时间：2023-10-12 16:12:16
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篇集成电路设计的前景，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。
关键词 模拟集成电路 CAD 教学改革
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002—7661（2012）21—0006—01
在当今信息时代，微电子学的应用已经渗透到国民经济的各个领域。集成电路（ Integrated Circuit， IC）作为微电子技术的核心，是整个信息产业和信息社会最根本的技术基础。发展IC产业对提高技术的创新基础和竞争能力具有非常重要的作用，对国民经济发展、国防建设和人民文化生活等各方面都发挥着巨大的作用，也是一个国家参与国际化政治、经济竞争的战略产业。模拟集成电路是现实世界和数字化系统之间的桥梁，是现代信息化系统的关键技术之一。发展电子信息化，必须发展模拟IC技术。为了提高我国模拟IC电路的水平，不但要在产业化方面做出巨大的努力，还需培养出更多的高质量人才。事实上，模拟集成电路设计是一个实践性较强、实践内容多的微电子学专业的专业方向，因而在教学课程设置时不仅要努力加强理论教学，还需加强实践教学，提高学生的实践动手能力。《模拟集成电路CAD》课程作为模拟集成电路设计方向的核心基础课程，其教学的好坏关系到学生在模拟集成电路设计方面的发展前景。在此背景下，根据重庆邮电大学光电工程学院微电子学专业的实际情况，结合笔者多年集成电路实际工程经验以及多年教学实践，拟从以下几个方面对《模拟集成电路CAD》课程的教学改革进行探索。
一、理论教学，以培养学生分析设计能力为目标
《模拟集成电路CAD》是模拟集成电路设计方向的一门核心基础课，与其他电路基础课一样，具有承上启下的作用。而模拟集成电路具有概念细节多、理论较抽象、工程特征突出、电路结构多样等特点，在学习中学生普遍反映较难学习。在设置授课内容时，不仅要夯实专业基础和培养学生的分析与设计能力，还要尽量避免与《模拟CMOS集成电路》等课程的知识重复的问题。
根据教学大纲以及课程内容设置原则，《模拟集成电路CAD》理论教学定为32学时，并将讲授内容分为以下几部分：第一部分，MOS仿真模型及CMOS模拟集成电路CAD；第二部分，单元电路设计、仿真及分析；第三部分，偏置电路设计、仿真及分析；第四部，跨导放大器设计。在授课过程中，以简单CMOS模拟集成电路基本单元分析为主，复杂CMOS模拟集成电路分析为辅；以分析能力培养为主，设计能力培养为辅；激励学生CMOS模拟集成电路设计的兴趣。
二、实验教学，以培养学生实践动手能力为目标
实验教学的目的在于培养学生建立起CMOS模拟集成电路设计流程的概念、熟练掌握各个环境的工具使用，能解决模拟集成电路设计仿真过程出现的问题，促使理论知识的理解和深化，因而设置合理的实验体系具有重要意义。同时，Cadence、Synopsys、Mentor等最主流集成电路设计工具厂商提供的EDA工具是目前集成电路设计公司最广泛使用的工具。为了使学生在毕业后能很快适应岗位、能尽快进入角色，有必要使学生学习使用这类先进的EDA工具，从而真正帮助学生掌握CMOS模拟集成电路设计技术。根据这一原则，《模拟集成电路CAD》实验教学定为32学时，并开设如下几个实验：实验一，IC设计工具—Cadence的ADE与版图大师等的使用；实验二，CMOS两级运算放大器的设计、版图绘制与验证；实验三，CMOS带隙基准参考的设计、版图绘制与验证。在实验过程中，一人为一组，有利于培养学生的独立思考问题、解决问题的能力。
三、改革教学方法，丰富教学手段
教学内容体系确定后，采用什么样的教学方法与教学手段是非常重要的。采用有效的教学方法并结合先进的教学手段，不仅有利于培养学生获取知识的能动性，而且有利于培养学生独立发现问题、分析问题以及解决问题的能力，实现以教为中心到以学为中心的转换，突出学生在学习过程中的主动性，从而获得好的教学成果。
针对CMOS模拟集成电路具有概念细节多、理论较抽象、工程特征突出、电路结构多样等特点，在（下转第10页）（上接第6页）教学手段上以多媒体教学为主，传统黑板板书为辅，同时在课堂上以动画的形式展现当前CMOS模拟集成电路设计趋势及其技术特点，从而达到提高课堂教学质量的目的。
四、考核方式的改革
考核是对学习的结果做出评估，是反映教学效果的手段。而课程开设能否达到既定的教学目标，课程的考核方式有着比较重要的作用。传统的考核方式为试卷笔试与平时成绩结合的方式。针对《模拟CMOS集成电路》课程特点，考核方式作如下尝试：结合课程的专业特点，采用提交论文和现场答辩相结合的考核方式。针对课程的重点知识点，设计几个课外小题目，让学生通过查阅相关文献资料，完成电路设计并撰写小论文，从而增强学生独立思考与实践动手能力。在每个题目完成后，教师要求学生在提交论文时做好答辩ppt，并利用专门时间进行5分钟左右的答辩，并接受教师和同学的提问。这样可以引导学生更加重视实践性环节，强化技能水平的提高。
教学过程是一个不断探索、总结与创新的过程。要实现《模拟集成电路CAD》这门课的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。在今后的教学实践中，笔者将加强与同行交流学习，进一步完善教学内容、教学实践、教学方法、教学手段以及考核方式等，以期改善教学效果。
参考文献：
[1]徐世六.军用微电子技术发展战略思考[J].微电子学，2004，34（1）：l—6.
【关键词】集成电路 理论教学 改革探索
【基金项目】湖南省自然科学基金项目（14JJ6040）;湖南工程学院博士启动基金。
【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0255-01
随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展。集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1]。因此，对集成电路相关人才的需求也日益增加。目前国内不仅仅985、211等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了相关课程。课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装与测试等[2]。随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型以及可发展型的本科人才显得日益重要。然而，从目前我国各普通院校对集成电路的课程设置来看，存在着重传统轻前沿、不因校施教、不因材施教等问题，进而导致学生对集成电路敬而远之，退避三舍，学习积极性不高，继而导致学生的可发展性不好，不能适应企业的要求。
本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了本校当前“集成电路原理与应用”课程理论教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校电子科学与技术专业学生的专业兴趣，培养学生的创新意识。
1.“集成电路原理与应用”课程理论教学存在的主要问题
1.1理论性强，课时较少
对于集成电路来说，在讲解之前，学生应该已经学习了以下课程，如：“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”等。但是，由于这些课程的理论性较强，公式较多，要求学生的数学功底要好。这对于数学不是很好的学生来说，就直接导致了其学习兴趣降低。由于目前嵌入式就业前景比较好，在我们学校，电子科学与技术专业的学生更喜欢嵌入式方面的相关课程。而集成电路相关企业更喜欢研究生或者实验条件更好的985、211高校的毕业生，使得我校集成电路方向的本科毕业生找到相关的较好工作比较困难。因此，目前我校电子科学与技术专业的发展方向定位为嵌入式，这就导致一些跟集成电路相关的课程，如“微电子工艺”、“晶体管原理”、“半导体物理”等课程都取消掉了，而仅仅保留了“模拟电子技术”和“数字电子技术”这两门基础课程。这对于集成电路课程的讲授更增加了难度。“集成电路原理与应用”课程只有56课时，理论课46课时，实验课10课时。只讲授教材上的内容，没有基础知识的积累，就像空中架房，没有根基。在教材的基础上额外再讲授基础知识的话，课时又远远不够。这就导致老师讲不透，学生听不懂，效果很不好。
1.2重传统知识，轻科技前沿
利用经典案例来进行课程教学是夯实集成电路基础的有效手段。但是对于集成电路来说，由于其更新换代的速度非常快，故在进行教学时，除了采用经典案例来夯实基础外，还需紧扣产业的发展前沿。只有这样才能保证人才培养不过时，学校培养的学生与社会需求不脱节。但目前在授课内容上还只是注重传统知识的讲授，对于集成电路的发展动态和科技前沿则很少涉及。
1.3不因校施教，因材施教
教材作为教师教和学生学的主要凭借，是教师搞好教书育人的具体依据，是学生获得知识的重要工具。然而，我校目前“集成电路原理与应用”课程采用的教材还没有选定。如：2012年采用叶以正、来逢昌编写，清华大学出版社出版的《集成电路设计》;2013年采用毕查德・拉扎维编写，西安交通大学出版社出版的《模拟CMOS集成电路设计》;2014年采用余宁梅、杨媛、潘银松编著，科学出版社出版的《半导体集成电路》。教材一直不固定的原因是还没有找到适合我校电子科学与技术专业学生实际情况的教材，这就导致教师不能因校施教、因材施教。
2.“集成电路原理与应用”课程理论教学改革
2.1选优选新课程内容，夯实基础
由于我校电子科学与技术专业的学生，没有开设“半导体物理”、“晶体管原理”、“微电子工艺”等相关基础课程，因此理想的、适用于我校学生实际的教材应该包括半导体器件原理、模拟集成电路设计、双极型数字集成电路设计、CMOS数字集成电路设计、集成电路的设计方法、集成电路的制作工艺、集成电路的版图设计等内容，如表1所示。因此，在教学实践中，本着“基础、够用”的原则，采取选优选新的思路，尽量选择适合我校专业实际的教材。目前，使用笔者编写的适合于我校学生实际的理论教学讲义，理顺了理论教学，实现了因校施教，因材施教。
表1 “集成电路原理与应用”课程教学内容
2.2提取科技前沿作为教学内容，激发专业兴趣
为了提高学生的专业兴趣，让他们了解“集成电路原理与应用”课程的价值所在，在授课的过程中穿插介绍集成电路设计的前沿动态。如：从IEEE国际固体电路会议的论文集中提取模块、电路、仿真、工艺等最新的内容，并将这些内容按照门类进行分类和总结，穿插至传统的理论知识讲授中，让学生及时了解当前集成电路设计的核心问题。这样不但可以激发学生的好奇心和学习兴趣，还可以提高学生的创新能力。
2.3开展双语教学互动，提高综合能力
目前，我国的集成电路产业相对于国外来说，还存在着相当的差距。要开展双语教学的原因有三：一是集成电路课程的一些基本专业术语都是由英文翻译过来的;二是集成电路的研究前沿都是以英文发表在期刊上的;三是世界上主流的EDA软件供应商都集中在欧美国家，软件的操作语言与使用说明书都是英文的。因此，集成电路课程对学生的英语能力要求很高，在课堂上适当开展双语教学互动，无论是对于学生继续深造，还是就业都是非常必要的。
3.结语
集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段。虽然集成电路的发展日新月异，但目前集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距。因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓。基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程理论教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义。
参考文献：
Abstract: Combining with the practical situation and characteristics of the university, based on training target of micro-electronics specialty and from the concept of undergraduate talents cultivation, this paper discussed the cultivating pattern of applied talents from course offering, teaching contents, teachers team construction, experimental teaching practice, and put forward a series of feasible and effective measures, so as to promote rapid development of our new professionals of microelectronics and cultivate application-oriented talents of microelectronics.
