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集成电路的设计方法及步骤范文1
【关键词】集成电路版图；教学方法；改革
集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果，版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性，因此，如何培养学生学好集成电路版图设计技术，具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质，是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题，我们做了以下探索。
一、突出实践，理论配合
传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先，学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉，但动手实践能力缺乏培养，往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力，造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质，造成对它的讲授还是采取传统教学方式：老师讲，学生听，偏重理论，缺乏实践，影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程，如果按照传统方式授课，课程的综合性和实践性无法得到体现，违背了课程应有的自身规律，教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后，采取了实践先行，理论配合的教学方法，具体如下：集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求，以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形，实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用，让学生掌握EDA软件的每一个主要功能，从图形的选择、材料的配置，让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的，每一个步骤是如何使用软件完成的，整体芯片版图设计的流程有哪些规定，学生此时设计的版图可能不是很精确和完美，但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识，建立起版图设计的基本概念，对于后续的学习奠定了牢实的实践基础，此时再去讲授版图设计理论知识，学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论，真正做到了知行合一，实践先行的教育理念，对学生能力的培养大有裨益。
二、注重细节，加强引导
传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间，学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素，但是在版图设计中，这些元器件为什么要这样设计，其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑，我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者，首先要熟悉工艺条件和期间物理，才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的，掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解，通用元器件的规则整理出它们的共性，最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆，不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究，学生在这一系列规则的学习过程中，慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点，能够举一反三的在不同工艺规则下，设计同一种元器件的版图，即使电路元器件的数量巨大，电路拓扑关系复杂，在老师耐心的讲解下，学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图，这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以，关注细节，加强引导，是提高学生学习效果的一个重要方法。
三、完善考核机制，争取比赛练兵
学生成绩的提高，合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告，学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核，造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式，全方位考核学生的学习效果。根据知识点，将通用模拟电路分成五大类，每个大类提取出经典的电路10种，使用主流芯片加工厂的生产工艺，由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来，作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上，将以往设计的一些实用电路布置给学生，要求在规定的时间内，设计出合格的版图，以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间，可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路，而且必须在规定的时间内设计出版图，这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中，会遇到多种问题，他们会采取问老师答疑，和同学讨论的多种方式解决，不仅能督促他们平时上课认真听讲，而且对遇到的问题也能多角度思考，最重要的是他们亲自动手设计版图，将工艺、电路、器件综合考虑，在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分，而且将每个项目的得分出具详细的报告，对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告，能够知道课程学习的缺点和得分项，为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目，学生可以争取参加微电子专业的一些比赛，通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目，来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力，为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。
四、总结
《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程，对它的讲授不仅需要扎实的理论基础，还需合理的实践环节配合，才能取得良好的教学效果。
参考文献
[1]Christopher Saint/Judy Saint.集成电路版图基础-实用指南[M].北京:清华大学出版社,2006(10).
[2]蔡懿慈.超大规模集成电路设计导论[M].北京:清华大学出版社,2005(10.
[3]编委会.最新高等院校实验室建设与管理及教学指导手册[M].北京:中国教育出版社,2006(11).
基金项目：北方工业大学教育教学改革和课程建设基金。
集成电路的设计方法及步骤范文2
在此，我们重点是讨论集成电路芯片加工过程中的一些关键手艺。
集成电路基本工艺包括基片外延生长、掩模制造、曝光技术、刻蚀、氧化、扩散、离子注入、多晶硅淀积、金属层形成。
