前言：中文期刊网精心挑选了数字集成电路设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
数字集成电路设计范文1
关键词：RFID；ISO/IEC 14443-A；电子标签；DES
Digital Integrated Circuit of Passive Tag Based on the Protocol of 14443-A
YU Wulong,MENG Ying
(School of Information Science and Technology,huhai College of Beijing Institute of Technology,huhai,519085,Chinaオ
Abstract：According to the protocol of IS0/IEC 14443-A,the circuit design and function test of the passive tagare finished.As a result,the balance among area,speed and power consumption is achieved.Based on the technics of 0.35 μm,the result indicates the area of 36 877.75 μm2 and the power consumption of 30.845 8 mW completely meet the performance requirement of chip.
eywords：RFID;ISO/IEC 14443-A;electronical tag;DES オ
在无线通信中数据的传输在空间进行，因此无源电子标签的数据通信涉及通信和信息安全等技术，其中信息的安全性是无源电子标签设计时需要解决的核心问题。适应于无源电子标签的通信协议有多种，其中ISO/IEC 14443协议是目前应用较广的协议［1］。本文采用这一协议在安全性设计基础上，完成无源电子标签数字集成电路芯片的设计。
1 芯片的电路结构
根据ISO/IEC 14443-A协议对标签通信的规定，本文设计的无源电子标签数字电路芯片的结构如图1所示，主要由通信安全、信息安全、存储以及控制等4个单元组成，图1同时给出各个单元中所需子电路模块的组成结构。
由于电子标签采用的半双工通信方式，为减小芯片面积，本文采用复用的方法对各单元的子电路模块进行设计。在信道层次上，将加密/解密子电路模块复用，将校验码的生成和校验子电路模块复用；在子电路模块内部层次上，将计数器以及锁存器等电路复用。
电子标签以被动方式通过天线的感应获得能量，如果电路的功耗过大，将出现能量不足和信号不稳定等状态，因此本文采用门控时钟技术和控制电路节点跳变方法降低所设计电子标签的功耗。在结构层次上，以门控时钟取代原始时钟，为子电路模块提供时钟信号；在子电路模块内部层次上，控制电路系统内部各触发器和锁存器输出的跳变次数。
2 控制单元以及存储单元
考虑到系统任务的复杂度，控制单元调度任务的工作由主控制和从协议控制2个子电路模块协同完成。主控制子电路模块用于协调通信安全、信息安全以及存储等单元中各子电路模块，为从协议控制子电路模块做准备；从协议控制子电路模块用于完成预设的通信方案。
由于本文设定标签接收和发送的最大字节数为32位，而各子电路模块的接口总线为8位，为了协调电路系统发送存储数据和加密操作的时序，控制单元设置了一由28个字节构成的寄存器组，作为虚拟RAM，以暂存数据。
标签操作的数据存放在存储单元的E2PROM电路中，为了与总线接口配合，存储单元中包含了接口电路，以完成控制单元与E2PROM之间的总线转换。
3 通信安全单元
在无线通信过程中，由于信号容易受到突发的偶然因素和系统本身使用特点的影响产生干扰［2］，考虑到电子标签的半双工通信方式及其成本，本文在通信安全单元的设计中，采用数据编码技术、信道编码技术和防冲突访问控制等3种技术进行检错。通过改进米勒码解码器对接收信号进行解码，并以曼彻斯特码编码器对发送信号进行编码。
通信安全单元既需要生成信道循环冗余校验码和奇校验码，又要对接收的信道校验码进行校验，这2个功能具有相同的电路结构，数据以比特流的形式传输，因此可采用功能复用方法设计循环冗余校验和奇校验模块子电[LL]路。本文同时基于面向位冲突帧的树型搜索算法的防冲突访问机制［3］，设计防冲突访问控制子电路模块。
4 信息安全单元