关键词: 应用型人才;微电子专业;素质教育
Key words: applied talents;microelectronics major;quality education
中图分类号:G64 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0234-02
0引言
微电子学是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多种学科基础上发展起来的一门新兴学科,是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校,南京邮电大学建校近50年来,正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展,国内外微电子学人才都十分紧缺,建立微电子学专业,也可为我国的 ASIC设计方面,培养急需的人才[1-6]。在现代科学和技术迅速发展的今天,社会要求大学的培养目标同经济发展的需要相结合,如果培养出来的学生能够适应社会的需求,不仅学生能有用武之地,找到自己的价值和自信,而且学校的知名度也得以提升。因此现今的学校越来越注重某一专门职业的培养,注重培养有能力,有效率的人。因此当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才,也更需要培养大量工程应用型人才。应用型人才培养模式的具体内涵是随着高等教育的发展而不断发展的,“应用型人才培养模式是以能力为中心,以培养技术应用型专门人才为目标的”。本科应用型是本科层次教育,既有着普通本科教育的共性,又有别于普通本科的自身特点,它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强,是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要,在一定的教育思想指导下,人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式[7]。
1培养应用型人才的措施探讨
培养应用型人才不是单方面的强化和提升,而是涉及到方方面面。比如,学校自身的特点,目标的定位,课程的设置等等,因此,培养应用型的人才可以采取以下措施:
1.1 明确学校和学科的特点和优势每一所高校都有自身的办学特色,每一个学科都有自身的历史传统。只有实事求是地综合分析学校已有的学科基础、特色、优势和不足,才能明确学科发展的科学定位,才能培养出有自身特色的专业人才[6]。微电子专业在我校还是一个新专业,如何把这个新专业做大做强,真正体现出南京邮电大学的微电子专业的专业特色,是一个值得探讨的问题。根据我校长期为IT行业培养人才和相关院系的基础和优势,设置了以通信集成电路设计为主要方向,并对专业方向的发展作了规划,同时兼顾工艺设计与器件设计。与此同时,确立我校微电子专业人才的培养目标为:根据学校的办学指导思想,树立“理科本科教育以培养应用基础和理工融合型人才为主,在坚持人才培养质量统一要求的基础上,鼓励学生个性化、多样化发展,强化学生的创新精神和实践能力培养”的教学工作指导思想。从教育理念上讲,应用型人才培养应强调以知识为基础,以能力为重点,知识能力素质协调发展。强调学生综合素质和专业核心能力的培养。侧重学科、专业知识的学习和专业能力的培养;培养适应社会主义现代化建设和信息产业发展需要,在德智体诸方面全面发展,具有较高思想道德、良好的科学文化素质、敬业精神和社会责任感,在拥有微电子学领域内扎实的理论基础上、还具备实验能力和专业知识,具有较强的创新精神和工程实践能力,能在应用微电子学、半导体技术及相关的电子信息科学领域从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作。
1.2 课程设置课程的设置是否合理对应用型人才的培养起到了至关重要的作用,其结构是否连贯、课程安排是否合理直接影响后续的教学培养工作。
1.2.1 课程的设置考虑到应用型人才的特点,必须根据行业的需求来安排和设置课程,在进行课程设置的时候,必须先进行广泛的调研,考虑到社会的实际需求,社会需要什么样的人才,对今后毕业生的去向有充分的了解,了解用人单位的性质,了解用人单位要求毕业生具备什么知识和能力,更重要的是,培养学生自学的能力、解决问题的能力、判断能力和创新能力。在微电子专业正式招生之前,我们组织教师到国内不少高校进行调研,并与多所学校的教师进行了交流。在广泛调研的基础上,我们了解了国内外、省内外的同类专业的发展状况和我校微电子专业的实力、优势及所处的地位,了解到国内外微电子学及集成电路设计人才都十分紧缺,为此,我们提出通讯集成电路和新型微电子器件作为我们的专业方向和特色,并在教学和科研中体现出来。为此,在课程设置上,我们必须在对已经投入适应的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善,将整个学科的课程结构体系,到具体到每一门课程的知识体系,都应该进行优化设计,以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的知识和能力:①掌握数学、物理等方面的基本理论和基本知识,具有较好的人文社会科学基础,并熟练掌握一门外语;掌握微电子学、半导体科学与技术的基本知识、基本理论和基本实验技能;②熟悉国家信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规;了解微电子学的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及信息产业发展状况。③具备较好的运用专业知识进行器件设计、集成电路设计的能力,成为工程应用型人才。
1.2.2 理论课程的内容针对江苏省和南京市的集成电路发展特色,以及南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况,适当加强通讯集成电路、新型微电子器件和光电集成的课程,体现专业特色。以能力培养为基础来设计的。在进行社会行业的调查中,首先考虑学生毕业后从事何种职业,然后对这种工作需要哪些能力和知识,根据工作的要求对教学终的课程进行专项的能力和综合能力。在通识基础课中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。学科基础课中设置了数理方程、概率论、信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业基础课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理,这些课程都是基础理论课程,是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到应用型人才的培养,在集成电路与CAD的课程设置上,不同于专业型人才的培养模式,专门设置了16小时的实验,加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中,专门将模拟和数字分开,设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计,这不同于其他院校的课程设置,应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识,加强了学生的集成电路分析和设计的能力。另外还设置了32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验,这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲,已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学,并筹备建立了微电子专业实验室,拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程,在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验;基于以上措施,建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程,涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。
1.2.3 实践课程的内容课程突出职业能力。对于应用型人才来讲,在学习过程中训练学生的职业技能是学生是否成功的关键之一;学习过程重点基于问题的学习,这是培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力的又一关键;学习过程还要培养学生的沟通能力。此外,还拟通过建立微电子专业实验室,开设微电子和半导体测试实验课,在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生。微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业,从集成电路的生成流程来看,其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。作为高等学校,而非生产厂家,不可能具备从前端到后端整个流程的实践条件,为此,我们拟对其中的主要环节开展实践教学。在实践型环节的课程设置中,通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中,设置了软件设计、微电子课程设计等,设计内容都是与本专业紧密相关,全面运用到所学的专业知识。同时建立校外实习基地,使学生能够初步了解芯片生产过程。通过参加国外IC CAD公司的大学计划、购置器件和工艺设计CAD工具,并通过和IC生产企业建立良好合作关系,建立生产实习基地。注重学生与工业界的直接联系。争取在毕业设计阶段,大部分学生的毕业设计都能在企业完成的,而且不少学生的第一个工作就是在所实习和进行毕业设计的单位里找到的。
1.3 师资队伍的建设没有高水平的师资队伍,培养高素质的人才也只能是纸上谈兵。而且本学院的主要任务就是能培养具有良好的学习、工作和创新的高级应用型人才,因此从这个方面来讲,没有年龄结构、学历结构、职称结构合理的高水平师资队伍,也是不能完成高校所承担的任务的。而且针对应用型人才的培养目标,师资队伍本身也要具备能培养应用型人才的能力和水平。
1.3.1 积极培养学科带头人培育创新型人才就要统筹考虑学科直接承担的教学、科研、服务三大职能的关系,加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。以中青年学科(术)带头人的培养为重点,并加大向青年骨干教师和一线教师倾斜的力度,创造一个公开、平等、竞争、择优的用人环境,营造一个和谐、宽松、温馨的工作氛围。学校要为人才成长创造一流的工作和实验条件,打造一个凝聚人心的事业平台,通过培养和引进,形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队,使其在学科建设中发挥突出作用。
1.3.2 在教师中增加培养应用型人才的意识目前,我校的微电子技术系拥有教师7名,平均年龄35岁以下,年轻教师占了90%以上。我们学院的老师都是从大学毕业直接来教大学,导致对学生的培养从源头上还是在按照“理论型”或“学术型”的培养模式在进行。因此,建立既具有深厚扎实的理论知识功底,又具有精通实践,有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的“双师型”教师队伍,培养高层次高质量的实用型、应用型教学人才迫在眉睫。今后学院应把如何培养“应用型教师”作为一个重要目标,来加强师资队伍的建设。在教师中增加培养应用型人才的意识。
积极筹措资金,进一步完善微电子设计、测试实验室,开出更多的实验项目,增加实验组数,鼓励教师在课程教学中增加设计、实验类的课时比例,让学生多动手动脑。鼓励教师积极申报应用型或工程类的项目,这样既可以满足一定的科研工作量,也可以让学生参与到项目中来锻炼学生的从事科研和工程技术类的工作,积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作,给学生提供实习、工作的机会和场所,也可以提高就业率。鼓励教师到国内外高校去做访问学者,积极参加国内外举办的国际会议,从而了解专业的最新发展、前沿问题,并开阔了眼界。设立专款建立青年教师培养基金,资助青年教师开展注重应用类的教学科研工作。在进行教学工作的同时,也与企业界密切合作进行科研工作和技术开发工作,保证自己在理论和技术方面的领先性,在授课时结合自己的研究成果、把新的观念、新的方法、新的理论传授给学生,当自己的研究成果转化为产品后,可以将最新产品和最新技术溶入工业中。
只要通过以上措施,从学科目标、理论课程、实践环节及师资队伍建设等工作常抓不懈,经过一定的阶段,一定会培养出高水平的拥有微电子学领域内扎实的理论基础、较强的创新精神和工程实践能力,从事产品设计、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作的应用型人才。
2小结
总的来说,微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。而国内外微电子学人才都十分紧缺,尤其注重某一专门职业的培养。因此我校也更需要培养大量的微电子方面的工程应用型人才。而培养应用型的人才必须采取的措施是:明确我校的特点和优势,以通信集成电路设计为主要方向,同时兼顾工艺设计与器件设计;在课程的设置上,必须根据行业的需求来安排和设置课程,除了基础理论课,也要大大加强实验和上机比例。在培养学生理论知识的同时,加强实践能力的培养,培养既有较深理论基础,又有一定动手能力的全面发展的学生;同时在教师中增加培养应用型人才的意识,鼓励教师与公司、研究所合作,积极申报应用型或工程类的项目,让学生参与到项目中积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师给学生提供实习、工作的机会和场所。相信通过各方面的工作的配合,一定会培养出高质量的微电子学领域内的应用型人才,为我国的微电子工业做出贡献。
参考文献:
[1]杨宏,王鹤.微电子机械技术的发展与现状.微电子学,2001,31(6):392-394.