关键词：外延、掩膜、光刻、刻蚀、氧化、扩散、离子注入、淀积、金属层
集成电路芯片加工工艺，虽然在进行IC设计时不需要直接参与集成电路的工艺流程，了解工艺的每一个细节，但了解IC制造工艺的基本原理和过程，对IC设计是大有帮助的。
集成电路基本工艺包括基片外延生长掩模制造、曝光技术、刻蚀、氧化、扩散、离子注入、多晶硅淀积、金属层形成。
下面我们分别对这些关键工艺做一些简单的介绍。
一、外延工艺
外延工艺是60年代初发展起来的一种非常重要的技术，尽管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上，但是未经过外延生长的基片通常不具有制作期间和电路所需的性能。外延生长的目的是用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。常用的外延技术主要包括气相、液相金属有机物气相和分子束外延等。其中，气相外延层是利用硅的气态化合物或液态化合物的蒸汽在衬底表面进行化学反应生成单晶硅，即CUD单晶硅；液相外延则是由液相直接在衬底表面生长外延层的方法；金属有机物气相外延则是针对ⅢⅤ族材料，将所需要生长的ⅢⅤ族元素的源材料以气体混合物的形式进入反应器中加热的生长区，在那里进行热分解与沉淀反映，而分子束外延则是在超高真空条件下，由一种或几种原子或分子束蒸发到衬底表面形成外延层的方法。
二、掩模板的制造
掩模板可分成整版及单片版两种，整版按统一的放大率印制，因此称为1×掩模，在一次曝光中，对应着一个芯片陈列的所有电路的图形都被映射到基片的光刻胶上。单片版通常八九、实际电路放大5或10倍，故称作5×或10×掩模，其图案仅对应着基片上芯片陈列中的单元。
早期掩模制作的方法：①首先进行初缩，把版图分层画在纸上，用照相机拍照，而后缩小为原来的10%~%20的精细底片；②将初缩版装入步进重复照相机，进一步缩小，一步一幅印到铬片上，形成一个阵列。
制作掩模常用的方法还包括：图案发生器方法、x射线制版、电子束扫描法。
其中x射线、电子束扫描都可以用来制作分辨率较高的掩模版。
三、光刻技术
光刻是集成电路工艺中的一种重要加工技术，在光刻过程中用到的主要材料为光刻胶。光刻胶又称为光致抗蚀剂，有正胶、负胶之分。其中，正胶曝光前不溶而曝光后可溶，负胶曝光前可溶而曝光后不可溶。
光刻的步骤：①晶圆涂光刻胶；②曝光；③显影；④烘干
常见的光刻方法：①接触式光刻；②接近式光刻；③投影式光刻
其中，接触式光刻可得到比较高的分辨率，但容易损伤掩模版和光刻胶膜；接近式光刻，则大大减少了对掩模版的损伤，但分辨率降低；投影式光刻，减少掩模版的磨损也有效提高光刻的分辨率。
四、刻蚀技术
经过光刻后在光刻胶上得到的图形并不是器件的最终组成部分，光刻只是在光刻胶上形成临时图形，为了得到集成电路真正需要的图形，必须将光刻胶上的图形转移到硅胶上，完成这种图形转换的方法之一就是将未被光刻胶掩蔽的部分通过选择性腐蚀去掉。
常用的刻蚀方法有：湿法腐蚀、干法腐蚀。
湿法腐蚀：首先要用适当的溶液浸润刻蚀面，溶液中包含有可以分解表面薄层的反应物，其主要优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低。存在的问题有钻蚀严重、对图形的控制性较差、被分解的材料在反应区不能有效清除。
干法刻蚀：使用等离子体对薄膜线条进行刻蚀的一种新技术，按反应机理可分为等离子刻蚀、反应离子刻蚀、磁增强反应例子刻蚀和高密度等离子刻蚀等类型，是大规模和超大规模集成电路工艺中不可缺少的工艺设备。干法刻蚀具有良好的方向性。
五、氧化
在集成电路工艺中常用的制备氧化层的方法有：①干氧氧化；②水蒸气氧化；③湿氧氧化。
干氧氧化：高温下氧与硅反应生成sio2的氧化方法；
水蒸气氧化：高温下水蒸气与硅发生反应的氧化方法；
湿氧氧化：氧化首先通过盛有95%c左右去离子睡的石英瓶，将水汽带入氧化炉内，再在高温下与硅反映的氧化方法。
影响硅表面氧化速率的三个关键因素：温度、氧化剂的有效性、硅层的表面势。
六、扩散与离子注入
扩散工艺通常包括两个步骤：即在恒定表面浓度条件下的预淀积和在杂志总量不变的情况下的再分布。预淀积只是将一定数量的杂质引入硅晶片表面，而最终的结深和杂质分布则由再分布过程决定。
常见的扩散方法主要有固态源扩散和气态源扩散等。
离子注入是将具有很高能量的带点杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，它的掺杂深度由注入杂质离子的能量、杂质离子的质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的剂量决定。高能离子射入靶后，不断与衬底中的原子以及核外电子碰撞，能量逐步损失，最后停止下来。
离子注入法于20世纪50年代开始研究，20世纪70年代进入工业应用阶段。随着VLSI超精细加工技术的发展，现已成为各种半导体掺杂和注入隔离的主流技术。在离子注入后，由于会在衬底中形成损伤，而且大部分注入的离子又不是以替位的形式位于晶格上，为了激活注入到衬底中的杂质离子，并消除半导体衬底中的损伤，需要对离子注入后的硅片进行退火。
退火，也叫热处理，作用是消除材料中的应力或改变材料中的组织结构，以达到改善机械强度或硬度的目的。
七、淀积
器件的制造需要各种材料的淀积，这些材料包括多晶硅、隔离互连层的绝缘材料和作为互连的金属层。
在厚绝缘层上生长多晶硅的一个常用方法是“化学气相淀积”（CVD），这种方法是将晶片放到一个充满某种气体的扩散炉中，通过气体的化学反应生成所需要的材料。
以上简单介绍了集成电路的基本工艺，当然，这些只是关键的几个工艺，集成电路的工艺还有很多，在这里就不一一说明了。
参考文献：
[1] 李冰，集成电路CAD与实践，电子工业出版社
[2] 王志功、陈莹梅，集成电路设计（第二版），电子工业出版社
[3] 张兴、黄如、刘晓彦，微电子学概论（第二版），北京大学出版社
集成电路的设计方法及步骤范文3
关键词：版图设计；集成电路；教学与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0153-02
目前，集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时，都希望找到已经具备一定工作经验的，并且熟悉本行业规范的设计师。但是，IC设计这个行业圈并不大，招聘人才难觅，不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资，设计师才会考虑跳槽，于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生，以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是，企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现，即使是懂点版图知识的新员工，电路和工艺的知识差强人意，再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识，使学生明确其中紧密关联关系，树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。
一、企业对IC版图设计的要求分析
集成电路设计公司在招聘版图设计员工时，除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外，大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求：熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺；熟悉集成电路（数字、模拟）设计，了解电路原理，设计关键点；熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则；掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具；完成手工版图设计和工艺验证[1，2]。另外，公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广，而国内学校开设这方面专业比较晚，IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大，所以拥有一定工作经验的设计工程师，就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4，5]。
