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集成电路设计的前景范文1
关键词 模拟集成电路 CAD 教学改革
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002—7661（2012）21—0006—01
在当今信息时代，微电子学的应用已经渗透到国民经济的各个领域。集成电路（ Integrated Circuit， IC）作为微电子技术的核心，是整个信息产业和信息社会最根本的技术基础。发展IC产业对提高技术的创新基础和竞争能力具有非常重要的作用，对国民经济发展、国防建设和人民文化生活等各方面都发挥着巨大的作用，也是一个国家参与国际化政治、经济竞争的战略产业。模拟集成电路是现实世界和数字化系统之间的桥梁，是现代信息化系统的关键技术之一。发展电子信息化，必须发展模拟IC技术。为了提高我国模拟IC电路的水平，不但要在产业化方面做出巨大的努力，还需培养出更多的高质量人才。事实上，模拟集成电路设计是一个实践性较强、实践内容多的微电子学专业的专业方向，因而在教学课程设置时不仅要努力加强理论教学，还需加强实践教学，提高学生的实践动手能力。《模拟集成电路CAD》课程作为模拟集成电路设计方向的核心基础课程，其教学的好坏关系到学生在模拟集成电路设计方面的发展前景。在此背景下，根据重庆邮电大学光电工程学院微电子学专业的实际情况，结合笔者多年集成电路实际工程经验以及多年教学实践，拟从以下几个方面对《模拟集成电路CAD》课程的教学改革进行探索。
一、理论教学，以培养学生分析设计能力为目标
《模拟集成电路CAD》是模拟集成电路设计方向的一门核心基础课，与其他电路基础课一样，具有承上启下的作用。而模拟集成电路具有概念细节多、理论较抽象、工程特征突出、电路结构多样等特点，在学习中学生普遍反映较难学习。在设置授课内容时，不仅要夯实专业基础和培养学生的分析与设计能力，还要尽量避免与《模拟CMOS集成电路》等课程的知识重复的问题。
根据教学大纲以及课程内容设置原则，《模拟集成电路CAD》理论教学定为32学时，并将讲授内容分为以下几部分：第一部分，MOS仿真模型及CMOS模拟集成电路CAD；第二部分，单元电路设计、仿真及分析；第三部分，偏置电路设计、仿真及分析；第四部，跨导放大器设计。在授课过程中，以简单CMOS模拟集成电路基本单元分析为主，复杂CMOS模拟集成电路分析为辅；以分析能力培养为主，设计能力培养为辅；激励学生CMOS模拟集成电路设计的兴趣。
二、实验教学，以培养学生实践动手能力为目标
实验教学的目的在于培养学生建立起CMOS模拟集成电路设计流程的概念、熟练掌握各个环境的工具使用，能解决模拟集成电路设计仿真过程出现的问题，促使理论知识的理解和深化，因而设置合理的实验体系具有重要意义。同时，Cadence、Synopsys、Mentor等最主流集成电路设计工具厂商提供的EDA工具是目前集成电路设计公司最广泛使用的工具。为了使学生在毕业后能很快适应岗位、能尽快进入角色，有必要使学生学习使用这类先进的EDA工具，从而真正帮助学生掌握CMOS模拟集成电路设计技术。根据这一原则，《模拟集成电路CAD》实验教学定为32学时，并开设如下几个实验：实验一，IC设计工具—Cadence的ADE与版图大师等的使用；实验二，CMOS两级运算放大器的设计、版图绘制与验证；实验三，CMOS带隙基准参考的设计、版图绘制与验证。在实验过程中，一人为一组，有利于培养学生的独立思考问题、解决问题的能力。
三、改革教学方法，丰富教学手段
教学内容体系确定后，采用什么样的教学方法与教学手段是非常重要的。采用有效的教学方法并结合先进的教学手段，不仅有利于培养学生获取知识的能动性，而且有利于培养学生独立发现问题、分析问题以及解决问题的能力，实现以教为中心到以学为中心的转换，突出学生在学习过程中的主动性，从而获得好的教学成果。
针对CMOS模拟集成电路具有概念细节多、理论较抽象、工程特征突出、电路结构多样等特点，在（下转第10页）（上接第6页）教学手段上以多媒体教学为主，传统黑板板书为辅，同时在课堂上以动画的形式展现当前CMOS模拟集成电路设计趋势及其技术特点，从而达到提高课堂教学质量的目的。
四、考核方式的改革
考核是对学习的结果做出评估，是反映教学效果的手段。而课程开设能否达到既定的教学目标，课程的考核方式有着比较重要的作用。传统的考核方式为试卷笔试与平时成绩结合的方式。针对《模拟CMOS集成电路》课程特点，考核方式作如下尝试：结合课程的专业特点，采用提交论文和现场答辩相结合的考核方式。针对课程的重点知识点，设计几个课外小题目，让学生通过查阅相关文献资料，完成电路设计并撰写小论文，从而增强学生独立思考与实践动手能力。在每个题目完成后，教师要求学生在提交论文时做好答辩ppt，并利用专门时间进行5分钟左右的答辩，并接受教师和同学的提问。这样可以引导学生更加重视实践性环节，强化技能水平的提高。
教学过程是一个不断探索、总结与创新的过程。要实现《模拟集成电路CAD》这门课的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。在今后的教学实践中，笔者将加强与同行交流学习，进一步完善教学内容、教学实践、教学方法、教学手段以及考核方式等，以期改善教学效果。
参考文献：
[1]徐世六.军用微电子技术发展战略思考[J].微电子学，2004，34（1）：l—6.