[2]严兆辉.微电子的过去,现在和未来.武汉工程职业技术学院学报,2003,15(2):30-34.
[3]李斌,黄明文.微电子技术专业创新教育探索.中山大学学报论丛,2002,22(1):108-109.
[4]刘瑞,伍登学,邬齐荣等.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践.实验室研究与探索,2004,23(5):6-8,23.
[5]李文石,钱敏,黄秋萍.施敏院士论微电子学教育.教育家,2003,(3):11-16.
【关键词】A/D转换器；逐次逼近；全差分；阻容混合；自调节比较器
Abstract：A 12 bit CMOS fully differential SAR ADC is presented in this paper.The principle and structure of the circuit are analyzed，and the impact of each part of the circuit on the properties of the ADC was mentioned.The new type of DAC_SUB resistor string and self adjusting comparator structure was put forward.The influence of VCM jitter on the circuit was calculated.Based on TSMC 0.18 μm 1.8V/3.3V CMOS process，the fully differential resistor capacitor hybrid structure was adopted in order to realize the ADC circuit design.The device occupied a layout area of 390um×780um.Test results show that under 1 Ms/s sampling rate，when the frequency of input signal is 31.37kHz，the ENOB is 10.76 bit，and the power consumption is about 2mW.
Key words：A/D converter；successive approximation；fully-differential；resistance capacity hybrid；self_adjusting comparator
1.引言
随着数字电路技术和通信技术的快速发展，用数字电路处理模拟信号的应用日益广泛，A/D和D/A转换器在模拟系统和数字处理系统界面起着桥梁的作用。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，A/D转换器的高速与高精度的设计要求越来越高，结构多样、性能各异的A/D转换电路应运而生。A/D转换器的市场前景非常开阔，研制A/D转换器具有十分重要的意义。当前A/D转换器（ADC）的设计主要采用的结构有全并行闪烁型（flash）、折叠内插型、过采样Σ-型、流水线（Pipeline）型、二步式（two-step）及逐次逼近型（SAR）。逐次逼近式A/D转换器的主要优点是原理简单、便于实现、不存在延迟的问题，由于这些优势，它常常与其它功能集成在一起。逐次逼近式模/数转换器（SAR ADC）以中等速度、中等分辨率、低功耗以及低成本被广泛应用于白色家电控制、生物医学仪器以及便携式设备中。
2.CMOS全差分SAR ADC设计
2.1 SAR ADC原理
逐次逼近式ADC又称为二进制搜索ADC，由DAC产生一个模拟信号并与输入信号进行比较，同时比较的结果也反馈给SAR，通过SAR输出的控制信号来调节DAC的输出，使其逐渐逼近模拟输入信号，直到SAR最后一位控制信号确定，则一次转换完成。典型的逐次逼近ADC包括采样保持器、DAC、比较器、数字控制逻辑电路及其他模拟电路。图1为SAR ADC的结构图。
图1 SAR ADC结构图
Fig.1 The structure of SAR ADC
2.2 阻容混合型DAC电路改进
DAC主要有电压定标型、电荷定标型、混合型结构。电阻串DAC组成的电压定标型最大的优势是能保持良好的单调性，但随着位数增加电阻数和开关数都指数增加，所占的芯片面积也大大增加。电荷定标型逐次逼近ADC功耗一般比较小，并且不需要额外的采样保持电路，但是电容的精度和所需的面积都是限制位数的因素，随着位数的增加，最大电容与最小电容的比值也大大增加，它们之间的匹配性能就不容易控制在需要的范围以内，而且面积也大大增加了。解决这一问题的办法是采用混合式结构进行扩展。图2为全差分阻容混合式结构DAC示意图。
图2 全差分阻容混合式结构DAC的示意图
Fig.2 The hybrid structure diagram of DAC with resistance and capacitance
如图2所示，本设计DAC高八位采用电容，低四位采用电阻。低四位用电阻实现良好的单调性，高八位用电容达到高位的精度要求。传统3位电阻串DAC电路如图3所示。
图3 传统（1）和改进（2）全差分电阻串DAC电路图
Fig.3 The traditional and improved differential resistance string DAC circuit
图3中的vout1和vout2分别接到两个电容阵列的终端耦合电容上，采用图3（1）所示传统电阻串结构ADC的第一个转换点在1LSB处，量化噪声（rms）比较大，该电路的量化噪声为：
（1）
对图3（1）传统电阻串结构进行改进，将每个电阻串中的电阻R分成两个1/2R电阻，然后将这两个电阻分别放在电阻串的两端，图3（2）以3位DAC为例阐述其原理。本设计通过改进传统全差分电阻串DAC，ADC的第一个转换点在1/2LSB处，可以减小量化噪声。
为说明改进电路如何减小量化噪声，在此先介绍该DAC的工作过程。放电阶段电容阵列的上下极板均接VCM；采样阶段一个电容阵列下极板接VIN，另一个电容阵列下极板接VINB，两个电容阵列的上极板电压为（VIN+VINB）/2，上下极板压差为（VIN-VINB）/2；保持阶段电容的下极板接到VCM，耦合电容则分别接在VOUT1和VOUT2上，由于b0 b1 b2均为低电平，此时改进电阻串的VOUT1和VOUT2电压分别为31（VREFP-VREFN）/64和33（VREFP-VREFN）/64处，根据电荷守恒定律，对VIN处的电容阵列有：
（2）
解得：
（3）
同理对VINB端的电容阵列有：
（4）
在比较过程中两个电容阵列的上极板电压分别为：
（5）
（6）
计算可得两输入端的电压差为：
（7）
于是可知ADC的第一个转换点在1/2LSB处，其量化噪声为：
（8）
通过改进传统电阻串DAC结构，可使SAR ADC的量化噪声减小到原来的1/4。
2.3 时间自调节比较器
本设计采用时间自调节比较器结构，该比较器在比较过程中有一位比较结果产生后，将使得另一信号LATCH拉高，并且通过LATCH信号控制电荷的重新分配，这样可以使得比较和电荷重新分配两个过程最有效的利用整个时钟周期，使得电荷重新分配既灵活又充分。
图4 时间自调节比较器示意图
Fig.4 The cycle action sketch of self_adjusting comparator
如图4所示，在CLK上升沿时刻LATCH信号拉低，比较器中VIN+与VIN-开始进行比较，产生的比较结果VOUT-与VOUT+可导致LATCH信号重新拉高，于是此次比较过程结束。而比较器的结果和控制信号LATCH又可使得SAR结构确定当前位并将下一位置为零，于是开始进入新的电荷重新分配周期。这种比较器结构没有采用CLK作为电荷重新分配的控制信号，而是通过一个中间产生的信号LATCH来控制，使得电荷重新分配的时间从半个时钟周期增加到半个多时钟周期，这样电荷分配较为充分，有利于提高ADC的采样速率。
2.4 推算VCM抖动对电路的影响
VCM为（VREFP+VREFN）/2，用DAC电阻串分压得到，为了准确得出VCM抖动对电路的影响，用图5的n时刻电容阵列示意图进行推导。假设接VREFP端的电容阵列中，有a倍单位电容值的电容接VREFP，那么还有255-a倍单位电容值的电容接n时刻（第n位转换完成，为方便说明，设n
图5 n时刻电容阵列示意图
Fig.5 The capacitor array at n time
下面根据电荷分配的基本原理，推导n+1时刻电容阵列的转换过程，电荷重新分配如公式（9）所示：
（9）
如果VCM（n+1）=VCM（n），则有：
（10）
如果VCM（n+1）=VCM（n）+ΔVCM，则有：
（11）
同理有：
（12）
如果VCM（n+1）=VCM（n），则有：
（13）
如果VCM（n+1）=VCM（n）+ΔVCM，则有：
（14）
比较式（11）与（14）可知由于VCM抖动产生的ΔVCM导致V（n+1）+和V（n+1）―的变化量相等，都为：
（15）
由以上的推导结果可知VCM的抖动并不会改变V（n+1）+和V（n+1）―的大小关系，即不会导致电路产生错误的输出结果。
3.版图绘制
本文的版图布局是按照TSMC工艺规划设计的。由于对电容的容差要求非常严格，在版图设计中，充分考虑了电容之间的匹配问题。本设计高八位有八个电容，外加一个耦合电容，分别给他们进行编号，以0代表耦合电容，以1～8代表自低权位至高权位的8个电容，电容阵列的版图布局如图6所示。
图6 电容版图规划示意图
Fig.6 Layout structure of capacitances
该电容版图规划示意图中的空白部分则是虚拟电容，目的是尽量使电容周边环境相同，形成相同的刻蚀环境。本设计版图虽然浪费了一些面积，但是保证了最大的匹配精度。
另外，比较器和latch电路都是采用双端输入双端输出的结构，该结构中两支路对称的管子需要尽量做到匹配，本设计采用的是中心对称的多叉指结构。比较器和DAC部分版图用guarding包围，以防止外界干扰。SAR ADC整体电路版图如图7所示，该版图面积约为880um×1300um，核心版图尺寸为390um×780um。
图7 电路版图
Fig.7 Layout of the circuit
4.仿真及流片测试结果
本设计在TSMC 0.18μm标准CMOS工艺下实现，并用spectre进行仿真，得到电路的主要参数。
图8 比较器的蒙特卡洛分析
Fig.8 The Monte Carlo analysis of comparator
如图8所示，对比较器进行蒙特卡洛分析，输出失调电压90%在6mv以下，除以增益得到的等效输入失调电压小于0.4mv，即小于1/2LSB，能够满足电路要求。流片后制作如图9所示板级电路进行测试，得到SAR ADC的测试结果，输入信号频率为31.37k与117.17k的功率谱密度（PSD）图分别如图10（1）与（2）所示。
图9 测试电路板
Fig.9 The test circuit board
图10 功率谱密度图
Fig.10 The power spectral density
测试结果总结如表1所示：
表1是本设计SAR ADC的基本（下转第64页）（上接第21页）性能总结，电路工作的温度范围是-40℃到125℃，仿真及测试条件为VDD=3.3V，VSS=0V，VREFP=3.3V，VREFN=0V。
表1 SAR ADC动态性能测试结果
Table1 The dynamic performance of SAR ADC
参数 测试结果
采样频率 1MS/s
信号频率/Hz 31.37k 117.17k
ENOB/bit 10.76 10.43
SNDR/dB 66.56 64.57
SFDR/dB 71.61 68.49
表2 SAR ADC性能对比
Table2 Comparison of performance of SAR ADC
文献 工艺
CMOS fS
（MS/s） ENOB
（bit） P
（mW） FOM
（pJ/step）
[6] 65nm 0.2 9.27 0.44 3.56
[7] 90nm 2.5 9.43 6.62 3.84
[8] 180nm 0.58 9.8 2.23 4.31
本文 180nm 1 10.76 2 1.15
为了与近期的论文结果进行对比，本文将采用优质因数（figure-of-merit―FOM）作为衡量标准。
（16）
其中P代表ADC的功耗，测得有效位数（ENOB）时的采样频率为。
表2列出了与近期文献的结果对比。对比结果显示，本文所设计的ADC拥有更高的性能指标。
5.结论
本设计SAR ADC采用一种新型电阻串结构的子DAC和时间自调节比较器，并推导和分析了VCM抖动对电路的影响。通过成功流片并制作板级样品验证了该电路设计的正确性。此A/D转换器将嵌入MCU，应用于便携式设备中。
参考文献
[1]GINSBURG B P，CHANDRAKASAN A P.500 MS/s 5 bit ADC in 65 nm CMOS with split capacitor array DAC[J].IEEE J Sol Sta Circ，2007，42（4）：739-747.
