時間：2022-10-20 06:13:01
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關鍵詞：高職教育；項目化教學；形成性考核
作者簡介：張麗（1981-），女，江蘇南通人，南通農業職業技術學院機電系，講師。（江蘇 南通 226007）
中圖分類號：642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0051-02
“數字電路與邏輯設計”是機電專業中的一門專業基礎課，它的特點是邏輯性、實踐操作性強。它的先導課程有“電路分析”、“模擬電子技術”和“protel99SE”，后續課程有“單片機技術”、“家電原理”和“電子測量技術”，在整個學科體系中起著承前啟后的重要作用。
一、“數字電路與邏輯設計”課程設計的理念
以職業能力培養為出發點，應遵循“手腦并用”、“做學合一”、“理論與實際并行”、“知識與技能并重”的教學原則，突出以“能力為本位”的課程模式，以應用和就業為導向，以培養職業技能為目的。以學生為主體，教師為主導，才能充分發揮學生的自主學習積極性。把握學生的認知過程和接受能力的規律，注重對學生創新意識和創新能力、綜合意識與綜合能力、實踐意識與實踐能力的培養。以理論聯系實際為指導，重點提升學生運用知識的能力，使之養成良好的學習習慣，把握行為引導法促進學生能力提升的發展性教育理念。
二、高職教育及高職學生的特點
高職學生的特點是基礎知識薄弱、理論學習困難、學習情緒化、對感興趣的事物接受能力強。
高職教育的特點是面向崗位群，機電專業面向的崗位主要有：
生產現場操作及維修崗位：要求具有機電產品生產現場的工藝實施能力；機電工具設備的使用與操作能力；對機電產品進行裝配、檢測與調試的能力；要求儀表的使用、計算機測試、系統分析或產品故障分析的技術能力要強。
機電產品、設備安裝及調試崗位：能夠對機電設備進行安裝、調試、運行管理與設備維護，并能對一般控制系統進行維護與改造。
機電產品、設備技術管理及服務崗位：要求技術管理人員具備看懂機械圖紙和電氣圖紙的能力；具有機電一體化設備的使用、維護、管理能力，具有一定的生產管理、技術管理等知識。機電設備銷售與售后服務技術人員具有機電設備的原理、裝配工藝等知識，具有機電設備的檢測與維修能力。
三、“數字電路與邏輯設計”項目化教學的必要性
傳統的教學法是從知識點的掌握到電路的分析再到電路的設計，由局部到整體，自下而上。它以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心，忽視了學生積極性、主動性的發揮，實踐以模仿為主，突出技能性訓練，缺少設計性、創新性，教學效果不是很理想。
因此，必須根據不同的崗位職業能力要求，確定課程的職業能力目標：會用各種表示方法描述數字電路邏輯功能，會分析常用電路的功能；能完成數字電路的設計，能分析和排除電路中出現的故障；能通過對數字集成電路芯片資料的閱讀，了解數字集成電路的邏輯功能和使用方法；能熟練掌握數字電路中常用儀器儀表的使用；能畫出所設計的數字邏輯集成電路的電原理圖，能列出所設計的電路的元器件清單，會撰寫所設計電路的測試說明。
根據課程的職業能力要求確定課程的知識目標：掌握邏輯代數基礎知識；了解集成邏輯門電路內部構造；掌握組合、時序邏輯電路的分析設計；理解觸發器的工作特性；掌握脈沖波形的產生和整形；A/D及D/A轉換。
在此基礎上采用項目教學法，它是從實際問題出發來講電路的構造、元器件的選擇，再到知識的運用，由整體到局部，自上而下，宏觀把握，以學生為中心，以項目為中心，以實際經驗為中心，緊緊圍繞工作任務完成的需要來選擇和組織課程內容，突出工作任務與知識的聯系，讓學生在職業實踐活動的基礎上掌握知識，增強課程內容與崗位職業能力要求的相關性，大大提高了學生的就業能力。
四、“數字電路與邏輯設計”課程設計思路
為落實以培養學生職業能力為目標的課程實施，給出課程總體設計思路：堅持以高職教育培養目標為依據，遵循“以應用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強化應用、培養技能”為重點，力圖做到“精選內容、降低理論、加強基礎、突出應用”。
課程設計以電子產品的制作為載體，以便于與企業共同開發該課程：項目一，聲光控制燈電路制作；項目二，競賽搶答器制作；項目三，電子生日蠟燭制作；項目四，流水彩燈制作；項目五，31/2位直流數字電壓表的制作。
項目的選擇以課程標準中的教學內容為依據，既與數字電路知識緊密結合，又能夠充分體現當前的工程實際情況，同時具有一定的創新空間，學生可以運用學過的知識進行創造發揮。
通過任務引領的項目活動將必備的知識、技能、行為、態度內化融合，使學生具備本專業的高素質勞動者和高級技術應用人才所必須的數字集成電路設計、制作與測試的基本知識和基本技能，同時培養學生愛崗敬業、團結協作的職業精神。
五、“數字電路與邏輯設計”教學內容的設計
該課程的總體目標：使學生具備本專業的高素質勞動者和高級技術應用型人才所必需的電子設計基本知識，具備靈活運用常用數字集成電路實現邏輯功能的基本技能；為學生全面掌握電子設計技術和技能，提高綜合素質，增強職業變化的適應能力和繼續學習能力打下一定基礎；通過問題的解決，培養學生團結協作、敬業愛崗、吃苦耐勞的品德和良好的職業道德觀。
1.內容的選取
以項目二競賽搶答器的制作為例來說明：
根據總體目標確定該項目的知識目標、技能目標、素質目標。
知識目標：掌握編譯碼器知識、觸發器知識、計數器知識、脈沖波形的產生和整形知識、單穩態觸發器知識、復習邏輯代數知識。
技能目標：掌握編譯碼器、計數器功能、選擇連接及使用；掌握555定時器的連接及使用；運用仿真軟件畫仿真圖；具備查閱集成芯片產品手冊的能力。
素質目標：培養耐心細致的工作態度，培養嚴謹扎實的工作作風，培養學生競爭與合作意識。
2.教學內容的序化
（1）任務下達。將項目分解為五個子任務：譯碼電路的設計與制作、搶答電路的設計與制作、倒計時電路的設計與制作、聲響電路的設計與制作、控制電路的設計與制作。
以子任務搶答電路設計與制作為例。知識目標：學習掌握二進制編碼器、二進制優先編碼器、BCD編碼器、BCD優先編碼器。能力目標：掌握編碼器功能、選擇連接及使用、運用仿真軟件畫仿真圖、具備查閱集成芯片產品手冊的職業能力。素質目標：培養耐心細致的工作態度、嚴謹扎實的工作作風、競爭與合作的意識。
對該子任務進行分析：選手搶答情形即選手A首先按下按鈕，顯示屏上顯示A搶答成功，其他選手再按按鈕無效，選手A松開按鈕后，顯示屏上A搶答成功的狀態保持不變，直到主持人清零，進行下一輪搶答。搶答電路的重要功能：鎖存功能。既要能“鎖”，也要能“存”。“鎖”——其他選手，“存”——搶答成功的選手信息。通過類比的方式引入編碼的概念，對該任務進行仿真后下達任務卡。
（2）資訊。讓學生回顧以往解決相關問題的方法，給出用門電路實現的方法；讓學生檢索常用編碼器的數據手冊，通過手冊了解芯片的功能和基本使用，掌握編碼器的測試方法，通過測試加深對芯片的功能和使用方法的了解。
教學重點：二進制編碼器與優先編碼器的異同點。教學難點：編碼器的使用。對芯片進行測試后進行芯片用法分析。
（3）計劃決策。通過類似電路分析，啟發學生思路；引導學生討論該任務中編碼器的選型，分析采用二進制編碼器設計的缺陷；重點討論如何解決優先編碼器的硬件電路已經固定好的優先級；深入各小組聽取學生決策意見；根據任務要求，各小組討論出任務實施方案，設計出系統框圖，指導老師確認方案的可行性。
（4）任務實施。任務的實施過程主要以學生為主體，學生三人一組，將學習能力較好、中等、較弱的學生合理分配到各組，教師指導、答疑。
（5）檢查評估。根據各小組的演示給出綜合評價（部分實現、全部實現、有創新功能）；抽取設計較佳和較差電路進行點評；教師給出優化電路，要求學生課后進行分析。
3.教學手段、方法
項目二的教學方法：基于問題教學法 （從實際問題搶答競賽出發）；基于興趣的教學法 （向學生進行任務的虛擬仿真flash演示）；理論實踐二位一體教學法 （編碼器功能知識的掌握與電路搭建）；可視化教學法（芯片功能的測試將傳統測試方法與專用的數字芯片測試儀結合）；小組討論法（3人分組）；啟發式教學法（任務分析部分）；類比教學法（編碼概念引入部分）；探究法（任務實施過程中）。
本門課程教學手段、方法：任務驅動法、行為導向項目教學法；工學結合，現場教學法（項目中每個任務的綜合）；傳統教學手段（講解法、示范法、模仿法、練習法）；多媒體教學手段（PPT課件、flash仿真、網絡教學及互動平臺）。
