時(shí)間：2023-06-07 09:10:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，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篇集成電路與應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
本文分析了智能功率集成電路的發(fā)展歷程、應(yīng)用狀況和研究現(xiàn)狀，希望能拋磚引玉，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究有所貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】智能功率集成電路 無刷直流電機(jī) 前置驅(qū)動(dòng)電路 高壓驅(qū)動(dòng)芯片
1 智能功率集成電路發(fā)展歷程
功率集成電路（Power Integrated Circuit，PIC）最早出現(xiàn)在七十年代后期，是指將通訊接口電路、信號(hào)處理電路、控制電路和功率器件等集成在同一芯片中的特殊集成電路。進(jìn)入九十年代后，PIC的設(shè)計(jì)與工藝水平不斷提高，性能價(jià)格比不斷改進(jìn)，PIC才逐步進(jìn)入了實(shí)用階段。按早期的工藝發(fā)展，一般將功率集成電路分為高壓集成電路（High Voltage Integrated Circuit，HVIC）和智能功率集成電路（Smart Power Integrated Circuit，SPIC）兩類，但隨著PIC的不斷發(fā)展，兩者在工作電壓和器件結(jié)構(gòu)上（垂直或橫向）都難以嚴(yán)格區(qū)分，已習(xí)慣于將它們統(tǒng)稱為智能功率集成電路（SPIC）。
2 智能功率集成電路的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 離性價(jià)比兼容的CMOS工藝
BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工藝是目前最主要的SPIC制造工藝。它將Bipolar，CMOS和DMOS器件集成在同一個(gè)芯片上，整合了Bipolar器件高跨導(dǎo)、強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，CMOS器件集成度高、低功耗的優(yōu)點(diǎn)以及DMOS器件高電壓、大電流處理能力的優(yōu)勢，使SPIC芯片具有很好的綜合性能。BCD工藝技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其發(fā)展不像標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，遵循摩爾定律，追求更小線寬、更快速度。該優(yōu)點(diǎn)決定了SPIC的發(fā)展不受物理極限的限制，使其具有很強(qiáng)的生命力和很長的發(fā)展周期。歸納起來，BCD工藝主要的發(fā)展方向有三個(gè)，即高壓BCD工藝、高功率BCD工藝和高密度BCD工藝。
2.2 大電流集成功率器件
隨著工藝和設(shè)計(jì)水平的不斷提高，越來越多的新型功率器件成為新的研究熱點(diǎn)。首當(dāng)其沖的就是超結(jié)（SJ，Superjunction）MOS器件。其核心思想就是在器件的漂移區(qū)中引入交替的P/N結(jié)構(gòu)。當(dāng)器件漏極施加反向擊穿電壓時(shí)，只要P-型區(qū)與N-型區(qū)的摻雜濃度和尺寸選擇合理，P-型區(qū)與N-型區(qū)的電荷就會(huì)相互補(bǔ)償，并且兩者完全耗盡。由于漂移區(qū)被耗盡，漂移區(qū)的場強(qiáng)幾乎恒定，而非有斜率的場強(qiáng)，所以超結(jié)MOS器件的耐壓大大提高。此時(shí)漂移區(qū)摻雜濃度不受擊穿電壓的限制，它的大幅度提高可以大大降低器件的導(dǎo)通電阻。由于導(dǎo)通電阻的降低，可以在相同的導(dǎo)通電阻下使芯片的面積大大減小，從而減小輸入柵電容，提高器件的開關(guān)速度。因此，超結(jié)MOS器件的出現(xiàn)，打破了“硅極限”的限制。然而，由于其制造工藝復(fù)雜，且與BCD工藝不兼容，超結(jié)MOS器件目前只在分一立器件上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，并未在智能功率集成電路中廣泛使用。
其他新材料器件如砷化嫁（GaAs），碳化硅（SiC）具有禁帶寬度寬、臨界擊穿電場高、飽和速度快等優(yōu)點(diǎn)，但與目前廠泛產(chǎn)業(yè)化的硅基集成電路工藝不兼容，其也未被廣泛應(yīng)用于智能功率集成電路。
2.3 芯片的可靠性
智能功率集成電路通常工作在高溫、高壓、大電流等苛刻的工作環(huán)境下，使得電路與器件的可靠性問題顯得尤為突出。智能功率集成電路主要突出的可靠性問題包括閂鎖失效問題，功率器件的熱載流子效應(yīng)以及電路的ESD防護(hù)問題等。
3 智能功率集成電路的用
從20年前第一次被運(yùn)用于音頻放大器的電壓調(diào)制器至今，智能功率集成電路已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到包括電子照明、電機(jī)驅(qū).動(dòng)、電源管理、工業(yè)控制以及顯示驅(qū)動(dòng)等等廣泛的領(lǐng)域中。以智能功率集成電路為標(biāo)志的第二次電子革命，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息、產(chǎn)業(yè)融通，已經(jīng)對(duì)人類生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
作為智能功率集成電路的一個(gè)重要分支，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片始終是一項(xiàng)值得研究的課題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是許多產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一，全球消費(fèi)類驅(qū)動(dòng)市場需要各種各樣的電動(dòng)機(jī)及控制它們的功率電路與器件。電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小至數(shù)瓦，大至百萬瓦，涵蓋咨詢、醫(yī)療、家電、軍事、工業(yè)等眾多場合，世界各國耗用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方面的電量比例占總發(fā)電量的60%-70%。因此，如何降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的功耗，提升驅(qū)動(dòng)芯片的性能以最大限度的發(fā)揮電機(jī)的能力，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片未來的發(fā)展趨勢。
4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國內(nèi)各大IC設(shè)計(jì)公司和高校在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的研究和開發(fā)上處于落后地位。杭州士蘭微電子早期推出了單相全波風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路SD1561，帶有霍爾傳感器的無刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路SA276。其他國內(nèi)設(shè)計(jì)公司如上海格科微電子，杭州矽力杰、蘇州博創(chuàng)等均致力于LCD，LED，PDP等驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)，少有公司在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片上獲得成功。國內(nèi)高校中，浙江大學(xué)、東南大學(xué)、電子科技大學(xué)以及西安電子科技大學(xué)都對(duì)高壓橋式驅(qū)動(dòng)電路、小功率馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路展開過研究，但芯片性能相比于國外IC公司仍有很大差距。
而在功率器件的可靠性研究方面，世界上各大半導(dǎo)體公司和高校研究人員已經(jīng)對(duì)NLDMOS的熱載流子效應(yīng)進(jìn)行了廣泛的研究。對(duì)應(yīng)不同的工作狀態(tài)，有不同的退化機(jī)制。直流工作狀態(tài)下，中等柵壓應(yīng)力條件下，退化主要發(fā)生在器件表面的溝道積累區(qū)和靠近源極的鳥嘴區(qū)；高柵壓應(yīng)力條件下，由于Kirk效應(yīng)的存在，退化主要發(fā)生在靠近漏極的側(cè)墻區(qū)以及鳥嘴區(qū)。當(dāng)工作在未鉗位電感性開關(guān)（UIS} Unclamped Inductive Switching）狀態(tài)的時(shí)候，會(huì)反復(fù)發(fā)生雪崩擊穿。研究表明，NLDMOS的雪崩擊穿退化主要是漏極附近的界面態(tài)增加引起的，且退化的程度與流過漏極的電荷量密切相關(guān)。雪崩擊穿時(shí)流過器件的電流越大，引起的退化也越嚴(yán)重。
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì),教學(xué)模式,教學(xué)方法,實(shí)踐教學(xué)
一、三本院校課程教學(xué)現(xiàn)狀
三本學(xué)生中多才多藝的較多，平時(shí)開展各種社團(tuán)活動(dòng)比較頻繁，學(xué)生自主創(chuàng)新思維活躍，但能夠有條不紊自主學(xué)習(xí)的學(xué)生可能只有一少部分，許多學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)沒有興趣，課余時(shí)間幾乎不學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，剛開始學(xué)生還可以接受一些新知識(shí)，但隨著教學(xué)的深入，學(xué)習(xí)難度的增大，學(xué)生感到了困難，隨之學(xué)習(xí)的興趣也越來越低，主動(dòng)學(xué)習(xí)便是一句空話，學(xué)生也就是為了應(yīng)付考試，甚至不少學(xué)生都是考前突擊。這一特點(diǎn)在《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)中也同樣存在。要提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，我們?cè)诙ㄎ唤虒W(xué)目標(biāo)，設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，采用教學(xué)手段和方法的時(shí)候都必須以這一實(shí)際情況為前提。
二、教學(xué)理念，教育目標(biāo)
三本教學(xué)有別于一本和二本，教學(xué)注重于學(xué)生應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，教學(xué)過程中突出培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)，分析解決實(shí)際問題的能力，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以教學(xué)為主線，樹立能力培養(yǎng)目標(biāo)為重中之重的思想，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式多元化，努力培養(yǎng)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”，適應(yīng)國際競爭和社會(huì)需求的應(yīng)用型人才。三本教育要加強(qiáng)通識(shí)教育，注重文理滲透理工結(jié)合，體現(xiàn)本科教育的基礎(chǔ)性和可發(fā)展性。努力探索人才培養(yǎng)新舉措，深入推進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)多元化人才培養(yǎng)新格局，大力實(shí)施“育人為本，全面發(fā)展”的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，拓寬基礎(chǔ)學(xué)科的范圍和基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)涵。
三、教材選取
考慮到三本學(xué)生理論基礎(chǔ)較差，教材選取不應(yīng)選擇理論研究或理論推導(dǎo)比較復(fù)雜的教
材，否則會(huì)讓學(xué)生還未涉及到重要的知識(shí)點(diǎn)就已經(jīng)因?yàn)殡y度過大而喪失信心。教材選取要以應(yīng)用為宗旨，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合。編寫原則遵循由淺入深，通俗易懂，重點(diǎn)和難點(diǎn)采取闡述與比喻相結(jié)合，例題與習(xí)題相結(jié)合，實(shí)例與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，針對(duì)數(shù)字電路課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，增加了與教材相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容。
四、教學(xué)內(nèi)容
在三本的《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》教學(xué)中，應(yīng)該注重基礎(chǔ)教學(xué)，要求學(xué)生熟悉布爾代數(shù)的基本定律，掌握卡諾圖與公式化簡法；掌握數(shù)字電路中常用的基本單元電路和典型電路構(gòu)成、原理與應(yīng)用；掌握常用的中小規(guī)模組合邏輯電路和集成電路功能和設(shè)計(jì)方法。具有查閱集成電路器件手冊(cè)，合理選用集成電路器件的能力。對(duì)集成芯片，重點(diǎn)分析電路的外特性和邏輯功，以一些典型集成電路為例介紹如何查閱集成電路手冊(cè)、資料等，使學(xué)生學(xué)會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中正確選擇和使用集成芯片[11]。
對(duì)于三本學(xué)生而言，在電路設(shè)計(jì)中要求學(xué)生掌握基本的設(shè)計(jì)方法，但可以適當(dāng)降低對(duì)電路設(shè)計(jì)的要求，增強(qiáng)電路分析方法的教學(xué)。學(xué)生可以分析較復(fù)雜的電路，并且能夠利用已有的電路進(jìn)行修改，使電路滿足自己設(shè)計(jì)的需要。
五、教學(xué)手段與教學(xué)方法
（一）采用現(xiàn)代化教學(xué)
《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程的特點(diǎn)就是電路圖、邏輯圖特別多，如果采用板書形式教學(xué)，既浪費(fèi)課堂時(shí)間也達(dá)不到好的教學(xué)效果。教學(xué)過程中采用多媒體教學(xué)，可以使一些抽象的、難以解決的概念變得形象，易于學(xué)生接受。對(duì)于集成電路的分析和設(shè)計(jì)，為了增強(qiáng)演示效果，除了在PPT中添加更多的動(dòng)畫效果外，還可以采用Flash或Authorware軟件制作動(dòng)畫效果，使電路的變化過程一目了然。
（二）結(jié)合實(shí)際教學(xué)
在授課過程中，針對(duì)三本學(xué)生可以結(jié)合生活中的應(yīng)用舉例，如目前LCD顯示、數(shù)字溫度計(jì)、十字路通燈控制、數(shù)字頻率計(jì)、多媒體PC機(jī)里的顯示卡、聲卡是用數(shù)電中的數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)圖像顯示和聲音播放、制造業(yè)中的數(shù)控機(jī)床等都應(yīng)用了數(shù)電技術(shù)。通過這些實(shí)例的介紹，可以使學(xué)生真正了解數(shù)字電路課程的重要性，從而提高對(duì)數(shù)字電路學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)積極性。
（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可有兩種方式，一是上傳教師課堂教學(xué)過程的視頻到校園網(wǎng)；二是教師制作圖文并茂的課件，以及與該課程有緊密關(guān)系的資料一起上傳到網(wǎng)上。目前大部分三本學(xué)生宿舍都可以登錄校園網(wǎng)，學(xué)生可以在任何時(shí)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式解決了學(xué)生傳統(tǒng)的看書自學(xué)枯燥無味的問題。
六、實(shí)踐教學(xué)
實(shí)踐教學(xué)一般分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩大部分。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從屬于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師給出實(shí)驗(yàn)步驟、電路圖，學(xué)生按部就班、驗(yàn)證結(jié)果，通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對(duì)于課堂所學(xué)基本概念和方法的理解和掌握更加透徹，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精神和方法，訓(xùn)練嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是理論和實(shí)際相互聯(lián)系的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，但是僅僅是這種以教師為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑荒芗ぐl(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，學(xué)生仍然不善于綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題。課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是為了加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬知識(shí)面、增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Αl(fā)展個(gè)性、啟發(fā)創(chuàng)新、加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，自行設(shè)計(jì)電路和測試方案，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生既動(dòng)腦又動(dòng)手，解決問題的能力大大提高[12]。
除此之外，還可以設(shè)置一些電子設(shè)計(jì)大賽，成立電子設(shè)計(jì)興趣小組，在教師的指導(dǎo)下開展設(shè)計(jì)性和專題研究性實(shí)驗(yàn)，為希望進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和創(chuàng)新研究場所，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。
七、結(jié)束語
隨著高等教育的普及，三本學(xué)生的數(shù)量和質(zhì)量也在日益增高，同時(shí)隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛
普及，數(shù)字化社會(huì)已經(jīng)到來，大規(guī)模、超大規(guī)模數(shù)字集成電路以其低功耗、高速度等特點(diǎn)， 應(yīng)用越來越廣泛。因此如何在有限的時(shí)間內(nèi)使三本的學(xué)生扎實(shí)掌握數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)理論和基本操作技能，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，是教師在教學(xué)過程中需要認(rèn)真思考的問題。使學(xué)生在傳統(tǒng)的數(shù)字電路邏輯分析、邏輯設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立起現(xiàn)代數(shù)字電路的應(yīng)用與設(shè)計(jì)思想，掌握現(xiàn)代電子技術(shù)的新技術(shù)和新器件，為走向?qū)嶋H工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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1、微電子技術(shù)的發(fā)展歷程
自20世紀(jì)中期第一個(gè)集成電路研發(fā)成功之后，我們就進(jìn)入了微電子技術(shù)時(shí)代，在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，微電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和國防軍事領(lǐng)域，目前更是在商業(yè)領(lǐng)域中獲得極大的應(yīng)用和發(fā)展。并且在長期的發(fā)展進(jìn)程中，微電子技術(shù)一直是以集成電路為主要的核心代表，也逐漸形成了一定的發(fā)展規(guī)律，最典型的莫過于摩爾定律。當(dāng)然，集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展也進(jìn)一步刺激了微電子技術(shù)的快速發(fā)展。
在新事物的發(fā)展進(jìn)程中，其發(fā)展規(guī)律和發(fā)展趨勢勢必要與需求相結(jié)合，并受需求的影響。微電子技術(shù)也不例外。在其發(fā)展進(jìn)程中，微電子制造技術(shù)無疑是微電子技術(shù)最大的“客戶”，正是因?yàn)槲㈦娮又圃旒夹g(shù)提出了各種應(yīng)用需要，才使得微電子技術(shù)得到了快速發(fā)展。也可以說，微電子制造技術(shù)正是微電子設(shè)計(jì)技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的“中介”，是將微電子技術(shù)設(shè)計(jì)猜想轉(zhuǎn)化為實(shí)物的“橋梁”。但值得一提的是，這個(gè)實(shí)物轉(zhuǎn)化的過程也會(huì)對(duì)微電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生影響，并直接決定著微電子器件的造價(jià)與功能作用。為此我們可以認(rèn)為，在微電子技術(shù)的發(fā)展中，微電子制造技術(shù)是最重要的核心技術(shù)。
2、微電子制造技術(shù)的發(fā)展與制造工藝
在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，微電子制造技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在集成電路與分立器件的生產(chǎn)工藝上。集成電路和分立器件在制造工藝上并無太大區(qū)別，僅僅只是兩者的功能與結(jié)構(gòu)不一樣。但是受電子工業(yè)發(fā)展趨勢的影響，目前集成電路的應(yīng)用范圍相對(duì)更廣，所以分立器件在微電子制造技術(shù)應(yīng)用中所占的比重逐漸減少，集成電路逐漸成為其核心技術(shù)。
在集成電路的制造過程中，微電子制造技術(shù)主要被應(yīng)用在材料、工藝設(shè)備以及工藝技術(shù)三方面上，并且隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，這三方面逐漸出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)分工現(xiàn)象。發(fā)展到今天，集成電路的制造產(chǎn)業(yè)分為了材料制備、前端工藝和后端工藝三大產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)相互獨(dú)立運(yùn)作，各自根據(jù)市場需求不斷發(fā)展。
集成電路的種類有多種，相關(guān)的工藝也有差異，但各類集成電路制造的基本路徑大致相同。材料制造包括各種圓片的制備，涉及從單晶拉制到外延的多個(gè)工藝，材料制造的主要工藝有單晶拉制、單晶切片、研磨和拋光、外延生長等幾個(gè)環(huán)節(jié)，但并不是所有的材料流程都從單晶拉制走到外延，比如砷化稼的全離子注入工藝所需要的是拋光好的單晶片（襯底片），不需要外延。
前端工藝總體上可以概括為圖形制備、圖形轉(zhuǎn)移和注入（擴(kuò)散）形成特征區(qū)等三大步，其中各步之間互有交替。圖形制備以光刻工藝為主，目前最具代表性的光刻工藝是45nm工藝，借助于浸液式掃描光刻技術(shù)。圖形轉(zhuǎn)移的王要內(nèi)容是將光刻形成的圖形轉(zhuǎn)入到其他的功能材料中，如各種介質(zhì)、體硅和金屬膜中，以實(shí)現(xiàn)集成元器件的功能結(jié)構(gòu)。注入或擴(kuò)散的主要目的是通過外在雜質(zhì)的進(jìn)入，在硅片特定區(qū)域形成不同載流子類型或不同濃度分布的區(qū)域和結(jié)構(gòu)。后端工藝則以芯片的封裝工藝為主要代表。