[2]LIN ZJ，YANG H G，Zhong L G.Modeling of capacitor array mismatch effect in embedded CMOS CR SAR ADC[A].6th Int Conf ASIC[C].Shanghai，Chin 2005，2.9822986.
[3]SCHOLTENS P C S，VERTREGT M.A 6 bit 1.6 Gsample/s flash ADC in 0.18μm CMOS using averaging termination[J].IEEE J Sol Sta Circ，2002，37（12）：1599-1609.
[4]YUAN C，LAM Y Y H.An ultra-low energy capacitive DAC array switching scheme for SAR ADC in biomedical applications[C].Int Conf IC Des & Techno1.Taiwan， China.2011：1-4.
[5]ROBERT H.Analog-to-digital converter survey and analysis[J].IEEE J Selected Areas in Commun，1999，17（5）：539-540.
[6]杨银堂，佟星元，朱樟明，管旭光.一种10位200kS/s65nm CMOS SAR ADC IP核[J].电子与信息学报，2010（12）.
[7]佟星元，陈剑鸣，朱樟明，杨银堂.A high performance 90 nm CMOS SAR ADC with hybrid architecture[J].半导体学报，2010（01）.
[8]周文婷.数字CMOS工艺下10位580kSps逐次逼近型模数转换器设计[D].上海交通大学2007.
作者简介：
黄玲（1988―），女，湖南浏阳人，硕士研究生，研究方向：集成电路设计。
姜岩峰（1972―），男，甘肃人，北方工业大学教授，硕士生导师，主要研究方向：集成电路设计。
引发了全球DVD行业的爆炸式增长
联发科技脱胎于台湾集成电路巨头――联华电子。1997年联华电子战略转型，从整合元件制造（IDM）公司转型为专业集成电路代工公司，放弃设计专注生产。由此，公司内的集成电路设计部门被放弃，部门员工卷铺盖走人。1997年5月28日，曾经在联华电子担任过多个部门主管的蔡明介带领公司从事集成电路设计的30多个同事，成立了联发科技股份有限公司，继续集成电路设计工作。
台湾将集成电路产业称作半导体产业，而台湾人开玩笑地说“半导”的意思是有一半公司都会倒闭。过去15年间全球前十大集成电路设计公司的名单至少换了一半。高报酬的半导体产业，充满着陷阱和危险，稍微迈错一步，便会掉入万劫不复的深渊。
在这样一个高风险但也高回报的行业中，一个30多人的公司，如何生存下去？
武侠小说中，总会有武林高手遇到困境、山重水复疑无路时，忽遇世外高人点拨，顿时拨云见日、重新称霸江湖的情节。
对于蔡明介来说，这个世外高人，就是哈佛商学院教授克莱顿・克里斯坦森。
就在联发科成立的同时，在大洋彼岸，哈佛商学院教授克莱顿・克里斯坦森出版了《创新者的窘境》一书，提出了“破坏性创新”的思想。他认为，市场上那些领头羊企业通常会专注在技术上的领先，满足高端客户，获取高额利润。而市场的挑战者会用符合市场需要的技术和便宜的价格，获取更大范围的市场，最终威胁甚至取代市场的领头羊。
克里斯坦森的说法给予蔡明介莫大的启示。蔡明介准备进军的第一个市场是光存储芯片和DVD芯片市场。以更高的性能、更便宜的价格拿下光存储芯片市场后，在进入DVD播放芯片领域时，联发科将原来负责视频和数字解码功能的两颗芯片合二为一，同时提供相应的软件解决方案。这种“硬件+软件”集成解决方案的面世，降低了DVD播放机生产企业的研发压力，随之近2000家大陆企业进入DVD制造行业，引发了全球DVD行业的爆炸式增长，联发科也藉此打败当时市场霸主美国ESS公司，成为市场领军者至今。
DVD芯片之战的胜利，奠定了联发科未来攻城掠地的基本战略，坚定了蔡明介走“破坏性创新”的决心。不过要想继续成长下去，必须在新的领域推出新的产品。蔡明介决定联发科的下一个目标是手机芯片。方向已定，主将何在？
山寨模式打下一片天
中国人最厉害之处，就是由亲戚、老乡、同学所搭建的绵密的社会网络。据说当时华人圈里只有两个人可以带团队开发手机芯片，1999年底，蔡明介找到其中的一个――在美国Rockwell公司的徐至强。蔡明介三顾茅庐的诚意最终打动了徐至强。2001年联发科开始研发手机芯片。
徐至强用产品回报了蔡明介的信任。据说联发科曾拿着自己研发出来的手机芯片找到当时的行业大佬诺基亚和爱立信，在磁悬浮列车上测试高速环境下的通话能力。随着列车速度加快，诺基亚和爱立信的手机都掉线了，但是用了联发科芯片的手机还在线上。
有好的技术并不代表你一定被认可，不仅诺基亚和爱立信没有把这样一个刚刚进入手机芯片领域的“小虾米”放在眼里，就连当时大陆的手机厂商都没有特别关注联发科。2003年，以波导、TCL、熊猫、科健、南方高科为代表的一批大陆产手机品牌正忙着把自己的渠道下移，用强力推销的人海战术占领基层市场，大陆产手机在整体市场份额上第一次超过外资品牌。但这一次领先只是昙花一现，2004年外资手机品牌借鉴大陆产手机的营销策略，用大量低价手机抢攻大陆市场，研发能力的不足和产品本身的缺陷使得大陆产手机在2004年出现大量亏损。
眼巴巴地等待进入手机市场的联发科此时面临着芯片研发出来无人采购的窘境。为了让大陆手机厂商采用联发科的产品，蔡明介带领团队遍访各大厂商，推销自己的产品，他曾在机场咖啡厅专程等待某厂商的掌门人，目的就是能与其谈上十几分钟。只要有大陆厂商到台湾考察联发科，蔡明介都要专程以红地毯贵宾待遇迎接。
2004年，联发科的一位员工买了一辆新车，车牌号为6219-HM，6219是当时联发科的手机芯片的型号，大家就问他HM是什么意思，这位员工说HM就是Hundred Million（1亿），联发科的手机芯片要卖到1亿颗。当时大家都笑笑，没把这位员工的话当真。那时全球手机芯片市场被德州仪器、亚德诺、博通、高通、飞利浦、爱立信、杰尔系统、英飞凌和飞思卡尔这些成熟的西方大公司占据，联发科要卖出1亿颗芯片，无异于虎口夺食。
然而两年之后，联发科真的卖出了1亿颗芯片。
联发科靠的，不是蔡明介的机场苦等，也不是红地毯迎接的贵宾礼遇，而是重演了一遍DVD播放芯片的剧本。
2004年大陆手机败在了缺乏研发能力上，于是联发科就承担起这部分研发任务，补足手机厂商的“短板”。联发科推出了“交钥匙”式手机解决方案，将芯片、软件平台和操作系统整合打包，提供包含通信、触摸屏、摄像头、GPS、WIFI、蓝牙、视听解码的整体芯片解决方案，手机生产商只需要生产一个外壳，装上电池就是一台功能多样、外观时尚、价格低廉的手机。以前西方手机厂商提供的，就像是待装修的“毛坯房”；而联发科提供的，是精装修的“现房”，直接可以拎包入住。这台手机可以通过触摸屏完成拍照、GPS导航、看电视、听MP3、看MP4、蓝牙、WIFI等多项功能，而价格还不到1000元人民币。
大陆企业的想象力在外观设计上得到了充分的展现。要开奥运会，就有鸟巢手机、水立方手机和福娃手机；奥巴马当选了，就推出印有奥巴马头像和他竞选口号“Yes We Can”的手机。此外，根据使用者的特点，手机甚至可以加上验钞、防狼、开酒瓶等各种功能。
借联发科的东风，以联想移动、天宇、金立为代表的大陆本土手机厂商重新站了起来，夺回了被外资占据的市场份额。在他们中间，与联发科合作最紧密的联想移动和天宇朗通，先后站在了大陆产手机销量冠军的领奖台上。2006年，联发科与天宇签订全面合作协议，联发科为天宇提供的，不仅是手机芯片的交钥匙服务，还给天宇提供全方位的管理与研发指导。天宇推出新手机的速度从一年半提高到三个月，正是如此，当大家称蔡明介为“山寨教父”的时候，天宇的荣秀丽（天宇郎通董事长）被称为“山寨教母”。
大陆生产的装载着联发科芯片的手机也在南亚、南美等国际市场上一路攻城掠地，无往不胜，实现了2005年4月29日连战在北京大学演讲时提出的“两岸合作赚世界的钱”的目标。
借此东风，联发科的业绩一路长红，手机芯片的销量从2007年的1.5亿颗一路飙升至2009年的3.51亿颗，利润从2006年的226亿新台币增长到2009年的367亿新台币。然而，联发科的危机也随着业绩的不断增长而悄然到来。
智能手机时代的价格颠覆者
随着3G时代的到来，加之错误押宝微软windows mobile操作平台，联发科从2010年开始落入冰河期，客户流失、业绩下滑，军心涣散，以徐至强为代表的一批骨干离开公司。市场对联发科的前景极度悲观，毕竟在高科技行业中，一旦开始走下坡路，能够起死回生的公司几乎没有。
就在这个关键的时刻，蔡明介再度遇到了克里斯坦森。2010年6月30日，蔡明介和克里斯坦森在台湾新竹清华大学对谈。谈话中，蔡明介提到，联发科手机芯片生意的实质，是把大陆手机的未消费者变成消费者。克里斯坦森说，台湾是他破坏式创新理论最好的实践者，中国大陆是破坏式创新的力量来源。
蔡明介和联发科的成功，给克里斯坦森的理论提供了最好的证明，而克里斯坦森回报蔡明介和联发科的方式，则是在最危险的时候，给予了联发科继续走下去的动力和方向。随后联发科转投安卓阵营，下大力气进行智能手机芯片的研发，再度挺进大陆市场。
两年之后，联发科就再度回到了舞台的中央。2012年中国大陆智能手机出货量约为1.8亿部，其中约有1.1亿部使用了联发科的芯片，市场份额超过六成。2013年联发科手机芯片销量再度翻番，达到2.2亿套，净利润暴增77%，达到275亿元新台币（约合56亿元人民币）。全球市场统计下来，联发科超过三星，成为全球仅次于高通和苹果的第三大智能手机芯片公司。同时，老对手德州仪器、瑞萨、意法爱立信纷纷退出手机芯片业务。装有联发科芯片的大陆产智能手机品牌中兴、华为、酷派、联想、小米的销量一路扶摇直上，华为和联想进入全球销量前五的行列。在印度，搭载联发科芯片的Micormax已经是印度第二大手机品牌；在法国，搭载联发科芯片的wiko成立两年，已经成为法国第三大手机厂商，俨然就是法国的小米。
联发科芯片出货量的增加，带动了全球智能手机价格加速下跌。根据美国IDC（International Data Corporation）公司的数据，2012年智能手机的全球均价下降了8%，2013年智能手机的全球均价下降了18%。像上一波联发科带动的手机降价潮冲击市场老大诺基亚一样，这一轮联发科带动的手机降价潮冲击了市场老大三星电子，其2014年二季度的营业利润比上年同期大幅减少24%，这已是三星连续三个季度营业利润低于上年同期。联发科会不会在终结了诺基亚霸业之后继续充当“刺客”威胁三星，市场正在拭目以待。
由于智能手机价格大幅下跌带来了大陆智能手机市场的爆炸式增长，大陆手机网民的数量随之快速成长。手机网民占总体网民的比例从2011年的69.3%上升到2013年的81%。手机网民的增加，带动了手机游戏、网络视频、移动电商等一系列相关产业的大发展。
上一次联发科让更多的中国人用上了手机，这一次联发科让更多的中国人进入了移动互联网时代。
联发科的成功，在于其找对了方法，用对了地方。用破坏式创新的方法以大陆市场作为基地，最终成就了联发科的辉煌。联发科让更多因为价格因素被排除在市场之外的消费者能够进入市场，市场规模进一步扩大帮助联发科更好地摊薄了研发成本，形成良性循环。从这个角度上说，联发科的成功，就是“农村包围城市”的成功。
不过也有人担心，大陆手机产业长期享受联发科这种交钥匙方案“保姆式”的照顾，久而久之会丧失自身的研发能力。不过，似乎这种担心是多余的。华为在使用联发科芯片的同时，也开始使用自主研发的芯片海思。而且，同样仰赖颠覆式创新的上海展讯通信正在形成对联发科越来越大的威胁。根据IDC的数据，2013年展讯通信在中国大陆100美元以下的低端手机市场已占据24.1%的市场份额。未来展讯通信是和联发科一起去攻占世界市场，还是像联发科颠覆诺基亚那样颠覆联发科，成为新的颠覆式创新的典范，我们只能等待未来给予回答。
P键词音频信号；WM8731S；先入先出存储器
中图分类号TP3