六、“數字電路與邏輯設計”考核評價方式
建立終結性評價和過程性評價相結合的評價方式。終結性評價中知識考核占30%，綜合考核占70%。過程性評價以項目為單位，其中教師評價占40%，學習檔案占30%，小組評價和自我評價各占15%。
七、總結
以職業崗位活動調研為前提進行職業能力需求分析；以職業能力需求分析為導向確定課程職業能力目標；根據職業能力目標的需求確定知識目標；根據崗位工作過程和認識規律構建教學模塊；以職業能力訓練項目作為課程目標和教學內容的載體；以真實的職業活動實例作為訓練素材；通過項目教學真正實現“教、學、做”三者的融合；建立以形成性考核為主的課程考核體系。
參考文獻：
[1]胡錦.數字電路與邏輯設計[M].第2版.北京：高等教育出版社，2002.
在非微電子專業如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業的知識，可以從本專業的系統角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環節。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術；另一方面，學員了解了該項技術的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術的繼續研究和學習。基礎理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現技術上，這樣非微電子專業的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。
2非微電子專業集成電路設計課程實踐
根據以上原則，信息工程大學根據具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關專業開設集成電路芯片設計技術課程，根據近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優化的理論授課內容1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發展和趨勢等內容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發展趨勢和新技術，包括軟硬件協同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。2）IC產業鏈及設計流程：介紹集成電路產業的歷史變革、目前形成的“四業分工”，以及數字IC設計流程等內容。使學員了解集成電路產業的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環節的一些基本情況，了解數字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內容。3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調試能力。4）系統集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統（SoC）、片上網絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規模系統級芯片架構設計的基礎方法及主要片內嵌入式處理器核。
豐富的實踐操作內容1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優化、可測性設計等內容。3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規劃與電源規劃、物理綜合與全局優化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優化等內容。靈活的考核評價機制1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。3）IC設計相關領域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領域的相關技術文獻，包括該領域的前沿研究技術、設計流程中相關技術點的深入研究、集成電路設計領域的發展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。
3結語
關鍵詞：集成電路設計;集成系統;本科專業;創新型人才;課程體系
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）35-0049-03
一、引言
集成電路產業是信息產業的基礎和核心，是推動信息產業發展的源泉和動力。國務院于2000年6月25日頒發了《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策（18號）》，大力支持和鼓勵我國集成電路產業的發展。在國家政策的扶持下，我國集成電路設計業發展迅猛，伴隨著國內集成電路的發展，對集成電路設計相關人員的需求也日益增加。教育部于2003年開始批準設置“集成電路設計與集成系統”目錄外本科專業，2012年普通高等學校本科專業目錄中調整為特設專業，以適應國內對集成電路設計與應用人才的迫切需求，截止2014年，全國已有28所高校設置“集成電路設計與集成系統”本科專業。國務院于2011年1月28日頒發了《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策（新18號）》，要求高校要進一步深化改革，加強集成電路設計相關專業建設，緊密結合產業發展需求及時調整課程設置、教學計劃和教學方式，加強專業師資隊伍、教學實驗室和實習實訓基地建設，努力培養國際化、復合型、實用型人才。
“集成電路設計與集成系統”專業涉及的新概念、新技術、新方法不斷涌現，是一個工程性和實踐性很強的本科專業。集成電路領域技術和管理人才嚴重不足、人才質量普遍不高已成為制約我國集成電路產業健康、快速發展的瓶頸。國家集成電路產業“十二五”發展規劃提出加強人才培養，著力發展芯片設計業，2014年6月，國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》進一步指出，要著力發展集成電路設計業，加大人才培養力度。因此，研究適合本專業的理論與實踐并重融合的課程體系，培養創新型集成電路設計人才具有十分重要的現實意義和歷史意義。
二、集成電路設計與集成系統專業人才培養的特點
集成電路是推動當前經濟發展的重要技術，由于集成電路設計與集成系統領域發展迅速且新知識、新技術層出不窮，多學科交叉融合，畢業生就業具有國際性，要求教學體系和實踐平臺建設必須跟上最新的產業需求，才能培養出適合社會和企業需要的集成電路設計與集成系統創新型人才。在進行集成電路設計與集成系統領域創新型人才培養時我們需要緊緊抓住以下幾點。
1.集成電路設計與集成系統專業是新興專業，國內還沒有形成該專業的人才培養規范，目前國內各高校該專業的教學計劃是從國外或者相關專業延伸來的，系統性、完備性差，還沒有形成完整的知識體系。
2.集成電路設計與集成系統專業是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領域的交叉學科，因此要利用綜合性學科知識為該類人才的素質培養服務，從注重單一知識和能力的培養，要轉變到注重綜合知識和能力的培養。
3.集成電路設計與集成系統是國家特設專業，根據高校自身辦學特色和市場需求設置的專業，需要針對企業對該類人才的需求，將企業需求融入課程體系，與企業聯合制定培養方案，建立核心課程體系，實時調整專業課程教學內容。
4.集成電路設計與集成系統專業具有較強的工程性和實踐性，不僅要具有較強理論知識基礎，而且要具有較好的工程實踐能力以及一定的創新能力，需要建立一種基于項目驅動的多層次的實踐教學體系，保障四年工程實踐訓練不斷線，逐步提升學生的工程實踐能力和創新能力。
三、集成電路設計與集成系統專業課程體系的構建
根據集成電路設計與集成系統專業人才培養特點，按照通信、計算機和集成電路融合發展的科學規律，結合我校學科專業優勢特色，確立了本專業人才培養的課程體系。
（一）人才培養目標
2006年全國科技大會上提出，到2020年，我國將建成創新型國家，使科技發展成為經濟社會發展的有力支撐。具有較強的自主創新能力是創新型國家的主要特征之一，只有培養具創新精神和創新能力的人才，才能提升自主創新能力。集成電路產業是關系國民經濟和社會發展全局的基礎性、先導性和戰略性產業，是最能體現科技進步對創新型國家貢獻率的行業。
