時(shí)間：2023-10-12 16:12:17
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇集成電路原理與設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞 集成電路設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 教學(xué)探索
中圖分類(lèi)號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2015）19-0006-02
1958年，美國(guó)德州儀器公司的基爾比發(fā)明了第一塊集成電路，隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模可以達(dá)上億個(gè)晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、手機(jī)和其他消費(fèi)電子，其2012年集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。
自2006年以來(lái)，我國(guó)集成電路的產(chǎn)值為126億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的5.1%，2013年我國(guó)集成電路的產(chǎn)值為405億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的13.3%。2006年到2013年的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18%，遠(yuǎn)超過(guò)全球集成電路產(chǎn)業(yè)整體增速。我國(guó)集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如表1所示。
近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策支持下發(fā)展迅速，因此對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求劇增。為了滿(mǎn)足社會(huì)日益發(fā)展的需要，國(guó)家在高校內(nèi)大力推廣集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才實(shí)際數(shù)量的需求。為了更好地加快集成電路設(shè)計(jì)人才的的培養(yǎng)，本文針對(duì)《數(shù)字集成電路原理》教學(xué)中存在的問(wèn)題，并且根據(jù)教學(xué)的現(xiàn)狀，探索出集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)改革。
一、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理教學(xué)中的現(xiàn)狀
集成電路設(shè)計(jì)相對(duì)于以分立器件設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)的電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)而言，偏向于系統(tǒng)級(jí)的大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，因此，微電子專(zhuān)業(yè)和集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生注重設(shè)計(jì)方法的形成，避免只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。即使學(xué)生掌握了設(shè)計(jì)的方法，能夠進(jìn)行一些小規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品不能用，不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。這就成了數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理面臨的問(wèn)題。
二、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理教學(xué)改善的方法
（1）針對(duì)上述的問(wèn)題，在多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，在教學(xué)方法上進(jìn)行改進(jìn)，改變傳統(tǒng)的以教師為中心，以課堂講授為主的教學(xué)方式，采用項(xiàng)目化教學(xué)來(lái)解決數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。注重?cái)?shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)將一個(gè)項(xiàng)目拆分成幾個(gè)小項(xiàng)目，使學(xué)生在項(xiàng)目中逐漸加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的集成電路設(shè)計(jì)概念。學(xué)生分成5-8人一組，通過(guò)小組的方式加強(qiáng)了學(xué)生的相互合作能力，讓學(xué)生更有責(zé)任感和成就感。學(xué)生應(yīng)用相關(guān)的EDA軟件來(lái)完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，能夠掌握硬件描述語(yǔ)言、綜合應(yīng)用等數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)工具。
（2）通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式改善了集成電路設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可用度不高的問(wèn)題。在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計(jì)中反應(yīng)的問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目難易度的進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生計(jì)劃、分析、協(xié)作等多方面的能力。結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通過(guò)PDCA戴明環(huán)的方式來(lái)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，使其滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)人才的需求。PDCA戴明環(huán)如圖2所示。
（3）開(kāi)展校企合作的方式，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)企業(yè)和學(xué)校的共同發(fā)展。這種方式實(shí)現(xiàn)了學(xué)校與企業(yè)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，資源共享，培養(yǎng)出更加適合社會(huì)所需要的集成電路設(shè)計(jì)人才，也能夠讓學(xué)校和企業(yè)形成無(wú)縫對(duì)接。
三、小結(jié)
隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，更多的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，因此，使用最新的設(shè)計(jì)工具，合理設(shè)置《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》的教學(xué)內(nèi)容，可以提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)對(duì)《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)的探索，改變了以教師為中心的傳統(tǒng)采理論課教學(xué)方式，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實(shí)踐都能夠滿(mǎn)足集成電路設(shè)計(jì)人才的要求。
參考文獻(xiàn)：
[1]殷樹(shù)娟，齊巨杰. 集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)現(xiàn)狀及探索[J].中國(guó)電力教育，2012，（4）：64-65.
[2]王銘斐，王民，楊放.集成電路設(shè)計(jì)類(lèi)EDA技術(shù)教學(xué)改革的探討[J].電腦知識(shí)與技術(shù)， 2012，8（9）：4671-4672.
在非微電子專(zhuān)業(yè)如計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)化、機(jī)械等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專(zhuān)業(yè)的學(xué)生有電子電路基礎(chǔ)知識(shí)，又有自己本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，可以從本專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)角度來(lái)理解和設(shè)計(jì)集成電路芯片，非常適合進(jìn)行各種應(yīng)用的集成電路芯片設(shè)計(jì)階段的工作，這些專(zhuān)業(yè)也是目前芯片設(shè)計(jì)需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對(duì)于這些專(zhuān)業(yè)學(xué)生的應(yīng)用特點(diǎn)，不宜也不可能開(kāi)設(shè)微電子專(zhuān)業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設(shè)計(jì)階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計(jì)、可測(cè)性設(shè)計(jì)等）開(kāi)設(shè)為單獨(dú)課程，而是要將相應(yīng)課程整合，開(kāi)設(shè)一到二門(mén)集成電路設(shè)計(jì)的綜合課程，使學(xué)生既能夠掌握集成電路設(shè)計(jì)基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計(jì)方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。因此，在課程的具體設(shè)置上，應(yīng)該把握以下原則。理論講授與實(shí)踐操作并重集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進(jìn)行電路輔助設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計(jì)方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計(jì)的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計(jì)工具，是掌握集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓(xùn)與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學(xué)生掌握集成電路芯片設(shè)計(jì)能力和技術(shù)的講授和實(shí)踐，又有對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，一方面，學(xué)員掌握了一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在有用的技術(shù)；另一方面，學(xué)員了解了該項(xiàng)技術(shù)的更深和更新的知識(shí)，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對(duì)非微電子專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的課程，因此在課程講授中不涉及電路設(shè)計(jì)的一些原理性知識(shí)，如半導(dǎo)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生能夠很容易入門(mén)，提高其學(xué)習(xí)興趣和熱情。
2非微電子專(zhuān)業(yè)集成電路設(shè)計(jì)課程實(shí)踐
根據(jù)以上原則，信息工程大學(xué)根據(jù)具體實(shí)際，在計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)處理、密碼等相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)集成電路芯片設(shè)計(jì)技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學(xué)情況來(lái)看，取得良好的效果。該課程的主要特點(diǎn)如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容
1）集成電路芯片設(shè)計(jì)概論：介紹IC設(shè)計(jì)的基本概念、IC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢(shì)等內(nèi)容。使學(xué)員對(duì)IC設(shè)計(jì)技術(shù)有一個(gè)大概而全面的了解，了解IC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設(shè)計(jì)技術(shù)的基本概念；了解IC設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、IC低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)、IC可重用設(shè)計(jì)技術(shù)等。
2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計(jì)流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設(shè)計(jì)流程等內(nèi)容。使學(xué)員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，包括代碼編寫(xiě)與仿真、邏輯綜合與布局布線、時(shí)序驗(yàn)證與物理驗(yàn)證及芯片面積優(yōu)化、時(shí)鐘樹(shù)綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。
3）RTL硬件描述語(yǔ)言基礎(chǔ)：主要講授Verilog硬件描述語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、描述方式、設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。使學(xué)員能夠初步掌握使用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的基本語(yǔ)法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐學(xué)習(xí)和鞏固硬件電路代碼編寫(xiě)和調(diào)試能力。
4）系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統(tǒng)（SoC）、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）的基本概念和集成設(shè)計(jì)方法。使學(xué)員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級(jí)芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。豐富的實(shí)踐操作內(nèi)容
1）Verilog代碼設(shè)計(jì)實(shí)踐：學(xué)習(xí)通過(guò)課下編碼、上機(jī)調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的能力，并通過(guò)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(shè)計(jì)能力。
2）IC前端設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設(shè)計(jì)平臺(tái)DesignCompiler，使學(xué)員通過(guò)上機(jī)演練，初步掌握使用DesignCompiler進(jìn)行集成電路前端設(shè)計(jì)的流程和方法，主要包括RTL綜合、時(shí)序約束、時(shí)序優(yōu)化、可測(cè)性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
3）IC后端設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設(shè)計(jì)平臺(tái)ICCompiler，使學(xué)員通過(guò)上機(jī)演練，初步掌握使用ICCompiler進(jìn)行集成電路后端設(shè)計(jì)的流程和方法，主要包括后端設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時(shí)鐘樹(shù)綜合、布線操作、物理驗(yàn)證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評(píng)價(jià)機(jī)制
1）IC設(shè)計(jì)基本知識(shí)筆試：通過(guò)閉卷考試的方式，考查學(xué)員隊(duì)IC設(shè)計(jì)的一些基本知識(shí)，如基本概念、基本設(shè)計(jì)流程、簡(jiǎn)單的代碼編寫(xiě)等。
2）IC設(shè)計(jì)上機(jī)實(shí)踐操作：通過(guò)上機(jī)操作的形式，給定一個(gè)具體并相對(duì)簡(jiǎn)單的芯片設(shè)計(jì)代碼，要求學(xué)員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)前后端平臺(tái)，完成整個(gè)芯片的前后端設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程。
3）IC設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域報(bào)告：通過(guò)撰寫(xiě)報(bào)告的形式，要求學(xué)員查閱IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設(shè)計(jì)流程中相關(guān)技術(shù)點(diǎn)的深入研究、集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢(shì)等，撰寫(xiě)相應(yīng)的專(zhuān)題報(bào)告。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計(jì)；集成電路；教學(xué)與實(shí)踐
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）06-0153-02
目前，集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘新版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計(jì)師。但是，IC設(shè)計(jì)這個(gè)行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過(guò)獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計(jì)師才會(huì)考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標(biāo)轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來(lái)培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計(jì)知識(shí)的即將畢業(yè)學(xué)生就進(jìn)入了IC設(shè)計(jì)行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時(shí)或是畢業(yè)生進(jìn)入企業(yè)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點(diǎn)版圖知識(shí)的新員工，電路和工藝的知識(shí)差強(qiáng)人意，再就是行業(yè)術(shù)語(yǔ)與設(shè)計(jì)軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們?cè)诎鎴D教學(xué)時(shí)滲入電路與工藝等知識(shí)，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹(shù)立電路、工藝以及設(shè)計(jì)軟件為版圖設(shè)計(jì)服務(wù)的理念。
一、企業(yè)對(duì)IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析
集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)人素質(zhì)和英語(yǔ)的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專(zhuān)業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會(huì)對(duì)新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)面廣，而國(guó)內(nèi)學(xué)校開(kāi)設(shè)這方面專(zhuān)業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。
二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃
1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過(guò)DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)文件和I/O的庫(kù)文件，它包括物理庫(kù)、時(shí)序庫(kù)、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開(kāi)設(shè)這門(mén)課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。
2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無(wú)論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問(wèn)題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問(wèn)題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說(shuō)仍然是一個(gè)問(wèn)題，但不再是壓倒一切的問(wèn)題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過(guò)等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。
3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。
三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)
1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時(shí)，一是掌握自動(dòng)布局布線工具的使用，還需要對(duì)UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時(shí)，可以做個(gè)形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫(huà)版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫(huà)版圖，同時(shí)教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時(shí)停下來(lái)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯(cuò)加以糾正。這樣，教師一個(gè)單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個(gè)單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個(gè)單元庫(kù)。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門(mén)/或非門(mén)、選擇器、異或門(mén)/同或門(mén)、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時(shí)一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動(dòng)布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門(mén)與觸發(fā)器等常使用傳輸門(mén)實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時(shí)注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。
2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時(shí)教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識(shí)CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無(wú)障礙。同時(shí)也要求學(xué)生掌握工藝對(duì)模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對(duì)管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時(shí)結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時(shí)需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類(lèi)型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。
3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時(shí)，做到準(zhǔn)確無(wú)誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個(gè)既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時(shí)，說(shuō)明數(shù)字電路需要?dú)w并同類(lèi)圖形，例如與非門(mén)、或非門(mén)、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號(hào)應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。
集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求來(lái)安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開(kāi)始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識(shí)，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識(shí)。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個(gè)方面就如何開(kāi)展教學(xué)可以滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)版圖工程師的要求展開(kāi)探討，安排教學(xué)有針對(duì)性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。
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微電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)介 本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，具有良好職業(yè)道德和人文素養(yǎng)，掌握微電子學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，具備集成電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)及營(yíng)銷(xiāo)等能力，從事集成電路設(shè)計(jì)、FPGA 應(yīng)用與開(kāi)發(fā)、集成電路生產(chǎn)、電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及 IC 產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)和技術(shù)支持等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。
主干課程：電子技術(shù)基礎(chǔ)、集成電路工藝原理、集成電路封裝與測(cè)試基礎(chǔ)、硬件描述語(yǔ)言(Verilog/VHDL)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、IC 設(shè)計(jì)方法、數(shù)字系統(tǒng) CAD、FPGA 應(yīng)用開(kāi)發(fā)、集成電路版圖設(shè)計(jì)等。
本專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后可在集成電路制造廠家、集成電路設(shè)計(jì)中心以及通信和計(jì)算機(jī)等信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域從事開(kāi)發(fā)和研究工作。
微電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)就業(yè)方向有哪些 就業(yè)方向：電子類(lèi)企事業(yè)單位：半導(dǎo)體集成電路芯片制造、產(chǎn)品檢測(cè)、產(chǎn)品封裝、版圖設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理、設(shè)備維護(hù)及技術(shù)研發(fā)。
學(xué)生可選擇到中、高等職業(yè)院校從事專(zhuān)業(yè)教學(xué)和管理工作，或到集成電路制造廠家、集成電路設(shè)計(jì)中心以及通信和計(jì)算機(jī)等信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域從事研究、開(kāi)發(fā)及管理等工作，也可選擇微電子科學(xué)與工程、固體電子學(xué)、通信、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科繼續(xù)深造，攻讀碩士研究生。
微電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)主要職業(yè)能力 1.具備對(duì)新知識(shí)、新技能的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;
2.具備熟練使用通用電子儀器、儀表及集團(tuán)電路相關(guān)測(cè)試設(shè)備的能力;
3.具備電子系統(tǒng)組裝調(diào)試能力;
4.具備從事集成電路應(yīng)用推廣工作的能力和銷(xiāo)售能力;
5.掌握數(shù)字系統(tǒng) Verilog/VHDL 編程及調(diào)試技能;
6.掌握集成電路前端(邏輯綜合)/后端工具(自動(dòng)布局布線)的使用方法;
7.掌握集成電路版圖工具的使用方法;
8.掌握 FPGA 設(shè)計(jì)工具的使用方法;
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 教學(xué) 課堂教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類(lèi)號(hào)：TN79-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）09-0121-02
數(shù)字電路是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們能夠了解數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)方法，掌握常用集成電路芯片的使用，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單數(shù)字應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，為后續(xù)有關(guān)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)和解決工程實(shí)踐中遇到的數(shù)字邏輯問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)，培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。
數(shù)字電路是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的必要組成部分，從一般的數(shù)字邏輯電路、微處理器控制電路、到復(fù)雜的信號(hào)處理系統(tǒng)，無(wú)不留下數(shù)字電路的身影，因此掌握數(shù)字電路分析、設(shè)計(jì)方法和測(cè)試方法是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基本要求。
1、對(duì)數(shù)字概念的建立是該門(mén)課程的重要基礎(chǔ)。
數(shù)字電路是真正接觸數(shù)字邏輯、數(shù)字概念的第一門(mén)課，這部分概念的掌握與否，直接影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，比如：微機(jī)原理、單片機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理和EDA等。
（1）邏輯量概念和邏輯運(yùn)算是數(shù)字電路的基礎(chǔ)，邏輯量是用來(lái)表示事件是否發(fā)生的物理量，在具體電路實(shí)現(xiàn)上用高低電平來(lái)表示邏輯量0和1。邏輯關(guān)系表示了事件之間的因果關(guān)系，在具體電路方面用各種門(mén)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（2）編碼方法、二進(jìn)制概念、算術(shù)運(yùn)算是數(shù)字邏輯的具體應(yīng)用。用多位有序邏輯量排列來(lái)表示不同的符號(hào)和不同的數(shù)就形成了編碼，其中二進(jìn)制是表示數(shù)的一種常用方法，這時(shí)的0和1也變成了數(shù)，但是其運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)仍然是用邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
比如一位全加器就是一個(gè)典型的二進(jìn)制運(yùn)算器，其運(yùn)算規(guī)則是按照二進(jìn)制運(yùn)算進(jìn)行的，每個(gè)變量的值，代表真實(shí)的二進(jìn)制數(shù)0和1，但是其實(shí)現(xiàn)電路有時(shí)按照邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
假設(shè)一位全加器的輸入信號(hào)兩個(gè)加數(shù)分別為Ai，Bi與低位進(jìn)位Ci-1，輸出信號(hào)分別為和Si與進(jìn)位Ci，則得到真值表如下。
由上述邏輯表達(dá)式就可以得到一位二進(jìn)制全加法器，如果有多個(gè)這樣的二進(jìn)制全加器就可以實(shí)現(xiàn)多位二進(jìn)制加法器，實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算。
2、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)是數(shù)字電路教學(xué)的主要內(nèi)容
組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)主要包括各種門(mén)電路和一些常用組合邏輯電路，這部分內(nèi)容是邏輯運(yùn)算關(guān)系的具體實(shí)現(xiàn)，也是一些常用小規(guī)模集成電路原理理解和應(yīng)用的具體實(shí)現(xiàn)，特別是譯碼器74LS138和數(shù)據(jù)選擇器74LS151的理解和應(yīng)用。
時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)主要包括觸發(fā)器原理介紹、由觸發(fā)器構(gòu)成的時(shí)序電路和中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用，這部分內(nèi)容是數(shù)字電路教學(xué)的主要內(nèi)容，特別是用時(shí)序電路來(lái)解決具體應(yīng)用問(wèn)題時(shí)，如何把具體問(wèn)題轉(zhuǎn)換成電路設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)一大難點(diǎn)。其中兩個(gè)重要的集成電路模塊是移位寄存器74LS194和異步復(fù)位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161。
組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路是按照電路中有無(wú)觸發(fā)器來(lái)區(qū)分的兩種電路形式，實(shí)際時(shí)序邏輯電路中往往肯定包含組合電路，按照一定的分析和設(shè)計(jì)思路，就可以順利完成電路的分析和設(shè)計(jì)。
圖一是用譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器分別實(shí)現(xiàn)全加器的電路圖，我們?cè)谳斎攵擞脫軇?dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)表述不同的輸入信號(hào)，在輸出端用發(fā)光二級(jí)管來(lái)表示輸出結(jié)果，這樣非常直觀，利于同學(xué)們的理解。
（b）用74LS151數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)
圖1 全加器實(shí)現(xiàn)與演示
3、積極改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，注重應(yīng)用技能的培養(yǎng)
數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展、電子設(shè)計(jì)手段的進(jìn)步已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，但是我們教材的主要內(nèi)容和20多年前沒(méi)有大的變化，強(qiáng)調(diào)數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)性，在門(mén)電路、集成電路方面花了很多的篇章，這也是現(xiàn)在同學(xué)們學(xué)習(xí)時(shí)比較難掌握的部分，但是這一部分也是絕大部分同學(xué)今后很少用到的部分。另外一方面，現(xiàn)代設(shè)計(jì)所需要的CPLD、FPGA知識(shí)和HDL語(yǔ)言沒(méi)有介紹或介紹不夠。因此，我們?cè)诮虒W(xué)中，弱化門(mén)電路和集成電路的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)集成電路的功能和接口條件，在介紹集成電路芯片的同時(shí)，介紹其Verilog HDL描述。這樣對(duì)照硬件和軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，相互印證，能夠得到比較好的效果。這種學(xué)習(xí)方法，可以適應(yīng)硬件設(shè)計(jì)的軟件化設(shè)計(jì)趨勢(shì)。
4、積極改進(jìn)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，加強(qiáng)動(dòng)手能力的培養(yǎng)
在數(shù)字電路教學(xué)中多講解各種實(shí)用電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，可以提高課程教學(xué)的效果，幫助同學(xué)們理解數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)同學(xué)們感官認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力。現(xiàn)在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)特別是多個(gè)集成電路芯片的實(shí)驗(yàn)因?yàn)榻泳€問(wèn)題，常常影響同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)效果，甚至得不到所需要的結(jié)論。另外硬件實(shí)驗(yàn)要花費(fèi)較多的時(shí)間資源和硬件資源，并且以后的工作需要更多的是軟件仿真工作，因此仿真工作是很多設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此在教學(xué)過(guò)程中我們要求學(xué)生掌握Multisim仿真軟件。通過(guò)老師演示，學(xué)生自己仿真，花時(shí)間少，可以充分發(fā)揮自己的想象。
Mutilsim軟件具有非常強(qiáng)大的功能，不僅可以滿(mǎn)足數(shù)字電路的仿真還可以滿(mǎn)足模擬電路的仿真要求，系統(tǒng)提供了大量的信號(hào)源和測(cè)試設(shè)備，使系統(tǒng)的運(yùn)行看起來(lái)非常逼真。系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)硬件描述語(yǔ)言編程的仿真，還可以進(jìn)行CPU軟件編程程序的仿真，因此建議同學(xué)們掌握Mutilsim軟件的使用。（如圖2）
圖2是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路，圖中不僅包含由兩個(gè)74LS161組成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，還包含了兩個(gè)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)7段數(shù)碼管。這樣通過(guò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
（1）可以方便地修改60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的各種設(shè)計(jì)方法，只需簡(jiǎn)單修改就可以實(shí)現(xiàn)同步計(jì)數(shù)電路、異步計(jì)數(shù)電路、同步置零、異步清零等計(jì)數(shù)器控制策略；
（2）可以方便地實(shí)現(xiàn)其他進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如果采用74LS160電路可以更簡(jiǎn)單；
（3）進(jìn)一步理解數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的原理和使用方法。
（4）進(jìn)一步理解數(shù)碼管的模塊的連接方法。
本文針對(duì)數(shù)字電路課程教學(xué)中的數(shù)字電路概念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等問(wèn)題做了比較具體的分析，并用具體實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明。
參考文獻(xiàn)
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[3]宋偉，朱幼蓮.“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.17，No.8，2011.8.
