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集成電路設計研究方向范文1

關鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結構優化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，是高科技和信息產業的核心技術。微電子產業是基礎性產業，對國民經濟有著巨大貢獻，并滲透到其他很多學科，是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。作為電子通信類高校，南京郵電大學建校近50年來，正朝著信息科技類大學進軍。隨著電子、通信和信息等產業的飛速發展，國內外都需要大量的微電子學人才，我校成立微電子學專業，旨在為我國的ASIC設計方面，培養急需的人才[1-6]。我國“十五”計劃綱要明確提出大力發展半導體集成電路產業，為了滿足社會的發展和需求，我校微電子專業成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學校各級領導的重視和關心下，專業建設取得了飛速發展。本科人才培養方案是各專業人才培養目標、培養規格以及培養過程和方式的總體設計，是學校組織本科教學、規范教學環節、實現人才培養目標的綱領性文件，對人才培養質量具有決定性的影響。當今的高校教育不僅需要培養大量理論基礎較扎實、具有開拓創新精神的專業型人才，也更需要培養大量工程應用型人才。所謂“應用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發展的，能夠將專業知識和技能應用于所從事的專業社會實踐的高級專門人才。“應用型人才培養模式是以能力為中心，以培養技術應用型專門人才為目標的”。它更加注重的是實踐性、應用性和技術性。即基礎知識比高職高專學生深厚、實踐能力比傳統本科生強，是本科應用型人才最本質的特征。本科應用型人才培養模式是根據社會、經濟和科技發展的需要，在一定的教育思想指導下，人才培養目標、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。

二、深化完善本科教學體系改革的措施探討

人才培養方案制（修）訂工作對于學校實現人才培養目標、進一步深化完善本科教學體系改革具有重要意義，人才培養方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發展規劃綱要，認真落實教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見等文件要求，不斷適應國家和社會發展需要，進一步深化教育教學改革，優化人才培養過程，提高人才培養質量，促進學生全面發展。具體的改革措施探討如下。

1.進一步明確本專業的特點和優勢。培養方案是高等學校實現人才培養目標、開展人才培養工作的總體設計和實施方案，為全面貫徹教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見，以執行最新頒布的普通高等學校本科專業設置管理規定為契機，推動我校新一輪專業建設和教學改革，以不斷適應知識經濟、科技、社會發展對各類高素質創新人才的需要，根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，構建和完善適合我校辦學指導思想、具有我校辦學特色的本科創新人才培養體系，根據新《目錄》規定的各專業培養目標、培養要求、主干學科、核心課程、主要實踐性教學環節、主要專業實驗，緊密結合近年“本科教學工程”改革實踐，開展本科專業培養方案的修訂。本專業培養適應社會發展需要，道德文化素養高，社會責任感強，身心健康，掌握扎實的自然科學基礎知識和必備的專業知識，具有良好的學習能力、實踐能力、專業能力和創新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設計及相關的電子信息科學領域從事科學研究、產品研發、工程設計、技術管理等工作的專門技術人才。主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。