对无源电子标签信息的安全性造成威胁的因素有人为和客观2种，结合本文研制的电子标签存储的数据量较少特点，信息安全单元可采用如下技术设计：
(1 采用基于DES（Data Encryption Standard）密码体系的CFB方式设计加密协处理器，使有效数据加密后才在信道中传输；
(2 采用基于DES密码体系的三重相互认证机制，使阅读器和电子标签可分别确认对方操作的合法性。
[BT3]4.1 密码体系的优化设计
DES密码体系CFB方式的设计核心是加密函数，其结构以及优化方案可由图2所示体系给出。主要包括初始置换、逆初始置换、循环结构以及置换选择A的优化设计。
如果以连线方法实现初始置换的位映射关系，不仅使版图的布局布线工作量增大，而且连线占用面积也较大，因此，本文采用移位寄存器方法［4］实现初始置换的功能。考虑到初始置换表中每一列的值分别对应每一输入字节的位2，4，6，8和位1，3，5，7，而且这里设定的接口总线宽为1个字节，所以可将初始置换表按照如下矩阵进行转换：
{初始置换表}＝{初始置换的每一列}×{每个字节由低位到高位排列}
而且，每一位数据分别存储在8个移位寄存器的第一个位置，当接收到1个字节，各移位寄存器的内容均右移一位，于是便可得到图2中的初始置换电路结构。类似地，逆初始置换也以移位寄存器的方法实现位映射关系。
考虑到研制芯片中时钟周期的裕度较大，因此，采用两次循环结构展开和二级流水线相结合的技术设计循环结构，实现了在面积和速度上取得较好平衡的目标，其结构的优化方法在如图2中一并给出。
对置换选择A，将其置换表中的数值分成上下2部分，每部分数据按照每行8位的格式排列，并将上半部分的前4位数据和下半部分的后4位数据合成为1个字节，而且对经过置换选择的密钥进行循环左移，结构如图2中的置换选择A电路结构所示。
4.2 三重相互认证机制
由于信息安全单元采用对称密钥DES密码体系对数据进行加解密，阅读器和标签具有相同的密钥，因此，可采用基于DES密码体系的三重认证机制确保数据的真实性。阅读器和标签只有经过相互认证后，才能对存储的数据和参数进行操作，主要步骤包括：
(1 阅读器发送“认证查询口令”到标签，标签产生一随机数RA，加密后反馈回阅读器；
(2 阅读器产生一随机数RB，并且使用共同的密钥，将RA和RB加密成数据块Token1并发送给标签，标签对收到的Token1解密，并将从中取得的RA与原先发送的RA比较，一致时，将收到的RB加密成数据块Token2，并反馈回阅读器，进一步确认双方的合法身份；
(3 阅读器对收到的Token2解密，并将从中取得的RB与原先发送的RB比较，一致时，则发送身份确认命令到标签，标签响应并确认。
5 验证平台
为检验所设计数字集成电路芯片的通信功能，本文设计了相应的验证平台，结构如图3所示。
测试向量发生器用于产生各测试向量，为芯片提供输入信号；阅读器数据发送器将测试向量转换为电子标签数字集成电路能够识别的帧格式；响应分析器用于侦查所设计芯片的响应是否为输入信号要求的反馈。
针对通信功能，本文对输入信号组合加于约束，所设计的测试向量集具备如下特征：
(1 测试校验出错情况：当标签接收数据的校验码出错，测试检错功能。
(2 测试序列号出错情况：当标签接收的序列号与期望值不一致，测试检错功能。
(3 测试命令数目出错情况：当标签接收的命令数目与期望值不一致，命令数目约束比期望值多或少，测试检错功能。
(4 测试命令出错情况：当标签接收命令为当前通信状态不能接收的命令，命令约束为其他通信状态的操作命令，测试检错功能。
(5 测试命令操作时间间隔出错情况：当标签在规定的时间间隔内接收命令，时间间隔范围约束为一次操作完成时间和帧保护时间，测试检错功能。
6 结 语
本文采用Synopsys工具，结合中芯国际的0.35 μm工艺库，可以得到本文所设计芯片的面积和功耗如表1、┍2所示：
表1、表2中，工艺库定义的芯片面积以一个与非门作为单位，因此本文设计芯片的面积为36 877.750 000 μm2，功耗为30.845 8 mW。
根据上述验证平台和测试向量集,对本文所研制芯片进行通信功能测试，其结果的波形截图如图4所示。由图4可见设计电路能够检测出校验码、命令数目和命令等出错情况。
综合上述结果可见，设计的芯片符合ISO/IEC14443-A协议，并可以满足无源电子标签对通信和信息安全性的双重要求。
参 考 文 献
［1］陈新河.无线射频识别(RFID技术发展综述\[J\].标准与技术追踪,2005(7:22-26.
［2］约翰・麦克纳马拉.数据通信技术［M］.北京：中国铁路出版社,1984.
