時間：2023-06-07 09:10:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇集成電路與應用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
本文分析了智能功率集成電路的發展歷程、應用狀況和研究現狀，希望能拋磚引玉，對相關領域的研究有所貢獻。
【關鍵詞】智能功率集成電路 無刷直流電機 前置驅動電路 高壓驅動芯片
1 智能功率集成電路發展歷程
功率集成電路（Power Integrated Circuit，PIC）最早出現在七十年代后期，是指將通訊接口電路、信號處理電路、控制電路和功率器件等集成在同一芯片中的特殊集成電路。進入九十年代后，PIC的設計與工藝水平不斷提高，性能價格比不斷改進，PIC才逐步進入了實用階段。按早期的工藝發展，一般將功率集成電路分為高壓集成電路（High Voltage Integrated Circuit，HVIC）和智能功率集成電路（Smart Power Integrated Circuit，SPIC）兩類，但隨著PIC的不斷發展，兩者在工作電壓和器件結構上（垂直或橫向）都難以嚴格區分，已習慣于將它們統稱為智能功率集成電路（SPIC）。
2 智能功率集成電路的關鍵技術
2.1 離性價比兼容的CMOS工藝
BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工藝是目前最主要的SPIC制造工藝。它將Bipolar，CMOS和DMOS器件集成在同一個芯片上，整合了Bipolar器件高跨導、強負載驅動能力，CMOS器件集成度高、低功耗的優點以及DMOS器件高電壓、大電流處理能力的優勢，使SPIC芯片具有很好的綜合性能。BCD工藝技術的另一個優點是其發展不像標準CMOS工藝，遵循摩爾定律，追求更小線寬、更快速度。該優點決定了SPIC的發展不受物理極限的限制，使其具有很強的生命力和很長的發展周期。歸納起來，BCD工藝主要的發展方向有三個，即高壓BCD工藝、高功率BCD工藝和高密度BCD工藝。
2.2 大電流集成功率器件
隨著工藝和設計水平的不斷提高，越來越多的新型功率器件成為新的研究熱點。首當其沖的就是超結（SJ，Superjunction）MOS器件。其核心思想就是在器件的漂移區中引入交替的P/N結構。當器件漏極施加反向擊穿電壓時，只要P-型區與N-型區的摻雜濃度和尺寸選擇合理，P-型區與N-型區的電荷就會相互補償，并且兩者完全耗盡。由于漂移區被耗盡，漂移區的場強幾乎恒定，而非有斜率的場強，所以超結MOS器件的耐壓大大提高。此時漂移區摻雜濃度不受擊穿電壓的限制，它的大幅度提高可以大大降低器件的導通電阻。由于導通電阻的降低，可以在相同的導通電阻下使芯片的面積大大減小，從而減小輸入柵電容，提高器件的開關速度。因此，超結MOS器件的出現，打破了“硅極限”的限制。然而，由于其制造工藝復雜，且與BCD工藝不兼容，超結MOS器件目前只在分一立器件上實現了產品化，并未在智能功率集成電路中廣泛使用。
其他新材料器件如砷化嫁（GaAs），碳化硅（SiC）具有禁帶寬度寬、臨界擊穿電場高、飽和速度快等優點，但與目前廠泛產業化的硅基集成電路工藝不兼容，其也未被廣泛應用于智能功率集成電路。
2.3 芯片的可靠性
智能功率集成電路通常工作在高溫、高壓、大電流等苛刻的工作環境下，使得電路與器件的可靠性問題顯得尤為突出。智能功率集成電路主要突出的可靠性問題包括閂鎖失效問題，功率器件的熱載流子效應以及電路的ESD防護問題等。
3 智能功率集成電路的用
從20年前第一次被運用于音頻放大器的電壓調制器至今，智能功率集成電路已經被廣泛運用到包括電子照明、電機驅.動、電源管理、工業控制以及顯示驅動等等廣泛的領域中。以智能功率集成電路為標志的第二次電子革命，促使傳統產業與信息、產業融通，已經對人類生產和生活產生了深遠的影響。
作為智能功率集成電路的一個重要分支，電機驅動芯片始終是一項值得研究的課題。電機驅動芯片是許多產業的核心技術之一，全球消費類驅動市場需要各種各樣的電動機及控制它們的功率電路與器件。電機驅動功率小至數瓦，大至百萬瓦，涵蓋咨詢、醫療、家電、軍事、工業等眾多場合，世界各國耗用在電機驅動芯片方面的電量比例占總發電量的60%-70%。因此，如何降低電機驅動芯片的功耗，提升驅動芯片的性能以最大限度的發揮電機的能力，是電機驅動芯片未來的發展趨勢。
4 國內外研究現狀
國內各大IC設計公司和高校在電機驅動芯片的研究和開發上處于落后地位。杭州士蘭微電子早期推出了單相全波風扇驅動電路SD1561，帶有霍爾傳感器的無刷直流風扇驅動電路SA276。其他國內設計公司如上海格科微電子，杭州矽力杰、蘇州博創等均致力于LCD，LED，PDP等驅動芯片的研發，少有公司在電機驅動芯片上獲得成功。國內高校中，浙江大學、東南大學、電子科技大學以及西安電子科技大學都對高壓橋式驅動電路、小功率馬達驅動電路展開過研究，但芯片性能相比于國外IC公司仍有很大差距。
而在功率器件的可靠性研究方面，世界上各大半導體公司和高校研究人員已經對NLDMOS的熱載流子效應進行了廣泛的研究。對應不同的工作狀態，有不同的退化機制。直流工作狀態下，中等柵壓應力條件下，退化主要發生在器件表面的溝道積累區和靠近源極的鳥嘴區；高柵壓應力條件下，由于Kirk效應的存在，退化主要發生在靠近漏極的側墻區以及鳥嘴區。當工作在未鉗位電感性開關（UIS} Unclamped Inductive Switching）狀態的時候，會反復發生雪崩擊穿。研究表明，NLDMOS的雪崩擊穿退化主要是漏極附近的界面態增加引起的，且退化的程度與流過漏極的電荷量密切相關。雪崩擊穿時流過器件的電流越大，引起的退化也越嚴重。
參考文獻
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論文關鍵詞：數字電路與邏輯設計,教學模式,教學方法,實踐教學
一、三本院校課程教學現狀
三本學生中多才多藝的較多，平時開展各種社團活動比較頻繁，學生自主創新思維活躍，但能夠有條不紊自主學習的學生可能只有一少部分，許多學生對學習沒有興趣，課余時間幾乎不學習。在教學過程中，剛開始學生還可以接受一些新知識，但隨著教學的深入，學習難度的增大，學生感到了困難，隨之學習的興趣也越來越低，主動學習便是一句空話，學生也就是為了應付考試，甚至不少學生都是考前突擊。這一特點在《數字電路與邏輯設計》課程的教學中也同樣存在。要提高本課程的教學質量，我們在定位教學目標，設置教學內容，采用教學手段和方法的時候都必須以這一實際情況為前提。
二、教學理念，教育目標
三本教學有別于一本和二本，教學注重于學生應用能力和綜合素質的培養，教學過程中突出培養學生應用知識，分析解決實際問題的能力，以學生為主體，以教師為主導，以教學為主線，樹立能力培養目標為重中之重的思想，實現人才培養模式多元化，努力培養“寬口徑、厚基礎、強能力、高素質”，適應國際競爭和社會需求的應用型人才。三本教育要加強通識教育，注重文理滲透理工結合，體現本科教育的基礎性和可發展性。努力探索人才培養新舉措，深入推進人才培養模式改革，實現多元化人才培養新格局，大力實施“育人為本，全面發展”的人才培養戰略，拓寬基礎學科的范圍和基礎教學的內涵。
三、教材選取
考慮到三本學生理論基礎較差，教材選取不應選擇理論研究或理論推導比較復雜的教
材，否則會讓學生還未涉及到重要的知識點就已經因為難度過大而喪失信心。教材選取要以應用為宗旨，強調理論與實踐相結合。編寫原則遵循由淺入深，通俗易懂，重點和難點采取闡述與比喻相結合，例題與習題相結合，實例與實驗相結合，針對數字電路課程實踐性強的特點，增加了與教材相應的實踐環節教學內容。
四、教學內容
在三本的《數字電路與邏輯設計》教學中，應該注重基礎教學，要求學生熟悉布爾代數的基本定律，掌握卡諾圖與公式化簡法；掌握數字電路中常用的基本單元電路和典型電路構成、原理與應用；掌握常用的中小規模組合邏輯電路和集成電路功能和設計方法。具有查閱集成電路器件手冊，合理選用集成電路器件的能力。對集成芯片，重點分析電路的外特性和邏輯功，以一些典型集成電路為例介紹如何查閱集成電路手冊、資料等，使學生學會在實際應用中正確選擇和使用集成芯片[11]。
對于三本學生而言，在電路設計中要求學生掌握基本的設計方法，但可以適當降低對電路設計的要求，增強電路分析方法的教學。學生可以分析較復雜的電路，并且能夠利用已有的電路進行修改，使電路滿足自己設計的需要。
五、教學手段與教學方法
（一）采用現代化教學
《數字電路與邏輯設計》課程的特點就是電路圖、邏輯圖特別多，如果采用板書形式教學，既浪費課堂時間也達不到好的教學效果。教學過程中采用多媒體教學，可以使一些抽象的、難以解決的概念變得形象，易于學生接受。對于集成電路的分析和設計，為了增強演示效果，除了在PPT中添加更多的動畫效果外，還可以采用Flash或Authorware軟件制作動畫效果，使電路的變化過程一目了然。
（二）結合實際教學
在授課過程中，針對三本學生可以結合生活中的應用舉例，如目前LCD顯示、數字溫度計、十字路通燈控制、數字頻率計、多媒體PC機里的顯示卡、聲卡是用數電中的數/模(D/A)轉換實現圖像顯示和聲音播放、制造業中的數控機床等都應用了數電技術。通過這些實例的介紹，可以使學生真正了解數字電路課程的重要性，從而提高對數字電路學習的興趣和學習積極性。
（三）網絡教學
網絡教學可有兩種方式，一是上傳教師課堂教學過程的視頻到校園網；二是教師制作圖文并茂的課件，以及與該課程有緊密關系的資料一起上傳到網上。目前大部分三本學生宿舍都可以登錄校園網，學生可以在任何時間進行網絡教學。網絡教學的方式解決了學生傳統的看書自學枯燥無味的問題。
六、實踐教學
實踐教學一般分為基礎實驗和課程設計兩大部分。基礎實驗教學從屬于理論教學，實驗內容均為驗證性實驗。教師給出實驗步驟、電路圖，學生按部就班、驗證結果，通過基礎實驗，使得學生對于課堂所學基本概念和方法的理解和掌握更加透徹，同時培養學生科學實驗的精神和方法，訓練嚴格嚴謹的工作作風。基礎實驗是理論和實際相互聯系的一個重要教學環節，但是僅僅是這種以教師為主導的實驗模式，不能激發起學生學習興趣和積極性，學生仍然不善于綜合運用所學知識分析和解決問題。課程設計的目標就是為了加強基礎、拓寬知識面、增強學生的自主學習和工程實驗能力、發展個性、啟發創新、加強理論與實驗。學生根據實驗任務，自行設計電路和測試方案，增強學生自主學習能力，學生既動腦又動手，解決問題的能力大大提高[12]。
除此之外，還可以設置一些電子設計大賽，成立電子設計興趣小組，在教師的指導下開展設計性和專題研究性實驗，為希望進一步發展的學生提供良好的學習環境和創新研究場所，培養學生的團隊協作精神，發揮學生學習的自主性和創造性，極大地提高學生的學習興趣和動手能力。
七、結束語
隨著高等教育的普及，三本學生的數量和質量也在日益增高，同時隨著數字技術的廣泛
普及，數字化社會已經到來，大規模、超大規模數字集成電路以其低功耗、高速度等特點， 應用越來越廣泛。因此如何在有限的時間內使三本的學生扎實掌握數字電路基礎知識理論和基本操作技能，培養分析問題、解決問題的能力，是教師在教學過程中需要認真思考的問題。使學生在傳統的數字電路邏輯分析、邏輯設計思維訓練的基礎上進一步建立起現代數字電路的應用與設計思想，掌握現代電子技術的新技術和新器件，為走向實際工作崗位打下堅實的基礎。
參考文獻
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1、微電子技術的發展歷程
自20世紀中期第一個集成電路研發成功之后，我們就進入了微電子技術時代，在半個多世紀的發展中，微電子技術被廣泛應用在工業生產和國防軍事領域，目前更是在商業領域中獲得極大的應用和發展。并且在長期的發展進程中，微電子技術一直是以集成電路為主要的核心代表，也逐漸形成了一定的發展規律，最典型的莫過于摩爾定律。當然，集成電路的應用領域不斷擴展也進一步刺激了微電子技術的快速發展。
在新事物的發展進程中，其發展規律和發展趨勢勢必要與需求相結合，并受需求的影響。微電子技術也不例外。在其發展進程中，微電子制造技術無疑是微電子技術最大的“客戶”，正是因為微電子制造技術提出了各種應用需要，才使得微電子技術得到了快速發展。也可以說，微電子制造技術正是微電子設計技術與產品應用技術的“中介”，是將微電子技術設計猜想轉化為實物的“橋梁”。但值得一提的是，這個實物轉化的過程也會對微電子設計技術的發展產生影響，并直接決定著微電子器件的造價與功能作用。為此我們可以認為，在微電子技術的發展中，微電子制造技術是最重要的核心技術。
2、微電子制造技術的發展與制造工藝
在半個多世紀的發展中，微電子制造技術的應用主要體現在集成電路與分立器件的生產工藝上。集成電路和分立器件在制造工藝上并無太大區別，僅僅只是兩者的功能與結構不一樣。但是受電子工業發展趨勢的影響，目前集成電路的應用范圍相對更廣，所以分立器件在微電子制造技術應用中所占的比重逐漸減少，集成電路逐漸成為其核心技術。
在集成電路的制造過程中，微電子制造技術主要被應用在材料、工藝設備以及工藝技術三方面上，并且隨著產業化的發展，這三方面逐漸出現了產業分工現象。發展到今天，集成電路的制造產業分為了材料制備、前端工藝和后端工藝三大產業，這些產業相互獨立運作，各自根據市場需求不斷發展。
集成電路的種類有多種，相關的工藝也有差異，但各類集成電路制造的基本路徑大致相同。材料制造包括各種圓片的制備，涉及從單晶拉制到外延的多個工藝，材料制造的主要工藝有單晶拉制、單晶切片、研磨和拋光、外延生長等幾個環節，但并不是所有的材料流程都從單晶拉制走到外延，比如砷化稼的全離子注入工藝所需要的是拋光好的單晶片（襯底片），不需要外延。
前端工藝總體上可以概括為圖形制備、圖形轉移和注入（擴散）形成特征區等三大步，其中各步之間互有交替。圖形制備以光刻工藝為主，目前最具代表性的光刻工藝是45nm工藝，借助于浸液式掃描光刻技術。圖形轉移的王要內容是將光刻形成的圖形轉入到其他的功能材料中，如各種介質、體硅和金屬膜中，以實現集成元器件的功能結構。注入或擴散的主要目的是通過外在雜質的進入，在硅片特定區域形成不同載流子類型或不同濃度分布的區域和結構。后端工藝則以芯片的封裝工藝為主要代表。
3、微電子制造技術的發展趨勢和主要表現形式
總體上，推動微電子制造技術發展的動力來自于應用需求和其自身的發展需要。作為微電子器件服務的主要對象，信息技術的發展需求是微電子制造技術發展的主要動力源泉。信息的生成、存儲、傳輸和處理等在超高速、大容量等技術要求和成本降低要求下，一代接一代地發展，從而也推動微電子制造技術在加工精度、加工能力等方面相應發展。
從歷史上看，第一代的硅材料到第二代的砷化稼材料以及第二代的砷化稼到以氮化稼為代表的第三代半導體材料的發展，大都是因為后一代的材料在某些方面具備更為優越的性能。如砷化稼在高頻和超高頻方面超越硅材料，氮化稼在高頻大功率方面超越砷化稼。從長遠看，以材料的優越特性帶動微電子器件及其制造技術的提升和躍進仍然是微電子技術發展的主要表現形式。較為典型的例子是氮化稼材料的突破直接帶來藍光和白光高亮LED的誕生，以及超高頻超大功率微電子器件的發展。
