时间：2023-06-07 09:10:42
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇集成电路与应用，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
本文分析了智能功率集成电路的发展历程、应用状况和研究现状，希望能抛砖引玉，对相关领域的研究有所贡献。
【关键词】智能功率集成电路 无刷直流电机 前置驱动电路 高压驱动芯片
1 智能功率集成电路发展历程
功率集成电路（Power Integrated Circuit，PIC）最早出现在七十年代后期，是指将通讯接口电路、信号处理电路、控制电路和功率器件等集成在同一芯片中的特殊集成电路。进入九十年代后，PIC的设计与工艺水平不断提高，性能价格比不断改进，PIC才逐步进入了实用阶段。按早期的工艺发展，一般将功率集成电路分为高压集成电路（High Voltage Integrated Circuit，HVIC）和智能功率集成电路（Smart Power Integrated Circuit，SPIC）两类，但随着PIC的不断发展，两者在工作电压和器件结构上（垂直或横向）都难以严格区分，已习惯于将它们统称为智能功率集成电路（SPIC）。
2 智能功率集成电路的关键技术
2.1 离性价比兼容的CMOS工艺
BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工艺是目前最主要的SPIC制造工艺。它将Bipolar，CMOS和DMOS器件集成在同一个芯片上，整合了Bipolar器件高跨导、强负载驱动能力，CMOS器件集成度高、低功耗的优点以及DMOS器件高电压、大电流处理能力的优势，使SPIC芯片具有很好的综合性能。BCD工艺技术的另一个优点是其发展不像标准CMOS工艺，遵循摩尔定律，追求更小线宽、更快速度。该优点决定了SPIC的发展不受物理极限的限制，使其具有很强的生命力和很长的发展周期。归纳起来，BCD工艺主要的发展方向有三个，即高压BCD工艺、高功率BCD工艺和高密度BCD工艺。
2.2 大电流集成功率器件
随着工艺和设计水平的不断提高，越来越多的新型功率器件成为新的研究热点。首当其冲的就是超结（SJ，Superjunction）MOS器件。其核心思想就是在器件的漂移区中引入交替的P/N结构。当器件漏极施加反向击穿电压时，只要P-型区与N-型区的掺杂浓度和尺寸选择合理，P-型区与N-型区的电荷就会相互补偿，并且两者完全耗尽。由于漂移区被耗尽，漂移区的场强几乎恒定，而非有斜率的场强，所以超结MOS器件的耐压大大提高。此时漂移区掺杂浓度不受击穿电压的限制，它的大幅度提高可以大大降低器件的导通电阻。由于导通电阻的降低，可以在相同的导通电阻下使芯片的面积大大减小，从而减小输入栅电容，提高器件的开关速度。因此，超结MOS器件的出现，打破了“硅极限”的限制。然而，由于其制造工艺复杂，且与BCD工艺不兼容，超结MOS器件目前只在分一立器件上实现了产品化，并未在智能功率集成电路中广泛使用。
其他新材料器件如砷化嫁（GaAs），碳化硅（SiC）具有禁带宽度宽、临界击穿电场高、饱和速度快等优点，但与目前厂泛产业化的硅基集成电路工艺不兼容，其也未被广泛应用于智能功率集成电路。
2.3 芯片的可靠性
智能功率集成电路通常工作在高温、高压、大电流等苛刻的工作环境下，使得电路与器件的可靠性问题显得尤为突出。智能功率集成电路主要突出的可靠性问题包括闩锁失效问题，功率器件的热载流子效应以及电路的ESD防护问题等。
3 智能功率集成电路的用
从20年前第一次被运用于音频放大器的电压调制器至今，智能功率集成电路已经被广泛运用到包括电子照明、电机驱.动、电源管理、工业控制以及显示驱动等等广泛的领域中。以智能功率集成电路为标志的第二次电子革命，促使传统产业与信息、产业融通，已经对人类生产和生活产生了深远的影响。
作为智能功率集成电路的一个重要分支，电机驱动芯片始终是一项值得研究的课题。电机驱动芯片是许多产业的核心技术之一，全球消费类驱动市场需要各种各样的电动机及控制它们的功率电路与器件。电机驱动功率小至数瓦，大至百万瓦，涵盖咨询、医疗、家电、军事、工业等众多场合，世界各国耗用在电机驱动芯片方面的电量比例占总发电量的60%-70%。因此，如何降低电机驱动芯片的功耗，提升驱动芯片的性能以最大限度的发挥电机的能力，是电机驱动芯片未来的发展趋势。
4 国内外研究现状
国内各大IC设计公司和高校在电机驱动芯片的研究和开发上处于落后地位。杭州士兰微电子早期推出了单相全波风扇驱动电路SD1561，带有霍尔传感器的无刷直流风扇驱动电路SA276。其他国内设计公司如上海格科微电子，杭州矽力杰、苏州博创等均致力于LCD，LED，PDP等驱动芯片的研发，少有公司在电机驱动芯片上获得成功。国内高校中，浙江大学、东南大学、电子科技大学以及西安电子科技大学都对高压桥式驱动电路、小功率马达驱动电路展开过研究，但芯片性能相比于国外IC公司仍有很大差距。
而在功率器件的可靠性研究方面，世界上各大半导体公司和高校研究人员已经对NLDMOS的热载流子效应进行了广泛的研究。对应不同的工作状态，有不同的退化机制。直流工作状态下，中等栅压应力条件下，退化主要发生在器件表面的沟道积累区和靠近源极的鸟嘴区；高栅压应力条件下，由于Kirk效应的存在，退化主要发生在靠近漏极的侧墙区以及鸟嘴区。当工作在未钳位电感性开关（UIS} Unclamped Inductive Switching）状态的时候，会反复发生雪崩击穿。研究表明，NLDMOS的雪崩击穿退化主要是漏极附近的界面态增加引起的，且退化的程度与流过漏极的电荷量密切相关。雪崩击穿时流过器件的电流越大，引起的退化也越严重。
参考文献
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论文关键词：数字电路与逻辑设计,教学模式,教学方法,实践教学
一、三本院校课程教学现状
三本学生中多才多艺的较多，平时开展各种社团活动比较频繁，学生自主创新思维活跃，但能够有条不紊自主学习的学生可能只有一少部分，许多学生对学习没有兴趣，课余时间几乎不学习。在教学过程中，刚开始学生还可以接受一些新知识，但随着教学的深入，学习难度的增大，学生感到了困难，随之学习的兴趣也越来越低，主动学习便是一句空话，学生也就是为了应付考试，甚至不少学生都是考前突击。这一特点在《数字电路与逻辑设计》课程的教学中也同样存在。要提高本课程的教学质量，我们在定位教学目标，设置教学内容，采用教学手段和方法的时候都必须以这一实际情况为前提。
二、教学理念，教育目标
三本教学有别于一本和二本，教学注重于学生应用能力和综合素质的培养，教学过程中突出培养学生应用知识，分析解决实际问题的能力，以学生为主体，以教师为主导，以教学为主线，树立能力培养目标为重中之重的思想，实现人才培养模式多元化，努力培养“宽口径、厚基础、强能力、高素质”，适应国际竞争和社会需求的应用型人才。三本教育要加强通识教育，注重文理渗透理工结合，体现本科教育的基础性和可发展性。努力探索人才培养新举措，深入推进人才培养模式改革，实现多元化人才培养新格局，大力实施“育人为本，全面发展”的人才培养战略，拓宽基础学科的范围和基础教学的内涵。
三、教材选取
考虑到三本学生理论基础较差，教材选取不应选择理论研究或理论推导比较复杂的教
材，否则会让学生还未涉及到重要的知识点就已经因为难度过大而丧失信心。教材选取要以应用为宗旨，强调理论与实践相结合。编写原则遵循由浅入深，通俗易懂，重点和难点采取阐述与比喻相结合，例题与习题相结合，实例与实验相结合，针对数字电路课程实践性强的特点，增加了与教材相应的实践环节教学内容。
四、教学内容
在三本的《数字电路与逻辑设计》教学中，应该注重基础教学，要求学生熟悉布尔代数的基本定律，掌握卡诺图与公式化简法；掌握数字电路中常用的基本单元电路和典型电路构成、原理与应用；掌握常用的中小规模组合逻辑电路和集成电路功能和设计方法。具有查阅集成电路器件手册，合理选用集成电路器件的能力。对集成芯片，重点分析电路的外特性和逻辑功，以一些典型集成电路为例介绍如何查阅集成电路手册、资料等，使学生学会在实际应用中正确选择和使用集成芯片[11]。
对于三本学生而言，在电路设计中要求学生掌握基本的设计方法，但可以适当降低对电路设计的要求，增强电路分析方法的教学。学生可以分析较复杂的电路，并且能够利用已有的电路进行修改，使电路满足自己设计的需要。
五、教学手段与教学方法
（一）采用现代化教学
《数字电路与逻辑设计》课程的特点就是电路图、逻辑图特别多，如果采用板书形式教学，既浪费课堂时间也达不到好的教学效果。教学过程中采用多媒体教学，可以使一些抽象的、难以解决的概念变得形象，易于学生接受。对于集成电路的分析和设计，为了增强演示效果，除了在PPT中添加更多的动画效果外，还可以采用Flash或Authorware软件制作动画效果，使电路的变化过程一目了然。
（二）结合实际教学
在授课过程中，针对三本学生可以结合生活中的应用举例，如目前LCD显示、数字温度计、十字路通灯控制、数字频率计、多媒体PC机里的显示卡、声卡是用数电中的数/模(D/A)转换实现图像显示和声音播放、制造业中的数控机床等都应用了数电技术。通过这些实例的介绍，可以使学生真正了解数字电路课程的重要性，从而提高对数字电路学习的兴趣和学习积极性。
（三）网络教学
网络教学可有两种方式，一是上传教师课堂教学过程的视频到校园网；二是教师制作图文并茂的课件，以及与该课程有紧密关系的资料一起上传到网上。目前大部分三本学生宿舍都可以登录校园网，学生可以在任何时间进行网络教学。网络教学的方式解决了学生传统的看书自学枯燥无味的问题。
六、实践教学
实践教学一般分为基础实验和课程设计两大部分。基础实验教学从属于理论教学，实验内容均为验证性实验。教师给出实验步骤、电路图，学生按部就班、验证结果，通过基础实验，使得学生对于课堂所学基本概念和方法的理解和掌握更加透彻，同时培养学生科学实验的精神和方法，训练严格严谨的工作作风。基础实验是理论和实际相互联系的一个重要教学环节，但是仅仅是这种以教师为主导的实验模式，不能激发起学生学习兴趣和积极性，学生仍然不善于综合运用所学知识分析和解决问题。课程设计的目标就是为了加强基础、拓宽知识面、增强学生的自主学习和工程实验能力、发展个性、启发创新、加强理论与实验。学生根据实验任务，自行设计电路和测试方案，增强学生自主学习能力，学生既动脑又动手，解决问题的能力大大提高[12]。
除此之外，还可以设置一些电子设计大赛，成立电子设计兴趣小组，在教师的指导下开展设计性和专题研究性实验，为希望进一步发展的学生提供良好的学习环境和创新研究场所，培养学生的团队协作精神，发挥学生学习的自主性和创造性，极大地提高学生的学习兴趣和动手能力。
七、结束语
随着高等教育的普及，三本学生的数量和质量也在日益增高，同时随着数字技术的广泛
普及，数字化社会已经到来，大规模、超大规模数字集成电路以其低功耗、高速度等特点， 应用越来越广泛。因此如何在有限的时间内使三本的学生扎实掌握数字电路基础知识理论和基本操作技能，培养分析问题、解决问题的能力，是教师在教学过程中需要认真思考的问题。使学生在传统的数字电路逻辑分析、逻辑设计思维训练的基础上进一步建立起现代数字电路的应用与设计思想，掌握现代电子技术的新技术和新器件，为走向实际工作岗位打下坚实的基础。
参考文献
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1、微电子技术的发展历程
自20世纪中期第一个集成电路研发成功之后，我们就进入了微电子技术时代，在半个多世纪的发展中，微电子技术被广泛应用在工业生产和国防军事领域，目前更是在商业领域中获得极大的应用和发展。并且在长期的发展进程中，微电子技术一直是以集成电路为主要的核心代表，也逐渐形成了一定的发展规律，最典型的莫过于摩尔定律。当然，集成电路的应用领域不断扩展也进一步刺激了微电子技术的快速发展。
在新事物的发展进程中，其发展规律和发展趋势势必要与需求相结合，并受需求的影响。微电子技术也不例外。在其发展进程中，微电子制造技术无疑是微电子技术最大的“客户”，正是因为微电子制造技术提出了各种应用需要，才使得微电子技术得到了快速发展。也可以说，微电子制造技术正是微电子设计技术与产品应用技术的“中介”，是将微电子技术设计猜想转化为实物的“桥梁”。但值得一提的是，这个实物转化的过程也会对微电子设计技术的发展产生影响，并直接决定着微电子器件的造价与功能作用。为此我们可以认为，在微电子技术的发展中，微电子制造技术是最重要的核心技术。
2、微电子制造技术的发展与制造工艺
在半个多世纪的发展中，微电子制造技术的应用主要体现在集成电路与分立器件的生产工艺上。集成电路和分立器件在制造工艺上并无太大区别，仅仅只是两者的功能与结构不一样。但是受电子工业发展趋势的影响，目前集成电路的应用范围相对更广，所以分立器件在微电子制造技术应用中所占的比重逐渐减少，集成电路逐渐成为其核心技术。
在集成电路的制造过程中，微电子制造技术主要被应用在材料、工艺设备以及工艺技术三方面上，并且随着产业化的发展，这三方面逐渐出现了产业分工现象。发展到今天，集成电路的制造产业分为了材料制备、前端工艺和后端工艺三大产业，这些产业相互独立运作，各自根据市场需求不断发展。
集成电路的种类有多种，相关的工艺也有差异，但各类集成电路制造的基本路径大致相同。材料制造包括各种圆片的制备，涉及从单晶拉制到外延的多个工艺，材料制造的主要工艺有单晶拉制、单晶切片、研磨和抛光、外延生长等几个环节，但并不是所有的材料流程都从单晶拉制走到外延，比如砷化稼的全离子注入工艺所需要的是抛光好的单晶片（衬底片），不需要外延。
