时间：2023-11-09 16:34:39
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篇电路设计的基本流程，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。
集成电路(IntegratedCircuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1_4]
一、集成电路版图设计软件平台
为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学(以下简称"我校”从2005年起借助于大学计划。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计 、 ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。56]
集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。
在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。
九天EDA软件系统包括设计管理器，原理图编辑器，版图编辑工具，版图验证工具，层次版图设计规则检查工具，寄生参数提取工具，信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。
二、集成电路版图设计的教学目标
根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。
在集成电路版图设计的教学中，首先对集成电路设计的_些相关知识进行回顾，介绍版图设计的基础知识，如集成电路设计流程，CMOS基本工艺过程，版图的基本概念，版图的相关物理知识及物理结构，版图设计的基本流程，版图的总体设计，布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验，讲解Unix和Linux操作系统的常用命令，详细阐述基于标准单元库的版图设计流程，指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图，使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上，让学生自主选择_些较为复杂的单元电路进行设计，如数据选择器、MOS差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS静态存储单元等，使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现，包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。7]
集成电路版图设计的教学目标是：
第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置，能识别基本单元的版图，根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改，利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能，能够根据版图提取单元电路的原理图。
第二，能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持，要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证，利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。
第三，能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能，这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段，版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化，并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。
第四，了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图，需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持，这些基本单元可以是不同类型的各种门电路，也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路，因此，理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。
三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍
下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。
1.内容和要求
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。
2.设计步骤
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件，确定不同层次颜色的对应，熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性，并作必要的修改，然后按照原理图上的连接关系作相应的连线，最后检查修改整个版图。
3.版图验证
打开终端，进入zse文件夹，键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器，正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件，阅读和理解其基本语句的含义，对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt，进入ZeniPDT版图编辑器，调出CMOS反相器的版图，在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改，利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错，贝懦要调用LDX工具，对版图上的错误进行修改。
4.设计提示
要很好的理解版图设计的过程和意义，应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触，版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的，在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多，金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作，这样可以大大缩小工作量，且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小，一般在版图设计上，P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离，层次本身的宽度的大小要适当，以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中，要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构，画出相应的电路原理图，进行ERC检查，然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后，对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注，然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证，利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查，修改其中的错误并优化版图，最后全部通过检查，设计完成。
五、结束语
集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识，提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力，为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此，在今后的教学改革工作中，除了要继续提高教师的理论教学水平外，还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节，努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起，培养学生的实际设计能力，开阔学生的视野，在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。
参考文献：
[1]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路,2007,(4):19-22.
[2]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,(5):25-26.
[3]唐俊龙，唐立军，文勇军，等.完善集成电路设计应用型人才培养实践教学的探讨J].中国电力教育,2011,(34):35-36.
[4]肖功利，杨宏艳.微电子学专业丨C设计人才培养主干课程设置[J].桂林电子科技大学学报,2009,(4):338-340.
[5]窦建华，毛剑波，易茂祥九天”EDA软件在"中国芯片工程〃中的作用[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2008,(6):154-156.
[6]易茂祥，毛剑波，杨明武，等.基于华大EDA软件的实验教学研究[J].实验科学与技术，2006,(5):71-73.
关键词：IP技术 模拟集成电路 流程
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
1 模拟集成电路设计的意义
当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（IC，Integrated circuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言
而喻。
集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSI），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（MSI），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSI），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSI又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。
（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（AD，C）。
（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DAC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（ADC）以确定所传输的电平。
（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。
（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。
（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和A/D转换在这些应用中都是基本的功能。
（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的
设计。
2 模拟集成电路设计流程概念
在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SOC和IP技术越来越成为IC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。
一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、IP和IP复用的
设计。
另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。
3 模拟集成电路设计流程
3.1 模拟集成电路设计系统环境
集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。
（1）模拟集成电路设计EDA工具种类及其举例
设计资料库―Cadence Design Framework11
电路编辑软件―Text editor/Schematic editor
电路模拟软件―Spectre，HSPICE，Nanosim
版图编辑软件―Cadence virtuoso，Laker
物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules
（2）系统环境
工作站环境；Unix-Based作业系统；由于EDA软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。EDA软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。
3.2 模拟集成电路设计流程概述
根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。
模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。
（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。
除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。
这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。
3.3 模拟集成电路设计流程分述
（1）系统规格定义
这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。
（2）电路设计
根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有EDA厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。
（3）电路模拟
设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助EDA工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。
（4）版图实现
电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。
（5）物理验证
版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，Design Rule Cheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，Layout Versus schematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。
参考文献
一、建设数字化教学资源
建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。
二、优化课程教学方式方法
以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。
三、改革课程考核方式
改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。
四、加强实践教学
在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。
五、总结
“集成电路设计”课程既牵涉到物理、数学、计算机等基础学科，又需要用到美学、工程技术等知识，集成电路的应用更是涉及到人类社会的方方面面，这一课程的教学势必需要借助现代信息技术来向学生传递大量的信息。由于课程的综合性较强，要求设计者具有扎实的物理和数学基础，对初学者来说往往会因为难以入手而产生厌学情绪。采用启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式可充分调动学生学习积极性；结合集成电路设计流程、EDA工具使用、设计实例和设计性实验等进行教学，能够帮助学生快速入门，并在设计过程中充分锻炼学生的创新意识和团队协作能力；另外，在教学过程中应向学生输送大量的学科前沿信息，以便学生掌握行业动态，并在其中找到自己感兴趣的点，进行更深层次的研究。总之，集成电路设计是一项系统性的复杂工程，“集成电路设计”课程的教学需要打破传统，做到理论联系实践、基础和前沿并举、鼓励创新和协作，充分调动学生的学习积极性，实现高效率高质量的教学效果。
作者：马奎杨发顺单位：贵州大学电子科学系
关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索
作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02
1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。
在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。
一、集成电路设计本科教学存在的主要问题
在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。
首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。
其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]
再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。
二、改革措施
鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。
1.增加实验教学量
现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。
在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。
2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导
“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。
对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。
3.增加就业相关基础知识含量
从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。
另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。
三、结论
集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。
参考文献：
[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).