微電子制造技術發展的第二個主要表現形式是自身能力的提升，其中主要的貢獻來自于微電子制造設備技術的迅速發展和相關配套材料技術的同步提升。光刻技術的發展最能體現出微電子制造技術發展的這一特點。光刻技術從上世紀中期的毫米級一直發展到今天的32nm水平，光刻設備、掩模制造設備和光刻膠材料技術的同步發展是決定性因素。這方面技術的提升直接促使未來微電子制造水平的提升，主要表現在：一是圓片的大直徑化，圓片將從目前的300mm（12英寸）發展到未來的450mm（18英寸）；二是特征尺寸將從目前主流技術的45nm發展到2015年的25nm。
微電子制造技術發展的第三個表現形式是多種制造技術的融合。這種趨勢在近年來突出表現在鍺硅技術和硅集成電路制造技術的兼容以及MEMS技術與硅基集成電路技術的融合。由此可以預見的是多種技術的異類集成將在某一應用領域集中出現，MEMS可能首當其沖，比如M壓MS與MOS器件集成在同一芯片上。
4、結束語
綜上所述，在科技的推動和電子科技市場需求的影響下，微電子技術得到了快速的發展，直接帶動了以集成電路為核心的微電子制造技術水平的提升。現如今微電子制造技術已經能夠實現納米級的集成電路產品制造，為電子產片的更新換代提供了良好的材料支持。以當前科技的發展趨勢來看，微電子制造技術在未來的電子器件加工中還將會有更大的發展空間，還需要我們加強研究，不斷提高微電子制造技術水平。■
參考文獻
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論文關鍵詞：集成電路，特點，問題，趨勢，建議
引言
集成電路是工業化國家的重要基礎工業之一，是當代信息技術產業的核心部件，它是工業現代化裝備水平和航空航天技術的重要制約因素，由于它的價格高低直接影響了電子工業產成品的價格，是電子工業是否具有競爭力關鍵因素之一。高端核心器件是國家安全和科學研究水平的基礎，日美歐等國均把集成電路業定義為戰略產業。據臺灣的“科學委員會”稱未來十年是芯片技術發展的關鍵時期。韓國政府也表示擬投資600億韓元于2015年時打造韓國的集成電路產業。
集成電路主要應用在計算機、通信、汽車電子、消費電子等與國民日常消費相關領域因此集成電路與全球GDP增長聯系緊密，全球集成電路消費在2009年受金融危機的影響下跌9%的情況下2010由于經濟形勢樂觀后根據半導體行業協會預計今年集成電路銷售額將同比增長33%。
一、我國集成電路業發展情況和特點
有數據統計2009年中國集成電路市場規模為5676億元占全球市場44%，集成電路消費除2008、2009年受金融危機影響外逐年遞增，中國已成為世界上第一大集成電路消費國，但國內集成電路產量僅1040億元，絕大部分為產業鏈低端的消費類芯片，技術落后發達國家2到3代左右，大量高端芯片和技術被美日韓以及歐洲國家壟斷。
我國集成電路產業占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長遠遠超過國際上任何一個其他國家，是全球集成電路業的推動者，屬于一個快速發展的行業。從2000年到2007年我國集成電路產業銷售收入年均增長超過18%畢業論文提綱，增長率隨著經濟形勢有波動，由于金融危機的影響2008年同比2007年下降了0.4%，2009年又同比下降11%，其中集成電路設計業增速放緩實現銷售收入269.92億元同比上升14.8%，由于受金融危機影響，芯片制造業實現銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測試業實現銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國集成電路總體上企業總體規模小，有人統計過，所有設計企業總產值不如美國高通公司的1/2、所有待工企業產值不如臺積電、所有封測企業產值不如日月光。
在芯片設計方面，我國主流芯片設計采用130nm和180nm技術，65nm技術在我國逐漸開展起來，雖然國際上一些廠商已經開始應用40nm技術設計產品了，但由于65nm技術成熟，優良率高，將是未來幾年贏利的主流技術.設計公司數量不斷增長但規模都較小，屬于初始發展時期。芯片制造方面，2010國外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規模采用的是65nm技術，而中國國產芯片中的龍芯還在采用130nm技術，中芯國際的65nm技術才開始量產，國產的自主知識產權還沒達到250技術。在封裝測試技術方面，這是我國集成電路企業的主要業務，也是我國的主要出口品，有數據顯示我國集成電路產業的50%以上的產值都由封裝產業創造，隨著技術的成熟，部分高端技術在國內逐步開始開展，但有已經開始下降的趨勢雜志網。在電子信息材料業方面，下一代晶圓標準是450mm，有資料顯示將于2012年試制，現在國際主流晶圓尺寸是300mm，而我國正在由200mm到300mm過渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料，壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領域無論是在研發還是在生產均較大落后于國外，總體來說我國新型元件材料基本靠進口。在半導體設備制造業方面畢業論文提綱，有數據統計我國95%的設備是外國設備，而且二手設備占較大比例，重要的半導體設備幾乎都是國外設備，從全球范圍來講美日一直壟斷其生產和研發，臺灣最近也有有了較大發展，而我國半導體設備制造業發展較為緩慢。
我國規劃和建成了7個集成電路產業基地，產業集聚效應初步顯現出來，其中長江三角洲、京津的上海、杭州、無錫和北京等地區,是我國集成電路的主要積聚地，這些地區集中了我國近半數的集成電路企業和銷售額，其次是中南地區約占整個產業企業數和銷售額的三分之一，其中深圳基地的IC設計業居全國首位，制造企業也在近一部壯大，由于勞動力價格相對廉價，我國集成電路產業正向成都、西安的產業帶轉移。
二、我國集成電路業發展存在的問題剖析
首先，我國集成電路產業鏈還很薄弱，科研與生產還沒有很好的結合起來，應用十分有限，雖然新聞上時常宣傳中科院以及大專院校有一些成果，但尚未經過市場的運作和考驗。另外集成電路產品的缺乏應用途徑這就使得研究成果的產業化難以推廣和積累成長。
其次，我國集成電路產業尚處于幼年期，企業規模小，集中度低，資金缺乏，人才缺乏，市場占有率低，不能實現規模經濟效應，相比國外同類企業在各項資源的占有上差距較大。由于集成電路行業的風險大，換代快，這就造成了企業的融資困難，使得我國企業發展緩慢，有數據顯示我國集成電路產業有80%的投資都來自海外畢業論文提綱，企業的主要負責人大都是從臺灣引進的。
再次，我國集成電路產業相關配套工業落后，產業基礎薄弱。集成電路產業的上游集成電路設備制造的高端設備只有美日等幾家公司有能力制造，這就大大制約了我國集成電路工藝的發展速度，使我國的發展受制于人。
還有，我國集成電路產成品處于產品價值鏈的中、低端，難以提出自己的標準和架構，研發能力不足，缺少核心技術，處于低附加值、廉價產品的向國外技術模仿學習階段。有數據顯示我國集成電路使用中有80%都是從國外進口或設計的，國產20%僅為一些低端芯片，而由于產品相對廉價這當中的百分之七八十又用于出口。
三、我國集成電路發展趨勢
有數據顯示PC機市場是我國集成電路應用最大的市場，汽車電子、通信類設備、網絡多媒體終端將是我國集成電路未來增長最快應用領域. Memory、CPU、ASIC和計算機外圍器件將是最主要的幾大產品。國際集成電路產業的發展逐步走向成熟階段，集成電路制造正在向我國大規模轉移，造成我國集成電路產量上升，如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后，2007年又投資25億美元在大連投資建廠預計2010年投產。
另外我國代工產業增速逐漸放緩，增速從當初的20%降低到現在的6%-8%，低附加值產業逐漸減小。集成電路設計業占集成點設計業的比重不斷加大，2008、2009兩年在受到金融危機的影響下在其他專業大幅下降的情況下任然保持一個較高的增長率，而且最近幾年集成電路設計業都是增長最快的領域，說明我國的集成電路產業鏈日趨完善和合理，設計、制造、封裝測試三行業開始向“3：4：4”的國際通行比例不斷靠近。從發達國家的經驗來看都是以集成電路設計公司比重不斷加大，制造公司向不發達地區轉移作為集成電路產業走向成熟的標志。
我國集成電路產業逐漸向優勢企業集中,產業鏈不斷聯合重組，集中資源和擴大規模，增強競爭優勢和抗風險能力，主要核心企業銷售額所占全行業比重從2004年得32%到2008年的49%，體現我國集成電路企業不斷向優勢企業集中，行業越來越成熟，從美國集成電路廠商來看當行業走向成熟時只有較大的核心企業和專注某一領域的企業能最后存活下來。
我國集成電路進口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進口量增速。預計2010年以后我國集成電路進口增速將小于出口增速，我國正在由集成電路消費大國向制造大國邁進。
四、關于我國集成電路發展的幾點建議
第一、不斷探索和完善有利于集成電路業發展的產業模式和運作機制。中國高校和中科院研究所中有相對寬松的環境使得其適合醞釀研發畢業論文提綱，但中國的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實驗室里，沒有一個循序漸進的產業運作和可持續發展機制，這就使得國產高端芯片在社會上認可度很低，得不到應用和升級。在產業化成果推廣的解決方面。可以借鑒美國的國家采購計劃，以政府出資在武器和航空航天領域進行國家采購以保證研發產品的產業化應用得以實現雜志網。只有依靠公共研發機構的環境、人才和技術優勢結合企業的市場運作優勢，走基于公共研發機構的產業化道路才是問題的正確路徑。
第二、集成電路的研發是個高投入高風險的行業是技術和資本密集型產業，有數據顯示集成電路研發費用要占銷售額的15%，固定資產投資占銷售額的20%，銷售額如果達不到100億美元將無力承擔新一代產品的研發，在這種情況下由于民族集成電路產業在資金上積累有限，幾乎沒有抗風險能力，技術上缺乏積累，經不起和國際集成電路巨頭的競爭，再加上我國是一個勞動力密集型產業國，根據國際貿易規律，資本密集型的研發產業傾向于向發達國家集中，要想是我國在未來的高技術的集成電路研發有一席之地只有國家給予一定的積極的產業政策，使其形成規模經濟的優勢地位，才能使集成電路業進入良性發展的軌道.對整個產業鏈，特別是產業鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風險投資，通過風險投資公司作為企業與政府的隔離，在成功投資后政府收回投資回報退出公司經營，不失為一種良策。資料顯示美國半導體業融資的主要渠道就是靠風險基金。臺灣地區之所以成為全球第四大半導體基地臺就與其6年建設計劃對集成電路產業的重點扶植有密切關系，最近灣當局的“科學委員會”就在最近提出了擬扶植集成電路產業使其達到世界第二的目標。
第三、產業的發展可以走先官辦和引進外資再民營化道路，在產業初期由于資金技術壁壘大人才也較為匱乏民營資本難于介入，這樣只有利用政府力量和外資力量，但到一定時期后只有民營資本的介入才能使集成電路產業走向良性化發展的軌道。技術競爭有利于技術的創新和發展，集成電路業的技術快速更新的性質使得民營企業的競爭性的優勢得以體現，集成電路每個子領域技術的專用化特別高分工特別細，每個子領域有相當的技術難度，不適合求小而且全的模式。集成電路產業各個子模塊經營將朝著分散化畢業論文提綱，專業化的方向發展，每個企業專注于各自領域，在以形成的設計、封裝、測試、新材料、設備制、造自動化平臺設計、IP設計等幾大領域內分化出有各自擅長的專業領域深入發展并相互補充，這正好適應民營經濟的經營使其能更加專注，以有限的資本規模經營能力能夠達到自主研發高投入，適應市場高度分工的要求，所以民間資本的投入會使市場更加有效率。
第四、技術引進吸收再創新將是我國集成電路技術創新發展的可以采用的重要方式。美國國家工程院院士馬佐平曾今說過：中國半導體產業有著良好的基礎，如果要趕超世界先進水平，必須要找準方向、加強合作。只有站在別人的基礎上，吸取國外研發的經驗教訓，并充分合作才是我國集成電路業發展快速發展有限途徑，我國資金有限，技術底子薄，要想快速發展只有借鑒別人的技術在此基礎上朝正確方向發展，而不是從頭再來另立門戶。國際集成電路產業鏈分工與國家集成電路工業發展階段有很大關系，隨著產業的不斷成熟和不斷向我國轉移使得我國可以走先生產，在有一定的技術和資金積累后再研發的途徑。技術引進再創新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國集成電路企業，美國等發達國家的經濟不景氣正好加速了人才向我國企業的流動，對我國是十分有利的。
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關鍵詞：二極管；變阻特性；變容特性；非線性器件
中圖分類號：TN710 文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)06-159-02
Application of Characteristic of the Change of Resistance and Capacity in Mobile Phones
WEI Bingguo
(Puyang Polytechnic College，Puyang，457000，China)
Abstract：The basic character of the diode is unilateral conduction.In the process of conducting and cutting off，the hinder value chages with the chage of applied voltage.At the same time，the diode also show the character of capasitance，the capasitance also change with the change of applied voltage.So it is a kind of nonlineary component.This character is fully utilized in the protection，acception and launching of the modern communication tool-cell phone.