因此，本專業旨在培養德、智、體、美全面發展，適應社會主義現代化建設和信息領域發展需要，掌握寬廣的人文知識、堅實的自然科學知識以及扎實的專業知識，具備工程實踐能力和創新能力，具有自主學習集成電路與集成系統領域前沿理論和技術的能力，能在集成電路與集成系統領域從事研究、設計、實現、應用的高素質創新型人才，為全面實現創新型國家提供強有力的支撐。
（二）人才培養規格
集成電路設計與集成系統專業是一個涵蓋通信、計算機、集成電路等多領域的交叉學科，如圖1所示。其中，圖1中①就是通信算法（應用）的直接IC（實現）化的ASIC、FPGA電路或者可重構電路;②就是算法（應用）的指令集合（體系結構）化的目標程序;③就是指令集合（體系結構）的IC（實現）化的處理器;④就是集成電路技術發展推動的先進處理器。
根據多學科融合發展和人才培養目標定位，確定了本專業知識、能力、素質的人才培養規格如下。
1.知識結構要求。（1）具有堅實的自然科學理論基礎知識、電路與系統的學科專業知識、必要的人文社會科學知識和良好的外語基礎。（2）具有通信系統、計算機系統結構、信號處理等相關學科領域的基礎知識。（3）掌握集成電路與集成系統領域的基礎知識和工程理論。（4）掌握集成電路與集成系統電子設計自動化（EDA）技術。
2.能力結構要求。（1）具有使用電子設計自動化（EDA）工具進行集成電路與集成系統設計的能力。（2）具有較強的科學研究、工程實踐及綜合運用所學知識解決實際問題的能力。（3）具有了解本專業領域的理論前沿、發展動態和獨立獲取知識的能力。（4）具有自主學習能力、創新能力、協同工作與組織能力。
3.素質結構要求。（1）具有良好的思想道德修養、職業素養、身心素質。（2）具有奉獻精神、人際交往意識和團結協作精神。（3）具有一定的文學藝術修養、科學的工程實踐方法。（4）具有一定的國際化視野、求實創新意識。
（三）課程體系
集成電路系統設計涵蓋“系統設計、邏輯設計、電路設計、版圖設計”四個設計層次，課程體系應覆蓋四個設計層次需要的所有知識點，各知識點之間要具有連貫性、系統性和完備性。集成電路設計與集成系統專業具有很強的工程性和實踐性，通過計算機應用能力、電子技術應用能力、嵌入式系統設計能力、集成電路設計能力以及工程創新能力的培養，強化學生的工程實踐能力和創新能力。集成電路設計與集成系統專業是一個多學科的交叉新興專業，課程體系中應該包含通信、計算機和集成電路的相關知識點，各知識點之間要具有交叉融合性。集成電路系統設計是一個高速發展的學科領域，知識和技術更新速度非常快，課程體系應該體現先進性，使得學生能夠接近先進的技術前沿，同時課程體系中也應該包含一些面向企業的工程設計與實踐的實用性課程，進一步提高學生的就業競爭力和工程創新能力。
因此，根據人才培養規格和特點以及課程體系的連貫性、系統性、完備性、融合性、先進性和實用性，結合我校自身優勢特色，構建了如下頁圖2所示的知識、能力、素質協調統一的理論與實踐并重融合的課程體系。課程體系以能力培養為導向，集中實踐環節為支撐，核心課程為基礎，一組集中實踐環節和核心課程培養一種能力。同時，設置綜合素質教育模塊和課外科技創新活動模塊，提升學生的工程素質和創新能力。
課程體系主要突出計算機應用能力、電子技術應用能力、嵌入式系統設計能力、集成電路設計能力以及工程創新能力的培養，進行分學年重點培養。第一學年主要培養學生的計算機應用能力，第二學年主要培養學生的電子技術應用能力，第三學年主要培養學生的嵌入式系統設計能力和集成電路設計能力，第四學年主要培養學生的工程創新能力，通過設置“數字集成電路”、“混合信號集成電路”、“嵌入式系統”三個方向課程模塊，實現人才的個性化培養。
通過嵌入式系統設計能力、集成電路設計能力和工程創新能力培養過程中的集中實踐環節和核心課程設置，將集成電路設計與通信/計算機相結合，體現課程體系的交叉融合性。將集成電路系統設計層次中的“系統設計”貫穿于工程創新能力、嵌入式系統設計能力培養，“邏輯設計”體現在電子技術應用能力培養中，通過“電路設計”與“版圖設計”實現集成電路設計能力的培養，實現了課程體系的系統性和完備性，通過教學內容的組織實現知識的連貫性。
課程體系設置了一系列集中實踐環節和獨立設課實驗（集成電路EDA技術實驗、微處理器設計實踐）以及課內實驗，在教學內容的組織上將軟件無線電（SDR）系統（包括算法、體系結構、集成電路）設計與實現的科研成果融入教學過程，實現四年工程實踐訓練不斷線，體現課程體系的工程性和實踐性。同時通過下一代無線通信系統的核心器件――SDR系統處理芯片設計為牽引，設置通信集成電路系統工程設計與實踐相關課程，采用世界主流EDA廠家先進EDA工具完成集成電路EDA技術實驗以及集成電路系統設計，實現課程體系的先進性和實用性。
（四）教學內容組織思路
以“高級語言程序匯編語言程序機器指令序列計算機組成（CPU、存儲器、輸入輸出、數據通路與控制單元）計算機部件設計計算機部件（FPGA和專用集成電路）實現整機（FPGA或專用集成電路）實現面向通信、信號處理領域系統（嵌入式系統、數字集成電路、模擬集成電路）設計與應用”為主線組織教學內容，體現知識的連貫性，培養學生的計算機應用能力、電子技術應用能力、嵌入式系統設計能力、集成電路設計能力。通過通信集成電路系統工程設計與實踐（包括數字集成電路工程設計與實踐、嵌入式SoC工程設計與實踐、模擬集成電路工程設計與實踐等），將軟件無線電（SDR）系統的設計與實現的科研項目成果融入課堂教學，貫徹我校“教研統一”辦學理念，突顯我校信息通信行業優勢特色，培養學生的工程創新能力。
四、結論
課程體系設置是專業建設中的關鍵核心問題，對人才的培養質量起決定性的作用。本文充分考慮了集成電路設計與集成系統專業多學科交叉融合、工程實踐性強等特點，結合我校本專業在通信專用集成電路設計、專用處理系統設計方面的優勢特色，形成了通信、計算機與集成電路設計相結合、理論教學與項目實踐相結合的課程體系。以能力培養為導向，以集成電路設計和嵌入式系統設計融合為主線組織教學內容，培養學生的集成電路設計與嵌入式系統設計（計算機應用、電子技術應用、微系統設計）能力，通過面向通信領域的集成電路與嵌入式系統工程設計與實踐，提高學生的工程創新能力。
參考文獻：
[1]國務院2011年4號文件.關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策[J].軟件產業與工程，2011，（2）.
【關鍵詞】微電子專業實驗 教學改革
【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-5962（2013）02（a）-0019-01
引言：
微電子學是一門發展極為迅速的學科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學發展的方向。現代社會是一個信息社會，信息技術發展的方向是多智能化、網絡化和個體化。要求系統獲取和存儲海量的多媒體信息、以極高速度精確可靠的處理和傳輸這些信息并及時地把有用信息顯示出來或用于控制。所有這些都只能依賴于微電子技術的支撐才能成為現實。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術無止境追求的目標，是微電子技術迅速發展的動力。
目前我國的微電子行業領域正以日新月異的速度高速向前發展，但是微電子專業學生往往理論強于實踐，成為制約我國微電子行業發展的最大障礙。為了培養出合格的微電子專業畢業生，在微電子教學過程中必須理論和實踐并重。
我們在結合我校多年微電子專業實驗教學的實踐工作以及目前微電子行業的現狀和前景，提出了在本科階段微電子專業實驗改革實驗內容――抓好兩大平臺建設；革新實驗課程教學體系的新思路――因人而宜，因材施教，學生為主，教師為輔。
微電子專業實驗改革實驗內容：
在實驗改革中主要分成兩大主要平臺：集成電路設計平臺和集成電路測試平臺。
集成電路設計平臺：