关键词：数字电子电路；VHDL；EDA技术；可编程芯片
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0051-02
大规模集成电路的出现以及计算机技术的不断更新换代与广泛应用，促使数字电子电路的设计已经发展到了一个更新的领域，用以下四方面便足以显示：（1）硬件电路的设计越来越趋向软件化；（2）数字电路发展愈加芯片化；（3）电子器件以及与其相关的技术研发越来越多地朝着服务于EDA的方向；（4）电路设计技术的发展趋势朝着更加规范化、标准化的HDL硬件描述语言及EDA工具的推广使用上。当今的技术发展趋势要求从业人员在进行数字电子电路设计过程中，必须具备运用电子计算机以及操作超大规模的可编程逻辑器件的能力。本文通过对以EDA与VHDL为基础的数字电子电路开发设计过程进行简要叙述，为该技术的推广运用，做出必要的文献研究支撑。
1 EDA技术概述以及其开发设计流程
1.1 EDA技术的基本知识
EDA技术指的是以计算机为工作平台，将应用信息处理、计算机技术、智能化技术及电子技术进行融合的最新成果，进行电子产品的自动设计。20世纪60年代中叶，随着技术水平的不断进步逐渐，该技术结合了CAM、CAT、CAD以及CAE的综合优势被逐步发展出来。
与其前身相比，EDA在以下五方面拥有着十分明显的优势：（1）EDA技术能够对目标进行现场编程，并即时地实现在线升级。（2）硬件电路设计过程中采用软件设计的方式，通过输入波形、原理图、编程语言等指令，可以在进行硬件设计、修改、检测中，不涉及任何硬件工具进行特定作业。（3）产品直面设计自动化。EDA技术能够自动地根据设计输入的电路原理图或者HDL进行逻辑编译、适配、布局、优化等一系列工序调整并生成符合要求的目标系统。换句话说，就是运用电路功能完成对电子产品的测试、仿真、优化全程操作。（4）EDA技术的经济实用性更加科学、合理，不仅设计成本保持在较低水平，设计的灵活性也大大提高，同时新技术的开发周期也明显缩短。（5）集成化程度更加完善。EDA设计方法，还有另外一种称呼：利用芯片进行设计的方法，在集成芯片日益大规模的发展背景下，利用EDA技术，可以实现在芯片上构建系统的目的。
1.2 EDA技术的开发设计流程
EDA技术在设计方法上，通过对以往的“电路设计硬件搭试调试”模式进行革命化的转变，代之以计算机自动化完成的模式（如图1），完成了数字电子电路设计的巨大飞跃。
笔者将EDA技术设计过程中两个最基本的组成部分设计载体：可编程逻辑器件PLD以及设计输入：硬件描述语言VHDL进行具体介绍。
2 可编程逻辑器件PLD
可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一种电子零件、电子组件，简而言之也是一种集成电路、芯片。PLD芯片属于数字型态的电路芯片，而非模拟或混讯（同时具有数字电路与模拟电路）芯片。PLD与一般数字芯片不同的是：PLD内部的数字电路可以在出厂后才规划决定，有些类型的PLD也允许在规划决定后再次进行变更、改变，而一般数字芯片在出厂前就已经决定其内部电路，无法在出厂后再次改变。
3 硬件描述语言VHDL
3.1 VHDL的基本知识
VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。具有以下特点与优势：（1）更强大的行为描述能力。有效避免具体的器件结构，为实现超大规模的电子系统设计与描述打下坚实基础。（2）适用范围多样，且易于操作修改。VHDL采用国际通用的编程语言，能够很好地适用于不同版本的EDA工具，为操作者进行使用和修改提供了极大的便利。（3）设计描述过程独为一体。编程人员能够在对设计最终目标以及其他设计领域不甚了解的情况下，完成自身的编程操作工序。（4）使用EDA工具可以十分方便地对VHDL语言进行进一步的优化提升，由于EDA工具对其的可识别性，EDA可以实现对VHDL的设计语言重新进行整合、升级，并用门级网表将其表示出来。
3.2 基于VHDL的设计实例
用一个简单的状态机举例说明
4 结语
通过使用精简描述语言VHDL进行数字电子电路设计，不仅能够完成各种逻辑复杂、规模庞大的数据运算，更可以有效地将设计周期大大缩短，提高整个系统的可靠性以及集成度。
参考文献
[1] 于玲.EDA应用课程教学改革分析[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2012，（1）：136-138.
[2] 王彩凤，胡波，李卫兵，杜玉杰.EDA技术在数字电子技术实验中的应用[J].实验科学与技术，2011，（1）：782-783.
[3] 李晓敏，徐涛.EDA技术在“数字电子技术”课程中的应用[J].中国科技信息，2011，（9）：167-169.
学校所开设的实验课分随课实验和独立实验课，而随课实验的实验教学多数是验证或巩固对课程内容的理解和基本技能的训练。这些教学环节之间联系不紧密，实验的方式方法也与实际应用有较大的距离。如用一些实验台或者实验箱所做的实验，很多元器件被固定在现成的电路和模块中，学生看不到器件和电路的内部结构，在实验的过程中，学生也只需将测量仪表或者相关的元器件用导线连到实验板所标注的符号上，就可以完成实验电路的连接。在整个学习阶段，本课程具有承上启下的作用，在本课程的实训中，学生必须应用专业基础课的电路理论知识进行电路设计，在安装调试和测试过程必须具有一定的实验能力，本门课程是理论和实际的综合运用。另一方面，学生由基本技能的培养转变到综合技能的培养，使学生具有一定的单元电路的设计能力，熟悉电路设计的流程，掌握从理论到实践，再从实践到理论的设计思想，为后续课程设计、毕业设计等课程的学习打下基础，提高学生实际应用能力、培养学生的创新思维，提高学生专业技能水平，提高学生的综合素质，提升学生社会竞争能力。
2《电子综合技能训练》教学模式
本课程为必修课，总课时36，周课时3，安排在大二下学期进行。这时候学生已完成《电路基础》、《模拟电子线路》、《脉冲与数字电路》等理论课程的学习，完成《电子基本技能训练Ⅰ》、《电子基本技能训练Ⅱ》、《电路识图》等实验课程的学习，初步掌握了电子元器件和电路图的识别，常规仪器仪表的使用，以及仿真软件的使用，为综合性、设计性训练打下了一定的基础。实验运行模式为学生两人一组，自主完成理论设计、元器件购买、电路的安装调试和测试任务，本教学环节分三个阶段。
2.1课堂教学阶段
在这个阶段，第一步，用2次课的时间对学生进行元器件识别和测试，仪器的使用进行训练，使学生进一步掌握电路常规指标，如：通频带、放大倍数、输入电阻、输出电阻、输出功率等的测量方法。通过这个阶段的实训，对学生的一些实践技能再进行强化训练，避免在实验当中，由于基本技能不过关影响综合技能项目的顺利进行。第二步，采用集中授课的方式，以放大电路为例，介绍设计性实验进行的步骤和要求，实验报告的格式和要求，成绩评定的方法和标准。并提供给学生自编的实验指导书。设计性实验，应该包括这几方面的内容：设计题目、设计任务和要求、电路设计、安装调试和测试、小结。其中设计任务和要求，要交代清楚电路要实现的功能和达到的具体指标；电路设计要有具体的设计方案，原理框图，具体电路的设计中要交代清楚元器件型号参数选择的依据，对于要编程的电路，要有程序流程图。在调试测试阶段，要记录下实验数据。
2.2设计准备阶段
实验内容的选择分四个大类：线性电路、非线性电路、数字电路、综合性电路。每个大类都必须选择，大类里的具体电路就有学生自己确定。学生自由组合，两人一组，按照自己确定的实验内容，查资料，完成原理款图、电路原理图的设计，填写元器件清单（名称、型号、规格、数量等），以班级为单位由学生代表去采购元器件。实验室提供配置有面包板的实验箱，以及稳压电源、信号源、示波器等仪器设备。
2.3实际操作阶段
学生的设计方案给指导老师检查无误后，利用面包板和实验设备完成电路的安装、连线和调试。实验过程严格考勤制度，学生进入实验室要进行登记，每个实验实现了功能和指标需经老师认定合格进行记录后，下次课才能进行下个一个实验内容。每次实验过程，学生要注意实验安全，遵守实验规程，实验完成后，学生要拆除实验所用的元器件，将仪器设备复原，保持实验室的整洁，回去书写实验报告。实验成绩的评定分五个等级：优、良、中、及格、不及格。实验内容完成8个以上的评为优，7个为良、6个为中，完成5个及格，完成5个以下的不及格。
3教学效果和体会
通过开设《电子综合技能训练》课程，激发了学生的创新意识和参与实践教学的积极性和主动性，增强了学科之间的系统性和综合性。通过这一环节的实训，进一步增强了学生的实验技能，加深了学生对课程理论知识的掌握，电路设计能力得到训练，并积累了一定的综合实验经验。实验内容层次多样化，内容丰富，知识覆盖面广。实验形式使学生处于主动地位，学生既动脑又动手，学生学习积极性高，在实验过程中，学生具有自主性，可根据自身能力的差异选择不同的实验内容，量体裁衣，增加学习的信心。综合训练的过程，不仅是理论联系实际的过程，也是对学生进行操作技能、实践能力的综合训练，同时还培养了学生查资料、团结协作的能力，培养求实的实验作风，培养创新意识、安全意识、工程意识，最终也是培养担负社会责任的意识。