集成电路设计的前景范文2
【关键词】集成电路 理论教学 改革探索
【基金项目】湖南省自然科学基金项目（14JJ6040）;湖南工程学院博士启动基金。
【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0255-01
随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展。集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1]。因此，对集成电路相关人才的需求也日益增加。目前国内不仅仅985、211等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了相关课程。课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装与测试等[2]。随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型以及可发展型的本科人才显得日益重要。然而，从目前我国各普通院校对集成电路的课程设置来看，存在着重传统轻前沿、不因校施教、不因材施教等问题，进而导致学生对集成电路敬而远之，退避三舍，学习积极性不高，继而导致学生的可发展性不好，不能适应企业的要求。
本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了本校当前“集成电路原理与应用”课程理论教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校电子科学与技术专业学生的专业兴趣，培养学生的创新意识。
1.“集成电路原理与应用”课程理论教学存在的主要问题
1.1理论性强，课时较少
对于集成电路来说，在讲解之前，学生应该已经学习了以下课程，如：“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”等。但是，由于这些课程的理论性较强，公式较多，要求学生的数学功底要好。这对于数学不是很好的学生来说，就直接导致了其学习兴趣降低。由于目前嵌入式就业前景比较好，在我们学校，电子科学与技术专业的学生更喜欢嵌入式方面的相关课程。而集成电路相关企业更喜欢研究生或者实验条件更好的985、211高校的毕业生，使得我校集成电路方向的本科毕业生找到相关的较好工作比较困难。因此，目前我校电子科学与技术专业的发展方向定位为嵌入式，这就导致一些跟集成电路相关的课程，如“微电子工艺”、“晶体管原理”、“半导体物理”等课程都取消掉了，而仅仅保留了“模拟电子技术”和“数字电子技术”这两门基础课程。这对于集成电路课程的讲授更增加了难度。“集成电路原理与应用”课程只有56课时，理论课46课时，实验课10课时。只讲授教材上的内容，没有基础知识的积累，就像空中架房，没有根基。在教材的基础上额外再讲授基础知识的话，课时又远远不够。这就导致老师讲不透，学生听不懂，效果很不好。
1.2重传统知识，轻科技前沿
利用经典案例来进行课程教学是夯实集成电路基础的有效手段。但是对于集成电路来说，由于其更新换代的速度非常快，故在进行教学时，除了采用经典案例来夯实基础外，还需紧扣产业的发展前沿。只有这样才能保证人才培养不过时，学校培养的学生与社会需求不脱节。但目前在授课内容上还只是注重传统知识的讲授，对于集成电路的发展动态和科技前沿则很少涉及。
1.3不因校施教，因材施教
教材作为教师教和学生学的主要凭借，是教师搞好教书育人的具体依据，是学生获得知识的重要工具。然而，我校目前“集成电路原理与应用”课程采用的教材还没有选定。如：2012年采用叶以正、来逢昌编写，清华大学出版社出版的《集成电路设计》;2013年采用毕查德・拉扎维编写，西安交通大学出版社出版的《模拟CMOS集成电路设计》;2014年采用余宁梅、杨媛、潘银松编著，科学出版社出版的《半导体集成电路》。教材一直不固定的原因是还没有找到适合我校电子科学与技术专业学生实际情况的教材，这就导致教师不能因校施教、因材施教。
2.“集成电路原理与应用”课程理论教学改革
2.1选优选新课程内容，夯实基础
由于我校电子科学与技术专业的学生，没有开设“半导体物理”、“晶体管原理”、“微电子工艺”等相关基础课程，因此理想的、适用于我校学生实际的教材应该包括半导体器件原理、模拟集成电路设计、双极型数字集成电路设计、CMOS数字集成电路设计、集成电路的设计方法、集成电路的制作工艺、集成电路的版图设计等内容，如表1所示。因此，在教学实践中，本着“基础、够用”的原则，采取选优选新的思路，尽量选择适合我校专业实际的教材。目前，使用笔者编写的适合于我校学生实际的理论教学讲义，理顺了理论教学，实现了因校施教，因材施教。
表1 “集成电路原理与应用”课程教学内容
2.2提取科技前沿作为教学内容，激发专业兴趣
为了提高学生的专业兴趣，让他们了解“集成电路原理与应用”课程的价值所在，在授课的过程中穿插介绍集成电路设计的前沿动态。如：从IEEE国际固体电路会议的论文集中提取模块、电路、仿真、工艺等最新的内容，并将这些内容按照门类进行分类和总结，穿插至传统的理论知识讲授中，让学生及时了解当前集成电路设计的核心问题。这样不但可以激发学生的好奇心和学习兴趣，还可以提高学生的创新能力。
2.3开展双语教学互动，提高综合能力
目前，我国的集成电路产业相对于国外来说，还存在着相当的差距。要开展双语教学的原因有三：一是集成电路课程的一些基本专业术语都是由英文翻译过来的;二是集成电路的研究前沿都是以英文发表在期刊上的;三是世界上主流的EDA软件供应商都集中在欧美国家，软件的操作语言与使用说明书都是英文的。因此，集成电路课程对学生的英语能力要求很高，在课堂上适当开展双语教学互动，无论是对于学生继续深造，还是就业都是非常必要的。
3.结语
集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段。虽然集成电路的发展日新月异，但目前集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距。因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓。基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程理论教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义。
参考文献：
集成电路设计的前景范文3
Abstract: Combining with the practical situation and characteristics of the university, based on training target of micro-electronics specialty and from the concept of undergraduate talents cultivation, this paper discussed the cultivating pattern of applied talents from course offering, teaching contents, teachers team construction, experimental teaching practice, and put forward a series of feasible and effective measures, so as to promote rapid development of our new professionals of microelectronics and cultivate application-oriented talents of microelectronics.