實驗室是開展研究性教學、培養和提高學生創新能力的重要陣地。微電子實驗所涉及的一些必要的實驗裝備往往價格不菲，而一些綜合性、設計性、研究探索性實驗以及課程綜合設計所需要的系統級先進設備和測試儀表更是價格驚人，在本科教學實驗室中根本無法配置。為了解決這一矛盾，我們在實驗室建設中引進先進的EDA軟件，包括ECAD和TCAD軟件構建集成電路設計模塊。在這個模塊中學生可以完成（1）數字IC和模擬IC的設計：進行數字集成電路、模擬集成電路和片上系統SoC的設計實驗；（2）可以完成版圖設計：進行數字集成電路版圖設計、模擬集成電路版圖設計；（3）還可以完成器件和工藝設計：進行微電子器件、納電子器件和光電子器件的結構設計、性能仿真、工藝設計、參數優化和虛擬制造的實驗。利用這些軟件學生不僅可以完成一些過去因條件限制根本無法完成的綜合性、設計性實驗和課程設計，更主要的是學生在開展科技創新訓練和復雜程度高的系統級畢業設計中，可以首先利用這些軟件平臺進行設計、仿真分析、反復修改，在獲得正確設計和初步結果后再利用實驗設備和測試儀器進行實驗驗證。這樣做不僅減少了研究工作和實驗工作的盲目性，而且降低了運行成本和設備維修率，提高了設備利用率。
集成電路測試平臺：
該平臺是針對微電子技術本科專業中關于半導體器件物理、固體電子導論、微電子器件設計、半導體基礎實驗、集成電路測試等課程的教學要求，完成以下幾個模塊設計實驗：（1）半導體材料測試模塊。通過四探針測試儀（包括電腦、軟件）、導電類型鑒別儀、半導體霍爾效應測試儀和少子壽命測試儀可進行半導體材料（硅片）的導電類型、電阻率、電導率和少子壽命測試等實驗和研究。（2）半導體器件測試模塊。通過晶體管特性測試測試儀、數字萬用表、半導體特性分析儀和CV特性測試儀可進行二極管、NPN、PNP、MIS和MOS晶體管的特性測試和參數提取的實驗和研究。（3）IC在晶圓測試模塊。通過STl03A手動探針臺、數字示波器和邏輯分析儀可進行集成電路和半導體器件性能的在晶圓測試的實驗和研究。（4）版圖分析與電路提取模塊，利用大平臺顯微鏡、計算機和數字攝像頭可進行集成電路的版圖分析、圖形測量和電路提取實驗和研究。
微電子專業實驗課程新教學體系：
為了培養高素質的、有創新能力的、符合新時代要求的學生，我們制定了新的微電子教學實驗大綱。新大綱具有以下特點：（一）內容覆蓋范圍廣，包括大部分微電子專業課程內容：半導體器件物理、固體物理、集成電路版圖和工藝設計、集成電路CAD和微電子器件等等；（二）對實驗者水平要求更高，編排結構更合理。大部分實驗包含基本驗證性和綜合分析性，要求學生掌握扎實的基本知識，突出對學生能力培養和素質教育；（三）大綱規定了必做實驗和選做實驗兩種類型實驗，必做類型要求所有學生都要完成，而選做實驗主要是針對部分學生開設的能力提高型實驗，做到“因人而宜，因材施教”。
與此同時，根據大綱的修訂，我們對《微電子專業實驗》講義進行了重新編排，以了解新知識，掌握新技能，培養新能力為重點。通過大綱和講義的修訂和編排都為微電子專業實驗的教學改革奠定了基礎。
關鍵詞：模擬集成電路；自適應加權；多目標優化；Pareto最優前沿
中圖分類號：TM352 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-02
0 引 言
一直以來，人們都想實現模擬集成電路設計的自動化，但考慮到模擬集成電路性能指標多，各性能指標間互相影響等因素，使得模擬集成電路的自動化進程遠遠落后于數字集成電路，模擬集成電路已經成為制約集成電路發展的瓶頸。隨著技術的發展，片上系統將模擬集成電路與數字集成電路整合到一塊芯片上。但人們對模擬集成電路的自動化研究卻從未中斷過，同時也取得了一些成果，其中基于優化的設計方法因適用范圍廣而受到了人們的青睞。
基于優化的設計方法將模擬集成電路的設計看作是多目標優化問題，電路設計時的性能指標如增益、帶寬、相位裕度等就是多目標優化的目標函數。通過多目標優化算法求解出電路目標空間的Pareto前沿，該前沿就是電路各種性能指標折衷后的最優前沿，允許電路設計者從一組相互沖突的設計指標中做出最佳選擇。
基于優化的設計方法的核心是多目標優化算法，解決多目標優化問題的常用算法是加權和算法[1]，該算法容易理解、操作簡單，但是該算法不能求出Pareto前沿上位于凹區間內的解，而當權值均勻分布時，Pareto前沿上凸區間內的解分布不均勻[2]。本文采用了自適應加權和算法，該算法在加權和算法的基礎上改進而來，克服了加權和算法的上述缺點。
1 自適應加權和算法原理
自適應加權和算法[3]的權值系數沒有預先確定，而是通過所要求解問題的Pareto前沿曲線獲得。首先用傳統加權和算法產生一組起始解，然后在目標空間確定需要細化的區域。將待細化區域看作可行域并且對該區域施加不等式約束條件，最后用傳統加權和方法對這些需要細化的子區域進行優化。當Pareto前沿上的所有子區域長度達到預定值時，優化工作完成。
圖1所示的自適應加權算法與傳統加權和算法進行了對比，說明了自適應加權和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用實線表示，通過多目標優化算法獲得的解用黑圓點表示。在該例中，整個Pareto前沿由相對平坦的凸區域和明顯凹的區域組成。解決這類問題的典型方法就是加權和算法，該算法可以描述成如下形式：
上式中描述的是兩個優化目標的情形，J1（x）和J2（x）分別為兩個目標函數，sf1，0（x）和sf2，0（x）分別為對應的歸一化因子，h（x）和g（x）分別為等式約束條件和不等式約束條件。
圖1（a）為采用加權和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹區間內沒有求出解。該圖反映了加權和算法的兩個典型缺點：
（1）解在Pareto前沿曲線上分布不均勻；
（2）在Pareto前沿曲線為凹區間的部分不能求出解。
因此盡管加權和算法具有簡單、易操作的優點，但上述缺點卻限制了其應用，這些固有缺陷在實際多目標優化設計問題中頻繁出現。圖1描述了本文所提出的自適應加權和算法的總體流程以及基本概念。首先根據加權和算法得到一組起始解，如圖1（a）所示，通過計算目標前沿空間上相鄰解的距離來確定需要進行細化的區域，如圖1（b）所示，該圖中確定了兩個需要進行細化的區域。在確定需要進行細化的區域分別在平行于兩個目標方向上添加額外的約束，如圖1（c）所示，在該圖中向減小方向J1添加的約束為1，J2減小方向添加的約束為2。對細化后添加完約束的區域用加權和算法優化，得出新解，如圖1（d）所示，其中加權和算法求解最優解時采用Matlab中的fmincon函數。從該圖中可看出，細化區域內產生了新解，Pareto前沿上解的分布較之前更加均勻，且求出了凹區域內的解，繼續細化能夠找出更多的解，Pareto前沿上的解也將分布地更加均勻。自適應加權和算法的流程圖如圖2所示。
2 兩級運放設計實例
以一個帶米勒補償的兩級運放[4]為例，說明自適應加權和算法的多目標優化設計。兩級運放電路圖如圖3所示。
電路的各項性能指標如表1所列。
電路優化過程中采用工作點驅動[5，6]的設計方法，電路的設計變量為電路直流工作點上一組獨立的電壓、電流。電路性能通過方程獲得，但方程中的小信號參數通過對工藝庫進行模糊邏輯建模[7，8]得到，使得計算速度提高的同時保證了計算精度。兩級運放電路的優化結果如圖4所示。
圖為算法迭代五代后的優化結果，由圖可以發現，經過五代的優化迭代，求出的最優解在Pareto前沿上分布均勻。在同一電路中，單位增益帶寬的增加與擺率的增加都會使功耗增加，而電路功耗降低導致的結果是電路的面積增加，或通過犧牲面積來換取低功耗，犧牲面積換取電路的帶寬增加。這些結果與電路理論相吻合，同時也再次說明了模擬電路設計過程中的折衷以及模擬集成電路設計的復雜性。
3 結 語
自適應加權和算法能求出位于凹區間內的最優解，并且最優解分布均勻。本文通過兩級運放電路驗證了算法的優化效果，最終得到了滿意的優化結果。
參考文獻
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關鍵詞：課程體系改革；教學內容優化；集成電路設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）34-0076-02