4结束语
关键词：集成电路版图CAD；实践教学；课程实验；课程设计
Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course
Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei
Nantong University， Nantong， 226019， China
Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum
目前，高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热，而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课，开设在大三第二学期，并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分，它是对理论教学的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践，笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力，提升就业竞争力，对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。
1 版图设计工具
集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链（设计、制造、封装和测试），集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异，但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异，在售价方面，国外版图设计工具贵得惊人，不过近年来这些公司相继推出大学销售计划，降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学，则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室，利用这些经费，我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前，我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 两种相辅相成的实验教学模式
我校集成电路版图CAD课程共48学时（理论讲授24学时、实验24学时），实验环节是本课程教学的重要部分，在有限的实验教学时间内既要完成教学内容，又要培养学生创新能力，需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求：与理论教学相衔接，熟练使用版图设计工具，学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计，为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则（版图几何设计规则）、两个流程（版图编辑流程和验证流程）、四个问题”这条主线设计实验内容[1，2]。要解决的4个问题分别是：（1）版图设计前需要做哪些准备工作？（2）如何理解一个元器件（晶体管、电阻、电容、电感）的版图含义[3，4]？（3）如何修改版图中的几何设计规则检查错误？（4）如何修改版图和电路图一致性错误？表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式：系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容，如设计实验3（数字基本门电路版图阅读）时，安排了5学时，采用3种版图阅读方式：读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容，采用不同形式，彼此类比，加深印象，既有实物，又有动手操作，增强了直观性和感性认识。又如设计实验5（模拟单元MOS差分对管版图设计）时，安排了5学时，从器件匹配的重要性入手，给出MOS差分对管的电路图，讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响，特别是工艺过程引入器件的失配和误差，对MOS差分对管的3种版图分布形式（管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式）进行逐一分析，指出支路电流大小对金属线的宽度要求，对较大尺寸的对管，采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例，围绕该实例，设计具体步骤，教师先示范，学生再模仿，如设计实验7（集成无源器件版图设计）时，由于集成电阻、电容和电感种类很多，不能面面俱到，要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的，为此我们设置了课外实验项目，感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成，指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心（2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点，2009年12月通过省级验收），学生对本课程很感兴趣，课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法，特别是课外实验项目的训练，学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。
表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点
表1（续）
4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则；学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计；DRC检查。
5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计，包括匹配原则、同心布局等，DRC检查。
6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。
7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。
3 改革课程设计环节
课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节，时间2周，集中指导，提前1个月发给学生任务书和指导书，每个班配备2名指导教师，注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新：在教学内容设计上，给出了必做题和选做题，在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题，具体题目由抽签决定，做到1人1题，避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果（占50%）、小论文（占30%）、答辩（占20%）三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文，包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献，让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里，供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计（论文）答辩要求，包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程，每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好，锻炼了语言组织和口头表达能力，而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间，但我们无怨无悔，学生的认可和进步是我们最大的收获。
4 精心指导学生参加课外科技竞赛