3、微電子制造技術(shù)的發(fā)展趨勢和主要表現(xiàn)形式
總體上，推動(dòng)微電子制造技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力來自于應(yīng)用需求和其自身的發(fā)展需要。作為微電子器件服務(wù)的主要對(duì)象，信息技術(shù)的發(fā)展需求是微電子制造技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿υ慈Ｐ畔⒌纳伞⒋鎯?chǔ)、傳輸和處理等在超高速、大容量等技術(shù)要求和成本降低要求下，一代接一代地發(fā)展，從而也推動(dòng)微電子制造技術(shù)在加工精度、加工能力等方面相應(yīng)發(fā)展。
從歷史上看，第一代的硅材料到第二代的砷化稼材料以及第二代的砷化稼到以氮化稼為代表的第三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展，大都是因?yàn)楹笠淮牟牧显谀承┓矫婢邆涓鼮閮?yōu)越的性能。如砷化稼在高頻和超高頻方面超越硅材料，氮化稼在高頻大功率方面超越砷化稼。從長遠(yuǎn)看，以材料的優(yōu)越特性帶動(dòng)微電子器件及其制造技術(shù)的提升和躍進(jìn)仍然是微電子技術(shù)發(fā)展的主要表現(xiàn)形式。較為典型的例子是氮化稼材料的突破直接帶來藍(lán)光和白光高亮LED的誕生，以及超高頻超大功率微電子器件的發(fā)展。
微電子制造技術(shù)發(fā)展的第二個(gè)主要表現(xiàn)形式是自身能力的提升，其中主要的貢獻(xiàn)來自于微電子制造設(shè)備技術(shù)的迅速發(fā)展和相關(guān)配套材料技術(shù)的同步提升。光刻技術(shù)的發(fā)展最能體現(xiàn)出微電子制造技術(shù)發(fā)展的這一特點(diǎn)。光刻技術(shù)從上世紀(jì)中期的毫米級(jí)一直發(fā)展到今天的32nm水平，光刻設(shè)備、掩模制造設(shè)備和光刻膠材料技術(shù)的同步發(fā)展是決定性因素。這方面技術(shù)的提升直接促使未來微電子制造水平的提升，主要表現(xiàn)在：一是圓片的大直徑化，圓片將從目前的300mm（12英寸）發(fā)展到未來的450mm（18英寸）；二是特征尺寸將從目前主流技術(shù)的45nm發(fā)展到2015年的25nm。
微電子制造技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)表現(xiàn)形式是多種制造技術(shù)的融合。這種趨勢在近年來突出表現(xiàn)在鍺硅技術(shù)和硅集成電路制造技術(shù)的兼容以及MEMS技術(shù)與硅基集成電路技術(shù)的融合。由此可以預(yù)見的是多種技術(shù)的異類集成將在某一應(yīng)用領(lǐng)域集中出現(xiàn)，MEMS可能首當(dāng)其沖，比如M壓MS與MOS器件集成在同一芯片上。
4、結(jié)束語
綜上所述，在科技的推動(dòng)和電子科技市場需求的影響下，微電子技術(shù)得到了快速的發(fā)展，直接帶動(dòng)了以集成電路為核心的微電子制造技術(shù)水平的提升。現(xiàn)如今微電子制造技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)的集成電路產(chǎn)品制造，為電子產(chǎn)片的更新?lián)Q代提供了良好的材料支持。以當(dāng)前科技的發(fā)展趨勢來看，微電子制造技術(shù)在未來的電子器件加工中還將會(huì)有更大的發(fā)展空間，還需要我們加強(qiáng)研究，不斷提高微電子制造技術(shù)水平。■
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞：集成電路，特點(diǎn)，問題，趨勢，建議
引言
集成電路是工業(yè)化國家的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一，是當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心部件，它是工業(yè)現(xiàn)代化裝備水平和航空航天技術(shù)的重要制約因素，由于它的價(jià)格高低直接影響了電子工業(yè)產(chǎn)成品的價(jià)格，是電子工業(yè)是否具有競爭力關(guān)鍵因素之一。高端核心器件是國家安全和科學(xué)研究水平的基礎(chǔ)，日美歐等國均把集成電路業(yè)定義為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。據(jù)臺(tái)灣的“科學(xué)委員會(huì)”稱未來十年是芯片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。韓國政府也表示擬投資600億韓元于2015年時(shí)打造韓國的集成電路產(chǎn)業(yè)。
集成電路主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信、汽車電子、消費(fèi)電子等與國民日常消費(fèi)相關(guān)領(lǐng)域因此集成電路與全球GDP增長聯(lián)系緊密，全球集成電路消費(fèi)在2009年受金融危機(jī)的影響下跌9%的情況下2010由于經(jīng)濟(jì)形勢樂觀后根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)今年集成電路銷售額將同比增長33%。
一、我國集成電路業(yè)發(fā)展情況和特點(diǎn)
有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年中國集成電路市場規(guī)模為5676億元占全球市場44%，集成電路消費(fèi)除2008、2009年受金融危機(jī)影響外逐年遞增，中國已成為世界上第一大集成電路消費(fèi)國，但國內(nèi)集成電路產(chǎn)量僅1040億元，絕大部分為產(chǎn)業(yè)鏈低端的消費(fèi)類芯片，技術(shù)落后發(fā)達(dá)國家2到3代左右，大量高端芯片和技術(shù)被美日韓以及歐洲國家壟斷。
我國集成電路產(chǎn)業(yè)占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際上任何一個(gè)其他國家，是全球集成電路業(yè)的推動(dòng)者，屬于一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)。從2000年到2007年我國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增長超過18%畢業(yè)論文提綱，增長率隨著經(jīng)濟(jì)形勢有波動(dòng)，由于金融危機(jī)的影響2008年同比2007年下降了0.4%，2009年又同比下降11%，其中集成電路設(shè)計(jì)業(yè)增速放緩實(shí)現(xiàn)銷售收入269.92億元同比上升14.8%，由于受金融危機(jī)影響，芯片制造業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測試業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國集成電路總體上企業(yè)總體規(guī)模小，有人統(tǒng)計(jì)過，所有設(shè)計(jì)企業(yè)總產(chǎn)值不如美國高通公司的1/2、所有待工企業(yè)產(chǎn)值不如臺(tái)積電、所有封測企業(yè)產(chǎn)值不如日月光。
在芯片設(shè)計(jì)方面，我國主流芯片設(shè)計(jì)采用130nm和180nm技術(shù)，65nm技術(shù)在我國逐漸開展起來，雖然國際上一些廠商已經(jīng)開始應(yīng)用40nm技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品了，但由于65nm技術(shù)成熟，優(yōu)良率高，將是未來幾年贏利的主流技術(shù).設(shè)計(jì)公司數(shù)量不斷增長但規(guī)模都較小，屬于初始發(fā)展時(shí)期。芯片制造方面，2010國外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規(guī)模采用的是65nm技術(shù)，而中國國產(chǎn)芯片中的龍芯還在采用130nm技術(shù)，中芯國際的65nm技術(shù)才開始量產(chǎn)，國產(chǎn)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)還沒達(dá)到250技術(shù)。在封裝測試技術(shù)方面，這是我國集成電路企業(yè)的主要業(yè)務(wù)，也是我國的主要出口品，有數(shù)據(jù)顯示我國集成電路產(chǎn)業(yè)的50%以上的產(chǎn)值都由封裝產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造，隨著技術(shù)的成熟，部分高端技術(shù)在國內(nèi)逐步開始開展，但有已經(jīng)開始下降的趨勢雜志網(wǎng)。在電子信息材料業(yè)方面，下一代晶圓標(biāo)準(zhǔn)是450mm，有資料顯示將于2012年試制，現(xiàn)在國際主流晶圓尺寸是300mm，而我國正在由200mm到300mm過渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料，壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領(lǐng)域無論是在研發(fā)還是在生產(chǎn)均較大落后于國外，總體來說我國新型元件材料基本靠進(jìn)口。在半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)方面畢業(yè)論文提綱，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)我國95%的設(shè)備是外國設(shè)備，而且二手設(shè)備占較大比例，重要的半導(dǎo)體設(shè)備幾乎都是國外設(shè)備，從全球范圍來講美日一直壟斷其生產(chǎn)和研發(fā)，臺(tái)灣最近也有有了較大發(fā)展，而我國半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)發(fā)展較為緩慢。
我國規(guī)劃和建成了7個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)基地，產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)初步顯現(xiàn)出來，其中長江三角洲、京津的上海、杭州、無錫和北京等地區(qū),是我國集成電路的主要積聚地，這些地區(qū)集中了我國近半數(shù)的集成電路企業(yè)和銷售額，其次是中南地區(qū)約占整個(gè)產(chǎn)業(yè)企業(yè)數(shù)和銷售額的三分之一，其中深圳基地的IC設(shè)計(jì)業(yè)居全國首位，制造企業(yè)也在近一部壯大，由于勞動(dòng)力價(jià)格相對(duì)廉價(jià)，我國集成電路產(chǎn)業(yè)正向成都、西安的產(chǎn)業(yè)帶轉(zhuǎn)移。
二、我國集成電路業(yè)發(fā)展存在的問題剖析
首先，我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈還很薄弱，科研與生產(chǎn)還沒有很好的結(jié)合起來，應(yīng)用十分有限，雖然新聞上時(shí)常宣傳中科院以及大專院校有一些成果，但尚未經(jīng)過市場的運(yùn)作和考驗(yàn)。另外集成電路產(chǎn)品的缺乏應(yīng)用途徑這就使得研究成果的產(chǎn)業(yè)化難以推廣和積累成長。
其次，我國集成電路產(chǎn)業(yè)尚處于幼年期，企業(yè)規(guī)模小，集中度低，資金缺乏，人才缺乏，市場占有率低，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，相比國外同類企業(yè)在各項(xiàng)資源的占有上差距較大。由于集成電路行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)大，換代快，這就造成了企業(yè)的融資困難，使得我國企業(yè)發(fā)展緩慢，有數(shù)據(jù)顯示我國集成電路產(chǎn)業(yè)有80%的投資都來自海外畢業(yè)論文提綱，企業(yè)的主要負(fù)責(zé)人大都是從臺(tái)灣引進(jìn)的。
再次，我國集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)配套工業(yè)落后，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。集成電路產(chǎn)業(yè)的上游集成電路設(shè)備制造的高端設(shè)備只有美日等幾家公司有能力制造，這就大大制約了我國集成電路工藝的發(fā)展速度，使我國的發(fā)展受制于人。
還有，我國集成電路產(chǎn)成品處于產(chǎn)品價(jià)值鏈的中、低端，難以提出自己的標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)，研發(fā)能力不足，缺少核心技術(shù)，處于低附加值、廉價(jià)產(chǎn)品的向國外技術(shù)模仿學(xué)習(xí)階段。有數(shù)據(jù)顯示我國集成電路使用中有80%都是從國外進(jìn)口或設(shè)計(jì)的，國產(chǎn)20%僅為一些低端芯片，而由于產(chǎn)品相對(duì)廉價(jià)這當(dāng)中的百分之七八十又用于出口。
三、我國集成電路發(fā)展趨勢
有數(shù)據(jù)顯示PC機(jī)市場是我國集成電路應(yīng)用最大的市場，汽車電子、通信類設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)多媒體終端將是我國集成電路未來增長最快應(yīng)用領(lǐng)域. Memory、CPU、ASIC和計(jì)算機(jī)外圍器件將是最主要的幾大產(chǎn)品。國際集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐步走向成熟階段，集成電路制造正在向我國大規(guī)模轉(zhuǎn)移，造成我國集成電路產(chǎn)量上升，如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后，2007年又投資25億美元在大連投資建廠預(yù)計(jì)2010年投產(chǎn)。
另外我國代工產(chǎn)業(yè)增速逐漸放緩，增速從當(dāng)初的20%降低到現(xiàn)在的6%-8%，低附加值產(chǎn)業(yè)逐漸減小。集成電路設(shè)計(jì)業(yè)占集成點(diǎn)設(shè)計(jì)業(yè)的比重不斷加大，2008、2009兩年在受到金融危機(jī)的影響下在其他專業(yè)大幅下降的情況下任然保持一個(gè)較高的增長率，而且最近幾年集成電路設(shè)計(jì)業(yè)都是增長最快的領(lǐng)域，說明我國的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善和合理，設(shè)計(jì)、制造、封裝測試三行業(yè)開始向“3：4：4”的國際通行比例不斷靠近。從發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)來看都是以集成電路設(shè)計(jì)公司比重不斷加大，制造公司向不發(fā)達(dá)地區(qū)轉(zhuǎn)移作為集成電路產(chǎn)業(yè)走向成熟的標(biāo)志。
我國集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸向優(yōu)勢企業(yè)集中,產(chǎn)業(yè)鏈不斷聯(lián)合重組，集中資源和擴(kuò)大規(guī)模，增強(qiáng)競爭優(yōu)勢和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，主要核心企業(yè)銷售額所占全行業(yè)比重從2004年得32%到2008年的49%，體現(xiàn)我國集成電路企業(yè)不斷向優(yōu)勢企業(yè)集中，行業(yè)越來越成熟，從美國集成電路廠商來看當(dāng)行業(yè)走向成熟時(shí)只有較大的核心企業(yè)和專注某一領(lǐng)域的企業(yè)能最后存活下來。
我國集成電路進(jìn)口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進(jìn)口量增速。預(yù)計(jì)2010年以后我國集成電路進(jìn)口增速將小于出口增速，我國正在由集成電路消費(fèi)大國向制造大國邁進(jìn)。
四、關(guān)于我國集成電路發(fā)展的幾點(diǎn)建議
第一、不斷探索和完善有利于集成電路業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)模式和運(yùn)作機(jī)制。中國高校和中科院研究所中有相對(duì)寬松的環(huán)境使得其適合醞釀研發(fā)畢業(yè)論文提綱，但中國的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實(shí)驗(yàn)室里，沒有一個(gè)循序漸進(jìn)的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作和可持續(xù)發(fā)展機(jī)制，這就使得國產(chǎn)高端芯片在社會(huì)上認(rèn)可度很低，得不到應(yīng)用和升級(jí)。在產(chǎn)業(yè)化成果推廣的解決方面。可以借鑒美國的國家采購計(jì)劃，以政府出資在武器和航空航天領(lǐng)域進(jìn)行國家采購以保證研發(fā)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)雜志網(wǎng)。只有依靠公共研發(fā)機(jī)構(gòu)的環(huán)境、人才和技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合企業(yè)的市場運(yùn)作優(yōu)勢，走基于公共研發(fā)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)化道路才是問題的正確路徑。
第二、集成電路的研發(fā)是個(gè)高投入高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)是技術(shù)和資本密集型產(chǎn)業(yè)，有數(shù)據(jù)顯示集成電路研發(fā)費(fèi)用要占銷售額的15%，固定資產(chǎn)投資占銷售額的20%，銷售額如果達(dá)不到100億美元將無力承擔(dān)新一代產(chǎn)品的研發(fā)，在這種情況下由于民族集成電路產(chǎn)業(yè)在資金上積累有限，幾乎沒有抗風(fēng)險(xiǎn)能力，技術(shù)上缺乏積累，經(jīng)不起和國際集成電路巨頭的競爭，再加上我國是一個(gè)勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)國，根據(jù)國際貿(mào)易規(guī)律，資本密集型的研發(fā)產(chǎn)業(yè)傾向于向發(fā)達(dá)國家集中，要想是我國在未來的高技術(shù)的集成電路研發(fā)有一席之地只有國家給予一定的積極的產(chǎn)業(yè)政策，使其形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢地位，才能使集成電路業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的軌道.對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，特別是產(chǎn)業(yè)鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風(fēng)險(xiǎn)投資，通過風(fēng)險(xiǎn)投資公司作為企業(yè)與政府的隔離，在成功投資后政府收回投資回報(bào)退出公司經(jīng)營，不失為一種良策。資料顯示美國半導(dǎo)體業(yè)融資的主要渠道就是靠風(fēng)險(xiǎn)基金。臺(tái)灣地區(qū)之所以成為全球第四大半導(dǎo)體基地臺(tái)就與其6年建設(shè)計(jì)劃對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)扶植有密切關(guān)系，最近灣當(dāng)局的“科學(xué)委員會(huì)”就在最近提出了擬扶植集成電路產(chǎn)業(yè)使其達(dá)到世界第二的目標(biāo)。
第三、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以走先官辦和引進(jìn)外資再民營化道路，在產(chǎn)業(yè)初期由于資金技術(shù)壁壘大人才也較為匱乏民營資本難于介入，這樣只有利用政府力量和外資力量，但到一定時(shí)期后只有民營資本的介入才能使集成電路產(chǎn)業(yè)走向良性化發(fā)展的軌道。技術(shù)競爭有利于技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，集成電路業(yè)的技術(shù)快速更新的性質(zhì)使得民營企業(yè)的競爭性的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，集成電路每個(gè)子領(lǐng)域技術(shù)的專用化特別高分工特別細(xì)，每個(gè)子領(lǐng)域有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，不適合求小而且全的模式。集成電路產(chǎn)業(yè)各個(gè)子模塊經(jīng)營將朝著分散化畢業(yè)論文提綱，專業(yè)化的方向發(fā)展，每個(gè)企業(yè)專注于各自領(lǐng)域，在以形成的設(shè)計(jì)、封裝、測試、新材料、設(shè)備制、造自動(dòng)化平臺(tái)設(shè)計(jì)、IP設(shè)計(jì)等幾大領(lǐng)域內(nèi)分化出有各自擅長的專業(yè)領(lǐng)域深入發(fā)展并相互補(bǔ)充，這正好適應(yīng)民營經(jīng)濟(jì)的經(jīng)營使其能更加專注，以有限的資本規(guī)模經(jīng)營能力能夠達(dá)到自主研發(fā)高投入，適應(yīng)市場高度分工的要求，所以民間資本的投入會(huì)使市場更加有效率。
第四、技術(shù)引進(jìn)吸收再創(chuàng)新將是我國集成電路技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的可以采用的重要方式。美國國家工程院院士馬佐平曾今說過：中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著良好的基礎(chǔ)，如果要趕超世界先進(jìn)水平，必須要找準(zhǔn)方向、加強(qiáng)合作。只有站在別人的基礎(chǔ)上，吸取國外研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并充分合作才是我國集成電路業(yè)發(fā)展快速發(fā)展有限途徑，我國資金有限，技術(shù)底子薄，要想快速發(fā)展只有借鑒別人的技術(shù)在此基礎(chǔ)上朝正確方向發(fā)展，而不是從頭再來另立門戶。國際集成電路產(chǎn)業(yè)鏈分工與國家集成電路工業(yè)發(fā)展階段有很大關(guān)系，隨著產(chǎn)業(yè)的不斷成熟和不斷向我國轉(zhuǎn)移使得我國可以走先生產(chǎn)，在有一定的技術(shù)和資金積累后再研發(fā)的途徑。技術(shù)引進(jìn)再創(chuàng)新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國集成電路企業(yè)，美國等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)不景氣正好加速了人才向我國企業(yè)的流動(dòng)，對(duì)我國是十分有利的。
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關(guān)鍵詞：二極管；變阻特性；變?nèi)萏匦裕环蔷€性器件
中圖分類號(hào)：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1004-373X(2008)06-159-02
Application of Characteristic of the Change of Resistance and Capacity in Mobile Phones
WEI Bingguo
(Puyang Polytechnic College，Puyang，457000，China)
Abstract：The basic character of the diode is unilateral conduction.In the process of conducting and cutting off，the hinder value chages with the chage of applied voltage.At the same time，the diode also show the character of capasitance，the capasitance also change with the change of applied voltage.So it is a kind of nonlineary component.This character is fully utilized in the protection，acception and launching of the modern communication tool-cell phone.