以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展，2000年，國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》，我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而，我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年，全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進口。2014年3月5日，國務院總理在兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路（芯片）產業，明確指出，要設立新興產業創業創新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進，引領未來產業發展。2014年6月，國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》，加快推進我國集成電路產業發展，10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年，我國芯片設計人員達不到需求的10%，集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求，2001年，教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。
我校2002年開設電子科學與技術本科專業，期間，由于專業調整，暫停招生。2012年，電子科學與技術專業恢復本科招生，主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量，提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求，從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。
一、專業課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業基礎課的教學。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課，為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實，將導致學生在學習專業課程時存在較大困難，更甚者將導致其學業荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性，學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水，不可能學得懂。但國內某些高校將這些課程設置為選修課，開設較少課時量，學生不能全面、深入地學習；有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如，我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程，而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。
2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系，前者是后者的基礎，后者是前者理論知識的具體應用。并且，在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上，開設后面的課程，將直接導致學生學不懂，嚴重影響其學習積極性。例如：在某些高校的培養計劃中，沒有開設“半導體物理”，直接開設“晶體管原理”，造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎，很難進入狀態，學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時，如果沒有半導體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關。
3.課程內容理論性太強，嚴重打擊學生積極性。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強，公式推導較多，并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時，過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導，而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握，使得學生（尤其是數學基礎較差的學生）學習起來很吃力，學習的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業課程體系改革的主要措施
1.“4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式：“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”；“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”，實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則，根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識，環環相扣，合理設置各專業課的開課先后順序，形成先專業基礎課，再專業方向課，然后寬口徑專業課程的開設模式。
我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式，也就是三個本科專業大學一年級、二年級統一開設課程，主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程，重在增強學生的數學、物理等基礎知識，為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始，分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔，大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起，課時量為64學時，由2位教師承擔教學任務，其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識，又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎，為了保證學習的延續性，擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1～12周，而其他3門課程的開課時間從第6周開始，從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外，“集成電路原理與設計”課程設置96學時，由2位教師承擔教學任務。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為6～17周；再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為8～19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程，并設置其為選修課，這樣設置的目的在于：對于有意向考研的同學，可以減少學習壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學，可以更多了解專業方面知識，為找到好工作提供有力保障。
2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式，專業課程要在大學三年級才能開始開設，時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標，培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才，需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。
在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導，側重于對基本原理及特性的物理意義的學習，以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎，因此，在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。