关键词: 应用型人才;微电子专业;素质教育
Key words: applied talents;microelectronics major;quality education
中图分类号:G64 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0234-02
0引言
微电子学是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多种学科基础上发展起来的一门新兴学科,是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校,南京邮电大学建校近50年来,正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展,国内外微电子学人才都十分紧缺,建立微电子学专业,也可为我国的 ASIC设计方面,培养急需的人才[1-6]。在现代科学和技术迅速发展的今天,社会要求大学的培养目标同经济发展的需要相结合,如果培养出来的学生能够适应社会的需求,不仅学生能有用武之地,找到自己的价值和自信,而且学校的知名度也得以提升。因此现今的学校越来越注重某一专门职业的培养,注重培养有能力,有效率的人。因此当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才,也更需要培养大量工程应用型人才。应用型人才培养模式的具体内涵是随着高等教育的发展而不断发展的,“应用型人才培养模式是以能力为中心,以培养技术应用型专门人才为目标的”。本科应用型是本科层次教育,既有着普通本科教育的共性,又有别于普通本科的自身特点,它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强,是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要,在一定的教育思想指导下,人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式[7]。
1培养应用型人才的措施探讨
培养应用型人才不是单方面的强化和提升,而是涉及到方方面面。比如,学校自身的特点,目标的定位,课程的设置等等,因此,培养应用型的人才可以采取以下措施:
1.1 明确学校和学科的特点和优势每一所高校都有自身的办学特色,每一个学科都有自身的历史传统。只有实事求是地综合分析学校已有的学科基础、特色、优势和不足,才能明确学科发展的科学定位,才能培养出有自身特色的专业人才[6]。微电子专业在我校还是一个新专业,如何把这个新专业做大做强,真正体现出南京邮电大学的微电子专业的专业特色,是一个值得探讨的问题。根据我校长期为IT行业培养人才和相关院系的基础和优势,设置了以通信集成电路设计为主要方向,并对专业方向的发展作了规划,同时兼顾工艺设计与器件设计。与此同时,确立我校微电子专业人才的培养目标为:根据学校的办学指导思想,树立“理科本科教育以培养应用基础和理工融合型人才为主,在坚持人才培养质量统一要求的基础上,鼓励学生个性化、多样化发展,强化学生的创新精神和实践能力培养”的教学工作指导思想。从教育理念上讲,应用型人才培养应强调以知识为基础,以能力为重点,知识能力素质协调发展。强调学生综合素质和专业核心能力的培养。侧重学科、专业知识的学习和专业能力的培养;培养适应社会主义现代化建设和信息产业发展需要,在德智体诸方面全面发展,具有较高思想道德、良好的科学文化素质、敬业精神和社会责任感,在拥有微电子学领域内扎实的理论基础上、还具备实验能力和专业知识,具有较强的创新精神和工程实践能力,能在应用微电子学、半导体技术及相关的电子信息科学领域从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作。
1.2 课程设置课程的设置是否合理对应用型人才的培养起到了至关重要的作用,其结构是否连贯、课程安排是否合理直接影响后续的教学培养工作。
1.2.1 课程的设置考虑到应用型人才的特点,必须根据行业的需求来安排和设置课程,在进行课程设置的时候,必须先进行广泛的调研,考虑到社会的实际需求,社会需要什么样的人才,对今后毕业生的去向有充分的了解,了解用人单位的性质,了解用人单位要求毕业生具备什么知识和能力,更重要的是,培养学生自学的能力、解决问题的能力、判断能力和创新能力。在微电子专业正式招生之前,我们组织教师到国内不少高校进行调研,并与多所学校的教师进行了交流。在广泛调研的基础上,我们了解了国内外、省内外的同类专业的发展状况和我校微电子专业的实力、优势及所处的地位,了解到国内外微电子学及集成电路设计人才都十分紧缺,为此,我们提出通讯集成电路和新型微电子器件作为我们的专业方向和特色,并在教学和科研中体现出来。为此,在课程设置上,我们必须在对已经投入适应的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善,将整个学科的课程结构体系,到具体到每一门课程的知识体系,都应该进行优化设计,以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的知识和能力:①掌握数学、物理等方面的基本理论和基本知识,具有较好的人文社会科学基础,并熟练掌握一门外语;掌握微电子学、半导体科学与技术的基本知识、基本理论和基本实验技能;②熟悉国家信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规;了解微电子学的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及信息产业发展状况。③具备较好的运用专业知识进行器件设计、集成电路设计的能力,成为工程应用型人才。
1.2.2 理论课程的内容针对江苏省和南京市的集成电路发展特色,以及南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况,适当加强通讯集成电路、新型微电子器件和光电集成的课程,体现专业特色。以能力培养为基础来设计的。在进行社会行业的调查中,首先考虑学生毕业后从事何种职业,然后对这种工作需要哪些能力和知识,根据工作的要求对教学终的课程进行专项的能力和综合能力。在通识基础课中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。学科基础课中设置了数理方程、概率论、信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业基础课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理,这些课程都是基础理论课程,是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到应用型人才的培养,在集成电路与CAD的课程设置上,不同于专业型人才的培养模式,专门设置了16小时的实验,加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中,专门将模拟和数字分开,设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计,这不同于其他院校的课程设置,应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识,加强了学生的集成电路分析和设计的能力。另外还设置了32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验,这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲,已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学,并筹备建立了微电子专业实验室,拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程,在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验;基于以上措施,建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程,涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。