Keywords：diode；character of changing of resistence；character of change of capasity；nonlinear element
1 二極管的變阻與變?nèi)萏匦?/p>
二極管內(nèi)部的核心是由2塊P型、N型的半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成的PN結(jié)。PN結(jié)的基本特性是單向?qū)щ姡瑫r(shí)又具有電容特性，單向?qū)щ娦员憩F(xiàn)為當(dāng)加有正向電壓時(shí)PN結(jié)的耗盡層厚度變小，呈現(xiàn)的電阻阻值極小，當(dāng)加有反向電壓時(shí)PN結(jié)的厚度變大呈現(xiàn)出較大的阻值，特別是硅材料的二極管，幾乎是無限大，但當(dāng)加的反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)其阻值瞬間變小幾乎趨于零，這一現(xiàn)象稱為反向擊穿。二極管的反向擊穿分2種：一種是雪崩擊穿，另一種是齊納擊穿。雪崩擊穿是損壞性的擊穿是不可逆的，而齊納擊穿是可逆性的，一旦電壓撤掉二極管會(huì)恢復(fù)原狀。穩(wěn)壓二極管就是利用齊納擊穿特性制造的一種二極管，利用其反向特性當(dāng)施加的反向電壓低于某一數(shù)值時(shí)，二極管呈現(xiàn)出幾乎無限大的電阻，即開路狀態(tài)，當(dāng)施加的電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，二極管流過較大的電流呈現(xiàn)出極小的電阻。穩(wěn)壓二極管的符號(hào)如圖1所示。
綜合二極管的上述導(dǎo)通、截止、反向擊穿3個(gè)狀態(tài)，其伏安特性曲線如圖2所示。從圖中即可看出二極管是一非線性器件，即在工作區(qū)阻值是變化的。
在二極管PN結(jié)耗盡層的兩側(cè)是N型、P型2種半導(dǎo)體，耗盡層是一個(gè)高阻層，這種結(jié)構(gòu)正好符合電容的定義：兩個(gè)彼此靠近而又相互絕緣的導(dǎo)體的組合，故二極管的兩極之間存在一定的容性，這種容性表現(xiàn)在2個(gè)層面：一個(gè)是加正向電壓時(shí)呈現(xiàn)的擴(kuò)散電容，另一個(gè)是加反向電壓時(shí)呈現(xiàn)出的勢壘電容，平時(shí)利用電容的容性就是利用的加反向電壓時(shí)呈現(xiàn)的勢壘電容，例如制造的變?nèi)荻O管就是這種器件，電路符號(hào)如圖3所示。加上的反向電壓愈高耗盡層厚度愈大，而PN結(jié)的正對(duì)面積不變，根據(jù)平行板電容器容量的計(jì)算公式C=εsd，其中ε為媒質(zhì)的介電常數(shù)，s是極板正對(duì)面積，d是兩極板之間的距離。顯然變?nèi)荻O管呈現(xiàn)的容量會(huì)隨外加電壓的升高而變小，當(dāng)然普通二極管亦具有這種特性只不過沒有變?nèi)荻O管表現(xiàn)的明顯。其容量隨電壓變化的關(guān)系曲線如圖4所示。
圖1 二極管的符號(hào)
圖2 二極管的伏安特性
圖3 變?nèi)荻O管
2 在手機(jī)中的應(yīng)用
2.1 變阻特性在手機(jī)中的應(yīng)用
穩(wěn)壓二極管的變阻特性主要用在保護(hù)電路中。隨著手機(jī)體積的小型化，內(nèi)部電路的集成化程度愈來愈高，故電路板上出現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，這些電路與外部接口部件。例如聽筒、話筒、耳機(jī)、電源等直接相連，而這些部分極易產(chǎn)生峰值較高的脈沖電壓和靜電感應(yīng)電壓，這些電壓若損壞上述部件問題并不嚴(yán)重，但若通過這些部分將高電壓脈沖傳至集成電路，導(dǎo)致集成電路擊穿損壞，從而使手機(jī)癱瘓是應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。為此在這些部位往往利用穩(wěn)壓二極管的變阻特性限制該脈沖電壓的出現(xiàn)，從而起到保護(hù)集成電路和手機(jī)的作用。
圖4 容量隨電壓變化的關(guān)系曲線圖
例：如圖5所示，是諾基亞6150中的卡電路與電源模塊集成電路的連接電路，SIM卡與卡座相連，卡座與電源塊相連，由于卡座有時(shí)會(huì)處于懸空狀態(tài)，SIM卡有時(shí)會(huì)帶有靜電干擾，V401內(nèi)有4只穩(wěn)壓二極管，正常狀態(tài)下由于SIM卡與N100相連的接線端電壓較低，故V401中的二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)手機(jī)的工作不產(chǎn)生任何影響，當(dāng)由于靜電干擾等原因使36，43，42，38各引腳出現(xiàn)尖脈沖并且脈沖電壓超過一定的數(shù)值時(shí)極易損壞N100，但加上V401后當(dāng)脈沖達(dá)到V401的擊穿電壓時(shí)，就會(huì)使V401擊穿呈現(xiàn)出較小的電阻，從而將脈沖消除，起到了保護(hù)N100作用。
圖5 6150下電路與電源模塊集成電路的連接電路
再如圖6所示，是諾基亞6150手機(jī)的充電電路，VIN是充電直流輸入端電壓4.8 V左右。通過保險(xiǎn)絲，雙向穩(wěn)壓二極管V100，電感L104進(jìn)入充電集成電路N101的第①端，F(xiàn)101用于過流保護(hù)，V100利用其變阻特性實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。當(dāng)輸入端由于電壓波動(dòng)或極性接錯(cuò)時(shí)，為防止損壞N101，V100會(huì)導(dǎo)通從而起到對(duì)N101的保護(hù)作用，不致于使過高或過低的脈沖電壓進(jìn)入N101；當(dāng)電壓過高并超過一定數(shù)值時(shí)，V100擊穿阻值瞬間變小，將電壓限定在某一數(shù)值；當(dāng)輸入電壓極性接并超過某一數(shù)值時(shí)，V100反向擊穿導(dǎo)通，將加到N101第①端的負(fù)電壓也限定在某一數(shù)值上，從而使N101第①腳的電壓值不會(huì)過高或過低。
有時(shí)亦利用二極管正向?qū)〞r(shí)的變阻特性來達(dá)到保護(hù)電路的目的。二極管加上低于門限電壓的正向電壓時(shí)，其正向電阻很大，當(dāng)達(dá)到門限電壓時(shí)二極管開始導(dǎo)通，流過較大的電流呈現(xiàn)出較小的電阻，且一旦二極管導(dǎo)通后，流過的電流可以有較大的變化；但兩端的電壓幾乎恒定不變，即其正向電阻隨導(dǎo)通電流的變大而變小，并且有較大的變化范圍；這樣二極管正向?qū)〞r(shí)表現(xiàn)出的特性很象穩(wěn)壓數(shù)值等于門限電壓的穩(wěn)壓二極管。
圖6 諾基亞6150手機(jī)的充電電路
例如圖7所示，是愛立信GF768/GF788手機(jī)話筒信號(hào)輸入電路。N800為多模轉(zhuǎn)換器集成電路，為防止由于靜電干擾等原因注入到N8001515的脈沖電壓過高，在話筒輸入與3.2 V電源VDIG之間加有雙二極管V811，當(dāng)輸入信號(hào)的電平低于-0.7 V時(shí)(門限電壓)二極管1導(dǎo)通，當(dāng)高于+3.2+0.7 V=3.9 V時(shí)，二極管2導(dǎo)通，這樣通過V811將輸入信號(hào)的電壓限定在+3.9～-0.7 V之間。
圖7 愛立信GF768/GF788手機(jī)話筒信號(hào)輸入電路
2.2 變?nèi)萏匦栽谑謾C(jī)中的應(yīng)用
手機(jī)既是一個(gè)接收機(jī)又是一個(gè)發(fā)射機(jī)，接收信號(hào)的頻率與發(fā)射信號(hào)的頻率受控于移動(dòng)中心和基站。若頻率偏離指定信道的中心頻率過大，就會(huì)引起手機(jī)不入網(wǎng)，而頻率的正確與否取決于手機(jī)內(nèi)基準(zhǔn)(主時(shí)鐘)頻率13 MHz正確與否，而13 MHz主時(shí)鐘的振蕩，除受13 MHz的晶振控制外，還受控于變?nèi)荻O管，即13 MHz的頻率受變?nèi)荻O管的調(diào)整。例如圖8所示，是愛立信GF768/GF788主時(shí)鐘13 MHz的振蕩電路。
圖8 愛立信主時(shí)鐘13 MHz的振蕩電路
B500是13 MHz的晶振，他配合中頻模塊N500內(nèi)的振蕩電路構(gòu)成13 MHz的振蕩，振蕩頻率的準(zhǔn)確與否，受VCXOCONT電壓的控制。該電壓加至變?nèi)荻O管V210上，電壓的變化引起V210容量的變化，他與B500并在一起，使整個(gè)電路總的容量發(fā)生變化，從而使振蕩頻率發(fā)生改變。
例：如圖9所示，是諾基亞6150手機(jī)中13 MHz主時(shí)鐘振蕩電路，該電路是由振蕩組件G650組成；VCC是供電端，AFC是自動(dòng)頻率控制端，GND為地線，OUT是輸出端，振蕩頻率的穩(wěn)定與準(zhǔn)確受控于來自CPU的AFC電壓，該電壓加至組件內(nèi)的變?nèi)荻O管上。該電壓的變化會(huì)
引起變?nèi)荻O管容量的變化，從而引起電路振蕩頻率的變化，確保輸出信號(hào)頻率的穩(wěn)定與正確。
圖9 諾基亞6150手機(jī)中13 MHz主時(shí)鐘振蕩器
如圖10所示，是摩托羅拉V8088(V998++)手機(jī)中二本振電路。振蕩頻率除取決于C967，C968，C994，L901外，還受CR259呈現(xiàn)的容量的影響；CR259上施加的電壓來自鑒相器輸出電壓，鑒相器將該電路振蕩的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率比較，將差值轉(zhuǎn)換為直流電壓加到CR259上，使CR259呈現(xiàn)的容量發(fā)生改變，從而使振蕩回路總的容量發(fā)生改變，進(jìn)而振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化，直到其輸出頻率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，鑒相器電壓維持恒定，CR259容量恒定。
3 結(jié) 語
綜上所述，二極管PN結(jié)所呈現(xiàn)的變阻特性與變?nèi)萏匦栽谑謾C(jī)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且其阻值和容量是受PN結(jié)上施加電壓的控制和影響。因此便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，克服了早期電路中使用手動(dòng)電阻器、手動(dòng)可變電容器帶來的諸多缺點(diǎn)。因而在現(xiàn)代電子電路別是新型手機(jī)電路中，二極管的變阻性與變?nèi)菪詴?huì)得到進(jìn)一步的開發(fā)和利用，使電路進(jìn)一步優(yōu)化。
圖10 摩托羅拉V8088中的二本振電路
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作者簡介
【關(guān)鍵詞】競賽；集成電路；教學(xué)改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124
Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation
集成電路在社會(huì)發(fā)展中扮演著非同尋常的角色，幾乎滲透到了各行各業(yè)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，集成電路的制造與開發(fā)中心正逐步向我國轉(zhuǎn)移。我們肩負(fù)重大的歷史使命，是要把我國建設(shè)成為集成電路的生產(chǎn)大國進(jìn)而成為集成電路強(qiáng)國[1]。因此培養(yǎng)二十一世紀(jì)集成電路設(shè)計(jì)人才是我們教師面臨的歷史任務(wù)。北京華大九天軟件有限公司致力于開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的EDA軟件，提供高端的SoC解決方案和一站式設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)，為培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)人才提供了很好的軟件平臺(tái)。北京市2011首屆“華大九天杯”大學(xué)生集成電路大賽以充分調(diào)動(dòng)各方面的參與積極性。對(duì)學(xué)生來說，競賽為他們提供了一個(gè)開闊眼界、互相學(xué)習(xí)和交流的好機(jī)會(huì)，這是任何課堂教學(xué)都無法替代的；對(duì)指導(dǎo)老師來說，競賽可以促進(jìn)他們轉(zhuǎn)變陳舊的教學(xué)理念，改進(jìn)落后的課程體系，積極尋求新的教學(xué)模式，真正做到教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與時(shí)俱進(jìn)，切實(shí)達(dá)到面向應(yīng)用、面向市場、面向社會(huì)并最終為社會(huì)提供優(yōu)秀專業(yè)人才的最高教學(xué)目標(biāo)[2]。實(shí)踐表明，開展大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)競賽，對(duì)于推進(jìn)我國集成電路人才培養(yǎng)、推進(jìn)素質(zhì)教育、理論實(shí)踐結(jié)合能力、解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感等方面具有重要意義，同時(shí)也對(duì)高校的集成電路設(shè)計(jì)課程和實(shí)踐教學(xué)改革起了一定的引導(dǎo)作用，極大的強(qiáng)化了學(xué)生繪制版圖和電路設(shè)計(jì)能力。本人有幸?guī)ьI(lǐng)學(xué)生參加了此次比賽，獲得了一些啟示。
1.立足現(xiàn)實(shí)，拓寬應(yīng)用
本次大賽的活動(dòng)宗旨是豐富微電子學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立思考和操作能力，鞏固和加深所學(xué)專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，推動(dòng)京津地區(qū)高校微電子學(xué)專業(yè)的交流和發(fā)展，并對(duì)國產(chǎn)正版EDA軟件的普及和應(yīng)用起到積極推動(dòng)作用。
2011年北京大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽分成大學(xué)本科和研究生兩個(gè)級(jí)別（本科生組33個(gè)組；研究生33個(gè)組），每組3人，進(jìn)行筆試和上機(jī)操作。比賽相關(guān)規(guī)則：筆試階段，采用閉卷形式，由各參賽隊(duì)員獨(dú)立完成，最終成績計(jì)入小組總分；上機(jī)操作，以小組形式參加。
2.正確的指導(dǎo)思想
電子學(xué)會(huì)組織的此次大學(xué)生集成電路大賽立足高，緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)際，著重基礎(chǔ)、注重培養(yǎng)實(shí)踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導(dǎo)思想。
“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、專家、學(xué)者和我校學(xué)科部領(lǐng)導(dǎo)、老師及每個(gè)參賽隊(duì)員的心血與汗水。在比賽的前后，我們的指導(dǎo)思想是：參賽獲獎(jiǎng)不是最終目的，深人持久地開展教育教學(xué)改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，吸引更多的學(xué)生參加各類競賽和科技活動(dòng)，培養(yǎng)更多的優(yōu)秀專業(yè)人才，才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業(yè)，他們對(duì)參賽學(xué)生的青睞，對(duì)于與學(xué)校合作的重視，也正是我們學(xué)校所渴求的。在參賽中與同行各企業(yè)充分交流，學(xué)校與企業(yè)的緊密結(jié)合，才能更清楚市場對(duì)優(yōu)秀畢業(yè)生的要求，進(jìn)而能明確培養(yǎng)目標(biāo)，并在平時(shí)的課程教學(xué)中加以滲透，在教學(xué)中不斷改進(jìn)；在參賽中與其他兄弟院校充分分享經(jīng)驗(yàn)，不斷學(xué)習(xí)別人的長處，分析參賽中暴露的共性問題，在教育教學(xué)中不斷改進(jìn)；在參賽中提高教師的指導(dǎo)水平和改進(jìn)教育教學(xué)方法；在參賽中提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)大批適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)需要的基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)應(yīng)用型人才，才是我們參加北京大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)競賽的最終目的。
3.準(zhǔn)備認(rèn)真，重在過程
承辦方北方工業(yè)大學(xué)周密的準(zhǔn)備工作和熱情的服務(wù)為大賽成功舉行創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。北方工業(yè)大學(xué)和華大九天公司組織的集訓(xùn)為成功參賽奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
在學(xué)科部領(lǐng)導(dǎo)和各位老師的努力下，在實(shí)驗(yàn)室老師的大力協(xié)助下，在華大九天公司培訓(xùn)人員的大力支持下，我們組織了兩個(gè)階段的集中培訓(xùn)，并在培訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了有針對(duì)性的輔導(dǎo)練習(xí)，并在參賽前舉行了預(yù)賽。這些環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生和老師起到了很好的引導(dǎo)和督促作用，保證了良好的訓(xùn)練環(huán)境，營造了積極向上的參賽氛圍。
在電子競賽的準(zhǔn)備過程中，適逢暑假，假期長，學(xué)生們可以充分利用暑假時(shí)間認(rèn)真復(fù)習(xí)電子器件、數(shù)字電子電路、集成電路分析與設(shè)計(jì)等課程的理論知識(shí)。同時(shí)，學(xué)生們還學(xué)習(xí)華大EDA軟件，進(jìn)行實(shí)際電路和版圖繪制上機(jī)練習(xí)，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)踐的學(xué)風(fēng)。通過競賽準(zhǔn)備，學(xué)生需要綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決競賽中遇到的各種問題，提高了運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過競賽準(zhǔn)備，磨合了小組間的默契配合和分工，增進(jìn)了師生情誼，提高了團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)能力。通過競賽準(zhǔn)備，找出了自己在知識(shí)上的不足，明確了社會(huì)的需要、工作崗位的需要和工作性質(zhì)，樹立了新的奮斗目標(biāo)，產(chǎn)生了學(xué)習(xí)新的動(dòng)力。
4.參賽對(duì)嵌入式系統(tǒng)和集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)改革的啟示
北京大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)競賽對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生參加實(shí)踐的積極性、理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)有著重要作用，競賽給學(xué)生提供了一個(gè)施展才華、發(fā)揮創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)和平臺(tái)。并對(duì)高校集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和電子科學(xué)與技術(shù)的課程體系改革和學(xué)生今后工作起到一定的引導(dǎo)作用。
4.1 知識(shí)整合的系統(tǒng)教學(xué)思想
