時間：2022-08-23 11:37:04
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篇集成電路版圖設計，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。
集成電路版圖設計是集成電路設計的最終結果，版圖質量的優劣直接關系到整個芯片的性能和經濟性，因此，如何培養學生學好集成電路版圖設計技術，具備成為合格的版圖設計工程師的基本潛質，是擺在微電子專業老師面前的一個普遍難題。如何破解這個難題，我們做了以下探索。
一、突出實踐，理論配合
傳統的《集成電路版圖設計》課程采取理論教育優先，學生對于版圖的基本理論和設計規則非常熟悉，但動手實踐能力缺乏培養，往往在學生畢業后進入集成電路設計企業還需二次培訓版圖設計能力，造成了嚴重的人力資源浪費。這是由于沒有清晰的認識《集成電路版圖設計》課程的性質，造成對它的講授還是采取傳統教學方式：老師講，學生聽，偏重理論，缺乏實踐，影響到學生在工作中面臨實際設計電路能力的發揮?！都呻娐钒鎴D設計》是一門承接系統、電路、工藝、EDA技術的綜合性課程，如果按照傳統方式授課，課程的綜合性和實踐性無法得到體現，違背了課程應有的自身規律，教學效果和實用意義不能滿足工業界的要求。我們在重新思考課程的本質特點后，采取了實踐先行，理論配合的教學方法，具體如下：集成電路版圖是根據邏輯與電路功能和性能要求，以及工藝水平要求來設計光刻用的掩膜圖形，實現芯片設計的最終輸出。版圖是一組相互套合的圖形，各層版圖相應于不同的工藝步驟，每一層版圖使用不同的圖案來表示。我們首先講授版圖設計工具EDA軟件的使用，讓學生掌握EDA軟件的每一個主要功能，從圖形的選擇、材料的配置，讓學生從感性角度認識實際的版圖設計是如何開展的，每一個步驟是如何使用軟件完成的，整體芯片版圖設計的流程有哪些規定，學生此時設計的版圖可能不是很精確和完美，但學生對于什么是版圖和如何設計版圖有了初步的感性認識，建立起版圖設計的基本概念，對于后續的學習奠定了牢實的實踐基礎，此時再去講授版圖設計理論知識，學生更能理解深層的工藝知識和半導體理論，真正做到了知行合一，實踐先行的教育理念，對學生能力的培養大有裨益。
二、注重細節，加強引導
傳統方式講授《集成電路版圖設計》理論占大部分時間，學生知道二極管、晶體管、場效應管、電阻、電容等基本元器件的工作原理和構成要素，但是在版圖設計中，這些元器件為什么要這樣設計，其實內心中充滿著疑惑和不解。針對學生的疑惑，我們從工藝細節入手來解決這個問題。作為集成電路版圖設計者，首先要熟悉工藝條件和期間物理，才能確定晶體管的具體尺寸、連線的寬度、間距、各次掩膜套刻精度等。版圖設計的規則也是由工藝來確定的，掌握了工藝也就掌握了版圖設計的鑰匙。我們將通用工藝文件的每一條規則向學生講解，通用元器件的規則整理出它們的共性，最小寬度、長度、間距的尺寸提醒學生要記憶，不同芯片生產廠的工藝對比學習和研究，學生在這一系列規則的學習過程中，慢慢理解熟悉了工藝規則文件的組織構成及學習要點，能夠舉一反三的在不同工藝規則下，設計同一種元器件的版圖，即使電路元器件的數量巨大，電路拓撲關系復雜，在老師耐心的講解下，學生也能夠依據工藝規則設計出符合要求的版圖，這都是在理解了工藝規則細節的基礎上完成的。所以，關注細節，加強引導，是提高學生學習效果的一個重要方法。
三、完善考核機制，爭取比賽練兵