二、针对企业要求的版图设计教学规划
1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件，它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时，一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等，鉴于很少有学校开设这门课程，可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计，可以由Foundry厂提供，也可由公司自定制标准单元版图库，因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。
2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中，无论是CMOS还是双极型电路，主要目标并不是芯片的尺寸，而是优化电路的性能，匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者，更关心的是电路的性能，了解电压和电流以及它们之间的相互关系，应当知道为什么差分对需要匹配，应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的，面积在某种程度上说仍然是一个问题，但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。另外，模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手，经常需要与前端工程师交流，看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等，这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。
3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此，对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高，版图设计工作还涵盖了电路提取与整理，这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程；而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。
三、教学实现
1.数字版图。数字集成电路版图在教学时，一是掌握自动布局布线工具的使用，还需要对UNIX或LINUX系统熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是数字逻辑单元版图的设计，目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺，因此，必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时，可以做个形象的PPT，空间立体感要强，使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪，教师一边讲解电路和绘制版图，一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项，学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图，同时教师可适当调整教学速度，适时停下来检查学生的学习情况，若有错加以纠正。这样，教师一个单元版图讲解完毕，学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随，学生的注意力更容易集中，掌握速度更快。课堂讲解完成后，安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元，并具有代表性、扩展性，使学生可以举一反三，扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范，比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求；单元版图一定要最小化，如异或门与触发器等常使用传输门实现，绘制版图时注意晶体管源漏区的合并；大尺寸晶体管的串并联安排合理等。
2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现，经常需要与前端电路设计工程师交流。因此，版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理，学生能识CMOS模拟电路，与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响，熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上，依然采用数字集成电路版图的教学过程，实现教与学的同步。在内容安排上，一是以运算放大器为例，深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理，版图匹配时结构采用一维还是二维，具体是如何布局的，以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例，深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。
3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺，要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时，做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程，达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路，需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时，说明数字电路需要归并同类图形，例如与非门、或非门、触发器等，同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性，做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理，因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理，使其他人员也能看出你提取电路的功能，做到准确通用规范性。
集成电路版图设计教学应面向企业，按照企业对设计工程师的要求来安排教学，做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识，定位准确，学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨，安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨，力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。
参考文献：
[1]王静霞，余菲，赵杰.面向职业岗位构建高职微电子技术专业人才培养模式[J].职业技术教育，2010，31（14）：5-8.
[2]刘俐，赵杰.针对职业岗位需求？摇探索集成电路设计技术课程教学新模式[J].中国职业技术教育，2012，（2）：5-8.
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[4]李淑萍，史小波，金曦.微电子技术专业服务地方经济培养高技能人才的探索[J].职业技术教育，2010，13（11）：13-16.