自從1958年基爾比發(fā)明集成電路以后，集成電路一直按照摩爾定律的預(yù)測飛速發(fā)展。面對(duì)集成電路如此迅猛的發(fā)展形勢，教學(xué)工作也要與時(shí)俱進(jìn)，不斷改革創(chuàng)新。我承擔(dān)《嵌入式系統(tǒng)》和《集成電路分析與設(shè)計(jì)》課程，深深體會(huì)到微電子專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)與其他專業(yè)有所區(qū)別，因?yàn)樾酒脑O(shè)計(jì)方向日益朝著片上系統(tǒng)SOC、片上可編程系統(tǒng)SOPC的方向發(fā)展[3]。學(xué)生不僅需要有系統(tǒng)的概念[4]，同時(shí)需要對(duì)典型處理器體系結(jié)構(gòu)有清晰的理解，在設(shè)計(jì)SOC芯片時(shí)才會(huì)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想[5]，又會(huì)對(duì)處理器內(nèi)部體系架構(gòu)有清晰的概念。因此，在對(duì)微電子專業(yè)的學(xué)生講授嵌入式系統(tǒng)時(shí)，要緊密結(jié)合集成電路設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合集成電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字電子、模擬電子、電子器件等課程的內(nèi)容，使學(xué)生不僅對(duì)處理器結(jié)構(gòu)體系清楚，更熟悉各模塊電路，如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的概念，掌握外部單元電路，如存儲(chǔ)器單元電路、系統(tǒng)總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路，從使用者的期望角度出發(fā)，來進(jìn)行芯片的設(shè)計(jì)，既是使用者，又是設(shè)計(jì)者。學(xué)生在學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計(jì)的課程時(shí)，緊密結(jié)合嵌入式系統(tǒng)中的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、結(jié)合處理器內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，具有整體的大的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)概念，整合學(xué)生對(duì)各個(gè)課程的分離的知識(shí)內(nèi)容，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決系統(tǒng)問題。通過增加實(shí)驗(yàn)和上機(jī)課時(shí)，提高學(xué)生將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
4.2 改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式
我國的大學(xué)課堂教學(xué)模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯(lián)教育家凱洛夫的“五環(huán)節(jié)”所主宰，在新的教育環(huán)境和教育目標(biāo)下，他們所倡導(dǎo)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代學(xué)”的陳腐教學(xué)思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學(xué)方法.這種“以教師為中心，以教材為中心”的課堂教學(xué)，決定了學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中所處的被動(dòng)地位，很大程度地禁錮了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)構(gòu)成了嚴(yán)重的障礙[2]。
現(xiàn)代教育理論指出：指導(dǎo)學(xué)生從實(shí)踐和探索中通過思考獲取知識(shí)，又在解決問題的探索活動(dòng)中，運(yùn)用已獲得的知識(shí)和技能是培養(yǎng)智能的最好途徑。
本次競賽上午閉卷完成理論知識(shí)的考試。本科生的上機(jī)操作內(nèi)容是根據(jù)提供的狀態(tài)圖設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器電路，然后進(jìn)行原理圖的繪制，再次進(jìn)行版圖繪制，進(jìn)而進(jìn)行DRC、LVS等環(huán)節(jié)驗(yàn)證，并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生需要利用數(shù)字電路中所學(xué)的狀態(tài)表，構(gòu)造出邏輯關(guān)系式，運(yùn)用卡諾圖化簡得到最簡電路，最后再繪制單元電路，設(shè)計(jì)出具體的CMOS電路和版圖，并進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)還需要構(gòu)造出計(jì)數(shù)器所需的時(shí)鐘電路。在上機(jī)的開始一個(gè)半小時(shí)中，指導(dǎo)老師可以參與指導(dǎo)，這樣增加了比賽中老師對(duì)學(xué)生的限時(shí)指導(dǎo)內(nèi)容，更有利于學(xué)生的競賽，符合培養(yǎng)人才的現(xiàn)論要求。
學(xué)生基本上完成了從需求分析、電路設(shè)計(jì)、繪制電路、（仿真）、版圖繪制、驗(yàn)證到撰寫報(bào)告等環(huán)節(jié)。通過競賽，使學(xué)生能親自感受一個(gè)簡單的集成電路設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念。學(xué)生從早晨9點(diǎn)一直進(jìn)行到下午六點(diǎn)，在短短的一天內(nèi)要完成筆試和7個(gè)小時(shí)的上機(jī)電路繪制和驗(yàn)證等工作，小組成員只有密切配合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，保持堅(jiān)韌不拔的精神，才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和團(tuán)隊(duì)精神，鍛煉了學(xué)生的毅力和體力。
施教之功，貴在引導(dǎo)。可以看出，競賽在很大程度上符合現(xiàn)代教育理論的要求，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式正是以傳授知識(shí)為前提，以形成技能為基點(diǎn)，以培養(yǎng)智能為重心，以全面發(fā)展人才為歸宿。在《嵌入式系統(tǒng)》和《集成電路分析與設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中，增大課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生帶著問題，進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)行思考、小組討論，經(jīng)老師點(diǎn)撥，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的過程，既培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力，又完成了教學(xué)任務(wù)，符合現(xiàn)代教育論的要求。
施教之旨，在于培養(yǎng)學(xué)習(xí)方法和思維方式，培養(yǎng)獲取新知及再創(chuàng)造之本領(lǐng)。將學(xué)生分成小組，布置某一命題，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，引導(dǎo)他們查閱資料，分析歸納總結(jié)，并在課堂中進(jìn)行報(bào)告或?qū)嶒?yàn)演示。學(xué)生反映效果很好，獲取了知識(shí)，又培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力和主動(dòng)獲取知識(shí)的方法。
5.引導(dǎo)學(xué)生參與科研，撰寫學(xué)術(shù)論文
通過大賽引導(dǎo)大學(xué)生形成一股扎扎實(shí)實(shí)的學(xué)習(xí)和研究的風(fēng)氣。激發(fā)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣，參與到老師平時(shí)的科研中，增加動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。并在科研中進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣，形成良性循環(huán)。對(duì)于取得的研究成果，可以引導(dǎo)學(xué)生撰寫論文，并能在廣大同學(xué)中起到表率作用。
6.結(jié)束語
培養(yǎng)二十一世紀(jì)集成電路設(shè)計(jì)人才是我們教師面臨的歷史任務(wù)。北京市2011首屆“華大九天杯”大學(xué)生集成電路大賽以充分調(diào)動(dòng)各方面的參與積極性。正確的指導(dǎo)思想、科學(xué)的組織程序、踏實(shí)認(rèn)真的準(zhǔn)備工作以及大賽對(duì)校企合作、對(duì)教學(xué)改革將產(chǎn)生重要的影響。實(shí)踐表明，開展大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)競賽，對(duì)于推進(jìn)我國集成電路人才培養(yǎng)、推進(jìn)素質(zhì)教育、理論實(shí)踐結(jié)合能力、解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感等方面具有重要意義，同時(shí)也對(duì)高校的集成電路設(shè)計(jì)課程和實(shí)踐教學(xué)改革起一定的引導(dǎo)作用，極大的強(qiáng)化了學(xué)生繪制版圖、電路設(shè)計(jì)能力和集成電路設(shè)計(jì)思想。
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致謝：競賽工作是由國家自然基金贊助（No.60976028）；北京工業(yè)大學(xué)博士基金贊助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020
【關(guān)鍵詞】D觸發(fā)器；半靜態(tài)；清零；版圖
A New D flip-flop of semi-static and clear
Zhao Junxia，Zhu Qiaoyan
（Sanjiang College，Nanjing，Jiangsu 210012;NanJing Top Power ASIC）
Abstract：For faster speed、lower power and smaller size,this paper analyzes several used D flip-flops.For the highest frequency and synthesizing their advantages and disadvantages，we design a new type D flip-flop of semi-static and clear.With CSMC 0.6μmN well CMOS process，the layout area is46.500×40.350(μm).The maximum trigger frequency is 356MHz.Using it we constitute the second divider and simulates successfully.
Key words：D flip-flop，semi-static，clear，layout
1.引言
觸發(fā)器是時(shí)序電路[1]，是在邏輯電路的移位、寄存和計(jì)數(shù)功能中被廣泛采用的一種存儲(chǔ)信息的功能部件[2]，它靠雙穩(wěn)態(tài)電路來保存信息。觸發(fā)器的種類很多[3]，CMOS D型觸發(fā)器是VLSI電路中最基本的也是應(yīng)用最普遍的，它被廣泛應(yīng)用于移位和寄存[4]。D觸發(fā)器的D代表延遲或數(shù)據(jù),它的輸出是發(fā)生在早于一個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的D輸入的函數(shù)。在時(shí)鐘脈沖期間，在D輸入提供“1”會(huì)導(dǎo)致輸出變?yōu)?，否則輸出變?yōu)?。其真值表表明這種關(guān)系，其中Qn+1是時(shí)鐘脈沖以后的Q輸出，它取決于D的輸入狀態(tài)[4]。
常見的D觸發(fā)器有：同步D觸發(fā)器、主從型D觸發(fā)器、新型半靜態(tài)低功耗D觸發(fā)器等[5]，本文對(duì)他們的結(jié)構(gòu)、原理等方面進(jìn)行分析比較，綜合各自優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化最高頻率，設(shè)計(jì)出一款新型主從型D觸發(fā)器，經(jīng)仿真該觸發(fā)器的最高頻率為356MHz。
2.新型D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖
為了減小與時(shí)鐘信號(hào)相關(guān)聯(lián)的單元電路（如觸發(fā)器）的消耗，本文提出了一種新的半靜態(tài)觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，并把其中的靜態(tài)鎖存器進(jìn)一步改進(jìn)為準(zhǔn)靜態(tài)型。
圖1是所設(shè)計(jì)的新型由CMOS傳輸門和反相器構(gòu)成的D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖。反相器F1和傳輸門TG1、TG2組成了主觸發(fā)器，與非門F2和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發(fā)器。TG1和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門。反相器F4對(duì)時(shí)鐘輸入信號(hào)CP進(jìn)行反相及緩沖，其輸出CP和CP'作為傳輸門的控制信號(hào)。
根據(jù)CMOS傳輸門的工作原理和圖中控制信號(hào)的極性標(biāo)注可知：當(dāng)傳輸門TG1、TG4導(dǎo)通時(shí)，TG2、TG3截止；反之，當(dāng)TG1、TG4截止時(shí)，TG2、TG3導(dǎo)通。
當(dāng)，時(shí)，TG1導(dǎo)通TG2，截止，D端輸入信號(hào)送入主觸發(fā)器中，使,，但這時(shí)主觸發(fā)器尚未形成反饋連接,不能自行保持。、跟隨D端的狀態(tài)變化；同時(shí)，由于TG3截止，TG4導(dǎo)通，所以從觸發(fā)器形成反饋連接，維持原狀態(tài)不變，而且它與主觸發(fā)器的聯(lián)系被TG3切斷。
當(dāng)?shù)纳仙氐竭_(dá)（即跳變?yōu)?，下降為0）時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，切斷了D信號(hào)的輸入，由于F1的輸入電容存儲(chǔ)效應(yīng)，F(xiàn)1輸入端電壓不會(huì)立即消失，于是、在TG1截止前的狀態(tài)被保存下來；同時(shí)由于TG3導(dǎo)通、TG4截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)通過TG3和F3送到了輸出端，使（CP上升沿到達(dá)時(shí)D的狀態(tài)），而。
在，期間，的狀態(tài)一直不會(huì)改變，直到下降沿到達(dá)時(shí)（即跳變?yōu)?，跳變?yōu)?），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又導(dǎo)通，主觸發(fā)器又開始接收D端新數(shù)據(jù)，從觸發(fā)器維持已轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)。
可見，這種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)是輸出端的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在的上升沿，而且觸發(fā)器所保持的狀態(tài)僅僅取決于上升沿到達(dá)時(shí)的輸入狀態(tài)。正因?yàn)橛|發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在的上升沿（即CP的上升沿，所以這是一個(gè)CP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，CP上升沿為有效觸發(fā)沿，或稱CP上升沿為有效沿（下降沿為無效沿）。若將四個(gè)傳輸門的控制信號(hào)CP'和極性都換成相反的狀態(tài)，則CP下降沿為有效沿，而上升沿為無效沿。
3.D觸發(fā)器的電路
D觸發(fā)器的最高時(shí)鐘頻率受到以下兩個(gè)方面的限制：
（1）輸出（Q或Q~）波形上升和下降時(shí)間的限制。如果輸出的外接負(fù)載電容較大，則輸出的波形受到負(fù)載電容的影響，都具有一定的上升和下降時(shí)間。隨著時(shí)鐘頻率的提高，輸出頻率也要隨之提高。如果輸出波形由方波變?yōu)槿遣ǎ踔凛敵龇认陆担筒荒軡M足二分頻輸出。
（2）內(nèi)部信號(hào)傳輸時(shí)，所產(chǎn)生的內(nèi)部級(jí)延遲的限制。如果時(shí)鐘脈沖寬度不能滿足內(nèi)部級(jí)的時(shí)延，則輸出Q就不能成為時(shí)鐘脈沖的二分頻或輸出不穩(wěn)定。
為了要設(shè)計(jì)D型觸發(fā)器，首先要對(duì)觸發(fā)器內(nèi)部進(jìn)行時(shí)序分析，然后分析各級(jí)門在電路中所處的地位，進(jìn)行合理的時(shí)延分配。作為主觸發(fā)器，數(shù)據(jù)從D端輸入，必須在時(shí)鐘脈沖的后半周內(nèi)完成數(shù)據(jù)的傳輸，并保存在住觸發(fā)器中。
我們通過控制柵氧化層厚度來控制柵電容。用MOS器件的跨導(dǎo)和輸出電容的比值（稱之為速度優(yōu)值）來表征COMS倒相器的速度性能。當(dāng)增大CMOS倒相器的寬長比時(shí)，就增大了跨導(dǎo)，能提高優(yōu)值；但寬長比的增大，本級(jí)的輸出電容也隨之增大，反而降低了優(yōu)值。因而，計(jì)算一個(gè)合理的寬長比，使跨導(dǎo)大，電容小，具有最佳的速度優(yōu)值。為了使CMOS倒相器獲得最佳的性能，采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，使倒相器中的NMOS管和PMOS管性能完全對(duì)稱。
新型的主從型D觸發(fā)器的電路圖如圖2所示。在時(shí)鐘CP周期為60ns，幅度U=5v的方波信號(hào)時(shí)所仿真到的工作波形如圖3所示，Q在CP上升沿翻轉(zhuǎn)，在下降沿不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，保持原狀態(tài)不變，實(shí)現(xiàn)二分頻，該觸發(fā)器的最高頻率為356MHz，達(dá)到D觸發(fā)器的設(shè)計(jì)要求[6]：對(duì)應(yīng)于每一CP信號(hào)有效沿（上升沿），輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，計(jì)數(shù)工作正常。
4.版圖設(shè)計(jì)
集成電路版圖是電路系統(tǒng)與集成電路工藝之間的中間環(huán)節(jié)，是一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)[7]，版圖的好壞直接影響電路生產(chǎn)的成品率及可靠性。好的設(shè)計(jì)不但本身很少帶來不可靠因素，而且對(duì)于工藝上難以避免的問題，也可預(yù)防或減弱其影響。通過集成電路版圖設(shè)計(jì)，可以將立體的電路系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)二維的平面版圖，再經(jīng)過工藝加工還原為基于硅材料的立體結(jié)構(gòu)[7]。
本文采用華潤上華0.6μmN阱CMOS工藝在Cadence平臺(tái)上設(shè)計(jì)D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻器的版圖[9]，如圖4所示，由N Well圖層、Active圖層、N Select圖層、P Select圖層、Poly圖層、Metal 1圖層、Active Contact圖層等構(gòu)成，其芯片面積為46.500×40.350(μm)。
5.小結(jié)
論文中所設(shè)計(jì)的一款新型半靜態(tài)帶清零的D觸發(fā)器芯片通過理論分析[10]與計(jì)算機(jī)模擬表明了新型D觸發(fā)器與以往單鎖存器D觸發(fā)器結(jié)構(gòu)相比具有以下特點(diǎn)：1）省去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘鏈，減少了時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的功耗及時(shí)鐘信號(hào)的延遲；2）使用的晶體管數(shù)少，只為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的1/2，有效地減少芯片地占用面積；3）采用了動(dòng)態(tài)鎖存器結(jié)構(gòu)，使之獲得更低的功耗及占用更小的芯片面積；4）降低功耗效果顯著。
由于在深亞微米情況下，存在較大的漏電流或亞閾值電流[7]，因此半靜態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用會(huì)在某些場合受到一定的限制。
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【關(guān)鍵詞】集成電路;解調(diào)器;相敏;CMOS
Abstract：This paper presents a full-wave monolithic integrated circuit of a phase sensitive demodulator made by the CMOS process，consists of a differential amplifier，a precision comparator and analog switches.The paper detailing the working principle of the circuit，showing the results.