學生成績的提高，合理完善的考核機制不可或缺。以往《集成電路版圖設計》課程的考核主要是理論知識作業和課程報告，學生的學習效果和實際動手能力沒有得到考核，造成不能全面評價學生的學習成績。我們采取項目形式，全方位考核學生的學習效果。根據知識點，將通用模擬電路分成五大類，每個大類提取出經典的電路10種，使用主流芯片加工廠的生產工藝，由經驗豐富的老師把它們的版圖全部設計出來，作為庫單元放在服務器中供學生參考。在學生充分理解庫單元實例的基礎上，將以往設計的一些實用電路布置給學生，要求在規定的時間內，設計出合格的版圖，以此作為最終的考核結果。學生在學習課程期間，可以接觸到不同工藝、不同結構的多種類電路，而且必須在規定的時間內設計出版圖，這極大的促進了他們學習的積極性和時間觀念。學生在設計版圖的過程中，會遇到多種問題，他們會采取問老師答疑，和同學討論的多種方式解決，不僅能督促他們平時上課認真聽講，而且對遇到的問題也能多角度思考，最重要的是他們親自動手設計版圖，將工藝、電路、器件綜合考慮，在約定的時間內能力得到極大提高。老師根據學生上傳至服務器中設計的不同項目版圖打分，而且將每個項目的得分出具詳細的報告，對學生的成績進行點評。學生通過查閱報告，能夠知道課程學習的缺點和得分項，為下一次提高設計成績是一個很好的參考。除了日常學習設計版圖項目，學生可以爭取參加微電子專業的一些比賽，通過比賽體會一些具有挑戰性的版圖設計項目，來提高學生在實際場景下如何發揮設計能力和項目組織能力，為他們未來進入職場從事版圖設計工作奠定堅實的專業能力和實際解決問題能力。
四、總結
《集成電路版圖設計》課程是一門兼具理論基礎和實踐鍛煉想結合的課程，對它的講授不僅需要扎實的理論基礎，還需合理的實踐環節配合，才能取得良好的教學效果。
參考文獻
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基金項目：北方工業大學教育教學改革和課程建設基金。
【關鍵詞】集成電路版圖；SN7400；逆向解析
1.引言
隨著我國微電子產業的蓬勃發展，集成電路自主設計需求迅速增加[1][2]。集成電路設計分為正向設計和逆向設計[3]。正向設計是根據芯片的功能要求設計電路，仿真驗證后進行版圖設計，再進行設計規則檢驗、電路和版圖比較檢驗，最后進行后仿真檢驗。逆向設計是首先對已有的芯片采用化學方法進行分層拍照和提取縱向參數。從版圖照片上提取電路，仿真驗證后，根據現有的工藝條件，借鑒解析版圖進行版圖設計，最終達到指標要求[4]。集成電路版圖設計是科學性和藝術性的結合，需要長期的實踐才能設計出優秀產品，為了節約成本和學習先進經驗，經常需要研究性能優良芯片的版圖結構，相互借鑒，提高產品質量。
本文對SN7400芯片進行了逆向解析，通過研究掌握了該芯片的設計思想和單元器件結構，對于雙極型集成電路設計是十分有益的。
2.芯片分層拍照
本文解析的SN7400芯片是雙列直插式塑料封裝，共14個管腳，包含四個二輸入與非門。根據芯片編號規則判斷為雙極工藝制造。
首先將芯片放到濃硝酸中加熱去掉封裝，用去離子水沖洗、吹干后在顯微鏡下拍照鋁層照片。再將芯片放到鹽酸溶液中漂洗去掉鋁層，用去離子水沖洗、吹干后放到氫氟酸溶液中去掉二氧化硅層，經去離子水沖洗、吹干后用染色劑染色，雜質濃度高部分顏色變深，沖洗、吹干后在顯微鏡下對去鋁層（有源層）芯片拍照[5]。
采用圖形編輯軟件分別對兩層照片進行拼接，獲得版圖照片。
3.單元結構
有鋁層和去鋁層照片表明芯片四個二輸入與非門結構相同，只要分析一個與非門即可。該芯片一個二輸入與非門無鋁版圖照片如圖1所示。其中1A和1B為輸入端，1Y為輸出端。
該芯片是P襯底和N外延層，與非門主要由NPN晶體管、電阻和二極管構成。NPN晶體管結構如圖2所示。