前端工艺总体上可以概括为图形制备、图形转移和注入（扩散）形成特征区等三大步，其中各步之间互有交替。图形制备以光刻工艺为主，目前最具代表性的光刻工艺是45nm工艺，借助于浸液式扫描光刻技术。图形转移的王要内容是将光刻形成的图形转入到其他的功能材料中，如各种介质、体硅和金属膜中，以实现集成元器件的功能结构。注入或扩散的主要目的是通过外在杂质的进入，在硅片特定区域形成不同载流子类型或不同浓度分布的区域和结构。后端工艺则以芯片的封装工艺为主要代表。
3、微电子制造技术的发展趋势和主要表现形式
总体上，推动微电子制造技术发展的动力来自于应用需求和其自身的发展需要。作为微电子器件服务的主要对象，信息技术的发展需求是微电子制造技术发展的主要动力源泉。信息的生成、存储、传输和处理等在超高速、大容量等技术要求和成本降低要求下，一代接一代地发展，从而也推动微电子制造技术在加工精度、加工能力等方面相应发展。
从历史上看，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为代表的第三代半导体材料的发展，大都是因为后一代的材料在某些方面具备更为优越的性能。如砷化稼在高频和超高频方面超越硅材料，氮化稼在高频大功率方面超越砷化稼。从长远看，以材料的优越特性带动微电子器件及其制造技术的提升和跃进仍然是微电子技术发展的主要表现形式。较为典型的例子是氮化稼材料的突破直接带来蓝光和白光高亮LED的诞生，以及超高频超大功率微电子器件的发展。
微电子制造技术发展的第二个主要表现形式是自身能力的提升，其中主要的贡献来自于微电子制造设备技术的迅速发展和相关配套材料技术的同步提升。光刻技术的发展最能体现出微电子制造技术发展的这一特点。光刻技术从上世纪中期的毫米级一直发展到今天的32nm水平，光刻设备、掩模制造设备和光刻胶材料技术的同步发展是决定性因素。这方面技术的提升直接促使未来微电子制造水平的提升，主要表现在：一是圆片的大直径化，圆片将从目前的300mm（12英寸）发展到未来的450mm（18英寸）；二是特征尺寸将从目前主流技术的45nm发展到2015年的25nm。
微电子制造技术发展的第三个表现形式是多种制造技术的融合。这种趋势在近年来突出表现在锗硅技术和硅集成电路制造技术的兼容以及MEMS技术与硅基集成电路技术的融合。由此可以预见的是多种技术的异类集成将在某一应用领域集中出现，MEMS可能首当其冲，比如M压MS与MOS器件集成在同一芯片上。
4、结束语
综上所述，在科技的推动和电子科技市场需求的影响下，微电子技术得到了快速的发展，直接带动了以集成电路为核心的微电子制造技术水平的提升。现如今微电子制造技术已经能够实现纳米级的集成电路产品制造，为电子产片的更新换代提供了良好的材料支持。以当前科技的发展趋势来看，微电子制造技术在未来的电子器件加工中还将会有更大的发展空间，还需要我们加强研究，不断提高微电子制造技术水平。■
参考文献
[1]宋奇.浅谈微电子技术的应用[J].数字技术与应用.2011（03）
[2]李宗强.浅谈微电子技术的发展与应用[J].科教文汇（中旬刊）.2009（01）
论文关键词：集成电路，特点，问题，趋势，建议
引言
集成电路是工业化国家的重要基础工业之一，是当代信息技术产业的核心部件，它是工业现代化装备水平和航空航天技术的重要制约因素，由于它的价格高低直接影响了电子工业产成品的价格，是电子工业是否具有竞争力关键因素之一。高端核心器件是国家安全和科学研究水平的基础，日美欧等国均把集成电路业定义为战略产业。据台湾的“科学委员会”称未来十年是芯片技术发展的关键时期。韩国政府也表示拟投资600亿韩元于2015年时打造韩国的集成电路产业。
集成电路主要应用在计算机、通信、汽车电子、消费电子等与国民日常消费相关领域因此集成电路与全球GDP增长联系紧密，全球集成电路消费在2009年受金融危机的影响下跌9%的情况下2010由于经济形势乐观后根据半导体行业协会预计今年集成电路销售额将同比增长33%。
一、我国集成电路业发展情况和特点
有数据统计2009年中国集成电路市场规模为5676亿元占全球市场44%，集成电路消费除2008、2009年受金融危机影响外逐年递增，中国已成为世界上第一大集成电路消费国，但国内集成电路产量仅1040亿元，绝大部分为产业链低端的消费类芯片，技术落后发达国家2到3代左右，大量高端芯片和技术被美日韩以及欧洲国家垄断。
我国集成电路产业占GDP的比例逐年加大从2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增长远远超过国际上任何一个其他国家，是全球集成电路业的推动者，属于一个快速发展的行业。从2000年到2007年我国集成电路产业销售收入年均增长超过18%毕业论文提纲，增长率随着经济形势有波动，由于金融危机的影响2008年同比2007年下降了0.4%，2009年又同比下降11%，其中集成电路设计业增速放缓实现销售收入269.92亿元同比上升14.8%，由于受金融危机影响，芯片制造业实现销售收入341.05亿元同比下降13.2%、封装测试业实现销售收入498.16亿元同比下降19.5%。我国集成电路总体上企业总体规模小，有人统计过，所有设计企业总产值不如美国高通公司的1/2、所有待工企业产值不如台积电、所有封测企业产值不如日月光。
在芯片设计方面，我国主流芯片设计采用130nm和180nm技术，65nm技术在我国逐渐开展起来，虽然国际上一些厂商已经开始应用40nm技术设计产品了，但由于65nm技术成熟，优良率高，将是未来几年赢利的主流技术.设计公司数量不断增长但规模都较小，属于初始发展时期。芯片制造方面，2010国外许多厂商开始制造32nm的CPU但大规模采用的是65nm技术，而中国国产芯片中的龙芯还在采用130nm技术，中芯国际的65nm技术才开始量产，国产的自主知识产权还没达到250技术。在封装测试技术方面，这是我国集成电路企业的主要业务，也是我国的主要出口品，有数据显示我国集成电路产业的50%以上的产值都由封装产业创造，随着技术的成熟，部分高端技术在国内逐步开始开展，但有已经开始下降的趋势杂志网。在电子信息材料业方面，下一代晶圆标准是450mm，有资料显示将于2012年试制，现在国际主流晶圆尺寸是300mm，而我国正在由200mm到300mm过渡。在GaAs单晶、InP单晶、光电子材料、磁性材料，压电晶体材料、电子陶瓷材料等领域无论是在研发还是在生产均较大落后于国外，总体来说我国新型元件材料基本靠进口。在半导体设备制造业方面毕业论文提纲，有数据统计我国95%的设备是外国设备，而且二手设备占较大比例，重要的半导体设备几乎都是国外设备，从全球范围来讲美日一直垄断其生产和研发，台湾最近也有有了较大发展，而我国半导体设备制造业发展较为缓慢。
我国规划和建成了7个集成电路产业基地，产业集聚效应初步显现出来，其中长江三角洲、京津的上海、杭州、无锡和北京等地区,是我国集成电路的主要积聚地，这些地区集中了我国近半数的集成电路企业和销售额，其次是中南地区约占整个产业企业数和销售额的三分之一，其中深圳基地的IC设计业居全国首位，制造企业也在近一部壮大，由于劳动力价格相对廉价，我国集成电路产业正向成都、西安的产业带转移。
二、我国集成电路业发展存在的问题剖析
首先，我国集成电路产业链还很薄弱，科研与生产还没有很好的结合起来，应用十分有限，虽然新闻上时常宣传中科院以及大专院校有一些成果，但尚未经过市场的运作和考验。另外集成电路产品的缺乏应用途径这就使得研究成果的产业化难以推广和积累成长。
其次，我国集成电路产业尚处于幼年期，企业规模小，集中度低，资金缺乏，人才缺乏，市场占有率低，不能实现规模经济效应，相比国外同类企业在各项资源的占有上差距较大。由于集成电路行业的风险大，换代快，这就造成了企业的融资困难，使得我国企业发展缓慢，有数据显示我国集成电路产业有80%的投资都来自海外毕业论文提纲，企业的主要负责人大都是从台湾引进的。
再次，我国集成电路产业相关配套工业落后，产业基础薄弱。集成电路产业的上游集成电路设备制造的高端设备只有美日等几家公司有能力制造，这就大大制约了我国集成电路工艺的发展速度，使我国的发展受制于人。
还有，我国集成电路产成品处于产品价值链的中、低端，难以提出自己的标准和架构，研发能力不足，缺少核心技术，处于低附加值、廉价产品的向国外技术模仿学习阶段。有数据显示我国集成电路使用中有80%都是从国外进口或设计的，国产20%仅为一些低端芯片，而由于产品相对廉价这当中的百分之七八十又用于出口。
三、我国集成电路发展趋势
有数据显示PC机市场是我国集成电路应用最大的市场，汽车电子、通信类设备、网络多媒体终端将是我国集成电路未来增长最快应用领域. Memory、CPU、ASIC和计算机外围器件将是最主要的几大产品。国际集成电路产业的发展逐步走向成熟阶段，集成电路制造正在向我国大规模转移，造成我国集成电路产量上升，如Intel在2004年和2005年在成都投资4.5亿元后，2007年又投资25亿美元在大连投资建厂预计2010年投产。
另外我国代工产业增速逐渐放缓，增速从当初的20%降低到现在的6%-8%，低附加值产业逐渐减小。集成电路设计业占集成点设计业的比重不断加大，2008、2009两年在受到金融危机的影响下在其他专业大幅下降的情况下任然保持一个较高的增长率，而且最近几年集成电路设计业都是增长最快的领域，说明我国的集成电路产业链日趋完善和合理，设计、制造、封装测试三行业开始向“3：4：4”的国际通行比例不断靠近。从发达国家的经验来看都是以集成电路设计公司比重不断加大，制造公司向不发达地区转移作为集成电路产业走向成熟的标志。
我国集成电路产业逐渐向优势企业集中,产业链不断联合重组，集中资源和扩大规模，增强竞争优势和抗风险能力，主要核心企业销售额所占全行业比重从2004年得32%到2008年的49%，体现我国集成电路企业不断向优势企业集中，行业越来越成熟，从美国集成电路厂商来看当行业走向成熟时只有较大的核心企业和专注某一领域的企业能最后存活下来。
我国集成电路进口量增速逐年下降从2004年的52.6%下降为2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于进口量增速。预计2010年以后我国集成电路进口增速将小于出口增速，我国正在由集成电路消费大国向制造大国迈进。
四、关于我国集成电路发展的几点建议
第一、不断探索和完善有利于集成电路业发展的产业模式和运作机制。中国高校和中科院研究所中有相对宽松的环境使得其适合酝酿研发毕业论文提纲，但中国的高端集成电路研究还局限在高校和中科院的实验室里，没有一个循序渐进的产业运作和可持续发展机制，这就使得国产高端芯片在社会上认可度很低，得不到应用和升级。在产业化成果推广的解决方面。可以借鉴美国的国家采购计划，以政府出资在武器和航空航天领域进行国家采购以保证研发产品的产业化应用得以实现杂志网。只有依靠公共研发机构的环境、人才和技术优势结合企业的市场运作优势，走基于公共研发机构的产业化道路才是问题的正确路径。
第二、集成电路的研发是个高投入高风险的行业是技术和资本密集型产业，有数据显示集成电路研发费用要占销售额的15%，固定资产投资占销售额的20%，销售额如果达不到100亿美元将无力承担新一代产品的研发，在这种情况下由于民族集成电路产业在资金上积累有限，几乎没有抗风险能力，技术上缺乏积累，经不起和国际集成电路巨头的竞争，再加上我国是一个劳动力密集型产业国，根据国际贸易规律，资本密集型的研发产业倾向于向发达国家集中，要想是我国在未来的高技术的集成电路研发有一席之地只有国家给予一定的积极的产业政策，使其形成规模经济的优势地位，才能使集成电路业进入良性发展的轨道.对整个产业链，特别是产业链的低端更要予以一定的政策支持。由政府出资风险投资，通过风险投资公司作为企业与政府的隔离，在成功投资后政府收回投资回报退出公司经营，不失为一种良策。资料显示美国半导体业融资的主要渠道就是靠风险基金。台湾地区之所以成为全球第四大半导体基地台就与其6年建设计划对集成电路产业的重点扶植有密切关系，最近湾当局的“科学委员会”就在最近提出了拟扶植集成电路产业使其达到世界第二的目标。
第三、产业的发展可以走先官办和引进外资再民营化道路，在产业初期由于资金技术壁垒大人才也较为匮乏民营资本难于介入，这样只有利用政府力量和外资力量，但到一定时期后只有民营资本的介入才能使集成电路产业走向良性化发展的轨道。技术竞争有利于技术的创新和发展，集成电路业的技术快速更新的性质使得民营企业的竞争性的优势得以体现，集成电路每个子领域技术的专用化特别高分工特别细，每个子领域有相当的技术难度，不适合求小而且全的模式。集成电路产业各个子模块经营将朝着分散化毕业论文提纲，专业化的方向发展，每个企业专注于各自领域，在以形成的设计、封装、测试、新材料、设备制、造自动化平台设计、IP设计等几大领域内分化出有各自擅长的专业领域深入发展并相互补充，这正好适应民营经济的经营使其能更加专注，以有限的资本规模经营能力能够达到自主研发高投入，适应市场高度分工的要求，所以民间资本的投入会使市场更加有效率。