2.課程設置進一步優化。課程的設置是否合理對人才的培養起到了至關重要的作用，尤其是現今提出的對專業人才的更高要求，需要進一步優化課程體系，合理安排課程內容。首先，在課程設置方面，當前，南郵本科微電子專業經過幾年的發展，取得了不少成績。但世界范圍內微電子產業飛速發展的特點決定了高校微電子學科的教學必須緊緊跟隨產業發展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進行改革創新。我校的微電子專業在設立初期，經過各方專家的反復討論和論證，建立了一套統一的專業課程和教學大綱。這套課程滿足該專業最基本的專業要求。但由于微電子專業設立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學仍然是基本上按統一的教學大綱和教學要求組織。隨著學校辦學規模的擴大，通達微電子學院的設立，選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，原有的教學課程體系和科目還需要進一步細化、深化、推廣。為此，在課程設置上，我們必須對已經投入使用的培養方案進行分析和總結、不斷地進行修訂和完善，將整個學科的課程結構體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進行優化設計，以期在最短的學時內使學生掌握牢固的知識。最終使學生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實的數學、物理等方面的基本理論和基本知識；系統掌握量子與固體物理、半導體物理與器件物理、半導體集成電路設計和制造的基本知識，具有獨立進行微電子器件、工藝和集成電路設計的基本能力；了解電子信息類專業的一般原理和知識，受到科學實驗與科學思維的訓練，具有本學科與跨學科的科學研究與技術開發的基本能力；在綜合類實踐、實驗中具有較強的獨立設計、分析和調試系統的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養成良好的學習習慣，對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發展的能力；其次，對于理論課程的內容，針對南京郵電大學的學科特點和電子科學與工程學院的實際情況，以及本專業的特色建設，主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。以能力培養為基礎來設計，并考慮學生畢業后從事的職業，根據工作的要求對教學中的課程進行專項的能力和綜合能力培養。在通識教育類課程中設置了高等數學、大學物理、物理實驗、程序設計等。專業教育類課程中設置了信號與系統、數字電路與邏輯設計、模擬電子技術及電工電子實驗等。這些是所有涉及到電類專業的學生都必須學習的課程。在微電子專業的專業課中安排了固體物理、半導體物理、半導體集成電路工藝、半導體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎理論課程，是為微電子專業的學生打下基本的專業基礎。考慮到工程認證的需要，在集成電路與CAD的課程設置上，專門增加了16小時的實驗，加強學生的實驗和操作技能。在集成電路分析與設計的課程設置中，專門將模擬和數字分開，設置了各48小時的模擬集成電路分析與設計、數字集成電路分析與設計，這不同于其他院校的課程設置，應該也算是我專業的一個特色和優勢。使學生掌握初步的集成電路設計知識，加強了學生的集成電路分析和設計的能力。除了已經設置的32小時的VLSI設計實驗課和32小時的微電子專業實驗，還增加了32小時的工藝實驗，這也大大加強了實驗和上機比例。具體來講，已經在建設的ASIC設計實驗室的基礎上開展了ASIC設計實驗課程的教學，并籌備建立了微電子專業實驗室，擁有了一批工作站、計算機等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學會一到兩種EDA工具的使用方法。建設微電子器件和半導體物理專業實驗課程，在廣泛調研的基礎上購置了必要的儀器設備、編寫了實驗教程、開展了半導體材料實驗和晶體管測試實驗；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產業前端和后端工序的微電子實驗課程體系。開展了器件和工藝設計實驗。掌握一定微電子實驗能力是微電子專業本科生應當具備的基本素質。在微電子專業的專業選修課中設置了VLSI版圖設計基礎、片上系統設計、微電子器件設計、MEMS與微系統設計、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設計、電路設計、工藝設計等各個方面。更好地體現了應用型人才的培養方向和目標。再者，實踐課程的內容上，由于微電子專業是一個實踐性較強、實踐內容多的專業，從集成電路的生成流程來看，其實踐內容包括系統和電路設計、器件設計、工藝設計、版圖設計、實際流片和測試。實踐課程的設置對培養學生解決問題能力、判斷能力和創新能力極為關鍵；需要工程認證的專業的實驗實踐課程必須要達到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業實驗室，開設微電子和半導體測試實驗課，在培養學生理論知識的同時，加強實踐能力的培養，培養既有較深理論基礎，又有一定動手能力的全面發展的學生。在實踐型環節的課程設置中，通識基礎課和學科基礎課中安排了電類學科所必須的程序設計、電裝實習、電子電路課程設計等。在專業基礎課和專業課中，設置了軟件設計、微電子課程設計等，尤其是微電子課程設計，將進行較大的改革，要求改革后設計內容都是與本專業緊密相關，全面運用到所學的專業知識。

3.師資隊伍的建設。本專業現在擁有專業教師14名，完全滿足本科的專業教學需要，但從事集成電路設計方向的老師比較缺乏。還有，學生的個性不同，使學生在學習的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學生的未來發展面臨很大挑戰，學生的需求隨之呈現多樣化。因此，多元化的培養規格應當成為共識。將學生的具體情況和社會需求相結合，這就要求我們必須打破現有的統一模式，根據學生的實際和社會需求建立多樣化的課程體系，實施分類教學，在保證打好扎實的專業基礎的前提下，設立盡可能多的適應當今社會發展的方向性課程。建立既具有深厚扎實的理論知識功底，又具有精通實踐、有很強的動手操作能力和解決生產實際問題能力的教師隊伍迫在眉睫。近幾年，我學院在引進高水平的師資力量方面進行了不懈的努力，微電子專業教師的隊伍在不斷擴大，教師的專業方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地擔任各主要方向的專業課教學。但仍然缺乏學科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業平臺，學術梯隊。這就要加速建設學科帶頭人、重點骨干教師和優秀青年教師4個層次的學術梯隊。通過培養和引進，形成一批整體素質高、學術實力強、結構合理、具有團結協作精神的學術梯隊，使其在學科建設中發揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項目，積累一定的設計、實驗和操作經驗。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內外高校去做訪問學者，積極參加國內外舉辦的國際會議，從而了解專業的最新發展、前沿問題，開闊眼界。

三、小結

總的來說，微電子學是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。培養方案是高等學校實現人才培養目標、根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點和優勢，以通信集成電路設計為主要方向，同時兼顧工藝設計與器件設計。相信通過培養方案、課程設置、師資等各方面的建設，一定會培養出高質量的微電子學領域人才，為我國的微電子工業做出貢獻。

參考文獻：

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集成電路設計研究方向范文2

關鍵詞：集成電路工程；專業學位研究生；培養實踐

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0221-02

一、引言

2000年6月，國務院了《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》（國發18號文），并陸續推出了一系列促進IC產業發展的優惠政策和措施。國家科技部在863計劃中安排了集成電路設計重大專項。在863計劃集成電路設計重大專項的實施和帶動下，北京、上海、無錫、杭州、深圳、西安、成都等七個集成電路設計產業化基地的建設取得了重要進展。與此同時，為了適應我國集成電路發展對高層次專門人才的大規模需要，改善工科學位比較單一的狀況，經國務院學位委員會批準，在我國設置集成電路工程專業學位研究生的培養，培養了一批“用得上”的工程技術人才。集成電路工程專業學位研究生自設置以來，取得了蓬勃的發展，受到用人單位的肯定和好評。由于其生源廣泛、數量巨大，培養方法和模式更需要一定的創新性。近年來，在集成電路工程專業學位研究生培養過程中，經過多年的辦學積累，探討了一些辦學和培養集成電路工程專業學位研究生的經驗。