数字集成电路设计范文2
关键词：模拟 集成电路 设计 自动化综合流程
中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0062-02
随着超大规模集成电路设计技术及微电子技术的迅速发展，集成电路系统的规模越来越大。根据美国半导体工业协会（SIA）的预测，到2005年，微电子工艺将完全有能力生产工作频率为3.S GHz，晶体管数目达1.4亿的系统芯片。到2014年芯片将达到13.5 GHz的工作频率和43亿个晶体管的规模。集成电路在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，ASIC已向系统集成的方向发展，这类系统在单一芯片上集成了数字电路和模拟电路，其设计是一项非常复杂、繁重的工作，需要使用计算机辅助设计（CAD）工具以缩短设计时间，降低设计成本。
目前集成电路自动化设计的研究和开发工作主要集中在数字电路领域，产生了一些优秀的数字集成电路高级综合系统，有相当成熟的电子设计自动化（EDA）软件工具来完成高层次综合到低层次版图布局布线，出现了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等国际上著名的EDA公司。相反，模拟集成电路自动化设计方法的研究远没有数字集成电路自动化设计技术成熟，模拟集成电路CAD发展还处于相当滞后的水平，而且离实用还比较遥远。目前绝大部分的模拟集成电路是由模拟集成电路设计专家手工设计完成，即采用简化的电路模型，使用仿真器对电路进行反复模拟和修正，并手工绘制其物理版图。传统手工设计方式效率极低，无法适应微电子工业的迅速发展。由于受数/模混合集成趋势的推动，模拟集成电路自动化设计方法的研究正逐渐兴起，成为集成电路设计领域的一个重要课题。工业界急需有效的模拟集成电路和数模混合电路设计的CAD工具，落后的模拟集成电路自动化设计方法和模拟CAD工具的缺乏已成为制约未来集成电路工业发展的瓶颈。
1 模拟集成电路的设计特征
为了缩短设计时间，模拟电路的设计有人提出仿效数字集成电路标准单元库的思想，建立一个模拟标准单元库，但是最终是行不通的。模拟集成电路设计比数字集成电路设计要复杂的得多，模拟集成电路设计主要特征如下。
（1）性能及结构的抽象表述困难。数字集成电路只需处理仅有0和1逻辑变量，可以很方便地抽象出不同类型的逻辑单元，并可将这些单元用于不同层次的电路设计。数字集成电路设计可以划分为六个层次：系统级、芯片级（算法级），RTL级、门级、电路级和版图级，电路这种抽象极大地促进了数字集成电路的设计过程，而模拟集成电路很难做出这类抽象。模拟集成电路的性能及结构的抽象表述相对困难是目前模拟电路自动化工具发展相对缓慢，缺乏高层次综合的一个重要原因。
（2）对干扰十分敏感。模拟信号处理过程中要求速度和精度的同时，模拟电路对器件的失配效应、信号的耦合效应、噪声和版图寄生干扰比数字集成电路要敏感得多。设计过程中必须充分考虑偏置条件、温度、工艺涨落及寄生参数对电路特性能影响，否则这些因素的存在将降低模拟电路性能，甚至会改变电路功能。与数字集成电路的版图设计不同，模拟集成电路的版图设计将不仅是关心如何获得最小的芯片面积，还必须精心设计匹配器件的对称性、细心处理连线所产生的各种寄生效应。在系统集成芯片中，公共的电源线、芯片的衬底、数字部分的开关切换将会使电源信号出现毛刺并影响模拟电路的工作，同时通过衬底祸合作用波及到模拟部分，从而降低模拟电路性能指标。
（3）性能指标繁杂。描述模拟集成电路行为的性能指标非常多，以运算放大器为例，其性能指标包括功耗、低频增益、摆率、带宽、单位增益频率、相位余度、输入输出阻抗、输入输出范围、共模信号输入范围、建立时间、电源电压抑制比、失调电压、噪声、谐波失真等数十项，而且很难给出其完整的性能指标。在给定的一组性能指标的条件下，通常可能有多个模拟电路符合性能要求，但对其每一项符合指标的电路而言，它们仅仅是在一定的范围内对个别的指标而言是最佳的，没有任何电路对所有指标在所有范围内是最佳的。
（4）建模和仿真困难。尽管模拟集成电路设计已经有了巨大的发展，但是模拟集成电路的建模和仿真仍然存在难题，这迫使设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。模拟集成电路的设计必须充分考虑工艺水平，需要非常精确的器件模型。器件的建模和仿真过程是一个复杂的工作，只有电路知识广博和实践经验丰富的专家才能胜任这一工作。目前的模拟系统验证的主要工具是SPICE及基于SPICE的模拟器，缺乏具有高层次抽象能力的设计工具。模拟和数模混合信号电路与系统的建模和仿真是急需解决的问题，也是EDA研究的重点。VHDL-AMS已被IEEE定为标准语言，其去除了现有许多工具内建模型的限制，为模拟集成电路开拓了新的建模和仿真领域。
（5）拓扑结构层出不穷。逻辑门单元可以组成任何的数字电路，这些单元的功能单一，结构规范。模拟电路的则不是这样，没有规范的模拟单元可以重复使用。
2 模拟IC的自动化综合流程