文献标识码A
文章编号2095-6363（2017）04-0095-02
1.概述
1.1论文研究的目的及意义
目前用VHDL进行电路设计，可以经过综合与布局，烧录至FPGA上进行测试，是硬件集成电路设计验证的技术主流。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件，是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。数字语音集成电路与嵌入式微处理器相结合，首先降低了产品研发成本，其次系统更小、耗电低，况且使设计更简单，电路扩展方便且体积小，应用前景更广，如无人驾驶、5G技术、消费电子产品、排队机、报警以及报站器等。
1.2系统总体设计方案
FPGA的开发相对于传统Pc、单片机的开发有很大不同，FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/0间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。FGPA芯片对WM8731进行控制，使得WM8731对音频信号进行滤波处理。随着百万门级FPGA的推出单片系统成为可能。为了支持SOPE的实现方便用户的开发与应用altera还提供了众多性能优良的宏模块、IP核以及系统集成等完整的解决方案。这些宏功能模块、IP核都经过了严格的测试使用这些模块将大大减少设计的风险缩短开发周期并且可使用户将更多的精力和时间放在改善和提高设计系统的性能上而不是重复开发已有的模块。
2.系统的处理
2.1本音频信号处理系统
本音频信号处理系统以WM8731芯片为处理平台，以FPGA芯为控制中心，控制音频解编码芯片WM8731对输入的音频信号进行滤波处理，以获得高品质的音频数字信号，再将高品质的音频数字信号输出到信号接收端。由音频编解码模块电路、控制器模块、时钟分频模块、I2c时序接口模块、I2c控制字配置模块、I2s时序接口及音频数据处理模块、FIFO先进先出存储器设计、带通数字滤波设计8部分构成。
2.2各部分电路原理
1）时钟分频模块由于要使WM8731工作，此主时钟频率依照该芯片工作的不同模式有12.288MHz、18.432MHz、11.2896MHz以及16.9344MHz这4中频率可选。
2）I2c时序接口模块。实现对I2c时序的模拟，控制SCLK（数据时钟）和SDAT（数据线）将存放在I2c_data中的24位控制字串行发送给W～8731，该模块例化于I2c控制字配置模块之中，以实现对该芯片的控制字写入。
3）I2c控制字配置模块。分别为：MODE、CSB、SDIN和SCLK。对应功能为控制接口选择线、片选或地址选择线、数据输入线和时钟输入线。它具有2线和3线两种模式。本文采用2线模式对WM8731进行控制。为MPU接口。选择MODE为0时为2线模式。
4）I2s时序接口及音频数据处理模块。将18.432MHz的主时钟分频，产生均为48kHz的数模转换和模数转换采样率时钟以及对应的数字音频时钟（BELK）。除此之外，在此模块中还调用了I2s串行数据转并行数据模块，并定义变量state作为串并变换的起始标志。
5）FIFO先进先出存储器，是一种非常基本，使用非常广泛的模块。
3.系统的软件设计及调试
软件分为控制器模块程序、时钟分频模块、I2c总线时序模块、12S时序接口及音频数据处理模块。本系统是基于FPGA的音频编解码芯片控制器，用以实现对语音芯片WM8731的控制。在整个系统中，用到了标准MIC、Line-in、Line-out接口、2个开关按键以及3个按钮式按键。FPGA器件主要通过12C总线给语音芯片WM8731经行控制字配置。初始化完成后，音频数据从MIC或LineIn输入，经过A/D转换后，数字信号再进入FIFO，再经过FIR数字滤波处理，之后成为串行的数字信号并由12S总线传入FPGA器件。经过串并变换等处理之后，再经过D/A转换由LineOut通过耳机输出。在调试过程中，始终选择主模式，DACSEL始终置为数字信号输出。在测试中，WM8731能够输出高品质的音频信号。
微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件上的技术．其主要包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列的技术。该技术在很多方面都发挥了其重要的作用，如在生活中我们所使用的手机、电子计算机、医疗器械、移动电视等一系列的电子产品；还有军事方面的武器如卫星通信、原子弹等一系列的武器装备中。
二、微电子的现状
首先我们来介绍一F微电子的发展史，它主要经历以下几个阶段。第一个阶段：1947年巴丁和布拉顿发明了点接触式的晶体管；第二个阶段：1958年TI公司制造出世界第一块集成电路芯片：第三个阶段：20世纪70年代进入MOS时代。那么，为什么微电子能得以发展并且发展的如此迅速昵?正是由于Mos管的高集成性和低功耗、放大倍数高等优点，所以到70年代就进入了MOS的时代并一直发展到现在。尽管帅s管有哪些优点，但这并不意味着M0s管已完全取代了晶体管的地位；在一些对速度和驱动能力要求非常高的系统中还是要用到晶体管。
微电子发展的如此迅速那就是否就意味着其发展的道路是一帆风顺呢?显然是否定的。在微电子发展的过程中我们遇到了许许多多的方面困难，如工艺方面、材料方面、封装测试方面和设计等方面都遇到了重重地障碍。其中集成电路工艺技术主要包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长以及抛光等技术。微电子在材料方面的困难丰要是随着微电子器件尺寸的减小，一些材料已经不能很好的满足微电子发展的需求，人们已经不在局限于Si、Ge、GaAs、等一些材料，而是也开始研究高K栅介质、低K互连介质、碳化硅(SIC)、新型化合物等半导体材料。在工艺方面的困难主要是随着微电子器件尺寸的减小，其最小的特征尺寸已经进入到纳米数量级；这使得器件之间产生相互影响，进而影响电路的性能，严重的阻碍了微电子行业的发展。这就需要政府投入大量的财力和人力来进行新器件、新工艺的研究。同时在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(U)光刻技术、深紫外(DUv)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术，但是由于特征尺寸越来越小这使得光刻技术面临一定的困难，①这就使得工艺线必须使用波长更短的光源。从早期的水银灯到现在使用的远紫外线，甚至使用研究中的粒子束。②导致光刻以及掩膜成本急剧上升。③光刻时小尺寸图形所产生的干涉和衍射效应使得光刻图案失真越来越严重。在测试方面由于现在的电路集成度愈来越高，这使得集成电路的封装与测试也越来越困难，而且在封装测试后芯片成品率也不高，这也是制约微电子发展的一个重要的因素。
三、微电子对中国未来经济发展的意义
微电子的发展在我国的经济发展和军事力量的发展中占有十分重要的地位。同时微电子对人们生活水平产生了重大的影响。在生活水平方面随着微电子的发展人们的生活水平也在不断地提高。如家用电器的功能的增加和性能增强提高了人们生活质量，而且随着微电子的发展许多电器价格都非常便宜。在军事方面的意义：不仅提高作战军事装备和作战平台的性能(如雷达和导航系统等)，而且导致新式武器和装备的产生，同时，微电子技术改变了传统的作战方式，这将会从近距离战争发展到未来的远距离的电子信息战。只有把微电子发展起来，一个国家才可以真正的强大起来．如近几年来我国的海权一直都得不到保护正是由于我国海上防卫能力还不够强大，归根到底是由于设备技术的落后，所以只有大力发展微电子我国才能够在未来真正成为科技强国。
四、微电子发展的趋势
微电子学是一门发展十分迅速的学科，而且微电子集成电路的发展一直都遵循“摩尔定律”。所谓的“摩尔定律”是指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。21世界的微电子发展趋势主要有：第一、各国的微电子都在向减小器件尺寸方面和集成度不断提高方面发展，即微电子特征尺寸将由微米一亚微米一深亚微米一纳米甚至更小。尤其是国外发达国家正在向0．1微米以下的工艺发展，这更加拉大了我国与发达国家之间的差距。第二、发展片上系统(SOC)。其主要是将传感器、执行单元和数据处理系统集成在一块芯片上，从而完成信息的采样、处理等功能。第三、微电子技术与其它学科结合的产物。如她Ms技术，它是微电子技术与机械、力学、光学等领域结合的产物；还有用于医疗的生物芯片，其丰要微电子技术与生物工程技术相结合的产物。
五、微电子发展的策略
纵观近几年来我国微电子的发展情况可知，我国微电子行业严重缺乏技术人员，特别是集成电路设计工程师。由这一国情也就决定了我国未来几年微电子的发展方向以及人才的培养方向。微电子是衡量一个国家综合国力的重要指标，同时也在我国经济发展以及国家安全方面占有举足轻重的地位，这就需要我们国家重视对微电子的发展，对微电子人才的培养。关于微电子的发展我提几条意见：①根据国内微电子专业发展情况，大量培养微电子专业人才已经是迫在眉睫。同时，在培养人才的过程中我们也更应该注意人才培养的质量。②应该根据微电子专业的市场需求培养多层次、专业化人才，加强学校和企业的合作，了解企业需要的人才类型，加强各个高校在微电子学方面研究成果的交流。同时我们也应该注重理论联系实际；为学生提供实习的机会也是必不可少的，这样就可以培养学生的实际动手能力。③时刻了解国外微电子发展动态，专业课程可以直接采用或参考国际最新的优秀教材；聘请具有丰富实践经验的专家教授进行授课；创造机会，鼓励教师与企业合作进行研发项目，了解实际应用需求，并据此来完善各高校教学大纲。
参考文献：
[1]李枚.微电子封装技术的发展与展望[J].半导体技术，2000.25（5）：1 - 3
[2]李跃.电信企业信息化综述[J].电信科学，2003，(1)：l一5．
[3]刘春生.大学生综合能力和创新意识培养模式设计与实践，中国商教研究，2002(1)
电子信息类专业涵盖较广，主要的专业有电子信息工程、电子科学与技术、电子信息科学与技术、通信工程、光信息科学与技术。这些专业看上去近似，又不尽相同，下面我们通过各专业的课程设置、培养方向、就业方向来进行了解。
电子信息工程、电子科学与技术、电子信息科学与技术：傻傻分不清楚
不少同学面对“电子信息工程”“电子科学与技术”“电子信息科学与技术”这三个非常相近的专业名词时，会感到迷惑。作为“电子”相关的专业，就像是三胞胎一样，在一些院校被俗称为“三电”。相对于通信工程和光信息科学与技术而言，它们都是较宽口径专业，所学的专业知识更广，当然就业面也会更广。通信工程和光信息科学与技术专业，所学的专业知识更有针对性，更加深入，也比较精细。现如今，高校开设“三电”专业的大学非常多，一般的理工类院校和综合性大学几乎都有，甚至一些文科类大学也开始尝试开设。那么这三个专业到底有什么区别呢？
首先，从教授的课程来看，这三个专业在大一、大二、大三上学期所学的基础课程基本一样，只是在大三下学期、大四开设的专业课程有不同的侧重点――电子信息工程重“信息”，即信号处理，学习硬件电路、软件编程；电子科学与技术重“电子”，即硬件电路设计，学习物理电子、光电子和微电子学；电子信息科学与技术重电路设计，跟电子科学与技术专业最为接近，它作为后者的子专业，学习范围更广，包括电子、计算机、信息技术三大知识板块，可以说是集电子信息工程、电子科学与技术于一体。
其次，从就业来看，电子信息工程专业的学生毕业以后可以当软件工程师（设计开发各种软件）、电子工程设计师（设计开发一些电子、通信器件）。电子科学与技术专业的学生毕业以后可以从事开发计算机硬件工作，当电路设计工程师（这个专业主要有两个就业方向，一是集成电路生产企业，二是集成电路设计企业）。电子信息科学与技术专业的学生就业口径最宽，有着“万金油”之称，电子方面，可以做电路设计工程师；信息方面，可以做电信工程师；计算机方面，可以开发软件、硬件。