二、專業學位研究生培養過程中的關鍵事項

1.優選導師，確保培養質量。集成電路工程專業學位研究生教育形式較新，最初專業學位研究生的培養在眾多地方借鑒了學術型研究生的辦學經驗，目前很多學者認為，只要能夠勝任學術型學歷研究生教育的導師就能勝任專業學位教育。這恰恰忽視了專業學位的知識背景和面向的行業領域。專業學位研究生教育規律與學術型研究生存在相當大的差異，首先，兩者專業基礎及學術背景不一樣，專業學位研究生的系統性方面不如學術型研究生。其次，兩者的治學環境不同，專業學位研究生與實際工程應用相結合。根據專業學位研究生特點有針對性地開展培養，應該選拔具有較強工程背景的教師進行指導。指導教師在進行指導時，應與學術型研究生指導工作有所不同，應更加注重專業學位研究生工程實踐經驗的培養。而且在學生的課題研究中，指導教師與學生多溝通，將自身融入到學生的實踐研究中，帶領學生參與技術上的創新和解決實際工程技術難題，這樣才能確保學生的培養質量。

2.做到課堂理論與工程實際相結合。專業學位研究生培養的多年實踐經驗告訴我們，在指導過程中必須注重理論與工程實際應用結合，抽象概念與實際應用結合，激發學生學習興趣，使理論易于理解和掌握。因此，教師要了解專業學位研究生的本科學歷背景、知識結構和現在的工程方向等，在此基礎上，做到課程理論聯系工程實際，為專業學位研究生培養工作打下良好的基礎。為了滿足微電子領域內不同行業的需求，在多年的專業學位研究生培養中進行了積極的探索。首先，學生可以根據研究方向，在教師的指導下進行專題理論課程的選擇。例如，進行SOC設計的可以選擇《SOC及IP技術講座》課程，研究無線傳感器網絡的可以選擇《無線傳感器網絡技術》或《計算機網絡與通信》專題講座，研究空間通信的選擇《深空通信技術專題》等等。有針對性地，使學生不是單純盲目的學習，這樣的培養才能做到理論與工程實踐真正結合。實踐結果表明，那些課堂上刻苦學習，能夠將理論用于實踐并努力鉆研的學生，將有更好的培養效果和未來發展空間。

3.學位論文選題恰當，工程背景好。選題重要性要放在首位，要求“論文選題來自于工程實踐，工程背景明確，應用性強”，有的放矢，結合工程實際問題才是最好的選題。從現實意義上講，專業學位論文的選題是發現工程問題并確認研究方向。當前有些專業學位論文質量不高、沒有創新性，一個重要原因就是選題不恰當。因此，在選題時，學生應急科研工作之所急，通過論文工作，使自己既能解決工程實際問題，又能提高科研工作能力。

集成電路工程專業學位論文的選題與學術型研究生的選題不同，其選題應來源于工程實踐，應有明確的應用價值，其可以是一個完整的工程項目、技術改造或技術攻關專題，也可以是新工藝、新設備、新產品的研制與開發。論文是否合格不僅看其理論水平的高低，還要看是否有實際的應用價值。因此，由于論文選題時，應該從以下幾點之一進行把握。①研究性，是否在工程實際中有技術改進和提高。如果是結合重大工程實際課題，在技術上的創新將具有研究性。②創造性，是否在工程領域中有所突破和有所創新，如果一般通過查新，能夠申請發明專利的都具有創造性。③實用性，是否能解決生產實際中的問題。