1、課程目標(biāo)
使學(xué)生具備本專(zhuān)業(yè)的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才所必需的電子電路邏輯設(shè)計(jì)基本知識(shí)和靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)邏輯功能的基本技能；為學(xué)生全面掌握電子設(shè)計(jì)技術(shù)和技能，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)職業(yè)變化的適應(yīng)能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力打下一定基礎(chǔ)；通過(guò)項(xiàng)目的引導(dǎo)與實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、敬業(yè)愛(ài)崗和吃苦耐勞的品德和良好職業(yè)道德觀。本課程目標(biāo)具體包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。
（1）知識(shí)目標(biāo)：熟悉數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、術(shù)語(yǔ)，熟悉邏輯代數(shù)基本定律和邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)；掌握門(mén)電路及觸發(fā)器的邏輯功能和外特性；掌握常用組合邏輯電路和時(shí)序電路的功能及分析方法，學(xué)會(huì)一般組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法（用SSI和MSI器件），學(xué)會(huì)同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；熟悉脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的工作原理及其應(yīng)用；了解A/D，D/A電路及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、PLA器件的原理及其應(yīng)用。
（2）能力目標(biāo)：具有正確使用脈沖信號(hào)發(fā)生器、示波器等實(shí)驗(yàn)儀器的能力；具有查閱手冊(cè)合理選用大、中、小規(guī)模數(shù)字集成電路組件的能力；具有用邏輯思維方法分析常用數(shù)字電路邏輯功能的能力；具有數(shù)字電路設(shè)計(jì)初步的能力。
（3）素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電路的興趣；培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自己查找資料能力。
2、課程定位
《邏輯設(shè)計(jì)》是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)和電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要硬件基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)，尤其強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用。是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件電路、通信電路、信息與自動(dòng)化技術(shù)的和集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的電子產(chǎn)業(yè)中數(shù)字電路具有較簡(jiǎn)單又容易集成。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，熟悉小中大規(guī)模數(shù)字集成電路分析與應(yīng)用，突出數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用性，獲得數(shù)字電子技術(shù)必要的基本理論基本知識(shí)和基本技能；了解數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況，為后繼課程及從事相關(guān)工程技術(shù)工作和科研與設(shè)計(jì)工作打下一定基礎(chǔ)。《邏輯設(shè)計(jì)》在電子信息專(zhuān)業(yè)課程的地位，表現(xiàn)在其先導(dǎo)課程為《電工電子技術(shù)》，要求學(xué)生掌握由分立元器件組成的電子電路的識(shí)別與檢測(cè)、與基本分析方法，掌握有關(guān)晶體管以及晶體管電路的分析方法等；其后續(xù)課程有《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》、《EDA技術(shù)應(yīng)用》等。學(xué)習(xí)集成電路芯片在計(jì)算機(jī)及相關(guān)電子設(shè)備中的應(yīng)用與作用。
二、邏輯設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容
1、教學(xué)內(nèi)容選取依據(jù)
（1）以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才為目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容選擇與組織突出“以能力為本位，以職業(yè)實(shí)踐為主線，以項(xiàng)目主體--任務(wù)貫穿”為總體設(shè)計(jì)要求，在內(nèi)容的選取上，首先立足于打好基礎(chǔ)。在確保基本概念、基本原理和基本教學(xué)方法的前提下，簡(jiǎn)化集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的講述，減少小規(guī)模集成電路的內(nèi)容，盡可能多地介紹中大規(guī)模集成電路及其應(yīng)用。以能力培養(yǎng)為主線，以應(yīng)用為目的，突出思路與方法闡述，力求反映當(dāng)今數(shù)字電子技術(shù)的新發(fā)展。
（2）在教材內(nèi)容編排上精心組合，深入淺出，做到概念清晰，邏輯設(shè)計(jì)思想嚴(yán)謹(jǐn)。教學(xué)實(shí)施中注重重點(diǎn)突出，層次分明，相互銜接，邏輯性強(qiáng)，以利于教學(xué)做一體化的整合。在講義上力求簡(jiǎn)潔流暢，通俗易懂，便于學(xué)生自學(xué)。
（3）以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為載體，采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)做一體化的實(shí)施，體現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐深化理論的素質(zhì)養(yǎng)成目的。
（4）依據(jù)各學(xué)習(xí)項(xiàng)目的內(nèi)容總量以及在該門(mén)課程中的地位分配各學(xué)習(xí)項(xiàng)目的課時(shí)數(shù)。
（5）知識(shí)學(xué)習(xí)程度用語(yǔ)主要使用“了解”、“理解”、“能”或“會(huì)”等用來(lái)表述。“了解”用于表述事實(shí)性知識(shí)的學(xué)習(xí)程度，“理解”用于表述原理性知識(shí)的學(xué)習(xí)程度，“能”或“會(huì)”用于表述技能的學(xué)習(xí)程度。
2、教學(xué)具體內(nèi)容安排
表決器電路設(shè)計(jì)與制作，搶答器電路設(shè)計(jì)與制作，同步計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)與制作，方波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)與制作，數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)與制作。
三、邏輯設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式與手段
1、教材編寫(xiě)
教材編寫(xiě)體現(xiàn)項(xiàng)目課程的特色與設(shè)計(jì)思想，教材內(nèi)容體現(xiàn)先進(jìn)性、實(shí)用性，典型產(chǎn)品的選取科學(xué)，體現(xiàn)地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，具有可操作性。呈現(xiàn)方式圖文并茂，文字表述規(guī)范、正確、科學(xué)。
2、教學(xué)模式
采取項(xiàng)目教學(xué)，以工作任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)過(guò)程中要注重創(chuàng)設(shè)教育情境，采取“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式，將知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)職業(yè)教育教學(xué)改革研究，優(yōu)化完善我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系。
3、教學(xué)方法
從教學(xué)手段、教案設(shè)計(jì)、教學(xué)思路、語(yǔ)言表述、教學(xué)資源等方面著手，對(duì)如何在課堂教學(xué)中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和興趣開(kāi)展教研。教學(xué)過(guò)程有進(jìn)行項(xiàng)目引導(dǎo)，任務(wù)貫穿，“提出問(wèn)題”、“引導(dǎo)思考”、“假設(shè)結(jié)論”、“探索求證”，把握課程的進(jìn)度，活躍課堂氣氛，使大多數(shù)學(xué)生能夠獲得盡可能大的收獲。采用“發(fā)現(xiàn)法”教學(xué)方式，使學(xué)生建立科學(xué)的思維方法與創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握依賴(lài)于學(xué)習(xí)者的實(shí)踐，課程組加強(qiáng)了對(duì)教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的管理；為使學(xué)生理解和有效掌握課程內(nèi)容，在堅(jiān)持課外習(xí)題練習(xí)、輔導(dǎo)答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加隨堂練習(xí)、單元測(cè)驗(yàn)等即時(shí)性練習(xí)環(huán)節(jié)，督促學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握已學(xué)知識(shí)點(diǎn)。
4、教學(xué)手段
充分利用掛圖、投影、多媒體等現(xiàn)代化手段，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間距離限制的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生能夠最大限度的利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高，彌補(bǔ)課堂上未能及時(shí)消化吸收的部分內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程中相應(yīng)教學(xué)班成立課程提高學(xué)習(xí)小組，任課教師課外指導(dǎo)該小組進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)及課外科技活動(dòng)指導(dǎo)，達(dá)到因材施教的目的；一方面教師指導(dǎo)有興趣能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，特別是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)的答疑指導(dǎo)，為能力強(qiáng)的學(xué)生提供發(fā)展空間，解決因課時(shí)數(shù)限制而無(wú)法在課堂上深入講授特定工程應(yīng)用專(zhuān)題的矛盾。也加強(qiáng)了教師與學(xué)生的互動(dòng)，教師可以第一手了解學(xué)生對(duì)教學(xué)過(guò)程的反饋，改進(jìn)教學(xué)方法，利用學(xué)習(xí)好的學(xué)生帶動(dòng)整個(gè)班級(jí)的學(xué)習(xí)，促進(jìn)良好班風(fēng)學(xué)風(fēng)的形成。探討當(dāng)前教學(xué)環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生課外學(xué)習(xí)能力的新模式。
關(guān)鍵詞 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)；實(shí)習(xí)基地；定向培養(yǎng)
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1671-489X（2014）02-0102-02
Exploration of School Enterprise Cooperation Mode of Electronic Science and Technology Specialty//Shi Jianxing， Xu Yanbin
Abstract Starting from the characteristics of Electronic Science and technology specialty， the training mode of school enterprise cooperation as a breakthrough point， to improve the students’ practical ability and training directly working talents as the goal， two aspects were summarized from the practice base construction and targeted training， explore the new road of school enterprise cooperation.