第四、技术引进吸收再创新将是我国集成电路技术创新发展的可以采用的重要方式。美国国家工程院院士马佐平曾今说过：中国半导体产业有着良好的基础，如果要赶超世界先进水平，必须要找准方向、加强合作。只有站在别人的基础上，吸取国外研发的经验教训，并充分合作才是我国集成电路业发展快速发展有限途径，我国资金有限，技术底子薄，要想快速发展只有借鉴别人的技术在此基础上朝正确方向发展，而不是从头再来另立门户。国际集成电路产业链分工与国家集成电路工业发展阶段有很大关系，随着产业的不断成熟和不断向我国转移使得我国可以走先生产，在有一定的技术和资金积累后再研发的途径。技术引进再创新的一条有效路径就是吸引海外人才到我国集成电路企业，美国等发达国家的经济不景气正好加速了人才向我国企业的流动，对我国是十分有利的。
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关键词：二极管；变阻特性；变容特性；非线性器件
中图分类号：TN710 文献标识码：B
文章编号：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 二极管的变阻与变容特性
二极管内部的核心是由2块P型、N型的半导体结合在一起形成的PN结。PN结的基本特性是单向导电，同时又具有电容特性，单向导电性表现为当加有正向电压时PN结的耗尽层厚度变小，呈现的电阻阻值极小，当加有反向电压时PN结的厚度变大呈现出较大的阻值，特别是硅材料的二极管，几乎是无限大，但当加的反向电压超过某一数值时其阻值瞬间变小几乎趋于零，这一现象称为反向击穿。二极管的反向击穿分2种：一种是雪崩击穿，另一种是齐纳击穿。雪崩击穿是损坏性的击穿是不可逆的，而齐纳击穿是可逆性的，一旦电压撤掉二极管会恢复原状。稳压二极管就是利用齐纳击穿特性制造的一种二极管，利用其反向特性当施加的反向电压低于某一数值时，二极管呈现出几乎无限大的电阻，即开路状态，当施加的电压达到击穿电压时，二极管流过较大的电流呈现出极小的电阻。稳压二极管的符号如图1所示。
综合二极管的上述导通、截止、反向击穿3个状态，其伏安特性曲线如图2所示。从图中即可看出二极管是一非线性器件，即在工作区阻值是变化的。
在二极管PN结耗尽层的两侧是N型、P型2种半导体，耗尽层是一个高阻层，这种结构正好符合电容的定义：两个彼此靠近而又相互绝缘的导体的组合，故二极管的两极之间存在一定的容性，这种容性表现在2个层面：一个是加正向电压时呈现的扩散电容，另一个是加反向电压时呈现出的势垒电容，平时利用电容的容性就是利用的加反向电压时呈现的势垒电容，例如制造的变容二极管就是这种器件，电路符号如图3所示。加上的反向电压愈高耗尽层厚度愈大，而PN结的正对面积不变，根据平行板电容器容量的计算公式C=εsd，其中ε为媒质的介电常数，s是极板正对面积，d是两极板之间的距离。显然变容二极管呈现的容量会随外加电压的升高而变小，当然普通二极管亦具有这种特性只不过没有变容二极管表现的明显。其容量随电压变化的关系曲线如图4所示。
图1 二极管的符号
图2 二极管的伏安特性
图3 变容二极管
2 在手机中的应用
2.1 变阻特性在手机中的应用
稳压二极管的变阻特性主要用在保护电路中。随着手机体积的小型化，内部电路的集成化程度愈来愈高，故电路板上出现了大规模和超大规模集成电路，这些电路与外部接口部件。例如听筒、话筒、耳机、电源等直接相连，而这些部分极易产生峰值较高的脉冲电压和静电感应电压，这些电压若损坏上述部件问题并不严重，但若通过这些部分将高电压脉冲传至集成电路，导致集成电路击穿损坏，从而使手机瘫痪是应重点考虑的问题。为此在这些部位往往利用稳压二极管的变阻特性限制该脉冲电压的出现，从而起到保护集成电路和手机的作用。
图4 容量随电压变化的关系曲线图
例：如图5所示，是诺基亚6150中的卡电路与电源模块集成电路的连接电路，SIM卡与卡座相连，卡座与电源块相连，由于卡座有时会处于悬空状态，SIM卡有时会带有静电干扰，V401内有4只稳压二极管，正常状态下由于SIM卡与N100相连的接线端电压较低，故V401中的二极管均处于截止状态，对手机的工作不产生任何影响，当由于静电干扰等原因使36，43，42，38各引脚出现尖脉冲并且脉冲电压超过一定的数值时极易损坏N100，但加上V401后当脉冲达到V401的击穿电压时，就会使V401击穿呈现出较小的电阻，从而将脉冲消除，起到了保护N100作用。
图5 6150下电路与电源模块集成电路的连接电路
再如图6所示，是诺基亚6150手机的充电电路，VIN是充电直流输入端电压4.8 V左右。通过保险丝，双向稳压二极管V100，电感L104进入充电集成电路N101的第①端，F101用于过流保护，V100利用其变阻特性实现过压保护。当输入端由于电压波动或极性接错时，为防止损坏N101，V100会导通从而起到对N101的保护作用，不致于使过高或过低的脉冲电压进入N101；当电压过高并超过一定数值时，V100击穿阻值瞬间变小，将电压限定在某一数值；当输入电压极性接并超过某一数值时，V100反向击穿导通，将加到N101第①端的负电压也限定在某一数值上，从而使N101第①脚的电压值不会过高或过低。
有时亦利用二极管正向导通时的变阻特性来达到保护电路的目的。二极管加上低于门限电压的正向电压时，其正向电阻很大，当达到门限电压时二极管开始导通，流过较大的电流呈现出较小的电阻，且一旦二极管导通后，流过的电流可以有较大的变化；但两端的电压几乎恒定不变，即其正向电阻随导通电流的变大而变小，并且有较大的变化范围；这样二极管正向导通时表现出的特性很象稳压数值等于门限电压的稳压二极管。
图6 诺基亚6150手机的充电电路
例如图7所示，是爱立信GF768/GF788手机话筒信号输入电路。N800为多模转换器集成电路，为防止由于静电干扰等原因注入到N8001515的脉冲电压过高，在话筒输入与3.2 V电源VDIG之间加有双二极管V811，当输入信号的电平低于-0.7 V时(门限电压)二极管1导通，当高于+3.2+0.7 V=3.9 V时，二极管2导通，这样通过V811将输入信号的电压限定在+3.9～-0.7 V之间。
图7 爱立信GF768/GF788手机话筒信号输入电路
2.2 变容特性在手机中的应用
手机既是一个接收机又是一个发射机，接收信号的频率与发射信号的频率受控于移动中心和基站。若频率偏离指定信道的中心频率过大，就会引起手机不入网，而频率的正确与否取决于手机内基准(主时钟)频率13 MHz正确与否，而13 MHz主时钟的振荡，除受13 MHz的晶振控制外，还受控于变容二极管，即13 MHz的频率受变容二极管的调整。例如图8所示，是爱立信GF768/GF788主时钟13 MHz的振荡电路。
图8 爱立信主时钟13 MHz的振荡电路
B500是13 MHz的晶振，他配合中频模块N500内的振荡电路构成13 MHz的振荡，振荡频率的准确与否，受VCXOCONT电压的控制。该电压加至变容二极管V210上，电压的变化引起V210容量的变化，他与B500并在一起，使整个电路总的容量发生变化，从而使振荡频率发生改变。
例：如图9所示，是诺基亚6150手机中13 MHz主时钟振荡电路，该电路是由振荡组件G650组成；VCC是供电端，AFC是自动频率控制端，GND为地线，OUT是输出端，振荡频率的稳定与准确受控于来自CPU的AFC电压，该电压加至组件内的变容二极管上。该电压的变化会
引起变容二极管容量的变化，从而引起电路振荡频率的变化，确保输出信号频率的稳定与正确。
图9 诺基亚6150手机中13 MHz主时钟振荡器
如图10所示，是摩托罗拉V8088(V998++)手机中二本振电路。振荡频率除取决于C967，C968，C994，L901外，还受CR259呈现的容量的影响；CR259上施加的电压来自鉴相器输出电压，鉴相器将该电路振荡的信号与标准信号进行频率比较，将差值转换为直流电压加到CR259上，使CR259呈现的容量发生改变，从而使振荡回路总的容量发生改变，进而振荡电路的振荡频率发生变化，直到其输出频率达到标准数值，鉴相器电压维持恒定，CR259容量恒定。
3 结 语
综上所述，二极管PN结所呈现的变阻特性与变容特性在手机中应用相当广泛，而且其阻值和容量是受PN结上施加电压的控制和影响。因此便于实现自动调节，克服了早期电路中使用手动电阻器、手动可变电容器带来的诸多缺点。因而在现代电子电路别是新型手机电路中，二极管的变阻性与变容性会得到进一步的开发和利用，使电路进一步优化。
图10 摩托罗拉V8088中的二本振电路
参考文献
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作者简介
【关键词】竞赛；集成电路；教学改革
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
集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色，几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展，集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命，是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件，提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务，为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说，竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会，这是任何课堂教学都无法替代的；对指导老师来说，竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念，改进落后的课程体系，积极寻求新的教学模式，真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进，切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛，获得了一些启示。
1.立足现实，拓宽应用
本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识，培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力，巩固和加深所学专业知识基础，推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展，并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。
2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别（本科生组33个组；研究生33个组），每组3人，进行笔试和上机操作。比赛相关规则：笔试阶段，采用闭卷形式，由各参赛队员独立完成，最终成绩计入小组总分；上机操作，以小组形式参加。
2.正确的指导思想
电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高，紧密结合教学实际，着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。
“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后，我们的指导思想是：参赛获奖不是最终目的，深人持久地开展教育教学改革，充分调动学生学习积极性，吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动，培养更多的优秀专业人才，才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业，他们对参赛学生的青睐，对于与学校合作的重视，也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流，学校与企业的紧密结合，才能更清楚市场对优秀毕业生的要求，进而能明确培养目标，并在平时的课程教学中加以渗透，在教学中不断改进；在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验，不断学习别人的长处，分析参赛中暴露的共性问题，在教育教学中不断改进；在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法；在参赛中提高学生的综合素质，培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才，才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。
3.准备认真，重在过程
承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。
在学科部领导和各位老师的努力下，在实验室老师的大力协助下，在华大九天公司培训人员的大力支持下，我们组织了两个阶段的集中培训，并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习，并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用，保证了良好的训练环境，营造了积极向上的参赛氛围。