Keywords：Phase Sensitive;Demodulator;IC;CMOS
1.引言
同步解調(diào)器的種類較多，早期同步解調(diào)器大多由二極管和變壓器組成，雖然后期出現(xiàn)了采用集成模擬乘法器組成的電路，但是與集成化的單片相敏電路相比，二極管由于它的非線性，變壓器的笨重限制了它的應(yīng)用范圍，采用了集成模擬乘法器的解調(diào)器，雖然在性能上有較大提高，但是由于調(diào)試復(fù)雜價(jià)格較高，也限制了它的應(yīng)用;而高度集成化的單片同步解調(diào)器體積小，重量輕，相鄰元件的匹配性和溫度一致性較好，參數(shù)離散線性小，可靠性高，使用壽命長。因此單片集成化相敏電路在工業(yè)自動(dòng)控制，自動(dòng)檢測技術(shù)，慣性導(dǎo)航技術(shù)和非電量技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用。
2.電路工作原理
在電子技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，常常采用相敏檢波器來把一個(gè)交流信息轉(zhuǎn)換為直流電壓信息，該交流信息與參考信息要求與參考信號(hào)的頻率相等，通常，相敏檢波器應(yīng)用在被解調(diào)的交流信號(hào)和參考信號(hào)同步的條件下，即同相，或者反相，這就是同步解調(diào)器。他能取得較高的相檢效率。
本文給出的設(shè)計(jì)電路由三部分組成，一個(gè)高精度差分運(yùn)算放大器，一個(gè)精密比較器和一個(gè)模擬開關(guān)。需要特別指出：比較器的任意一端可與輸入端相接，從而保證信號(hào)與參考信號(hào)的同步性，另一端則設(shè)定為比較器的參考端，保證比較器的輸出為“1”的邏輯高電平或輸出為“0”的邏輯低電平。電路原理圖如圖1所示：
圖1 電路原理圖
2.1 接法1：比較器的同相端與輸入端相接，而反相端接地。
在輸入交流信號(hào)的正半周內(nèi)，，比較器輸出為邏輯“1”的高電平，模擬開關(guān)閉合，等效為小電阻R4，這時(shí)等效電路如圖2所示。
圖2 等效電路圖
根據(jù)虛短、虛斷原理，對(duì)于電路反相端：
（2.1.1）
即：
（2.1.2）
對(duì)于電路同相端：
（2.1.3）
即：
（2.1.4）
設(shè)置R1=R2=R3=10K，由于模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻較小，大約數(shù)十，所以，即：
（2.1.5）
在交流信號(hào)的負(fù)半軸內(nèi)，，比較器輸出為邏輯“0”的低電平，模擬開關(guān)開路，此時(shí)等效電路如圖3所示：
圖3 等效電路圖
根據(jù)虛短、虛斷原理，對(duì)于電路反相端：
（2.1.6）
即：
（2.1.7）
對(duì)于電路同相端：
（2.1.8）
（2.1.9）
由以上推導(dǎo)可知圖形如圖4所示。
圖4
2.2 接法2：比較器的反相端與輸入端相接，而同相端接地。
在輸入交流信號(hào)的正半周內(nèi)，，比較器輸出為邏輯“0”的低電平，模擬開關(guān)開路，此時(shí)等效電路如圖5所示：
圖5 等效電路圖
根據(jù)虛短、虛斷原理，對(duì)于電路反相端：
（2.2.1）
即：
（2.2.2）
對(duì)于電路同相端： （下轉(zhuǎn)第87頁）（上接第25頁）
（2.2.3）
（2.2.4）
在交流信號(hào)的負(fù)半軸內(nèi)，，比較器輸出為邏輯“1”的高電平，模擬開關(guān)閉合，等效為小電阻R4，這時(shí)等效電路如圖6所示：
圖6 等效電路圖
圖7
根據(jù)虛短、虛斷原理，對(duì)于電路反相端：
（2.2.5）
即：
（2.2.6）
對(duì)于電路同相端：
（2.2.7）
即：
（2.2.8）
設(shè)置R1=R2=R3=10K，由于模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻較小，大約數(shù)十，所以，即：
（2.2.9）
由以上推導(dǎo)可知圖形如圖7所示。
3.參數(shù)設(shè)計(jì)
為了優(yōu)化以往解調(diào)器出現(xiàn)的輸出電壓噪聲較大;整流后輸出電壓上時(shí)間后穩(wěn)壓性能較差，也就是時(shí)漂較大;正負(fù)半周波形對(duì)稱性較差等問題，對(duì)設(shè)計(jì)電路中運(yùn)算放大器部分，比較器部分以及模擬開關(guān)部分提出了了具體的參數(shù)要求。
3.1 運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)
要求精度高，失調(diào)電壓長時(shí)間穩(wěn)定性較好，壓擺率大，溫度漂移量小。具體參數(shù)要求如表1所示：
表1 參數(shù)要求
輸入失調(diào)電壓 ≤25μv
輸入失調(diào)電壓溫度漂移系數(shù) ≤1.0μv/℃
失調(diào)電壓長時(shí)間穩(wěn)定性 ≤1.0μv/mo
轉(zhuǎn)換速率 ≤1.0V/μs
3.2 比較器設(shè)計(jì)
要求傳輸延時(shí)較短，精度高，失調(diào)電壓較小。具體參數(shù)要求如表2所示：
表2 參數(shù)要求
輸入失調(diào)電壓 ≤0.8mv
輸入失調(diào)電壓溫度漂移系數(shù) ≤5μv/℃
傳輸延時(shí)時(shí)間 ≤2μs
3.3 模擬開關(guān)
在集成電路的應(yīng)用中，大多采用MOS管作為模擬開關(guān)。和雙極模擬開關(guān)相比，MOS模擬開關(guān)有兩個(gè)重大的優(yōu)點(diǎn)：①控制器（柵極）與信號(hào)通路是絕緣的，因而控制通路與型號(hào)通路之間無直流通路;②當(dāng)器件接通時(shí)，源極與漏極之間的導(dǎo)通電阻很小，幾乎無直流漂移。具體參數(shù)如表3所示：
表3 參數(shù)要求
閾值電壓 1.5V≤VTH≤6V
開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間 ≤180ns
導(dǎo)通電阻 ≤25Ω
3.4 電路中電阻
要求采用多晶電阻，確保精度較高，匹配性較好。
4.流片及測試
通過國內(nèi)某18V CMOS成熟工藝生產(chǎn)線進(jìn)行流片，并完成相關(guān)測試。測試參數(shù)如表4所示：
表4 測試參數(shù)
最大不失真輸入電壓（有效值） Vimax ≥6 Vrms
靜態(tài)功耗 PCO ≤300 mW
輸出零位誤差電壓 VOZ 10 mV
輸出零位誤差電壓溫度系數(shù)* αVOZ ≤50 μv/℃
非線性度* γ ≤1 %
不對(duì)稱性* δ ≤1 %
輸出殘余交流電壓 VS ≤20 mV
最高工作頻率 fmax ≥8 KHZ
極限輸入電壓 Vin ≤18 Vrms
5.結(jié)論
本文針對(duì)傳統(tǒng)解調(diào)電路的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新的同步解調(diào)電路，經(jīng)過實(shí)際測試系統(tǒng)使用證明，與傳統(tǒng)解調(diào)電路相比，具有使用簡單，成本較低，穩(wěn)定性較好，使用較為靈活等優(yōu)點(diǎn)。
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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.
關(guān)鍵詞: 應(yīng)用型人才;微電子專業(yè);素質(zhì)教育
Key words: applied talents;microelectronics major;quality education
中圖分類號(hào):G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)29-0234-02
0引言
微電子學(xué)是在物理學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、集成電路設(shè)計(jì)制造學(xué)等多種學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科,是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。作為電子通信類高校,南京郵電大學(xué)建校近50年來,正朝著信息科技類大學(xué)進(jìn)軍。隨著電子、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,國內(nèi)外微電子學(xué)人才都十分緊缺,建立微電子學(xué)專業(yè),也可為我國的 ASIC設(shè)計(jì)方面,培養(yǎng)急需的人才[1-6]。在現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)迅速發(fā)展的今天,社會(huì)要求大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)同經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要相結(jié)合,如果培養(yǎng)出來的學(xué)生能夠適應(yīng)社會(huì)的需求,不僅學(xué)生能有用武之地,找到自己的價(jià)值和自信,而且學(xué)校的知名度也得以提升。因此現(xiàn)今的學(xué)校越來越注重某一專門職業(yè)的培養(yǎng),注重培養(yǎng)有能力,有效率的人。因此當(dāng)今的高校教育不僅需要培養(yǎng)大量理論基礎(chǔ)較扎實(shí)、具有開拓創(chuàng)新精神的專業(yè)型人才,也更需要培養(yǎng)大量工程應(yīng)用型人才。應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的具體內(nèi)涵是隨著高等教育的發(fā)展而不斷發(fā)展的,“應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是以能力為中心,以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型專門人才為目標(biāo)的”。本科應(yīng)用型是本科層次教育,既有著普通本科教育的共性,又有別于普通本科的自身特點(diǎn),它更加注重的是實(shí)踐性、應(yīng)用性和技術(shù)性。即基礎(chǔ)知識(shí)比高職高專學(xué)生深厚、實(shí)踐能力比傳統(tǒng)本科生強(qiáng),是本科應(yīng)用型人才最本質(zhì)的特征。本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是根據(jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的需要,在一定的教育思想指導(dǎo)下,人才培養(yǎng)目標(biāo)、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式[7]。
1培養(yǎng)應(yīng)用型人才的措施探討
培養(yǎng)應(yīng)用型人才不是單方面的強(qiáng)化和提升,而是涉及到方方面面。比如,學(xué)校自身的特點(diǎn),目標(biāo)的定位,課程的設(shè)置等等,因此,培養(yǎng)應(yīng)用型的人才可以采取以下措施:
1.1 明確學(xué)校和學(xué)科的特點(diǎn)和優(yōu)勢每一所高校都有自身的辦學(xué)特色,每一個(gè)學(xué)科都有自身的歷史傳統(tǒng)。只有實(shí)事求是地綜合分析學(xué)校已有的學(xué)科基礎(chǔ)、特色、優(yōu)勢和不足,才能明確學(xué)科發(fā)展的科學(xué)定位,才能培養(yǎng)出有自身特色的專業(yè)人才[6]。微電子專業(yè)在我校還是一個(gè)新專業(yè),如何把這個(gè)新專業(yè)做大做強(qiáng),真正體現(xiàn)出南京郵電大學(xué)的微電子專業(yè)的專業(yè)特色,是一個(gè)值得探討的問題。根據(jù)我校長期為IT行業(yè)培養(yǎng)人才和相關(guān)院系的基礎(chǔ)和優(yōu)勢,設(shè)置了以通信集成電路設(shè)計(jì)為主要方向,并對(duì)專業(yè)方向的發(fā)展作了規(guī)劃,同時(shí)兼顧工藝設(shè)計(jì)與器件設(shè)計(jì)。與此同時(shí),確立我校微電子專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)為:根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)指導(dǎo)思想,樹立“理科本科教育以培養(yǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)和理工融合型人才為主,在堅(jiān)持人才培養(yǎng)質(zhì)量統(tǒng)一要求的基礎(chǔ)上,鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性化、多樣化發(fā)展,強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)”的教學(xué)工作指導(dǎo)思想。從教育理念上講,應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)強(qiáng)調(diào)以知識(shí)為基礎(chǔ),以能力為重點(diǎn),知識(shí)能力素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合素質(zhì)和專業(yè)核心能力的培養(yǎng)。側(cè)重學(xué)科、專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和專業(yè)能力的培養(yǎng);培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,在德智體諸方面全面發(fā)展,具有較高思想道德、良好的科學(xué)文化素質(zhì)、敬業(yè)精神和社會(huì)責(zé)任感,在擁有微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)上、還具備實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯I(yè)知識(shí),具有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力,能在應(yīng)用微電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)及相關(guān)的電子信息科學(xué)領(lǐng)域從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科技開發(fā)、工程技術(shù)、生產(chǎn)管理與行政管理等工作。
1.2 課程設(shè)置課程的設(shè)置是否合理對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用,其結(jié)構(gòu)是否連貫、課程安排是否合理直接影響后續(xù)的教學(xué)培養(yǎng)工作。
1.2.1 課程的設(shè)置考慮到應(yīng)用型人才的特點(diǎn),必須根據(jù)行業(yè)的需求來安排和設(shè)置課程,在進(jìn)行課程設(shè)置的時(shí)候,必須先進(jìn)行廣泛的調(diào)研,考慮到社會(huì)的實(shí)際需求,社會(huì)需要什么樣的人才,對(duì)今后畢業(yè)生的去向有充分的了解,了解用人單位的性質(zhì),了解用人單位要求畢業(yè)生具備什么知識(shí)和能力,更重要的是,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力、解決問題的能力、判斷能力和創(chuàng)新能力。在微電子專業(yè)正式招生之前,我們組織教師到國內(nèi)不少高校進(jìn)行調(diào)研,并與多所學(xué)校的教師進(jìn)行了交流。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,我們了解了國內(nèi)外、省內(nèi)外的同類專業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和我校微電子專業(yè)的實(shí)力、優(yōu)勢及所處的地位,了解到國內(nèi)外微電子學(xué)及集成電路設(shè)計(jì)人才都十分緊缺,為此,我們提出通訊集成電路和新型微電子器件作為我們的專業(yè)方向和特色,并在教學(xué)和科研中體現(xiàn)出來。為此,在課程設(shè)置上,我們必須在對(duì)已經(jīng)投入適應(yīng)的培養(yǎng)方案進(jìn)行分析和總結(jié)、不斷地進(jìn)行修訂和完善,將整個(gè)學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)體系,到具體到每一門課程的知識(shí)體系,都應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以期在最短的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握牢固的知識(shí)。最終使學(xué)生獲得以下幾方面的知識(shí)和能力:①掌握數(shù)學(xué)、物理等方面的基本理論和基本知識(shí),具有較好的人文社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ),并熟練掌握一門外語;掌握微電子學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)的基本知識(shí)、基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能;②熟悉國家信息產(chǎn)業(yè)政策及國內(nèi)外有關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的法律法規(guī);了解微電子學(xué)的理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動(dòng)態(tài),以及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。③具備較好的運(yùn)用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行器件設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)的能力,成為工程應(yīng)用型人才。
1.2.2 理論課程的內(nèi)容針對(duì)江蘇省和南京市的集成電路發(fā)展特色,以及南京郵電大學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和電子科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)際情況,適當(dāng)加強(qiáng)通訊集成電路、新型微電子器件和光電集成的課程,體現(xiàn)專業(yè)特色。以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)的。在進(jìn)行社會(huì)行業(yè)的調(diào)查中,首先考慮學(xué)生畢業(yè)后從事何種職業(yè),然后對(duì)這種工作需要哪些能力和知識(shí),根據(jù)工作的要求對(duì)教學(xué)終的課程進(jìn)行專項(xiàng)的能力和綜合能力。在通識(shí)基礎(chǔ)課中設(shè)置了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)等。學(xué)科基礎(chǔ)課中設(shè)置了數(shù)理方程、概率論、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)及電工電子實(shí)驗(yàn)等。這些是所有涉及到電類專業(yè)的學(xué)生都必須學(xué)習(xí)的課程。在微電子專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課中安排了固體物理、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體集成電路工藝、半導(dǎo)體器件物理、通信原理,這些課程都是基礎(chǔ)理論課程,是為微電子專業(yè)的學(xué)生打下基本的專業(yè)基礎(chǔ)。考慮到應(yīng)用型人才的培養(yǎng),在集成電路與CAD的課程設(shè)置上,不同于專業(yè)型人才的培養(yǎng)模式,專門設(shè)置了16小時(shí)的實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和操作技能。在集成電路分析與設(shè)計(jì)的課程設(shè)置中,專門將模擬和數(shù)字分開,設(shè)置了各48小時(shí)的模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì),這不同于其他院校的課程設(shè)置,應(yīng)該也算是我專業(yè)的一個(gè)特色和優(yōu)勢。使學(xué)生掌握初步的集成電路設(shè)計(jì)知識(shí),加強(qiáng)了學(xué)生的集成電路分析和設(shè)計(jì)的能力。另外還設(shè)置了32小時(shí)的VLSI設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課和32小時(shí)的微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn),這也大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)和上機(jī)比例。具體來講,已經(jīng)在建設(shè)的ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上開展了ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué),并籌備建立了微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,擁有了一批工作站、計(jì)算機(jī)等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學(xué)會(huì)一到兩種EDA工具的使用方法。建設(shè)微電子器件和半導(dǎo)體物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程,在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上購置了必要的儀器設(shè)備、編寫了實(shí)驗(yàn)教程、開展了半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)和晶體管測試實(shí)驗(yàn);基于以上措施,建立一整套完備的、覆蓋微電子產(chǎn)業(yè)前端和后端工序的微電子實(shí)驗(yàn)課程體系。開展了器件和工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。掌握一定微電子實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ俏㈦娮訉I(yè)本科生應(yīng)當(dāng)具備的基本素質(zhì)。在微電子專業(yè)的專業(yè)選修課中設(shè)置了VLSI版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)、MEMS與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程,涵蓋了微電子方向的器件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。更好地體現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向和目標(biāo)。