目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办，电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一，每年8月底举行，邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委，增加了竞赛的专业性和公正性，目前已经举办了6届，反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛，如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛，其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片，学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节，提高了综合训练能力。
5 加强师资队伍建设
要提高课程实践环节的教学质量，关键是指导教师要思想素质好，专业理论知识强，科研水平高，因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园，毕业后直接上岗指导学习实践，缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平，加强对年轻教师的培养，近十年来，我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班，由经验丰富的教学、科研一线教师主讲；不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座；同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践，时间至少半年以上；现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师，指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异，课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。
6 结束语
我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业，也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一，总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大，今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革，不断探索，为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。
参考文献
[1] 施敏，孙玲，景为平.浅谈“集成电路版图CAD”课程建设[J].中国集成电路，2007（12）：59-62.
[2] 施敏，徐晨.基于九天EDA系统的集成电路版图设计[J].南通工学院学报：自然科学版，2004，3（4）：101-103.
1、集成电路产业是信息产业的核心，是国家基础战略性产业。
集成电路（IC）是集多种高技术于一体的高科技产品，是所有整机设备的心脏。随着技术的发展，集成电路正在发展成为集成系统（SOC），而集成系统本身就是一部高技术的整机，它几乎存在于所有工业部门，是衡量一个国家装备水平和竞争实力的重要标志。
2、集成电路产业是技术资金密集、技术进步快和投资风险高的产业。
80年代建一条6英寸的生产线投资约2亿美元，90年代一条8英寸的生产线投资需10亿美元，现在建一条12英寸的生产线要20亿－30亿美元，有人估计到2010年建一条18英寸的生产线，需要上百亿美元的投资。
集成电路产业的技术进步日新月异，从70年代以来，它一直遵循着摩尔定律:芯片集成元件数每18个月增加一倍。即每18个月芯片集成度大体增长一倍。这种把技术指标及其到达时限准确地摆在竞争者面前的规律，为企业提出了一个“永难喘息”，否则就“永远停息”的竞争法则。
据世界半导体贸易统计组织(WSTS)**年春季公布的最新数据，**年世界半导体市场销售额为1664亿美元，比上年增长18.3%。其中，集成电路的销售额为1400亿美元，比上年增长16.1%。
3、集成电路产业专业化分工的形成。
90年代，随着因特网的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。人们认识到，越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，分才能精，整合才成优势。
由于生产效率低，成本高，现在世界上的全能型的集成电路企业已经越来越少。“垂直分工”的方式产品开发能力强、客户服务效率高、生产设备利用率高，整体生产成本低，因此是集成电路产业发展的方向。
目前，全世界70%的集成电路是由数万家集成电路设计企业开发和设计的，由近十家芯片集团企业生产芯片，又由数十家的封装测试企业对电路进行封装和测试。即使是英特尔、超微半导体等全能型大企业，他们自己开发和设计的电路也有超过50%是由芯片企业和封装测试企业进行加工生产的。
IC产业结构向高度专业化转化已成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面。
二、苏州工业园区的集成电路产业发展现状
根据国家和江苏省的集成电路产业布局规划，苏州市明确将苏州工业园区作为发展集成电路产业的重点基地，通过积极引进、培育一批在国际上具有一定品牌和市场占有率的集成电路企业，使园区尽快成为全省、乃至全国的集成电路产业最重要基地之一。
工业园区管委会着眼于整个高端IC产业链的引进，形成了以“孵化服务设计研发晶圆制造封装测试”为核心，IC设备、原料及服务产业为支撑，由数十家世界知名企业组成的完整的IC产业“垂直分工”链。
目前整个苏州工业园区范围内已经积聚了大批集成电路企业。有集成电路设计企业21户；集成电路芯片制造企业1家，投资总额约10亿美元；封装测试企业11家，投资总额约30亿美元。制造与封装测试企业中，投资总额超过80亿元的企业3家。上述33家集成电路企业中，已开业或投产（包括部分开业或投产）21家。**年，经过中国半导体行业协会集成电路分会的审查，第一批有8户企业通过集成电路生产企业的认定，14项产品通过集成电路生产产品的认定。**年，第二批有1户企业通过集成电路生产企业的认定，102项产品通过集成电路生产产品的认定。21户设计企业中，有3户企业通过中国集成电路行业协会的集成电路设计企业认定(备案)。
1、集成电路设计服务企业。
如中科集成电路。作为政府设立的非营利性集成电路服务机构，为集成电路设计企业提供全方位的信息服务，包括融资沟通、人才培养、行业咨询、先进的设计制造技术、软件平台、流片测试等。力争扮演好园区的集成电路设计“孵化器”的角色。
2、集成电路设计企业。
如世宏科技、瑞晟微电子、忆晶科技、扬智电子、咏传科技、金科集成电路、凌晖科技、代维康科技、三星半导体（中国）研究开发中心等。
3、集成电路芯片制造企业。
和舰科技。已于**年5月正式投产8英寸晶圆，至**年3月第一条生产线月产能已达1.6万片。第二条8英寸生产线已与**年底开始动工，**年第三季度开始装机，预计将于2005年初开始投片。到今年年底，和舰科技总月产能预计提升到3.2万片。和舰目前已成功导入0.25-0.18微米工艺技术。近期和舰将进一步引进0.15-0.13微米及纳米技术，研发更先进高阶晶圆工艺制造技术。
4、集成电路封装测试企业。
如三星半导体、飞索半导体、瑞萨半导体，矽品科技(纯代工)、京隆科技(纯代工)、快捷半导体、美商国家半导体、英飞凌科技等等。
该类企业目前是园区集成电路产业的主体。通过多年的努力，园区以其优越的基础设施和逐步形成的良好的产业环境，吸引了10多家集成电路封装测试企业。以投资规模、技术水平和销售收入来说，园区的封装测测试业均在国内处于龙头地位，**年整体销售收入占国内相同产业销售收入的近16%，行业地位突出。
园区封装测试企业的主要特点：
①普遍采用国际主流的封装测试工艺，技术层次处于国内领先地位。
②投资额普遍较大：英飞凌科技、飞利浦半导体投资总额均在10亿美元以上。快捷半导体、飞索半导体、瑞萨半导体均在原先投资额的基础进行了大幅增资。
③均成为所属集团后道制程重要的生产基地。英飞凌科技计划产能要达到每年8亿块记忆体(DRAM等)以上，是英飞凌存储事业部最主要的封装测试基地；飞索半导体是AMD和富士通将闪存业务强强结合成立的全球最大的闪存公司在园区设立的全资子公司，园区工厂是其最主要的闪存生产基地之一。
5、配套支持企业
①集成电路生产设备方面。有东和半导体设备、爱得万测试、库力索法、爱发科真空设备等企业。
②材料/特殊气体方面。有英国氧气公司、比欧西联华、德国梅塞尔、南大光电等气体公司。有住友电木等封装材料生产企业。克莱恩等光刻胶生产企业。
③洁净房和净化设备生产和维护方面。有久大、亚翔、天华超净、MICROFORM、专业电镀（TECHNIC）、超净化工作服清洗（雅洁）等等。
**年上半年，园区集成电路企业(全部)的经营情况如下(由园区经发局提供略)：
根据市场研究公司iSuppli今年初的**年全球前二十名半导体厂家资料，目前，其中已有七家在园区设厂。分别为三星电子、瑞萨科技、英飞凌科技、飞利浦半导体、松下电器、AMD、富士通。
三、集成电路产业涉及的主要税收政策