在电子竞赛的准备过程中，适逢暑假，假期长，学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时，学生们还学习华大EDA软件，进行实际电路和版图绘制上机练习，培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备，学生需要综合运用所学知识，解决竞赛中遇到的各种问题，提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备，磨合了小组间的默契配合和分工，增进了师生情谊，提高了团队作战能力。通过竞赛准备，找出了自己在知识上的不足，明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质，树立了新的奋斗目标，产生了学习新的动力。
4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示
北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用，竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。
4.1 知识整合的系统教学思想
自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程，深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别，因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4]，同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解，在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5]，又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此，在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时，要紧密结合集成电路设计的要求，结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容，使学生不仅对处理器结构体系清楚，更熟悉各模块电路，如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的，培养学生系统的概念，掌握外部单元电路，如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路，从使用者的期望角度出发，来进行芯片的设计，既是使用者，又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时，紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构，具有整体的大的系统性设计概念，整合学生对各个课程的分离的知识内容，培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时，提高学生将理论与实践紧密结合，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。
4.2 改革传统的教学模式
我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰，在新的教育环境和教育目标下，他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心，以教材为中心”的课堂教学，决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位，很大程度地禁锢了学生的创造性思维，对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。
现代教育理论指出：指导学生从实践和探索中通过思考获取知识，又在解决问题的探索活动中，运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。
本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路，然后进行原理图的绘制，再次进行版图绘制，进而进行DRC、LVS等环节验证，并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表，构造出逻辑关系式，运用卡诺图化简得到最简电路，最后再绘制单元电路，设计出具体的CMOS电路和版图，并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中，指导老师可以参与指导，这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容，更有利于学生的竞赛，符合培养人才的现论要求。
学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、（仿真）、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛，使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程，培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点，在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作，小组成员只有密切配合，充分发挥各自的优势，保持坚韧不拔的精神，才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神，锻炼了学生的毅力和体力。
施教之功，贵在引导。可以看出，竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求，符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提，以形成技能为基点，以培养智能为重心，以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中，增大课程的实验内容，学生带着问题，进行学习，进行思考、小组讨论，经老师点拨，实现了运用所学理论解决实际问题的过程，既培养了学生的综合能力，又完成了教学任务，符合现代教育论的要求。
施教之旨，在于培养学习方法和思维方式，培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组，布置某一命题，发挥学生的主动性，引导他们查阅资料，分析归纳总结，并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好，获取了知识，又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。
5.引导学生参与科研，撰写学术论文
通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣，参与到老师平时的科研中，增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在广大同学中起到表率作用。
6.结束语
培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。
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致谢：竞赛工作是由国家自然基金赞助（No.60976028）；北京工业大学博士基金赞助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020
【关键词】D触发器；半静态；清零；版图
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
触发器是时序电路[1]，是在逻辑电路的移位、寄存和计数功能中被广泛采用的一种存储信息的功能部件[2]，它靠双稳态电路来保存信息。触发器的种类很多[3]，CMOS D型触发器是VLSI电路中最基本的也是应用最普遍的，它被广泛应用于移位和寄存[4]。D触发器的D代表延迟或数据,它的输出是发生在早于一个时钟脉冲之前的D输入的函数。在时钟脉冲期间，在D输入提供“1”会导致输出变为1，否则输出变为0。其真值表表明这种关系，其中Qn+1是时钟脉冲以后的Q输出，它取决于D的输入状态[4]。
常见的D触发器有：同步D触发器、主从型D触发器、新型半静态低功耗D触发器等[5]，本文对他们的结构、原理等方面进行分析比较，综合各自优缺点，优化最高频率，设计出一款新型主从型D触发器，经仿真该触发器的最高频率为356MHz。
2.新型D触发器的结构图
为了减小与时钟信号相关联的单元电路（如触发器）的消耗，本文提出了一种新的半静态触发器结构，并把其中的静态锁存器进一步改进为准静态型。
图1是所设计的新型由CMOS传输门和反相器构成的D触发器的结构图。反相器F1和传输门TG1、TG2组成了主触发器，与非门F2和传输门TG3、TG4组成了从触发器。TG1和TG3分别为主触发器和从触发器的输入控制门。反相器F4对时钟输入信号CP进行反相及缓冲，其输出CP和CP'作为传输门的控制信号。
根据CMOS传输门的工作原理和图中控制信号的极性标注可知：当传输门TG1、TG4导通时，TG2、TG3截止；反之，当TG1、TG4截止时，TG2、TG3导通。
当，时，TG1导通TG2，截止，D端输入信号送入主触发器中，使,，但这时主触发器尚未形成反馈连接,不能自行保持。、跟随D端的状态变化；同时，由于TG3截止，TG4导通，所以从触发器形成反馈连接，维持原状态不变，而且它与主触发器的联系被TG3切断。
当的上升沿到达（即跳变为1，下降为0）时，TG1截止，TG2导通，切断了D信号的输入，由于F1的输入电容存储效应，F1输入端电压不会立即消失，于是、在TG1截止前的状态被保存下来；同时由于TG3导通、TG4截止，主触发器的状态通过TG3和F3送到了输出端，使（CP上升沿到达时D的状态），而。
在，期间，的状态一直不会改变，直到下降沿到达时（即跳变为0，跳变为1），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又导通，主触发器又开始接收D端新数据，从触发器维持已转换后的状态。
可见，这种触发器的动作特点是输出端的状态转换发生在的上升沿，而且触发器所保持的状态仅仅取决于上升沿到达时的输入状态。正因为触发器输出端状态的转换发生在的上升沿（即CP的上升沿，所以这是一个CP上升沿触发的边沿触发器，CP上升沿为有效触发沿，或称CP上升沿为有效沿（下降沿为无效沿）。若将四个传输门的控制信号CP'和极性都换成相反的状态，则CP下降沿为有效沿，而上升沿为无效沿。
3.D触发器的电路
D触发器的最高时钟频率受到以下两个方面的限制：
（1）输出（Q或Q~）波形上升和下降时间的限制。如果输出的外接负载电容较大，则输出的波形受到负载电容的影响，都具有一定的上升和下降时间。随着时钟频率的提高，输出频率也要随之提高。如果输出波形由方波变为三角波，甚至输出幅度下降，就不能满足二分频输出。
（2）内部信号传输时，所产生的内部级延迟的限制。如果时钟脉冲宽度不能满足内部级的时延，则输出Q就不能成为时钟脉冲的二分频或输出不稳定。
为了要设计D型触发器，首先要对触发器内部进行时序分析，然后分析各级门在电路中所处的地位，进行合理的时延分配。作为主触发器，数据从D端输入，必须在时钟脉冲的后半周内完成数据的传输，并保存在住触发器中。
我们通过控制栅氧化层厚度来控制栅电容。用MOS器件的跨导和输出电容的比值（称之为速度优值）来表征COMS倒相器的速度性能。当增大CMOS倒相器的宽长比时，就增大了跨导，能提高优值；但宽长比的增大，本级的输出电容也随之增大，反而降低了优值。因而，计算一个合理的宽长比，使跨导大，电容小，具有最佳的速度优值。为了使CMOS倒相器获得最佳的性能，采用对称设计，使倒相器中的NMOS管和PMOS管性能完全对称。
新型的主从型D触发器的电路图如图2所示。在时钟CP周期为60ns，幅度U=5v的方波信号时所仿真到的工作波形如图3所示，Q在CP上升沿翻转，在下降沿不发生翻转，保持原状态不变，实现二分频，该触发器的最高频率为356MHz，达到D触发器的设计要求[6]：对应于每一CP信号有效沿（上升沿），输出状态翻转一次，计数工作正常。
4.版图设计
集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个必不可少的重要环节[7]，版图的好坏直接影响电路生产的成品率及可靠性。好的设计不但本身很少带来不可靠因素，而且对于工艺上难以避免的问题，也可预防或减弱其影响。通过集成电路版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面版图，再经过工艺加工还原为基于硅材料的立体结构[7]。
本文采用华润上华0.6μmN阱CMOS工艺在Cadence平台上设计D触发器构成的二分频器的版图[9]，如图4所示，由N Well图层、Active图层、N Select图层、P Select图层、Poly图层、Metal 1图层、Active Contact图层等构成，其芯片面积为46.500×40.350(μm)。
5.小结