集成电路的设计方法及步骤范文4
[STHZ]1[STBZ]专用集成电路设计重点实验室的实验教学改革实践 江苏省专用集成电路设计重点实验室（后简称“实验室”）有专职教师20人，承担南通大学杏林学院集成电路与集成系统专业实验课程12门，实验室近三年承担各级各类科研项目75项，79篇，其中SCI、EI论文43篇，有着良好的科研基础和科研成果。实验室老师在实验教学过程中，注重结合自身的科研方向向学生介绍集成电路相关新技术和新方法，并将计算机建模和仿真的新技术贯穿于专业实验教学中。比如，在“模拟电路”实验教学中引入Spice仿真软件，在“数字电路”实验教学中引入Quartus软件等。在设置的探索性实验课程中，只给学生引出若干思路，学生利用相关软件可在课堂内外自主练习，在互联网上查找相关技术资料，设计实验方案和实验步骤。通过这种引导，该专业学生对新技术掌握较快，在探索过程中遇到不懂的环节能相互进行探讨，主动向教师请教，逐步培养了自主式、合作式的学习习惯。
集成电路设计与集成系统专业培养掌握集成电路基本理论、集成电路设计基本技能，掌握集成电路设计的EDA工具，熟悉电路、计算机、信号处理、通信等相关系统知识，从事集成电路研究、设计、开发及应用，具有一定创新能力的应用型高级集成电路和电子系统集成技术人才。围绕该培养目标，实验教学内容上进行了与时俱进的改革。比如将LQFP64封装建模与仿真分析这一科研案例应用于实验教学中。实际科研案例的使用使得理论知识变得生动形象，加深了学生对基本理论知识的理解，学生学习兴趣和学习动力有了显著提高，能独立完成封装建模、仿真到最后优化的整个流程，为后续专业学习和就业打下牢固的基础，适应了我校独立学院“厚基础，强应用”的人才培养目标[2]。此外，教师紧密结合教学和科研实例编写教材，根据电路设计相关工作编写的《电路PSpice仿真实训教程》被列为教育部高等学校电子电气基础教学指导分委员会推荐教材。
从2009年承担集成电路与集成系统专业课程起，实验室鼓励高级职称人员承担实验课程，指导学生开展创新性实验项目。实验室教师指导本科生积极参加省级、校级大学生实践创新训练计划、校大学生课外学术科技作品等科技活动，获批“江苏省高校大学生实践创新训练计划”2项、南通大学“大学生实践创新训练计划”3项。所指导的集成电路设计与集成系统专业学生的参赛作品入围第三届 “华大九天杯”大学生集成电路设计大赛，荣获三等奖。“华大九天杯”大学生集成电路设计大赛是针对微电子及相关专业在校生的一次专业实践性赛事，是对我国集成电路设计领域人才培养的一次交流和检阅。
实验室成立于2002年，拥有集成电路工艺和器件仿真、集成电路电路仿真与版图设计、集成电路封装设计等先进的EDA软件工具，以及高性能工作站、网络分析仪、矢量信号发生器、微电材料与器件的光电测试系统、数模混合集成电路测试仪等硬件设备，仪器设备总值达1 000多万。这些仪器设备均属于科研仪器设备，由于场地紧、管理人员少，这些科研仪器设备目前还未对本科学生全面开放，主要为教师及研究生使用，仅有少量学生在参与教师的科研项目过程中能接触使用到部分科研仪器设备，重点实验室的仪器设备资源优势在本科实验教学改革中的作用发挥远远不够。
实验室围绕科研发展方向，三年多来先后邀请了中国科学院、北京大学、复旦大学、南京邮电大学、澳大利亚国立格里夫斯大学、美国密西根大学、新加坡南洋理工大学、日本富山县立大学等国内外知名科研学府的20多位专家学者来校进行讲学和交流，实验室教师也积极准备为学生举办专题讲座，此外还邀请了企业技术专家来校与师生进行面对面的交流。
2进一步加强科研与实验教学融合的探索
“授之以鱼不如授之以渔”，这要求教师与时俱进的将科研与实验教学紧密结合，使实验教学内容更贴近现代科研水平，让学生掌握有应用价值的知识和方法，培养符合社会实际应用需求的人才。
2.1加强科研新方法新技术在实验教学中的引入
以培养学生实践能力、科研能力和自主创新能力为目的进行的实验教学改革，必须与科研紧密结合，减少验证性实验项目，增加综合性实验项目，增设创新实验课程。将科研用到的新方法、新技术逐步引入到实验教学中，更新实验教学方法与手段，设置探索性实验项目来模拟科研全过程。引导学生自己去思考并寻找合理解释，鼓励学生查阅相关的参考资料，探索问题产生的真正原因，训练他们主动分析和独立解决问题的能力，实现实验教学与科研新技术、新方法训练的有机结合。
2.2加强科研内容与实验教学内容的结合
在实验教学内容中，除了加强科研新方法、新技术的引入，还需要精选科研中的实际案例，让学生能真正地体验科研。依托科研项目来设置综合性实验，将成熟的科研成果及时转化为创新实验项目，使得实验内容兼具新颖性和探索性，有利于学生开阔视野，扩展知识面，激发专业热情。增加科研实例在实验教学内容中的灵活运用，提高综合性、设计性、创新实验的比重，让学生现在所学所练真正成为日后实际工作中的基础，学有所得，学有所用。
2.3加强对学生科研创新活动的引导
科技活动作为一种探索性的实践过程，具有科技性、实践性和探索性的特点，是培养学生创新素质的最佳切入点。吸收对科研感兴趣的学生参与到教师的科研活动中，承担一部分力所能及的科研课题，通过科研实践氛围的熏陶，激发学生的科学研究兴趣，引导学生积极探索[3]。鼓励学生积极申报大学生创新性实验计划项目，并为学生进行创新性实验研究提供条件，如设立“大学生创新基金”。组织学生参加竞赛，将本科学生科研创新实验与竞赛结合起来，培养学生的科学精神和创新能力。