1、财税字［2002］70号《关于进一步鼓励软件产业的集成电路产业发展税收政策的通知》明确，自2002年1月1日起至2010年底，对增值税一般纳税人销售其自产的集成电路产品（含单晶硅片），按17%的税率征收增值税后，对其增值税实际税负超过3%的部分实行即征即退政策。
2、财税字［**］25号《关于鼓励软件产业的集成电路产业发展有关税收政策问题的通知》明确，“对我国境内新办软件生产企业经认定后，自开始获利年度起，第一年和第二年免征企业所得税，第三年至第五年减半征收企业所得税”；“集成电路设计企业视同软件企业，享受软件企业的有关税收政策”。
3、苏国税发［**］241号《关于明确软件和集成电路产品有关增值税问题的通知》明确，“凡申请享受集成电路产品税收优惠政策的，在国家没有出台相应认定管理办法之前，暂由省辖市国税局商同级信息产业主管部门认定，认定时可以委托相关专业机构进行技术评审和鉴定”。
4、信部联产［**］86号《集成电路设计企业及产品认定管理办法》明确，“集成电路设计企业和产品的认定，由企业向其所在地主管税务机关提出申请，主管税务机关审核后，逐级上报国家税务总局。由国家税务总局和信息产业部共同委托认定机构进行认定”。
5、苏国税发［**］241号《关于明确软件和集成电路产品有关增值税问题的通知》明确，“对纳税人受托加工、封装集成电路产品，应视为提供增值税应税劳务，不享受增值税即征即退政策”。
6、财税［1994］51号《关于外商投资企业和外国企业所得税法实施细则第七十二条有关项目解释的通知》规定，“细则第七十二条第九项规定的直接为生产服务的科枝开发、地质普查、产业信息咨询业务是指：开发的科技成果能够直接构成产品的制造技术或直接构成产品生产流程的管理技术，……，以及为这些技术或开发利用资源提供的信息咨询、计算机软件开发，不包括……属于上述限定的技术或开发利用资源以外的计算机软件开发。”
四、当前税收政策执行中存在的问题
1、集成电路设计产品的认定工作，还没有实质性地开展起来。
集成电路设计企业负责产品的开发和电路设计，直接面对集成电路用户；集成电路芯片制造企业为集成电路设计企业将其开发和设计出来的电路加工成芯片；集成电路封装企业对电路芯片进行封装加工；集成电路测试企业为集成电路进行功能测试和检验，将合格的产品交给集成电路设计企业，由设计企业向集成电路用户提供。在这个过程中，集成电路产品的知识产权和品牌的所有者是集成电路设计企业。
因为各种电路产品的功能不同，生产工艺和技术指标的控制也不同，因此无论在芯片生产或封装测试过程中，集成电路设计企业的工程技术人员要提出技术方案和主要工艺线路，并始终参与到各个生产环节中。因此，集成电路设计企业在集成电路生产的“垂直分工”体系中起到了主导的作用。处于整个生产环节的最上游，是龙头。
虽说IC设计企业远不如制造封装企业那么投资巨大，但用于软硬件、人才培养的投入也是动则上千万。如世宏科技目前已积聚了超过百位的来自高校的毕业生和工作经验在丰富的技术管理人才。同时还从美国硅谷网罗了将近20位累计有200年以上IC产品设计经验、拥有先进技术的海归派人士。在人力资源上的投入达450万元∕季度，软硬件上的投入达**多万元。中科集成电路的EDA设计平台一次性就投入2500万元。
园区目前共有三户企业被国家认定为集成电路设计企业。但至关重要的集成电路设计产品的认定一家也未获得。由于集成电路设计企业的主要成本是人力成本、技术成本(技术转让费)，基本都无法抵扣。同时，研发投入大、成品风险高、产出后的计税增值部分也高，因此如果相关的增值税优惠政策不能享受，将不利于企业的发展。
所以目前，该类企业的研发主体大都还在国外或台湾，园区的子公司大多数还未进入独立产品的研发阶段。同时，一些真正想独立产品研发的企业都处于观望状态或转而从事提供设计服务，如承接国外总公司的设计分包业务等。并且由于享受优惠政策前景不明，这些境外IC设计公司往往把设在园区的公司设计成集团内部成本中心，即把一部分环节研发转移至园区，而最终产品包括晶圆代工、封装测试和销售仍在境外完成。一些设计公司目前纯粹属于国外总公司在国内的售后服务机构，设立公司主要是为了对国外总公司的产品进行分析，检测、安装等，以利于节省费用或为将来的进入作准备。与原想象的集成电路设计企业的龙头地位不符。因此，有关支持政策的不能落实将严重影响苏州工业园区成为我国集成电路设计产业的重要基地的目标。
2、集成电路设计企业能否作为生产性外商投资企业享受所得税优惠未予明确。
目前，园区共有集成电路设计企业23家，但均为外商投资企业，与境外母公司联系紧密。基本属于集团内部成本中心，离产品研发的本地化上还有一段距离。但个别公司已在本地化方面实现突破，愿承担高额的增值税税负并取得了一定的利润。能否据此确认为生产性外商投资企业享受“二免三减半”等所得税优惠政策，目前税务部门还未给出一个肯定的答复。
关键是所得税法第七十二条“生产性外商投资企业是指…直接为生产服务的科技开发、地质普查、产业信息咨询和生产设备、精密仪器维修服务业”的表述较为含糊。同时，财税［1994］51号对此的解释也使税务机关难以把握。
由于集成电路设计业是集成电路产业链中风险最大，同时也是利润最大的一块。如果该部分的所得税问题未解决，很难想象外国公司会支持国内设计子公司的独立产品研发，会支持国内子公司的本土化进程。因此，生产性企业的认定问题在一定程度上阻碍了集成电路设计企业的发展壮大。
3、目前的增值税政策不能适应集成电路的垂直分工的要求。
在垂直分工的模式下，集成电路从设计芯片制造封装测试是由不同的公司完成的，每个公司只承担其中的一个环节。按照国际通行的半导体产业链流程，设计公司是整条半导体生产线的龙头，受客户委托，设计有自主品牌的芯片产品，然后下单给制造封装厂，并帮助解决生产中遇到的问题。国际一般做法是：设计公司接受客户的货款，并向制造封装测试厂支付加工费。各个制造公司相互之间的生产关系是加工关系而非贸易关系。在财务上只负责本环节所需的材料采购和生产，并不包括上环节的价值。在税收上，省局明确该类收入目前不认可为自产集成电路产品的销售收入，因此企业无法享受国家税收的优惠政策。
而在我国现行的税收体制下，如果整个生产环节都在境内完成，则每一个加工环节都要征收17%的增值税，只有在最后一个环节完成后，发起方销售时才会退还其超过3%的部分，具体体现在增值税优惠方面，只有该环节能享受优惠。因此，产业链各环节因为享受税收政策的不同而被迫各自依具体情况采取不同的经营方式，因而导致相互合作困难，切断了形式上的完整产业链。
国家有关文件的增值税政策的实质是侧重于全能型集成电路企业，而没有充分考虑到目前集成电路产业的垂直分工的格局。或虽然考虑到该问题但出于担心税收征管的困难而采取了一刀切的方式。
4、出口退税率的调整对集成电路产业的影响巨大。
今年开始，集成电路芯片的出口退税税率由原来的17%降低到了13%，这对于国内的集成电路企业，尤其是出口企业造成了成本上升，严重影响了国内集成电路生产企业的出口竞争力。如和舰科技，**年1-7月，外销收入78322万元，由于出口退税率的调低而进项转出2870万元。三星电子为了降低成本，贸易方式从一般贸易、进料加工改为更低级别的来料加工。
集成电路产业作为国家支持和鼓励发展的基础性战略产业，在本次出口退税机制调整中承受了巨大的压力。而科技含量与集成电路相比是划时代差异的印刷线路板的退税率却保持17%不变，这不符合国家促进科技进步的产业导向。
五、关于促进集成电路产业进一步发展的税收建议
1、在流转税方面。
(1)集成电路产业链的各个生产环节都能享受增值税税收优惠。
社会在发展，专业化分工成为必然。从鼓励整个集成电路行业发展的前提出发，有必要对集成电路产业链内的以加工方式经营的企业也给予同样的税收优惠。
(2)集成电路行业试行消费型增值税。
由于我国的集成电路行业起步低，目前基本上全部的集成电路专用设备都需进口，同时，根据已有的海关优惠政策，基本属于免税进口。调查得知，园区集成电路企业**年度购入固定资产39亿，其中免税购入的固定资产为36亿。因此，对集成电路行业试行消费型增值税，财政压力不大。同时，既体现了国家对集成电路行业的鼓励，又可进一步促进集成电路行业在扩大再生产的过程中更多的采购国产设备，拉动集成电路设备生产业的发展。
2、在所得税方面。
(1)对集成电路设计企业认定为生产性企业。
根据总局文件的定义，“集成电路设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程”。同时，集成电路设计的产品均为不同类型的芯片产品或控制电路。都属中间产品，最终的用途都是工业制成品。因此，建议对集成电路设计企业,包括未经认定但实际从事集成电路设计的企业，均可适用外资所得税法实施细则第七十二条之直接为生产服务的科技开发、地质普查、产业信息咨询和生产设备、精密仪器维修服务业属生产性外商投资企业的规定。
(2)加大间接优惠力度，允许提取风险准备金。
计提风险准备金是间接优惠的一种主要手段，它虽然在一定时期内减少了税收收入，但政府保留了今后对企业所得的征收权力。对企业来说它延迟了应纳税款的时间，保证了研发资金的投入，增强了企业抵御市场风险的能力。