模拟集成电路自动综合是指根据电路的性能指标，利用计算机实现从系统行为级描述到生成物理版图的设计过程。在模拟集成电路自动综合领域，从理论上讲，从行为级、结构级、功能级直至完成版图级的层次的设计思想是模拟集成电路的设计中展现出最好的前景。将由模拟集成电路自动化综合过程分为两个过程。
模拟集成电路的高层综合、物理综合。在高层综合中又可分为结构综合和电路级综合。由系统的数学或算法行为描述到生成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工艺相关和设计规则正确的版图过程称为物理综合。模拟集成电路自动化设计流程如图1所示。
2.1 模拟集成电路高层综合
与传统手工设计模拟电路采用自下而上（Bottom-up）设计方法不同，模拟集成电路CAD平台努力面向从行为级、结构级、功能级、电路级、器件级和版图级的（Top-down）的设计方法。在模拟电路的高层综合中，首先将用户要求的电路功能、性能指标、工艺条件和版图约束条件等用数学或算法行为级的语言描述。目前应用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行为级建模，或者是专利语言，所建模型与模拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工业标准的数/模硬件描述语言VHDL-AMS。VHDL-1076.1标准的出现为模拟电路和混合信号设计的高层综合提供了基础和可能。VHDL一AMS是VHDL语言的扩展，重点在模拟电路和混合信号的行为级描述，最终实现模拟信号和数模混合信号的结构级描述、仿真和综合125，28]。为实现高层次的混合信号模拟，采用的办法是对现有数字HDL的扩展或创立新的语言，除VHDL.AMS以外，其它几种模拟及数/模混合信号硬件描述语言的标准还有MHDL和Verilog-AMS。
2.2 物理版图综合
高层综合之后进入物理版图综合阶段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的电路原理图得到与工艺条件有关和设计规则正确的物理版图。由于模拟电路的功能和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元件参数，版图寄生参数的存在将使元件参数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需要考虑电路的二次效应对电路性能的影响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件失配效应和信号间的祸合效应对电路特性能影响在允许的范围内。基于优化的物理版图综合在系统实现时采用代价函数表示设计知识和各种约束条件，对制造成本和合格率进行评估，使用模拟退火法来获取最佳的物理版图。基于规则的物理版图综合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽象为一组规则，并用这些规则来指导版图的布线布局。在集成电路物理综合过程中，在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片面积和功耗是必要的。同时应当在电路级综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对电路中各器件之间的匹配关系应用明确的要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指导模拟集成电路的版图综合。
模拟电路设计被认为是一项知识面广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较长时间，而且设计要运用很多的技术。在模拟电路自动综合设计中，从行为描述到最终的版图过程中，还需要用专门的CAD工具从电路版图的几何描述中提取电路信息过程。除电路的固有器件外，提取还包括由版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致工作频率范围的缩减和速度性能的降低。因此投片制造前必须经过电路性能验证，即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用户的性能要求。正式投片前还要进行测试和SPICE模拟，确定最终的设计是否满足用户期望的性能要求。高层综合和物理综合从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以看成电路的产生方面，物理版图综合得到模拟集成电路的电路版图，可以认为电路的几何设计方面。
参考文献
数字集成电路设计范文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.
[3]鞠家欣，鲍嘉明，杨兵.探索微电子专业实践教学新方法-以“集成电路版图设计”课程为例[J].实验技术与管理，2012，29（3）：280-282.
[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.