對于專業方向課程，教師不但要講授集成電路設計方面的知識，也要側重于集成電路設計工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此，在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中，總課時量為48學時不變，理論課由原來的38學時減少至36學時，實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習，留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識，融會貫通，有效地促進教學效果，激發學生的學習興趣。
三、結論
集成電路產業是我國國民經濟發展與社會信息化的重要基礎，而集成電路設計人才是集成電路產業發展的關鍵。本文根據調研結果，分析目前集成電路設計本科專業課程體系存在的主要問題，結合我校實際情況，對我校電子科學與技術專業集成電路設計方向的專業課程體系進行改革，提出“4+3+2”專業課程體系，并對專業課程講授內容進行優化。從而滿足我校集成電路設計專業創新型人才培養模式的要求，為培養實用創新型集成電路設計人才提供有力保障。
參考文獻：
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關鍵詞：電子科學與技術；實驗教學體系；微電子人才
作者簡介：周遠明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，副教授。（湖北 武漢 430068）
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此人才培養必須堅持“理論聯系實際”的原則。專業實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要教學環節，對于學生綜合素質的培養具有不可替代的作用，是高等學校培養人才這一系統工程中的一個重要環節。[1，2]
一、學科背景及問題分析
1.學科背景
21世紀被稱為信息時代，信息科學的基礎是微電子技術，它屬于教育部本科專業目錄中的一級學科“電子科學與技術”。微電子技術一般是指以集成電路技術為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現電子系統功能的新型技術學科，主要涉及研究集成電路的設計、制造、封裝相關的技術與工藝。[3]由于實現信息化的網絡、計算機和各種電子設備的基礎是集成電路，因此微電子技術是電子信息技術的核心技術和戰略性技術，是信息社會的基石。此外，從地方發展來看，武漢東湖高新區正在全力推進國家光電子信息產業基地建設，形成了以光通信、移動通信為主導，激光、光電顯示、光伏及半導體照明、集成電路等競相發展的產業格局，電子信息產業在湖北省經濟建設中的地位日益突出，而區域經濟發展對人才的素質也提出了更高的要求。
湖北工業大學電子科學與技術專業成立于2007年，完全適應國家、地區經濟和產業發展過程中對人才的需求，建設專業方向為微電子技術，畢業生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統（激光器、太能電池、發光二極管等）的設計、制造、封裝、測試以及相應的新產品、新技術、新工藝的研究與開發等相關工作。電子科學與技術專業自成立以來，始終堅持以微電子產業的人才需求為牽引，遵循微電子科學的內在客觀規律和發展脈絡，堅持理論教學與實驗教學緊密結合，致力于培養基礎扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質高的微電子專門人才，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
2.存在的問題與影響分析
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此培養創新型和實用型人才必須堅持“理論聯系實際”的原則。要想培養合格的應用型人才，就必須建設配套的實驗教學平臺。然而目前人才培養有“產學研”脫節的趨勢，學生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業實驗教學體系是電子科學與技術專業可持續發展的客觀前提。
二、建設思路
電子科學與技術專業實驗教學體系包括基礎課程實驗平臺和專業課程實驗平臺。基礎課程實驗平臺主要包括大學物理實驗、電子實驗和計算機類實驗；專業課程實驗平臺即微電子實驗中心，是本文要重點介紹的部分。在實驗教學體系探索過程中重點考慮到以下幾個方面的問題：
第一，突出“厚基礎、寬口徑、重應用、強創新”的微電子人才培養理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎（包括基礎物理、固體物理、器件物理、集成電路設計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統知識（包括計算機、通信、信息處理等基礎知識），同時還要具備較強的實踐創新能力。因此微電子實驗教學環節強調基礎理論與實踐能力的緊密結合，同時兼顧本學科實踐能力與創新能力的協同訓練，將培養具有創新能力和競爭力的高素質人才作為實驗教學改革的目標。
第二，構建科學合理的微電子實驗教學體系，將“物理實驗”、“計算機類實驗”、“專業基礎實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導體器件課程設計”、“集成電路課程設計”、“微電子專業實驗”、“集成電路專業實驗”、“生產實習”和“畢業設計”等實驗實踐環節緊密結合，相互貫通，有機銜接，搭建以提高實踐應用能力和創新能力為主體的“基本實驗技能訓練實踐應用能力訓練創新能力訓練”實踐教學體系。
第三，兼顧半導體工藝與集成電路設計對人才的不同要求。半導體的產業鏈涉及到設計、材料、工藝、封裝、測試等不同領域，各個領域對人才的要求既有共性，也有個性。為了擴展大學生知識和技能的適應范圍，實驗教學必須涵蓋微電子技術的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設計和半導體工藝兩個領域。
第四，實驗教學與科學研究緊密結合，推動實驗教學的內容和形式與國內外科技同步發展。倡導教學與科研協調發展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學內容之中，以此提升實驗教學質量。
三、建設內容
微電子是現代電子信息產業的基石，是我國高新技術發展的重中之重，但我國微電子技術人才緊缺，尤其是集成電路相關人才嚴重不足，培養高質量的微電子技術人才是我國現代化建設的迫切需要。微電子學科實踐性強，培養的人才需要具備相關的測試分析技能和半導體器件、集成電路的設計、制造等綜合性的實踐能力及創新意識。
電子科學與技術專業將利用經費支持建設一個微電子實驗教學中心，具體包括四個教學實驗室：半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室、集成電路設計實驗室、科技創新實踐實驗室。使學生具備半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析、微電子器件、光電器件參數測試與應用、集成電路設計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設計能力，鞏固和強化現代微電子技術和集成電路設計相關知識，提升學生在微電子技術領域的競爭力，培養學生具備半導體材料、器件、集成電路等基本物理與電學屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務的本科專業為“電子科學與技術”，同時可以承擔“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機科學與技術”、“電子信息科學與技術”、“材料科學與工程”、“光信息科學與技術”等10余個本科專業的部分實踐教學任務。
（1）半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室側重于半導體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論的理解，掌握相關的測試方法與技能，包括半導體材料層錯位錯觀測、半導體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數據處理、半導體材料的霍爾效應測試、半導體少數載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結顯示與結深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時等。