Key words electronic science and technology specialty； practice base； targeted training
2000年6月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》（國(guó)發(fā)2000〔18號(hào)〕），明確提出軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的重要基礎(chǔ)[1]。大力發(fā)展我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)，是克服我國(guó)集成電路人才短缺，抓緊培養(yǎng)集成電路專(zhuān)業(yè)人才方面的重大舉措。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)家和企業(yè)對(duì)集成電路各類(lèi)人才的需求越來(lái)越多，對(duì)人才的要求也越來(lái)越高，這些都對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。高等學(xué)校在人才培養(yǎng)的模式上必須進(jìn)行有效的改革，校企合作體制的實(shí)施和更深層次的建設(shè)是高校人才培養(yǎng)模式改革的重要方面之一。通過(guò)校企合作體制的開(kāi)展和教學(xué)質(zhì)量的不斷提高，使畢業(yè)生在準(zhǔn)備就業(yè)的時(shí)候不僅具有深厚的理論功底，而且能夠?qū)W習(xí)和掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件，具有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，了解行業(yè)背景和企業(yè)需求，為培養(yǎng)直接上崗型人才打下了良好的基礎(chǔ)。
1 學(xué)校目前存在的問(wèn)題
電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)是為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)人才的重要專(zhuān)業(yè)分類(lèi)。河北大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)集成電路工藝和集成電路設(shè)計(jì)兩大類(lèi)課程，其中集成電路設(shè)計(jì)又包括電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。通過(guò)兩年的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的講授，學(xué)生可以了解和掌握集成電路制造過(guò)程中的各種工藝加工工序（如硅片的清洗、氧化、光刻和擴(kuò)散等）、集成電路中常用的設(shè)計(jì)方法（如全定制、半定制、CPLD和FPGA等）和集成電路基本單元的版圖結(jié)構(gòu)（如電阻、電容、BJT管和MOS管等）。雖然在理論授課的基礎(chǔ)上也開(kāi)設(shè)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，但是實(shí)驗(yàn)軟件落后，以及與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際相脫節(jié)的狀態(tài)十分嚴(yán)重。這里以集成電路版圖實(shí)驗(yàn)為例來(lái)加以說(shuō)明。
在集成電路版圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于經(jīng)費(fèi)的限制，只能通過(guò)免費(fèi)或者低級(jí)的版圖繪制軟件來(lái)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。由于使用軟件功能上的落后，沒(méi)有辦法讓學(xué)生更好地了解如何對(duì)版圖進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查和電學(xué)規(guī)則檢查，不能清楚地知道設(shè)計(jì)規(guī)程檢查文件，不明白版圖后仿真和電路圖與版圖的比較過(guò)程中需要注意哪些事項(xiàng)，不知道實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)元件的版圖繪制方法，只能簡(jiǎn)單地繪制出某個(gè)元器件的版圖，造成學(xué)生只是學(xué)習(xí)到了版圖設(shè)計(jì)中的一點(diǎn)兒皮毛，相關(guān)知識(shí)匱乏，不能很好地滿(mǎn)足企業(yè)的需求。
2 校企合作方案探索
實(shí)習(xí)基地的建立 2003年7月，教育部下發(fā)《教育部、科技部關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校建設(shè)國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》，通知中要求高校要大力推進(jìn)“國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地”的教學(xué)改革[1]。為了培養(yǎng)應(yīng)用型的集成電路設(shè)計(jì)人才，了解企業(yè)需求，河北大學(xué)跟北京芯愿景軟件有限公司保定分公司簽訂了校企合作協(xié)議。這既能讓學(xué)生接觸到先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，增長(zhǎng)自身技能，又能為企業(yè)培養(yǎng)所需的人才。
在簽訂了校企合作協(xié)議之后，雙方又制定了詳細(xì)的實(shí)習(xí)基地實(shí)施方案，主要從以下幾個(gè)方面入手。
首先，暑期畢業(yè)實(shí)習(xí)。學(xué)校的畢業(yè)生需要在大三之后大四之前的暑期進(jìn)入實(shí)習(xí)單位完成畢業(yè)實(shí)習(xí)的工作。實(shí)習(xí)基地建立之后，企業(yè)可以接納電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)入單位實(shí)習(xí)并對(duì)學(xué)生提供培訓(xùn)。學(xué)生要嚴(yán)格按照企業(yè)的上下班制度等要求自己。在為期一個(gè)月的實(shí)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生開(kāi)闊了眼界，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)，掌握了實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)元件的版圖實(shí)現(xiàn)方法，明白了集成電路產(chǎn)業(yè)中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用和實(shí)現(xiàn)方法，為就業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
其次，雙向選擇，深入了解。在暑假畢業(yè)實(shí)習(xí)完成之后，企業(yè)對(duì)實(shí)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行了綜合評(píng)定，學(xué)生也對(duì)企業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。通過(guò)雙向選擇的方式，學(xué)生可以在大四下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)入實(shí)習(xí)基地進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)行雙導(dǎo)師制，由學(xué)校的指導(dǎo)教師和企業(yè)的指導(dǎo)教師共同指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文，保障學(xué)生能夠順利畢業(yè)。這既能增加學(xué)生的工作經(jīng)驗(yàn)，又能為企業(yè)本身培養(yǎng)所需的人才。
最后，除本科生的實(shí)習(xí)以外，還對(duì)集成電路工程的碩士生制定了實(shí)習(xí)計(jì)劃，并聘請(qǐng)了北京芯愿景軟件有限公司的兩名高級(jí)工程師擔(dān)任學(xué)校的兼職碩士生導(dǎo)師，對(duì)集成電路工程專(zhuān)業(yè)的碩士生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。企業(yè)根據(jù)不同層次的學(xué)生提供不同的培訓(xùn)方案，以滿(mǎn)足各自的需要。
定向培養(yǎng)方案 校企合作的目的不僅僅是為了提高學(xué)生的能力，為就業(yè)打好基礎(chǔ)，也是為了為合作企業(yè)培養(yǎng)合格的人才，實(shí)現(xiàn)雙贏。因此，在專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)校企合作協(xié)議以及市場(chǎng)對(duì)人才培養(yǎng)的需要，高校應(yīng)該適時(shí)地調(diào)整教學(xué)方案。結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，在本科教學(xué)過(guò)程中，從專(zhuān)業(yè)課開(kāi)始到專(zhuān)業(yè)選修課，都融入了實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)用到的相關(guān)內(nèi)容。
如在數(shù)字集成電路原理與設(shè)計(jì)以及模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)課的講授過(guò)程中，凡是涉及集成電路設(shè)計(jì)方法和版圖設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容時(shí)，都融入了芯愿景有限公司的相關(guān)書(shū)籍或資料作為補(bǔ)充內(nèi)容，讓學(xué)生更加直觀地了解企業(yè)在進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)時(shí)是如何進(jìn)行綜合考慮的。在數(shù)字集成電路綜合實(shí)驗(yàn)和集成電路CAD課程設(shè)計(jì)這兩門(mén)實(shí)驗(yàn)課中，采用芯愿景公司的軟件和素材進(jìn)行案例教學(xué)，讓學(xué)生直觀地感受到芯片制作過(guò)程中模塊安排、虛擬結(jié)構(gòu)單元、數(shù)字單元、模擬單元、有源器件、無(wú)源器件以及布局布線的相關(guān)知識(shí)，加深對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。在集成電路版圖設(shè)計(jì)和集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩門(mén)課程的開(kāi)始過(guò)程中，從企業(yè)聘請(qǐng)了經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師進(jìn)入課堂幫助任課教師進(jìn)行理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
以上一系列的培養(yǎng)方案，使學(xué)生對(duì)集成電路設(shè)計(jì)流程有了更清楚的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生了解到了企業(yè)對(duì)畢業(yè)生的需求，為合作企業(yè)培養(yǎng)了所需的人才，使企業(yè)減少了招聘風(fēng)險(xiǎn)，降低了成本。
3 結(jié)束語(yǔ)
校企合作的實(shí)踐教學(xué)模式，帶給學(xué)生的不僅是對(duì)書(shū)本知識(shí)的深化和技能技巧的訓(xùn)練，更是一次記憶深刻的體驗(yàn)，是一次寫(xiě)在記憶中的成長(zhǎng)經(jīng)歷[2]。校企合作協(xié)議簽訂半年多來(lái)，經(jīng)過(guò)2009級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的檢驗(yàn)，學(xué)生深刻地感受到在理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的過(guò)程中自己還存在哪些方面的欠缺，校園里所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)際工作中發(fā)揮了哪些作用。實(shí)習(xí)經(jīng)歷雖然短暫，但是學(xué)生收獲頗豐，最終都找到了理想的工作。
筆者深信，隨著校企合作的進(jìn)一步開(kāi)展和合作的進(jìn)一步深入，致力于把合作真真正正地落到實(shí)處，帶給學(xué)生的將是更加豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和待遇優(yōu)越的就業(yè)崗位，帶給企業(yè)的將是源源不斷的就業(yè)生力軍和企業(yè)品牌的進(jìn)一步推廣。
參考文獻(xiàn)
當(dāng)今社會(huì)是信息化發(fā)展迅猛的社會(huì)，各種高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，通信系統(tǒng)顯得尤為重要，通信系統(tǒng)與集成電路已經(jīng)密不可分了。如何利用集成電路工藝設(shè)計(jì)出高性能的集成電路是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)急需解決的問(wèn)題。該文將要簡(jiǎn)要介紹光纖通信光電集成電路工藝設(shè)計(jì)分析。
關(guān)鍵詞：
現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設(shè)計(jì)分析
隨著國(guó)家的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人類(lèi)的生活已經(jīng)離不開(kāi)通信方式了，各種各樣的交流活動(dòng)都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過(guò)何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個(gè)地方，就是稱(chēng)為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對(duì)來(lái)說(shuō)特別落后，時(shí)間也會(huì)非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應(yīng)用最廣泛的一種。
1什么是光纖通信
