型集成電路和BiIMOS集成電路；按集成電路集成度可分為：小規模集成電路SSI、中規模集成電路MSI、大規模集成電路LSI、超導規模集成電路VLSI、特大規模集成電路ULSI和巨大規模集成電路CSI。

隨著微電子技術的發展，出現了集成電路（IC），集成電路是微電子學的研究對象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發展。

2.4 走進人們生活的微電子

IC卡，是現代微電子技術的結晶，是硬件與軟件技術的高度結合。存儲IC卡也稱記憶IC卡，它包括有存儲器等微電路芯片而具有數據記憶存儲功能。在智能IC卡中必須包括微處理器，它實際上具有微電腦功能，不但具有暫時或永久存儲、讀取、處理數據的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對外界環境響應、識別和判斷處理能力。

IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應用于金融、商貿、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動電話卡，付費電視卡，公交卡，地鐵卡，電子錢包，識別卡，健康卡，門禁控制卡以及購物卡等等。IC卡幾乎可以替代所有類型的支付工具。

隨著IC技術的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲卡發展到邏輯加密卡裝有微控制器的各種智能卡。它們的存儲量也愈來愈大，運算功能越來越強，保密性也愈來愈高。在一張卡上賦予身份識別，資料（如電話號碼、主要數據、密碼等）存儲，現金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會成為現實。

3.微電子技術發展的新領域

微電子技術是電子科學與技術的二級學科。電子信息科學與技術是當代最活躍，滲透力最強的高新技術。由于集成電路對各個產業的強烈滲透，使得微電子出現了一些新領域。

3.1 微機電系統

MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）微機電系統主要由微傳感器、微執行器、信號處理電路和控制電路、通信接口和電源等部件組成，主要包括微型傳感器、執行器和相應的處理電路三部分，它融合多種微細加工技術，并將微電子技術和精密機械加工技術、微電子與機械融為一體的系統。是在現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。

當前，常用的制作MEMS器件的技術主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機械制造小機械，再利用小機械制造微機械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應用的微機械裝置，如微型機器人，微型手術臺等。第二種是以美國為代表的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且適合于批量生產，已成為目前MEMS的主流技術，第三種是以德國為代表的LIGA（即光刻，電鑄如塑造）技術，它是利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑造形成深層微結構的方法，人們已利用該技術開發和制造出了微齒輪、微馬達、微加速度計、微射流計等。

MEMS的應用領域十分廣泛，在信息技術，航空航天，科學儀器和醫療方面將起到分別采用機械和電子技術所不能實現的作用。

3.2 生物芯片

生物芯片（Bio chip）將微電子技術與生物科學相結合的產物，它以生物科學基礎，利用生物體、生物組織或細胞功能，在固體芯片表面構建微分析單元，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞及其他生物組分的正確、快速的檢測。目前已有DNA基因檢測芯片問世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余種DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維，不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基本片段。采用施加電場等措施可使一些特殊物質反映出某些基因的特性從而達到檢測基因的目的。以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術緊密結合，采用微電子加工技術，在指甲大小的硅片上制作包含多達20萬種DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在極短的時間內檢測或發現遺傳基因的變化，對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。生物工程芯片是21世紀微電子領域的一個熱點并且具有廣闊的應用前景。

3.3 納米電子技術

在半導體領域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代電子器件，如：高電子遷移晶體管（HEMT），異質結雙極晶體管（HBT），低閾值電流量子激光器等。

在半導體超薄層中，主要的量子效應有尺寸效應、隧道效應和干涉效應。這三種效應，已在研制新器件時得到不同程度的應用。

（1）在FET中，采用異質結構，利用電子的量子限定效應，可使施主雜質與電子空間分離，從而消除了雜質散射，獲得高電子遷移率，這種晶體管，在低場下有高跨度，工作頻率，進入毫米波，有極好的噪聲特性。

（2）利用諧振隧道效應制成諧振隧道二極管和晶體管。用于邏輯集成電路，不僅可以減小所需晶體管數目，還有利于實現低功耗和高速化。

（3）制成新型光探測器。在量子阱內，電子可形成多個能級，利用能級間躍遷，可制成紅外線探測器。

利用量子線、量子點結構作激光器的有源區，比量子阱激光器更加優越。在量子遂道中，當電子通過隧道結時，隧道勢壘兩側的電位差發生變化，如果勢壘的靜電能量的變化比熱能還大，那么就能對下一個電子隧道結起阻礙作用。基于這一原理，可制作放大器件，振蕩器件或存儲器件。

量子微結構大體分為微細加工和晶體生長兩大類。

4.微電子技術的主要研究方向

目前微電子技術正朝著三個方向發展。第一，繼續增大晶圓尺寸并縮小特征尺寸。第二，集成電路向系統芯片（system on chip，SOC）方向發展。第三，微電子技術與其他領域相結合將產生新產業和新學科，如微機電系統和生物芯片。隨著微電子學與其他學科的交叉日趨深入，相關的新現象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光電子集成技術也不斷發展，這些研究的不斷深入，彼此間的交叉融合，將是未來的研究方向。

參考文獻

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