三、集成電路工程專業學位研究生培養過程中的方法和步驟

專業學位研究生的培養過程包括課程學習、題目確定、開題報告、中期檢查、學位論文撰寫和論文答辯等環節。我校專業學位研究生的培養年限一般為二年，原則上用0.75-1學年完成課程學習，用1-1.25學年完成碩士學位論文。這些環節是一個有機的整體，需要合理安排，搞好各個環節的鏈接，進行一體化考慮。只有嚴格要求，才能夠保證專業學位研究生在兩年的時間內保質保量的達到國家碩士生培養的要求。作為集成電路工程專業學位研究生的培養，其專業基礎相對學術型研究生存在一定的差距，不進行合理的引導就會使得學生失去學習的興趣。專業學位研究生的培養不能以單純拿到畢業證為目標，應更加嚴格管理、嚴格把關，保證培養質量。通過近幾年的經驗積累，以專業學位研究生的培養為例，一般按照下列的步驟進行：第一學期，主要以課程學習為主，并在課堂學習中，定期安排相關教師對本實驗室從事的科研項目進行學術講座，讓學生了解實驗室開展的課題研究方向和從事的科研項目，從總體上進行了解和把握，逐漸培養學生的鉆研興趣。開展教師或高年級學生關于研究課題的專題講座和基本軟件使用方法技能培訓，使學生盡快掌握相關領域的專業知識和所需要的基本軟件操作方法，如從事ASIC接口電路的學生在第一學期就要求掌握Hspice和Candece等軟件。在學期末對學生進行相關領域知識進行摸底考核，對優秀學生進行獎勵，末位學生進行督促教育，使其盡快的減小自身差距。第二學期，在學習專業課程的同時，學生進入實驗室參與科研工作，將從事科學研究的方法和經驗有針對的進行訓練。在進入實驗室期間，可以將科研任務進行分解，將非核心技術部分交給學生獨立去完成，讓學生提前進入科研狀態，完成一些力所能及的科研任務，堅定他們從事科學研究的信心。定期通過實驗室的學術活動檢查學生課題的完成情況，從總體上把握學生的研究方向和研究方法。第三學期，根據專業學位研究生的學習情況和所掌握的知識水平，有針對性的指導學生進行課題實踐，讓學生根據自己的特長進行課題研究。在學生進入課題研究工作時，導師指導學生了解本研究領域國內外技術發展的現狀，培養學生創造性思維能力和獨立思考、解決問題的能力。培養學生閱讀國內外文獻的能力，使其在科研工作中大膽實踐，理論聯系實際，使學生在科研工作中有所發明、有所創造。學生明確了課題目標，知道為什么做、做什么、怎樣做，就能有目標有方向地開展課題研究工作。第四學期，主要是督促檢查學生畢業論文工作，在其課題研究過程中應當定期進行檢查，避免學生課題研究偏離方向，選擇錯誤的方法。導師應當積極鼓勵學生在本學期多發表學術論文。發表學術論文不僅能夠提高學生的文字表達能力，還能夠讓學生勤于思考，提出自己的創新方法，對學生后期的畢業論文撰寫打下良好的基礎。因此，踏實的論文工作是提高個人學術素養和掌握綜合知識的最佳途徑，為學生畢業后從事科研實踐養成良好的工作作風，培養自主從事科研工作的能力。

總之，通過加強基礎知識、基本技能訓練與能力培養的相融通；實踐與課程學習、業務培養與素質提高有機結合，使集成電路工程專業學位研究生養成了較強的自我獲取知識的能力，自我構建知識的能力及自我創新的能力。已經畢業的專業學位研究生就業形勢一直是供不應求。孔子曰：知之者不如好知者，好知者不如樂知者。學生只有好知并樂知，才能使集成電路工程專業學位研究生培養的質量不斷穩定和不斷提高。

參考文獻：

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[3]朱高峰.新世紀中國工程教育的改革與發展[J].高等工程教育研究，2003，（1）：3-9.

集成電路設計研究方向范文3

關鍵詞：快速啟動電路；欠壓保護；遲滯電壓

中圖分類號：TN432 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

欠壓保護也稱低電壓保護[1，2]，是指集成電路中由于某種原因使得電源電壓值降低到一定的極限值時，欠壓保護電路能夠檢測到電源電壓較低，將芯片關斷并保持與電源的切斷狀態，待電源電壓恢復到一定的大小時，芯片可恢復工作。

欠壓保護電路是集成電路設計中必不可少的模塊，是保證系統在工作環境異常情況下能夠保持系統穩定的基礎。傳統的欠壓保護電路[3]利用電阻對電源電壓進行分壓，將分壓后得到的電壓與參考電壓通過遲滯比較器進行比較，從而檢測電源電壓是否欠壓。因此，欠壓保護電路需要外部參考電壓，電路的獨立性較差；同時，引入遲滯比較器和電阻分壓電路，使得電路結構變得復雜，也增大了電路的面積。

本文提出一種新型欠壓保護電路，電路不需要使用外部參考電壓[4]和遲滯比較器[5]，利用一種類似于帶隙基準PTAT電流源的電路結構完成對電源電壓的檢測和比較；同時，巧妙地利用負反饋實現了電路對電壓檢測的遲滯功能；最后，電路設計了提高電路啟動速度的單元模塊電路，確保了欠壓保護電路在電源電壓恢復正常后電路能夠迅速正常工作。

一、欠壓保護電路分析與設計

新型欠壓保護電路的原理如圖2所示，電路主要由三部分組成：類帶隙基準PTAT電流源的電壓檢測電路；負反饋電路構成的遲滯電路模塊；快速啟動電路。其中，電壓檢測電路由三極管Q1、Q2，電阻R1、R2、R5、R6、R7和MOS管MP1、MP2、（一）核心電路工作原理

在圖2所示的新型欠壓保護電路中，三極管Q1、Q2和電阻R1、R2構成類似于帶隙基準電壓源的欠壓保護電路核心部分。三極管Q1的面積為Q2的n倍，三極管Q1和Q2的基極電位為電源電壓經過分壓后得到的電壓VO1。

當電源電壓從零開始上升并達到一定的值之后，三極管Q1和Q2打開并流過電流，MOS管MP1、MP2，電阻R1、R2組成的電路正常工作。

（二）遲滯原理

為了避免當電源電壓大小在翻轉閾值電壓附近周圍變化時，欠壓保護電路的輸出結果在翻轉閾值周圍出現反復高頻變化，電路引入了正反饋電路，NMOS管MN3隨著輸出電平的高低導通或者關斷。