2.4加强科研仪器设备在实验教学中的应用
为了挖 掘科研仪器设备利用的潜力，实现科研与教学资源共享，科研实验室需要在时间、空间、设备和实验课题等多方面进行开放。制定相关的规章制度，对本科学生的准入条件、经费支持和科研管理等多个方面加以规范，使得科研仪器设备在教学中也能发挥其优势，充分拓展现有科研仪器设备的使用范围，提高仪器设备利用率，同时为学生提供开展科研创新实验的环境，高质量、高效率地为科研与教学服务。通过优化资源配置，建立资源共享机制，为创新人才的培养提供良好的教学平台[4]。
2.5加强科研学术讲座在本科学生中的普及推广
学术讲座是进行学术交流，提高教学和科研水平的有效手段；是一场师生共赢的集会，有利于营造良好的的学术氛围。学术讲座向师生展示新观点、新知识和学科最新研究成果，有利于互通有无，开阔学术视野，提升学术层次，传达团队协作、学科间联合创新的重要性，对师生未来的学习工作都有一定的激励作用，也为学生的职业规划指引方向。本科学生即使暂时无法理解讲座中的高深内涵，但专家学者们思想的潜移默化以及通过后期的学习和钻研，对个人综合能力的发展影响深远。
3结束语
教学和科研是互促的，只有多角度加强双方的融合，构建教学与科研良性互动的实验教学模式，才能从根本上实现双方的可持续性发展，顺应高素质创新性人才培养的要求。
参考文献：
集成电路的设计方法及步骤范文5
数字电路教学设计项目教学学习兴趣现代化电子技术飞速发展，数字电路更是以系统集成化、设计自动化、用户专业化和测试、智能化的趋势出现。数字电路教学中如何能应对电子技术的发展，同时又遵循高等职业教育以职业为基础、以能力为本、理论够用为度的原则，圆满完成课程的教学任务，用项目教学法是行之有效的手段。
一、关于项目教学法
1.项目教学的概念
项目教学法，是围绕一个实践项目而展开的教学活动，其目的是在项目实施过程中使理论与实践教学同步进行，从而充分调动学生参与的积极性，提高学生解决实际问题的综合能力。
2.项目教学法的关键
项目教学法的关键，是把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件，设计出一个个合适的项目教学方案。这样，不仅传授给学生理论知识和操作技能，更重要的是培养他们的职业能力。
3.项目教学法的优点
项目教学法，是让学生实施一个具体的项目，学生学习的目的很明确，能极大地调动学生的学习积极性，提高学习兴趣。项目教学法大多要分小组完成，通过小组内及小组间的充分交流、讨论、决策等，提高学生合作能力，强化学生的团队意识。而合作能力和团队意识，恰恰是当前社会化大生产所要求的基本素质。项目教学法在实施过程中会涉及到很多学科知识，能促进课程间的整合。
二、项目教学法的教学实践
数字电路课程是高职电气专业一门承上启下的专业基础课，具有较强的逻辑性、应用性和工程实践性。内容包括数字电路基础、组合逻辑电路基础、组合逻辑集成电路、时序逻辑电路基础、时序逻辑集成电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、数模和模数转换器和脉冲信号的产生与整形共8章节。按照“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目课程为主体的模块化专业课程体系”的总体教学设计要求，本门课程以培养灵活应用常用数字集成电路来实现逻辑功能的能力为基本目标，打破学科课程的设计思路，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，提高学生的就业能力。本课程可以分成6个项目完成，分别是：全加器电路设计、抢答器的设计与制作、同步计数器电路设计、数字钟电路的设计与制作、用可编程逻辑器件设计数字钟电路和A/D 和D/A 转换功能仿真。第1到3章划为第一个项目，内容是：全加器电路设计。以下就以第一个项目为例完成教学设计。
1.教材分析
这部分内容包含3个章节：数字电路基础、组合逻辑电路基础、组合逻辑集成电路。每章节后面都有本章小结、思考题与习题、技能要求和实训内容以及书最后的实验内容部分。很显然，编者也在强调技能和实训的重要性，但在进行教学设计时采用项目教学法能很好地体现实践能力为主。
2.教学设计
此部分内容重点是掌握逻辑函数的表示方法，会进行逻辑函数的变换和化简；能正确理解基本门电路逻辑功能；会用基本逻辑门电路设计简单组合逻辑电路。如何把内容连贯，用某个项目来体现，我们可以结合实验内容以及常见的电路来解决。那么，学习项目选取的基本依据是该门课程涉及的工作领域和工作任务范围，在具体设计过程中，还以相关专业的典型产品为载体，使工作任务具体化，产生具体的学习项目。项目的难度要适中，要适合学情，让学生都能动手参与，能充分调动他们的积极性，使学习更有目的性，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识。本项目内容是全加器的电路设计。采用全加器的设计这样的项目内容，那么，组合逻辑集成电路，此部分章节中的编码器、译码器与数码显示器等内容暂时就使用不到，我们可以把这些内容划分到下一个项目中去，而只是涉及到它的前面一部分内容二进制加法器。这样，不会显得项目量过大，知识太拥挤，学生学习困难的问题。