1.2.3 实践课程的内容课程突出职业能力。对于应用型人才来讲,在学习过程中训练学生的职业技能是学生是否成功的关键之一;学习过程重点基于问题的学习,这是培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力的又一关键;学习过程还要培养学生的沟通能力。此外,还拟通过建立微电子专业实验室,开设微电子和半导体测试实验课,在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生。微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业,从集成电路的生成流程来看,其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。作为高等学校,而非生产厂家,不可能具备从前端到后端整个流程的实践条件,为此,我们拟对其中的主要环节开展实践教学。在实践型环节的课程设置中,通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中,设置了软件设计、微电子课程设计等,设计内容都是与本专业紧密相关,全面运用到所学的专业知识。同时建立校外实习基地,使学生能够初步了解芯片生产过程。通过参加国外IC CAD公司的大学计划、购置器件和工艺设计CAD工具,并通过和IC生产企业建立良好合作关系,建立生产实习基地。注重学生与工业界的直接联系。争取在毕业设计阶段,大部分学生的毕业设计都能在企业完成的,而且不少学生的第一个工作就是在所实习和进行毕业设计的单位里找到的。
1.3 师资队伍的建设没有高水平的师资队伍,培养高素质的人才也只能是纸上谈兵。而且本学院的主要任务就是能培养具有良好的学习、工作和创新的高级应用型人才,因此从这个方面来讲,没有年龄结构、学历结构、职称结构合理的高水平师资队伍,也是不能完成高校所承担的任务的。而且针对应用型人才的培养目标,师资队伍本身也要具备能培养应用型人才的能力和水平。
1.3.1 积极培养学科带头人培育创新型人才就要统筹考虑学科直接承担的教学、科研、服务三大职能的关系,加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。以中青年学科(术)带头人的培养为重点,并加大向青年骨干教师和一线教师倾斜的力度,创造一个公开、平等、竞争、择优的用人环境,营造一个和谐、宽松、温馨的工作氛围。学校要为人才成长创造一流的工作和实验条件,打造一个凝聚人心的事业平台,通过培养和引进,形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队,使其在学科建设中发挥突出作用。
1.3.2 在教师中增加培养应用型人才的意识目前,我校的微电子技术系拥有教师7名,平均年龄35岁以下,年轻教师占了90%以上。我们学院的老师都是从大学毕业直接来教大学,导致对学生的培养从源头上还是在按照“理论型”或“学术型”的培养模式在进行。因此,建立既具有深厚扎实的理论知识功底,又具有精通实践,有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的“双师型”教师队伍,培养高层次高质量的实用型、应用型教学人才迫在眉睫。今后学院应把如何培养“应用型教师”作为一个重要目标,来加强师资队伍的建设。在教师中增加培养应用型人才的意识。
积极筹措资金,进一步完善微电子设计、测试实验室,开出更多的实验项目,增加实验组数,鼓励教师在课程教学中增加设计、实验类的课时比例,让学生多动手动脑。鼓励教师积极申报应用型或工程类的项目,这样既可以满足一定的科研工作量,也可以让学生参与到项目中来锻炼学生的从事科研和工程技术类的工作,积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作,给学生提供实习、工作的机会和场所,也可以提高就业率。鼓励教师到国内外高校去做访问学者,积极参加国内外举办的国际会议,从而了解专业的最新发展、前沿问题,并开阔了眼界。设立专款建立青年教师培养基金,资助青年教师开展注重应用类的教学科研工作。在进行教学工作的同时,也与企业界密切合作进行科研工作和技术开发工作,保证自己在理论和技术方面的领先性,在授课时结合自己的研究成果、把新的观念、新的方法、新的理论传授给学生,当自己的研究成果转化为产品后,可以将最新产品和最新技术溶入工业中。
只要通过以上措施,从学科目标、理论课程、实践环节及师资队伍建设等工作常抓不懈,经过一定的阶段,一定会培养出高水平的拥有微电子学领域内扎实的理论基础、较强的创新精神和工程实践能力,从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作的应用型人才。
2小结
总的来说,微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。而国内外微电子学人才都十分紧缺,尤其注重某一专门职业的培养。因此我校也更需要培养大量的微电子方面的工程应用型人才。而培养应用型的人才必须采取的措施是:明确我校的特点和优势,以通信集成电路设计为主要方向,同时兼顾工艺设计与器件设计;在课程的设置上,必须根据行业的需求来安排和设置课程,除了基础理论课,也要大大加强实验和上机比例。在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生;同时在教师中增加培养应用型人才的意识,鼓励教师与公司、研究所合作,积极申报应用型或工程类的项目,让学生参与到项目中积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师给学生提供实习、工作的机会和场所。相信通过各方面的工作的配合,一定会培养出高质量的微电子学领域内的应用型人才,为我国的微电子工业做出贡献。
参考文献:
[1]杨宏,王鹤.微电子机械技术的发展与现状.微电子学,2001,31(6):392-394.
[2]严兆辉.微电子的过去,现在和未来.武汉工程职业技术学院学报,2003,15(2):30-34.
[3]李斌,黄明文.微电子技术专业创新教育探索.中山大学学报论丛,2002,22(1):108-109.
[4]刘瑞,伍登学,邬齐荣等.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践.实验室研究与探索,2004,23(5):6-8,23.
[5]李文石,钱敏,黄秋萍.施敏院士论微电子学教育.教育家,2003,(3):11-16.
集成电路设计的前景范文4
【关键词】A/D转换器；逐次逼近；全差分；阻容混合；自调节比较器
Abstract：A 12 bit CMOS fully differential SAR ADC is presented in this paper.The principle and structure of the circuit are analyzed，and the impact of each part of the circuit on the properties of the ADC was mentioned.The new type of DAC_SUB resistor string and self adjusting comparator structure was put forward.The influence of VCM jitter on the circuit was calculated.Based on TSMC 0.18 μm 1.8V/3.3V CMOS process，the fully differential resistor capacitor hybrid structure was adopted in order to realize the ADC circuit design.The device occupied a layout area of 390um×780um.Test results show that under 1 Ms/s sampling rate，when the frequency of input signal is 31.37kHz，the ENOB is 10.76 bit，and the power consumption is about 2mW.