圖2（a）和（b）分別為縱向NPN晶體管版圖和剖面圖?？v向NPN晶體管由于性能比PNP晶體管好，因此是雙極工藝的主要使用晶體管。隔離區為P+注入，采用結隔離技術，隔離區接低電平，保證隔離區反偏[6]。圖2（c）為二發射極NPN晶體管版圖，作為與非門的輸入端，這種設計既減少了面積又提高了輸入晶體管匹配度。圖2（d）為隔離島合并器件版圖，是由一個NPN晶體管、一個二極管和一個基區電阻構成，該設計減少了版圖面積和寄生參數。
圖3為電阻和二極管版圖。圖3（a）為基區電阻的版圖，集成電路電阻的阻值是通過方塊電阻計算的，基區方塊電阻典型值為100～200Ω/，電阻越長阻值越大，電阻越寬阻值越小。圖3（b）為二極管版圖，外延層隔離島為N區，隔離區為P區。
4.電路圖和仿真
根據SN7400芯片的鋁層和去鋁層版圖照片提取了一個二輸入與非門電路如圖4（a）所示。采用Pspice軟件對電路圖進行瞬態仿真，其中電源電壓為5V，輸入信號高電平為3.5V，低電平為0.2V，仿真結果如圖4（b）所示。結果表明該電路實現了與非門的邏輯功能，電路提取正確。
5.結論
本文采用化學方法對SN7400芯片進行了分層拍照，提取了電路圖，仿真驗證正確。從芯片的版圖分析，該芯片采用NPN晶體管、PN結二極管和基區電阻等器件單元，四個與非門版圖一致且對稱布局。該芯片采用典型的雙極工藝，為了節省面積采用共用隔離區方法，為提高匹配度采用多發射極晶體管。電路為典型的TTL與非門電路。該芯片的版圖布局體現了設計的合理性和科學性。
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作者簡介：
王?。?965—），男，遼寧沈陽人，碩士，沈陽化工大學信息工程學院副教授，研究方向：微機電系統設計。
2001年我國新增“集成電路設計與集成系統”本科專業，2003年至2009年，我國在清華大學、北京大學、復旦大學等高校分三批設立了20個大學集成電路人才培養基地，加上原有的“微電子科學與工程”專業，目前，國內已有近百所高校開設了微電子相關專業和實訓基地，由此可見，國家對集成電路行業人才培養的高度重視。在新形勢下，集成電路相關專業的“重理論輕實踐”、“重教授輕自學輕互動”的傳統人才培養模式已不再適用。因此，探索新的人才培養方式，改革集成電路設計類課程體系顯得尤為重要。傳統人才培養模式的“重理論、輕實踐”方面，可從課程教學學時安排上略見一斑。例如：某高校“模擬集成電路設計”課程，總學時為80，其中理論為64學時，實驗為16學時，理論與實驗學時比高達4∶1。由于受學時限制，實驗內容很難全面覆蓋模擬集成電路的典型結構，且實驗所涉及的電路結構、器件尺寸和參數只能由授課教師直接給出，學生在有限的實驗學時內僅完成電路的仿真驗證工作。由于缺失了根據所學理論動手設計電路結構，計算器件尺寸，以及通過仿真迭代優化設計等環節，使得眾多應屆畢業生走出校園后普遍不具備直接參與集成電路設計的能力。“重教授、輕自學、輕互動”的傳統教學方式也備受詬病。課堂上，授課教師過多地關注知識的傳授，忽略了發揮學生主動學習的主觀能動性，導致教師教得很累，學生學得無趣。
2集成電路設計類課程體系改革探索和教學模式的改進
2014年“數字集成電路設計”課程被列入我校卓越課程的建設項目，以此為契機，卓越課程建設小組對集成電路設計類課程進行了探索性的“多維一體”的教學改革，運用多元化的教學組織形式，通過合作學習、小組討論、項目學習、課外實訓等方式，營造開放、協作、自主的學習氛圍和批判性的學習環境。
2．1新型集成電路設計課程體系探索