【推荐院校】清华大学、北京大学、南京大学、复旦大学、南开大学、上海交通大学、华南理工大学、北京邮电大学、南京邮电大学、西安电子科技大学、杭州电子科技大学、中国科学技术大学
通信工程：“信息”中的王牌专业
通信工程具有极广阔的发展前景，也是人才严重短缺的专业之一。通信行业涉及领域广，可以说是横跨了电子和计算机行业。而通信工程专业跟前文介绍的“三电”专业不同之处在于，通信工程专业知识更加有针对性，侧重于“信息”，理论学习更加深入，课程难度大，可以达到“基本掌握”。而同样是侧重于“信息”的电子信息工程专业，只能说是“基本了解”。主干课程中，如程控交换技术、移动通讯、计算机网络通讯、光纤通讯等，都是“三电”专业不会开设的。该专业要求毕业生掌握通讯技术和计算机技术的基本理论与设计方法及程控交换技术、光纤通讯、移动通讯和计算机网络通讯的基本原理及应用方法。
通信工程专业在本文提及的所有专业中，开设最早，招生的分数线最高，得益于通信行业的高速发展，一直是非常热门的“王牌专业”。因为其在信息、信号处理方面专业知识学习比较深入，毕业生选择考研，特别是报考信号处理、无线电波等方向优势会比较明显。当然，就业也非常不错，在通信领域中从事研究、设计、制造、运营的工作及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的高级工程技术的工作。比如选择去电子信息类技术研发的相关科研院所，中兴、华为、大唐、富士康等设备制造商，摩托罗拉、三星、贝尔等外资企业；也可以去通信运营商，如中国电信、中国移动、中国联通等，从事信号处理类的研发、设计工作。随着现在国家大力推广的3G移动通信技术，通信工程专业的毕业生专业优势明显，专业对口，相信在就业时，可以得到更多被青睐的机会。
【推荐院校】清华大学、北京大学、北京邮电大学、北京航空航天大学、北京理工大学、上海交通大学、东南大学、国防科学技术大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学
光信息科学与技术：徜徉在光的海洋
光信息科学与技术，这个名字听起来很抽象，其实却实实在在地存在于你我的日常生活之中：我们同美国亲友之间的越洋电话联系，依靠的是太平洋海底长长的光纤；我们上网所用的宽带、用超大规模彩色LED（液晶）显示器欣赏色彩艳丽的画面，都是对光信息技术最直接的体验。
本专业培养具备光信息科学与技术的基本理论、基本知识和基本技能，能在应用光学、光电子学及相关的电子信息科学、计算机科学等领域（特别是光机电算一体化产业）从事科学研究、教学、产品设计、生产技术或管理工作的光信息科学与技术高级人才。本专业学生主要学习光信息科学与技术的基本理论和技术，熟悉光学、电子学技术和计算机技术。
光信息科学与技术专业一般设在电子工程系或通信工程系。随着光电子技术的发展与兴起，一些院校已逐步将这一专业单独分出成系，这也充分显示了该专业良好的发展前景。不过，对物理学、量子力学、波动光学等几科的要求都相当高。如果你对物理、数学很感兴趣，有比较好的逻辑思维和抽象思维能力，以及比较强的理解力，不妨报考这个专业，光的海洋会让你受益匪浅。
摘要：在“十二五”的开局之年，国务院印发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策的通知》（国发〔2011〕4号，简称“新18号文”），新18号文从财税政策，投融资政策，研究开发政策，进出口政策，人才政策，知识产权政策，市场政策等多方面为软件产业发展提供了强有力的支持。新18号文的实施，将为软件产业和集成电路产业的发展壮大提供了更广阔的发展空间，南京也将迎来软件产业发展的春天。本文通过对比分析新老18号文，得出南京软件产业发展的新契机，并提出加快南京软件产业发展的建议。
关键词：新18号文；南京；软件产业；新契机
中图分类号：TP301 文献标识码：A
1 引言
软件产业是信息产业的核心，是国民经济信息化的基础，是21世纪产业规模最大，最具广阔前景的新兴产业之一。2000年，国务院实施了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（国发〔2000〕18号），我国软件和集成电路产业政策环境不断改善，产业规模增速迅猛，出现了一批有规模有竞争力的龙头企业，软件产业被列为国家核心技术产业。18号文提出了对软件企业增值税优惠等一系列扶持政策，极大的促进了中国软件产业发展。2010年，我国实现软件业务收入13364亿元，同比增长31%，产业规模比2001年扩大17.8倍，年均增长38%，占电子信息产业的比重由2001年的6%上升到18%。在全球软件与信息服务业中，中国软件产业所占份额由不足5%，上升到超过15%。软件业占GDP的比重由2001年不足0.7%上升到超3.3%（图1），软件业从业人数由不足30万人提高到超过200万人，软件业对社会生活和生产各个领域的渗透力和带动力不断增强[1]，“18号文”带来中国软件产业发展的“黄金十年”。
2011年，在“十二五”的开局之年，国务院印发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策的通知》（国发〔2011〕4号，简称“新18号文”），新18号文从财税政策，投融资政策，研究开发政策，进出口政策，人才政策，知识产权政策，市场政策等多方面为软件产业和集成电路产业发展提供了强有力的支持，带动软件产业政策体系的不断健全和完善，国内软件产业又将迎来新的十年。
2 新、旧18号文分析比较
新18号文延续了2000年18号文大部分优惠政策，并在此基础上，针对产业发展的薄弱环节，通过财税、金融、市场、政府采购等多方面渠道构建了全方位的政策体系。
首先，从政策数量上看，新18号文在总结了2000年18号文发展经验的基础上，政策更细化，更具体，针对性更强，在多个方面加大了激励的力度，并新增了一些政策，如研究开发政策，市场政策，这些都是2000年18号文中没有提到的，进一步体现了鼓励自主创新，促进产业升级的导向作用（表1）。
其次，从政策内容看，在2000年18号文的基础上，政策更加细化，支持范围更宽，培育力度更强，免征营业税成为这次政策的最大亮点，并首次提出研究开发政策，加大R&D研发的投入比例，都将进一步促进产业的发展，下面将挑选几条政策分析对比。
2.1财税政策
新18号文在继续实施2000年18号文软件增值税优惠政策基础上，又增加了营业税优惠，改变了以前只有从事技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务等业务才能免征营业税，优惠范围小的局面。对大范围的软件服务企业实行营业税优惠，将极大的促进软件企业从事软件服务的积极性和提升软件企业的服务业态的转型，有利于推动经济结构调整和产业结构升级[2]。
此外，对集成电路企业实行的所得税“两免三减半”[3]、“五免五减半”[3]优惠政策支持面更广，支持方式更灵活，也将进一步促进集成电路行业技术发展。
2.2投融资政策
首先，投融资政策比2000年18号文更加具体，细化，2000年18号文中只提到“多方筹措资金”[4]和“为软件企业在国内外上市融资创造条件”[4]，这些都比较笼统，在资金安排上并没有明确指向，而在新18号文中提到“中央预算内投资给予适当支持”[3]，明确了“中央预算”，把软件和集成电路项目的支持上升到国家层面。其次，在融资渠道上，新18号文跳出了以往“国家扶持，成立风险投资公司，设立风险投资基金”[4]等资金支持手段，而是更加强调政府的监管、引导作用，鼓励企业利用社会资本，通过股票、债券等多种方式筹措资金。这些政策都将更加丰富完善投融资政策环境，拓宽了企业的融资渠道和提高了企业融资力度。
2.3研究开发政策
在新18号文中，首次增加了研究开发政策，进一步加强国内R&D的投入比例，这一举措促进了企业的自主创新，加快具有自主知识产权技术的产业化和推广应用，提升产品竞争力，从而提高国内企业的研发及自主创新能力，壮大中国软件产品市场[5]。
2.4人才政策
引进人才方面，改变了以往以“人才吸引”为主的方式，新18号文中更加强调通过“期权、技术入股、股权、分红权”[3]等多种方式调动人才积极性。人才培养方面，更加适应国际化需求，鼓励校企合作，国内外联合办学，注重人才国际化及培养人才的专业技能，体现人才培养从“量”到“质”的提升。
3 新18号文下，南京软件产业的契机
自2011年新18号文颁布以来，南京紧抓机遇，出台了《关于以打造“一谷两园”软件产业集聚区为重点高标准建设中国软件名城的意见》（宁委发〔2011〕39号），提出了“一谷两园”的战略思想，充分提升软件产业集聚能力，经过两年多的发展，“一谷两园”集聚效应日益凸显，南京正在向“世界软件名城”迈进，新18号文能带给南京哪些机遇呢？
3.1免征营业税，为企业减负
关键字:EDA 电子设计自动化 设计工具 应用领域 发展趋势
一、EDA技术的概念
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA应用的层面来看,可以理解为:EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。
二、EDA在各个领域的应用
EDA技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。
在教学方面：几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如EWB、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统），为今后工作打下基础。
在科研方面：主要利用电路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品调试；将OLI／FPGA器件的开发应用到仪器设备中。例如在CDMA无线通信系统中，所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱，为区别不同的呼叫，每个手机有一个唯一的码序列，CDMA基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程；这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探调到特定的码序列；FPGA能提供良好的滤波器设计，而且能完成DSP高级数据处理功能，因而FPGA在现代通信领域方面获得广泛应用。
在产品设计与制造方面：从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等有重要作用。可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
三、EDA技术的发展趋势
从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大。
中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员工发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。
在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。中国自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。
在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具，但不对外开放 。中国华大集成电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30%。
EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平沿很有限，需迎头赶上。
四、结语
EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平沿很有限，需迎头赶上。
参考文献:
[1]擦光辉．CPLD／TPGA的开发与应用[M]. 北京：电于工业出版社，2002.