Key words：A/D converter；successive approximation；fully-differential；resistance capacity hybrid；self_adjusting comparator
1.引言
随着数字电路技术和通信技术的快速发展，用数字电路处理模拟信号的应用日益广泛，A/D和D/A转换器在模拟系统和数字处理系统界面起着桥梁的作用。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，A/D转换器的高速与高精度的设计要求越来越高，结构多样、性能各异的A/D转换电路应运而生。A/D转换器的市场前景非常开阔，研制A/D转换器具有十分重要的意义。当前A/D转换器（ADC）的设计主要采用的结构有全并行闪烁型（flash）、折叠内插型、过采样Σ-型、流水线（Pipeline）型、二步式（two-step）及逐次逼近型（SAR）。逐次逼近式A/D转换器的主要优点是原理简单、便于实现、不存在延迟的问题，由于这些优势，它常常与其它功能集成在一起。逐次逼近式模/数转换器（SAR ADC）以中等速度、中等分辨率、低功耗以及低成本被广泛应用于白色家电控制、生物医学仪器以及便携式设备中。
2.CMOS全差分SAR ADC设计
2.1 SAR ADC原理
逐次逼近式ADC又称为二进制搜索ADC，由DAC产生一个模拟信号并与输入信号进行比较，同时比较的结果也反馈给SAR，通过SAR输出的控制信号来调节DAC的输出，使其逐渐逼近模拟输入信号，直到SAR最后一位控制信号确定，则一次转换完成。典型的逐次逼近ADC包括采样保持器、DAC、比较器、数字控制逻辑电路及其他模拟电路。图1为SAR ADC的结构图。
图1 SAR ADC结构图
Fig.1 The structure of SAR ADC
2.2 阻容混合型DAC电路改进
DAC主要有电压定标型、电荷定标型、混合型结构。电阻串DAC组成的电压定标型最大的优势是能保持良好的单调性，但随着位数增加电阻数和开关数都指数增加，所占的芯片面积也大大增加。电荷定标型逐次逼近ADC功耗一般比较小，并且不需要额外的采样保持电路，但是电容的精度和所需的面积都是限制位数的因素，随着位数的增加，最大电容与最小电容的比值也大大增加，它们之间的匹配性能就不容易控制在需要的范围以内，而且面积也大大增加了。解决这一问题的办法是采用混合式结构进行扩展。图2为全差分阻容混合式结构DAC示意图。
图2 全差分阻容混合式结构DAC的示意图
Fig.2 The hybrid structure diagram of DAC with resistance and capacitance
如图2所示，本设计DAC高八位采用电容，低四位采用电阻。低四位用电阻实现良好的单调性，高八位用电容达到高位的精度要求。传统3位电阻串DAC电路如图3所示。
图3 传统（1）和改进（2）全差分电阻串DAC电路图
Fig.3 The traditional and improved differential resistance string DAC circuit
图3中的vout1和vout2分别接到两个电容阵列的终端耦合电容上，采用图3（1）所示传统电阻串结构ADC的第一个转换点在1LSB处，量化噪声（rms）比较大，该电路的量化噪声为：
（1）
对图3（1）传统电阻串结构进行改进，将每个电阻串中的电阻R分成两个1/2R电阻，然后将这两个电阻分别放在电阻串的两端，图3（2）以3位DAC为例阐述其原理。本设计通过改进传统全差分电阻串DAC，ADC的第一个转换点在1/2LSB处，可以减小量化噪声。
为说明改进电路如何减小量化噪声，在此先介绍该DAC的工作过程。放电阶段电容阵列的上下极板均接VCM；采样阶段一个电容阵列下极板接VIN，另一个电容阵列下极板接VINB，两个电容阵列的上极板电压为（VIN+VINB）/2，上下极板压差为（VIN-VINB）/2；保持阶段电容的下极板接到VCM，耦合电容则分别接在VOUT1和VOUT2上，由于b0 b1 b2均为低电平，此时改进电阻串的VOUT1和VOUT2电压分别为31（VREFP-VREFN）/64和33（VREFP-VREFN）/64处，根据电荷守恒定律，对VIN处的电容阵列有：
（2）
解得：
（3）
同理对VINB端的电容阵列有：
（4）
在比较过程中两个电容阵列的上极板电压分别为：
（5）
（6）
计算可得两输入端的电压差为：
（7）
于是可知ADC的第一个转换点在1/2LSB处，其量化噪声为：
（8）
通过改进传统电阻串DAC结构，可使SAR ADC的量化噪声减小到原来的1/4。
2.3 时间自调节比较器
本设计采用时间自调节比较器结构，该比较器在比较过程中有一位比较结果产生后，将使得另一信号LATCH拉高，并且通过LATCH信号控制电荷的重新分配，这样可以使得比较和电荷重新分配两个过程最有效的利用整个时钟周期，使得电荷重新分配既灵活又充分。
图4 时间自调节比较器示意图
Fig.4 The cycle action sketch of self_adjusting comparator
如图4所示，在CLK上升沿时刻LATCH信号拉低，比较器中VIN+与VIN-开始进行比较，产生的比较结果VOUT-与VOUT+可导致LATCH信号重新拉高，于是此次比较过程结束。而比较器的结果和控制信号LATCH又可使得SAR结构确定当前位并将下一位置为零，于是开始进入新的电荷重新分配周期。这种比较器结构没有采用CLK作为电荷重新分配的控制信号，而是通过一个中间产生的信号LATCH来控制，使得电荷重新分配的时间从半个时钟周期增加到半个多时钟周期，这样电荷分配较为充分，有利于提高ADC的采样速率。
2.4 推算VCM抖动对电路的影响
VCM为（VREFP+VREFN）/2，用DAC电阻串分压得到，为了准确得出VCM抖动对电路的影响，用图5的n时刻电容阵列示意图进行推导。假设接VREFP端的电容阵列中，有a倍单位电容值的电容接VREFP，那么还有255-a倍单位电容值的电容接n时刻（第n位转换完成，为方便说明，设n
图5 n时刻电容阵列示意图
Fig.5 The capacitor array at n time
下面根据电荷分配的基本原理，推导n+1时刻电容阵列的转换过程，电荷重新分配如公式（9）所示：