1.2.3 實(shí)踐課程的內(nèi)容課程突出職業(yè)能力。對(duì)于應(yīng)用型人才來講,在學(xué)習(xí)過程中訓(xùn)練學(xué)生的職業(yè)技能是學(xué)生是否成功的關(guān)鍵之一;學(xué)習(xí)過程重點(diǎn)基于問題的學(xué)習(xí),這是培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力、判斷能力和創(chuàng)新能力的又一關(guān)鍵;學(xué)習(xí)過程還要培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力。此外,還擬通過建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,開設(shè)微電子和半導(dǎo)體測試實(shí)驗(yàn)課,在培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí),加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng),培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ),又有一定動(dòng)手能力的全面發(fā)展的學(xué)生。微電子專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容多的專業(yè),從集成電路的生成流程來看,其實(shí)踐內(nèi)容包括系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、實(shí)際流片和測試。作為高等學(xué)校,而非生產(chǎn)廠家,不可能具備從前端到后端整個(gè)流程的實(shí)踐條件,為此,我們擬對(duì)其中的主要環(huán)節(jié)開展實(shí)踐教學(xué)。在實(shí)踐型環(huán)節(jié)的課程設(shè)置中,通識(shí)基礎(chǔ)課和學(xué)科基礎(chǔ)課中安排了電類學(xué)科所必須的程序設(shè)計(jì)、電裝實(shí)習(xí)、電子電路課程設(shè)計(jì)等。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中,設(shè)置了軟件設(shè)計(jì)、微電子課程設(shè)計(jì)等,設(shè)計(jì)內(nèi)容都是與本專業(yè)緊密相關(guān),全面運(yùn)用到所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。同時(shí)建立校外實(shí)習(xí)基地,使學(xué)生能夠初步了解芯片生產(chǎn)過程。通過參加國外IC CAD公司的大學(xué)計(jì)劃、購置器件和工藝設(shè)計(jì)CAD工具,并通過和IC生產(chǎn)企業(yè)建立良好合作關(guān)系,建立生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地。注重學(xué)生與工業(yè)界的直接聯(lián)系。爭取在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段,大部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)都能在企業(yè)完成的,而且不少學(xué)生的第一個(gè)工作就是在所實(shí)習(xí)和進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的單位里找到的。
1.3 師資隊(duì)伍的建設(shè)沒有高水平的師資隊(duì)伍,培養(yǎng)高素質(zhì)的人才也只能是紙上談兵。而且本學(xué)院的主要任務(wù)就是能培養(yǎng)具有良好的學(xué)習(xí)、工作和創(chuàng)新的高級(jí)應(yīng)用型人才,因此從這個(gè)方面來講,沒有年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)合理的高水平師資隊(duì)伍,也是不能完成高校所承擔(dān)的任務(wù)的。而且針對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),師資隊(duì)伍本身也要具備能培養(yǎng)應(yīng)用型人才的能力和水平。
1.3.1 積極培養(yǎng)學(xué)科帶頭人培育創(chuàng)新型人才就要統(tǒng)籌考慮學(xué)科直接承擔(dān)的教學(xué)、科研、服務(wù)三大職能的關(guān)系,加速建設(shè)學(xué)科帶頭人、重點(diǎn)骨干教師和優(yōu)秀青年教師4個(gè)層次的學(xué)術(shù)梯隊(duì)。以中青年學(xué)科(術(shù))帶頭人的培養(yǎng)為重點(diǎn),并加大向青年骨干教師和一線教師傾斜的力度,創(chuàng)造一個(gè)公開、平等、競爭、擇優(yōu)的用人環(huán)境,營造一個(gè)和諧、寬松、溫馨的工作氛圍。學(xué)校要為人才成長創(chuàng)造一流的工作和實(shí)驗(yàn)條件,打造一個(gè)凝聚人心的事業(yè)平臺(tái),通過培養(yǎng)和引進(jìn),形成一批整體素質(zhì)高、學(xué)術(shù)實(shí)力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、具有團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的學(xué)術(shù)梯隊(duì),使其在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮突出作用。
1.3.2 在教師中增加培養(yǎng)應(yīng)用型人才的意識(shí)目前,我校的微電子技術(shù)系擁有教師7名,平均年齡35歲以下,年輕教師占了90%以上。我們學(xué)院的老師都是從大學(xué)畢業(yè)直接來教大學(xué),導(dǎo)致對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)從源頭上還是在按照“理論型”或“學(xué)術(shù)型”的培養(yǎng)模式在進(jìn)行。因此,建立既具有深厚扎實(shí)的理論知識(shí)功底,又具有精通實(shí)踐,有很強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的“雙師型”教師隊(duì)伍,培養(yǎng)高層次高質(zhì)量的實(shí)用型、應(yīng)用型教學(xué)人才迫在眉睫。今后學(xué)院應(yīng)把如何培養(yǎng)“應(yīng)用型教師”作為一個(gè)重要目標(biāo),來加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)。在教師中增加培養(yǎng)應(yīng)用型人才的意識(shí)。
積極籌措資金,進(jìn)一步完善微電子設(shè)計(jì)、測試實(shí)驗(yàn)室,開出更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,增加實(shí)驗(yàn)組數(shù),鼓勵(lì)教師在課程教學(xué)中增加設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)類的課時(shí)比例,讓學(xué)生多動(dòng)手動(dòng)腦。鼓勵(lì)教師積極申報(bào)應(yīng)用型或工程類的項(xiàng)目,這樣既可以滿足一定的科研工作量,也可以讓學(xué)生參與到項(xiàng)目中來鍛煉學(xué)生的從事科研和工程技術(shù)類的工作,積累一定的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)教師與公司、研究所合作,給學(xué)生提供實(shí)習(xí)、工作的機(jī)會(huì)和場所,也可以提高就業(yè)率。鼓勵(lì)教師到國內(nèi)外高校去做訪問學(xué)者,積極參加國內(nèi)外舉辦的國際會(huì)議,從而了解專業(yè)的最新發(fā)展、前沿問題,并開闊了眼界。設(shè)立專款建立青年教師培養(yǎng)基金,資助青年教師開展注重應(yīng)用類的教學(xué)科研工作。在進(jìn)行教學(xué)工作的同時(shí),也與企業(yè)界密切合作進(jìn)行科研工作和技術(shù)開發(fā)工作,保證自己在理論和技術(shù)方面的領(lǐng)先性,在授課時(shí)結(jié)合自己的研究成果、把新的觀念、新的方法、新的理論傳授給學(xué)生,當(dāng)自己的研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品后,可以將最新產(chǎn)品和最新技術(shù)溶入工業(yè)中。
只要通過以上措施,從學(xué)科目標(biāo)、理論課程、實(shí)踐環(huán)節(jié)及師資隊(duì)伍建設(shè)等工作常抓不懈,經(jīng)過一定的階段,一定會(huì)培養(yǎng)出高水平的擁有微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力,從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科技開發(fā)、工程技術(shù)、生產(chǎn)管理與行政管理等工作的應(yīng)用型人才。
2小結(jié)
總的來說,微電子學(xué)是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。而國內(nèi)外微電子學(xué)人才都十分緊缺,尤其注重某一專門職業(yè)的培養(yǎng)。因此我校也更需要培養(yǎng)大量的微電子方面的工程應(yīng)用型人才。而培養(yǎng)應(yīng)用型的人才必須采取的措施是:明確我校的特點(diǎn)和優(yōu)勢,以通信集成電路設(shè)計(jì)為主要方向,同時(shí)兼顧工藝設(shè)計(jì)與器件設(shè)計(jì);在課程的設(shè)置上,必須根據(jù)行業(yè)的需求來安排和設(shè)置課程,除了基礎(chǔ)理論課,也要大大加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和上機(jī)比例。在培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí),加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng),培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ),又有一定動(dòng)手能力的全面發(fā)展的學(xué)生;同時(shí)在教師中增加培養(yǎng)應(yīng)用型人才的意識(shí),鼓勵(lì)教師與公司、研究所合作,積極申報(bào)應(yīng)用型或工程類的項(xiàng)目,讓學(xué)生參與到項(xiàng)目中積累一定的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)教師給學(xué)生提供實(shí)習(xí)、工作的機(jī)會(huì)和場所。相信通過各方面的工作的配合,一定會(huì)培養(yǎng)出高質(zhì)量的微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用型人才,為我國的微電子工業(yè)做出貢獻(xiàn)。
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課題內(nèi)容設(shè)計(jì)合理與否，將直接影響到課程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練效果。在具體課題內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
選擇具有實(shí)用性和趣味性的課題從學(xué)生的實(shí)際水平出發(fā)，幫助學(xué)生選擇適合自己的題目，使題目與理論知識(shí)密切相關(guān)，又具有較強(qiáng)的趣味性和實(shí)用性，與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。例如，要求學(xué)生組裝一整的收音機(jī)、家居生活中能用到的聲光控開關(guān)、門窗防盜報(bào)警器等。又如我們選用的《音樂彩燈控制器設(shè)計(jì)》、《多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)》、《交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)》等課題，學(xué)生做起來積極性很高。更重要的是通過這一過程，學(xué)生運(yùn)用專業(yè)技能解決實(shí)際問題的綜合能力得到了提高。
選擇能綜合應(yīng)用理論知識(shí)的課題要求學(xué)生綜合運(yùn)用本課程的基本理論和知識(shí)，獨(dú)立完成一項(xiàng)實(shí)際課題。通過查閱資料、線路設(shè)計(jì)、選擇元器件、電路安裝調(diào)試，使學(xué)生所學(xué)的基本理論和知識(shí)充分運(yùn)用于解決實(shí)際問題。例如電子脈搏計(jì)這一課題，要應(yīng)用到傳感器、放大電路、有源濾波電路、整形電路以及數(shù)字電路中的各種門電路、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器及譯碼、驅(qū)動(dòng)顯示電路。又如數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)這一課題，數(shù)字鐘是一個(gè)典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，選此作為設(shè)計(jì)題目，可使學(xué)生將學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路知識(shí)有機(jī)地、系統(tǒng)地聯(lián)系起來用于實(shí)際，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)電路的能力。還可選用有源濾波器的設(shè)計(jì)題目，使學(xué)生進(jìn)一步加深領(lǐng)會(huì)運(yùn)算放大器在信號(hào)處理電路中的應(yīng)用，選用交流寬帶放大器的設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)放大電路的三種不同組態(tài)的特點(diǎn)、應(yīng)用場合以及電路的設(shè)計(jì)方法得到練習(xí)，并通過這個(gè)對(duì)基本放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬度以及引入負(fù)反饋對(duì)放大器性能的改善得到進(jìn)一步的理解，同時(shí)提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
課題內(nèi)容要注重集成電路和新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用當(dāng)今時(shí)代電子技術(shù)飛躍發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，課程設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)教材的滯后性。在電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用集成電路，特別是集成運(yùn)算放大器和某些專用芯片（如模擬乘法器、鎖相環(huán)）作為電路的重要構(gòu)件，體現(xiàn)出現(xiàn)代電子電路的設(shè)計(jì)是各種集成電路構(gòu)件的組合的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，尤其是將模擬電路、數(shù)字電路與微處理器相結(jié)合，以數(shù)字電路為主，軟硬件結(jié)合，以硬件電路設(shè)計(jì)為主，符合現(xiàn)代電子電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。例如我們?cè)瓉斫?jīng)常選定分立元件OTL和OCL功放電路設(shè)計(jì)課題，隨著目前大量的集成功放芯片的上市，我們就把這些課題內(nèi)容并入《集成電路音響放大器》、《音頻信號(hào)發(fā)生器》等課題中。又如在數(shù)字脈搏計(jì)課題中，介紹了鎖相倍頻的新概念，同時(shí)介紹了集成電路CC4046和C14526構(gòu)成的鎖相倍頻電路。通過這些課題設(shè)計(jì)將一些集成電路的工作原理以及使用方法介紹給學(xué)生，并在實(shí)踐中得到練習(xí)，使所學(xué)的理論知識(shí)更加豐富。
選擇適應(yīng)專業(yè)需要，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的課題為了拓寬學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，使學(xué)生對(duì)專業(yè)有所認(rèn)識(shí)和了解，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣和學(xué)習(xí)的積極性，在課程設(shè)計(jì)中引入了一些結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的課題。例如數(shù)字轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)與頻率計(jì)設(shè)計(jì)，由于轉(zhuǎn)速測量在工業(yè)控制領(lǐng)域和人們的日常生活中經(jīng)常遇到，在工廠里測電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速，自行車?yán)锍虦y速計(jì)，心率計(jì)以及汽車時(shí)速的測量等都屬于這一范疇。又如PWM（電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)），由于該系統(tǒng)在工業(yè)控制的調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用，同時(shí)，又由于該系統(tǒng)由脈寬調(diào)制器和脈沖放大器兩大部分組成，而脈寬調(diào)制器又包括鋸齒波發(fā)生器和電壓比較器，密切地聯(lián)系了電子技術(shù)課程的基本內(nèi)容。這些課題對(duì)掌握基礎(chǔ)知識(shí)，開闊學(xué)生的視野，增強(qiáng)對(duì)專業(yè)課的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)的積極性都能起到較大的作用。
注意選擇和后續(xù)專業(yè)課有關(guān)的課題為對(duì)電子技術(shù)課程的進(jìn)一步提高和為后續(xù)課程打下一定基礎(chǔ)，可考慮選擇一些模擬電路和數(shù)字電路綜合性的課題，以使學(xué)生對(duì)電子技術(shù)有一個(gè)全面的、綜合的認(rèn)識(shí)，對(duì)后續(xù)專業(yè)課有一定了解，為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。例如《調(diào)速系統(tǒng)的給定積分器》課題。
課程設(shè)計(jì)的組織實(shí)施
以人為本，因材施教教師只在大思路上作一定的引導(dǎo)，對(duì)具體方案不做過多干預(yù)，只起組織、引導(dǎo)、檢查、把關(guān)和解決一些疑難問題的作用，放手讓學(xué)生大膽實(shí)踐，以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。我們的改進(jìn)做法是:在注重結(jié)論正確的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)整個(gè)設(shè)計(jì)方案實(shí)施的全過程，即使得出的結(jié)論不盡如人意，甚至是錯(cuò)的，只要學(xué)生能找出其中的原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，仍然可獲得較好的成績;相反，如果結(jié)論是抄襲得來的，即便是正確的，設(shè)計(jì)成績也按不及格處理。如電子脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)課題，只給出設(shè)計(jì)方案的原理框圖，講明基本原理、總體構(gòu)思和適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)提要，在設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)要求，而具體的原理圖及元件的參數(shù)，集成電路的選擇，電路的安裝調(diào)試等工作則要求學(xué)生獨(dú)立完成，這樣做可培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和獨(dú)立解決問題的能力，學(xué)生的收獲更大。
虛實(shí)結(jié)合，重在“真品”（1）采用機(jī)輔分析。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，對(duì)電子電路或系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)分析和設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，它的應(yīng)用使得電路功能、參數(shù)的分析和設(shè)計(jì)都可以脫離具體對(duì)象，在構(gòu)筑于計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的虛擬環(huán)境中通過仿真處理而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。EDA技術(shù)已成為現(xiàn)代電子工程開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的支撐技術(shù)，在電子行業(yè)，Miltisim、Protel等電子仿真軟件，已成為電子工程設(shè)計(jì)的必備工具。學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)電子電路的分析是目前和今后發(fā)展的必然趨勢，將其應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)領(lǐng)域也是教學(xué)改革的方向。一是應(yīng)用Miltisim設(shè)計(jì)電路仿真。在學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)課題擬定初步方案后，要求他們先在電路仿真與分析軟件Milltisim平臺(tái)上對(duì)于所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，觀察電路功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，分析主要元器件參數(shù)對(duì)電路指標(biāo)的影響，初步了解電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的工作情況，在Milltisim平臺(tái)上調(diào)試電路使之達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，為電路的實(shí)調(diào)做準(zhǔn)備。二是應(yīng)用ProtelForWindows設(shè)計(jì)印刷電路板。在Milltisim仿真后，給學(xué)生介紹印刷電路板的自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件ProtelForWindows和設(shè)計(jì)印刷電路板的基本工程知識(shí)，要求學(xué)生應(yīng)用ProtelForWindows設(shè)計(jì)軟件繪制本組設(shè)計(jì)的電路原理圖并設(shè)計(jì)出印刷電路板圖。通過幾年課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，對(duì)有源濾波器、交流寬帶放大器、數(shù)字溫度計(jì)、數(shù)字鐘、交通燈控制器等設(shè)計(jì)課題采用MilltisimEDA軟件與虛擬樣機(jī)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，取得了較好的教學(xué)效果。（2）結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。近年來，全國各高校都開設(shè)了EDA技術(shù)的教學(xué)和實(shí)踐課程。對(duì)機(jī)電類專業(yè)的學(xué)生而言，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完電子技術(shù)理論課程后進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)的能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的能力和對(duì)電子產(chǎn)品實(shí)際安裝、調(diào)試的能力。如果學(xué)生沒有從原理圖設(shè)計(jì)開始一直做到樣機(jī)調(diào)試成功，經(jīng)歷整個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程，又如何能提高電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的作用?所以要將傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)與EDA技術(shù)的訓(xùn)練相結(jié)合，比較電路實(shí)測的性能和計(jì)算機(jī)的仿真結(jié)果，以認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)仿真在電路設(shè)計(jì)中所起的作用，使學(xué)生對(duì)EDA技術(shù)的了解不只是停留在軟件系統(tǒng)的操作上，而是對(duì)該技術(shù)在電子設(shè)計(jì)中所起的作用有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，能對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)有所幫助。