由于統一的人才培養方案，造成了學生“學而不精”局面，培養出來的學生很難快速適應企業的需求，往往企業還需追加6～12個月的實訓，學生才能逐漸掌握專業技能，適應工作崗位。因此，本卓越課程建設小組試圖根據差異化的人才培養目標，探索新型集成電路設計類課程體系，重新規劃課程體系，突出課程的差異化設置。集成電路設計類課程的差異化，即根據不同的人才培養目標，開設不同的專業課程。比如，一些班級側重培養集成電路前端設計的高端人才，其開設的集成電路設計類課程包括數字集成電路設計、集成電路系統與芯片設計、模擬集成電路設計、射頻電路基礎、硬件描述語言與FPGA設計、集成電路EDA技術、集成電路工藝原理等；另外的幾個班級，則側重于集成電路后端設計的高端人才培養，其開設的集成電路設計類課程包括數字集成電路設計、CMOS模擬集成電路設計、版圖設計技術、集成電路工藝原理、集成電路CAD、集成電路封裝與集成電路測試等。在多元化的培養模式中，加入實訓環節，為期一年，設置在第七、八學期。學生可自由選擇，或留在學校參與教師團隊的項目進行實訓，或進入企業實習，以此來提高學生的專業技能與綜合素質。
2．2理論課課堂教學方式的改進
傳統的課堂理論教學方式主要“以教為主”，缺少了“以學為主”的互動環節和自主學習環節。通過增加以學生為主導的學習環節，提高學生學習的興趣和學習效果。改進措施如下：
（1）適當降低精講學時。精講學時從以往的占課程總學時的75％～80％，降低為30％～40％，課程的重點和難點由主講教師精講，精講環節重在使學生掌握扎實的理論基礎。
（2）增加課堂互動和自學學時。其學時由原來的占理論學時不到5％增至40％～50％。
（3）采用多樣化課堂教學手段，包括團隊合作學習、課堂小組討論和自主學習等，激發學生自主學習的興趣。比如，教師結合當前本專業國內外發展趨勢、研究熱點和實踐應用等，將課程內容凝練成幾個專題供學生進行小組討論，每小組人數控制在3～4人，課堂討論時間安排不低于課程總學時的30％［3］。專題內容由學生通過自主學習的方式完成，小組成員在查閱大量的文獻資料后，撰寫報告，在課堂上與師生進行交流。課堂理論教學方式的改進，充分調動了學生的學習熱情和積極性，使學生從被動接受變為主動學習，既活躍了課堂氣氛，也營造了自主、平等、開放的學習氛圍。
2．3課程實驗環節的改進
為使學生盡快掌握集成電路設計經驗，提高動手實踐能力，探索一種內容合適、難度適中的集成電路設計實驗教學方法勢在必行。本課程建設小組將從以下幾個方面對課程實驗環節進行改進：
（1）適當提高教學實驗課時占課程總學時的比例，使理論和實驗學時的比例不高于2∶1。
（2）增加課外實驗任務。除實驗學時內必須完成的實驗外，教師可增設多個備選實驗供學生選擇。學生可在開放實驗室完成相關實驗內容，為學生提供更多的自主思考和探索空間。
（3）提升集成電路設計實驗室的軟、硬件環境。本專業通過申請實驗室改造經費，已完成多個相關實驗室的軟、硬件升級換代。目前，實驗室配套完善的EDA輔助電路設計軟件，該系列軟件均為業界認可且使用率較高的軟件。
（4）統籌安排集成電路設計類課程群的教學實驗環節，力爭使課程群的實驗內容覆蓋設計全流程。由于集成電路設計類課程多、覆蓋面大，且由不同教師進行授課，因此課程實驗分散，難以統一。本課程建設小組為了提高學生的動手能力和就業競爭力，全面規劃、統籌安排課程群內的所有實驗，使學生對集成電路設計的全流程都有所了解。
3工程案例教學法的應用
為提升學生的工程實踐經驗，我們將工程案例教學法貫穿于整個課程群的理論、實驗和作業環節。下面以模擬集成電路中的典型模塊多級放大器的設計為例，對該教學方法在課程中的應用進行詳細介紹。
3．1精講環節
運算放大器是模擬系統和混合信號系統中一個完整而又重要的部分，從直流偏置的產生到高速放大或濾波，都離不開不同復雜程度的運算放大器。因此，掌握運算放大器知識是學生畢業后從事模擬集成電路設計的基礎。雖然多級運算放大器的電路規模不是很大，但是在設計過程中，需根據性能指標，謹慎挑選運放結構，合理設計器件尺寸。運算放大器的性能指標指導著設計的各個環節和幾個比較重要的設計參數，如開環增益、小信號帶寬、最大功率、輸出電壓（流）擺幅、相位裕度、共模抑制比、電源抑制比、轉換速率等。由于運算放大器的設計指標多，設計過程相對復雜，因此其工作原理、電路結構和器件尺寸的計算方法等，這部分內容需要由主講教師精講，其教學內容可以放在“模擬集成電路設計”課程的理論學時里。