當電源電壓較低，輸出電平為低電平時，NMOS管MN3導通，此時

當VREF具有零溫度系數時，遲滯電壓 也具有零溫度系數，這也是本電路的優點之一。

（三）快速啟動電路原理

在集成電路的設計中，欠壓保護電路作為集成電路的保護單元模塊，必須在電路整體啟動之前工作，因此保護電路的啟動速度必須得到重視。在以往的欠壓保護電路的設計中，一般只關注保護電路的自啟動問題，而忽略保護電路啟動速度的分析和優化。

新型欠壓保護電路在不需要使用外部參考電壓的同時，優化了電路的自啟動過程。當電源電壓VDD由低電平逐漸上升至高電平時，三極管Q3的基極與三極管Q4的集電極電位也隨之上升，三極管Q3優先于三極管Q1和Q2導通，使得MP1柵極電位隨之下降。當電源電壓上升至一定大小時，Q1和Q2開始工作，MP1導通，電路正常工作，三極管Q3和Q4加快了電路寄生電容存儲電荷的泄放速度，加快了電路的啟動速度。同時，當電路正常工作時，Q1發射極電壓VE1上升，三極管Q3隨之關閉，快速啟動電路不再影響電路正常工作。

二、仿真結果與分析

三、結束語

本文設計的欠壓保護電路，充分利用了類帶隙基準PTAT電流源結構中電源電壓大小對PTAT電流大小的影響，完成了電源電壓的檢測功能；利用電阻分壓原理來調整欠壓保護閾值，通過調節電阻分壓電路從而調整遲滯電壓閾值的大小；同時，優化了啟動電路設計，電路具有啟動時間短的優點。該電路使用較少的器件完成了整個電路的設計，在滿足高檢測精度的同時降低了功耗。

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集成電路設計研究方向范文4

關鍵詞:可編程片上系統;現場可編程門陣列;計時系統;NIOS II處理器

中圖分類號:TD31

文獻標識碼: A

文章編號:1005-569X(2009)06-0097-02

1 引 言

在集成電路(IC)發展初期,電路設計都是從器件的物理版圖設計入手。后來出現了集成電路單元庫(Cell-Lib),使得集成電路設計從器件級進入邏輯級,極大地推動了IC產業的發展。不過,集成電路只有安裝在整機系統中才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板(PCB)等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高,功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性及重量等因素的限制,整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展,系統對電路的要求越來越高。傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時,由于IC設計與工藝技術水平提高,集成電路規模越來越大,復雜程度越來越高,整個系統已可以集成在一個芯片上。目前已經可以在一個芯片上集成108～109個晶體管。SOC就是在這種條件下應運而生的。

2 嵌入式系統開發概述

2.1 嵌入式系統簡介

嵌入式系統是指以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟件硬件可剪裁,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。它主要由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用軟件等部分組成。

2.1.1 嵌入式操作系統以及用戶應用軟件

嵌入式處理器的應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵,對嵌入式處理器系統軟件和應用軟件的要求也和通用計算機有所不同。

首先,軟件要求固化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性,嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中,而不是存儲與磁盤等載體中。

其次,軟件代碼高質量、高可靠性。盡管半導體技術的發展使處理器速度不斷提高、片上存儲容量不斷增加,但在大多數應用中,存儲空間仍然是寶貴的,還存在實時性的要求。為此要求程序編寫和變異的質量高,以減少程序二進制代碼長度、提高執行速度。

最后,系統軟件為多任務高實時性的。在多任務的嵌入式系統中,對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧與合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵,單純同過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的,這種任務調度只能由優化編寫的系統軟件來完成,因此系統軟件的高實時性是基本要求。而多任務操作系統則是知識集成的平臺和走向工業標準化道路的基礎。

2.2 嵌入式系統的特點

嵌入式系統是集軟件、硬件于一體的高可靠性系統。

嵌入式系統是資源開銷小的高性能價格比系統。嵌入式系統的發展離不開應用,應用的共同要求是系統資源開銷小,性價比高。

嵌入式系統是功能強大、使用靈活方便的系統 嵌入式系統應用的廣泛性,要求該系統通常是無鍵盤、無需編程的應用系統,使用它應如同使用家用電器一樣方便。

3 基于FPGA和 NIOS II計時/計數工程的設計與實現

3.1系統軟件設計

系統軟件主要完成:系統初始化、時間顯示、按鈕中斷處理,時間的累加與設置等功能。

圖1系統軟件流程圖

3.1.1系統的時間的顯示

由于開發環境的限制,而且沒有LCD的支持,所以只能用4個7段數碼顯示管來顯示時鐘。4個數碼管分成兩組,每組2個數碼管,一組顯示分鐘,一組顯示時鐘,每個數碼管顯示一位數字,剛好完成分鐘和時鐘的顯示。

7段數碼管的原理如圖2所示:

圖27段數碼管

每個7段數碼管由與一個8位的并行I/O接口相連,所以需要一個8位的無符號數來控制(alt_u8)類型,每一位控制相應的a,b,c,d,e,f,g,dp為以下為每位對應的控制關系,如圖3所示