近幾年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管理體制的改革以及電信市場(chǎng)的全面開(kāi)放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實(shí)現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導(dǎo)纖維作為信號(hào)傳輸介質(zhì)的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點(diǎn)。如今社會(huì)我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點(diǎn)，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來(lái)，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開(kāi)發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動(dòng)中。光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。隨著信息技術(shù)傳輸速度日益更新，光纖技術(shù)已得到廣泛的重視和應(yīng)用。在多微機(jī)電梯系統(tǒng)中，光纖的應(yīng)用充分滿(mǎn)足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術(shù)在電梯上的應(yīng)用，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。
2集成電路的實(shí)現(xiàn)
集成工藝技術(shù)也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術(shù)為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)下，利用光電集成電路實(shí)現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個(gè)實(shí)驗(yàn)室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來(lái)越多了，這就是光電集成電路速度越來(lái)越快的原因。
3光纖通信現(xiàn)狀
光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了光纖產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。想要實(shí)現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實(shí)現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號(hào)是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來(lái)設(shè)計(jì)集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來(lái)連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)判決、復(fù)接、光接收放大等各種類(lèi)型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)殡娐芬部梢栽O(shè)計(jì)成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實(shí)現(xiàn)高速光發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的真正困難所在是激光二極管和光檢測(cè)器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無(wú)法進(jìn)行混合集成的。沒(méi)有合適的匹配網(wǎng)絡(luò)將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)從激光二極管連接到驅(qū)動(dòng)器或者從光檢測(cè)器連接到前置放大器上，就會(huì)大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)是十分簡(jiǎn)便的。利用光集成電路實(shí)現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的。現(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個(gè)設(shè)計(jì)工藝的難點(diǎn)在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設(shè)計(jì)出光電集成電路。現(xiàn)實(shí)很殘酷，大家仍需努力。
4光電集成電路
光發(fā)射機(jī)光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的。集成電路其中包括了電子元器件結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長(zhǎng)的襯底上，大概需要三個(gè)工序來(lái)集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進(jìn)行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過(guò)蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來(lái)生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進(jìn)行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過(guò)程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過(guò)程。AGAAS層能隔離電子電路機(jī)構(gòu)和激光結(jié)構(gòu)，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個(gè)連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術(shù)尚未成熟，只能用解離的方法來(lái)完成，所以說(shuō)集成激光驅(qū)動(dòng)器電路還有很大的空間有待開(kāi)發(fā)。光電集成電路分別是由光檢測(cè)器、前置放大器以及主放大器構(gòu)成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時(shí)鐘恢復(fù)和分接電路。光檢測(cè)器的集成是光電集成電路中最重要的一個(gè)部分，而金屬-半導(dǎo)體-金屬光檢測(cè)器（MSM）因?yàn)橹恍枰俨襟E的追加工藝，和如名字一般較為實(shí)惠且廣泛的材料在雪崩類(lèi)型光電檢測(cè)器和p-i-n被廣泛運(yùn)用的同時(shí)也被單片集成光接收機(jī)廣泛的使用著。在設(shè)計(jì)中第一級(jí)為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇?fù)載，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電平位移級(jí)使用的是兩級(jí)源級(jí)跟隨器，它被接入到后面，與此同時(shí)，又需要引進(jìn)一個(gè)肖特基二極管，這樣就起到了一個(gè)降低反饋點(diǎn)的直流電平所特需的水平的作用，達(dá)到了這樣一個(gè)效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。
5主要工藝流程
第一步，我們要準(zhǔn)備好充足的材料，對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和參數(shù)方面的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定材料的外延生長(zhǎng)，來(lái)確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對(duì)PD臺(tái)面進(jìn)行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過(guò)把PD臺(tái)面以外的PD層材料腐蝕掉來(lái)露出HEMT層。第三步就是進(jìn)行器件的隔離工作，仍然使用臺(tái)面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來(lái)，想要實(shí)現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準(zhǔn)確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護(hù)芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質(zhì)，這樣不僅保護(hù)了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質(zhì)。
6結(jié)束語(yǔ)
光纖通信技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會(huì)中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會(huì)當(dāng)中，光纖通信技術(shù)得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來(lái)越多的新技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)，我國(guó)的通信技術(shù)水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價(jià)值也在悄悄地?cái)U(kuò)張。但是光纖通信技術(shù)為了迎合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場(chǎng)的主流地位。我相信隨著光通信技術(shù)更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會(huì)對(duì)整個(gè)通信行業(yè)甚至社會(huì)的進(jìn)步起到舉足輕重的作用。
參考文獻(xiàn)：
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集成電路作為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代電子信息科技的核心技術(shù)，是國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。鑒于我國(guó)集成電路市場(chǎng)持續(xù)快速的增長(zhǎng)，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的人員需求也日益增加。集成電路是知識(shí)密集型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，但人才缺失的問(wèn)題是影響集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求是30萬(wàn)人 [1-2]。為加大集成電路專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)力度，更好地滿(mǎn)足集成電路產(chǎn)業(yè)的人才需求，2003年教育部實(shí)施了“國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地”計(jì)劃，同時(shí)增設(shè)了“集成電路設(shè)計(jì)和集成系統(tǒng)”的本科專(zhuān)業(yè)，很多高校都相繼開(kāi)設(shè)了相關(guān)專(zhuān)業(yè)，大力培養(yǎng)集成電路領(lǐng)域高水平的骨干專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才[3]。
黑龍江大學(xué)的集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)自2005年成立以來(lái)，從本科教學(xué)體系的建立、本科教學(xué)內(nèi)容的制定與實(shí)施、師資力量的培養(yǎng)與發(fā)展等方面進(jìn)行不斷的探索與完善。本文將結(jié)合多年集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)相關(guān)院校集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的多方面調(diào)研，針對(duì)黑龍江大學(xué)該專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和研究探索，以期提高本科教學(xué)水平，切實(shí)做好本科專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)工作。
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(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)制定了該專(zhuān)業(yè)的課程體系，經(jīng)過(guò)這幾年教學(xué)工作的開(kāi)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(xué)開(kāi)展的教學(xué)計(jì)劃及人才培養(yǎng)方案的修訂工作中進(jìn)行了再次的改進(jìn)和完善。
首先，在課程設(shè)置與課時(shí)安排上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)于部分課程調(diào)整其所開(kāi)設(shè)的學(xué)期及課時(shí)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(jìn)行適當(dāng)刪減或融合。如：在原來(lái)的課程設(shè)置中，“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程分別設(shè)置在教學(xué)第六學(xué)期和第七學(xué)期。由于“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中是以門(mén)級(jí)電路設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所以學(xué)生在未進(jìn)行模擬集成電路課程的講授前，對(duì)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(shí)都是一知半解，因此對(duì)門(mén)級(jí)電路的整體設(shè)計(jì)分析難以理解和掌握，會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及教學(xué)效果；而若在“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中添加入相關(guān)知識(shí)，與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程中本應(yīng)有的器件、工藝和版圖的相關(guān)內(nèi)容又會(huì)出現(xiàn)重疊。在調(diào)整后的課程設(shè)置中，先開(kāi)設(shè)了“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程，將器件、工藝和版圖的基礎(chǔ)知識(shí)首先進(jìn)行講授，令學(xué)生對(duì)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(jì)”課程的學(xué)習(xí)中，對(duì)于應(yīng)用各器件進(jìn)行電路構(gòu)建時(shí)會(huì)更加得心應(yīng)手，達(dá)到較好的教學(xué)效果，同時(shí)也避免了內(nèi)容重復(fù)講授的問(wèn)題。此外，這樣的課程設(shè)置安排，將有利于本科生在“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”的參與和競(jìng)爭(zhēng)，避免因?qū)W期課程的設(shè)置問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生還未深入地接觸學(xué)習(xí)相關(guān)的理論課程及實(shí)驗(yàn)課程，從而出現(xiàn)理論知識(shí)儲(chǔ)備不足、實(shí)踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過(guò)程的發(fā)揮。調(diào)整課程安排后，本科生通過(guò)秋季學(xué)期中基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時(shí)能夠確保擁有足夠的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有較充足的參賽準(zhǔn)備，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作較好地完成大賽的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，贏取良好賽果，為學(xué)校、學(xué)院及個(gè)人爭(zhēng)得榮譽(yù)，收獲寶貴的參賽經(jīng)驗(yàn)。