3．2作業環節
課后作業不僅僅是課堂教學的鞏固，還應是課程實驗的準備環節。為了彌補缺失的學生自主設計環節，我們將電路結構的設計和器件尺寸、相關參數的手工計算過程放在作業環節中完成。這樣做既不占用寶貴的實驗學時，又提高了學生的分析問題和解決問題的能力。比如兩級運算放大器的設計和仿真實驗，運放的設計指標為：直流增益＞80dB；單位增益帶寬＞50MHz；負載電容為2pF；相位裕度＞60°；共模電平為0．9V（VDD＝1．8V）；差分輸出擺幅＞±0．9V；差分壓擺率＞100V／μs。在上機實驗之前，主講教師先將該運放的設計指標布置在作業中，學生根據教師指定的設計參數完成兩級運放結構選型及器件尺寸、參數的手工計算工作，仿真驗證和電路優化工作在實驗學時或課外實訓環節中完成。
3．3實驗環節
在課程實驗中，學生使用EDA軟件平臺將作業中設計好的電路輸入并搭建相關仿真環境，進行仿真驗證工作。學生根據仿真結果不斷優化電路結構和器件尺寸，直至所設計的運算放大器滿足所有預設指標。其教學內容可放在“模擬集成電路設計”或“集成電路EDA技術”課程里［4］。
3．4版圖設計環節
版圖是電路系統和集成電路工藝之間的橋梁，是集成電路設計不可或缺的重要環節。通過集成電路的版圖設計，可將立體的電路系統變為一個二維的平面圖形，再經過工藝加工還原為基于硅材料的立體結構。兩級運算放大器屬于模擬集成電路，其版圖設計不僅要滿足工藝廠商提供的設計規則，還應考慮到模擬集成電路版圖設計的準則，如匹配性、抗干擾性以及冗余設計等。其教學內容可放在課程群中“版圖設計技術”的實驗環節完成。通過理論環節、作業環節以及實驗的迭代仿真和版圖設計環節，使學生掌握模擬集成電路的前端設計到后端設計流程，以及相關EDA軟件的使用，具備了直接參與模擬集成電路設計的能力。
4結語
1微電子產業人才職業崗位需求分析微電子產業是由設計、芯片制造、封裝、測試、材料和設備等構成的產業鏈。
1微電子產業的復雜性也帶來了其人才需求的多樣性，而適合高職層次人才的崗位主要集中在制造業以及設計業中的版圖設計方面，適應的崗位群主要有IC助理版圖工程師、硬件助理工程師、集成電路制造工藝員和集成電路封裝與測試工藝員等。
2典型工作任務分析
微電子產業是集設計、制造和封裝與測試于一體的產業群，從而形成了以設計為主的設計公司，以生產制造為主的芯片制造公司和以芯片封裝測試為主的封裝測試公司。經過對各微電子企業相關崗位的工作過程和工作任務情況的調研，總結出微電子企業對微電子技術專業人才需求主要在集成電路制造、集成電路版圖提取和集成電路芯片測試與封裝等崗位群。依據高職學生的特點，我院的微電子技術專業人才主要滿足集成電路制造企業和集成電路測試和封裝企業的需求。
微電子技術專業崗位群及典型工作任務間、淀積車間和口刻蝕車間和金屬化車間。對應的崗位分為光刻工、氧化擴散工、離子注入工、淀積工、刻蝕工和金屬化工。崗位對應的主要工作任務為把掩膜板上的圖形轉移到硅片上、在硅片上生長薄膜層、對硅片進行摻雜以及對硅片進行金屬化工藝。通過組織召開企業專家研討會，按照工作任務的典型性，對工作任務進行進一步的分析、篩選，總結出典型工作任務。
集成電路測試封裝企業主要工作崗位有集成電路劃片組裝、封裝成型和芯片測試等。崗位對應的主要的工作任務為減薄工藝、劃片工藝、分片工藝、裝片工藝、引線鍵合工藝、封裝成型工藝和測試工藝。微電子技術專業崗位群及典型工作任務如圖1所示。