Keywords：diode；character of changing of resistence；character of change of capasity；nonlinear element
1 二極管的變阻與變容特性
二極管內部的核心是由2塊P型、N型的半導體結合在一起形成的PN結。PN結的基本特性是單向導電，同時又具有電容特性，單向導電性表現為當加有正向電壓時PN結的耗盡層厚度變小，呈現的電阻阻值極小，當加有反向電壓時PN結的厚度變大呈現出較大的阻值，特別是硅材料的二極管，幾乎是無限大，但當加的反向電壓超過某一數值時其阻值瞬間變小幾乎趨于零，這一現象稱為反向擊穿。二極管的反向擊穿分2種：一種是雪崩擊穿，另一種是齊納擊穿。雪崩擊穿是損壞性的擊穿是不可逆的，而齊納擊穿是可逆性的，一旦電壓撤掉二極管會恢復原狀。穩壓二極管就是利用齊納擊穿特性制造的一種二極管，利用其反向特性當施加的反向電壓低于某一數值時，二極管呈現出幾乎無限大的電阻，即開路狀態，當施加的電壓達到擊穿電壓時，二極管流過較大的電流呈現出極小的電阻。穩壓二極管的符號如圖1所示。
綜合二極管的上述導通、截止、反向擊穿3個狀態，其伏安特性曲線如圖2所示。從圖中即可看出二極管是一非線性器件，即在工作區阻值是變化的。
在二極管PN結耗盡層的兩側是N型、P型2種半導體，耗盡層是一個高阻層，這種結構正好符合電容的定義：兩個彼此靠近而又相互絕緣的導體的組合，故二極管的兩極之間存在一定的容性，這種容性表現在2個層面：一個是加正向電壓時呈現的擴散電容，另一個是加反向電壓時呈現出的勢壘電容，平時利用電容的容性就是利用的加反向電壓時呈現的勢壘電容，例如制造的變容二極管就是這種器件，電路符號如圖3所示。加上的反向電壓愈高耗盡層厚度愈大，而PN結的正對面積不變，根據平行板電容器容量的計算公式C=εsd，其中ε為媒質的介電常數，s是極板正對面積，d是兩極板之間的距離。顯然變容二極管呈現的容量會隨外加電壓的升高而變小，當然普通二極管亦具有這種特性只不過沒有變容二極管表現的明顯。其容量隨電壓變化的關系曲線如圖4所示。
圖1 二極管的符號
圖2 二極管的伏安特性
圖3 變容二極管
2 在手機中的應用
2.1 變阻特性在手機中的應用
穩壓二極管的變阻特性主要用在保護電路中。隨著手機體積的小型化，內部電路的集成化程度愈來愈高，故電路板上出現了大規模和超大規模集成電路，這些電路與外部接口部件。例如聽筒、話筒、耳機、電源等直接相連，而這些部分極易產生峰值較高的脈沖電壓和靜電感應電壓，這些電壓若損壞上述部件問題并不嚴重，但若通過這些部分將高電壓脈沖傳至集成電路，導致集成電路擊穿損壞，從而使手機癱瘓是應重點考慮的問題。為此在這些部位往往利用穩壓二極管的變阻特性限制該脈沖電壓的出現，從而起到保護集成電路和手機的作用。
圖4 容量隨電壓變化的關系曲線圖
例：如圖5所示，是諾基亞6150中的卡電路與電源模塊集成電路的連接電路，SIM卡與卡座相連，卡座與電源塊相連，由于卡座有時會處于懸空狀態，SIM卡有時會帶有靜電干擾，V401內有4只穩壓二極管，正常狀態下由于SIM卡與N100相連的接線端電壓較低，故V401中的二極管均處于截止狀態，對手機的工作不產生任何影響，當由于靜電干擾等原因使36，43，42，38各引腳出現尖脈沖并且脈沖電壓超過一定的數值時極易損壞N100，但加上V401后當脈沖達到V401的擊穿電壓時，就會使V401擊穿呈現出較小的電阻，從而將脈沖消除，起到了保護N100作用。
圖5 6150下電路與電源模塊集成電路的連接電路
再如圖6所示，是諾基亞6150手機的充電電路，VIN是充電直流輸入端電壓4.8 V左右。通過保險絲，雙向穩壓二極管V100，電感L104進入充電集成電路N101的第①端，F101用于過流保護，V100利用其變阻特性實現過壓保護。當輸入端由于電壓波動或極性接錯時，為防止損壞N101，V100會導通從而起到對N101的保護作用，不致于使過高或過低的脈沖電壓進入N101；當電壓過高并超過一定數值時，V100擊穿阻值瞬間變小，將電壓限定在某一數值；當輸入電壓極性接并超過某一數值時，V100反向擊穿導通，將加到N101第①端的負電壓也限定在某一數值上，從而使N101第①腳的電壓值不會過高或過低。
有時亦利用二極管正向導通時的變阻特性來達到保護電路的目的。二極管加上低于門限電壓的正向電壓時，其正向電阻很大，當達到門限電壓時二極管開始導通，流過較大的電流呈現出較小的電阻，且一旦二極管導通后，流過的電流可以有較大的變化；但兩端的電壓幾乎恒定不變，即其正向電阻隨導通電流的變大而變小，并且有較大的變化范圍；這樣二極管正向導通時表現出的特性很象穩壓數值等于門限電壓的穩壓二極管。
圖6 諾基亞6150手機的充電電路
例如圖7所示，是愛立信GF768/GF788手機話筒信號輸入電路。N800為多模轉換器集成電路，為防止由于靜電干擾等原因注入到N8001515的脈沖電壓過高，在話筒輸入與3.2 V電源VDIG之間加有雙二極管V811，當輸入信號的電平低于-0.7 V時(門限電壓)二極管1導通，當高于+3.2+0.7 V=3.9 V時，二極管2導通，這樣通過V811將輸入信號的電壓限定在+3.9～-0.7 V之間。
圖7 愛立信GF768/GF788手機話筒信號輸入電路
2.2 變容特性在手機中的應用
手機既是一個接收機又是一個發射機，接收信號的頻率與發射信號的頻率受控于移動中心和基站。若頻率偏離指定信道的中心頻率過大，就會引起手機不入網，而頻率的正確與否取決于手機內基準(主時鐘)頻率13 MHz正確與否，而13 MHz主時鐘的振蕩，除受13 MHz的晶振控制外，還受控于變容二極管，即13 MHz的頻率受變容二極管的調整。例如圖8所示，是愛立信GF768/GF788主時鐘13 MHz的振蕩電路。
圖8 愛立信主時鐘13 MHz的振蕩電路
B500是13 MHz的晶振，他配合中頻模塊N500內的振蕩電路構成13 MHz的振蕩，振蕩頻率的準確與否，受VCXOCONT電壓的控制。該電壓加至變容二極管V210上，電壓的變化引起V210容量的變化，他與B500并在一起，使整個電路總的容量發生變化，從而使振蕩頻率發生改變。
例：如圖9所示，是諾基亞6150手機中13 MHz主時鐘振蕩電路，該電路是由振蕩組件G650組成；VCC是供電端，AFC是自動頻率控制端，GND為地線，OUT是輸出端，振蕩頻率的穩定與準確受控于來自CPU的AFC電壓，該電壓加至組件內的變容二極管上。該電壓的變化會
引起變容二極管容量的變化，從而引起電路振蕩頻率的變化，確保輸出信號頻率的穩定與正確。
圖9 諾基亞6150手機中13 MHz主時鐘振蕩器
如圖10所示，是摩托羅拉V8088(V998++)手機中二本振電路。振蕩頻率除取決于C967，C968，C994，L901外，還受CR259呈現的容量的影響；CR259上施加的電壓來自鑒相器輸出電壓，鑒相器將該電路振蕩的信號與標準信號進行頻率比較，將差值轉換為直流電壓加到CR259上，使CR259呈現的容量發生改變，從而使振蕩回路總的容量發生改變，進而振蕩電路的振蕩頻率發生變化，直到其輸出頻率達到標準數值，鑒相器電壓維持恒定，CR259容量恒定。
3 結 語
綜上所述，二極管PN結所呈現的變阻特性與變容特性在手機中應用相當廣泛，而且其阻值和容量是受PN結上施加電壓的控制和影響。因此便于實現自動調節，克服了早期電路中使用手動電阻器、手動可變電容器帶來的諸多缺點。因而在現代電子電路別是新型手機電路中，二極管的變阻性與變容性會得到進一步的開發和利用，使電路進一步優化。
圖10 摩托羅拉V8088中的二本振電路
參考文獻
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作者簡介
【關鍵詞】競賽；集成電路；教學改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124
Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation
集成電路在社會發展中扮演著非同尋常的角色，幾乎滲透到了各行各業。隨著全球經濟一體化的發展，集成電路的制造與開發中心正逐步向我國轉移。我們肩負重大的歷史使命，是要把我國建設成為集成電路的生產大國進而成為集成電路強國[1]。因此培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京華大九天軟件有限公司致力于開發自主產權的EDA軟件，提供高端的SoC解決方案和一站式設計生產服務，為培養集成電路設計人才提供了很好的軟件平臺。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。對學生來說，競賽為他們提供了一個開闊眼界、互相學習和交流的好機會，這是任何課堂教學都無法替代的；對指導老師來說，競賽可以促進他們轉變陳舊的教學理念，改進落后的課程體系，積極尋求新的教學模式，真正做到教學目標、教學內容和教學方法與時俱進，切實達到面向應用、面向市場、面向社會并最終為社會提供優秀專業人才的最高教學目標[2]。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起了一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖和電路設計能力。本人有幸帶領學生參加了此次比賽，獲得了一些啟示。
1.立足現實，拓寬應用
本次大賽的活動宗旨是豐富微電子學專業學生的專業知識，培養學生理論聯系實際、獨立思考和操作能力，鞏固和加深所學專業知識基礎，推動京津地區高校微電子學專業的交流和發展，并對國產正版EDA軟件的普及和應用起到積極推動作用。
2011年北京大學生集成電路設計大賽分成大學本科和研究生兩個級別（本科生組33個組；研究生33個組），每組3人，進行筆試和上機操作。比賽相關規則：筆試階段，采用閉卷形式，由各參賽隊員獨立完成，最終成績計入小組總分；上機操作，以小組形式參加。
2.正確的指導思想
電子學會組織的此次大學生集成電路大賽立足高，緊密結合教學實際，著重基礎、注重培養實踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導思想。
“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級領導、專家、學者和我校學科部領導、老師及每個參賽隊員的心血與汗水。在比賽的前后，我們的指導思想是：參賽獲獎不是最終目的，深人持久地開展教育教學改革，充分調動學生學習積極性，吸引更多的學生參加各類競賽和科技活動，培養更多的優秀專業人才，才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業，他們對參賽學生的青睞，對于與學校合作的重視，也正是我們學校所渴求的。在參賽中與同行各企業充分交流，學校與企業的緊密結合，才能更清楚市場對優秀畢業生的要求，進而能明確培養目標，并在平時的課程教學中加以滲透，在教學中不斷改進；在參賽中與其他兄弟院校充分分享經驗，不斷學習別人的長處，分析參賽中暴露的共性問題，在教育教學中不斷改進；在參賽中提高教師的指導水平和改進教育教學方法；在參賽中提高學生的綜合素質，培養大批適應現代化建設需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才，才是我們參加北京大學生集成電路設計競賽的最終目的。
3.準備認真，重在過程
承辦方北方工業大學周密的準備工作和熱情的服務為大賽成功舉行創造了良好的外部環境。北方工業大學和華大九天公司組織的集訓為成功參賽奠定了扎實的基礎。
在學科部領導和各位老師的努力下，在實驗室老師的大力協助下，在華大九天公司培訓人員的大力支持下，我們組織了兩個階段的集中培訓，并在培訓的基礎上進行了有針對性的輔導練習，并在參賽前舉行了預賽。這些環節對學生和老師起到了很好的引導和督促作用，保證了良好的訓練環境，營造了積極向上的參賽氛圍。
在電子競賽的準備過程中，適逢暑假，假期長，學生們可以充分利用暑假時間認真復習電子器件、數字電子電路、集成電路分析與設計等課程的理論知識。同時，學生們還學習華大EDA軟件，進行實際電路和版圖繪制上機練習，培養了理論聯系實踐的學風。通過競賽準備，學生需要綜合運用所學知識，解決競賽中遇到的各種問題，提高了運用理論知識解決實際問題的能力。通過競賽準備，磨合了小組間的默契配合和分工，增進了師生情誼，提高了團隊作戰能力。通過競賽準備，找出了自己在知識上的不足，明確了社會的需要、工作崗位的需要和工作性質，樹立了新的奮斗目標，產生了學習新的動力。
4.參賽對嵌入式系統和集成電路設計教學改革的啟示
北京大學生集成電路設計競賽對于培養學生參加實踐的積極性、理論聯系實際的學風和團隊意識有著重要作用，競賽給學生提供了一個施展才華、發揮創新能力的機會和平臺。并對高校集成電路設計課程的教學內容和電子科學與技術的課程體系改革和學生今后工作起到一定的引導作用。
4.1 知識整合的系統教學思想