[2]杜玉远．EDA设计快速入门圆．电子世界，2004,(1):24
[3] ALTERA公司,DATA BOOK[M].北京:清华大学出版社,1998
关键词：ASIC 硬件描述语言HDL Verilog HDL VHDL SystemC Superlog 芯片系统SoC
引 言
硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
目前，这种高层次(high-level-design)的方法已被广泛采用。据统计，目前在美国硅谷约有90%以上的ASIC和FPGA采用硬件描述语言进行设计。
硬件描述语言HDL的发展至今已有20多年的历史，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到20世纪80年代，已出现了上百种硬件描述语言，对设计自动化曾起到了极大的促进和推动作用。但是，这些语言一般各自面向特定的设计领域和层次，而且众多的语言使用户无所适从。因此，急需一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言。20世纪80年代后期，VHDL和Verilog HDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE标准。
现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况，迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、Cynlib C++等等。究竟选择哪种语言进行设计，整个业界正在进行激烈的讨论。因此，完全有必要在这方面作一些比较研究，为EDA设计做一些有意义的工作，也为发展我们未来的芯片设计技术打好基础。
1 目前HDL发展状况
目前，硬件描述语言可谓是百花齐放，有VHDL、Superlog、Verilog、SystemC、Cynlib C++、C Level等等。虽然各种语言各有所长，但业界对到底使用哪一种语言进行设计，却莫衷一是，难有定论。
而比较一致的意见是，HDL和C/C++语言在设计流程中实现级和系统级都具有各自的用武之地。问题出现在系统级和实现级相连接的地方：什么时候将使用中的一种语言停下来，而开始使用另外一种语言？或者干脆就直接使用一种语言？现在看来得出结论仍为时过早。
在2001年举行的国际HDL会议上，与会者就使用何种设计语言展开了生动、激烈的辩论。最后，与会者投票表决：如果要启动一个芯片设计项目，他们愿意选择哪种方案?结果，仅有2票或3票赞成使用SystemC、Cynlib和C Level设计；而Superlog和Verilog各自获得了约20票。至于以后会是什么情况，连会议主持人John Cooley也明确表示：“5年后，谁也不知道这个星球会发生什么事情。”
各方人士各持己见：为Verilog辩护者认为，开发一种新的设计语言是一种浪费；为SystemC辩护者认为，系统级芯片SoC快速增长的复杂性需要新的设计方法；C语言的赞扬者认为，Verilog是硬件设计的汇编语言，而编程的标准很快就会是高级语言，Cynlib C++是最佳的选择，它速度快、代码精简；Superlog的捍卫者认为，Superlog是Verilog的扩展，可以在整个设计流程中仅提供一种语言和一个仿真器，与现有的方法兼容，是一种进化，而不是一场革命。
当然，以上所有的讨论都没有提及模拟设计。如果想设计带有模拟电路的芯片，硬件描述语言必须有模拟扩展部分，像Verilog HDL-A，既要求能够描述门级开关级，又要求具有描述物理特性的能力。
2 几种代表性的HDL语言
2.1 VHDL
早在1980年，因为美国军事工业需要描述电子系统的方法，美国国防部开始进行VHDL的开发。1987年，由IEEE（Institute of Electrical and Electro- nics Engineers）将VHDL制定为标准。参考手册为IEEE VHDL语言参考手册标准草案1076/B版，于1987年批准，称为IEEE 1076-1987。应当注意，起初VHDL只是作为系统规范的一个标准，而不是为设计而制定的。第二个版本是在1993年制定的，称为VHDL-93，增加了一些新的命令和属性。
虽然有“VHDL是一个4亿美元的错误”这样的说法，但VHDL毕竟是1995年以前唯一制订为标准的硬件描述语言，这是它不争的事实和优势；但同时它确实比较麻烦，而且其综合库至今也没有标准化，不具有晶体管开关级的描述能力和模拟设计的描述能力。目前的看法是，对于特大型的系统级数字电路设计，VHDL是较为合适的。
实质上，在底层的VHDL设计环境是由Verilog HDL描述的器件库支持的，因此，它们之间的互操作性十分重要。目前，Verilog和VDHL的两个国际组织OVI、VI正在筹划这一工作，准备成立专门的工作组来协调VHDL和Verilog HDL语言的互操作性。OVI也支持不需要翻译，由VHDL到Verilog的自由表达。
2.2 Verilog HDL
Verilog HDL是在1983年，由GDA（GateWay Design Automation）公司的Phil Moorby首创的。Phil Moorby后来成为Verilog-XL的主要设计者和Cadence公司的第一合伙人。在1984~1985年，Phil Moorby设计出了第一个名为Verilog-XL的仿真器；1986年，他对Verilog HDL的发展又作出了另一个巨大的贡献：提出了用于快速门级仿真的XL算法。
随着Verilog-XL算法的成功，Verilog HDL语言得到迅速发展。1989年，Cadence公司收购了GDA公司，Verilog HDL语言成为Cadence公司的私有财产。1990年，Cadence公司决定公开Verilog HDL语言，于是成立了OVI（Open Verilog International）组织，负责促进Verilog HDL语言的发展。基于Verilog HDL的优越性，IEEE于1995年制定了Verilog HDL的IEEE标准，即Verilog HDL 1364-1995；2001年了Verilog HDL 1364-2001标准。在这个标准中，加入了Verilog HDL-A标准，使Verilog有了模拟设计描述的能力。
2.3 Superlog
开发一种新的硬件设计语言，总是有些冒险，而且未必能够利用原来对硬件开发的经验。能不能在原有硬件描述语言的基础上，结合高级语言C、C++甚至Java等语言的特点，进行扩展，达到一种新的系统级设计语言标准呢?