（2）微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室側重于半導體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數等的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論、器件參數與性能、工藝等的理解，掌握相關的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數、MOS場效應管參數的測量、晶體管參數的測量、集成運算放大器參數的測試、晶體管特征頻率的測量、半導體器件實驗、光伏效應實驗、光電導實驗、光電探測原理綜合實驗、光電倍增管綜合實驗、LD/LED光源特性實驗、半導體激光器實驗、電光調制實驗、聲光調制實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時、課程設計、創新實踐、畢業設計等。
（3）集成電路設計實驗室側重于培養學生初步掌握集成電路設計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設計軟件的使用方法、設計流程等，并通過半導體器件、模擬集成電路、數字集成電路的仿真、驗證和版圖設計等實踐過程具備集成電路設計的能力，目的是培養學生半導體器件、集成電路的設計能力。以美國Cadence公司專業集成電路設計軟件為載體，完成集成電路的電路設計、版圖設計、工藝設計等訓練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設計類課程和理論課程的上機實踐等。
（4）科技創新實踐實驗室則向學生提供發揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現自由命題或進行科研的軟硬件條件，充分發揮他們的想象力，目的是培養學生的創新意識與能力，包括LED封裝、測試與設計應用實訓和光電技術創新實訓。要求學生自己動手完成所設計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標要求的器件或電路。目的是對學生進行理論聯系實際的系統訓練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導體器件與集成電路的設計方法和對工藝技術及流程的認知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創新實踐環節、生產實踐、畢業設計、參與教師科研課題和國家級、省級和校級的各類科技競賽及課外科技學術活動等。
四、總結
本實驗室以我國微電子科學與技術的人才需求為指引，遵循微電子科學的發展規律，通過實驗教學來促進理論聯系實際，培養學生的科學思維和創新意識，系統了解與掌握半導體材料、器件、集成電路的測試分析和半導體器件、集成電路的設計、工藝技術等技能，最終實現培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質高、適應范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
參考文獻：
[1]劉瑞，伍登學.創建培養微電子人才教學實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，（5）：6-9.
關鍵詞：數字電路 故障分析 檢測 思考
中圖分類號：TN407 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)07-0238-01
1、引言
在當前，在我國從事數字電路設計的研究人員越來越多，在數字電路的設計過程中，難免會出現這樣那樣的問題，要見解決這些問題，就必須完成數字電路的故障檢測，這樣才能夠保證數字電路的設計的進行。
2、數字電路故障概述
熟悉數字電路開發的工作人員都知道，數字電路主要分為時序邏輯電路以及組合邏輯電路兩種。如果說按照數字電路中有沒有集成元器件來看的話，數字電路就分為集成數字電路以及元件數字電路兩大類。數字電路主要是依靠算術運算以及邏輯運算兩種運算來實現處理的，數字電路的實現過程比較簡單，能夠充分保證系統的可靠性。此外，隨著硅電子技術的發展，數字電路的集成程度越來越高，在功能的實現方面更容易。
隨著數字電路使用的普及，而數字電路本身的種類很多，而且功能的實現頗為繁雜，給數字電路的設計帶來了很多的麻煩，很容易出現各種各樣的故障。在數字電路故障的檢測過程中，我們通常是將數字電路的故障隔離到電路板級，然后再對故障電路板進行逐一測試。在測試的過程中，向電路輸入一定的測試信號，然后在電路的輸出端，測試電路的輸出信號，再將輸出信號和預期信號進行比對，如果和預期信號不像符合，則可斷定電路出現故障。
3、數字電路故障的特點
3.1 競爭冒險
所謂競爭冒險，就是指電路諸多輸入信號量中，有一個門電路的輸入發生改變時，導致輸出端的狀態響應發生時間上的改變，這種現象就是我們所說的競爭。競爭導致的直接故障就是冒險以及現象的發生。
3.2 電平方面出現的故障
在數字電路中，由于電平輸入不當也會導致電路的故障。在數字電路中，對于電壓值的判定都是依賴于高低兩個電平信號，也就是說，高電壓（高電平）表示正邏輯，低電壓（低電平）表示負邏輯。但是數字電路中各個期間對于高低電平的判斷又各不相同，也就是說，可以規定一個數字電路器件的高電平是3V、低電平是-3V，我們也可以規定高電平是5V、低電平是-5V,這就導致在信號輸入的過程中，各個器件對于相同的電平值會有不同的邏輯判斷，從而導致設計人員想輸入高電平時，出現的是低電平效果。
此外，由于電平方面因素，在數字電路的測試過程中還會出現介于0和1之間的邏輯值，出現這種效果顯然不能為電路設計者所接受，而出現這樣一種現象的原因在于：第一，扇出系數過小，導致負載能力較差；第二，電磁的干擾，數字電路的高度集成性決定了數字電路中各種高頻信號線、接插件以及集成電路的引腳在工作過程中會體現出一定的電磁特性，形成輻射干擾源，進而影響其他元器件的工作。
4、數字電路故障分析
數字電路的故障分析過程中，我們會針對競爭冒險和電平方面兩種情況討論，不同情況，不同對待。
4.1 競爭冒險方面
我們在對待競爭風險時，主要分為如下幾個步驟：
首先，我們使用代數法對電路的靜態功能冒險進行相應的分析。在電路的組合邏輯中，如果有一個輸入量發生了變化，而且在電路變化的前后過程中都較為穩定，那么我們就要進行相應的卡諾圖分析，等那個卡諾圖中有P個以上的量發生改變的時候，我們就判定有發生冒險的可能。
然后，我們對電路加上選通脈沖信號，對電路進行相應邏輯的修改，并且根據邏輯的修改情況，分析出電路的輸出函數。并判斷輸出函數中組成元素的邏輯發生變化時，能否產生負向過渡干擾脈沖，對電路進行分析。
緊接著，我們對電路進行加修改邏輯設計操作，這一方法也被稱為增加乘積項法，可以對電路的邏輯進行適當的修改，從而消除電路中存在的冒險現象，在進行邏輯的修改過程中，要保證電路函數關系的不變。
要是還是不能分析出電路的故障所在，我們就要對電路進行輸出端并聯電容法，改方法又被成為電容濾出發，主要是面對電路在較慢速度的環境下工作時，在電路的輸出端并聯上相應的電容，將競爭冒險過濾掉，在操作的過程中，要避免輸出端邏輯的錯誤。
4.2 電磁干擾的解決
電磁干擾是數字電路設計過程中的大問題，我們要充分保證印刷板表面的絕緣，并將電路中低阻抗部分接上屏蔽層。在接入屏蔽層的環節中，我們可以將電壓跟隨器的同相以及反相端要和系統當中的接地相連。
4.3 電平方面的故障
設計人員在設計過程中要對各種數字元器件，特別是集成電路的輸入輸出特性做到心中有數，在設計過程中一定要充分考慮相連兩個元器件的輸入輸出特性，在必要時可以再元器件中間加入適當期間，以保證電路邏輯的正確。
5、結語
數字電路設計過程中經常會出現各種故障，本文對這一方面展開了分析和討論，并結合古箏的成因，提出了針對競爭冒險方面、電磁干擾方面以及電平方面故障的解決方法，得出相關結論。
參考文獻
[1]張蘭,徐紅兵.一種新的數字電路故障定位算法研究[J].電子科技大學學報,2004.