数字集成电路设计范文4
1、课程目标
使学生具备本专业的高素质技术应用型人才所必需的电子电路逻辑设计基本知识和灵活应用常用数字集成电路实现逻辑功能的基本技能；为学生全面掌握电子设计技术和技能，提高综合素质，增强职业变化的适应能力和继续学习能力打下一定基础；通过项目的引导与实现，培养学生团结协作、敬业爱岗和吃苦耐劳的品德和良好职业道德观。本课程目标具体包括知识目标、能力目标和素质目标。
（1）知识目标：熟悉数字电子技术的基本概念、术语，熟悉逻辑代数基本定律和逻辑函数化简；掌握门电路及触发器的逻辑功能和外特性；掌握常用组合逻辑电路和时序电路的功能及分析方法，学会一般组合逻辑电路的设计方法（用SSI和MSI器件），学会同步计数器的设计方法；熟悉脉冲波形产生与变换电路的工作原理及其应用；了解A/D，D/A电路及半导体存储器、PLA器件的原理及其应用。
（2）能力目标：具有正确使用脉冲信号发生器、示波器等实验仪器的能力；具有查阅手册合理选用大、中、小规模数字集成电路组件的能力；具有用逻辑思维方法分析常用数字电路逻辑功能的能力；具有数字电路设计初步的能力。
（3）素质目标：培养学生学习数字电路的兴趣；培养学生团结合作的意识，培养学生自己查找资料能力。
2、课程定位
《逻辑设计》是计算机应用技术专业和电子信息类专业的一门重要硬件基础课，其理论性和实践性很强，尤其强调工程应用。是现代电子技术、计算机硬件电路、通信电路、信息与自动化技术的和集成电路设计的基础。在高速发展的电子产业中数字电路具有较简单又容易集成。通过本课程学习，熟悉小中大规模数字集成电路分析与应用，突出数字电子技术应用性，获得数字电子技术必要的基本理论基本知识和基本技能；了解数字电子技术的应用和发展概况，为后继课程及从事相关工程技术工作和科研与设计工作打下一定基础。《逻辑设计》在电子信息专业课程的地位，表现在其先导课程为《电工电子技术》，要求学生掌握由分立元器件组成的电子电路的识别与检测、与基本分析方法，掌握有关晶体管以及晶体管电路的分析方法等；其后续课程有《微机原理与接口技术》、《单片机技术应用》、《EDA技术应用》等。学习集成电路芯片在计算机及相关电子设备中的应用与作用。
二、逻辑设计课程教学内容
1、教学内容选取依据
（1）以培养高素质技能型人才为目标，教学内容选择与组织突出“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目主体--任务贯穿”为总体设计要求，在内容的选取上，首先立足于打好基础。在确保基本概念、基本原理和基本教学方法的前提下，简化集成电路内部结构和工作原理的讲述，减少小规模集成电路的内容，尽可能多地介绍中大规模集成电路及其应用。以能力培养为主线，以应用为目的，突出思路与方法阐述，力求反映当今数字电子技术的新发展。
（2）在教材内容编排上精心组合，深入浅出，做到概念清晰，逻辑设计思想严谨。教学实施中注重重点突出，层次分明，相互衔接，逻辑性强，以利于教学做一体化的整合。在讲义上力求简洁流畅，通俗易懂，便于学生自学。
（3）以实训项目为载体，采取任务驱动教学做一体化的实施，体现理论指导实践，实践深化理论的素质养成目的。
（4）依据各学习项目的内容总量以及在该门课程中的地位分配各学习项目的课时数。
（5）知识学习程度用语主要使用“了解”、“理解”、“能”或“会”等用来表述。“了解”用于表述事实性知识的学习程度，“理解”用于表述原理性知识的学习程度，“能”或“会”用于表述技能的学习程度。
2、教学具体内容安排
表决器电路设计与制作，抢答器电路设计与制作，同步计数器电路设计与制作，方波发生器电路设计与制作，数字钟电路设计与制作。
三、逻辑设计课程教学模式与手段
1、教材编写