自從1958年基爾比發明集成電路以后，集成電路一直按照摩爾定律的預測飛速發展。面對集成電路如此迅猛的發展形勢，教學工作也要與時俱進，不斷改革創新。我承擔《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程，深深體會到微電子專業的學生學習嵌入式系統與其他專業有所區別，因為芯片的設計方向日益朝著片上系統SOC、片上可編程系統SOPC的方向發展[3]。學生不僅需要有系統的概念[4]，同時需要對典型處理器體系結構有清晰的理解，在設計SOC芯片時才會有系統的設計思想[5]，又會對處理器內部體系架構有清晰的概念。因此，在對微電子專業的學生講授嵌入式系統時，要緊密結合集成電路設計的要求，結合集成電路分析與設計、數字電子、模擬電子、電子器件等課程的內容，使學生不僅對處理器結構體系清楚，更熟悉各模塊電路，如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的，培養學生系統的概念，掌握外部單元電路，如存儲器單元電路、系統總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路，從使用者的期望角度出發，來進行芯片的設計，既是使用者，又是設計者。學生在學習集成電路設計的課程時，緊密結合嵌入式系統中的系統體系結構、結合處理器內部的體系結構，具有整體的大的系統性設計概念，整合學生對各個課程的分離的知識內容，培養綜合運用所學知識解決系統問題。通過增加實驗和上機課時，提高學生將理論與實踐緊密結合，培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。
4.2 改革傳統的教學模式
我國的大學課堂教學模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯教育家凱洛夫的“五環節”所主宰，在新的教育環境和教育目標下，他們所倡導的課堂教學結構和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代學”的陳腐教學思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學方法.這種“以教師為中心，以教材為中心”的課堂教學，決定了學生在整個教學過程中所處的被動地位，很大程度地禁錮了學生的創造性思維，對學生自學能力、實踐能力和創新能力的培養構成了嚴重的障礙[2]。
現代教育理論指出：指導學生從實踐和探索中通過思考獲取知識，又在解決問題的探索活動中，運用已獲得的知識和技能是培養智能的最好途徑。
本次競賽上午閉卷完成理論知識的考試。本科生的上機操作內容是根據提供的狀態圖設計一個計數器電路，然后進行原理圖的繪制，再次進行版圖繪制，進而進行DRC、LVS等環節驗證，并撰寫設計報告。學生需要利用數字電路中所學的狀態表，構造出邏輯關系式，運用卡諾圖化簡得到最簡電路，最后再繪制單元電路，設計出具體的CMOS電路和版圖，并進行驗證。同時還需要構造出計數器所需的時鐘電路。在上機的開始一個半小時中，指導老師可以參與指導，這樣增加了比賽中老師對學生的限時指導內容，更有利于學生的競賽，符合培養人才的現論要求。
學生基本上完成了從需求分析、電路設計、繪制電路、（仿真）、版圖繪制、驗證到撰寫報告等環節。通過競賽，使學生能親自感受一個簡單的集成電路設計流程，培養了學生的系統設計概念。學生從早晨9點一直進行到下午六點，在短短的一天內要完成筆試和7個小時的上機電路繪制和驗證等工作，小組成員只有密切配合，充分發揮各自的優勢，保持堅韌不拔的精神，才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養學生的合作精神和團隊精神，鍛煉了學生的毅力和體力。
施教之功，貴在引導。可以看出，競賽在很大程度上符合現代教育理論的要求，符合學生的認知規律。以學生為主體、教師為主導的教學模式正是以傳授知識為前提，以形成技能為基點，以培養智能為重心，以全面發展人才為歸宿。在《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程教學中，增大課程的實驗內容，學生帶著問題，進行學習，進行思考、小組討論，經老師點撥，實現了運用所學理論解決實際問題的過程，既培養了學生的綜合能力，又完成了教學任務，符合現代教育論的要求。
施教之旨，在于培養學習方法和思維方式，培養獲取新知及再創造之本領。將學生分成小組，布置某一命題，發揮學生的主動性，引導他們查閱資料，分析歸納總結，并在課堂中進行報告或實驗演示。學生反映效果很好，獲取了知識，又培養了學生自學能力和主動獲取知識的方法。
5.引導學生參與科研，撰寫學術論文
通過大賽引導大學生形成一股扎扎實實的學習和研究的風氣。激發學生在專業領域的學習興趣，參與到老師平時的科研中，增加動手實踐的機會。并在科研中進一步培養學生的研究興趣，形成良性循環。對于取得的研究成果，可以引導學生撰寫論文，并能在廣大同學中起到表率作用。
6.結束語
培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。正確的指導思想、科學的組織程序、踏實認真的準備工作以及大賽對校企合作、對教學改革將產生重要的影響。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖、電路設計能力和集成電路設計思想。
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致謝：競賽工作是由國家自然基金贊助（No.60976028）；北京工業大學博士基金贊助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020
【關鍵詞】D觸發器；半靜態；清零；版圖
A New D flip-flop of semi-static and clear
Zhao Junxia，Zhu Qiaoyan
（Sanjiang College，Nanjing，Jiangsu 210012;NanJing Top Power ASIC）
Abstract：For faster speed、lower power and smaller size,this paper analyzes several used D flip-flops.For the highest frequency and synthesizing their advantages and disadvantages，we design a new type D flip-flop of semi-static and clear.With CSMC 0.6μmN well CMOS process，the layout area is46.500×40.350(μm).The maximum trigger frequency is 356MHz.Using it we constitute the second divider and simulates successfully.
Key words：D flip-flop，semi-static，clear，layout
1.引言
觸發器是時序電路[1]，是在邏輯電路的移位、寄存和計數功能中被廣泛采用的一種存儲信息的功能部件[2]，它靠雙穩態電路來保存信息。觸發器的種類很多[3]，CMOS D型觸發器是VLSI電路中最基本的也是應用最普遍的，它被廣泛應用于移位和寄存[4]。D觸發器的D代表延遲或數據,它的輸出是發生在早于一個時鐘脈沖之前的D輸入的函數。在時鐘脈沖期間，在D輸入提供“1”會導致輸出變為1，否則輸出變為0。其真值表表明這種關系，其中Qn+1是時鐘脈沖以后的Q輸出，它取決于D的輸入狀態[4]。
常見的D觸發器有：同步D觸發器、主從型D觸發器、新型半靜態低功耗D觸發器等[5]，本文對他們的結構、原理等方面進行分析比較，綜合各自優缺點，優化最高頻率，設計出一款新型主從型D觸發器，經仿真該觸發器的最高頻率為356MHz。
2.新型D觸發器的結構圖
為了減小與時鐘信號相關聯的單元電路（如觸發器）的消耗，本文提出了一種新的半靜態觸發器結構，并把其中的靜態鎖存器進一步改進為準靜態型。
圖1是所設計的新型由CMOS傳輸門和反相器構成的D觸發器的結構圖。反相器F1和傳輸門TG1、TG2組成了主觸發器，與非門F2和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發器。TG1和TG3分別為主觸發器和從觸發器的輸入控制門。反相器F4對時鐘輸入信號CP進行反相及緩沖，其輸出CP和CP'作為傳輸門的控制信號。
根據CMOS傳輸門的工作原理和圖中控制信號的極性標注可知：當傳輸門TG1、TG4導通時，TG2、TG3截止；反之，當TG1、TG4截止時，TG2、TG3導通。
當，時，TG1導通TG2，截止，D端輸入信號送入主觸發器中，使,，但這時主觸發器尚未形成反饋連接,不能自行保持。、跟隨D端的狀態變化；同時，由于TG3截止，TG4導通，所以從觸發器形成反饋連接，維持原狀態不變，而且它與主觸發器的聯系被TG3切斷。
當的上升沿到達（即跳變為1，下降為0）時，TG1截止，TG2導通，切斷了D信號的輸入，由于F1的輸入電容存儲效應，F1輸入端電壓不會立即消失，于是、在TG1截止前的狀態被保存下來；同時由于TG3導通、TG4截止，主觸發器的狀態通過TG3和F3送到了輸出端，使（CP上升沿到達時D的狀態），而。
在，期間，的狀態一直不會改變，直到下降沿到達時（即跳變為0，跳變為1），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又導通，主觸發器又開始接收D端新數據，從觸發器維持已轉換后的狀態。
可見，這種觸發器的動作特點是輸出端的狀態轉換發生在的上升沿，而且觸發器所保持的狀態僅僅取決于上升沿到達時的輸入狀態。正因為觸發器輸出端狀態的轉換發生在的上升沿（即CP的上升沿，所以這是一個CP上升沿觸發的邊沿觸發器，CP上升沿為有效觸發沿，或稱CP上升沿為有效沿（下降沿為無效沿）。若將四個傳輸門的控制信號CP'和極性都換成相反的狀態，則CP下降沿為有效沿，而上升沿為無效沿。
3.D觸發器的電路
D觸發器的最高時鐘頻率受到以下兩個方面的限制：
（1）輸出（Q或Q~）波形上升和下降時間的限制。如果輸出的外接負載電容較大，則輸出的波形受到負載電容的影響，都具有一定的上升和下降時間。隨著時鐘頻率的提高，輸出頻率也要隨之提高。如果輸出波形由方波變為三角波，甚至輸出幅度下降，就不能滿足二分頻輸出。
（2）內部信號傳輸時，所產生的內部級延遲的限制。如果時鐘脈沖寬度不能滿足內部級的時延，則輸出Q就不能成為時鐘脈沖的二分頻或輸出不穩定。
為了要設計D型觸發器，首先要對觸發器內部進行時序分析，然后分析各級門在電路中所處的地位，進行合理的時延分配。作為主觸發器，數據從D端輸入，必須在時鐘脈沖的后半周內完成數據的傳輸，并保存在住觸發器中。
我們通過控制柵氧化層厚度來控制柵電容。用MOS器件的跨導和輸出電容的比值（稱之為速度優值）來表征COMS倒相器的速度性能。當增大CMOS倒相器的寬長比時，就增大了跨導，能提高優值；但寬長比的增大，本級的輸出電容也隨之增大，反而降低了優值。因而，計算一個合理的寬長比，使跨導大，電容小，具有最佳的速度優值。為了使CMOS倒相器獲得最佳的性能，采用對稱設計，使倒相器中的NMOS管和PMOS管性能完全對稱。
新型的主從型D觸發器的電路圖如圖2所示。在時鐘CP周期為60ns，幅度U=5v的方波信號時所仿真到的工作波形如圖3所示，Q在CP上升沿翻轉，在下降沿不發生翻轉，保持原狀態不變，實現二分頻，該觸發器的最高頻率為356MHz，達到D觸發器的設計要求[6]：對應于每一CP信號有效沿（上升沿），輸出狀態翻轉一次，計數工作正常。
4.版圖設計
集成電路版圖是電路系統與集成電路工藝之間的中間環節，是一個必不可少的重要環節[7]，版圖的好壞直接影響電路生產的成品率及可靠性。好的設計不但本身很少帶來不可靠因素，而且對于工藝上難以避免的問題，也可預防或減弱其影響。通過集成電路版圖設計，可以將立體的電路系統變為一個二維的平面版圖，再經過工藝加工還原為基于硅材料的立體結構[7]。
本文采用華潤上華0.6μmN阱CMOS工藝在Cadence平臺上設計D觸發器構成的二分頻器的版圖[9]，如圖4所示，由N Well圖層、Active圖層、N Select圖層、P Select圖層、Poly圖層、Metal 1圖層、Active Contact圖層等構成，其芯片面積為46.500×40.350(μm)。
5.小結
論文中所設計的一款新型半靜態帶清零的D觸發器芯片通過理論分析[10]與計算機模擬表明了新型D觸發器與以往單鎖存器D觸發器結構相比具有以下特點：1）省去了傳統設計中的時鐘鏈，減少了時鐘網絡的功耗及時鐘信號的延遲；2）使用的晶體管數少，只為傳統設計的1/2，有效地減少芯片地占用面積；3）采用了動態鎖存器結構，使之獲得更低的功耗及占用更小的芯片面積；4）降低功耗效果顯著。
由于在深亞微米情況下，存在較大的漏電流或亞閾值電流[7]，因此半靜態觸發器的應用會在某些場合受到一定的限制。
參考文獻
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【關鍵詞】集成電路;解調器;相敏;CMOS
Abstract：This paper presents a full-wave monolithic integrated circuit of a phase sensitive demodulator made by the CMOS process，consists of a differential amplifier，a precision comparator and analog switches.The paper detailing the working principle of the circuit，showing the results.