3.教学过程的组织实施
项目教学法的教学步骤，具体是以下六个步骤：情景设置，操作示范，独立探索，明确项目，协作学习，学习评价。本项目可以包含这几个模块：（1）完成基本门电路的测试；（2）用74LS00实现多种逻辑功能；（3）用基本门电路设计全加器电路。每个模块参考学时都可以是4学时，它们的学习目标不相同，由浅入难，循序渐进，慢慢引导学生掌握理论知识，增加实践经验。每个模块除了列出的工作任务以外，根据学生层次的不同，还可添加相应的拓展知识。模块一逻辑门电路测试工作任务包含测试TTL门电路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86逻辑功能并记录测试数据和整理归纳总结，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 逻辑表达式，状态真值表。它相关的理论知识：基本逻辑运算和复合逻辑运算，基本门电路逻辑功能，逻辑函数的基本表达式。模块二用与非门电路实现多种逻辑功能工作任务有用74LS00实现下列逻辑功能：或非F=A+B、与或F=AB+CD、4输入与F=ABCD、异或和同或。相关理论知识：逻辑代数的基本定律和规则，逻辑函数的化简方法，逻辑函数表达式。模块三全加器的设计与制作工作任务：用基本门电路设计判奇电路，用基本门电路设计半加器电路，用基本门电路设计全加器电路。相关理论知识：组合逻辑电路的分析方法，用基本门电路实现组合逻辑功能。全加器是能够计算低位进位的二进制加法电路，全加器的逻辑图如图所示。
集成电路的设计方法及步骤范文6
关键词：嵌入式系统 设计 单片系统(SOC) 硬件描述语言(HDL) IP内核
一、嵌入式系统设计方法变化的背景
嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动。
1.随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合，生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用，开创了一个崭新的应用世界，以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。
2.计算机硬件平台性能的大幅度提高，使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现，大大提高了工作效率，给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。
3.高性能的EDA综合开发工具（平台）得到长足发展，而且其自动化和智能化程度不断提高，为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。
4.硬件描述语言HDL(Hardware Des cription Language)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强，给硬件电路，特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。目前，用得较多的有已成为IEEE为 STD1076标准的VHDL、IEEE STD 1364标准的Verilog HDL和Altera公司企业标准的AHDL等。
由于HDL的发展和标准化，世界上出现了一批利用HDL进行各种集成电路功能模块专业设计的公司。其任务是按常用或专用功能，用HDL来描述集成电路的功能和结构，并经过不同级别的验证形成不同级别的IP内核模块，供芯片设计人员装配或集成选用。
IP（Intellectual Property）内核模块是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有几种不同形式。IP内核模块有行为（behavior）、结构（structure）和物理（physical）3级不同程度的设计，对应有主要描述功能行为的“软IP内核(soft IP core)”、完成结构描述的“固IP内核(firm IP core)”和基于物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hard IP core)”3个层次。这相当于集成电路（器件或部件）的毛坯、半成品和成品的设计技术。
软IP内核通常是用某种HDL文本提交用户，它已经过行为级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电路级网表，并可以进行后续结构设计，具有最大的灵活性，可以很容易地借助于EDA综合工具与其他外部逻辑电路结合成一体，根据各种不同的半导体工艺，设计成具有不同性能的器件。可以商品化的软IP内核一般电路结构总门数都在5000门以上。但是，如果后续设计不当，有可能导致整个结果失败。软IP内核又称作虚拟器件。