教材编写体现项目课程的特色与设计思想，教材内容体现先进性、实用性，典型产品的选取科学，体现地区产业特点，具有可操作性。呈现方式图文并茂，文字表述规范、正确、科学。
2、教学模式
采取项目教学，以工作任务为出发点来激发学生的学习兴趣，教学过程中要注重创设教育情境，采取“教学做”一体化的教学模式，将知识、能力、素质的培养紧密结合，进一步加强职业教育教学改革研究，优化完善我校应用型人才培养体系。
3、教学方法
从教学手段、教案设计、教学思路、语言表述、教学资源等方面着手，对如何在课堂教学中提高学生的学习主动性和兴趣开展教研。教学过程有进行项目引导，任务贯穿，“提出问题”、“引导思考”、“假设结论”、“探索求证”，把握课程的进度，活跃课堂气氛，使大多数学生能够获得尽可能大的收获。采用“发现法”教学方式，使学生建立科学的思维方法与创新意识。学习内容的掌握依赖于学习者的实践，课程组加强了对教师教学及学生学习过程的管理；为使学生理解和有效掌握课程内容，在坚持课外习题练习、辅导答疑等教学环节的基础上，增加随堂练习、单元测验等即时性练习环节，督促学生复习和掌握已学知识点。
4、教学手段
充分利用挂图、投影、多媒体等现代化手段，发挥网络突破空间距离限制的优势，让学生能够最大限度的利用学习资源，自主地学习和提高，弥补课堂上未能及时消化吸收的部分内容。教学过程中相应教学班成立课程提高学习小组，任课教师课外指导该小组进行拓展学习及课外科技活动指导，达到因材施教的目的；一方面教师指导有兴趣能力强的学生进行课外学习，特别是对数字系统设计知识的答疑指导，为能力强的学生提供发展空间，解决因课时数限制而无法在课堂上深入讲授特定工程应用专题的矛盾。也加强了教师与学生的互动，教师可以第一手了解学生对教学过程的反馈，改进教学方法，利用学习好的学生带动整个班级的学习，促进良好班风学风的形成。探讨当前教学环境下，培养学生课外学习能力的新模式。
数字集成电路设计范文5
《数字电子技术》是高职院校电子信息类专业一门重要的专业基础课程。在课程资源建设中，通过不同的呈现方式如视频、交互式动画、手机学习等提高学生的学习兴趣和效率，并注重纸质教材和网络课件等立体化教材的建设。形成相对完整的优质课程教育资源，服务学习者自主学习，开放学习。
关键词：
精品课程资源；数字电子技术；高职院校
为全面落实国家、省、市教育规划纲要，进一步提高职业教育办学水平和服务经济社会发展能力，根据无锡市教育局、市发展和改革委员会、市财政局、市人力资源和社会保障局联合下发的《关于实施职业教育教学质量提升工程的意见》（锡教高职〔2013〕128号），从2013年起无锡市开展职业教育精品课程资源建设和评选认定工作，无锡科技职业学院《数字电子技术》课程资源于2014年被评为无锡市职业教育精品课程资源。
一、课程定位
《数字电子技术》是高职院校电子信息类专业的专业基础课程，是一门必修课程，该课程以培养学生电子技术的基本知识和技能为主要目标，和《模拟电子技术》共同构成电子信息类专业的基础核心课程，是学生打下专业基本功的必修课。它以《电路基础》为学习基础，同时也为后续相关专业课的学习打下基础。例如，应用电子技术专业中的《传感器原理与应用》课程是需要熟悉数电中各器件的功能后，才能来分析相关电路；微电子技术专业中的《集成电路设计》课程包括数字集成电路设计和模拟集成电路设计两部分，其中数字集成电路设计就需要掌握数电的组合、时序逻辑电路基本知识；光伏应用技术专业中的《光电子技术》和《光伏发电系统》课程需要以掌握电子电路的分析和应用为基础，和数电知识紧密联系。在专业技能证书方面，也为无线电装接工、调试工等考级考证打下基础。
二、课程资源开发理念与思路