集成电路行业是周期性波动非常明显的行业，充满市场风险。虽然目前的政策体现了加速折旧等部分间接优惠内容，但可能考虑到征管风险而未在最符合实际、支持力度最直接的提取风险准备金方面有所突破。
3、提高集成电路产品的出口退税率。
鉴于发展集成电路行业的重要性，建议争取集成电路芯片的出口退税率恢复到17%，以优化国内集成电路企业的投资和成长环境。
4、关于认定工作。
(1)尽快进行集成电路设计产品认定。
目前的集成电路优惠实际上侧重于对结果的优惠，而对设计创新等过程(实际上)并不给予优惠。科技进步在很大程度上取决于对创新研究的投入，而集成电路设计企业技术创新研究前期投入大、风险高，此过程最需要税收上的扶持。
鉴于集成电路设计企业将有越来越多产品推出，有权税务机关和相关部门应协调配合，尽快开展对具有自主知识产权的集成电路设计产品的认定工作。
(2)认定工作应由专业机构来完成，税务机关不予介入。
关键词：示范教学；传感器技术应用；项目化；微课程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0249-02
一、引言
现在的高校大学生中使用智能手机、移动数码产品的人越来越多，这在无形中改变着他们的阅读和学习方式，当然从中我们也可以很自然地联想，他们在课后利用这些电子设备浏览教学内容，那不是一件很好的与课堂教学对接的方式吗？几乎大部分的教师都有运用多媒体技术播放视频的教学经历，但大家都会发现，不管是利用精品课程视频也好，或者是其他类型的教学视频，除了上课教学以外，很少会有学生课后去浏览观看这些视频进行学习和课后复习，其利用率非常之低，原因主要是视频容量太大，教学视频大多数是几百兆，网上在线观看往往速度太慢；容量大也影响网速，断断续续，让人失去等待的信心；最后容量大则讲解的知识点过多，让学习者失去学习耐心。此外，现在高校都在实行项目化的教学做一体的课程开发，在教学做的过程中，特别是电子类相关专业，教师示范引领是一个重要的环节。然而从目前来看，教师示范因为视线、场地等原因，示范只能照顾到前面的少部分同学，如果把项目中关键的知识点、技能点、重点、难点做成微视频的形式，通过投影播放，可以让所有同学都能清晰地看到教师的示范内容。鉴于此，课题组成员结合应用电子技术专业，开发出的《传感器技术应用》微课程正好有效解决了这些问题，其微课程的特点有以下几方面：①目标明确、主题突出。②短小精悍、视频为主。③依托网络、使用方便。课程组共计完成《传感器技术应用》项目化的微课程视频12个。
二、《传感器技术应用》项目化内容设计
《传感器技术应用》项目化内容分成6个项目，具体项目及涉及的传感器如下：①饮水机温控指示电路，负温度系数热敏电阻；②霍尔传感器磁性产品计数器，霍尔传感器3144；③红外线防盗报警器，红外线发射二极管、光敏三极管；④声光控路灯，驻极体话筒、光敏电阻；⑤小型电动机转速测量器，带光电开关装置的电动机模块。⑥酒精浓度检测器，酒精传感器MQ-3。
三、项目微视频设计与制作
1.项目中关键应用能力提炼方法。①首先对项目中的传感器进行基本特性的测试：工作原理、输入输出特性、引脚判断等。②将项目分成若干个小的模块，模块划分的原则是在电路中可以自成一个部分。③按照信号的流程进行一步步的电路设计，对完成的每部分电路进行相应的测试，同时完成数据的记录，注意前面的模块测试完成后，才进行下个模块的设计及测试。④Keil uVision编程及调试。⑤Proteus电路进行设计及仿真。⑥电路制作及测试：完成整体电路设计、并对关键信号点按照要求进行相应的测试并记录数据。
2.每个项目的关键应用能力提炼。项目一：①负温度热敏电阻10KΩ的一致性和温度特性测试。②电阻到电压转换的测量电路设计及测试。③三极管驱动的继电器应用电路设计及测试。④三个LED（电源、加热、保温）指示电路设计。⑤Proteus电路设计及仿真。⑥电路制作及测试：分成加热过程、保温过程、再加热过程。
项目二：①霍尔效应的工作原理。②开关霍尔传感器3144芯片内部的工作原理。③3144的信号产生电路设计及磁铁接触及方向的测试。④单片机计数器的应用。⑤3位共阳极数码管显示电路设计。⑥Keil uVison的单片机计数器及数码管显示的程序设计。⑦Proteus电路设计及仿真。⑧电路制作及测试：信号产生、单片机复位、晶振电路、数码管显示等。
项目三：①红外线发射二极管正向导通压降测试及伏安特性测试。②可调红外线强度的发射器电路设计及测试。③光敏三极管光照特性测试及引脚判断。④光敏三极管光信号检测电路设计及测试。⑤4011二输入与非门的逻辑控制电路设计。⑥RC充放电电路设计及测试。⑦三极管驱动的蜂鸣器报警电路设计及测试。⑧Proteus电路设计及仿真。⑨电路制作及测试：分成有红外线和无红外线接收两种状态进行关键信号点测试、RC充放电过程的测试等。
项目四：①红外光电开关的工作原理及引脚判断。②红外光电开关的电机测速模块工作原理、电路及引脚判断。③电机测速模块传感器输出信号测试。④CD4013 D触发器的工作原理。⑤D触发器的信号整形电路设计及测试。⑥单片机计数器的应用。⑦3位共阳极数码管显示电路设计。⑧Keil uVison的单片机计时、计数、转速计算、数码管显示的程序设计。⑨Proteus电路设计及仿真。⑩电路制作及测试：信号产生、信号整形、单片机复位、晶振电路、数码管显示等。
项目五：①驻极体话筒的工作原理：驻极体、电容、场效应管和阻抗变换。②驻极体话筒的声音信号检测电路设计及测试：分成有声音和无声音两种状态进行分别测试。③驻极体话筒输出信号电容耦合、三极管信号放大电路设计及测试。④光敏电阻光照特性测试。⑤4011二输入与非门的逻辑控制电路设计：声音和光敏信号。⑥RC充放电电路设计及测试。⑦PCR606可控硅控制电路设计及测试。⑧220V市电的半波整流、降压、电容滤波输出直流10V。⑨PCR606驱动控制、桥式整流和灯泡的连接电路。⑩Proteus电路设计及仿真。{11}电路制作及测试：光敏电阻模拟成白天和黑夜两种状态分别进行有声音和无声音的关键信号点的测试、RC充放电过程的测试等。
项目六：①酒精传感器MQ-3的6个引脚判断。
②MQ-3酒精浓度特性测试：分成电热丝加热与不加热进行测试并进行对比。③比较器的应用。④LM3914芯片内部的工作原理：电压跟随器、10级比较器和电压基准源、LED亮度调节等。⑤Proteus电路设计及仿真。⑥电路制作及测试：调节电位器使LED1亮，测试酒精浓度变化时，比较器输入5脚电压的变化，同时观察LED亮灯数目的变化。
3.项目微视频的内容选取、设计与制作。项目微视频的内容选取要是教学中重点、难点和关键点，易于通过可视化的方式呈现、自成一个相对完整的整体、内容的时间控制在5～15分钟、选取一个合适的名字等。通过前面的项目关键能力的提炼，我们从中选择了12个知识点进行微视频的制作，内容如下：①负温度系数热敏电阻一致性及温度特性的测试。②饮水机温控指示电路关键信号点的工作过程测试。③霍尔传感器3144工作原理分析及开关特性测试。④磁性产品计数器的Keil编程设计及调试。⑤红外线防盗报警器关键信号点的测试。⑥驻极体话筒的工作原理及信号输出测试。⑦声光控路灯关键信号点的测试。⑧酒精传感器MQ-3引脚判断和基本特性测试。⑨LM3914芯片内部的工作原理分析。⑩电机测试模块的引脚判断及输出信号测试。{11}小型电动机转速测量器的Keil编程设计及调试。项目微视频的设计与制作首先需要准备相应设备和材料，主要有如下：①知识点相关：电子元件、仪器和设备（万用表、数字稳压电源、数字示波器）、线路板、实训指导教程、PPT、动画、黑板（电子白板）等。②电路仿真和编程相关：电脑、Proteus电路仿真软件和Keil uVision编程软件。③微视频拍摄相关：摄像机、计算机录屏软件CamtasiaStudio、麦克风等。将上述的12个知识点进行分类，大致可以分成三类，以及需要的相关微课制作工具。第一类：讲解、操作及测试类，采用摄像机拍摄。第二类：工作原理分析类，采用计算机录屏软件和麦克风。第三类：Keil编程设计及调试类，采用计算机录屏软件和麦克风。对制作微视频的知识点需要进行详细的微课程脚本设计，形成一个较为详细的讲解、操作、分析的过程文件，最后对视频进行后期处理，如剪辑、合成、字幕添加等。
四、结论
《传感器技术应用》项目化微课程的开发，完成了6个传感器项目的设计及12个微视频的设计和制作。为该课程的项目化教学做提供了一个很好的示范教学素材，同时学生也可以通过微视频资料进行相应的学习或复习，通过利用微课教学和传统教学的所教班级对比，利用微课程的班级教学效率和效果明显有所提高。通过对《传感器技术应用》课程的项目化开发和微视频设计与制作，该课程的主讲教师多次在学生“学评教”中，被评为学生满意教师。
参考文献：
[1]张剑波，张欣杰.高职微课程的开发与应用[J].中国职业技术教育，2014，（2）：9-10.
[2]熊烨.微课程制作的思考和实践[J].湖北工业职业技术学院学报，2014，27（3）：100-102.
[3]韩宝如，黄果，潘云霞.高职传感器技术与应用课程建设的研究[J].辽宁高职学报，2012，（9）：47-48.
[4]袁向荣.项目驱动教学法在“传感器与检测技术”课程中的应用[J].中国电力教育，2011，（26）：92-93.