3行動領域歸納
按照職業崗位需求和工作內容相關性等原則對典型工作任務進行合并，形成相應崗位的行動領域。表1以集成電路制造工藝員崗位為例，歸納其行動領域歸納。
4專業學習領域課程體系設置
本專業的學習領域分為四個模塊：公共通識平臺+綜合素質平臺、專業基礎模塊、核心崗位模塊和崗位拓展模塊。公共通識平臺+綜合素質平臺主要培養學生的綜合職業能力，例如學生的職業規劃教育，學生的職業道德的培養，以及學生心理素質的提高等;專業基礎模塊主要培養具有學生專業基礎知識的能力，掌握基本的電學原理，微電子學基本原理。核心崗位模塊主要培養學生主要工作崗位的能力，主要有集成電路制造工藝相關課程和集成電路芯片測試與封裝工藝相關課程。拓展學習領域課程是結合拓展職業活動、拓展工作崗位的需要而配置的課程，包括橫向拓展學習領域課程和縱向拓展學習領域課程，以適應部分畢業生工作一段時間后轉換到質量檢驗、設計與營銷崗位的需要。
5專業學習領域課程考核
課程考核采取與職業資格考試相結合的模式，學生在理論課程學習完成以后，立即進行職業資格認證。學生可以考取集成電路芯片制造工、集成電路封裝工藝員等職業資格證書。學習領域課程考核評價包括結果性評價和過程性評價兩個方面。結果性評價主要考核完成任務的質量和掌握的專業知識與技能，可采用理論考試和工作成果評價相結合的形式。過程性評價主要考核團隊合作能力、方法能力、社會能力和安全環保等方面，可采用觀察、專業答辯等方式。
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集成電路作為關系國民經濟和社會發展全局的基礎性和先導性產業，是現代電子信息科技的核心技術，是國家綜合實力的重要標志。鑒于我國集成電路市場持續快速的增長，對集成電路設計領域的人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術產業，但人才缺失的問題是影響集成電路產業發展的主要問題之一。據統計，2012年我國對集成電路設計人才的需求是30萬人。為加大集成電路專業人才的培養力度，更好地滿足集成電路產業的人才需求，2003年教育部實施了“國家集成電路人才培養基地”計劃，同時增設了“集成電路設計和集成系統”的本科專業，很多高校都相繼開設了相關專業，大力培養集成電路領域高水平的骨干專業技術人才。黑龍江大學的集成電路設計與集成系統專業自2005年成立以來，從本科教學體系的建立、本科教學內容的制定與實施、師資力量的培養與發展等方面進行不斷的探索與完善。本文將結合多年集成電路設計與集成系統專業的本科教學實踐經驗，以及對相關院校集成電路設計專業本科教學的多方面調研，針對黑龍江大學該專業的本科教學現狀進行分析和研究探索，以期提高本科教學水平，切實做好本科專業人才的培養工作。
一、完善課程設置
合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。
二、變革教學理念與模式
CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突。在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數?；旌霞呻娐吩O計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SARADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質。可通過參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。
三、加強EDA實踐教學