Superlog就是在这样的背景下研制开发的系统级硬件描述语言。Verilog语言的首创者Phil Moorby和Peter Flake等硬件描述语言专家，在一家叫Co-Design Automation的EDA公司进行合作，开始对Verilog进行扩展研究。1999年，Co-Design公司了SUPERLOGTM系统设计语言，同时了两个开发工具：SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM。一个用于系统级开发，一个用于高级验证。2001年，Co-Design公司向电子产业标准化组织Accellera了SUPERLOG扩展综合子集ESS，这样它就可以在今天Verilog语言的RTL级综合子集的基础上，提供更多级别的硬件综合抽象级，为各种系统级的EDA软件工具所利用。
至今为止，已超过15家芯片设计公司用Superlog来进行芯片设计和硬件开发。Superlog是一种具有良好前景的系统级硬件描述语言。但是不久前，由于整个IT产业的滑坡，EDA公司进行大的整合，Co-Design公司被Synopsys公司兼并，形势又变得扑朔迷离。
2.4 SystemC
随着半导体技术的迅猛发展，SoC已经成为当今集成电路设计的发展方向。在系统芯片的各个设计中，像系统定义、软硬件划分、设计实现等，集成电路设计界一直在考虑如何满足SoC的设计要求，一直在寻找一种能同时实现较高层次的软件和硬件描述的系统级设计语言。
SystemC正是在这种情况下，由Synopsys公司和CoWare公司积极响应目前各方对系统级设计语言的需求而合作开发的。1999年9月27日，40多家世界著名的EDA公司、IP公司、半导体公司和嵌入式软件公司宣布成立“开放式SystemC联盟”。著名公司Cadence也于2001年加入了SystemC联盟。SystemC从1999年9月联盟建立初期的0.9版本开始更新，从1.0版到1.1版，一直到2001年10月推出了最新的2.0版。
3 各种HDL语言的体系结构和设计方法
3.1 SystemC
所有的SystemC都是基于C++的；图1中的上层构架都是很明确地建立在下层的基础上；SystemC内核提供一个用于系统体系结构、并行、通信和同步时钟描述的模块；完全支持内核描绘以外的数据类型、用户定义数据类型；通常的通信方式，如信号、FIFO，都可以在内核的基础上建立，经常使用的计算模块也可以在内核基础上建立；如果需要，图1中较低层的内容不依赖上层就可以直接使用。
实际使用中，SystemC由一组描述类库和一个包含仿真核的库组成。在用户的描述程序中，必须包括相应的类库，可以通过通常的ANSI C++编译器编译该程序。SystemC提供了软件、硬件和系统模块。用户可以在不同的层次上自由选择，建立自己的系统模型，进行仿真、优化、验证、综合等等。
3.2 Superlog
Superlog集合了Verilog的简洁、C语言的强大、功能验证和系统级结构设计等特征，是一种高速的硬件描述语言。其体系结构如图2。
① Verilog 95和Verilog 2K。Superlog是Verilog HDL的超集，支持最新的Verilog 2K的硬件模型。
② C和C++语言。Superlog提供C语言的结构、类型、指针，同时具有C++面对对象的特性。
③ Superlog扩展综合子集ESS。ESS提供一种新的硬件描述的综合抽象级。
④ 强大的验证功能。自动测试基准，如随机数据产生、功能覆盖、各种专有检查等。
Superlog的系统级硬件开发工具主要有Co- Design Automation公司的SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM，同时可以结合其它的EDA工具进行开发。
3.3 Verilog和VHDL
这两种语言是传统硬件描述语言，有很多的书籍和资料可以查阅参考，这里不多介绍。
4 目前可取可行的策略和方式
按传统方法，我们将硬件抽象级的模型类型分为以下五种：
系统级（system）——用语言提供的高级结构实现算法运行的模型；
算法级（algorithm）——用语言提供的高级结构实现算法运行的模型；
RTL级（Register Transfer Level）——描述数据在寄存器之间流动和如何处理、控制这些数据流动的模型。（以上三种都属于行为描述，只有RTL级才与逻辑电路有明确的对应关系。）
门级（gate-level）——描述逻辑门以及逻辑门之间的连接模型。（与逻辑电路有确切的连接关系。以上四种，数字系统设计工程师必须掌握。）
开关级（switch-level）——描述器件中三极管和存储节点以及它们之间连接的模型。（与具体的物理电路有对应关系，工艺库元件和宏部件设计人员必须掌握。）
根据目前芯片设计的发展趋势，验证级和综合抽象级也有可能成为一种标准级别。因为它们适合于IP核复用和系统级仿真综合优化的需要，而软件（嵌入式、固件式）也越来越成为一个和系统密切相关的抽象级别。
目前，对于一个系统芯片设计项目，可以采用的方案包括以下几种：
① 最传统的办法是，在系统级采用VHDL，在软件级采用C语言，在实现级采用Verilog。目前，VHDL与Verilog的互操作性已经逐步走向标准化，但软件与硬件的协调设计还是一个很具挑战性的工作，因为软件越来越成为SOC设计的关键。该方案的特点是：风险小，集成难度大，与原有方法完全兼容，有现成的开发工具；但工具集成由开发者自行负责完成。
② 系统级及软件级采用Superlog，硬件级和实现级均采用Verilog HDL描述，这样和原有的硬件设计可以兼容。只要重新采购两个Superlog开发工具SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM即可。该方案特点是风险较小，易于集成，与原硬件设计兼容性好，有集成开发环境。
③ 系统级和软件级采用SystemC，硬件级采用SystemC与常规的Verilog HDL互相转换，与原来的软件编译环境完全兼容。开发者只需要一组描述类库和一个包含仿真核的库，就可以在通常的ANSI C++编译器环境下开发；但硬件描述与原有方法完全不兼容。该方案特点是风险较大，与原软件开发兼容性好，硬件开发有风险。
5 未来发展和技术方向
微电子设计工业的设计线宽已经从0.25μm向 0.18μm变迁，而且正在向0.13μm和90nm的目标努力迈进。到0.13μm这个目标后，90%的信号延迟将由线路互连所产生。为了设计工作频率近2GHz的高性能电路，就必须解决感应、电迁移和衬底噪声问题（同时还有设计复杂度问题）。
未来几年的设计中所面临的挑战有哪些？标准组织怎样去面对？当设计线宽降到0.13μm，甚至更小时，将会出现四个主要的趋势：
设计再利用；
设计验证（包括硬件和软件）；
互连问题将决定对时间、电源及噪声要求；
系统级芯片设计要求。
满足未来设计者需要的设计环境将是多家供应商提供解决方案的模式，因为涉及的问题面太广且太复杂，没有哪个公司或实体可以独立解决。实际上，人们完全有理由认为，对下一代设计问题解决方案的贡献，基础研究活动与独立产业的作用将同等重要。
以后，EDA界将在以下三个方面开展工作。
① 互用性标准。所有解决方案的基础，是设计工具开发过程的组件——互用性标准。我们知道，EDA工业采用的是工业上所需要的标准，而不管标准是谁制定的。但是，当今市场的迅速发展正在将优势转向那些提供标准时能做到快速适应和技术领先的组织。处于领先的公司正在有目的地向这方面投资，那些没有参加开发这些标准的公司则必须独自承担风险。
② 扩展其高级库格式（ALF）标准，使其包含物理领域的信息，是EDA开发商可以致力于解决互连问题的算法，从而使电路设计者在解决设计收尾工作时，不再受到这个问题的困扰。
③ 制定新的系统级设计语言标准。标准化系统芯片的设计工具和语言，使SoC真正达到第三次微电子设计革命浪潮。
6 国内发展的战略选择
由于目前IT行业不景气，以及ASIC设计复杂程度不断增加，各EDA公司出现了合并调整的趋势。Synopsys合了Avant！和Co-Design，Cadence合了GDA等，形成了几大巨头的局面。而各可编程器件厂商，像Xilinx和Altera，也积极与EDA紧密合作，因此，我们必须抓住这个时机，全力发展；不然，就要面对以后与垄断巨头进行竞争的事倍功半的不利局面。
针对目前硬件描述语言的发展和国家芯片制造生产的发展战略，国内如何在原EDA基础薄弱的情况下迅速发展，使EDA成为一个合理、健康而必不可少的产业；将基础研究活动与独立产业的作用合理的结合，建议开展如下方面的工作：
① 为了实现我国的芯片设计自主化，必须夯实基础，在结合VHDL的基础上，推广Verilog HDL设计语言，使硬件设计的底层单元库可以自主研制；
② 根据目前芯片系统的发展趋势，对系统级语言进行比较研究，在Suoerlog、SystemC等语言中做出选择，并进行相关工具的推广，以及与相关企业进行合作等；
③ 深入HDL语言的综合和仿真等模型的研究，努力在与国外合作的基础上，建立自主知识产权的EDA公司；
④ 积极加入EDA目前正在进行的标准化工作，做到了解、学习、应用、吸收、参与并重；
本项目受大学生创新训练计划资助，项目编号：201210425030
一、简介
随着通信网络技术和集成电路设计的高速发展，嵌入式系统己成为了IT业的一个焦点"嵌入式技术己经无处不在，从随身携带的mP3！语言复读机、手机、PDA到家庭之中的智能电视、智能冰箱、机顶盒，再到工业生产、娱乐中的机器，无不采用嵌入式技术"近几年，嵌入式系统产品渐渐完善，并在全世界各行业得到广泛应用"目前，嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工业化！工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点"随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要，像我们平常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DvD、mp3player、数字相机（ne）、数字摄像机（nv）、u盘、机顶盒（setTopBox）、高清电视（HDTv）、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪、航天航空设备等等，都是典型的嵌入式系统"随着Intemet的迅速发展和价格更为低廉的微处理器的出现，嵌入式系统将在日常生活里形成更大的应用领域"[1]。
嵌入式处理器选择 AT91SAM9X35。鉴于AT91SAM9X35芯片是BGA，自己不能焊接，故采用外购的方式，核心板板采用长沙思意美达电子科技有限公司的SYMD9X35，该核心板包括了1个AT91SAM9X35，400MHz，ARM926ejs内核，128MB DDR2 SDRAM，256MB NandFlash，能满足设计需要。母板采用自己设计的方式，根据本设计需要及后续功能扩展，包含了电源模块，1个串口，3个USB接口，1个7寸LCD接口，1个10/100M自适应以太网接口，2个LED指示灯等，核心板电路图见图1。
图1.核心板电路图
二、 Linux系统移植
嵌入式操作系统选择 Linux。选择 Linux 实时操作系统最主要的原因是它的开源性，不仅可以从网上免费获取内核源码，还能获取很丰富的驱动代码。另基于Linux开发的应用具有很强的可移植性，编写好的应用程序在PC上调试没问题，可以很快的移植到嵌入式ARM系统上，降低了开发难度。Linux系统在AT91SAM9X35上的移植主要包括：AT91Bootstrap，u-boot，kernel内核，fs文件系统。
三、 母板的设计开发
A）. 电源部分
系统的供电是5V适配器，而核心板和大部分芯片都是3.3V供电，故需要将5V转变成3.3V，可采用DC/DC方式，也可以采用LDO方式，LDO具有高稳定性，低纹波，电路简单等特点，故本设计采用LDO的方式。选用SPX1587AT-3.3芯片，该芯片输入范围4.75V到10V，压差低至1.1V，输出最大电流3A，可满足设计需要。具体电路如下图。
B）. 核心板部分
核心板是外购的，只需要根据厂家的要求，给核心板供电，并把需要的引脚引出即可，如下图。
D）. 以太网部分
为方便以后扩展，如加入智能家庭实现远程控制，特加了以太网部分。由于AT91SAM9X35芯片已接有网络MAC，只需要外扩一片PHY即可，采用DM9161BIEP芯片，该芯片稳定性好，价格低廉，广泛应用各行各业。原理图如下。
E）. USB部分
由于AT91SAM9X35芯片已经集成了USB的控制与PHY，故只需引出相应的引脚到常用的USB接口上即可，为保护USB设备和系统，特加了500mA的自恢复保险，原理图如下。
F）. 串口部分
为方便Linux系统的开发调试，需要至少加一个串口，采用最常用的SP3232芯片即可实现，如下图。
四、 推广应用前景、效益分析与市场预测
随着如今社会各个行业业务处理方式越来越倾向于电子化，各式各样的数据存储设备也随着市场的需要逐渐的换代升级。对于存储设备而言，优盘以及移动硬盘这种以USB接口为主要数据交换渠道的数据存储设备，其对于电脑的依赖性很大，只可以通过电脑进行数据的载入与输出，对于经常出差的人群极为不便。本产品主要针对于此种问题，更加快捷的进行数据的交换、查看，并且相较于电脑更加节约资源，操作简单，具有很大的市场价值。