硬IP内核是基于某种半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布局和具体工艺，并已经过工艺验证，具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件，是可以拿来就用的全套技术。
固IP内核的设计深度则是介于软IP内核和硬IP内核之间，除了完成硬IP内核所有的设计外，还完成了门电路级综合和时序仿真等设计环节。一般以门电路级网表形式提交用户使用。
TI，Philips和Atmel等厂商就是通过Intel授权，用其MCS51的IP内核模块结合自己的特长开发出有个性的与Intel MCS51兼容的单片机。
常用的IP内核模块有各种不同的CPU(32/64位CISC/RISC结构的CPU或8/16位微控制器/单片机，如8051等)、32/64位DSP（如320C30）、DRAM、SRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、D/A、MPEG/JPEG、USB、PCI、标准接口、网络单元、编译器、编码/解码器和模拟器件模块等。丰富的IP内核模块库为快速地设计专用集成电路和单片系统以及尽快占领市场提供了基本保证。
5.软件技术的进步，特别是嵌入式实时操作系统EOS(Embedded Operation System）的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。EOS是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系统所具有的各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口API调用函数形式来实现各种资源管理。用户程序可以在EOS的基础上开发并运行。它与通用系统机中的OS相比，主要有系统内核短小精悍、开销小、实时性强和可靠性高等特点。完善的EOS还提供各种设备的驱动程序。为了适应网络应用和Internet应用。还可以提供TCP/IP协议支持。目前流行的EOS有3Com公司的Palm OS、Microsoft公司的Windows CE和Windows NT Embedded4.0、日本东京大学的Tron和各种开放源代码的嵌入式Linux以及国内开发成功的凯思集团的Hopen OS和浙江大学的HBOS。
转贴于 二、嵌入式系统设计方法的变化
过去擅长于软件设计的编程人员一般对硬件电路设计“敬而远之”，硬件设计和软件设计被认为是性质完全不同的技术。
随着电子信息技术的发展，电子工程出身的设计人员，往往还逐步涉足软件编程。其主要形式是通过微控制器（国内习惯称作单片机）的应用，学会相应的汇编语言编程。在设计规模更大的集散控制系统时，必然要用到已普及的PC机，以其为上端机，从而进一步学习使用Quick BASIC，C，C++，VC和VB等高级语言编程作系统程序，设计系统界面，通过与单片机控制的前端机进行多机通信构成集中分布控制系统。
软件编程出身的设计人员则很少有兴趣去学习应用电路设计。但是，随着计算机技术的飞速发展，特别是硬件描述语言HDL的发明，系统硬件设计方法发生了变化，数字系统的硬件组成及其行为完全可以用HDL来描述和仿真。在这种情况下，设计硬件电路不再是硬件设计工程师的专利，擅长软件编程的设计人员可以借助于HDL工具来描述硬件电路的行为、功能、结构、数据流、信号连接关系和定时关系，设计出满足各种要求的硬件系统。
EDA工具允许有两种设计输入工具，分别适应硬件电路设计人员和软件编程人员两种不同背景的需要。让具有硬件背景的设计人员用已习惯的原理图输入方式，而让具有软件背景的设计人员用硬件描述语言输入方式。由于用HDL描述进行输入，因而与系统行为描述更接近，且更便于综合、时域传递和修改，还能建立独立于工艺的设计文件，所以，擅长软件编程的人一旦掌握了HDL和一些必要的硬件知识，往往可以比习惯于传统设计的工程师设计出更好的硬件电路和系统。所以，习惯于传统设计的工程师应该学会用HDL来描述和编程。
三、嵌入式系统设计的3个层次
嵌入式系统设计有3个不同层次。
1.第1层次：以PCB CAD软件和ICE为主要工具的设计方法。
这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一直沿用的方法，其步骤是先抽象后具体。
抽象设计主要是根据嵌入式应用系统要实现的功能要求，对系统功能细化，分成若干功能模块，画出系统功能框图，再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配。
具体设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合，其选择的基本原则就是市场上可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时，须分别对各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试，从模块到系统找到相对优化的方案，画出电路原理图。硬件设计的关键一步就是利用印制板(PCB)计算机辅助设计(CAD)软件对系统的元器件进行布局和布线，接着是印制板加工、装配和硬件调试。