论文中所设计的一款新型半静态带清零的D触发器芯片通过理论分析[10]与计算机模拟表明了新型D触发器与以往单锁存器D触发器结构相比具有以下特点：1）省去了传统设计中的时钟链，减少了时钟网络的功耗及时钟信号的延迟；2）使用的晶体管数少，只为传统设计的1/2，有效地减少芯片地占用面积；3）采用了动态锁存器结构，使之获得更低的功耗及占用更小的芯片面积；4）降低功耗效果显著。
由于在深亚微米情况下，存在较大的漏电流或亚阈值电流[7]，因此半静态触发器的应用会在某些场合受到一定的限制。
参考文献
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【关键词】集成电路;解调器;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
同步解调器的种类较多，早期同步解调器大多由二极管和变压器组成，虽然后期出现了采用集成模拟乘法器组成的电路，但是与集成化的单片相敏电路相比，二极管由于它的非线性，变压器的笨重限制了它的应用范围，采用了集成模拟乘法器的解调器，虽然在性能上有较大提高，但是由于调试复杂价格较高，也限制了它的应用;而高度集成化的单片同步解调器体积小，重量轻，相邻元件的匹配性和温度一致性较好，参数离散线性小，可靠性高，使用寿命长。因此单片集成化相敏电路在工业自动控制，自动检测技术，惯性导航技术和非电量技术等方面得到广泛应用。
2.电路工作原理
在电子技术的众多领域中，常常采用相敏检波器来把一个交流信息转换为直流电压信息，该交流信息与参考信息要求与参考信号的频率相等，通常，相敏检波器应用在被解调的交流信号和参考信号同步的条件下，即同相，或者反相，这就是同步解调器。他能取得较高的相检效率。
本文给出的设计电路由三部分组成，一个高精度差分运算放大器，一个精密比较器和一个模拟开关。需要特别指出：比较器的任意一端可与输入端相接，从而保证信号与参考信号的同步性，另一端则设定为比较器的参考端，保证比较器的输出为“1”的逻辑高电平或输出为“0”的逻辑低电平。电路原理图如图1所示：
图1 电路原理图
2.1 接法1：比较器的同相端与输入端相接，而反相端接地。
在输入交流信号的正半周内，，比较器输出为逻辑“1”的高电平，模拟开关闭合，等效为小电阻R4，这时等效电路如图2所示。
图2 等效电路图
根据虚短、虚断原理，对于电路反相端：
（2.1.1）
即：
（2.1.2）
对于电路同相端：
（2.1.3）
即：
（2.1.4）
设置R1=R2=R3=10K，由于模拟开关导通电阻较小，大约数十，所以，即：
（2.1.5）
在交流信号的负半轴内，，比较器输出为逻辑“0”的低电平，模拟开关开路，此时等效电路如图3所示：
图3 等效电路图
根据虚短、虚断原理，对于电路反相端：
（2.1.6）
即：
（2.1.7）
对于电路同相端：
（2.1.8）
（2.1.9）
由以上推导可知图形如图4所示。
图4
2.2 接法2：比较器的反相端与输入端相接，而同相端接地。
在输入交流信号的正半周内，，比较器输出为逻辑“0”的低电平，模拟开关开路，此时等效电路如图5所示：
图5 等效电路图
根据虚短、虚断原理，对于电路反相端：
（2.2.1）
即：
（2.2.2）
对于电路同相端： （下转第87页）（上接第25页）
（2.2.3）
（2.2.4）
在交流信号的负半轴内，，比较器输出为逻辑“1”的高电平，模拟开关闭合，等效为小电阻R4，这时等效电路如图6所示：
图6 等效电路图
图7
根据虚短、虚断原理，对于电路反相端：
（2.2.5）
即：
（2.2.6）
对于电路同相端：
（2.2.7）
即：
（2.2.8）
设置R1=R2=R3=10K，由于模拟开关导通电阻较小，大约数十，所以，即：
（2.2.9）
由以上推导可知图形如图7所示。
3.参数设计
为了优化以往解调器出现的输出电压噪声较大;整流后输出电压上时间后稳压性能较差，也就是时漂较大;正负半周波形对称性较差等问题，对设计电路中运算放大器部分，比较器部分以及模拟开关部分提出了了具体的参数要求。
3.1 运算放大器的设计
要求精度高，失调电压长时间稳定性较好，压摆率大，温度漂移量小。具体参数要求如表1所示：
表1 参数要求
输入失调电压 ≤25μv
输入失调电压温度漂移系数 ≤1.0μv/℃
失调电压长时间稳定性 ≤1.0μv/mo
转换速率 ≤1.0V/μs
3.2 比较器设计
要求传输延时较短，精度高，失调电压较小。具体参数要求如表2所示：
表2 参数要求
输入失调电压 ≤0.8mv
输入失调电压温度漂移系数 ≤5μv/℃
传输延时时间 ≤2μs
3.3 模拟开关
在集成电路的应用中，大多采用MOS管作为模拟开关。和双极模拟开关相比，MOS模拟开关有两个重大的优点：①控制器（栅极）与信号通路是绝缘的，因而控制通路与型号通路之间无直流通路;②当器件接通时，源极与漏极之间的导通电阻很小，几乎无直流漂移。具体参数如表3所示：
表3 参数要求
阈值电压 1.5V≤VTH≤6V
开关导通时间 ≤180ns
导通电阻 ≤25Ω
3.4 电路中电阻
要求采用多晶电阻，确保精度较高，匹配性较好。
4.流片及测试
通过国内某18V CMOS成熟工艺生产线进行流片，并完成相关测试。测试参数如表4所示：
表4 测试参数
最大不失真输入电压（有效值） Vimax ≥6 Vrms
静态功耗 PCO ≤300 mW
输出零位误差电压 VOZ 10 mV
输出零位误差电压温度系数* αVOZ ≤50 μv/℃
非线性度* γ ≤1 %
不对称性* δ ≤1 %
输出残余交流电压 VS ≤20 mV
最高工作频率 fmax ≥8 KHZ
极限输入电压 Vin ≤18 Vrms
5.结论
本文针对传统解调电路的缺点，设计了一种新的同步解调电路，经过实际测试系统使用证明，与传统解调电路相比，具有使用简单，成本较低，稳定性较好，使用较为灵活等优点。
参考文献
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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.
关键词: 应用型人才;微电子专业;素质教育
Key words: applied talents;microelectronics major;quality education
中图分类号:G64 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0234-02
0引言
微电子学是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多种学科基础上发展起来的一门新兴学科,是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校,南京邮电大学建校近50年来,正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展,国内外微电子学人才都十分紧缺,建立微电子学专业,也可为我国的 ASIC设计方面,培养急需的人才[1-6]。在现代科学和技术迅速发展的今天,社会要求大学的培养目标同经济发展的需要相结合,如果培养出来的学生能够适应社会的需求,不仅学生能有用武之地,找到自己的价值和自信,而且学校的知名度也得以提升。因此现今的学校越来越注重某一专门职业的培养,注重培养有能力,有效率的人。因此当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才,也更需要培养大量工程应用型人才。应用型人才培养模式的具体内涵是随着高等教育的发展而不断发展的,“应用型人才培养模式是以能力为中心,以培养技术应用型专门人才为目标的”。本科应用型是本科层次教育,既有着普通本科教育的共性,又有别于普通本科的自身特点,它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强,是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要,在一定的教育思想指导下,人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式[7]。
1培养应用型人才的措施探讨
培养应用型人才不是单方面的强化和提升,而是涉及到方方面面。比如,学校自身的特点,目标的定位,课程的设置等等,因此,培养应用型的人才可以采取以下措施:
1.1 明确学校和学科的特点和优势每一所高校都有自身的办学特色,每一个学科都有自身的历史传统。只有实事求是地综合分析学校已有的学科基础、特色、优势和不足,才能明确学科发展的科学定位,才能培养出有自身特色的专业人才[6]。微电子专业在我校还是一个新专业,如何把这个新专业做大做强,真正体现出南京邮电大学的微电子专业的专业特色,是一个值得探讨的问题。根据我校长期为IT行业培养人才和相关院系的基础和优势,设置了以通信集成电路设计为主要方向,并对专业方向的发展作了规划,同时兼顾工艺设计与器件设计。与此同时,确立我校微电子专业人才的培养目标为:根据学校的办学指导思想,树立“理科本科教育以培养应用基础和理工融合型人才为主,在坚持人才培养质量统一要求的基础上,鼓励学生个性化、多样化发展,强化学生的创新精神和实践能力培养”的教学工作指导思想。从教育理念上讲,应用型人才培养应强调以知识为基础,以能力为重点,知识能力素质协调发展。强调学生综合素质和专业核心能力的培养。侧重学科、专业知识的学习和专业能力的培养;培养适应社会主义现代化建设和信息产业发展需要,在德智体诸方面全面发展,具有较高思想道德、良好的科学文化素质、敬业精神和社会责任感,在拥有微电子学领域内扎实的理论基础上、还具备实验能力和专业知识,具有较强的创新精神和工程实践能力,能在应用微电子学、半导体技术及相关的电子信息科学领域从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作。
1.2 课程设置课程的设置是否合理对应用型人才的培养起到了至关重要的作用,其结构是否连贯、课程安排是否合理直接影响后续的教学培养工作。
1.2.1 课程的设置考虑到应用型人才的特点,必须根据行业的需求来安排和设置课程,在进行课程设置的时候,必须先进行广泛的调研,考虑到社会的实际需求,社会需要什么样的人才,对今后毕业生的去向有充分的了解,了解用人单位的性质,了解用人单位要求毕业生具备什么知识和能力,更重要的是,培养学生自学的能力、解决问题的能力、判断能力和创新能力。在微电子专业正式招生之前,我们组织教师到国内不少高校进行调研,并与多所学校的教师进行了交流。在广泛调研的基础上,我们了解了国内外、省内外的同类专业的发展状况和我校微电子专业的实力、优势及所处的地位,了解到国内外微电子学及集成电路设计人才都十分紧缺,为此,我们提出通讯集成电路和新型微电子器件作为我们的专业方向和特色,并在教学和科研中体现出来。为此,在课程设置上,我们必须在对已经投入适应的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善,将整个学科的课程结构体系,到具体到每一门课程的知识体系,都应该进行优化设计,以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的知识和能力:①掌握数学、物理等方面的基本理论和基本知识,具有较好的人文社会科学基础,并熟练掌握一门外语;掌握微电子学、半导体科学与技术的基本知识、基本理论和基本实验技能;②熟悉国家信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规;了解微电子学的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及信息产业发展状况。③具备较好的运用专业知识进行器件设计、集成电路设计的能力,成为工程应用型人才。
1.2.2 理论课程的内容针对江苏省和南京市的集成电路发展特色,以及南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况,适当加强通讯集成电路、新型微电子器件和光电集成的课程,体现专业特色。以能力培养为基础来设计的。在进行社会行业的调查中,首先考虑学生毕业后从事何种职业,然后对这种工作需要哪些能力和知识,根据工作的要求对教学终的课程进行专项的能力和综合能力。在通识基础课中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。学科基础课中设置了数理方程、概率论、信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业基础课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理,这些课程都是基础理论课程,是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到应用型人才的培养,在集成电路与CAD的课程设置上,不同于专业型人才的培养模式,专门设置了16小时的实验,加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中,专门将模拟和数字分开,设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计,这不同于其他院校的课程设置,应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识,加强了学生的集成电路分析和设计的能力。另外还设置了32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验,这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲,已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学,并筹备建立了微电子专业实验室,拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程,在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验;基于以上措施,建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程,涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。