Keywords：Phase Sensitive;Demodulator;IC;CMOS
1.引言
同步解調器的種類較多，早期同步解調器大多由二極管和變壓器組成，雖然后期出現了采用集成模擬乘法器組成的電路，但是與集成化的單片相敏電路相比，二極管由于它的非線性，變壓器的笨重限制了它的應用范圍，采用了集成模擬乘法器的解調器，雖然在性能上有較大提高，但是由于調試復雜價格較高，也限制了它的應用;而高度集成化的單片同步解調器體積小，重量輕，相鄰元件的匹配性和溫度一致性較好，參數離散線性小，可靠性高，使用壽命長。因此單片集成化相敏電路在工業自動控制，自動檢測技術，慣性導航技術和非電量技術等方面得到廣泛應用。
2.電路工作原理
在電子技術的眾多領域中，常常采用相敏檢波器來把一個交流信息轉換為直流電壓信息，該交流信息與參考信息要求與參考信號的頻率相等，通常，相敏檢波器應用在被解調的交流信號和參考信號同步的條件下，即同相，或者反相，這就是同步解調器。他能取得較高的相檢效率。
本文給出的設計電路由三部分組成，一個高精度差分運算放大器，一個精密比較器和一個模擬開關。需要特別指出：比較器的任意一端可與輸入端相接，從而保證信號與參考信號的同步性，另一端則設定為比較器的參考端，保證比較器的輸出為“1”的邏輯高電平或輸出為“0”的邏輯低電平。電路原理圖如圖1所示：
圖1 電路原理圖
2.1 接法1：比較器的同相端與輸入端相接，而反相端接地。
在輸入交流信號的正半周內，，比較器輸出為邏輯“1”的高電平，模擬開關閉合，等效為小電阻R4，這時等效電路如圖2所示。
圖2 等效電路圖
根據虛短、虛斷原理，對于電路反相端：
（2.1.1）
即：
（2.1.2）
對于電路同相端：
（2.1.3）
即：
（2.1.4）
設置R1=R2=R3=10K，由于模擬開關導通電阻較小，大約數十，所以，即：
（2.1.5）
在交流信號的負半軸內，，比較器輸出為邏輯“0”的低電平，模擬開關開路，此時等效電路如圖3所示：
圖3 等效電路圖
根據虛短、虛斷原理，對于電路反相端：
（2.1.6）
即：
（2.1.7）
對于電路同相端：
（2.1.8）
（2.1.9）
由以上推導可知圖形如圖4所示。
圖4
2.2 接法2：比較器的反相端與輸入端相接，而同相端接地。
在輸入交流信號的正半周內，，比較器輸出為邏輯“0”的低電平，模擬開關開路，此時等效電路如圖5所示：
圖5 等效電路圖
根據虛短、虛斷原理，對于電路反相端：
（2.2.1）
即：
（2.2.2）
對于電路同相端： （下轉第87頁）（上接第25頁）
（2.2.3）
（2.2.4）
在交流信號的負半軸內，，比較器輸出為邏輯“1”的高電平，模擬開關閉合，等效為小電阻R4，這時等效電路如圖6所示：
圖6 等效電路圖
圖7
根據虛短、虛斷原理，對于電路反相端：
（2.2.5）
即：
（2.2.6）
對于電路同相端：
（2.2.7）
即：
（2.2.8）
設置R1=R2=R3=10K，由于模擬開關導通電阻較小，大約數十，所以，即：
（2.2.9）
由以上推導可知圖形如圖7所示。
3.參數設計
為了優化以往解調器出現的輸出電壓噪聲較大;整流后輸出電壓上時間后穩壓性能較差，也就是時漂較大;正負半周波形對稱性較差等問題，對設計電路中運算放大器部分，比較器部分以及模擬開關部分提出了了具體的參數要求。
3.1 運算放大器的設計
要求精度高，失調電壓長時間穩定性較好，壓擺率大，溫度漂移量小。具體參數要求如表1所示：
表1 參數要求
輸入失調電壓 ≤25μv
輸入失調電壓溫度漂移系數 ≤1.0μv/℃
失調電壓長時間穩定性 ≤1.0μv/mo
轉換速率 ≤1.0V/μs
3.2 比較器設計
要求傳輸延時較短，精度高，失調電壓較小。具體參數要求如表2所示：
表2 參數要求
輸入失調電壓 ≤0.8mv
輸入失調電壓溫度漂移系數 ≤5μv/℃
傳輸延時時間 ≤2μs
3.3 模擬開關
在集成電路的應用中，大多采用MOS管作為模擬開關。和雙極模擬開關相比，MOS模擬開關有兩個重大的優點：①控制器（柵極）與信號通路是絕緣的，因而控制通路與型號通路之間無直流通路;②當器件接通時，源極與漏極之間的導通電阻很小，幾乎無直流漂移。具體參數如表3所示：
表3 參數要求
閾值電壓 1.5V≤VTH≤6V
開關導通時間 ≤180ns
導通電阻 ≤25Ω
3.4 電路中電阻
要求采用多晶電阻，確保精度較高，匹配性較好。
4.流片及測試
通過國內某18V CMOS成熟工藝生產線進行流片，并完成相關測試。測試參數如表4所示：
表4 測試參數
最大不失真輸入電壓（有效值） Vimax ≥6 Vrms
靜態功耗 PCO ≤300 mW
輸出零位誤差電壓 VOZ 10 mV
輸出零位誤差電壓溫度系數* αVOZ ≤50 μv/℃
非線性度* γ ≤1 %
不對稱性* δ ≤1 %
輸出殘余交流電壓 VS ≤20 mV
最高工作頻率 fmax ≥8 KHZ
極限輸入電壓 Vin ≤18 Vrms
5.結論
本文針對傳統解調電路的缺點，設計了一種新的同步解調電路，經過實際測試系統使用證明，與傳統解調電路相比，具有使用簡單，成本較低，穩定性較好，使用較為靈活等優點。
參考文獻
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Abstract: Combining with the practical situation and characteristics of the university, based on training target of micro-electronics specialty and from the concept of undergraduate talents cultivation, this paper discussed the cultivating pattern of applied talents from course offering, teaching contents, teachers team construction, experimental teaching practice, and put forward a series of feasible and effective measures, so as to promote rapid development of our new professionals of microelectronics and cultivate application-oriented talents of microelectronics.
關鍵詞: 應用型人才;微電子專業;素質教育
Key words: applied talents;microelectronics major;quality education
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0234-02
0引言
微電子學是在物理學、電子學、材料科學、計算機科學、集成電路設計制造學等多種學科基礎上發展起來的一門新興學科,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,國內外微電子學人才都十分緊缺,建立微電子學專業,也可為我國的 ASIC設計方面,培養急需的人才[1-6]。在現代科學和技術迅速發展的今天,社會要求大學的培養目標同經濟發展的需要相結合,如果培養出來的學生能夠適應社會的需求,不僅學生能有用武之地,找到自己的價值和自信,而且學校的知名度也得以提升。因此現今的學校越來越注重某一專門職業的培養,注重培養有能力,有效率的人。因此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。應用型人才培養模式的具體內涵是隨著高等教育的發展而不斷發展的,“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”。本科應用型是本科層次教育,既有著普通本科教育的共性,又有別于普通本科的自身特點,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[7]。
1培養應用型人才的措施探討
培養應用型人才不是單方面的強化和提升,而是涉及到方方面面。比如,學校自身的特點,目標的定位,課程的設置等等,因此,培養應用型的人才可以采取以下措施:
1.1 明確學校和學科的特點和優勢每一所高校都有自身的辦學特色,每一個學科都有自身的歷史傳統。只有實事求是地綜合分析學校已有的學科基礎、特色、優勢和不足,才能明確學科發展的科學定位,才能培養出有自身特色的專業人才[6]。微電子專業在我校還是一個新專業,如何把這個新專業做大做強,真正體現出南京郵電大學的微電子專業的專業特色,是一個值得探討的問題。根據我校長期為IT行業培養人才和相關院系的基礎和優勢,設置了以通信集成電路設計為主要方向,并對專業方向的發展作了規劃,同時兼顧工藝設計與器件設計。與此同時,確立我校微電子專業人才的培養目標為:根據學校的辦學指導思想,樹立“理科本科教育以培養應用基礎和理工融合型人才為主,在堅持人才培養質量統一要求的基礎上,鼓勵學生個性化、多樣化發展,強化學生的創新精神和實踐能力培養”的教學工作指導思想。從教育理念上講,應用型人才培養應強調以知識為基礎,以能力為重點,知識能力素質協調發展。強調學生綜合素質和專業核心能力的培養。側重學科、專業知識的學習和專業能力的培養;培養適應社會主義現代化建設和信息產業發展需要,在德智體諸方面全面發展,具有較高思想道德、良好的科學文化素質、敬業精神和社會責任感,在擁有微電子學領域內扎實的理論基礎上、還具備實驗能力和專業知識,具有較強的創新精神和工程實踐能力,能在應用微電子學、半導體技術及相關的電子信息科學領域從事產品設計、科技開發、工程技術、生產管理與行政管理等工作。
1.2 課程設置課程的設置是否合理對應用型人才的培養起到了至關重要的作用,其結構是否連貫、課程安排是否合理直接影響后續的教學培養工作。
1.2.1 課程的設置考慮到應用型人才的特點,必須根據行業的需求來安排和設置課程,在進行課程設置的時候,必須先進行廣泛的調研,考慮到社會的實際需求,社會需要什么樣的人才,對今后畢業生的去向有充分的了解,了解用人單位的性質,了解用人單位要求畢業生具備什么知識和能力,更重要的是,培養學生自學的能力、解決問題的能力、判斷能力和創新能力。在微電子專業正式招生之前,我們組織教師到國內不少高校進行調研,并與多所學校的教師進行了交流。在廣泛調研的基礎上,我們了解了國內外、省內外的同類專業的發展狀況和我校微電子專業的實力、優勢及所處的地位,了解到國內外微電子學及集成電路設計人才都十分緊缺,為此,我們提出通訊集成電路和新型微電子器件作為我們的專業方向和特色,并在教學和科研中體現出來。為此,在課程設置上,我們必須在對已經投入適應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,都應該進行優化設計,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知識和能力:①掌握數學、物理等方面的基本理論和基本知識,具有較好的人文社會科學基礎,并熟練掌握一門外語;掌握微電子學、半導體科學與技術的基本知識、基本理論和基本實驗技能;②熟悉國家信息產業政策及國內外有關知識產權的法律法規;了解微電子學的理論前沿、應用前景和最新發展動態,以及信息產業發展狀況。③具備較好的運用專業知識進行器件設計、集成電路設計的能力,成為工程應用型人才。
1.2.2 理論課程的內容針對江蘇省和南京市的集成電路發展特色,以及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,適當加強通訊集成電路、新型微電子器件和光電集成的課程,體現專業特色。以能力培養為基礎來設計的。在進行社會行業的調查中,首先考慮學生畢業后從事何種職業,然后對這種工作需要哪些能力和知識,根據工作的要求對教學終的課程進行專項的能力和綜合能力。在通識基礎課中設置了高等數學、大學物理、物理實驗、程序設計等。學科基礎課中設置了數理方程、概率論、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基礎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。考慮到應用型人才的培養,在集成電路與CAD的課程設置上,不同于專業型人才的培養模式,專門設置了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。另外還設置了32小時的VLSI設計實驗課和32小時的微電子專業實驗,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。
1.2.3 實踐課程的內容課程突出職業能力。對于應用型人才來講,在學習過程中訓練學生的職業技能是學生是否成功的關鍵之一;學習過程重點基于問題的學習,這是培養學生解決問題能力、判斷能力和創新能力的又一關鍵;學習過程還要培養學生的溝通能力。此外,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。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。作為高等學校,而非生產廠家,不可能具備從前端到后端整個流程的實踐條件,為此,我們擬對其中的主要環節開展實踐教學。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,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。同時建立校外實習基地,使學生能夠初步了解芯片生產過程。通過參加國外IC CAD公司的大學計劃、購置器件和工藝設計CAD工具,并通過和IC生產企業建立良好合作關系,建立生產實習基地。注重學生與工業界的直接聯系。爭取在畢業設計階段,大部分學生的畢業設計都能在企業完成的,而且不少學生的第一個工作就是在所實習和進行畢業設計的單位里找到的。