其次，適當(dāng)降低理論課難度，將教學(xué)重點(diǎn)放在掌握集成電路設(shè)計(jì)及分析方法上，而不是讓復(fù)雜煩瑣的公式推導(dǎo)削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能夠較好地理解和掌握集成電路設(shè)計(jì)的方法和流程。
第三，在選擇優(yōu)秀國(guó)內(nèi)外教材進(jìn)行教學(xué)的同時(shí)，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(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)時(shí)了解前沿動(dòng)態(tài)，使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。
二、變革教學(xué)理念與模式
CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行）理念，是目前國(guó)內(nèi)外各高校開(kāi)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(xué)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(shí)際教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的“數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)”課程，基于“逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）”的課題項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)內(nèi)容，將各個(gè)獨(dú)立分散的模擬或數(shù)字電路模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，使之成為具有連貫性的課題實(shí)踐內(nèi)容。在教學(xué)周期內(nèi)，以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)模式，令學(xué)生“做中學(xué)”，讓學(xué)生有目的地將理論切實(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，完成“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐和驗(yàn)證”的整體流程，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握集成電路全定制方案的具體實(shí)施方法及設(shè)計(jì)操作流程。同時(shí)，通過(guò)以小組為單位，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，在組內(nèi)或組間的相互交流與學(xué)習(xí)中，相互促進(jìn)提高，培養(yǎng)學(xué)生善于思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作的能力及創(chuàng)新能力，并可以通過(guò)對(duì)新結(jié)構(gòu)、新想法進(jìn)行不同程度獎(jiǎng)勵(lì)加分的形式以激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新力。此外，該門(mén)課程的考核形式也不同，不是通過(guò)以往的試卷筆試形式來(lái)確定學(xué)生得分，而是以畢業(yè)論文的撰寫(xiě)要求，令每一組提供一份完整翔實(shí)的數(shù)據(jù)報(bào)告，鍛煉學(xué)生撰寫(xiě)論文、數(shù)據(jù)整理的能力，為接下來(lái)學(xué)期中的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。而對(duì)于教師的要求，不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)還應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此青年教師要不斷提高專(zhuān)業(yè)能力和素質(zhì)。可通過(guò)參加研討會(huì)、專(zhuān)業(yè)講座、企業(yè)實(shí)習(xí)、項(xiàng)目合作等途徑分享和學(xué)習(xí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)定期邀請(qǐng)校外專(zhuān)家或?qū)I(yè)工程師進(jìn)行集成電路方面的專(zhuān)業(yè)座談、學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)等，進(jìn)行教學(xué)及實(shí)踐的指導(dǎo)。
三、加強(qiáng)EDA實(shí)踐教學(xué)
首先，根據(jù)企業(yè)的技術(shù)需求，引進(jìn)目前使用的主流EDA工具軟件，讓學(xué)生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，為今后競(jìng)爭(zhēng)打下良好的基礎(chǔ)。2009―2015年，黑龍江大學(xué)先后引進(jìn)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)Xilinx和FPGA實(shí)驗(yàn)箱、華大九天開(kāi)發(fā)的全定制集成電路EDA設(shè)計(jì)工具Aether以及Synopsys公司的EDA設(shè)計(jì)工具等，最大可能地滿(mǎn)足在校本科生和研究生的學(xué)習(xí)和科研。而面對(duì)目前學(xué)生人數(shù)眾多但實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)不足的情況，如果可以借助黑龍江大學(xué)的校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，則在一定程度上可以滿(mǎn)足學(xué)生在課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的需要[5]。
其次，根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)。如通過(guò)運(yùn)算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門(mén)電路、有限狀態(tài)機(jī)、分頻器、數(shù)顯鍵盤(pán)控制等各種類(lèi)型電路模塊的設(shè)計(jì)和仿真分析，令學(xué)生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路的設(shè)計(jì)方法及流程，在了解企業(yè)對(duì)于數(shù)字、模擬、數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行模塊課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的鍛煉，使學(xué)生對(duì)于相關(guān)的EDA實(shí)踐內(nèi)容真正融會(huì)貫通，為今后就業(yè)做好充足的準(zhǔn)備。
第三，根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)本科理論課程的教學(xué)內(nèi)容，以各應(yīng)用軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合多媒體的教學(xué)方法，選取結(jié)合于理論課程內(nèi)容的實(shí)例，制定和編寫(xiě)相應(yīng)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)課件及操作流程手冊(cè)，如黑龍江大學(xué)的“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”和“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程，都已制定了比較詳盡的實(shí)踐手冊(cè)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課件；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使學(xué)生能夠更加方便地分享教學(xué)資源并充分利用資源隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)。
四、搭建校企合作平臺(tái)
【關(guān)鍵詞】數(shù)字鐘；振蕩器；分頻器；CD4060；LM8560
引言
數(shù)字鐘是用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，以顯示直觀、精確、制作方便而受到電子愛(ài)好者們的青睞。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、LED顯示電路和定時(shí)報(bào)警電路部分組成，其設(shè)計(jì)與制作，有利于加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的能力，提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。
1.基本組成及工作原理
該數(shù)字鐘主要由CD4060對(duì)晶振產(chǎn)生30720Hz的頻率進(jìn)行分頻，為大規(guī)模集成電路LM8560提供60Hz的基準(zhǔn)時(shí)鐘源。電源由220V市電經(jīng)變壓、整流、濾波后獲得，其電路框圖如圖1所示。
2.功能模塊設(shè)計(jì)
2.1 振蕩器和分頻器
振蕩器用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)，是數(shù)字鐘的核心，它的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到電子鐘的精度，因而一般選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路作為時(shí)基信號(hào)源，經(jīng)過(guò)分頻可得到一時(shí)間脈沖信號(hào)，從而保證了走時(shí)的精度。本電路使用了30720Hz晶體振蕩器，送到CD4060的9腳和11腳進(jìn)行分頻，從CD4060的13（Q9）引腳輸出，其輸出振蕩頻率為：fQ9=f/29=30720/512=60Hz，送到LM8560的25腳作為輸入時(shí)間計(jì)數(shù)器的時(shí)基頻率，其電路如圖2所示。
另外，由于CD4060內(nèi)含振蕩器和一個(gè)14位的二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，所以其振蕩器的結(jié)構(gòu)也可以是RC電路，其振蕩器的振蕩頻率公式為：f=1/(2.2RC)，通過(guò)調(diào)整電路中R和C的參數(shù)也可得到30720Hz的振蕩頻率。計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器，在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)清零信號(hào)CR（12引腳）為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器全部置零且振蕩器使用無(wú)效，當(dāng)CR為低電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)并對(duì)振蕩器解除封鎖。同時(shí)，在其內(nèi)部還設(shè)有施密特整形電路。
在制作過(guò)程中我們選用了頻率為30720HZ的晶體振蕩器，產(chǎn)生信號(hào)送到CD4060進(jìn)行分頻處理，CD4060的工作電壓通常為4.5V
-18V，如上圖2電路所示，電阻R2為1MΩ，電容C2使用20pF的瓷介電容。這樣，晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)CD4060經(jīng)9分頻后從13（Q9）腳輸出60Hz的信號(hào)送到LM8560的25腳。
2.2 LM8560數(shù)字鐘集成電路
LM 8560是一種大規(guī)模50或60Hz的時(shí)基24小時(shí)專(zhuān)用數(shù)字鐘集成電路，內(nèi)含分頻器、校時(shí)器、12進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器等，可與雙陰極顯示屏組合制成數(shù)字鐘鐘控電路，其引腳功能如圖3所示。LM8560共有28引腳，1-14引腳是顯示筆劃輸出，與4位顯示屏LED FTTL-655SB的5-30引腳依次相連接，15腳為正電源輸入端，20腳接地，27腳為內(nèi)部振蕩器RC輸入端，16腳為報(bào)警輸出端，經(jīng)VT1（8050）連接到蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，其電路如圖4所示。
如圖5所示，LM8560是28引腳雙列直插封裝形式，CD4060是16引腳，也為雙列直插封裝，為了焊接與調(diào)試的方便，在制作中，通常只需將管座焊接在PCB上，而將集成電路安裝在相應(yīng)的管座上即可。
2.3 電源電路
該數(shù)字鐘電源電路可以用交流經(jīng)過(guò)整流濾波后轉(zhuǎn)換為直流供電，也可以直接用電池來(lái)供電。如圖6數(shù)字鐘電路的整體電原理圖所示，其電源部分電路由220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓，再經(jīng)VD6、VD7、VD8、VD9組成的橋式整流電路整流，形成脈動(dòng)的直流，經(jīng)電解電容C3、C4濾波給LED顯示屏和主電路供電。如果在交流供電不方便的情況下，還可以用四節(jié)1.5V的電池串聯(lián)為6V的直流電通過(guò)VD5給整個(gè)電路供電。