圖3 7段數碼管的控制位

由于1表示燈不亮,0表示燈亮,這樣數字0就由0x81表示,即10000001除了g和dp不亮其他的都亮。

將0-F這16個數所對應的編碼依次放在一個數組中,取出當前是中的得高位與低位low和high,然后通過:data=segments[low]|(segments[high]

3.2 時間的設置

時間的控制通過中斷完成。在SOPC Builder中設置button_pio就定義了關于button_pio的用戶中斷(NIOS II處理器最多支持64個異常,有32個外部中斷輸入),系統生成時會為用戶自定義的中斷分配相應的中斷號和中斷優先級。NIOS II中斷向量表提供了指向中斷服務程序的指針,通過修改中斷向量表可以改變相應中斷的中斷處理子程序。

4 結語

本系統時基于FPGA,采用Altera提供的全套軟硬件開發平臺所設計的一個可編程片上系統(SOPC)。本系統主要的特點和功能如下:

系統應用廣,擴展性強:計時功能是很多系統的必備功能。

系統開發周期短,成本低:系統由SOPC Builder構建,大大縮短了硬件設計的時間,有效的降低了成本

系統靈活性強:可編程片上系統相對于片上系統(SOC)最大的優勢在于它的靈活性,用戶如果要對系統作功能擴展可以輕松實現。

系統交互性強:系統時間設置方法和普通電子手表的時間設置方法相同,用戶可以輕松上手。

參考文獻:

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[5] Altera Corporation. Nios II Hardware DevelopmentTutorial..cn.

集成電路設計研究方向范文5

微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件上的技術．其主要包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列的技術。該技術在很多方面都發揮了其重要的作用，如在生活中我們所使用的手機、電子計算機、醫療器械、移動電視等一系列的電子產品；還有軍事方面的武器如衛星通信、原子彈等一系列的武器裝備中。

二、微電子的現狀

首先我們來介紹一F微電子的發展史，它主要經歷以下幾個階段。第一個階段：1947年巴丁和布拉頓發明了點接觸式的晶體管；第二個階段：1958年TI公司制造出世界第一塊集成電路芯片：第三個階段：20世紀70年代進入MOS時代。那么，為什么微電子能得以發展并且發展的如此迅速昵?正是由于Mos管的高集成性和低功耗、放大倍數高等優點，所以到70年代就進入了MOS的時代并一直發展到現在。盡管帥s管有哪些優點，但這并不意味著M0s管已完全取代了晶體管的地位；在一些對速度和驅動能力要求非常高的系統中還是要用到晶體管。

微電子發展的如此迅速那就是否就意味著其發展的道路是一帆風順呢?顯然是否定的。在微電子發展的過程中我們遇到了許許多多的方面困難，如工藝方面、材料方面、封裝測試方面和設計等方面都遇到了重重地障礙。其中集成電路工藝技術主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長以及拋光等技術。微電子在材料方面的困難豐要是隨著微電子器件尺寸的減小，一些材料已經不能很好的滿足微電子發展的需求，人們已經不在局限于Si、Ge、GaAs、等一些材料，而是也開始研究高K柵介質、低K互連介質、碳化硅(SIC)、新型化合物等半導體材料。在工藝方面的困難主要是隨著微電子器件尺寸的減小，其最小的特征尺寸已經進入到納米數量級；這使得器件之間產生相互影響，進而影響電路的性能，嚴重的阻礙了微電子行業的發展。這就需要政府投入大量的財力和人力來進行新器件、新工藝的研究。同時在光刻技術的研究和開發中，以光子為基礎的光刻技術種類很多，但產業化前景較好的主要是紫外(U)光刻技術、深紫外(DUv)光刻技術、極紫外(EUV)光刻技術和X射線(X-ray)光刻技術，但是由于特征尺寸越來越小這使得光刻技術面臨一定的困難，①這就使得工藝線必須使用波長更短的光源。從早期的水銀燈到現在使用的遠紫外線，甚至使用研究中的粒子束。②導致光刻以及掩膜成本急劇上升。③光刻時小尺寸圖形所產生的干涉和衍射效應使得光刻圖案失真越來越嚴重。在測試方面由于現在的電路集成度愈來越高，這使得集成電路的封裝與測試也越來越困難，而且在封裝測試后芯片成品率也不高，這也是制約微電子發展的一個重要的因素。

三、微電子對中國未來經濟發展的意義

微電子的發展在我國的經濟發展和軍事力量的發展中占有十分重要的地位。同時微電子對人們生活水平產生了重大的影響。在生活水平方面隨著微電子的發展人們的生活水平也在不斷地提高。如家用電器的功能的增加和性能增強提高了人們生活質量，而且隨著微電子的發展許多電器價格都非常便宜。在軍事方面的意義：不僅提高作戰軍事裝備和作戰平臺的性能(如雷達和導航系統等)，而且導致新式武器和裝備的產生，同時，微電子技術改變了傳統的作戰方式，這將會從近距離戰爭發展到未來的遠距離的電子信息戰。只有把微電子發展起來，一個國家才可以真正的強大起來．如近幾年來我國的海權一直都得不到保護正是由于我國海上防衛能力還不夠強大，歸根到底是由于設備技術的落后，所以只有大力發展微電子我國才能夠在未來真正成為科技強國。