无锡科技职业学院的《数字电子技术》课程是2010年建设的无锡市精品课程，经过4年多在教学实践中不断地更新完善，已完成较系统、较完整地反映课程教学思想、教学内容、教学方法、教学过程等进行基本教学活动必需的课程资源，实现了从精品课程到精品课程资源的转型升级。在课程资源的建设中，尽可能使课程资源多样化和立体化。通过不同的呈现方式如视频、交互式动画、手机学习等提高学生的学习兴趣和效率，并注重纸质教材和网络课件等立体化教材的建设。形成相对完整的优质课程教育资源，服务学习者自主学习，开放学习。
三、课程资源建设实施
《数字电子技术》课程资源包括基本资源和拓展资源。
1）基本资源是课程教学实施的支撑性资源，为教师教学、学生学习提供系统、完整的教学资源保障，特别是对于初次担任该课程的老师，能使他们更快地了解课程的特点和内容，起到很好的指导作用。对于在课上没有完全理解和掌握的学生，能提供课后的再学习平台，为上好和学好这门课程提供了资源保障。主要包括以下内容：文档类：课程介绍、课程标准、教学日历、教案、考评方式与标准、教学设计、重点难点、习题、附表、教材（教参）内容、学习指南等。视频类：教学录像、PPT、动画、习题题库等。视频是课程的主要资源之一，也是课程设计和教学内容的重要表现方式，主要呈现系统化的课程设计思路、工学结合的课程特征、理论与实践相结合的教学实施过程以及直观形象、生动有趣的课程内容，包括：课程整体设计介绍、课堂授课、实验台演示、实物制作、软件仿真、课外练习等展示内容。
2）拓展资源是在基本资源基础上，面向学生和社会学习者扩展的自学、交流、提升等内容，体现课程特点，并注重它在实际电路中的应用，和学生的考级考证、技能竞赛紧密结合。特别是通过交互式平台学习，可以提高学生的学习兴趣，利用微信订阅号公共平台增加移动学习模块，使学生可以在手机上学习，助移动学习的自发性、学习内容的片段性、学习时间的随机性、学习地点的灵活性等特点，使学习者能够利用日益更新的移动设备和闲散时间随时随地、愉悦自主地学习任何想学的内容，及时解决课程中的实际问题，从而促进其学习能力不断提高。另外，增设名人名事，加强人文知识，在传递专业知识的同时，注重学生的素质教育。
四、课程资源特点
1）在资源的呈现上更加立体化多样化。有理论学习；软件仿真；互动学习，移动学习，自我测试等。
2）增加录像和微课的内容。录像和微课相互结合，更加直观明了地方便学生自主学习，也提供了一个再学习的平台。
3）创造课外自主实验平台。通过让学生用简易的实验箱在课外自行设计和验证电路，培养他们的学习兴趣。
4）增加互动和移动学习模块。互动式平台学习，直观、趣味性强，大大提高学生的学习兴趣。移动学习模块，使学生可以在手机上学习，助移动学习的自发性、学习内容的片段性、学习时间的随机性、学习地点的灵活性等特点，使学习者能愉悦自主地学习任何想学的内容，及时解决课程中的实际问题，从而促进其学习能力不断提高。
五、课程资源使用成效
无锡科技职业学院《数字电子技术》精品课程资源的建设取得了较好的成绩，在《数字电子技术》课程的教学中起到了积极作用。通过基本资源和拓展资源的结合，使学生的学习的内容丰富了，形式多样了，兴趣提高了，学习主动性增强了，为学生今后岗位工作打下坚实基础。从使用成效情况来看，使用课程资源的班级教学效果较好。
作者：钱颖 朱芳 单位：无锡科技职业学院
参考文献：
[1]王连英."数字电子技术"国家级精品资源共享课建设[J].天津职业大学学报,2013,22(5),33-35.
[2]石道元,韩英锋.崭新的使命:从精品课程到精品资源共享课[J].重庆航天职业技术学院学报,2012,9(15):13-17.
[3]陶明华,万茓,张玲玲.精品课程建设和应用现状调研问题分析及对策[J].中国科技信息,2012,(10):234-236.