形成組合，團(tuán)結(jié)協(xié)作在組隊(duì)方面，采取電子設(shè)計(jì)競賽的組織方式，2～3人為一組，要求學(xué)生不僅要共同討論設(shè)計(jì)課題和選擇設(shè)計(jì)方案，還必須落實(shí)自己具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，如計(jì)算機(jī)輔助分析、硬件電路的制作、調(diào)試、資料的查閱、整理和總結(jié)等，有分工有合作，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。
【關(guān)鍵詞】核心競爭力 專利遏制戰(zhàn)略 集成電路
一、專利遏制戰(zhàn)略對(duì)我國集成電路產(chǎn)業(yè)核心競爭力的影響
跨國公司利用專利技術(shù)優(yōu)勢，推行技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)全球化。近些年，我國與外國的一系列專利費(fèi)糾紛都與跨國公司的專利戰(zhàn)略有關(guān)，削弱了我國企業(yè)的核心競爭力。
1、嚴(yán)重制約了我國IC企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新空間
由于集成電路是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，這個(gè)領(lǐng)域的專利技術(shù)競爭是最激烈的。美國作為全球高技術(shù)的中心，一直持有全球IC專利總量一半的數(shù)量，硅谷成為IC專利技術(shù)創(chuàng)新能力超強(qiáng)的創(chuàng)新中心，全國有INTEL、AMD和摩托羅拉等世界一流的IC業(yè)跨國公司。韓國IC專利競爭力后來居上，1999年，三星在美國專利申請(qǐng)排行榜上躍升到第四位，僅次于IBM、NEC和佳能。當(dāng)今世界高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的歐美日韓等國家在IC市場領(lǐng)域占有壟斷性地位，跨國公司與宗主國政府相互配合，正在實(shí)行IC專利全球化戰(zhàn)略，繪制自己的IC專利版圖。IC的核心專利技術(shù)及其市場是電子強(qiáng)國之間角逐的對(duì)象，跨國公司在高技術(shù)領(lǐng)域布滿了專利網(wǎng)絡(luò)，形成了許多專利陷阱，嚴(yán)重制約了我國IC企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。
近三十年來，我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)是依靠引進(jìn)外國技術(shù)發(fā)展起來的，產(chǎn)業(yè)總體技術(shù)自給率不足20%，尤其在核心技術(shù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)上落后于國際先進(jìn)水平5―10年，而集成電路領(lǐng)域尤其落后。我國IC產(chǎn)業(yè)專利申請(qǐng)總量不到世界總量的3%。1985―2003年，中國受理專利申請(qǐng)15969件，其中占71%是國外申請(qǐng)人提出的。也就是說，中國IC專利的版圖大部分被跨國公司占領(lǐng)。這表明，跨國公司的“專利網(wǎng)”控制了我國IC產(chǎn)業(yè)未來技術(shù)創(chuàng)新所需的大部分核心專利。例如，高通公司掌握了CDMA領(lǐng)域的大部分芯片的專利技術(shù)，諾基亞、摩托羅拉、愛立信在全球推行標(biāo)準(zhǔn)全球化，進(jìn)一步強(qiáng)化了他們的技術(shù)壟斷地位。跨國公司在全球申請(qǐng)專利，或者推行標(biāo)準(zhǔn)全球化，通過知識(shí)產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)等一系列制度性安排，進(jìn)一步強(qiáng)化了他們的領(lǐng)先地位，使我國IC企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新空間受到很大制約，嚴(yán)重影響了我國集成電路產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。
2、高筑專利壁壘，阻礙我國企業(yè)進(jìn)入國際市場
跨國公司精心設(shè)置了許多專利技術(shù)的貿(mào)易壁壘，形成了對(duì)我國企業(yè)進(jìn)入國際市場的高門檻壁壘。
（1）美國公司SigmaTel我國IC企業(yè)珠海炬力。珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司是一家本土IC設(shè)計(jì)企業(yè)。2004年被中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)為中國十大IC設(shè)計(jì)企業(yè)，2004年銷售排名位列三甲。憑借MP3 SoC產(chǎn)品在國際市場上的成功，2004年炬力集成被國際知名的市場調(diào)研機(jī)構(gòu)iSuppli評(píng)為中國大陸最成功的IC設(shè)計(jì)公司之一。至2004年，炬力集成在全球MP3芯片市場占有率排名第一。隨著市場占有率的快速提升，它成為外國公司專利戰(zhàn)略進(jìn)攻的重點(diǎn)對(duì)象。2005年1月，美國MP3播放器解碼芯片廠商SigmaTel向美國奧斯汀市聯(lián)邦法院提出訴訟，指控珠海炬力侵犯了SigmaTel便攜式MP3播放器用系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）控制器的數(shù)項(xiàng)專利，請(qǐng)求法庭禁止與珠海炬力芯片有關(guān)的產(chǎn)品在美國銷售，并提出經(jīng)濟(jì)索賠。2006年3月，美國國際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）就SigmaTel與珠海炬力（Actions Semiconductor）的專利訴訟案作出初步裁定，判決珠海炬力侵犯了SigmaTel的兩項(xiàng)專利，ITC行政法法官Paul Luckern建議發(fā)出禁止進(jìn)口令。SigmaTel選擇的訴訟時(shí)間恰好是消費(fèi)電子銷售是黃金時(shí)期。2005年1月6日，美國消費(fèi)電子展（CES）開幕，2005年3月10日，德國漢諾威消費(fèi)電子展舉行。作為全球最具影響力的消費(fèi)電子展會(huì)，它們是每年電子產(chǎn)品訂單的黃金時(shí)機(jī)。SigmaTel通過專利遏制手段，用專利訟訴方式尋求利益最大化，在國際市場上打壓珠海炬力，嚴(yán)重影響了裝有珠海炬力芯片的MP3播放器在美國的市場。
（2）臺(tái)積電三訴中芯國際。中芯跨國公司是中國最大、全球第三的集成電路代工企業(yè)，具備全球競爭力。中芯國際作為中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展龍頭，享有本土客戶、成本和地緣優(yōu)勢，并有望長期受益于中國IC產(chǎn)業(yè)環(huán)境的改善。中芯國際也是過去幾年全球增長最快的集成電路代工企業(yè)，2005年和2002年相比銷售收入增長了23倍。2003年，中芯國際的晶圓銷售額從5000萬美元激增至3.6億美元，一躍成為全球第四大芯片供應(yīng)商，成為臺(tái)積電極具威脅的競爭對(duì)手。從2003年12月開始的短短8個(gè)月里，臺(tái)積電就在美國3次中芯國際，告其專利侵權(quán)。2004年8月23日，即臺(tái)積電向ITC提交申訴資料后的第一個(gè)交易日，中芯國際在美國紐約證券交易所的股價(jià)下跌了1.4%，以9.86美元報(bào)收。這說明，專利訟訴對(duì)我國集成電路企業(yè)的影響是非常大的。
3、國內(nèi)高端市場被跨國公司壟斷，本土企業(yè)的IC產(chǎn)品擁擠在低端市場
跨國公司的專利技術(shù)優(yōu)勢在IC行業(yè)已經(jīng)形成了對(duì)我國市場的控制。不但利潤最高的CPU被英特爾、AMD等跨國公司占領(lǐng)，而且其他IC專利技術(shù)含量較高的市場，也是跨國公司的“勢力范圍”。國內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片市場一直被跨國公司壟斷，德州儀器、杰爾系統(tǒng)、摩托羅拉等的DSP芯片占據(jù)了全球80%的市場。在中國微控制器（MCU）芯片市場中，歐美日的跨國公司占據(jù)高端市場，在彩電、冰箱、洗衣機(jī)的家電市場以及MP3、機(jī)頂盒、CD的消費(fèi)電子領(lǐng)域，主要份額仍然由Toshiba、Philips、Renesas和Microchip等MCU大公司占據(jù)。IP已經(jīng)成為主流芯片設(shè)計(jì)的核心構(gòu)件，我國設(shè)計(jì)業(yè)的SoC產(chǎn)品的市場業(yè)績還欠佳，IP產(chǎn)業(yè)鏈的不完善已經(jīng)成為制約中國SoC設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展的瓶頸。Cadence、Synopsys和Mentor等跨國公司壟斷了EDA市場的主要份額。國內(nèi)唯一EDA研發(fā)企業(yè)中國華大的產(chǎn)品市場份額很小，尚未形成具有專利競爭力的EDA工具產(chǎn)品。我國IC設(shè)計(jì)公司還基本上依賴國外生產(chǎn)的設(shè)計(jì)工具。國內(nèi)IC產(chǎn)品擁擠在低端市場，主要是模擬電路、邏輯電路和中低端MCU，而無法提供通用和嵌入式CPU、存儲(chǔ)器、DSP等產(chǎn)品。國內(nèi)產(chǎn)品的應(yīng)用市場目前主要集中在消費(fèi)、IC卡和通信領(lǐng)域。國內(nèi)芯片制造云集在價(jià)值鏈的低端：交通、通信、銀行、信息管理、石油、勞動(dòng)保障、身份識(shí)別、防偽等。在近幾年全國IC設(shè)計(jì)業(yè)銷售額中，IC卡芯片設(shè)計(jì)所占比重一直是20%左右。我國IC產(chǎn)品檔次偏低，與國外IC產(chǎn)品每塊的平均單價(jià)2―3美元相比，國內(nèi)IC產(chǎn)品的平均單價(jià)不到2元人民幣，兩者相差很大。
4、高端產(chǎn)品和技術(shù)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，對(duì)外依存度不斷增大
2001年底加入WTO后，中國在全球貿(mào)易總量的比重從2001年的3%提高到目前的近10%。我國IC市場規(guī)模占全球的四分之一，已經(jīng)成為世界第二大IC市場。但我國高端產(chǎn)品和技術(shù)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，跨國公司占據(jù)了中國市場80%以上，尤其是國內(nèi)IC市場的高端產(chǎn)品被跨國公司占據(jù)，如通用CPU市場一直是Intel、AMD的天下，內(nèi)存芯片被三星等跨國公司控制，高通則在2.5GCDMA和3G手機(jī)芯片中享有絕對(duì)話語權(quán)。國內(nèi)IC設(shè)計(jì)企業(yè)只能占領(lǐng)MCU和智能卡芯片等低端市場。國產(chǎn)IC產(chǎn)品中以中低檔為主，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)IC市場的需求，只能依靠大量進(jìn)口IC來滿足國內(nèi)市場的需求。進(jìn)口的IC產(chǎn)品主要有存儲(chǔ)器（DRAM、閃存和SRAM）、嵌入式處理器、CPU、DSP、模擬器件和邏輯器件等。
2001―2005年，中國IC進(jìn)出口復(fù)合增長率均在50%左右。2004年，IC進(jìn)口額占我國高技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)口總額的37.4%，達(dá)到615億美元，是同期我國石油和石油制品進(jìn)口額的1.3倍。但從絕對(duì)額上看，2005年中國IC進(jìn)口820億美元，出口150億美元，進(jìn)出口逆差680億美元。2005年集成電路的進(jìn)口額比上年增長34.6%，占高技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)口總額的比重達(dá)到41.1%，達(dá)到845億美元。從銷售額來看，近幾年國產(chǎn)IC的國內(nèi)市場占有率不到20%。如果去掉IC出口的部分，國產(chǎn)IC的市場占有率不到10%。2000―2006年間，我國IC進(jìn)口從205.5億塊增長到856.9億塊，年均增長27%，占我國IC需求總量的98.14%。
我國IC產(chǎn)品的進(jìn)口價(jià)格明顯高于出口價(jià)格，跨國公司通過向我國大量出口高端IC獲取巨額利潤。IC價(jià)格的日益增長和整機(jī)產(chǎn)品價(jià)格的不斷下降，使得本土企業(yè)的中間制造環(huán)節(jié)的利潤不斷減少。例如，顯像管彩電平均單價(jià)由2000年的111.77美元下降到2005年的76.15美元，手機(jī)在配置不斷升級(jí)的情況下仍然從116美元下降到84.28美元，臺(tái)式PC也從705美元下降到618.6美元。這給我國集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新帶來了巨大的隱患。
二、應(yīng)對(duì)國外IC專利遏制戰(zhàn)略的對(duì)策與建議
國外IC專利遏制戰(zhàn)略并不是某家跨國公司單槍匹馬地實(shí)施，而是緊密結(jié)合其宗主國的國家安全戰(zhàn)略，依靠政府的力量，甚至以幾個(gè)國家政府的聯(lián)合力量為后盾，而且還常常是多個(gè)跨國公司結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，聯(lián)合起來遏制我國集成電路產(chǎn)業(yè)核心競爭力的發(fā)展。因此，我國要發(fā)展國家意志和政府組織優(yōu)勢，大力發(fā)展產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，提升IC專利競爭力，以及與跨國公司聯(lián)合進(jìn)行研究開發(fā)、共享專利，構(gòu)建和完善我國IC產(chǎn)業(yè)的專利體系，突破專利遏制包圍圈，提升我國集成電路產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。
1、以國力大力推進(jìn)IC重大項(xiàng)目，提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力
實(shí)施專利遏制戰(zhàn)略是一個(gè)系統(tǒng)工程，要發(fā)揮政府和企業(yè)等各種力量，綜合運(yùn)用軍事、政治、外交、經(jīng)濟(jì)、科技等各種手段。目前跨國公司專利遏制戰(zhàn)略與國家安全戰(zhàn)略相結(jié)合，遏制的手段進(jìn)一步升級(jí)和多樣化。因此，我國也要發(fā)揮中國政府資源組織能力的優(yōu)勢，把增強(qiáng)集成電路競爭力提升到國家意志層面來考慮，通過實(shí)施重大項(xiàng)目戰(zhàn)略，取得突破性進(jìn)展。在這方面，我們已經(jīng)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，例如由北京中星微電子有限公司研制開發(fā)的“星光”系列數(shù)字多媒體芯片，用于計(jì)算機(jī)等的圖像傳輸處理，實(shí)現(xiàn)了七大核心技術(shù)突破，擁有該領(lǐng)域200多項(xiàng)國內(nèi)外專利，技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先地位，榮獲2004年國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
另一個(gè)重要方面是，要通過重大項(xiàng)目推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，為集成電路產(chǎn)業(yè)的核心競爭力提供有效保護(hù)。因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是利潤和附加值的制高點(diǎn)，是核心競爭力的最大保護(hù)機(jī)制。誰擁有了集成電路產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，誰就擁有了該行業(yè)的話語權(quán)。跨國公司的專利戰(zhàn)略往往與標(biāo)準(zhǔn)融為一體，而核心專利技術(shù)被越來越多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所接納。目前我國在高新技術(shù)領(lǐng)域積極推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作取得了重要成果。例如目前電子信息產(chǎn)業(yè)已行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)六百多個(gè)，涉及集成電路、信息技術(shù)、電子元器件、電子設(shè)備、電子材料等多個(gè)領(lǐng)域。不少電子百強(qiáng)企業(yè)在政府的引導(dǎo)下，聯(lián)合制定擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，謀求我國電子信息產(chǎn)業(yè)核心專利的利益最大化，同時(shí)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)制定與專利技術(shù)的緊密結(jié)合，促進(jìn)核心競爭力的提升。在這方面，我國也有許多成功的案例。例如聯(lián)合信源數(shù)字音視頻技術(shù)（北京）有限公司承擔(dān)的“新一代數(shù)字音視頻技術(shù)AVS編解碼系統(tǒng)”開發(fā)，為我國構(gòu)建“技術(shù)―專利―標(biāo)準(zhǔn)―芯片與軟件―整機(jī)與系統(tǒng)制造―數(shù)字媒體運(yùn)營與文化產(chǎn)業(yè)”的完整產(chǎn)業(yè)鏈提供了難得的機(jī)遇，該項(xiàng)目獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。AVS的開發(fā)和專利池的模式，為電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可供參考的新模式。今后要進(jìn)一步通過重大項(xiàng)目來推進(jìn)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。
2、積極與世界一流IC公司構(gòu)建技術(shù)聯(lián)盟，共建專利池
在經(jīng)濟(jì)全球化的形勢下，跨國公司不可能協(xié)調(diào)一致地對(duì)我國企業(yè)推行全面遏制戰(zhàn)略；在推行專利遏制戰(zhàn)略的過程中，西方各國的跨國公司不可能在所有問題上都協(xié)調(diào)一致。因?yàn)榭鐕九c我國企業(yè)之間仍存在著許多共同利益，仍互有所求、互有所用。面對(duì)技術(shù)研發(fā)全球化的潮流，我國IC企業(yè)要加快國際聯(lián)合研發(fā)的步伐，通過與一流跨國公司結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，共建專利池，共同推進(jìn)新產(chǎn)品開發(fā)，爭取更大的國際市場份額。通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟達(dá)到合作共贏的目的，已成為全球各國提升電子信息產(chǎn)業(yè)核心競爭力的共同模式。跨國公司從現(xiàn)實(shí)利益出發(fā)，大多數(shù)執(zhí)行了比較務(wù)實(shí)的對(duì)華策略，與我國IC龍頭企業(yè)之間存在“既競爭又合作”關(guān)系。目前我國IC龍頭企業(yè)積極與跨國公司合作，積極構(gòu)建跨國聯(lián)盟，在IC技術(shù)創(chuàng)新的國際合作中取得了顯著的成就。例如，從2000年開始，電子發(fā)展基金連續(xù)三年共投入1250萬元，支持上海華虹“深亞微米數(shù)字CMOS技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目，它采用開放的方式與歐洲微電子研發(fā)中心共同進(jìn)行工藝開發(fā)、共享專利，開發(fā)出0.25微米、0.18微米的關(guān)鍵工藝。該項(xiàng)目與IMEC共享34項(xiàng)國際專利，已經(jīng)獲得國家專利局授權(quán)26項(xiàng)專利，受理專利申請(qǐng)104項(xiàng)。
當(dāng)前，我國IC企業(yè)與跨國公司合作從早期的合資、合作逐步轉(zhuǎn)為戰(zhàn)略聯(lián)盟。2003年，中芯國際（上海）應(yīng)用140nm和200mm晶圓技術(shù)為英飛凌代工存儲(chǔ)器芯片。技術(shù)與產(chǎn)品的互換協(xié)議是英飛凌向中芯提供110nm工藝技術(shù)和300mm晶圓生產(chǎn)技術(shù)，而英飛凌獲得存儲(chǔ)器IC產(chǎn)品的專有購買權(quán)。英飛凌（蘇州）的存儲(chǔ)器后端生產(chǎn)線，主要負(fù)責(zé)對(duì)存儲(chǔ)器芯片的組裝和測試工序，它每年的最大產(chǎn)能可達(dá)到10億塊存儲(chǔ)器芯片。2005年，韓國海力士半導(dǎo)體（Hynix）和意法半導(dǎo)體投資20億美元，在無錫建存儲(chǔ)器芯片前端制造廠，制造DRAM存儲(chǔ)器和NAND閃存芯片，2006年升級(jí)到了90納米制程。以“龍芯”、“方舟”、“眾志”、“C?鄢CORE”等嵌入式及專用CPU，“愛國者”圖像解壓縮、MP3、數(shù)字電視接收機(jī)信道、信源芯片等數(shù)字音視頻芯片，“華夏網(wǎng)芯”、“暢訊恒芯”等網(wǎng)絡(luò)芯片為代表的一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品相繼推向市場。從近幾年專利態(tài)勢跟蹤的情況看，國內(nèi)外企業(yè)的差距正在逐步縮小。這說明以IC龍頭企業(yè)為代表的自主創(chuàng)新，對(duì)我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和反專利遏制，發(fā)揮著不可或缺的作用。
3、國家財(cái)政應(yīng)更注重項(xiàng)目在產(chǎn)業(yè)鏈中的作用