（9）
如果VCM（n+1）=VCM（n），则有：
（10）
如果VCM（n+1）=VCM（n）+ΔVCM，则有：
（11）
同理有：
（12）
如果VCM（n+1）=VCM（n），则有：
（13）
如果VCM（n+1）=VCM（n）+ΔVCM，则有：
（14）
比较式（11）与（14）可知由于VCM抖动产生的ΔVCM导致V（n+1）+和V（n+1）―的变化量相等，都为：
（15）
由以上的推导结果可知VCM的抖动并不会改变V（n+1）+和V（n+1）―的大小关系，即不会导致电路产生错误的输出结果。
3.版图绘制
本文的版图布局是按照TSMC工艺规划设计的。由于对电容的容差要求非常严格，在版图设计中，充分考虑了电容之间的匹配问题。本设计高八位有八个电容，外加一个耦合电容，分别给他们进行编号，以0代表耦合电容，以1～8代表自低权位至高权位的8个电容，电容阵列的版图布局如图6所示。
图6 电容版图规划示意图
Fig.6 Layout structure of capacitances
该电容版图规划示意图中的空白部分则是虚拟电容，目的是尽量使电容周边环境相同，形成相同的刻蚀环境。本设计版图虽然浪费了一些面积，但是保证了最大的匹配精度。
另外，比较器和latch电路都是采用双端输入双端输出的结构，该结构中两支路对称的管子需要尽量做到匹配，本设计采用的是中心对称的多叉指结构。比较器和DAC部分版图用guarding包围，以防止外界干扰。SAR ADC整体电路版图如图7所示，该版图面积约为880um×1300um，核心版图尺寸为390um×780um。
图7 电路版图
Fig.7 Layout of the circuit
4.仿真及流片测试结果
本设计在TSMC 0.18μm标准CMOS工艺下实现，并用spectre进行仿真，得到电路的主要参数。
图8 比较器的蒙特卡洛分析
Fig.8 The Monte Carlo analysis of comparator
如图8所示，对比较器进行蒙特卡洛分析，输出失调电压90%在6mv以下，除以增益得到的等效输入失调电压小于0.4mv，即小于1/2LSB，能够满足电路要求。流片后制作如图9所示板级电路进行测试，得到SAR ADC的测试结果，输入信号频率为31.37k与117.17k的功率谱密度（PSD）图分别如图10（1）与（2）所示。
图9 测试电路板
Fig.9 The test circuit board
图10 功率谱密度图
Fig.10 The power spectral density
测试结果总结如表1所示：
表1是本设计SAR ADC的基本（下转第64页）（上接第21页）性能总结，电路工作的温度范围是-40℃到125℃，仿真及测试条件为VDD=3.3V，VSS=0V，VREFP=3.3V，VREFN=0V。
表1 SAR ADC动态性能测试结果
Table1 The dynamic performance of SAR ADC
参数 测试结果
采样频率 1MS/s
信号频率/Hz 31.37k 117.17k
ENOB/bit 10.76 10.43
SNDR/dB 66.56 64.57
SFDR/dB 71.61 68.49
表2 SAR ADC性能对比
Table2 Comparison of performance of SAR ADC
文献 工艺
CMOS fS
（MS/s） ENOB
（bit） P
（mW） FOM
（pJ/step）
[6] 65nm 0.2 9.27 0.44 3.56
[7] 90nm 2.5 9.43 6.62 3.84
[8] 180nm 0.58 9.8 2.23 4.31
本文 180nm 1 10.76 2 1.15
为了与近期的论文结果进行对比，本文将采用优质因数（figure-of-merit―FOM）作为衡量标准。
（16）
其中P代表ADC的功耗，测得有效位数（ENOB）时的采样频率为。
表2列出了与近期文献的结果对比。对比结果显示，本文所设计的ADC拥有更高的性能指标。
5.结论
本设计SAR ADC采用一种新型电阻串结构的子DAC和时间自调节比较器，并推导和分析了VCM抖动对电路的影响。通过成功流片并制作板级样品验证了该电路设计的正确性。此A/D转换器将嵌入MCU，应用于便携式设备中。
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[8]周文婷.数字CMOS工艺下10位580kSps逐次逼近型模数转换器设计[D].上海交通大学2007.
作者简介：
黄玲（1988―），女，湖南浏阳人，硕士研究生，研究方向：集成电路设计。
姜岩峰（1972―），男，甘肃人，北方工业大学教授，硕士生导师，主要研究方向：集成电路设计。
集成电路设计的前景范文5
引发了全球DVD行业的爆炸式增长
联发科技脱胎于台湾集成电路巨头――联华电子。1997年联华电子战略转型，从整合元件制造（IDM）公司转型为专业集成电路代工公司，放弃设计专注生产。由此，公司内的集成电路设计部门被放弃，部门员工卷铺盖走人。1997年5月28日，曾经在联华电子担任过多个部门主管的蔡明介带领公司从事集成电路设计的30多个同事，成立了联发科技股份有限公司，继续集成电路设计工作。
台湾将集成电路产业称作半导体产业，而台湾人开玩笑地说“半导”的意思是有一半公司都会倒闭。过去15年间全球前十大集成电路设计公司的名单至少换了一半。高报酬的半导体产业，充满着陷阱和危险，稍微迈错一步，便会掉入万劫不复的深渊。
在这样一个高风险但也高回报的行业中，一个30多人的公司，如何生存下去？
武侠小说中，总会有武林高手遇到困境、山重水复疑无路时，忽遇世外高人点拨，顿时拨云见日、重新称霸江湖的情节。
对于蔡明介来说，这个世外高人，就是哈佛商学院教授克莱顿・克里斯坦森。
就在联发科成立的同时，在大洋彼岸，哈佛商学院教授克莱顿・克里斯坦森出版了《创新者的窘境》一书，提出了“破坏性创新”的思想。他认为，市场上那些领头羊企业通常会专注在技术上的领先，满足高端客户，获取高额利润。而市场的挑战者会用符合市场需要的技术和便宜的价格，获取更大范围的市场，最终威胁甚至取代市场的领头羊。