四、微電子發展的趨勢

微電子學是一門發展十分迅速的學科，而且微電子集成電路的發展一直都遵循“摩爾定律”。所謂的“摩爾定律”是指集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。21世界的微電子發展趨勢主要有：第一、各國的微電子都在向減小器件尺寸方面和集成度不斷提高方面發展，即微電子特征尺寸將由微米一亞微米一深亞微米一納米甚至更小。尤其是國外發達國家正在向0．1微米以下的工藝發展，這更加拉大了我國與發達國家之間的差距。第二、發展片上系統(SOC)。其主要是將傳感器、執行單元和數據處理系統集成在一塊芯片上，從而完成信息的采樣、處理等功能。第三、微電子技術與其它學科結合的產物。如她Ms技術，它是微電子技術與機械、力學、光學等領域結合的產物；還有用于醫療的生物芯片，其豐要微電子技術與生物工程技術相結合的產物。

五、微電子發展的策略

縱觀近幾年來我國微電子的發展情況可知，我國微電子行業嚴重缺乏技術人員，特別是集成電路設計工程師。由這一國情也就決定了我國未來幾年微電子的發展方向以及人才的培養方向。微電子是衡量一個國家綜合國力的重要指標，同時也在我國經濟發展以及國家安全方面占有舉足輕重的地位，這就需要我們國家重視對微電子的發展，對微電子人才的培養。關于微電子的發展我提幾條意見：①根據國內微電子專業發展情況，大量培養微電子專業人才已經是迫在眉睫。同時，在培養人才的過程中我們也更應該注意人才培養的質量。②應該根據微電子專業的市場需求培養多層次、專業化人才，加強學校和企業的合作，了解企業需要的人才類型，加強各個高校在微電子學方面研究成果的交流。同時我們也應該注重理論聯系實際；為學生提供實習的機會也是必不可少的，這樣就可以培養學生的實際動手能力。③時刻了解國外微電子發展動態，專業課程可以直接采用或參考國際最新的優秀教材；聘請具有豐富實踐經驗的專家教授進行授課；創造機會，鼓勵教師與企業合作進行研發項目，了解實際應用需求，并據此來完善各高校教學大綱。

參考文獻：

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[3]劉春生.大學生綜合能力和創新意識培養模式設計與實踐，中國商教研究，2002(1)

集成電路設計研究方向范文6

【關鍵詞】UHF RFID 片上天線 溫度傳感器 大容量存儲器

射頻識別（Radio Frequency Identifi-cation，RFID）是一種自動識別技術，近年來發展迅速，已廣泛用于很多領域。RFID標簽支持快速讀寫，多目標識別，非視距識別，移動定位及長期跟蹤管理。超高頻標簽通常在 860MHz ～ 960MHz頻率下工作，具有作用距離遠（通常是3m～ 10m），通信速度快，成本低的優點，是目前RFID產業發展的熱點，并有望在未來成為主流技術。

1 UHF RFID現狀

1.1 國際現狀

RFID 工作在發達國家起步比較早，發展水平也比較高，無論是技術、標準、產業鏈，還是應用方面都已發展得相對完備，在發達國家，RFID 技術已經發展成為 IC、IT產業炙手可熱的焦點和熱點技術。首先在芯片技術方面，發達國家已經具備了相對完整的產品線，并且在技術和市場不斷的發展和完善等力量的推動下，電子標簽工藝的提升，技術的進步，使其成本不斷降低，應用發展進入了蓬勃發展的階段。Alien公司的0類設計和Matrics公司的1 類設計奠定了第一代RFID標準的實現技術，相對于第一代標準來講，EPC 第二代標簽芯片具有很多優勢，它的中心頻率為900MHz 頻段，大大提高了識別速率，可以達到500到1500標簽/秒；反向散射數據速率可以從每秒數十bit提高到650kbps；掃描范圍提高到30英尺。如今已經在市場和實驗室出現了更多優異性能的UHF 第二代RFID標簽芯片，如Impinj公司的 Monza 4 RFID標簽芯片的系列產品已達到了更先進的水平，其優異的性能主要表現在可以擴展的內存選項、創新的保密功能、良好的抗干擾能力、業界領先的靈敏度指標。

在學術方面，近年來頂尖的國際集成電路會議和集成電路期刊發表了越來越多關于 RFID芯片技術的論文，國際物聯網會議和國際RFID 會議也變得異常令人矚目，成為全球致力于RFID技術領域的研究機構和從業人員交流最新成果與進展的良好平臺。

在工業方面，Impinj公司等 RFID 公司不斷取得技術進步，材料和工藝創新，使得芯片的技術性能大幅提高的同時，其成本不斷降低，使市場不斷地成熟，促進產業不斷進步和升級，相信在未來的時間，隨著該產業公司和研究機構對技術進步和革新的追求，芯片造價不斷降低，性能的紀錄不斷被刷新，眾多新技術與新應用被不斷開發與推廣。