此外，在T1變壓器的輸入端接入一個(gè)三相插座，用于定時(shí)輸出，可以對(duì)大功率電器進(jìn)行定時(shí)。
3.組裝與調(diào)試
數(shù)字鐘時(shí)間的顯示由LED FTTL-655G顯示屏來(lái)顯示，由圖6可以分析出，晶振(30720Hz)通過(guò)CD4060的分頻為L(zhǎng)M8560提供了60Hz的基準(zhǔn)頻率，并通過(guò)兩個(gè)三極管VT2（9012）、VT3(9013)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)雙陰極顯示屏的兩陰極(26、29腳)的控制，驅(qū)動(dòng)顯示屏冒號(hào)閃爍。
在安裝過(guò)程中，最容易出錯(cuò)的部分是顯示屏與LM8560引腳的連接順序，如果順序有誤則顯示出的時(shí)間不正確，應(yīng)用排線準(zhǔn)確將LM8560的筆劃輸出焊接到顯示屏給出的焊盤(pán)上，如圖7排線連接所示。若裝配無(wú)誤，通電顯示的時(shí)間如圖8所示為“12:00”。在屏幕上有定時(shí)控制開(kāi)關(guān)，調(diào)時(shí)控制開(kāi)關(guān)，以及鬧鈴（報(bào)警）開(kāi)關(guān)等，操作方便，簡(jiǎn)單易用，例如，按下“調(diào)時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“小時(shí)鍵”，可以調(diào)整具體的小時(shí)顯示；按下“調(diào)時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“分鐘鍵”，可以調(diào)整具體的分鐘顯示，如圖9所示，把時(shí)間校對(duì)為“5:10”。同理，按下“定時(shí)鍵”的同時(shí)，再按下“小時(shí)鍵”和“分鐘鍵”可以調(diào)整定時(shí)輸出或鬧鈴報(bào)警的時(shí)間。
4.結(jié)束語(yǔ)
數(shù)字鐘是一種采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，其電路是一種對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。該制作主要運(yùn)用CD4060分頻器對(duì)晶體振蕩器的頻率進(jìn)行分頻處理和LM8560數(shù)字鐘集成電路對(duì)筆劃顯示進(jìn)行輸出，送到四位LED顯示屏進(jìn)行顯示時(shí)間。同時(shí)，該數(shù)字鐘電路除了可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能還具有報(bào)警和定時(shí)控制交流電源開(kāi)啟的擴(kuò)展功能。
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關(guān)鍵詞：八路優(yōu)先搶答器；搶答主體電路；定時(shí)CP電路
1 引言
作為現(xiàn)代技術(shù)人員只掌握和了解模擬電路的運(yùn)用與設(shè)計(jì)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和人們生活?yuàn)蕵?lè)的需求。因此作為現(xiàn)代技術(shù)人員要掌握數(shù)字電路的運(yùn)用與設(shè)計(jì)是必需的。且數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)相比具有抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)失真小等優(yōu)點(diǎn)。
2 八路優(yōu)先搶答器電路所用元器件
（1）集成電路：74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 1片，74LS00 1片。
（2）電阻： 510Ω 23只，10KΩ 10只，6.8 kΩ l只，68kΩ l只。
（3）電容： 0.1μF 1只，1μf 1只。
（4）開(kāi)關(guān)：輕觸開(kāi)關(guān) 10個(gè)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)1個(gè)。
（5）其它：發(fā)光二極管2只，共陰極LED數(shù)碼管3只。
3 主要集成塊介紹
3.1 集成電路74LS148
74LS148 優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片其中I0―I7為輸入信號(hào)，A2，A1，A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，是使能輸入端，是使能輸出端，為片優(yōu)先編碼輸出端。
當(dāng)使能輸入=1時(shí)，禁止編碼、輸出（反碼）： A2，A1，A0為全1，當(dāng)使能輸入=0時(shí)，允許編碼，在I0～I(xiàn)7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余優(yōu)先級(jí)別依次為：I6，I5，I4，I3，I2，I0。
3.2 集成電路74LS192
74LS192引腳排列如圖4.2.1所示，74LS192邏輯圖如圖4.2.1所示：
3.3 集成電路74LS279
74LS279為四個(gè)RS基本觸發(fā)器，其中的兩個(gè)RS基本觸發(fā)器有兩個(gè)S輸入端。同時(shí)觸發(fā)器也是夠成具有記憶功能的時(shí)序電路基本單元，反過(guò)來(lái)說(shuō)時(shí)序電路之所以能完成在沒(méi)有輸入的時(shí)候保持原有狀態(tài)的輸出，就是因?yàn)樗?dāng)中含具有記憶功能的觸發(fā)器。
74LS279為四個(gè)RS 觸發(fā)器。四個(gè)鎖存器中有兩個(gè)具有2個(gè)置位端（，），1Q～4Q 為四個(gè)輸出端，1 （，）～4為置位端（低電平有效），1～4為四個(gè)復(fù)位端（低電平有效）。
3.4 集成電路74LS48
74LS48是譯碼顯示驅(qū)動(dòng)集成電路，是用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管顯示相對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。
輸入端A～D是四個(gè)輸入端用來(lái)接受BCD8421碼的，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部電路的譯碼將輸入的BCD8421碼翻譯成能驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示的高低電平，并通過(guò)a～g七個(gè)輸出端將其高低電平輸出。
3.5 集成塊74LS00的介紹
74LS00其實(shí)就是將我們數(shù)字電路中四個(gè)常用的邏輯“與非門(mén)”電路集成在一個(gè)有十四個(gè)引腳的集成塊中。其邏輯功能和“與非門(mén)”一樣，邏輯功能是“有0出1，全1出0”即輸出Y=。
4 系統(tǒng)框圖以及各部分的作用
4.1 各部分的作用
（1）搶答按鍵：搶答按鈕是提供八個(gè)參賽者和八個(gè)代表隊(duì)搶答使用，并把優(yōu)先搶答的信號(hào)即第一個(gè)搶答的信號(hào)輸送給下一級(jí)。
（2）優(yōu)先編碼電路：對(duì)搶答按鍵輸入的信號(hào)進(jìn)行編碼，由于不可能有兩個(gè)人同時(shí)同點(diǎn)按下?lián)尨鸢存I，所以?xún)?yōu)先編碼器只對(duì)一路信號(hào)進(jìn)行編碼這也是完全符合優(yōu)先編碼器74LS148的工作特點(diǎn)。
（3）鎖存器是對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行鎖存，讓其在編碼器沒(méi)有信號(hào)輸送過(guò)來(lái)的情況下維持原有的信號(hào)輸出。
（4）譯碼電路的作用是對(duì)輸送進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行譯碼并驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示。
（5）LED顯示的作用是顯示相對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。
（6）主持人開(kāi)關(guān)的作用是主持人通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制搶答比賽的進(jìn)程從而控制比賽。
（7）結(jié)束提示電路的作用是在搶答結(jié)束時(shí)，提示主持人這輪搶答比賽結(jié)束。
（8）秒脈沖產(chǎn)生電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)時(shí)基秒脈沖，并提供給CP定時(shí)電路做計(jì)數(shù)定時(shí)輸出。
5 電路原理圖以及功能和工作原理
5.1 電路主要功能
（1）能提供八個(gè)參賽者或者八個(gè)代表隊(duì)進(jìn)行搶答使用。
（2）能根據(jù)比賽的要求確定是否需要定時(shí)搶答。
（3）有定時(shí)搶答的功能。在定時(shí)時(shí)間到時(shí)若還沒(méi)有人搶答則提示主持人宣布此輪搶答比賽結(jié)束。
（4）只有首先（優(yōu)先）搶答的人搶答才會(huì)有顯示，后續(xù)搶答無(wú)效。且搶答成功后，CP計(jì)時(shí)停止。
（5）能完成搶答清零的工作和重新定時(shí)的工作，能多次循環(huán)使用。
5.2 CP定時(shí)輸出電路的工作原理
5.2.1 NE555組成的秒脈沖多諧振蕩器。
當(dāng)接通電源時(shí)，由于電容的兩端的電壓不能突變，低電平觸發(fā)端2腳為低電平，輸出端3腳為高電平。
電源通過(guò)電阻R1和R2對(duì)電容器C充電，當(dāng)電容電壓充到電源電壓的2/3時(shí)，高電平觸發(fā)端6腳為高電平，輸出端3腳為低電平。同時(shí)放電管（第7腳）導(dǎo)通，2腳上的電容經(jīng)過(guò)電阻R2放電。
當(dāng)電容器電壓下降到電源的1/3時(shí)，輸出端3腳為高電平。電容器放電停止，電源通過(guò)電阻R1和R2再次對(duì)接2腳上的電容CT充電，如此反復(fù)，形成振蕩，輸出連續(xù)矩形脈沖。
5.2.2 CP定時(shí)電路的主要工作原理
由電阻和LED發(fā)光二極管組成的電路接在電源和NE555的3腳，每當(dāng)NE555產(chǎn)生一個(gè)秒脈沖，LED閃爍一次并輸出秒脈沖給74LS192組成的計(jì)數(shù)器中，我們可以通過(guò)對(duì)74LS192的預(yù)置來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)的功能。在=0（低電平）時(shí)，通過(guò)對(duì)74LS192的D0～D3來(lái)預(yù)置時(shí)間，此次電路設(shè)定為30秒，在開(kāi)關(guān)S10按下時(shí)給由兩個(gè)74LS192組成的計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)。即有30個(gè)秒脈沖輸入時(shí)CP定時(shí)輸出端輸出CP定時(shí)信號(hào)。
6 電路實(shí)踐與校檢
用2塊實(shí)驗(yàn)電路板分別做成主體電路與CP定時(shí)電路并通過(guò)導(dǎo)線將2塊實(shí)驗(yàn)電路板按一定的方式連接在一起。根據(jù)電路原理圖的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等。
在焊接過(guò)程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足多次發(fā)生虛焊或者相鄰焊點(diǎn)接觸導(dǎo)致短路等事故。
制作的第一塊板即主體電路一開(kāi)始測(cè)試時(shí)不能工作，又由于沒(méi)有穩(wěn)壓電源而不能檢驗(yàn)。情急之下，靈機(jī)一動(dòng)，把3節(jié)干電池制成4.5伏電壓源，又用萬(wàn)用表逐點(diǎn)排查，原來(lái)有虛焊的點(diǎn)。找出原因后并排斥故障后，電路板正常工作。
第二塊板由于有了第一塊板的的經(jīng)驗(yàn)一試就成功。
最后把二塊實(shí)驗(yàn)電路板按一定的方式連接在一起實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先搶答的功能。
7 小結(jié)
通過(guò)以上論述與介紹本次設(shè)計(jì)的數(shù)顯八路優(yōu)先搶答器能滿(mǎn)足普通比賽的要求。電路的功能齊全，同時(shí)主體電路與定時(shí)電路還能拆開(kāi)使用。電路價(jià)格便宜。本電路使用的集成塊較多，電路成本大大降低。與之由分立原件組成的電路相比成本大大降低。因電路的構(gòu)造原因需要主持人掌握一定的操作能力。
參考文獻(xiàn)
（1）謝自美《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試》（第一版）.武漢： 華中科技大學(xué)出版社，2014。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路； 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換； 智能化； 數(shù)字信號(hào)； 電壓表
中圖分類(lèi)號(hào)：TN919-34； TP216+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1004-373X(2011)20-0184-03
Development of Intelligent Digital Voltmeter Based on Digital Integrated Circuit
LI Huai-fu
（Sichuan Information Technology College, Guangyuan 628017, China）
Abstract： In order to solve the intelligentization difficulties existing in ordinary digital voltmeter, such as range automatic convertion, polarity judgment of measured voltage, amplitude transformation, overrange display and alarm signal intelligentization, the digital circuit chip is adioted to realize the intelligentization of voltmeter functions according to digital logic control relation. The design principle of the circuit is elaborated. The circuit system composition, function and characteristics of each part in the circuit, selection of circuit components, and signal processing process are introduced. The design functions are verified by an actual product. A homemade intelligent digital voltmeter with the design functions has been put into practice.