克里斯坦森的说法给予蔡明介莫大的启示。蔡明介准备进军的第一个市场是光存储芯片和DVD芯片市场。以更高的性能、更便宜的价格拿下光存储芯片市场后，在进入DVD播放芯片领域时，联发科将原来负责视频和数字解码功能的两颗芯片合二为一，同时提供相应的软件解决方案。这种“硬件+软件”集成解决方案的面世，降低了DVD播放机生产企业的研发压力，随之近2000家大陆企业进入DVD制造行业，引发了全球DVD行业的爆炸式增长，联发科也藉此打败当时市场霸主美国ESS公司，成为市场领军者至今。
DVD芯片之战的胜利，奠定了联发科未来攻城掠地的基本战略，坚定了蔡明介走“破坏性创新”的决心。不过要想继续成长下去，必须在新的领域推出新的产品。蔡明介决定联发科的下一个目标是手机芯片。方向已定，主将何在？
山寨模式打下一片天
中国人最厉害之处，就是由亲戚、老乡、同学所搭建的绵密的社会网络。据说当时华人圈里只有两个人可以带团队开发手机芯片，1999年底，蔡明介找到其中的一个――在美国Rockwell公司的徐至强。蔡明介三顾茅庐的诚意最终打动了徐至强。2001年联发科开始研发手机芯片。
徐至强用产品回报了蔡明介的信任。据说联发科曾拿着自己研发出来的手机芯片找到当时的行业大佬诺基亚和爱立信，在磁悬浮列车上测试高速环境下的通话能力。随着列车速度加快，诺基亚和爱立信的手机都掉线了，但是用了联发科芯片的手机还在线上。
有好的技术并不代表你一定被认可，不仅诺基亚和爱立信没有把这样一个刚刚进入手机芯片领域的“小虾米”放在眼里，就连当时大陆的手机厂商都没有特别关注联发科。2003年，以波导、TCL、熊猫、科健、南方高科为代表的一批大陆产手机品牌正忙着把自己的渠道下移，用强力推销的人海战术占领基层市场，大陆产手机在整体市场份额上第一次超过外资品牌。但这一次领先只是昙花一现，2004年外资手机品牌借鉴大陆产手机的营销策略，用大量低价手机抢攻大陆市场，研发能力的不足和产品本身的缺陷使得大陆产手机在2004年出现大量亏损。
眼巴巴地等待进入手机市场的联发科此时面临着芯片研发出来无人采购的窘境。为了让大陆手机厂商采用联发科的产品，蔡明介带领团队遍访各大厂商，推销自己的产品，他曾在机场咖啡厅专程等待某厂商的掌门人，目的就是能与其谈上十几分钟。只要有大陆厂商到台湾考察联发科，蔡明介都要专程以红地毯贵宾待遇迎接。
2004年，联发科的一位员工买了一辆新车，车牌号为6219-HM，6219是当时联发科的手机芯片的型号，大家就问他HM是什么意思，这位员工说HM就是Hundred Million（1亿），联发科的手机芯片要卖到1亿颗。当时大家都笑笑，没把这位员工的话当真。那时全球手机芯片市场被德州仪器、亚德诺、博通、高通、飞利浦、爱立信、杰尔系统、英飞凌和飞思卡尔这些成熟的西方大公司占据，联发科要卖出1亿颗芯片，无异于虎口夺食。
然而两年之后，联发科真的卖出了1亿颗芯片。
联发科靠的，不是蔡明介的机场苦等，也不是红地毯迎接的贵宾礼遇，而是重演了一遍DVD播放芯片的剧本。
2004年大陆手机败在了缺乏研发能力上，于是联发科就承担起这部分研发任务，补足手机厂商的“短板”。联发科推出了“交钥匙”式手机解决方案，将芯片、软件平台和操作系统整合打包，提供包含通信、触摸屏、摄像头、GPS、WIFI、蓝牙、视听解码的整体芯片解决方案，手机生产商只需要生产一个外壳，装上电池就是一台功能多样、外观时尚、价格低廉的手机。以前西方手机厂商提供的，就像是待装修的“毛坯房”；而联发科提供的，是精装修的“现房”，直接可以拎包入住。这台手机可以通过触摸屏完成拍照、GPS导航、看电视、听MP3、看MP4、蓝牙、WIFI等多项功能，而价格还不到1000元人民币。
大陆企业的想象力在外观设计上得到了充分的展现。要开奥运会，就有鸟巢手机、水立方手机和福娃手机；奥巴马当选了，就推出印有奥巴马头像和他竞选口号“Yes We Can”的手机。此外，根据使用者的特点，手机甚至可以加上验钞、防狼、开酒瓶等各种功能。
借联发科的东风，以联想移动、天宇、金立为代表的大陆本土手机厂商重新站了起来，夺回了被外资占据的市场份额。在他们中间，与联发科合作最紧密的联想移动和天宇朗通，先后站在了大陆产手机销量冠军的领奖台上。2006年，联发科与天宇签订全面合作协议，联发科为天宇提供的，不仅是手机芯片的交钥匙服务，还给天宇提供全方位的管理与研发指导。天宇推出新手机的速度从一年半提高到三个月，正是如此，当大家称蔡明介为“山寨教父”的时候，天宇的荣秀丽（天宇郎通董事长）被称为“山寨教母”。
大陆生产的装载着联发科芯片的手机也在南亚、南美等国际市场上一路攻城掠地，无往不胜，实现了2005年4月29日连战在北京大学演讲时提出的“两岸合作赚世界的钱”的目标。
借此东风，联发科的业绩一路长红，手机芯片的销量从2007年的1.5亿颗一路飙升至2009年的3.51亿颗，利润从2006年的226亿新台币增长到2009年的367亿新台币。然而，联发科的危机也随着业绩的不断增长而悄然到来。
智能手机时代的价格颠覆者
随着3G时代的到来，加之错误押宝微软windows mobile操作平台，联发科从2010年开始落入冰河期，客户流失、业绩下滑，军心涣散，以徐至强为代表的一批骨干离开公司。市场对联发科的前景极度悲观，毕竟在高科技行业中，一旦开始走下坡路，能够起死回生的公司几乎没有。
就在这个关键的时刻，蔡明介再度遇到了克里斯坦森。2010年6月30日，蔡明介和克里斯坦森在台湾新竹清华大学对谈。谈话中，蔡明介提到，联发科手机芯片生意的实质，是把大陆手机的未消费者变成消费者。克里斯坦森说，台湾是他破坏式创新理论最好的实践者，中国大陆是破坏式创新的力量来源。
蔡明介和联发科的成功，给克里斯坦森的理论提供了最好的证明，而克里斯坦森回报蔡明介和联发科的方式，则是在最危险的时候，给予了联发科继续走下去的动力和方向。随后联发科转投安卓阵营，下大力气进行智能手机芯片的研发，再度挺进大陆市场。
两年之后，联发科就再度回到了舞台的中央。2012年中国大陆智能手机出货量约为1.8亿部，其中约有1.1亿部使用了联发科的芯片，市场份额超过六成。2013年联发科手机芯片销量再度翻番，达到2.2亿套，净利润暴增77%，达到275亿元新台币（约合56亿元人民币）。全球市场统计下来，联发科超过三星，成为全球仅次于高通和苹果的第三大智能手机芯片公司。同时，老对手德州仪器、瑞萨、意法爱立信纷纷退出手机芯片业务。装有联发科芯片的大陆产智能手机品牌中兴、华为、酷派、联想、小米的销量一路扶摇直上，华为和联想进入全球销量前五的行列。在印度，搭载联发科芯片的Micormax已经是印度第二大手机品牌；在法国，搭载联发科芯片的wiko成立两年，已经成为法国第三大手机厂商，俨然就是法国的小米。