数字集成电路设计范文6
关键词 数字集成电路；频率计；逻辑控制；闸门
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0037-01
在电子信息领域，信号频率的测量非常广泛，并且与许多电参量的测量有密切的关系。在仪器仪表、资源勘探等相关应用中，频率计是工程人员必不可少的测量工具。频率测量的方法有许多，其中数字计数器测量频率具有测量快、精度高、成本低等优点，是频率测量的重要应用之一。本文便通过对时基单元电路、分频单元电路、整形单元电路、延时清零单元电路等的整合运用，设计制作一款简单实用的数字频率计，并对具体单元电路进行分析。
1 频率计的工作原理
被测信号经输入端输入，经过放大整形后，通过主控电路，时基信号的下降沿到来时，控制电路主控门打开，Tx2周期内允许待测信号通过主控电路到达脉冲计数电路进行计数，待测信号的频率就是单位时间（1 s）内的得到的脉冲数，表达式为f=N/Tx2，其中f为被测信号的频率，N为计数器读得的脉冲数，Tx2是时基信号的周期，Tx2可由分频电路的开关获得，在时基信号的下一个下降沿到来时，主控门关闭，主控电路发出锁存信号锁存当前读得脉冲值，显示电路随即显示读得脉冲值，即测得信号频率。延时一段时间后，清零电路清零输出脉冲，将各计数器、触发器复位，准备下次测量。频率计的工作原理如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 放大整形电路的设计
放大整形电路单元主要由集成电路CC4011和运算放大器OP07构成。OP07构成的负反馈放大电路将微小的待测信号放大到能被数字集成电路有效识别的水平，再通过由与非门4011构成的斯密特触发器，整形得到方波脉冲。
2.2 时基电路的设计
时基电路单元主要由集成电路5G5544、32768Hz的晶体振荡器构成和微调电容等元件构成，自激工作，经调整后，可获得周期为1 s的精确方波信号。
2.3 分频电路的设计
分频电路单元主要由2片集成电路CC4518组成。4518是二-十进制同步计数器，计数器级联，上级计数器计满溢出后，通过下级计数器对时基信号进行10分频计数，4个计数器即可对时基信号进行1、10、100、1000分频，以确定测量周期Tx2，即切换频率计的量程。
2.4 主控电路的设计
主控电路单元由双D触发器CC4013和与非门CC4011构成。4013控制闸门选通信号，以控制主控门的开启/关闭。时基信号下降沿到达控制门1后，控制门1输出上升沿到4013（1）的CP端，使得4013（1）的Q1=1，主控门2开启，被测信号在主控门开启的时间内，可以通过主控门2送至计数器CLK端进行计数，一个测量周期Tx2后，时基信号再次到来的下降沿使主控门关闭，计数器停止计数，同时1使4013（2）的2=0，关闭控制门1，封锁时基信号，完成一次测量过程的控制。主控电路的原理图如图2所示。
2.5 延时清零电路的设计
延时清零电路单元由D触发器CC4013、非门CC4069、积分电路、单稳态电路等构成。CP在上升沿的作用下，4013翻转， =0，电路清零时，又将Q置0，=1，二极管迅速将电容充电，使电容一端达到高电平，而此时=0，电容通过电位器缓慢放电，一段时间后，电容一端电压降到4069的阈值电平，4069输出端产生上升沿，触发下级单稳态电路，单稳态电路随即产生正脉冲送到由4001构成的自动清零电路，将各计数器、触发器复位，等待下次测量。选择合适大小的R、C，使清零脉冲在锁存脉冲后沿产生，且宽度充分窄，在不影响测量精度的前提下又可以触发清零电路。
2.6 脉冲计数电路的设计
脉冲计数电路单元由6片74LS160级联构成。74LS160是同步十进制计数器，通过主控电路的脉冲信号输入到74LS160的脉冲计数端，在74LS160给定的计数周期内，对计得的脉冲个数进行量程转换后，即可得到待测信号的频率。
2.7 显示电路的设计
显示电路单元由6片CC4511和6只共阴极数码管构成。4511是一种BCD码译码器，可直接驱动6位共阴极数码管，6位分别表示个位、十位、百位、千位、万位、十万位，可测量1 Hz～1 MHz的频率。
3 结论
数字频率计是一种测量方波信号、正弦信号以及其他各种信号的频率仪器，在电路设计中广泛被应用。本文介绍的一种基于数字集成电路的频率计的设计方法，电路设计具有功能齐全、结构简单、成本较低、使用方便等优点。该频率计通过仿真、制作、误差分析等验证，可在多种测试场所广泛应用。
参考文献
[1]王伟明.数字频率计电路设计与分析[J].电子世界，2013.
[2]刘夫江.基于单片机和CPLD的等精度数字频率计设计[J].山东大学，2007.
[3]董玉冰.基于Multisim9.0简易数字频率计的设计与仿真[J].长春大学学报，2009.
[4]朱东南，等.基于CD4541的便携式数字频率计的设计[J].兰州工业学院学报，2013.
[5]刘文浩，等.CMOS数字频率计的设计与制作[J].莱阳农学院学报，1989.
[6]王昊鹏，等.简易数字频率计设计与实现，四川兵工学报，2011.