Keywords： digital circuit; range automatic convertion; intelligentization; digital signal; voltmeter
0 引 言
在現(xiàn)在市場(chǎng)上廣泛使用的一般數(shù)字電量測(cè)量電表都沒(méi)有解決量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，測(cè)量操作時(shí)仍然靠人工拔動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換量程，測(cè)量電表的智能化設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。在現(xiàn)有的智能電表中，智能化功能大多采用單片機(jī)控制電路或雙向移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是電路系統(tǒng)、量程控制信號(hào)的產(chǎn)生比較復(fù)雜，調(diào)試與制作難度大，可靠性較差等。實(shí)際上,電路系統(tǒng)完全可以用常用數(shù)字集成電路組成，通過(guò)組合邏輯功能來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)量程之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。
1 電路系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)
電路系統(tǒng)由被測(cè)輸入電壓極性檢測(cè)與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生電路、多路模擬開(kāi)關(guān)切換電路、量程控制放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和顯示電路等組成，如圖1所示［1-2］。
圖1中各部分電路的功能分別是：
(1)電壓極性顯示信號(hào)產(chǎn)生電路：由電壓比較器根據(jù)被測(cè)電壓極性產(chǎn)生“+”或“-”極性顯示信號(hào)。
(2) 電壓通道選擇與極性轉(zhuǎn)換電路：有2個(gè)通道，對(duì)于正極性電壓由通道1通過(guò)，若為負(fù)極性電壓由通道2通過(guò)，再變換為正極性后輸出。
(3) 量程自動(dòng)控制信號(hào)產(chǎn)生電路：根據(jù)被測(cè)電壓的高低確定各段的測(cè)量范圍（量程）,產(chǎn)生量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)、超量程顯示與報(bào)警信號(hào)，并控制各量程小數(shù)點(diǎn)的位置。
圖1 數(shù)字式智能電壓表電路結(jié)構(gòu)方框圖
(4)程控放大器與模擬開(kāi)關(guān)切換電路：在量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)的作用下選擇不同的通道，將某個(gè)量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A/D轉(zhuǎn)換器。
(5) A/D轉(zhuǎn)換電路：將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
(6) 譯碼與顯示電路：將數(shù)字信號(hào)譯碼后，由數(shù)碼管顯示出測(cè)量結(jié)果。
2 電路原理圖簡(jiǎn)介
根據(jù)圖1構(gòu)建的數(shù)字式智能電壓表電路原理［3-5］如圖2所示。圖中主要元器件的作用如下：
U1（LM324）為四運(yùn)放IC1，U1-1/4與U1-2/4的作用是產(chǎn)生被測(cè)電壓極性識(shí)別信號(hào)與控制U2的信號(hào)通道。U1-3/4構(gòu)成程控放大電路，對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行10，1，1/10，1/100的放大或衰減。U1-4/4為反相放大器，用于調(diào)整輸出電壓幅度以滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器正常工作要求；
U2（SGM522）為二通道模擬開(kāi)關(guān)IC，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極性的被測(cè)電壓分通道傳輸，以便對(duì)負(fù)極性信號(hào)實(shí)施反相處理；
U3（C4066）為四通道模擬開(kāi)關(guān)IC，在量程自動(dòng)控制信號(hào)的作用下，實(shí)現(xiàn)讓不同量程的電壓分通道傳輸，以便配合U1-3/4電壓進(jìn)行幅度變換；
U4（LM339）、U5（74LS05）、U6與U7（74LS21）組成自動(dòng)量程控制信號(hào)產(chǎn)生電路。其中，U4為四比較器IC，用于確定各量程的測(cè)量范圍，U5為四反相器，對(duì)高或低電平實(shí)施反相變換，U6、U7均為四輸入雙與門(mén)IC，通過(guò)邏輯運(yùn)算獲得自動(dòng)量程控制信號(hào)；
圖2 數(shù)字式智能電壓表電路原理圖
U8（C14433）為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（又稱(chēng)雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器），轉(zhuǎn)換輸出結(jié)果與輸入信號(hào)的平均值成正比，對(duì)疊加在輸入信號(hào)上的交流干擾有良好的抑制作用，具有零漂補(bǔ)償?shù)?位半（BCD碼）單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換速率為3～10 Hz，轉(zhuǎn)換精度為±1 LSB，模擬輸入電壓范圍0～±1.999 V或0～±199.9 mV，輸入阻抗大于100 MΩ。MC14433轉(zhuǎn)換結(jié)果以BCD碼形式，分別按千、百、十、個(gè)位由Q0～Q3端輸出，相應(yīng)的位選通信號(hào)由DS1～DS4提供；
U9（MC14511B）為譯碼集成電路，將BCD碼譯碼成十進(jìn)制信號(hào)，控制數(shù)碼管的位顯示；
U10（MC1413）為7路反相緩沖集成電路，用于實(shí)現(xiàn)高低電平間的轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)對(duì)數(shù)碼顯示管的驅(qū)動(dòng)能力。
3 電路工作原理
（1） 被測(cè)電壓的Ux極性判斷與變換電路工作原理：電路由2個(gè)過(guò)零電壓比較器、一個(gè)反相器和雙向限幅電路組成［6］，當(dāng)Ux極性為“+”時(shí)，U1-1/4輸出高電平，在C＋的控制下被測(cè)電壓通過(guò)U2的第一通道。U1-2/4輸出低電平，C―也為低電平，U2的第二通道不通；當(dāng)Ux極性為“-”時(shí)，U1-2/4輸出高電平，在C―的控制下被測(cè)電壓通過(guò)U2的第二通道，并通過(guò)U5-1/4完成反相變換。U1-1/4輸出低電平，C＋使U2的第一通道不通。V1,V2為雙向限幅二極管，用于限制加到U1-1/4與U1-2/4輸入端的電壓幅度。
（2） 多路模擬開(kāi)關(guān)和程控放大電路工作原理：電路由C4066，U1-3/4、R4～R7等組成。設(shè)R1~R3通道等效電阻為R1～3，其大小可設(shè)置為100kΩ，當(dāng)B1為高電平時(shí)，多路模擬開(kāi)關(guān)C4066的i1~O1通道接通，運(yùn)放U1-3/4的反饋電阻R4取1 MΩ，對(duì)Ux放大10倍后送入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。若A/D轉(zhuǎn)換的電壓滿(mǎn)度值為2 V，則可測(cè)量0～±200 mV的電壓。同理，當(dāng)量程轉(zhuǎn)換控制信號(hào)B2,B3,B4分別為高電平時(shí)，C4066對(duì)應(yīng)的通道接通，當(dāng)U1-3/4的反饋電阻R5，R6，R7分別取100kΩ、10kΩ、1kΩ時(shí)，R5使±200 mV～±2 V的電壓直接通過(guò)，R6使±2～±20 V的電壓衰減10倍后通過(guò)，R7使±20～±200 V的電壓衰減100倍后通過(guò)。再將某┮宦肥涑齙繆咕U1-4/4反相放大，使與實(shí)際被電壓極性一致，并可通過(guò)R16調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)（-R16/R15），保證A/D轉(zhuǎn)換電路正常工作所需的輸入電壓。
（3）量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路工作原理：量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路由四4比較器U4、3個(gè)反相器（U5內(nèi)）、2個(gè)四輸入雙與門(mén)U6與U7、分壓電阻R10～R14等組成。由于設(shè)置R1～3為100kΩ，選擇R8（470kΩ可調(diào)）與R9（5kΩ）使ux在R9上的分壓比為1/100，經(jīng)分壓后加到各比較器的反相輸入端。當(dāng)ux分別為±200 mV，±2 V，±20 V，±200 V時(shí)，分電壓值分別為2 mV,20 mV,0.2 V,2 V。同時(shí)，由R10～R14（電阻值如圖2中所示）對(duì)VCC分壓獲得各比較器的參考電平也分別為2 mV,20 mV,0.2 V,2 V，并分別加至各比較器的同相輸入端。當(dāng)被電壓Ux達(dá)到某量程的滿(mǎn)刻度值時(shí)，使比較器的輸出電平由高變低，通過(guò)組合邏輯電路產(chǎn)生量程自動(dòng)控制與標(biāo)志信號(hào)（高電平有效）。若Ux位于0～±200 mV，U6-1/2輸出高電平，獲得有效量程控制信號(hào)B1，其余B2～B3為低電平；同理，當(dāng)被測(cè)電壓分別在±2 V，±2～±20 V，±20～±200 V范圍時(shí)，U6-2/2、U7-1/2、U7-2/2分別輸出高電平，獲得量程控制信號(hào)B2、B3和B4，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。
邏輯表達(dá)式分別為：B1＝W•X•Y•Z，B2＝┆WX•Y•Z，B3＝WX•Y•Z，B4＝WXYZ。Z＝0為超量程標(biāo)志信號(hào)。
（4） 被測(cè)電壓極性、小數(shù)點(diǎn)位置與超量程的指示信號(hào)：被測(cè)電壓極性顯示控制信號(hào)由U1-2/4提供，用輸出的高或低電平控制“-”或“+”號(hào)的顯示；小數(shù)點(diǎn)位置控制信號(hào)由量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)，B1的高電平用于顯示測(cè)量范圍為0～±200 mV的小數(shù)點(diǎn)位置，B2的高電平用于顯示測(cè)量范圍為±200 mV～±2 V的小數(shù)點(diǎn)位置，B3的高電平用于顯示測(cè)量范圍為±2～±20 V的小數(shù)點(diǎn)位置， B4的高電平用于顯示測(cè)量范圍為±20～±200 V的小數(shù)點(diǎn)位置，當(dāng)被測(cè)量電壓范圍在±200 V以外時(shí)，不用小數(shù)點(diǎn)；超量程指示信號(hào)由B4的低電平實(shí)現(xiàn)，當(dāng)B4為低電平時(shí)，表明被測(cè)電壓超過(guò)了±200 V的最高上限。
（5） A/D轉(zhuǎn)換、譯碼、顯示電路工作原理：用U1-2/4輸出的信號(hào)控制數(shù)碼管最高位“g”段的亮與不亮，實(shí)現(xiàn)極性“-”顯示。當(dāng)U4的4個(gè)比較器都輸出高電平量，便發(fā)生了超量程情況，可用它們產(chǎn)生報(bào)警與超量顯示信號(hào)（本系統(tǒng)未考慮）。當(dāng)程控放大器輸出的信號(hào)加到U8的3腳，將模擬電壓轉(zhuǎn)換為BCD碼，并由20、21、22、23腳輸出，經(jīng)U9譯碼為千、百、十、個(gè)四位十進(jìn)制數(shù)，同時(shí)，由U8的16、17、18、19腳輸出對(duì)應(yīng)的選通信號(hào)，共同控制數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。
4 結(jié) 語(yǔ)
本測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)用與門(mén)、反相器、比較器、多路模擬開(kāi)關(guān)集成電路（C4066）等數(shù)字集成電路巧妙組合獲得了被電壓極性判斷、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、信號(hào)幅度變換、小數(shù)點(diǎn)位置顯示控制、超量程顯示與報(bào)警信號(hào)。電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)看似復(fù)雜，但分立元件少，成本低。具有設(shè)置量程方便、電壓測(cè)量范圍寬、功能相對(duì)獨(dú)立且容易擴(kuò)展、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，值得借鑒。
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