联发科芯片出货量的增加，带动了全球智能手机价格加速下跌。根据美国IDC（International Data Corporation）公司的数据，2012年智能手机的全球均价下降了8%，2013年智能手机的全球均价下降了18%。像上一波联发科带动的手机降价潮冲击市场老大诺基亚一样，这一轮联发科带动的手机降价潮冲击了市场老大三星电子，其2014年二季度的营业利润比上年同期大幅减少24%，这已是三星连续三个季度营业利润低于上年同期。联发科会不会在终结了诺基亚霸业之后继续充当“刺客”威胁三星，市场正在拭目以待。
由于智能手机价格大幅下跌带来了大陆智能手机市场的爆炸式增长，大陆手机网民的数量随之快速成长。手机网民占总体网民的比例从2011年的69.3%上升到2013年的81%。手机网民的增加，带动了手机游戏、网络视频、移动电商等一系列相关产业的大发展。
上一次联发科让更多的中国人用上了手机，这一次联发科让更多的中国人进入了移动互联网时代。
联发科的成功，在于其找对了方法，用对了地方。用破坏式创新的方法以大陆市场作为基地，最终成就了联发科的辉煌。联发科让更多因为价格因素被排除在市场之外的消费者能够进入市场，市场规模进一步扩大帮助联发科更好地摊薄了研发成本，形成良性循环。从这个角度上说，联发科的成功，就是“农村包围城市”的成功。
不过也有人担心，大陆手机产业长期享受联发科这种交钥匙方案“保姆式”的照顾，久而久之会丧失自身的研发能力。不过，似乎这种担心是多余的。华为在使用联发科芯片的同时，也开始使用自主研发的芯片海思。而且，同样仰赖颠覆式创新的上海展讯通信正在形成对联发科越来越大的威胁。根据IDC的数据，2013年展讯通信在中国大陆100美元以下的低端手机市场已占据24.1%的市场份额。未来展讯通信是和联发科一起去攻占世界市场，还是像联发科颠覆诺基亚那样颠覆联发科，成为新的颠覆式创新的典范，我们只能等待未来给予回答。
集成电路设计的前景范文6
P键词音频信号；WM8731S；先入先出存储器
中图分类号TP3
文献标识码A
文章编号2095-6363（2017）04-0095-02
1.概述
1.1论文研究的目的及意义
目前用VHDL进行电路设计，可以经过综合与布局，烧录至FPGA上进行测试，是硬件集成电路设计验证的技术主流。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件，是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。数字语音集成电路与嵌入式微处理器相结合，首先降低了产品研发成本，其次系统更小、耗电低，况且使设计更简单，电路扩展方便且体积小，应用前景更广，如无人驾驶、5G技术、消费电子产品、排队机、报警以及报站器等。
1.2系统总体设计方案
FPGA的开发相对于传统Pc、单片机的开发有很大不同，FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/0间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。FGPA芯片对WM8731进行控制，使得WM8731对音频信号进行滤波处理。随着百万门级FPGA的推出单片系统成为可能。为了支持SOPE的实现方便用户的开发与应用altera还提供了众多性能优良的宏模块、IP核以及系统集成等完整的解决方案。这些宏功能模块、IP核都经过了严格的测试使用这些模块将大大减少设计的风险缩短开发周期并且可使用户将更多的精力和时间放在改善和提高设计系统的性能上而不是重复开发已有的模块。
2.系统的处理
2.1本音频信号处理系统
本音频信号处理系统以WM8731芯片为处理平台，以FPGA芯为控制中心，控制音频解编码芯片WM8731对输入的音频信号进行滤波处理，以获得高品质的音频数字信号，再将高品质的音频数字信号输出到信号接收端。由音频编解码模块电路、控制器模块、时钟分频模块、I2c时序接口模块、I2c控制字配置模块、I2s时序接口及音频数据处理模块、FIFO先进先出存储器设计、带通数字滤波设计8部分构成。
2.2各部分电路原理
1）时钟分频模块由于要使WM8731工作，此主时钟频率依照该芯片工作的不同模式有12.288MHz、18.432MHz、11.2896MHz以及16.9344MHz这4中频率可选。
2）I2c时序接口模块。实现对I2c时序的模拟，控制SCLK（数据时钟）和SDAT（数据线）将存放在I2c_data中的24位控制字串行发送给W～8731，该模块例化于I2c控制字配置模块之中，以实现对该芯片的控制字写入。
3）I2c控制字配置模块。分别为：MODE、CSB、SDIN和SCLK。对应功能为控制接口选择线、片选或地址选择线、数据输入线和时钟输入线。它具有2线和3线两种模式。本文采用2线模式对WM8731进行控制。为MPU接口。选择MODE为0时为2线模式。
4）I2s时序接口及音频数据处理模块。将18.432MHz的主时钟分频，产生均为48kHz的数模转换和模数转换采样率时钟以及对应的数字音频时钟（BELK）。除此之外，在此模块中还调用了I2s串行数据转并行数据模块，并定义变量state作为串并变换的起始标志。
5）FIFO先进先出存储器，是一种非常基本，使用非常广泛的模块。
3.系统的软件设计及调试
软件分为控制器模块程序、时钟分频模块、I2c总线时序模块、12S时序接口及音频数据处理模块。本系统是基于FPGA的音频编解码芯片控制器，用以实现对语音芯片WM8731的控制。在整个系统中，用到了标准MIC、Line-in、Line-out接口、2个开关按键以及3个按钮式按键。FPGA器件主要通过12C总线给语音芯片WM8731经行控制字配置。初始化完成后，音频数据从MIC或LineIn输入，经过A/D转换后，数字信号再进入FIFO，再经过FIR数字滤波处理，之后成为串行的数字信号并由12S总线传入FPGA器件。经过串并变换等处理之后，再经过D/A转换由LineOut通过耳机输出。在调试过程中，始终选择主模式，DACSEL始终置为数字信号输出。在测试中，WM8731能够输出高品质的音频信号。