1.3 師資隊伍的建設沒有高水平的師資隊伍,培養高素質的人才也只能是紙上談兵。而且本學院的主要任務就是能培養具有良好的學習、工作和創新的高級應用型人才,因此從這個方面來講,沒有年齡結構、學歷結構、職稱結構合理的高水平師資隊伍,也是不能完成高校所承擔的任務的。而且針對應用型人才的培養目標,師資隊伍本身也要具備能培養應用型人才的能力和水平。
1.3.1 積極培養學科帶頭人培育創新型人才就要統籌考慮學科直接承擔的教學、科研、服務三大職能的關系,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。以中青年學科(術)帶頭人的培養為重點,并加大向青年骨干教師和一線教師傾斜的力度,創造一個公開、平等、競爭、擇優的用人環境,營造一個和諧、寬松、溫馨的工作氛圍。學校要為人才成長創造一流的工作和實驗條件,打造一個凝聚人心的事業平臺,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。
1.3.2 在教師中增加培養應用型人才的意識目前,我校的微電子技術系擁有教師7名,平均年齡35歲以下,年輕教師占了90%以上。我們學院的老師都是從大學畢業直接來教大學,導致對學生的培養從源頭上還是在按照“理論型”或“學術型”的培養模式在進行。因此,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“雙師型”教師隊伍,培養高層次高質量的實用型、應用型教學人才迫在眉睫。今后學院應把如何培養“應用型教師”作為一個重要目標,來加強師資隊伍的建設。在教師中增加培養應用型人才的意識。
積極籌措資金,進一步完善微電子設計、測試實驗室,開出更多的實驗項目,增加實驗組數,鼓勵教師在課程教學中增加設計、實驗類的課時比例,讓學生多動手動腦。鼓勵教師積極申報應用型或工程類的項目,這樣既可以滿足一定的科研工作量,也可以讓學生參與到項目中來鍛煉學生的從事科研和工程技術類的工作,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,給學生提供實習、工作的機會和場所,也可以提高就業率。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,并開闊了眼界。設立專款建立青年教師培養基金,資助青年教師開展注重應用類的教學科研工作。在進行教學工作的同時,也與企業界密切合作進行科研工作和技術開發工作,保證自己在理論和技術方面的領先性,在授課時結合自己的研究成果、把新的觀念、新的方法、新的理論傳授給學生,當自己的研究成果轉化為產品后,可以將最新產品和最新技術溶入工業中。
只要通過以上措施,從學科目標、理論課程、實踐環節及師資隊伍建設等工作常抓不懈,經過一定的階段,一定會培養出高水平的擁有微電子學領域內扎實的理論基礎、較強的創新精神和工程實踐能力,從事產品設計、科技開發、工程技術、生產管理與行政管理等工作的應用型人才。
2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。而國內外微電子學人才都十分緊缺,尤其注重某一專門職業的培養。因此我校也更需要培養大量的微電子方面的工程應用型人才。而培養應用型的人才必須采取的措施是: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;在課程的設置上,必須根據行業的需求來安排和設置課程,除了基礎理論課,也要大大加強實驗和上機比例。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;同時在教師中增加培養應用型人才的意識,鼓勵教師與公司、研究所合作,積極申報應用型或工程類的項目,讓學生參與到項目中積累一定的設計、實驗和操作經驗。鼓勵教師給學生提供實習、工作的機會和場所。相信通過各方面的工作的配合,一定會培養出高質量的微電子學領域內的應用型人才,為我國的微電子工業做出貢獻。
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課題內容設計合理與否，將直接影響到課程設計的綜合訓練效果。在具體課題內容設計時，應注意以下幾點：
選擇具有實用性和趣味性的課題從學生的實際水平出發，幫助學生選擇適合自己的題目，使題目與理論知識密切相關，又具有較強的趣味性和實用性，與生產實際相結合。例如，要求學生組裝一整的收音機、家居生活中能用到的聲光控開關、門窗防盜報警器等。又如我們選用的《音樂彩燈控制器設計》、《多功能數字鐘的電路設計》、《交通燈控制邏輯電路設計》等課題，學生做起來積極性很高。更重要的是通過這一過程，學生運用專業技能解決實際問題的綜合能力得到了提高。
選擇能綜合應用理論知識的課題要求學生綜合運用本課程的基本理論和知識，獨立完成一項實際課題。通過查閱資料、線路設計、選擇元器件、電路安裝調試，使學生所學的基本理論和知識充分運用于解決實際問題。例如電子脈搏計這一課題，要應用到傳感器、放大電路、有源濾波電路、整形電路以及數字電路中的各種門電路、觸發器、計數器及譯碼、驅動顯示電路。又如數字鐘電路設計這一課題，數字鐘是一個典型的數字電路系統，選此作為設計題目，可使學生將學過的比較零散的數字電路知識有機地、系統地聯系起來用于實際，培養綜合分析、設計電路的能力。還可選用有源濾波器的設計題目，使學生進一步加深領會運算放大器在信號處理電路中的應用，選用交流寬帶放大器的設計，使學生對放大電路的三種不同組態的特點、應用場合以及電路的設計方法得到練習，并通過這個對基本放大電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬度以及引入負反饋對放大器性能的改善得到進一步的理解，同時提高學生理論聯系實際的能力。
課題內容要注重集成電路和新技術、新產品的應用當今時代電子技術飛躍發展，新技術、新產品層出不窮，課程設計可以彌補教材的滯后性。在電路設計中，應盡量采用集成電路，特別是集成運算放大器和某些專用芯片（如模擬乘法器、鎖相環）作為電路的重要構件，體現出現代電子電路的設計是各種集成電路構件的組合的先進設計理念，尤其是將模擬電路、數字電路與微處理器相結合，以數字電路為主，軟硬件結合，以硬件電路設計為主，符合現代電子電路結構的發展方向。例如我們原來經常選定分立元件OTL和OCL功放電路設計課題，隨著目前大量的集成功放芯片的上市，我們就把這些課題內容并入《集成電路音響放大器》、《音頻信號發生器》等課題中。又如在數字脈搏計課題中，介紹了鎖相倍頻的新概念，同時介紹了集成電路CC4046和C14526構成的鎖相倍頻電路。通過這些課題設計將一些集成電路的工作原理以及使用方法介紹給學生，并在實踐中得到練習，使所學的理論知識更加豐富。
選擇適應專業需要，結合專業特點的課題為了拓寬學生的知識領域，使學生對專業有所認識和了解，提高學生對專業的興趣和學習的積極性，在課程設計中引入了一些結合專業特點的課題。例如數字轉速測試系統與頻率計設計，由于轉速測量在工業控制領域和人們的日常生活中經常遇到，在工廠里測電機每分鐘的轉速，自行車里程測速計，心率計以及汽車時速的測量等都屬于這一范疇。又如PWM（電動機調速系統），由于該系統在工業控制的調速系統中得到廣泛地應用，同時，又由于該系統由脈寬調制器和脈沖放大器兩大部分組成，而脈寬調制器又包括鋸齒波發生器和電壓比較器，密切地聯系了電子技術課程的基本內容。這些課題對掌握基礎知識，開闊學生的視野，增強對專業課的認識，提高學習的積極性都能起到較大的作用。
注意選擇和后續專業課有關的課題為對電子技術課程的進一步提高和為后續課程打下一定基礎，可考慮選擇一些模擬電路和數字電路綜合性的課題，以使學生對電子技術有一個全面的、綜合的認識，對后續專業課有一定了解，為后面的學習打好基礎。例如《調速系統的給定積分器》課題。
課程設計的組織實施
以人為本，因材施教教師只在大思路上作一定的引導，對具體方案不做過多干預，只起組織、引導、檢查、把關和解決一些疑難問題的作用，放手讓學生大膽實踐，以充分發揮學生的主動性和創造性。我們的改進做法是:在注重結論正確的同時，強調整個設計方案實施的全過程，即使得出的結論不盡如人意，甚至是錯的，只要學生能找出其中的原因并提出相應的改進措施，仍然可獲得較好的成績;相反，如果結論是抄襲得來的，即便是正確的，設計成績也按不及格處理。如電子脈搏計的設計課題，只給出設計方案的原理框圖，講明基本原理、總體構思和適當的設計提要，在設計任務書中給出原始數據及主要技術要求，而具體的原理圖及元件的參數，集成電路的選擇，電路的安裝調試等工作則要求學生獨立完成，這樣做可培養學生的自學和獨立解決問題的能力，學生的收獲更大。
虛實結合，重在“真品”（1）采用機輔分析。電子設計自動化(EDA)技術是以計算機為工作平臺，對電子電路或系統進行自動分析和設計的計算機輔助技術，它的應用使得電路功能、參數的分析和設計都可以脫離具體對象，在構筑于計算機平臺上的虛擬環境中通過仿真處理而自動實現。EDA技術已成為現代電子工程開發與應用領域的支撐技術，在電子行業，Miltisim、Protel等電子仿真軟件，已成為電子工程設計的必備工具。學習和掌握應用計算機對電子電路的分析是目前和今后發展的必然趨勢，將其應用到課程設計領域也是教學改革的方向。一是應用Miltisim設計電路仿真。在學生根據設計課題擬定初步方案后，要求他們先在電路仿真與分析軟件Milltisim平臺上對于所設計的電路進行仿真，觀察電路功能是否滿足設計要求，分析主要元器件參數對電路指標的影響，初步了解電路靜態和動態的工作情況，在Milltisim平臺上調試電路使之達到技術指標，為電路的實調做準備。二是應用ProtelForWindows設計印刷電路板。在Milltisim仿真后，給學生介紹印刷電路板的自動化設計軟件ProtelForWindows和設計印刷電路板的基本工程知識，要求學生應用ProtelForWindows設計軟件繪制本組設計的電路原理圖并設計出印刷電路板圖。通過幾年課程設計的實踐，對有源濾波器、交流寬帶放大器、數字溫度計、數字鐘、交通燈控制器等設計課題采用MilltisimEDA軟件與虛擬樣機，指導學生進行電子技術課程設計，取得了較好的教學效果。（2）結合傳統設計。近年來，全國各高校都開設了EDA技術的教學和實踐課程。對機電類專業的學生而言，電子技術課程設計是學生在學完電子技術理論課程后進行的一次綜合性訓練，其目的是培養學生綜合運用所學理論知識的能力、獨立設計電子產品的能力和對電子產品實際安裝、調試的能力。如果學生沒有從原理圖設計開始一直做到樣機調試成功，經歷整個電子產品的設計、開發過程，又如何能提高電子技術課程設計的作用?所以要將傳統課程設計與EDA技術的訓練相結合，比較電路實測的性能和計算機的仿真結果，以認識計算機仿真在電路設計中所起的作用，使學生對EDA技術的了解不只是停留在軟件系統的操作上，而是對該技術在電子設計中所起的作用有一個整體的認識，能對學生綜合能力的培養有所幫助。
形成組合，團結協作在組隊方面，采取電子設計競賽的組織方式，2～3人為一組，要求學生不僅要共同討論設計課題和選擇設計方案，還必須落實自己具體的設計任務，如計算機輔助分析、硬件電路的制作、調試、資料的查閱、整理和總結等，有分工有合作，以培養學生的團隊精神。
【關鍵詞】核心競爭力 專利遏制戰略 集成電路
一、專利遏制戰略對我國集成電路產業核心競爭力的影響
跨國公司利用專利技術優勢，推行技術專利化、專利標準化、標準全球化。近些年，我國與外國的一系列專利費糾紛都與跨國公司的專利戰略有關，削弱了我國企業的核心競爭力。
1、嚴重制約了我國IC企業的技術創新空間
由于集成電路是高新技術產業的基礎和核心，這個領域的專利技術競爭是最激烈的。美國作為全球高技術的中心，一直持有全球IC專利總量一半的數量，硅谷成為IC專利技術創新能力超強的創新中心，全國有INTEL、AMD和摩托羅拉等世界一流的IC業跨國公司。韓國IC專利競爭力后來居上，1999年，三星在美國專利申請排行榜上躍升到第四位，僅次于IBM、NEC和佳能。當今世界高技術產業發達的歐美日韓等國家在IC市場領域占有壟斷性地位，跨國公司與宗主國政府相互配合，正在實行IC專利全球化戰略，繪制自己的IC專利版圖。IC的核心專利技術及其市場是電子強國之間角逐的對象，跨國公司在高技術領域布滿了專利網絡，形成了許多專利陷阱，嚴重制約了我國IC企業的技術創新。
近三十年來，我國高技術產業是依靠引進外國技術發展起來的，產業總體技術自給率不足20%，尤其在核心技術和關鍵環節上落后于國際先進水平5―10年，而集成電路領域尤其落后。我國IC產業專利申請總量不到世界總量的3%。1985―2003年，中國受理專利申請15969件，其中占71%是國外申請人提出的。也就是說，中國IC專利的版圖大部分被跨國公司占領。這表明，跨國公司的“專利網”控制了我國IC產業未來技術創新所需的大部分核心專利。例如，高通公司掌握了CDMA領域的大部分芯片的專利技術，諾基亞、摩托羅拉、愛立信在全球推行標準全球化，進一步強化了他們的技術壟斷地位。跨國公司在全球申請專利，或者推行標準全球化，通過知識產權和標準等一系列制度性安排，進一步強化了他們的領先地位，使我國IC企業的技術創新空間受到很大制約，嚴重影響了我國集成電路產業的核心競爭力。
2、高筑專利壁壘，阻礙我國企業進入國際市場
跨國公司精心設置了許多專利技術的貿易壁壘，形成了對我國企業進入國際市場的高門檻壁壘。
（1）美國公司SigmaTel我國IC企業珠海炬力。珠海炬力集成電路設計有限公司是一家本土IC設計企業。2004年被中國半導體行業協會評為中國十大IC設計企業，2004年銷售排名位列三甲。憑借MP3 SoC產品在國際市場上的成功，2004年炬力集成被國際知名的市場調研機構iSuppli評為中國大陸最成功的IC設計公司之一。至2004年，炬力集成在全球MP3芯片市場占有率排名第一。隨著市場占有率的快速提升，它成為外國公司專利戰略進攻的重點對象。2005年1月，美國MP3播放器解碼芯片廠商SigmaTel向美國奧斯汀市聯邦法院提出訴訟，指控珠海炬力侵犯了SigmaTel便攜式MP3播放器用系統級芯片（SoC）控制器的數項專利，請求法庭禁止與珠海炬力芯片有關的產品在美國銷售，并提出經濟索賠。2006年3月，美國國際貿易委員會（ITC）就SigmaTel與珠海炬力（Actions Semiconductor）的專利訴訟案作出初步裁定，判決珠海炬力侵犯了SigmaTel的兩項專利，ITC行政法法官Paul Luckern建議發出禁止進口令。SigmaTel選擇的訴訟時間恰好是消費電子銷售是黃金時期。2005年1月6日，美國消費電子展（CES）開幕，2005年3月10日，德國漢諾威消費電子展舉行。作為全球最具影響力的消費電子展會，它們是每年電子產品訂單的黃金時機。SigmaTel通過專利遏制手段，用專利訟訴方式尋求利益最大化，在國際市場上打壓珠海炬力，嚴重影響了裝有珠海炬力芯片的MP3播放器在美國的市場。