1.2.3 实践课程的内容课程突出职业能力。对于应用型人才来讲,在学习过程中训练学生的职业技能是学生是否成功的关键之一;学习过程重点基于问题的学习,这是培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力的又一关键;学习过程还要培养学生的沟通能力。此外,还拟通过建立微电子专业实验室,开设微电子和半导体测试实验课,在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生。微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业,从集成电路的生成流程来看,其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。作为高等学校,而非生产厂家,不可能具备从前端到后端整个流程的实践条件,为此,我们拟对其中的主要环节开展实践教学。在实践型环节的课程设置中,通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中,设置了软件设计、微电子课程设计等,设计内容都是与本专业紧密相关,全面运用到所学的专业知识。同时建立校外实习基地,使学生能够初步了解芯片生产过程。通过参加国外IC CAD公司的大学计划、购置器件和工艺设计CAD工具,并通过和IC生产企业建立良好合作关系,建立生产实习基地。注重学生与工业界的直接联系。争取在毕业设计阶段,大部分学生的毕业设计都能在企业完成的,而且不少学生的第一个工作就是在所实习和进行毕业设计的单位里找到的。
1.3 师资队伍的建设没有高水平的师资队伍,培养高素质的人才也只能是纸上谈兵。而且本学院的主要任务就是能培养具有良好的学习、工作和创新的高级应用型人才,因此从这个方面来讲,没有年龄结构、学历结构、职称结构合理的高水平师资队伍,也是不能完成高校所承担的任务的。而且针对应用型人才的培养目标,师资队伍本身也要具备能培养应用型人才的能力和水平。
1.3.1 积极培养学科带头人培育创新型人才就要统筹考虑学科直接承担的教学、科研、服务三大职能的关系,加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。以中青年学科(术)带头人的培养为重点,并加大向青年骨干教师和一线教师倾斜的力度,创造一个公开、平等、竞争、择优的用人环境,营造一个和谐、宽松、温馨的工作氛围。学校要为人才成长创造一流的工作和实验条件,打造一个凝聚人心的事业平台,通过培养和引进,形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队,使其在学科建设中发挥突出作用。
1.3.2 在教师中增加培养应用型人才的意识目前,我校的微电子技术系拥有教师7名,平均年龄35岁以下,年轻教师占了90%以上。我们学院的老师都是从大学毕业直接来教大学,导致对学生的培养从源头上还是在按照“理论型”或“学术型”的培养模式在进行。因此,建立既具有深厚扎实的理论知识功底,又具有精通实践,有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的“双师型”教师队伍,培养高层次高质量的实用型、应用型教学人才迫在眉睫。今后学院应把如何培养“应用型教师”作为一个重要目标,来加强师资队伍的建设。在教师中增加培养应用型人才的意识。
积极筹措资金,进一步完善微电子设计、测试实验室,开出更多的实验项目,增加实验组数,鼓励教师在课程教学中增加设计、实验类的课时比例,让学生多动手动脑。鼓励教师积极申报应用型或工程类的项目,这样既可以满足一定的科研工作量,也可以让学生参与到项目中来锻炼学生的从事科研和工程技术类的工作,积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作,给学生提供实习、工作的机会和场所,也可以提高就业率。鼓励教师到国内外高校去做访问学者,积极参加国内外举办的国际会议,从而了解专业的最新发展、前沿问题,并开阔了眼界。设立专款建立青年教师培养基金,资助青年教师开展注重应用类的教学科研工作。在进行教学工作的同时,也与企业界密切合作进行科研工作和技术开发工作,保证自己在理论和技术方面的领先性,在授课时结合自己的研究成果、把新的观念、新的方法、新的理论传授给学生,当自己的研究成果转化为产品后,可以将最新产品和最新技术溶入工业中。
只要通过以上措施,从学科目标、理论课程、实践环节及师资队伍建设等工作常抓不懈,经过一定的阶段,一定会培养出高水平的拥有微电子学领域内扎实的理论基础、较强的创新精神和工程实践能力,从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作的应用型人才。
2小结
总的来说,微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。而国内外微电子学人才都十分紧缺,尤其注重某一专门职业的培养。因此我校也更需要培养大量的微电子方面的工程应用型人才。而培养应用型的人才必须采取的措施是:明确我校的特点和优势,以通信集成电路设计为主要方向,同时兼顾工艺设计与器件设计;在课程的设置上,必须根据行业的需求来安排和设置课程,除了基础理论课,也要大大加强实验和上机比例。在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生;同时在教师中增加培养应用型人才的意识,鼓励教师与公司、研究所合作,积极申报应用型或工程类的项目,让学生参与到项目中积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师给学生提供实习、工作的机会和场所。相信通过各方面的工作的配合,一定会培养出高质量的微电子学领域内的应用型人才,为我国的微电子工业做出贡献。
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课题内容设计合理与否，将直接影响到课程设计的综合训练效果。在具体课题内容设计时，应注意以下几点：
选择具有实用性和趣味性的课题从学生的实际水平出发，帮助学生选择适合自己的题目，使题目与理论知识密切相关，又具有较强的趣味性和实用性，与生产实际相结合。例如，要求学生组装一整的收音机、家居生活中能用到的声光控开关、门窗防盗报警器等。又如我们选用的《音乐彩灯控制器设计》、《多功能数字钟的电路设计》、《交通灯控制逻辑电路设计》等课题，学生做起来积极性很高。更重要的是通过这一过程，学生运用专业技能解决实际问题的综合能力得到了提高。
选择能综合应用理论知识的课题要求学生综合运用本课程的基本理论和知识，独立完成一项实际课题。通过查阅资料、线路设计、选择元器件、电路安装调试，使学生所学的基本理论和知识充分运用于解决实际问题。例如电子脉搏计这一课题，要应用到传感器、放大电路、有源滤波电路、整形电路以及数字电路中的各种门电路、触发器、计数器及译码、驱动显示电路。又如数字钟电路设计这一课题，数字钟是一个典型的数字电路系统，选此作为设计题目，可使学生将学过的比较零散的数字电路知识有机地、系统地联系起来用于实际，培养综合分析、设计电路的能力。还可选用有源滤波器的设计题目，使学生进一步加深领会运算放大器在信号处理电路中的应用，选用交流宽带放大器的设计，使学生对放大电路的三种不同组态的特点、应用场合以及电路的设计方法得到练习，并通过这个对基本放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、频带宽度以及引入负反馈对放大器性能的改善得到进一步的理解，同时提高学生理论联系实际的能力。
课题内容要注重集成电路和新技术、新产品的应用当今时代电子技术飞跃发展，新技术、新产品层出不穷，课程设计可以弥补教材的滞后性。在电路设计中，应尽量采用集成电路，特别是集成运算放大器和某些专用芯片（如模拟乘法器、锁相环）作为电路的重要构件，体现出现代电子电路的设计是各种集成电路构件的组合的先进设计理念，尤其是将模拟电路、数字电路与微处理器相结合，以数字电路为主，软硬件结合，以硬件电路设计为主，符合现代电子电路结构的发展方向。例如我们原来经常选定分立元件OTL和OCL功放电路设计课题，随着目前大量的集成功放芯片的上市，我们就把这些课题内容并入《集成电路音响放大器》、《音频信号发生器》等课题中。又如在数字脉搏计课题中，介绍了锁相倍频的新概念，同时介绍了集成电路CC4046和C14526构成的锁相倍频电路。通过这些课题设计将一些集成电路的工作原理以及使用方法介绍给学生，并在实践中得到练习，使所学的理论知识更加丰富。
选择适应专业需要，结合专业特点的课题为了拓宽学生的知识领域，使学生对专业有所认识和了解，提高学生对专业的兴趣和学习的积极性，在课程设计中引入了一些结合专业特点的课题。例如数字转速测试系统与频率计设计，由于转速测量在工业控制领域和人们的日常生活中经常遇到，在工厂里测电机每分钟的转速，自行车里程测速计，心率计以及汽车时速的测量等都属于这一范畴。又如PWM（电动机调速系统），由于该系统在工业控制的调速系统中得到广泛地应用，同时，又由于该系统由脉宽调制器和脉冲放大器两大部分组成，而脉宽调制器又包括锯齿波发生器和电压比较器，密切地联系了电子技术课程的基本内容。这些课题对掌握基础知识，开阔学生的视野，增强对专业课的认识，提高学习的积极性都能起到较大的作用。
注意选择和后续专业课有关的课题为对电子技术课程的进一步提高和为后续课程打下一定基础，可考虑选择一些模拟电路和数字电路综合性的课题，以使学生对电子技术有一个全面的、综合的认识，对后续专业课有一定了解，为后面的学习打好基础。例如《调速系统的给定积分器》课题。
课程设计的组织实施
以人为本，因材施教教师只在大思路上作一定的引导，对具体方案不做过多干预，只起组织、引导、检查、把关和解决一些疑难问题的作用，放手让学生大胆实践，以充分发挥学生的主动性和创造性。我们的改进做法是:在注重结论正确的同时，强调整个设计方案实施的全过程，即使得出的结论不尽如人意，甚至是错的，只要学生能找出其中的原因并提出相应的改进措施，仍然可获得较好的成绩;相反，如果结论是抄袭得来的，即便是正确的，设计成绩也按不及格处理。如电子脉搏计的设计课题，只给出设计方案的原理框图，讲明基本原理、总体构思和适当的设计提要，在设计任务书中给出原始数据及主要技术要求，而具体的原理图及元件的参数，集成电路的选择，电路的安装调试等工作则要求学生独立完成，这样做可培养学生的自学和独立解决问题的能力，学生的收获更大。
虚实结合，重在“真品”（1）采用机辅分析。电子设计自动化(EDA)技术是以计算机为工作平台，对电子电路或系统进行自动分析和设计的计算机辅助技术，它的应用使得电路功能、参数的分析和设计都可以脱离具体对象，在构筑于计算机平台上的虚拟环境中通过仿真处理而自动实现。EDA技术已成为现代电子工程开发与应用领域的支撑技术，在电子行业，Miltisim、Protel等电子仿真软件，已成为电子工程设计的必备工具。学习和掌握应用计算机对电子电路的分析是目前和今后发展的必然趋势，将其应用到课程设计领域也是教学改革的方向。一是应用Miltisim设计电路仿真。在学生根据设计课题拟定初步方案后，要求他们先在电路仿真与分析软件Milltisim平台上对于所设计的电路进行仿真，观察电路功能是否满足设计要求，分析主要元器件参数对电路指标的影响，初步了解电路静态和动态的工作情况，在Milltisim平台上调试电路使之达到技术指标，为电路的实调做准备。二是应用ProtelForWindows设计印刷电路板。在Milltisim仿真后，给学生介绍印刷电路板的自动化设计软件ProtelForWindows和设计印刷电路板的基本工程知识，要求学生应用ProtelForWindows设计软件绘制本组设计的电路原理图并设计出印刷电路板图。通过几年课程设计的实践，对有源滤波器、交流宽带放大器、数字温度计、数字钟、交通灯控制器等设计课题采用MilltisimEDA软件与虚拟样机，指导学生进行电子技术课程设计，取得了较好的教学效果。（2）结合传统设计。近年来，全国各高校都开设了EDA技术的教学和实践课程。对机电类专业的学生而言，电子技术课程设计是学生在学完电子技术理论课程后进行的一次综合性训练，其目的是培养学生综合运用所学理论知识的能力、独立设计电子产品的能力和对电子产品实际安装、调试的能力。如果学生没有从原理图设计开始一直做到样机调试成功，经历整个电子产品的设计、开发过程，又如何能提高电子技术课程设计的作用?所以要将传统课程设计与EDA技术的训练相结合，比较电路实测的性能和计算机的仿真结果，以认识计算机仿真在电路设计中所起的作用，使学生对EDA技术的了解不只是停留在软件系统的操作上，而是对该技术在电子设计中所起的作用有一个整体的认识，能对学生综合能力的培养有所帮助。