關鍵詞：測試儀；邏輯信號；電路設計
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.3.014
引言
在數字電路的調試和檢修時，常常要對電路中某點的邏輯信號進行測試，采用萬用表或示波器等儀器儀表很不方便，而采用邏輯信號測試儀通過幾個發光二極管就可以指示被測信號的邏輯狀態及脈沖信號的頻率范圍，使用簡單方便，給數字電路實驗和電路設計開發帶來便利[1]。本文采用中小規模集成電路設計并實現了一種邏輯信號測試儀，不僅能區分邏輯電平的狀態和脈沖信號頻率的數量級，而且適用于各種類型的數字電路邏輯信號的測試。如果將電路安裝成邏輯測試筆，使用就更為方便[2]。
設計與實現
功能設計
邏輯信號測試儀主要包括邏輯信號狀態的區分和脈沖信號頻率的區分兩部分功能。其中邏輯信號狀態的區分主要通過雙電壓比較器電路實現，而脈沖信號頻率的區分可利用數字頻率計的原理實現。由于邏輯信號測試儀的電源來自被測電路，為滿足各種類型的數字電路邏輯信號的測試，故所用芯片必須是能單電源供電且電源范圍較寬的模擬電路芯片和CMOS類的數字集成電路芯片。
邏輯信號狀態的區分
為實現邏輯信號狀態的區分，可用運算放大器（如LM358）或電壓比較器（如LM393）實現一個雙限電壓比較器進行區分，其關鍵在于參考電壓的設定，電路如圖1所示。本設計為了適用于各種類型的數字電路邏輯信號的測試，僅對邏輯電平作了簡單區分，設定為：被測信號如果小于0.2VCC則為低電平（LED2亮）；如果大于0.4VCC則為高電平（LED1亮）；如果介于兩者之間則為高阻態（兩個發光二極管都不亮）；如果時大時小交替的則為脈沖信號（兩個發光二極管常亮或交替亮）。其中Vi為被測信號輸入端，R1、R2和D1、D2起到了輸入端靜電防護功能，R3、R4保證了在輸入端懸空時顯示為高阻態。如需嚴格適應TTL和CMOS等各種類型集成電路的邏輯電平的測試，應根據各種類型數字電路的邏輯電平特點，嚴格設定各自的參考電壓，并將其參考電壓設定支路區分開來，用開關電路進行切換。
脈沖信號頻率的區分
當被測信號被判定為脈沖信號時，還需進一步區分脈沖信號的頻率，可利用數字頻率計的基本原理實現[3]。用中小規模集成電路實現數字頻率計的原理框圖如圖2所示。
若僅對脈沖信號區分頻率的數量級，電路更加簡單，既不需要整修放大，又不需要鎖存和譯碼顯示，而只需在計數電路輸出端的相應數量級上接一個發光二極管體現其頻率數量級即可。其中閘門電路
計時電路
為了計數方便，計時信號的正頻寬應約為1s，而負頻寬應較窄。由555時基電路實現的計時電路如圖3所示。其中，Rw用于精確調試閘門的開啟時間。
計數電路
為了使邏輯信號測試儀能區分Hz、kHz、MHz等數量級的脈沖信號，而計時信號的正頻寬約為1s，故計數電路至少為106進制計數器。實現時，為了簡化電路可用兩片CD4020（14位同步二進制計數器）實現，如圖3所示。其中，R和Z都為閘門電路的輸出信號，且應滿足：當計時信號為低電平時，計數器被清零。
區分方法為：當被測脈沖信號為H z級（約< 1 k H z）時，L E D 3、L E D 4兩個發光二極管不亮也不閃；當為kHz級（約>1kHz，但1MHz）時，LED3常亮，而LED4閃動或常亮。而且，如果要對被測脈沖信號區分得更細些，僅需在CD4020的不同輸出端加上發光二極管指示電路即可。
閘門電路
閘門電路確保僅在計時信號為高電平時（即計時時間內），閘門開啟，被測脈沖信號能傳遞給計數電路，而在低電平時，閘門關閉，且應使計數器清零。因此，可由“與非門”或“與門”電路實現。而CD4020的清零端為高電平有效，故本設計中采用CD4011（四2輸入與非門）實現，如圖5所示。其中，M為圖1中被測信號經過靜電防護電路后的信號。
結論
實踐表明，所設計的邏輯信號測試儀不僅能準確指示邏輯信號的狀態，區分脈沖信號頻率的數量級，而且適用于各種類型的數字電路邏輯信號的測試。
邏輯信號測試儀是目前數字電路測試中使用最為廣泛的一種工具。本設計采用中小規模集成電路實現了功能較為全面的邏輯信號測試儀，具有實現容易、操作簡單、功能可靠、價格低廉、實用性強等優點[4]。該設計方法對電子電路設計具有一定的指導意義。
參考文獻：
[1] 孫建設，王程有.改進型邏輯電平三態指示器[J].儀表技術與傳感器，2005，4，（4）：41-42
[2] 劉之義，劉衛強.一種簡單實用的三態指示電路[J].河北工業科技，2001， 18，（1）：30-32