首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009—2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要。其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數?；旌霞呻娐吩O計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。
四、搭建校企合作平臺
近年來，北京電子協會著手主辦了“全國大學生集成電路設計大賽”，為各高校的在校大學生提供了一個集成電路設計專業競賽的良好平臺。通過大賽的舉辦，不僅提高了本科教學工作的積極性和教學質量，更加有利了提高學生的實踐能力和創新能力。同時，大賽以集成電路產業為背景，聯合各高校與企業參與其中，促進了高校間和校企間的交流與合作，并且通過大賽可以幫助企業發掘有潛力的優秀專業人才，而對于參賽學生而言亦是為其就業拓寬了渠道。2012—2015年期間，黑龍江大學連續參加多屆“全國大學生集成電路設計大賽”，本科生及研究生組都分別取得過特等獎和一、二、三等獎的好成績，并獲得了華潤上華0.35umCMOS工藝的多次流片機會，這對于本科階段的學生來說是彌足珍貴的學習和積累經驗的機會。通過參加大賽，學生不僅積累了實踐操作經驗，完善了知識結構，更對競技精神有了一種新的認識與體會，增強了創新創業的意識和能力。同時，在競賽過程中，令學生對自身的優勢和劣勢有了明確的認識，對于其專業能力和發展潛質也是一次很好的發掘。在今后的賽事中，我們會借鑒以往的大賽經驗，對參賽的本科生和研究生進行合理的培訓和實踐訓練，成員以高年級帶低年級、老隊員帶新隊員、理論型學生與實踐性學生相結合的模式組隊，以實現經驗傳承、知識共享與交流、創新實踐、團隊合作等優勢，有利于專業的發展以及各屆學生專業能力和創新能力的提高。
作者：卜丹 邱成軍 竇雁巍 單位：黑龍江大學
摘要集成電路產業的發展，促使人才需求量增加。本文通過對我國市場調查，得出應用型集成電路設計人才是該行業目前大量需求的人才，并從幾個方面進行分析。
關鍵詞應用型人才IC設計需求分析
隨著我國IC產業的迅速發展，相應人才的需求量也日益增加。根據上海半導體和IC研討會公布的數據，08年中國IC產業對設計工程師的需求將達到25萬人，但目前國內人才數量短缺這個數字不止幾十倍。例如我們熟知的威盛雖然號稱IC設計人才大戶，但相對于其在內地業務發展的需要還是捉襟見肘，其關聯企業每年至少需要吸納數百名IC設計人才，而目前培養規模無法滿足。而在人才的需求中，應用型IC設計人才更加受到歡迎。
一、IC設計人才短缺
2008年，全國集成電路（IC）人才需求將達到25萬人，按照目前IC人才的培養速度，今后10年，IC人才仍然還有20多萬人的缺口。這是08年4月21日在沈陽師范大學軟件學院舉行的國家信息技術緊缺人才培養工程——CSIP-AMD集成電路專項培訓開班儀式上了解到的。同樣有數據表明，近日，從清華大學、電子科技大學、北京航空航天大學了解到，目前全國高校設有微電子專業總共只有10余個，每年從IC卡設計和微電子專業畢業的碩士生也只有二三百人。在國內大約僅有不足4000名設計師，而2008年，IC產業對IC設計工程師的需求量達到25萬－30萬人。有專家預測，到2008年底僅北京市IC及微電子產業就將超過2000億元人民幣，而到了2010年我國可能需要30萬名IC卡設計師[1]。未來我國IC卡設計人才需求巨大。目前中國每年從IC設計和微電子專業畢業的高學歷的碩士生只有數百人。中國現有400多所高校設置了計算機系，新近又特批了51所商業化運做的軟件學院。但這些軟件學院和計算機系培養的是程序員。中國目前只有十來所大學能夠培養IC設計專業的學生。因此IC設計專業人才處于極其供不應求的狀態?？梢赃@樣說，這是因為我國很大程度上是沒有足夠的IC設計人才。