形成组合，团结协作在组队方面，采取电子设计竞赛的组织方式，2～3人为一组，要求学生不仅要共同讨论设计课题和选择设计方案，还必须落实自己具体的设计任务，如计算机辅助分析、硬件电路的制作、调试、资料的查阅、整理和总结等，有分工有合作，以培养学生的团队精神。
【关键词】核心竞争力 专利遏制战略 集成电路
一、专利遏制战略对我国集成电路产业核心竞争力的影响
跨国公司利用专利技术优势，推行技术专利化、专利标准化、标准全球化。近些年，我国与外国的一系列专利费纠纷都与跨国公司的专利战略有关，削弱了我国企业的核心竞争力。
1、严重制约了我国IC企业的技术创新空间
由于集成电路是高新技术产业的基础和核心，这个领域的专利技术竞争是最激烈的。美国作为全球高技术的中心，一直持有全球IC专利总量一半的数量，硅谷成为IC专利技术创新能力超强的创新中心，全国有INTEL、AMD和摩托罗拉等世界一流的IC业跨国公司。韩国IC专利竞争力后来居上，1999年，三星在美国专利申请排行榜上跃升到第四位，仅次于IBM、NEC和佳能。当今世界高技术产业发达的欧美日韩等国家在IC市场领域占有垄断性地位，跨国公司与宗主国政府相互配合，正在实行IC专利全球化战略，绘制自己的IC专利版图。IC的核心专利技术及其市场是电子强国之间角逐的对象，跨国公司在高技术领域布满了专利网络，形成了许多专利陷阱，严重制约了我国IC企业的技术创新。
近三十年来，我国高技术产业是依靠引进外国技术发展起来的，产业总体技术自给率不足20%，尤其在核心技术和关键环节上落后于国际先进水平5―10年，而集成电路领域尤其落后。我国IC产业专利申请总量不到世界总量的3%。1985―2003年，中国受理专利申请15969件，其中占71%是国外申请人提出的。也就是说，中国IC专利的版图大部分被跨国公司占领。这表明，跨国公司的“专利网”控制了我国IC产业未来技术创新所需的大部分核心专利。例如，高通公司掌握了CDMA领域的大部分芯片的专利技术，诺基亚、摩托罗拉、爱立信在全球推行标准全球化，进一步强化了他们的技术垄断地位。跨国公司在全球申请专利，或者推行标准全球化，通过知识产权和标准等一系列制度性安排，进一步强化了他们的领先地位，使我国IC企业的技术创新空间受到很大制约，严重影响了我国集成电路产业的核心竞争力。
2、高筑专利壁垒，阻碍我国企业进入国际市场
跨国公司精心设置了许多专利技术的贸易壁垒，形成了对我国企业进入国际市场的高门槛壁垒。
（1）美国公司SigmaTel我国IC企业珠海炬力。珠海炬力集成电路设计有限公司是一家本土IC设计企业。2004年被中国半导体行业协会评为中国十大IC设计企业，2004年销售排名位列三甲。凭借MP3 SoC产品在国际市场上的成功，2004年炬力集成被国际知名的市场调研机构iSuppli评为中国大陆最成功的IC设计公司之一。至2004年，炬力集成在全球MP3芯片市场占有率排名第一。随着市场占有率的快速提升，它成为外国公司专利战略进攻的重点对象。2005年1月，美国MP3播放器解码芯片厂商SigmaTel向美国奥斯汀市联邦法院提出诉讼，指控珠海炬力侵犯了SigmaTel便携式MP3播放器用系统级芯片（SoC）控制器的数项专利，请求法庭禁止与珠海炬力芯片有关的产品在美国销售，并提出经济索赔。2006年3月，美国国际贸易委员会（ITC）就SigmaTel与珠海炬力（Actions Semiconductor）的专利诉讼案作出初步裁定，判决珠海炬力侵犯了SigmaTel的两项专利，ITC行政法法官Paul Luckern建议发出禁止进口令。SigmaTel选择的诉讼时间恰好是消费电子销售是黄金时期。2005年1月6日，美国消费电子展（CES）开幕，2005年3月10日，德国汉诺威消费电子展举行。作为全球最具影响力的消费电子展会，它们是每年电子产品订单的黄金时机。SigmaTel通过专利遏制手段，用专利讼诉方式寻求利益最大化，在国际市场上打压珠海炬力，严重影响了装有珠海炬力芯片的MP3播放器在美国的市场。
（2）台积电三诉中芯国际。中芯跨国公司是中国最大、全球第三的集成电路代工企业，具备全球竞争力。中芯国际作为中国IC产业发展龙头，享有本土客户、成本和地缘优势，并有望长期受益于中国IC产业环境的改善。中芯国际也是过去几年全球增长最快的集成电路代工企业，2005年和2002年相比销售收入增长了23倍。2003年，中芯国际的晶圆销售额从5000万美元激增至3.6亿美元，一跃成为全球第四大芯片供应商，成为台积电极具威胁的竞争对手。从2003年12月开始的短短8个月里，台积电就在美国3次中芯国际，告其专利侵权。2004年8月23日，即台积电向ITC提交申诉资料后的第一个交易日，中芯国际在美国纽约证券交易所的股价下跌了1.4%，以9.86美元报收。这说明，专利讼诉对我国集成电路企业的影响是非常大的。
3、国内高端市场被跨国公司垄断，本土企业的IC产品拥挤在低端市场
跨国公司的专利技术优势在IC行业已经形成了对我国市场的控制。不但利润最高的CPU被英特尔、AMD等跨国公司占领，而且其他IC专利技术含量较高的市场，也是跨国公司的“势力范围”。国内的数字信号处理器（DSP）芯片市场一直被跨国公司垄断，德州仪器、杰尔系统、摩托罗拉等的DSP芯片占据了全球80%的市场。在中国微控制器（MCU）芯片市场中，欧美日的跨国公司占据高端市场，在彩电、冰箱、洗衣机的家电市场以及MP3、机顶盒、CD的消费电子领域，主要份额仍然由Toshiba、Philips、Renesas和Microchip等MCU大公司占据。IP已经成为主流芯片设计的核心构件，我国设计业的SoC产品的市场业绩还欠佳，IP产业链的不完善已经成为制约中国SoC设计业发展的瓶颈。Cadence、Synopsys和Mentor等跨国公司垄断了EDA市场的主要份额。国内唯一EDA研发企业中国华大的产品市场份额很小，尚未形成具有专利竞争力的EDA工具产品。我国IC设计公司还基本上依赖国外生产的设计工具。国内IC产品拥挤在低端市场，主要是模拟电路、逻辑电路和中低端MCU，而无法提供通用和嵌入式CPU、存储器、DSP等产品。国内产品的应用市场目前主要集中在消费、IC卡和通信领域。国内芯片制造云集在价值链的低端：交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等。在近几年全国IC设计业销售额中，IC卡芯片设计所占比重一直是20%左右。我国IC产品档次偏低，与国外IC产品每块的平均单价2―3美元相比，国内IC产品的平均单价不到2元人民币，两者相差很大。
4、高端产品和技术严重依赖进口，对外依存度不断增大
2001年底加入WTO后，中国在全球贸易总量的比重从2001年的3%提高到目前的近10%。我国IC市场规模占全球的四分之一，已经成为世界第二大IC市场。但我国高端产品和技术严重依赖进口，跨国公司占据了中国市场80%以上，尤其是国内IC市场的高端产品被跨国公司占据，如通用CPU市场一直是Intel、AMD的天下，内存芯片被三星等跨国公司控制，高通则在2.5GCDMA和3G手机芯片中享有绝对话语权。国内IC设计企业只能占领MCU和智能卡芯片等低端市场。国产IC产品中以中低档为主，远远不能满足国内IC市场的需求，只能依靠大量进口IC来满足国内市场的需求。进口的IC产品主要有存储器（DRAM、闪存和SRAM）、嵌入式处理器、CPU、DSP、模拟器件和逻辑器件等。
2001―2005年，中国IC进出口复合增长率均在50%左右。2004年，IC进口额占我国高技术产品进口总额的37.4%，达到615亿美元，是同期我国石油和石油制品进口额的1.3倍。但从绝对额上看，2005年中国IC进口820亿美元，出口150亿美元，进出口逆差680亿美元。2005年集成电路的进口额比上年增长34.6%，占高技术产品进口总额的比重达到41.1%，达到845亿美元。从销售额来看，近几年国产IC的国内市场占有率不到20%。如果去掉IC出口的部分，国产IC的市场占有率不到10%。2000―2006年间，我国IC进口从205.5亿块增长到856.9亿块，年均增长27%，占我国IC需求总量的98.14%。
我国IC产品的进口价格明显高于出口价格，跨国公司通过向我国大量出口高端IC获取巨额利润。IC价格的日益增长和整机产品价格的不断下降，使得本土企业的中间制造环节的利润不断减少。例如，显像管彩电平均单价由2000年的111.77美元下降到2005年的76.15美元，手机在配置不断升级的情况下仍然从116美元下降到84.28美元，台式PC也从705美元下降到618.6美元。这给我国集成电路产业的技术创新带来了巨大的隐患。
二、应对国外IC专利遏制战略的对策与建议
国外IC专利遏制战略并不是某家跨国公司单枪匹马地实施，而是紧密结合其宗主国的国家安全战略，依靠政府的力量，甚至以几个国家政府的联合力量为后盾，而且还常常是多个跨国公司结成战略联盟，联合起来遏制我国集成电路产业核心竞争力的发展。因此，我国要发展国家意志和政府组织优势，大力发展产业联盟，提升IC专利竞争力，以及与跨国公司联合进行研究开发、共享专利，构建和完善我国IC产业的专利体系，突破专利遏制包围圈，提升我国集成电路产业的核心竞争力。
1、以国力大力推进IC重大项目，提升产业核心竞争力
实施专利遏制战略是一个系统工程，要发挥政府和企业等各种力量，综合运用军事、政治、外交、经济、科技等各种手段。目前跨国公司专利遏制战略与国家安全战略相结合，遏制的手段进一步升级和多样化。因此，我国也要发挥中国政府资源组织能力的优势，把增强集成电路竞争力提升到国家意志层面来考虑，通过实施重大项目战略，取得突破性进展。在这方面，我们已经积累了一些经验，例如由北京中星微电子有限公司研制开发的“星光”系列数字多媒体芯片，用于计算机等的图像传输处理，实现了七大核心技术突破，拥有该领域200多项国内外专利，技术水平处于国际领先地位，荣获2004年国家科技进步一等奖。
另一个重要方面是，要通过重大项目推进标准战略，为集成电路产业的核心竞争力提供有效保护。因为产业标准是利润和附加值的制高点，是核心竞争力的最大保护机制。谁拥有了集成电路产品的标准，谁就拥有了该行业的话语权。跨国公司的专利战略往往与标准融为一体，而核心专利技术被越来越多的技术标准所接纳。目前我国在高新技术领域积极推进标准战略，技术标准工作取得了重要成果。例如目前电子信息产业已行业标准六百多个，涉及集成电路、信息技术、电子元器件、电子设备、电子材料等多个领域。不少电子百强企业在政府的引导下，联合制定拥有自主知识产权的技术标准，谋求我国电子信息产业核心专利的利益最大化，同时加强标准制定与专利技术的紧密结合，促进核心竞争力的提升。在这方面，我国也有许多成功的案例。例如联合信源数字音视频技术（北京）有限公司承担的“新一代数字音视频技术AVS编解码系统”开发，为我国构建“技术―专利―标准―芯片与软件―整机与系统制造―数字媒体运营与文化产业”的完整产业链提供了难得的机遇，该项目获得国家科技进步二等奖。AVS的开发和专利池的模式，为电子信息产业发展提供了可供参考的新模式。今后要进一步通过重大项目来推进产业标准体系的建设。
2、积极与世界一流IC公司构建技术联盟，共建专利池
在经济全球化的形势下，跨国公司不可能协调一致地对我国企业推行全面遏制战略；在推行专利遏制战略的过程中，西方各国的跨国公司不可能在所有问题上都协调一致。因为跨国公司与我国企业之间仍存在着许多共同利益，仍互有所求、互有所用。面对技术研发全球化的潮流，我国IC企业要加快国际联合研发的步伐，通过与一流跨国公司结成战略联盟，共建专利池，共同推进新产品开发，争取更大的国际市场份额。通过产业联盟达到合作共赢的目的，已成为全球各国提升电子信息产业核心竞争力的共同模式。跨国公司从现实利益出发，大多数执行了比较务实的对华策略，与我国IC龙头企业之间存在“既竞争又合作”关系。目前我国IC龙头企业积极与跨国公司合作，积极构建跨国联盟，在IC技术创新的国际合作中取得了显著的成就。例如，从2000年开始，电子发展基金连续三年共投入1250万元，支持上海华虹“深亚微米数字CMOS技术开发”项目，它采用开放的方式与欧洲微电子研发中心共同进行工艺开发、共享专利，开发出0.25微米、0.18微米的关键工艺。该项目与IMEC共享34项国际专利，已经获得国家专利局授权26项专利，受理专利申请104项。
当前，我国IC企业与跨国公司合作从早期的合资、合作逐步转为战略联盟。2003年，中芯国际（上海）应用140nm和200mm晶圆技术为英飞凌代工存储器芯片。技术与产品的互换协议是英飞凌向中芯提供110nm工艺技术和300mm晶圆生产技术，而英飞凌获得存储器IC产品的专有购买权。英飞凌（苏州）的存储器后端生产线，主要负责对存储器芯片的组装和测试工序，它每年的最大产能可达到10亿块存储器芯片。2005年，韩国海力士半导体（Hynix）和意法半导体投资20亿美元，在无锡建存储器芯片前端制造厂，制造DRAM存储器和NAND闪存芯片，2006年升级到了90纳米制程。以“龙芯”、“方舟”、“众志”、“C?鄢CORE”等嵌入式及专用CPU，“爱国者”图像解压缩、MP3、数字电视接收机信道、信源芯片等数字音视频芯片，“华夏网芯”、“畅讯恒芯”等网络芯片为代表的一批具有自主知识产权的产品相继推向市场。从近几年专利态势跟踪的情况看，国内外企业的差距正在逐步缩小。这说明以IC龙头企业为代表的自主创新，对我国高技术产业的发展和反专利遏制，发挥着不可或缺的作用。