工作量最大的部分是软件设计。软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试，所以软件调试工具就是关键。最常用和最有效的工具是在线仿真器(ICE)。
2.第2层次：以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法。
随着微电子工艺技术的发展，各种通用的可编程半定制逻辑器件应运而生。在硬件设计时，设计师可以利用这些半定制器件，逐步把原先要通过印制板线路互连的若干标准逻辑器件自制成专用集成电路(ASIC)使用，这样，就把印制板布局和布线的复杂性转换成半定制器件内配置的复杂性。然而，半定制器件的设计并不需要设计人员有半导体工艺和片内集成电路布局和布线的知识和经验。随着半定制器件的规模越来越大，可集成的器件越来越多，使印制板上互连器件的线路、装配和调试费用越来越少，不仅大大减少了印制板的面积和接插件的数量，降低了系统综合成本，增加了可编程应用的灵活性，更重要的是降低了系统功耗，提高了系统工作速度，大大提高了系统的可靠性和安全性。
这样，硬件设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器件，逐步转向自己设计和制作部分专用的集成电路器件，而这些技术是由各种EDA工具软件提供支持的。
半定制逻辑器件经历了可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA的发展过程。其趋势是集成度和速度不断提高，功能不断增强，结构趋于更合理，使用变得更灵活和方便。
设计人员可以利用各种EDA工具和标准的CPLD和FPGA等，设计和自制用户专用的大规模集成电路。然后再通过自下而上的设计方法，把用半定制器件设计自制的集成电路、可编程外围器件、所选择的ASIC与嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局、布线构成系统。
3.第3层次：以IP内核库为设计基础，用软硬件协同设计技术的设计方法。
20世纪90年代后，进一步开始了从“集成电路”级设计不断转向“集成系统”级设计。目前已进入单片系统SOC（System on a chip）设计阶段，并开始进入实用阶段。这种设计方法不是把系统所需要用到的所有集成电路简单地二次集成到1个芯片上，如果这样实现单片系统，是不可能达到单片系统所要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压、低功耗等指标的，特别是低功耗要求。单片系统设计要从整个系统性能要求出发，把微处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，并通过建立在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计，在单个芯片上完成整个系统的功能。有时也可能把系统做在几个芯片上。因为，实际上并不是所有的系统都能在一个芯片上实现的；还可能因为实现某种单片系统的工艺成本太高，以至于失去商业价值。目前，进入实用的单片系统还属简单的单片系统，如智能IC卡等。但几个著名的半导体厂商正在紧锣密鼓地研制和开发像单片PC这样的复杂单片系统。
单片系统的设计如果从零开始，这既不现实也无必要。因为除了设计不成熟、未经过时间考验，其系统性能和质量得不到保证外，还会因为设计周期太长而失去商业价值。
为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目前最有效的一个途径就是通过授权，使用成熟优化的IP内核模块来进行设计集成和二次开发，利用胶粘逻辑技术GLT（Glue Logic Technology），把这些IP内核模块嵌入到SOC中。IP内核模块是单片系统设计的基础，究竟购买哪一级IP内核模块，要根据现有基础、时间、资金和其他条件权衡确定。购买硬IP内核模块风险最小，但付出最大，这是必然的。但总的来说，通过购买IP内核模块不仅可以降低开发风险，还能节省开发费用，因为一般购买IP内核模块的费用要低于自己单独设计和验证的费用。当然，并不是所需要的IP内核模块都可以从市场上买得到。为了垄断市场，有一些公司开发出来的关键IP内核模块（至少暂时）是不愿意授权转让使用的。像这样的IP内核模块就不得不自己组织力量来开发。
这3个层次各有各的应用范围。从应用开发角度看，在相当长的一段时间内，都是采用前2种方法。第3层次设计方法对一般具体应用人员来说，只能用来设计简单的单片系统。而复杂的单片系统则是某些大的半导体厂商才能设计和实现的，并且用这种方法实现的单片系统，只可能是那些广泛使用、具有一定规模的应用系统才值得投入研制。还有些应用系统，因为技术问题或商业价值问题并不适宜用单片实现。当它们以商品形式推出相应单片系统后，应用人员只要会选用即可。所以，3个层次的设计方法会并存，并不会简单地用后者取代前者。 初级应用设计人员会以第1种方法为主；富有经验的设计人员会以第2种方法为主；很专业的设计人员会用第3种方法进行简单单片系统的设计和应用。但所有的设计人员都可以应用半导体大厂商推出的用第3种方法设计的专用单片系统。
结束语