產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)侵笜?gòu)成同一產(chǎn)業(yè)內(nèi)多有具有連續(xù)追加價(jià)值關(guān)系的活動(dòng)所構(gòu)成的價(jià)值鏈關(guān)系。電子信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)是指從產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，最能體現(xiàn)電子信息產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢、最具核心價(jià)值、最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，主要包括微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)和顯示技術(shù)等。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，產(chǎn)業(yè)鏈競爭模式逐步形成，并成為行業(yè)競爭的主導(dǎo)模式。企業(yè)核心競爭力的模式已經(jīng)逐漸從單純的產(chǎn)品競爭向產(chǎn)業(yè)鏈競爭模式發(fā)展，即依靠產(chǎn)業(yè)鏈的上下游廠商相互依存，并通過整合各方資源，建立起規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈。我國電子信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，門類齊全，已形成比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快、產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界前列，許多重要產(chǎn)品在全球具有較強(qiáng)的競爭力。但是，我國集成電路產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)Ш狻．a(chǎn)業(yè)鏈面臨上下游兩大瓶頸，半導(dǎo)體設(shè)備與材料主要依賴進(jìn)口，集成電路用半導(dǎo)體設(shè)備自給程度不到2%，半導(dǎo)體材料自給程度不到10%；集成電路與整機(jī)相脫節(jié)，研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用遇到極大障礙。特別是完整產(chǎn)業(yè)鏈的材料、裝備等環(huán)節(jié)配套能力不強(qiáng)，不能形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。究其成因，還是源于我國集成電路企業(yè)自主創(chuàng)新能力過于薄弱。產(chǎn)業(yè)鏈中每一個(gè)環(huán)節(jié)都是相互依存的，不同的環(huán)節(jié)發(fā)揮不同的作用，產(chǎn)業(yè)鏈上游和下游相互間只有良好合作、均衡發(fā)展，才能消除瓶頸，進(jìn)入良性循環(huán)。現(xiàn)在跨國公司專利遏制戰(zhàn)略的一個(gè)重要目的是加大對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的控制，它們?nèi)找鎸①Y源投向產(chǎn)業(yè)鏈上游的材料、芯片等環(huán)節(jié)，投向價(jià)值鏈上的研發(fā)與營銷等利潤厚的環(huán)節(jié)。
我國必須通過完善產(chǎn)業(yè)鏈、轉(zhuǎn)變價(jià)值鏈和提高產(chǎn)品附加值等措施來增強(qiáng)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的競爭力，促使我國成為真正的電子信息產(chǎn)業(yè)大國和強(qiáng)國。在這方面，我國電子發(fā)展基金一直高度重視，優(yōu)選了許多對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈和核心競爭力有重要作用的項(xiàng)目。例如，清華大學(xué)微電子學(xué)研究所承擔(dān)的國家電子基金項(xiàng)目――非接觸式IC卡集成電路芯片開發(fā)、硅片減薄及測試，所開發(fā)的產(chǎn)品市場穩(wěn)定、容量大，五年內(nèi)芯片模塊總需求量達(dá)十幾億塊。這對(duì)推動(dòng)我國IC產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展具有重要意義。2004年1月起與公安部第一研究所簽署采購合同并開始供貨，2004年度的采購量為1500萬只模塊，銷售收入累計(jì)超過1億元人民幣，新增利潤1005萬元，新增稅收171萬元。而國家財(cái)政支持集成電路的上游材料產(chǎn)業(yè)也很重要，例如電子基金支持寧波立立電子股份有限公司承擔(dān)了單晶硅外延片生產(chǎn)線技改的項(xiàng)目，使該公司成為國內(nèi)生產(chǎn)能力最大、設(shè)備最先進(jìn)的專業(yè)硅外延片制造企業(yè)，是國內(nèi)唯一擁有硅單晶錠、硅拋光片、硅外延片、器件、芯片制造完整產(chǎn)業(yè)鏈的硅材料制造商。
國家財(cái)政從產(chǎn)業(yè)鏈的角度選擇好重點(diǎn)支持的項(xiàng)目，不僅能促進(jìn)一個(gè)企業(yè)、一種產(chǎn)品的成功，甚至能在一個(gè)區(qū)域和一個(gè)國家范圍內(nèi)，形成一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)群，從而整體性地提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力。例如電子基金支持了珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司承擔(dān)項(xiàng)目――多媒體音頻、視頻及圖像編解碼處理器，使炬力公司的市場占有率快速提升，在消費(fèi)類IC領(lǐng)域的影響力迅速擴(kuò)大。特別是憑借MP3 SoC產(chǎn)品在國際市場上的成功，珠海炬力不但成為MP3多媒體芯片領(lǐng)域的市場領(lǐng)跑者，同樣也已成為快速崛起的中國IC設(shè)計(jì)行業(yè)的企業(yè)代表。炬力MP3 SoC的成功同時(shí)帶動(dòng)了MP3產(chǎn)品數(shù)十億美元產(chǎn)業(yè)鏈在華南地區(qū)的快速形成，促使中國華南地區(qū)成為全球MP3產(chǎn)品的主要輸出基地，為華南地區(qū)帶來了巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展收益。更有說明力的是，重郵信科承擔(dān)了基帶芯片項(xiàng)目。作為TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位之一的重郵信科，在TD-SCDMA基帶芯片、物理層軟件、協(xié)議棧軟件以及整機(jī)解決方案上具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，建立了清晰的芯片的產(chǎn)業(yè)鏈和手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，為TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過該項(xiàng)目產(chǎn)品的開發(fā)與投產(chǎn)，有助于帶動(dòng)TD-SCDMA整條產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對(duì)我國的通信產(chǎn)業(yè)起到了積極的推動(dòng)作用。同時(shí)，項(xiàng)目的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化將吸引國內(nèi)外手機(jī)廠商進(jìn)行多層次、多領(lǐng)域的合作，從而帶動(dòng)地方乃至全國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在我國在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈方面仍然有大量的工作要做，以數(shù)字電視為例，它是目前國際信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展前沿，并將與通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域融合，開創(chuàng)一個(gè)全新的數(shù)字化信息平臺(tái)。數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)將發(fā)展涉及整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的一個(gè)大型產(chǎn)業(yè)鏈，這是我們應(yīng)該把握的歷史性機(jī)遇。
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1. 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。
2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。
3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。
4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。
5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。
6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。
二、預(yù)習(xí)要求 3．分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。
4. 畫出定時(shí)搶答器的整機(jī)邏輯電路圖
三、設(shè)計(jì)原理與參考電路
1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置?quot;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。
圖11、1數(shù)字搶答器框圖
2．單元電路設(shè)計(jì)
(1) 搶答器電路
參考電路如圖11、2所示。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的 ＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置?quot;清除"然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表11、1為其功能表。
圖11、2 數(shù)字搶答器電路
表10、1 74LS148的功能真值表
(2)定時(shí)電路
圖11、3 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路
（3）報(bào)警電路 圖11、4 報(bào)警電路
（4）時(shí)序控制電路
時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：
①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。
②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。
③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。
圖 11、5 時(shí)序控制電路
四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
1. 數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。 3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。 5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法
1．組裝調(diào)試搶答器電路。
2．設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路，并進(jìn)行組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行減計(jì)時(shí)，當(dāng)減計(jì)時(shí)到零時(shí)，能輸出低電平有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。
3．組裝調(diào)試報(bào)警電路。
4．完成定時(shí)搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。
一、摘 要：數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。
關(guān)鍵字： 搶答電路 定時(shí)電路 報(bào)警電路 時(shí)序控制
Summary
The figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and host's switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through connect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.
Key word： Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling
三、方案論證與比較：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢：
1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則。
2、具有定時(shí)功能，在30秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊(duì)對(duì)本題棄權(quán)。
3、30秒時(shí)仍無人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。
四、總體設(shè)計(jì)思路：
（一）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：
1.搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。
2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。
3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。
4.搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。
5.參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。
6.如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。
（二）設(shè)計(jì)原理與參考電路
1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。
五、多功能硬件與軟件設(shè)計(jì)及其理論分析與計(jì)算：
各單元部分電路設(shè)計(jì)如下：
(1) 搶答器電路
參考電路如圖2所示。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的 ＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。
表1 74LS148的功能真值表 （3）報(bào)警電路 4）時(shí)序控制電路
時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：
①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。
②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。
③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 六、系統(tǒng)的組裝與調(diào)試及測試方法：
3塊實(shí)驗(yàn)電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路、報(bào)警電路及時(shí)序控制電路，根據(jù)EWB仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等。
在焊接過程中，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，心急時(shí)也有小組成員被電烙鐵燙傷的事發(fā)生。
制作的第一塊板即數(shù)字搶答電路板一開始測試時(shí)不能工作，又由于沒有穩(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，又用萬用表逐點(diǎn)排查，原來有虛焊的點(diǎn)。找出原因后并排斥故障后，電路板正常工作。深感欣慰！
制作第2塊板即可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路時(shí)，3位成員都已有了自我感覺十分嫻熟的焊接技術(shù)，不料忙中出錯(cuò)，重蹈覆轍，又有虛焊點(diǎn)。遂相互提醒，前事不忘，后事之師。
七、EWB仿真圖： 八、儀器：
1. 數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。 3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。 5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。
九、擴(kuò)展功能：
1、可以設(shè)計(jì)聲控裝置，在主持人說開始時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成清零并開始計(jì)時(shí)的功能。
2、在主持人讀題的過程中，禁止搶答，可以在主持人控制的開關(guān)上另接一個(gè)與圖2一樣的電路，即可實(shí)現(xiàn)“違規(guī)者可見”的功能，即在主持人讀題時(shí)如果有人違反比賽規(guī)定搶先按動(dòng)按鈕，顯示器可以顯示是哪個(gè)參賽隊(duì)搶先，便于作出相應(yīng)的處理。如果提供相應(yīng)的器材及時(shí)間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴(kuò)展功能，進(jìn)一步完善我們的作品。
十、心得體會(huì)：
經(jīng)歷數(shù)星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的3位成員除學(xué)習(xí)外均有一定的日常工作，數(shù)日來，為了這個(gè)競賽可謂廢寢忘食，在實(shí)驗(yàn)室里日出而作，日落不息。將所有的課余時(shí)間均奉獻(xiàn)給了這個(gè)比賽。
結(jié)果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測試失敗后的絕望、陷入困境時(shí)的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰(zhàn)的，只有通力合作才有可能成功。3位成員在數(shù)日里的朝夕相伴中培養(yǎng)出了無與倫比的默契和深厚的友誼。
由于前幾次去實(shí)驗(yàn)室比較晚，結(jié)果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上6點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室。于是，在零下的溫度下，我們陸續(xù)到達(dá)。途中數(shù)次感嘆，早晨的空氣真好。
除此之外，我們學(xué)會(huì)了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)了專心致志的工作學(xué)習(xí)習(xí)慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。
如果非要用一句話來概括我們的體會(huì)的話，那只能是：痛并快樂著。
十一、致謝：
感謝電氣工程學(xué)院提供者次比賽的機(jī)會(huì)；感謝長通公司提供電子器件；感謝電子實(shí)習(xí)基地提供場所及工具；感謝電子信息系主任王建元老師在我們陷入困境時(shí)的點(diǎn)撥；感謝我隊(duì)指導(dǎo)于建立同學(xué)對(duì)我們的切實(shí)指導(dǎo)；感謝02級(jí)學(xué)長學(xué)姐們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì)我們的幫助與鼓勵(lì)。
十二、 2.《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》歷雅萍、易映萍編；高等教育出版社
3.《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》彭介華 主編；高等教育出版社
4.《電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試》 謝自美主編；華中理工出版社
5.《經(jīng)典集成電路400例》任致程主編；機(jī)械工業(yè)出版社
2、《74系列芯片手冊(cè)》 重慶大學(xué)出版社 1999年9月 主編：李海 二、 參考元件 74LS00 74LS121 發(fā)光二極管 共陰極顯示器
目錄：
緒論
原理分析與電路設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：
1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
2）學(xué)習(xí)要求
3) 設(shè)計(jì)要求
二、元器件的功能和作用
-------集成電路定時(shí)器555及其基本應(yīng)用
三、設(shè)計(jì)原理與參考電路
1)數(shù)字搶答器總體方框圖
2)電路及其電路圖
四、整機(jī)電路設(shè)計(jì)
五、實(shí)驗(yàn)調(diào)試
六、電路的檢測方法
感想
緒論
數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一，數(shù)字邏輯器件已從60年代的小規(guī)模集成電路（SSI）發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路（MSI、LSI）及超大規(guī)模集成電（VLSI）。相應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法在不斷地演變和發(fā)展，由原來的單一的硬件邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成三個(gè)分支，即硬件邏輯設(shè)計(jì)（中、小規(guī)模集成器件）、軟件邏輯設(shè)計(jì)（軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器、單片機(jī)等）及兼有二者優(yōu)點(diǎn)的專用集成電路（ASIC）設(shè)計(jì)。
目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，電子測量儀表，電視，雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實(shí)現(xiàn)測量的自動(dòng)化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，，數(shù)字電子邏輯課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常關(guān)鍵的機(jī)會(huì)，通過這種綜合性訓(xùn)練，要學(xué)生達(dá)到以下的目的和要求：
1.結(jié)合課程中所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案。達(dá)到學(xué)有所用的目的.
2.學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊(cè)與資料，通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力。
這次課程設(shè)計(jì)是在我們指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，由我們學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成的，主要是對(duì)我們上學(xué)期所學(xué)≤數(shù)學(xué)電路與邏輯設(shè)計(jì)≥這門課程的一次復(fù)習(xí)和實(shí)際的應(yīng)用，主要訓(xùn)練和提高的有以下幾個(gè)方面：
1．復(fù)習(xí)編碼器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的工作原理。
2．設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路。