（2）臺積電三訴中芯國際。中芯跨國公司是中國最大、全球第三的集成電路代工企業，具備全球競爭力。中芯國際作為中國IC產業發展龍頭，享有本土客戶、成本和地緣優勢，并有望長期受益于中國IC產業環境的改善。中芯國際也是過去幾年全球增長最快的集成電路代工企業，2005年和2002年相比銷售收入增長了23倍。2003年，中芯國際的晶圓銷售額從5000萬美元激增至3.6億美元，一躍成為全球第四大芯片供應商，成為臺積電極具威脅的競爭對手。從2003年12月開始的短短8個月里，臺積電就在美國3次中芯國際，告其專利侵權。2004年8月23日，即臺積電向ITC提交申訴資料后的第一個交易日，中芯國際在美國紐約證券交易所的股價下跌了1.4%，以9.86美元報收。這說明，專利訟訴對我國集成電路企業的影響是非常大的。
3、國內高端市場被跨國公司壟斷，本土企業的IC產品擁擠在低端市場
跨國公司的專利技術優勢在IC行業已經形成了對我國市場的控制。不但利潤最高的CPU被英特爾、AMD等跨國公司占領，而且其他IC專利技術含量較高的市場，也是跨國公司的“勢力范圍”。國內的數字信號處理器（DSP）芯片市場一直被跨國公司壟斷，德州儀器、杰爾系統、摩托羅拉等的DSP芯片占據了全球80%的市場。在中國微控制器（MCU）芯片市場中，歐美日的跨國公司占據高端市場，在彩電、冰箱、洗衣機的家電市場以及MP3、機頂盒、CD的消費電子領域，主要份額仍然由Toshiba、Philips、Renesas和Microchip等MCU大公司占據。IP已經成為主流芯片設計的核心構件，我國設計業的SoC產品的市場業績還欠佳，IP產業鏈的不完善已經成為制約中國SoC設計業發展的瓶頸。Cadence、Synopsys和Mentor等跨國公司壟斷了EDA市場的主要份額。國內唯一EDA研發企業中國華大的產品市場份額很小，尚未形成具有專利競爭力的EDA工具產品。我國IC設計公司還基本上依賴國外生產的設計工具。國內IC產品擁擠在低端市場，主要是模擬電路、邏輯電路和中低端MCU，而無法提供通用和嵌入式CPU、存儲器、DSP等產品。國內產品的應用市場目前主要集中在消費、IC卡和通信領域。國內芯片制造云集在價值鏈的低端：交通、通信、銀行、信息管理、石油、勞動保障、身份識別、防偽等。在近幾年全國IC設計業銷售額中，IC卡芯片設計所占比重一直是20%左右。我國IC產品檔次偏低，與國外IC產品每塊的平均單價2―3美元相比，國內IC產品的平均單價不到2元人民幣，兩者相差很大。
4、高端產品和技術嚴重依賴進口，對外依存度不斷增大
2001年底加入WTO后，中國在全球貿易總量的比重從2001年的3%提高到目前的近10%。我國IC市場規模占全球的四分之一，已經成為世界第二大IC市場。但我國高端產品和技術嚴重依賴進口，跨國公司占據了中國市場80%以上，尤其是國內IC市場的高端產品被跨國公司占據，如通用CPU市場一直是Intel、AMD的天下，內存芯片被三星等跨國公司控制，高通則在2.5GCDMA和3G手機芯片中享有絕對話語權。國內IC設計企業只能占領MCU和智能卡芯片等低端市場。國產IC產品中以中低檔為主，遠遠不能滿足國內IC市場的需求，只能依靠大量進口IC來滿足國內市場的需求。進口的IC產品主要有存儲器（DRAM、閃存和SRAM）、嵌入式處理器、CPU、DSP、模擬器件和邏輯器件等。
2001―2005年，中國IC進出口復合增長率均在50%左右。2004年，IC進口額占我國高技術產品進口總額的37.4%，達到615億美元，是同期我國石油和石油制品進口額的1.3倍。但從絕對額上看，2005年中國IC進口820億美元，出口150億美元，進出口逆差680億美元。2005年集成電路的進口額比上年增長34.6%，占高技術產品進口總額的比重達到41.1%，達到845億美元。從銷售額來看，近幾年國產IC的國內市場占有率不到20%。如果去掉IC出口的部分，國產IC的市場占有率不到10%。2000―2006年間，我國IC進口從205.5億塊增長到856.9億塊，年均增長27%，占我國IC需求總量的98.14%。
我國IC產品的進口價格明顯高于出口價格，跨國公司通過向我國大量出口高端IC獲取巨額利潤。IC價格的日益增長和整機產品價格的不斷下降，使得本土企業的中間制造環節的利潤不斷減少。例如，顯像管彩電平均單價由2000年的111.77美元下降到2005年的76.15美元，手機在配置不斷升級的情況下仍然從116美元下降到84.28美元，臺式PC也從705美元下降到618.6美元。這給我國集成電路產業的技術創新帶來了巨大的隱患。
二、應對國外IC專利遏制戰略的對策與建議
國外IC專利遏制戰略并不是某家跨國公司單槍匹馬地實施，而是緊密結合其宗主國的國家安全戰略，依靠政府的力量，甚至以幾個國家政府的聯合力量為后盾，而且還常常是多個跨國公司結成戰略聯盟，聯合起來遏制我國集成電路產業核心競爭力的發展。因此，我國要發展國家意志和政府組織優勢，大力發展產業聯盟，提升IC專利競爭力，以及與跨國公司聯合進行研究開發、共享專利，構建和完善我國IC產業的專利體系，突破專利遏制包圍圈，提升我國集成電路產業的核心競爭力。
1、以國力大力推進IC重大項目，提升產業核心競爭力
實施專利遏制戰略是一個系統工程，要發揮政府和企業等各種力量，綜合運用軍事、政治、外交、經濟、科技等各種手段。目前跨國公司專利遏制戰略與國家安全戰略相結合，遏制的手段進一步升級和多樣化。因此，我國也要發揮中國政府資源組織能力的優勢，把增強集成電路競爭力提升到國家意志層面來考慮，通過實施重大項目戰略，取得突破性進展。在這方面，我們已經積累了一些經驗，例如由北京中星微電子有限公司研制開發的“星光”系列數字多媒體芯片，用于計算機等的圖像傳輸處理，實現了七大核心技術突破，擁有該領域200多項國內外專利，技術水平處于國際領先地位，榮獲2004年國家科技進步一等獎。
另一個重要方面是，要通過重大項目推進標準戰略，為集成電路產業的核心競爭力提供有效保護。因為產業標準是利潤和附加值的制高點，是核心競爭力的最大保護機制。誰擁有了集成電路產品的標準，誰就擁有了該行業的話語權。跨國公司的專利戰略往往與標準融為一體，而核心專利技術被越來越多的技術標準所接納。目前我國在高新技術領域積極推進標準戰略，技術標準工作取得了重要成果。例如目前電子信息產業已行業標準六百多個，涉及集成電路、信息技術、電子元器件、電子設備、電子材料等多個領域。不少電子百強企業在政府的引導下，聯合制定擁有自主知識產權的技術標準，謀求我國電子信息產業核心專利的利益最大化，同時加強標準制定與專利技術的緊密結合，促進核心競爭力的提升。在這方面，我國也有許多成功的案例。例如聯合信源數字音視頻技術（北京）有限公司承擔的“新一代數字音視頻技術AVS編解碼系統”開發，為我國構建“技術―專利―標準―芯片與軟件―整機與系統制造―數字媒體運營與文化產業”的完整產業鏈提供了難得的機遇，該項目獲得國家科技進步二等獎。AVS的開發和專利池的模式，為電子信息產業發展提供了可供參考的新模式。今后要進一步通過重大項目來推進產業標準體系的建設。
2、積極與世界一流IC公司構建技術聯盟，共建專利池
在經濟全球化的形勢下，跨國公司不可能協調一致地對我國企業推行全面遏制戰略；在推行專利遏制戰略的過程中，西方各國的跨國公司不可能在所有問題上都協調一致。因為跨國公司與我國企業之間仍存在著許多共同利益，仍互有所求、互有所用。面對技術研發全球化的潮流，我國IC企業要加快國際聯合研發的步伐，通過與一流跨國公司結成戰略聯盟，共建專利池，共同推進新產品開發，爭取更大的國際市場份額。通過產業聯盟達到合作共贏的目的，已成為全球各國提升電子信息產業核心競爭力的共同模式。跨國公司從現實利益出發，大多數執行了比較務實的對華策略，與我國IC龍頭企業之間存在“既競爭又合作”關系。目前我國IC龍頭企業積極與跨國公司合作，積極構建跨國聯盟，在IC技術創新的國際合作中取得了顯著的成就。例如，從2000年開始，電子發展基金連續三年共投入1250萬元，支持上海華虹“深亞微米數字CMOS技術開發”項目，它采用開放的方式與歐洲微電子研發中心共同進行工藝開發、共享專利，開發出0.25微米、0.18微米的關鍵工藝。該項目與IMEC共享34項國際專利，已經獲得國家專利局授權26項專利，受理專利申請104項。
當前，我國IC企業與跨國公司合作從早期的合資、合作逐步轉為戰略聯盟。2003年，中芯國際（上海）應用140nm和200mm晶圓技術為英飛凌代工存儲器芯片。技術與產品的互換協議是英飛凌向中芯提供110nm工藝技術和300mm晶圓生產技術，而英飛凌獲得存儲器IC產品的專有購買權。英飛凌（蘇州）的存儲器后端生產線，主要負責對存儲器芯片的組裝和測試工序，它每年的最大產能可達到10億塊存儲器芯片。2005年，韓國海力士半導體（Hynix）和意法半導體投資20億美元，在無錫建存儲器芯片前端制造廠，制造DRAM存儲器和NAND閃存芯片，2006年升級到了90納米制程。以“龍芯”、“方舟”、“眾志”、“C?鄢CORE”等嵌入式及專用CPU，“愛國者”圖像解壓縮、MP3、數字電視接收機信道、信源芯片等數字音視頻芯片，“華夏網芯”、“暢訊恒芯”等網絡芯片為代表的一批具有自主知識產權的產品相繼推向市場。從近幾年專利態勢跟蹤的情況看，國內外企業的差距正在逐步縮小。這說明以IC龍頭企業為代表的自主創新，對我國高技術產業的發展和反專利遏制，發揮著不可或缺的作用。
3、國家財政應更注重項目在產業鏈中的作用
產業鏈是指構成同一產業內多有具有連續追加價值關系的活動所構成的價值鏈關系。電子信息產業的關鍵技術是指從產業鏈的角度出發，最能體現電子信息產業競爭優勢、最具核心價值、最具發展潛力的技術，主要包括微電子技術、計算機技術、網絡技術、通信技術、軟件技術和顯示技術等。在集成電路產業中，產業鏈競爭模式逐步形成，并成為行業競爭的主導模式。企業核心競爭力的模式已經逐漸從單純的產品競爭向產業鏈競爭模式發展，即依靠產業鏈的上下游廠商相互依存，并通過整合各方資源，建立起規模經濟效應的產業鏈。我國電子信息產業經過多年發展，門類齊全，已形成比較完整的產業鏈，產業發展速度快、產業規模居世界前列，許多重要產品在全球具有較強的競爭力。但是，我國集成電路產業的產業鏈失衡。產業鏈面臨上下游兩大瓶頸，半導體設備與材料主要依賴進口，集成電路用半導體設備自給程度不到2%，半導體材料自給程度不到10%；集成電路與整機相脫節，研發成果的產業化和應用遇到極大障礙。特別是完整產業鏈的材料、裝備等環節配套能力不強，不能形成完整的產業鏈。究其成因，還是源于我國集成電路企業自主創新能力過于薄弱。產業鏈中每一個環節都是相互依存的，不同的環節發揮不同的作用，產業鏈上游和下游相互間只有良好合作、均衡發展，才能消除瓶頸，進入良性循環。現在跨國公司專利遏制戰略的一個重要目的是加大對產業鏈和價值鏈的控制，它們日益將資源投向產業鏈上游的材料、芯片等環節，投向價值鏈上的研發與營銷等利潤厚的環節。
我國必須通過完善產業鏈、轉變價值鏈和提高產品附加值等措施來增強我國集成電路產業的競爭力，促使我國成為真正的電子信息產業大國和強國。在這方面，我國電子發展基金一直高度重視，優選了許多對集成電路產業鏈和核心競爭力有重要作用的項目。例如，清華大學微電子學研究所承擔的國家電子基金項目――非接觸式IC卡集成電路芯片開發、硅片減薄及測試，所開發的產品市場穩定、容量大，五年內芯片模塊總需求量達十幾億塊。這對推動我國IC產業的技術進步、結構優化升級及相關產業鏈的發展具有重要意義。2004年1月起與公安部第一研究所簽署采購合同并開始供貨，2004年度的采購量為1500萬只模塊，銷售收入累計超過1億元人民幣，新增利潤1005萬元，新增稅收171萬元。而國家財政支持集成電路的上游材料產業也很重要，例如電子基金支持寧波立立電子股份有限公司承擔了單晶硅外延片生產線技改的項目，使該公司成為國內生產能力最大、設備最先進的專業硅外延片制造企業，是國內唯一擁有硅單晶錠、硅拋光片、硅外延片、器件、芯片制造完整產業鏈的硅材料制造商。
國家財政從產業鏈的角度選擇好重點支持的項目，不僅能促進一個企業、一種產品的成功，甚至能在一個區域和一個國家范圍內，形成一個龐大的產業群，從而整體性地提升產業核心競爭力。例如電子基金支持了珠海炬力集成電路設計有限公司承擔項目――多媒體音頻、視頻及圖像編解碼處理器，使炬力公司的市場占有率快速提升，在消費類IC領域的影響力迅速擴大。特別是憑借MP3 SoC產品在國際市場上的成功，珠海炬力不但成為MP3多媒體芯片領域的市場領跑者，同樣也已成為快速崛起的中國IC設計行業的企業代表。炬力MP3 SoC的成功同時帶動了MP3產品數十億美元產業鏈在華南地區的快速形成，促使中國華南地區成為全球MP3產品的主要輸出基地，為華南地區帶來了巨大的產業發展收益。更有說明力的是，重郵信科承擔了基帶芯片項目。作為TD-SCDMA產業聯盟成員單位之一的重郵信科，在TD-SCDMA基帶芯片、物理層軟件、協議棧軟件以及整機解決方案上具有顯著的技術優勢，建立了清晰的芯片的產業鏈和手機產業鏈，為TD-SCDMA產業的長足發展奠定了堅實的基礎。通過該項目產品的開發與投產，有助于帶動TD-SCDMA整條產業鏈的發展，對我國的通信產業起到了積極的推動作用。同時，項目的研發及產業化將吸引國內外手機廠商進行多層次、多領域的合作，從而帶動地方乃至全國信息產業的發展。現在我國在集成電路產業鏈方面仍然有大量的工作要做，以數字電視為例，它是目前國際信息技術領域的一個發展前沿，并將與通信和計算機領域融合，開創一個全新的數字化信息平臺。數字電視產業將發展涉及整個電子信息產業的一個大型產業鏈，這是我們應該把握的歷史性機遇。
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[6] 申其輝：跨國公司高新技術專利遏制戰略的淵源和特征[J].金華職業技術學院學報，2008（4）.