关键词：项目教学；电子设计自动化；方案
0引言
教学方案是指教师在教学过程中对教学内容、教学方法、教学步骤以及要达到的教学效果等所进行的精心编排和设计，是教师对教材的认识和处理，以及对学生学习方法的指导，是进行课堂教学的实施方案[1]。一个好的教案不仅能指导学生“学会”，而且还引导学生“会学”，从而顺利地完成教学任务。因此，教学方案的设计就成为课堂教学的重中之重。在《电子设计自动化》教学中采用了项目教学法，通过具体的项目设计，实施“项目导向”教学模式，学生在老师的引导下，从每一个项目入手，在好奇心的驱动下，对理论知识进行学习，对项目任务进行设计，对实践操作进行实施，在“做中学”，在“学中做”，对培养学生的综合实践能力和创新思维能力具有积极的促进作用[2]。现将本人设计的基于项目教学法的“三人表决器”教学方案介绍如下。
1教学目标
1.1知识目标
熟练掌握VHDL程序的基本结构；掌握IF语句、CASE语句的格式及用法；理解IF语句和CASE语句的区别。
1.2技能目标
①科研创新能力：本项目要在QUARTUSII软件下用编程的方式设计三人表决器的电路，并且可以采用多种编程方式来实现，深切地让学生体会到该设计方法的灵活性，开阔学生的视野，培养学生分析问题，解决问题的能力，培养学生的创造与创新理念。②电路设计能力：通过进一步的学习，学生又掌握了利用一种编程语言VHDL来设计电路的能力，提高了学生电路设计能力。③分析问题、解决问题的能力：通过在设计过程中不断提出问题，让学生分小组讨论并给出结论，让学生在思考的同时提高了分析问题和解决问题的能力。
1.3情感目标
①树立专业自信：激发学生的学习兴趣，坚定学生从事电子行业的信念，培养学生对电子专业的热爱。②培养课程兴趣：通过创设情景、实物演示，提出三人表决器在各种选举和组织竞赛活动中的应用等问题激发学生对电路设计的好奇心和求知欲；通过自主完成整个电路的制作，体验成功的喜悦，增强自信心和成就感。③培养良好的学习习惯：针对学生的专业知识特点，采用多元化的教学方法，鼓励学生积极表达自己的想法，培养学生良好的学习态度和学习习惯。④培养创新精神：通过设计三人表决器，培养学生采用多种方案实现同一种电路的创新精神，体会到条条大路通罗马。⑤培养团队合作精神：通过小组合作的方式，大家互相取长补短，共同进步，共同提高，培养了大家的团队协作精神。
2教学重点难点及解决方法
教学重点包括：IF语句、CASE语句的语句格式及注意事项；IF语句和CASE语句的区别；IF语句和CASE语句的具体应用。教学难点包括：IF语句和CASE语句的具体应用。为了突出重点，突破难点，采取了以下方法：①课前“任务”导学：通过提前给学生布置预习任务让学生提前预习课本第4章《VHDL的主要描述语句》这部分内容，使学生在课前对VHDL的顺序语句的IF语句、CASE语句有所了解。②课中“内容”导教：课上借助图片、现场演示、软件仿真等手段进行导教，使授课内容更加形象、直观，配合课堂练习，加强学生对知识点的掌握。③课后“知识”拓展：推荐学生阅读参考书以及相关的网络资源并布置随堂作业，让学生开阔视野，加深对所学知识的理解。
3学情分析
3.1知识基础
本门课程的教学安排在第六学期进行，授课对象是电子专业大三的学生，他们已经学习了《单片机技术》、《专业软件选讲》、《检测与转换技术》等专业课，已经具备了一定的电子设计基础，好奇心强，动手能力较强，合作能力也很好，为本门课的学习打下了基础。学生之前学习过C语言，对学生理解VHDL语言有一定的帮助，但部分同学理论基础较差，对单纯的理论学习缺乏兴趣，所以要将理论和实践相相结合，帮学生克服理论基础薄弱问题。学生在前面的课程中对VHDL程序的基本结构已经熟练掌握，对EDA技术的设计流程也已经掌握，并且有了一定的编程基础，在此基础上进行VHDL描述语句的学习水到渠成。
3.2认知特点
大多数学生学习态度比较端正，有一定的自学能力和利用互联网查找资料的能力，同时对电子设计的兴趣较高，求知欲比较强烈。本门课程是学生以前没有接触过的用软件编程的方式来描述硬件电路的形式，学生经过前面几周的学习已经能理解这种语言和以往所学编程语言的不同。
3.3学习风格
电子专业学生动手能力强，课堂气氛活跃，对电路设计的求知欲很强，但是有部分学生自我约束力较差，注意力不集中，自主学习能力和自我约束能力有待提高。
4教材分析
本单元内容源自潘松主编的《EDA实用教程—VHDL版》（第五版），该教材属于“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，适用于电子类相关专业使用。该注重实践、实用和创新能力的培养，注重教学选材的灵活性和完整性相结合，有助于学生掌握EDA的相关基础知识达到快速入门的目的。本次课以一个具体的三人表决器的项目为依托，讲解VHDL的IF语句、CASE语句等相关知识点。在教学内容上起着承上启下的作用，也是实现电路设计的语言工具和手段。
5教学过程设计
基于项目教学法的“三人表决器”的教学过程设计如表1所示。
6总结
总之，教师在编制教学流程、构思课的主旋律时，必须符合教育教学规律，使之结构巧妙，引人人胜。特别是要改变过去只考虑教师“如何教”，而忽视学生“怎样学”的做法[3]。“教”为“学”服务，教师的“教”要激发学生“学”的兴趣，精心设疑，发展求异思维，培养学生的自学能力，将理论知识和实践操作结合起来，让学生在“做中学”，老师在“做中教”。另外，在教学过程中应该采用多样化的教学手段，在采用“项目教学法”的同时，穿插使用实物演示法、启发式教学法、讨论式教学法等。将传统的老师讲学生听的模式改为以学生为主体的教学方法，增强学生对所学理论知识的认识，同时培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，促进学生的自主学习能力。
参考文献：
[1]杨帆.建筑材料课在工学结合过程中引入项目教学法的方案设计探究[J].教学探索，2015（08）：102-103.
[2]徐学红.“项目导向”教学模式在EDA技术课程中的应用[J].中国电力教育，2013（28）：108-109.
关键词：本科教育；微电子；课程体系；结构优化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0033-03
一、引言
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，对国民经济有着巨大贡献，并渗透到其他很多学科，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，国内外都需要大量的微电子学人才，我校成立微电子学专业，旨在为我国的ASIC设计方面，培养急需的人才[1-6]。我国“十五”计划纲要明确提出大力发展半导体集成电路产业，为了满足社会的发展和需求，我校微电子专业成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在学校各级领导的重视和关心下，专业建设取得了飞速发展。本科人才培养方案是各专业人才培养目标、培养规格以及培养过程和方式的总体设计，是学校组织本科教学、规范教学环节、实现人才培养目标的纲领性文件，对人才培养质量具有决定性的影响。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。所谓“应用型人才”主要是指德、智、体、美等方面全面发展的，能够将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的高级专门人才。“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”。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。
二、深化完善本科教学体系改革的措施探讨
人才培养方案制（修）订工作对于学校实现人才培养目标、进一步深化完善本科教学体系改革具有重要意义，人才培养方案制（修）订需要全面贯彻国家中长期教育改革和发展规划纲要，认真落实教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见等文件要求，不断适应国家和社会发展需要，进一步深化教育教学改革，优化人才培养过程，提高人才培养质量，促进学生全面发展。具体的改革措施探讨如下。
1.进一步明确本专业的特点和优势。培养方案是高等学校实现人才培养目标、开展人才培养工作的总体设计和实施方案，为全面贯彻教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见，以执行最新颁布的普通高等学校本科专业设置管理规定为契机，推动我校新一轮专业建设和教学改革，以不断适应知识经济、科技、社会发展对各类高素质创新人才的需要，根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，构建和完善适合我校办学指导思想、具有我校办学特色的本科创新人才培养体系，根据新《目录》规定的各专业培养目标、培养要求、主干学科、核心课程、主要实践性教学环节、主要专业实验，紧密结合近年“本科教学工程”改革实践，开展本科专业培养方案的修订。本专业培养适应社会发展需要，道德文化素养高，社会责任感强，身心健康，掌握扎实的自然科学基础知识和必备的专业知识，具有良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，能在微电子器件、工艺和集成电路设计及相关的电子信息科学领域从事科学研究、产品研发、工程设计、技术管理等工作的专门技术人才。主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。