3、国家财政应更注重项目在产业链中的作用
产业链是指构成同一产业内多有具有连续追加价值关系的活动所构成的价值链关系。电子信息产业的关键技术是指从产业链的角度出发，最能体现电子信息产业竞争优势、最具核心价值、最具发展潜力的技术，主要包括微电子技术、计算机技术、网络技术、通信技术、软件技术和显示技术等。在集成电路产业中，产业链竞争模式逐步形成，并成为行业竞争的主导模式。企业核心竞争力的模式已经逐渐从单纯的产品竞争向产业链竞争模式发展，即依靠产业链的上下游厂商相互依存，并通过整合各方资源，建立起规模经济效应的产业链。我国电子信息产业经过多年发展，门类齐全，已形成比较完整的产业链，产业发展速度快、产业规模居世界前列，许多重要产品在全球具有较强的竞争力。但是，我国集成电路产业的产业链失衡。产业链面临上下游两大瓶颈，半导体设备与材料主要依赖进口，集成电路用半导体设备自给程度不到2%，半导体材料自给程度不到10%；集成电路与整机相脱节，研发成果的产业化和应用遇到极大障碍。特别是完整产业链的材料、装备等环节配套能力不强，不能形成完整的产业链。究其成因，还是源于我国集成电路企业自主创新能力过于薄弱。产业链中每一个环节都是相互依存的，不同的环节发挥不同的作用，产业链上游和下游相互间只有良好合作、均衡发展，才能消除瓶颈，进入良性循环。现在跨国公司专利遏制战略的一个重要目的是加大对产业链和价值链的控制，它们日益将资源投向产业链上游的材料、芯片等环节，投向价值链上的研发与营销等利润厚的环节。
我国必须通过完善产业链、转变价值链和提高产品附加值等措施来增强我国集成电路产业的竞争力，促使我国成为真正的电子信息产业大国和强国。在这方面，我国电子发展基金一直高度重视，优选了许多对集成电路产业链和核心竞争力有重要作用的项目。例如，清华大学微电子学研究所承担的国家电子基金项目――非接触式IC卡集成电路芯片开发、硅片减薄及测试，所开发的产品市场稳定、容量大，五年内芯片模块总需求量达十几亿块。这对推动我国IC产业的技术进步、结构优化升级及相关产业链的发展具有重要意义。2004年1月起与公安部第一研究所签署采购合同并开始供货，2004年度的采购量为1500万只模块，销售收入累计超过1亿元人民币，新增利润1005万元，新增税收171万元。而国家财政支持集成电路的上游材料产业也很重要，例如电子基金支持宁波立立电子股份有限公司承担了单晶硅外延片生产线技改的项目，使该公司成为国内生产能力最大、设备最先进的专业硅外延片制造企业，是国内唯一拥有硅单晶锭、硅抛光片、硅外延片、器件、芯片制造完整产业链的硅材料制造商。
国家财政从产业链的角度选择好重点支持的项目，不仅能促进一个企业、一种产品的成功，甚至能在一个区域和一个国家范围内，形成一个庞大的产业群，从而整体性地提升产业核心竞争力。例如电子基金支持了珠海炬力集成电路设计有限公司承担项目――多媒体音频、视频及图像编解码处理器，使炬力公司的市场占有率快速提升，在消费类IC领域的影响力迅速扩大。特别是凭借MP3 SoC产品在国际市场上的成功，珠海炬力不但成为MP3多媒体芯片领域的市场领跑者，同样也已成为快速崛起的中国IC设计行业的企业代表。炬力MP3 SoC的成功同时带动了MP3产品数十亿美元产业链在华南地区的快速形成，促使中国华南地区成为全球MP3产品的主要输出基地，为华南地区带来了巨大的产业发展收益。更有说明力的是，重邮信科承担了基带芯片项目。作为TD-SCDMA产业联盟成员单位之一的重邮信科，在TD-SCDMA基带芯片、物理层软件、协议栈软件以及整机解决方案上具有显著的技术优势，建立了清晰的芯片的产业链和手机产业链，为TD-SCDMA产业的长足发展奠定了坚实的基础。通过该项目产品的开发与投产，有助于带动TD-SCDMA整条产业链的发展，对我国的通信产业起到了积极的推动作用。同时，项目的研发及产业化将吸引国内外手机厂商进行多层次、多领域的合作，从而带动地方乃至全国信息产业的发展。现在我国在集成电路产业链方面仍然有大量的工作要做，以数字电视为例，它是目前国际信息技术领域的一个发展前沿，并将与通信和计算机领域融合，开创一个全新的数字化信息平台。数字电视产业将发展涉及整个电子信息产业的一个大型产业链，这是我们应该把握的历史性机遇。
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1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
二、预习要求 3．分析与设计时序控制电路。
4. 画出定时抢答器的整机逻辑电路图
三、设计原理与参考电路
1．数字抢答器总体方框图
如图11、1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置?quot;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
图11、1数字抢答器框图
2．单元电路设计
(1) 抢答器电路
参考电路如图11、2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的 端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置?quot;清除"然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表11、1为其功能表。
图11、2 数字抢答器电路
表10、1 74LS148的功能真值表
(2)定时电路
图11、3 可预置时间的定时电路
（3）报警电路 图11、4 报警电路
（4）时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
图 11、5 时序控制电路
四、实验仪器设备
1. 数字实验箱。 3. 电阻 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. 三极管 3DG12 1只。
6. 其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。
五、实验内容及方法
1．组装调试抢答器电路。
2．设计可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。
3．组装调试报警电路。
4．完成定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
一、摘 要：数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
关键字： 抢答电路 定时电路 报警电路 时序控制
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、方案论证与比较：与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势：
1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
四、总体设计思路：
（一）设计任务与要求：
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
（二）设计原理与参考电路
1．数字抢答器总体方框图
如图11、1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
五、多功能硬件与软件设计及其理论分析与计算：
各单元部分电路设计如下：
(1) 抢答器电路
参考电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的 端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。
表1 74LS148的功能真值表 （3）报警电路 4）时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。 六、系统的组装与调试及测试方法：
3块实验电路板分别做成数字抢答器电路、可预置时间的定时电路、报警电路及时序控制电路，根据EWB仿真电路及工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。
在焊接过程中，由于经验不足多次发生虚焊或者相邻焊点接触导致短路等事故，心急时也有小组成员被电烙铁烫伤的事发生。
制作的第一块板即数字抢答电路板一开始测试时不能工作，又由于没有稳压电源而不能检验。情急之下，灵机一动，把3节干电池制成4.5伏电压源，又用万用表逐点排查，原来有虚焊的点。找出原因后并排斥故障后，电路板正常工作。深感欣慰！
制作第2块板即可预置时间的定时电路时，3位成员都已有了自我感觉十分娴熟的焊接技术，不料忙中出错，重蹈覆辙，又有虚焊点。遂相互提醒，前事不忘，后事之师。
七、EWB仿真图： 八、仪器：
1. 数字实验箱。 3. 电阻 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. 三极管 3DG12 1只。
6. 其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。
九、扩展功能：
1、可以设计声控装置，在主持人说开始时，系统自动完成清零并开始计时的功能。
2、在主持人读题的过程中，禁止抢答，可以在主持人控制的开关上另接一个与图2一样的电路，即可实现“违规者可见”的功能，即在主持人读题时如果有人违反比赛规定抢先按动按钮，显示器可以显示是哪个参赛队抢先，便于作出相应的处理。如果提供相应的器材及时间上的宽限，我想我们已定可以完成上述扩展功能，进一步完善我们的作品。
十、心得体会：
经历数星期的电子竞赛眼看尘埃落定，感觉忍不住要长出一口气。我们组的3位成员除学习外均有一定的日常工作，数日来，为了这个竞赛可谓废寝忘食，在实验室里日出而作，日落不息。将所有的课余时间均奉献给了这个比赛。
结果怎样已然不再重要，在这几日里，我们经历了阶段性成功的狂喜、测试失败后的绝望、陷入困境时的不知所措，重新投入的振作。这样的比赛是无法孤军作战的，只有通力合作才有可能成功。3位成员在数日里的朝夕相伴中培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。
由于前几次去实验室比较晚，结果没有空余的电脑可供使用，我们商量后，决定早上6点到实验室。于是，在零下的温度下，我们陆续到达。途中数次感叹，早晨的空气真好。
除此之外，我们学会了焊接电路板，掌握了书本以外的电子技术知识，培养了专心致志的工作学习习惯，懂得了相互之间的理解与体谅，可谓获益匪浅。
如果非要用一句话来概括我们的体会的话，那只能是：痛并快乐着。
十一、致谢：
感谢电气工程学院提供者次比赛的机会；感谢长通公司提供电子器件；感谢电子实习基地提供场所及工具；感谢电子信息系主任王建元老师在我们陷入困境时的点拨；感谢我队指导于建立同学对我们的切实指导；感谢02级学长学姐们在实验室对我们的帮助与鼓励。
十二、 2.《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编；高等教育出版社
3.《电子技术课程设计指导》彭介华 主编；高等教育出版社
4.《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编；华中理工出版社
5.《经典集成电路400例》任致程主编；机械工业出版社
2、《74系列芯片手册》 重庆大学出版社 1999年9月 主编：李海 二、 参考元件 74LS00 74LS121 发光二极管 共阴极显示器
目录：
绪论
原理分析与电路设计
一、设计内容与要求：
1）设计内容
2）学习要求
3) 设计要求
二、元器件的功能和作用
-------集成电路定时器555及其基本应用
三、设计原理与参考电路
1)数字抢答器总体方框图
2)电路及其电路图
四、整机电路设计
五、实验调试
六、电路的检测方法
感想
绪论
数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电（VLSI）。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件）、软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优点的专用集成电路（ASIC）设计。
目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会，通过这种综合性训练，要学生达到以下的目的和要求：
1.结合课程中所学的理论知识，独立设计方案。达到学有所用的目的.
2.学会查阅相关手册与资料，通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件类型和特性，并掌握合理选用的原则，培养独立分析与解决问题的能力。
这次课程设计是在我们指导老师的带领下，由我们学生自主设计并完成的，主要是对我们上学期所学≤数学电路与逻辑设计≥这门课程的一次复习和实际的应用，主要训练和提高的有以下几个方面：
1．复习编码器、十进制加/减计数器的工作原理。
2．设计可预置时间的定时电路。