1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。
2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。
3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。
4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。
5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。
6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
二、預習要求 3．分析與設計時序控制電路。
4. 畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖
三、設計原理與參考電路
1．數字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到"清除"狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置?quot;開始"狀態，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態開關。
圖11、1數字搶答器框圖
2．單元電路設計
(1) 搶答器電路
參考電路如圖11、2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置于"清除"端時，RS觸發器的 端均為0，4個觸發器輸出置0，使74LS148的 ＝0，使之處于工作狀態。當開關S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置?quot;清除"然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優先編碼器，表11、1為其功能表。
圖11、2 數字搶答器電路
表10、1 74LS148的功能真值表
(2)定時電路
圖11、3 可預置時間的定時電路
（3）報警電路 圖11、4 報警電路
（4）時序控制電路
時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：
①主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態。
②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。
③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。
圖 11、5 時序控制電路
四、實驗儀器設備
1. 數字實驗箱。 3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。 5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發光二極管2只，共陰極顯示器3只。
五、實驗內容及方法
1．組裝調試搶答器電路。
2．設計可預置時間的定時電路，并進行組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時，當減計時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號。
3．組裝調試報警電路。
4．完成定時搶答器的聯調，注意各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。
一、摘 要：數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。經過布線、焊接、調試等工作后數字搶答器成形。
關鍵字： 搶答電路 定時電路 報警電路 時序控制
Summary
The figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and host's switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through connect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.
Key word： Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling
三、方案論證與比較：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優勢：
1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規則。
2、具有定時功能，在30秒內無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權。
3、30秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。
四、總體設計思路：
（一）設計任務與要求：
1.搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。
2.設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。
3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。
4.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。
5.參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。
6.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
（二）設計原理與參考電路
1．數字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到"清除"狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置“開始”狀態，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態開關。
五、多功能硬件與軟件設計及其理論分析與計算：
各單元部分電路設計如下：
(1) 搶答器電路
參考電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置于"清除"端時，RS觸發器的 端均為0，4個觸發器輸出置0，使74LS148的 ＝0，使之處于工作狀態。當開關S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 ＝1，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為1Q＝1，使 ＝1，所以74LS148仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優先編碼器，表1為其功能表。
表1 74LS148的功能真值表 （3）報警電路 4）時序控制電路
時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：
①主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態。
②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。
③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 六、系統的組裝與調試及測試方法：
3塊實驗電路板分別做成數字搶答器電路、可預置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，根據EWB仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導線等。
在焊接過程中，由于經驗不足多次發生虛焊或者相鄰焊點接觸導致短路等事故，心急時也有小組成員被電烙鐵燙傷的事發生。
制作的第一塊板即數字搶答電路板一開始測試時不能工作，又由于沒有穩壓電源而不能檢驗。情急之下，靈機一動，把3節干電池制成4.5伏電壓源，又用萬用表逐點排查，原來有虛焊的點。找出原因后并排斥故障后，電路板正常工作。深感欣慰！
制作第2塊板即可預置時間的定時電路時，3位成員都已有了自我感覺十分嫻熟的焊接技術，不料忙中出錯，重蹈覆轍，又有虛焊點。遂相互提醒，前事不忘，后事之師。
七、EWB仿真圖： 八、儀器：
1. 數字實驗箱。 3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。 5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發光二極管2只，共陰極顯示器3只。
九、擴展功能：
1、可以設計聲控裝置，在主持人說開始時，系統自動完成清零并開始計時的功能。
2、在主持人讀題的過程中，禁止搶答，可以在主持人控制的開關上另接一個與圖2一樣的電路，即可實現“違規者可見”的功能，即在主持人讀題時如果有人違反比賽規定搶先按動按鈕，顯示器可以顯示是哪個參賽隊搶先，便于作出相應的處理。如果提供相應的器材及時間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴展功能，進一步完善我們的作品。
十、心得體會：
經歷數星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的3位成員除學習外均有一定的日常工作，數日來，為了這個競賽可謂廢寢忘食，在實驗室里日出而作，日落不息。將所有的課余時間均奉獻給了這個比賽。
結果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經歷了階段性成功的狂喜、測試失敗后的絕望、陷入困境時的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰的，只有通力合作才有可能成功。3位成員在數日里的朝夕相伴中培養出了無與倫比的默契和深厚的友誼。
由于前幾次去實驗室比較晚，結果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上6點到實驗室。于是，在零下的溫度下，我們陸續到達。途中數次感嘆，早晨的空氣真好。
除此之外，我們學會了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術知識，培養了專心致志的工作學習習慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。
如果非要用一句話來概括我們的體會的話，那只能是：痛并快樂著。
十一、致謝：
感謝電氣工程學院提供者次比賽的機會；感謝長通公司提供電子器件；感謝電子實習基地提供場所及工具；感謝電子信息系主任王建元老師在我們陷入困境時的點撥；感謝我隊指導于建立同學對我們的切實指導；感謝02級學長學姐們在實驗室對我們的幫助與鼓勵。
十二、 2.《電子技術課程設計》歷雅萍、易映萍編；高等教育出版社
3.《電子技術課程設計指導》彭介華 主編；高等教育出版社
4.《電子線路設計、實驗、測試》 謝自美主編；華中理工出版社
5.《經典集成電路400例》任致程主編；機械工業出版社
2、《74系列芯片手冊》 重慶大學出版社 1999年9月 主編：李海 二、 參考元件 74LS00 74LS121 發光二極管 共陰極顯示器
目錄：
緒論
原理分析與電路設計
一、設計內容與要求：
1）設計內容
2）學習要求
3) 設計要求
二、元器件的功能和作用
-------集成電路定時器555及其基本應用
三、設計原理與參考電路
1)數字搶答器總體方框圖
2)電路及其電路圖
四、整機電路設計
五、實驗調試
六、電路的檢測方法
感想
緒論
數字技術是當前發展最快的學科之一，數字邏輯器件已從60年代的小規模集成電路（SSI）發展到目前的中、大規模集成電路（MSI、LSI）及超大規模集成電（VLSI）。相應地，數字邏輯電路的設計方法在不斷地演變和發展，由原來的單一的硬件邏輯設計發展成三個分支，即硬件邏輯設計（中、小規模集成器件）、軟件邏輯設計（軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器、單片機等）及兼有二者優點的專用集成電路（ASIC）設計。
目前數字電子技術已經廣泛地應用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視，雷達，通信等各個領域。例如在現代測量技術中，數字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實現測量的自動化和智能化。隨著集成技術的發展，尤其是中，大規模和超大規模集成電路的發展，數字電子技術的應用范圍將會更廣泛地滲透到國民經濟的各個部門，并將產生越來越深刻的影響。隨著現代社會的電子科技的迅速發展，要求我們要理論聯系實際，，數字電子邏輯課程設計的進行使我們有了這個非常關鍵的機會，通過這種綜合性訓練，要學生達到以下的目的和要求：
1.結合課程中所學的理論知識，獨立設計方案。達到學有所用的目的.
2.學會查閱相關手冊與資料，通過查閱手冊和文獻資料，進一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養獨立分析與解決問題的能力。
這次課程設計是在我們指導老師的帶領下，由我們學生自主設計并完成的，主要是對我們上學期所學≤數學電路與邏輯設計≥這門課程的一次復習和實際的應用，主要訓練和提高的有以下幾個方面：
1．復習編碼器、十進制加/減計數器的工作原理。
2．設計可預置時間的定時電路。