2.课程设置进一步优化。课程的设置是否合理对人才的培养起到了至关重要的作用，尤其是现今提出的对专业人才的更高要求，需要进一步优化课程体系，合理安排课程内容。首先，在课程设置方面，当前，南邮本科微电子专业经过几年的发展，取得了不少成绩。但世界范围内微电子产业飞速发展的特点决定了高校微电子学科的教学必须紧紧跟随产业发展的步伐。我们在看到以前所取得的成绩的同时也必须看到其中所存在的一些问题，并积极进行改革创新。我校的微电子专业在设立初期，经过各方专家的反复讨论和论证，建立了一套统一的专业课程和教学大纲。这套课程满足该专业最基本的专业要求。但由于微电子专业设立时间不长，仍属于起步阶段，由于硬件条件和师资力量的缺乏和不到位，无法设立多样的课程体系和科目，所以目前的教学仍然是基本上按统一的教学大纲和教学要求组织。随着学校办学规模的扩大，通达微电子学院的设立，选修微电子专业课程的学生人数不断增加，原有的教学课程体系和科目还需要进一步细化、深化、推广。为此，在课程设置上，我们必须对已经投入使用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能力：掌握扎实的数学、物理等方面的基本理论和基本知识；系统掌握量子与固体物理、半导体物理与器件物理、半导体集成电路设计和制造的基本知识，具有独立进行微电子器件、工艺和集成电路设计的基本能力；了解电子信息类专业的一般原理和知识，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科与跨学科的科学研究与技术开发的基本能力；在综合类实践、实验中具有较强的独立设计、分析和调试系统的能力，能够完成综合性和探索性工作的能力；养成良好的学习习惯，对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；其次，对于理论课程的内容，针对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，以及本专业的特色建设，主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。以能力培养为基础来设计，并考虑学生毕业后从事的职业，根据工作的要求对教学中的课程进行专项的能力和综合能力培养。在通识教育类课程中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。专业教育类课程中设置了信号与系统、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。考虑到工程认证的需要，在集成电路与CAD的课程设置上，专门增加了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。除了已经设置的32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验，还增加了32小时的工艺实验，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。再者，实践课程的内容上，由于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。实践课程的设置对培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力极为关键；需要工程认证的专业的实验实践课程必须要达到30%以上。因此，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。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，尤其是微电子课程设计，将进行较大的改革，要求改革后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。
3.师资队伍的建设。本专业现在拥有专业教师14名，完全满足本科的专业教学需要，但从事集成电路设计方向的老师比较缺乏。还有，学生的个性不同，使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大；随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化，又使学生的未来发展面临很大挑战，学生的需求随之呈现多样化。因此，多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合，这就要求我们必须打破现有的统一模式，根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系，实施分类教学，在保证打好扎实的专业基础的前提下，设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。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教师队伍迫在眉睫。近几年，我学院在引进高水平的师资力量方面进行了不懈的努力，微电子专业教师的队伍在不断扩大，教师的专业方向也在不断丰富，能够胜任并有选择性地担任各主要方向的专业课教学。但仍然缺乏学科带头人，缺乏一个凝聚人心的事业平台，学术梯队。这就要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。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。鼓励教师积极申报各类项目，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，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，开阔眼界。
三、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。培养方案是高等学校实现人才培养目标、根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，迫在眉睫。其中需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。相信通过培养方案、课程设置、师资等各方面的建设，一定会培养出高质量的微电子学领域人才，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[J].微电子学，2001，31（6）：392-394.
[2]李文石，钱敏，黄秋萍.施敏院士论微电子学教育[J].教育家，2003，（3）：11-16.
[3]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[J].实验室研究与探索，2004，23（5）：6-8，23.
[4]李斌，黄明文.微电子技术专业创新教育探索[J].中山大学学报论丛，2002，22（1）：108-109.
[5]严兆辉.微电子的过去、现在和未来[J].武汉工程职业技术学院学报，2003，15（2）：30-34.
[6]蒋元平.学科建设的内涵诠释和实现策略[J].中国西部科技，2007，（1）.
关键词：红外数字传感器；体温计；单片机
中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0171-02
体温是人体最基本、最重要的生命指标，测量体温在日常护理中占有重要地位。然而面对现在人们追求快速、安全的生活方式，传统的水银体温计需要在腋下测量5分钟左右，经过人肉眼读数，因而存在诸多弊端。随着红外技术的发展红外体温计也以其安全、快速的特点，得到大众的认可。红外体温计主要是根据黑体辐射原理来测量人体辐射的红外线波长，随之来测量体温的，它所用的红外传感器只吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任何射线，它采用的是被动式非接触的测量方法，可以有效避免人体交叉感染，使用安全方便，所以红外体温计对人体不会产生伤害[1]。与传统体温计相比，红外体温计使用安全，测量方便，测量时间短，所以对于红外体温计设计的研究具有重要的理论和现实意义。
1 系统结构分析
本设计以单片机为主控制器，由红外数字传感器直接将采集到的信号进行内部放大和数据处理，送入单片机，由单片机来实现LCD显示和超温报警。其系统结构图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 测温电路设计
测温电路选择了MLX90614红外传感器，该传感器可以直接输出完全线性化的并且已对环境温度进行补偿的数字温度[2]。该器件具有2种温度输出方式：数字PWM输出及SMBus接口输出，采用罐形（TO-39）封装，体积小巧、使用方便。MLX90614的温度测量范围为- 40～+ 125℃，温度分辨率为0.02℃。在温度范围为+ 32～+ 42℃时，测量的绝对精度为± 0.2℃ ，非常适用于对人体温度进行测量。共有四个引脚，除了电源与接地端，另外的两个引脚分别是SCL/Vz ：SMBus串行时钟输入端 和PWM/SDA：数字输入/输出端红外测温电路图如图2所示，SCL/Vz端接单片机串行输入口RXD，PWM/SDA接串行输出口TXD，通过串行口的方式0进行数据传送。
2.2 报警电路
报警电路在体温超过设定值时，进行报警。设计采用有源蜂鸣器DC5V。当系统上电后，电流通过限流电阻R2驱动三极管T1 8550放大来触发蜂鸣器报警。其电路如图3所示。
2.3 显示电路设计
设计采用的常用的LCD1602液晶显示屏，该显示屏可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比[3]。其中7-14引脚为数据引脚，4-6引脚为控制引脚，15-16为背光正负极引脚。显示电路如图4所示。
3 软件程序设计
本设计软件程序利用了Keil uVsion4 编译软件，程序设计主要有四部分，分别是主程序，红外测温程序，显示程序和报警程序。其主程序工作过程是，系统正常上电，开始初始化，有按键按下时，传感器将检测到的信号传输给单片机，单片机进行数据处理，进行送显，报警，若无键按下，液晶显示器清屏。主程序的程序流程图如图5所示。
4 制作与调试
本设计主要有测温电路，时钟电路，电源电路，复位电路，显示电路，报警电路。所以在制作前首先对其总体电路做好布局、布线，减少交叉连接，制作过程中认真，仔细，制作完成后，用万用表检测焊接好的电路，看是否连通，有无断接现象，正负极端口是否接正确。电路检查完后，对实物进行调试，接通电源，按下启动按钮，观察LCD显示的环境温度值，记录，再多次测量人体不同部位的体温，进行比较，分析误差。图6为焊接好的实物图，利用水杯模拟超过37度的体温温度，按下单片机的复位按键，显示温度，并进行报警。
最后利用设计的红外体温计对人体不同部位进行多次测试，统计测量对比结果如表1所示 。
通过红外体温计对人体不同部位温度的测试，可以看出不同部位体温值是有差别的，口腔温度高于耳部温度，额头温度稍低，一般口腔温度接近于人体的体温。便于使用健康，卫生，一般用于耳部测量。
5 结语
体温生理参数作为人体最重要、最基本的生命指标，红外体温计作为一种新型的非接触式体温计，与水银体温计相比，具有响应快，安全等特点。 设计中的体温计加入了超温报警，LCD显示等多种功能，使其功能更为完善。
参考文献
[1]毛志毅，明，李开元，王卫东，陈广飞.非接|式红外遥感体温计的设计和实现[J].医疗卫生装备，2003（09）：16-17+19.