1.2 國內現狀

國內從事RFID產業的公司生產規模都不大，生產成本比較高，在眾多的全國RFID企業中，絕大多數為各種、外企分支機構、系統集成與應用系統開發企業，真正從事RFID核心技術開發、具有自主知識產權的企業寥寥無幾，這是我國RFID產業鏈中最薄弱的環節。針這樣的現狀和形勢，科技部在國家高技術研究發展計劃（863計劃）的重大項目已經明確把“射頻識別（RFID）技術與應用”列入，把UHF RFID的工作頻段劃分了840MHz～845MHz和920MHz～925MHz兩個頻段，2012年出臺了基于ISO/IEC18000-6的國家標準，這對我國電子標簽的發展起到了非常重要的作用。

雖然與國外RFID芯片設計水平存在很大的差距，但是我國集成電路設計和制造業在近些年來也取得了令人矚目的發展和成就。在RFID芯片方面，已經基本實現了自主設計。國內 RFID設計公司主要有北京清華同方集成電路設計公司、上海華虹集成電路設計公司、上海復旦微電子公司等。在芯片制造方面，諸如復旦微電子、上海華虹、上海貝嶺等優秀企業都具有大規模生產 RFID芯片的能力。

2 UHF RFID發展趨勢

2.1 與傳感器相結合

近年來，研究的熱點集中在RFID 技術與無線傳感器網絡（WSN，Wireless Sensor Networks）的結合方面，冷鏈物流的興起更是為內嵌溫度傳感器的RFID標簽的發展提供了廣闊的發展機遇和空間。

帶有溫度傳感器的標簽已經在很多論文中出現，而且市場上已經出現了這類成品標簽。適用于RFID的溫度傳感器設計難點在于保證溫度范圍和精度的條件下使功耗控制在幾個微瓦，甚至幾百個納瓦之內。目前的溫度傳感器，如果不采用校準，誤差都是比較大的，因此，一般在RFID標簽中采用的溫度傳感器都會采用校準技術，采用兩點校準的比較多，這樣又增加了標簽的成本和復雜程度。

一些論文中雖然提到過在RFID標簽中集成光傳感器，但是在實際中很難做到，主要問題在于光敏器件與工藝很難兼容，標簽的封裝對光線進入光敏器件的影響難以估計。但是相信隨著設計技術的進步，封裝技術的改進和工藝的完善，光傳感器也許在不遠的將來就會在RFID標簽芯片中實現。

對于壓力傳感器和濕度傳感器，也存在著類似于光傳感器一樣的問題，而且相關的研究幾乎還沒有展開。

2.2 片上天線

采用和集成電路芯片相同的材料和工藝制作而成的天線叫做片上天線（On-Chip Antenna， OCA）。片上天線可以分為兩種：第一種片上天線與電路芯片處在同一個硅襯底上，是真正意義上的片上天線，也稱為片內天線；第二種片上天線與電路芯片不在同一硅襯底上，但被封裝在同一個管殼內，也可以稱做封裝天線。

片上天線的設計和制作受到面積限制、工藝限制和干擾限制，天線的尺寸依據半波長或 1/4波長，通常芯片的尺寸小于該尺寸，要使天線尺寸盡量少受封裝面積和芯片的約束，就要求天線工作頻率不能太低，目前已有的關于RFID 片上天線多集中在HF、UHF和 MW頻段。同時，標準 CMOS 材料和工藝，低金屬電導率、硅互連金屬尺寸、高介電常數和低阻硅襯底等方面的因素，都會對片上天線的性能產生一定的影響。由于硅器件結構和芯片面積等因素的制約，RFID片上天線的增益、方向性等性能，都要比片外天線低，但對于單品的近距離應用，是可以接受的。

與常規天線相比，片上天線具有自身優點：天線以及天線和芯片的連接都在芯片或封裝內部實現，可以大大減小無線終端產品的體積，減輕產品的重量，并使產品的重復性和可靠性得到提高。天線與芯片在生產過程中一次生產出來，可以大幅度降低規模生產下的產品成本。

2.3 大容量存儲器

由于受到芯片面積和功耗的限制，芯片中的存儲器一般都比較小，普通的標簽以512bit和1Kbit的最常見。但是用戶希望的是大容量存儲器，能夠攜帶更多信息的標簽對用戶而言無疑更具有吸引力。在這種市場的推動下，大容量低功耗的存儲器已經面世，目前，市場上已經出現了16Kbit、32Kbit甚至64Kbit存儲器的UHF RFID標簽。相信隨著更深入的研究，更大容量更低功耗的存儲器會被開發出來并應用在UHF RFID標簽中。

3 結語

本文對UHF RFID國內外發展現狀做了簡單介紹，并根據目前市場以及最新研究論文，對UHF RFID未來的發展趨勢做了總結，得出了與傳感器相結合、片上天線和大容量存儲器三個方向將成為UHF RFID發展熱點的結論。

參考文獻

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作者簡介

鄒恒 （1963-），男，陜西省富平縣人。大學本科學歷。現為陜西省電子信息產品監督檢驗院工程師。研究方向為微電子產品檢測。