專家指出，我國IC設計人員不足的一個重要的原因是IC設計是新興學科，國內在此之前很少有大專院校開設IC設計專業，現在從事IC設計專業的人才，大部分是微電子、半導體或計算機、自動控制等相鄰領域的理工專業畢業生，但是和實際的IC工作比起來，還是有差距，學校并不了解企業需要的是什么樣的人才。所以，許多IC設計企業只能經常從應屆畢業生中直接招聘人才再進行培訓。此外，IC設計的實驗環境要求，恐怕所有的高校都沒有能力搭建。據了解，建一個供30人使用的IC實驗室，光是購買硬件設備就需要15萬美元。
最新研究指出：到2010年中國半導體市場將占世界總需求量的6％，位居全球第四。未來幾年內中國芯片生產有望每年以42％的速度遞增，這大大高于全球10％的平均增長速度。僅就IC卡一項來看，我國IC卡設計前景廣闊。身份證IC卡的正式應用，將是十億計的數量，百億計的銷售額，此外讀卡機及其系統將有成倍的產值。半導體理事長俞忠鈺說，2002年全國的IC設計單位已達到了240家，根據北京市發展微電子產業的建設規劃，到2010年，北京市要逐步建成20條左右大規模高水平的芯片生產線，200家高水平的IC卡專業設計公司。據預測，北京市IC產業將超過2000億元。巨大的商機也同時帶來了市場對IC卡設計人才的巨大需求。
二、應用型IC設計技術人才需求日切
IC產業飛速發展，現在的焦點已經移到了IT產業的核心技術IC設計上。據北京半導體協會負責人董秀琴表示，IC卡設計工程師在軟件行業是現在公認的高收入階層。目前我國IC卡人才缺口巨大，在我國的高等教育里，這一塊發展十分緩慢。按照中國現在的市場行情，一個剛畢業、沒有任何工作經驗的IC設計工程師的年薪最少也要在8萬元左右。為什么會出現這樣的情況呢？董秀琴講，這是因為一方面是現有IC設計人才的嚴重缺乏；另一方面是國內外市場對IC卡設計人才尤其是合格的IC設計師的大量需求。
由此我們可以看出，對于應用型的設計人員來講，是備受集成電路行業歡迎的。例如常見的EDA公司、IC設計服務公司、IC設計公司和IDM或Fundry4種類型的公司需要那些IC設計人才呢？他們需要的是熟悉IC設計的技術支持工程師,涵蓋IC設計的所有方面,通常包括:系統設計、算法設計、數字IC前端邏輯設計與驗證、FPGA設計、版圖設計、數字IC后端物理設計、數字后端驗證、庫開發，甚至還有EDA軟件的開發與測試,嵌入式軟件開發等，其中對IC物理設計工程師的需求量會多一些[2]。
目前，需求量最大、人才缺口最大的主要有模擬設計工程師、數字設計工程師和版圖設計工程師三類。另外，設計環節還需要工藝接口工程師、應用工程師、驗證工程師等。IC版圖設計師的主要職責是通過EDA設計工具，進行集成電路后端的版圖設計和驗證，最終產生送交供集成電路制造用的GDSII數據。版圖設計師通常需要與數字設計工程師和模擬設計工程師隨時溝通和合作才能完成工作。一個優秀的版圖設計師，即要有電路的設計和理解能力，也要具備過硬的工藝知識。模擬設計工程師作為設計環節的關鍵人物，模擬設計工程師的工作是完成芯片的電路設計。由于各個設計企業所采用的設計平臺有所不同，不同材料、產品對電路設計的要求也千差萬別，模擬設計工程師最核心的技能是必須具備企業所需的電路設計知識和經驗，并有豐富的模擬電路理論知識。同時還需指導版圖設計工程師實現模擬電路的版圖設計。
由此我們可以看出，在IC人才的需求中，應用型IC設計人才的需求更大，而且他們也是推動集成電路產業迅速發展的生力軍。
三、以社會需求為導向，培養應用型IC設計人才
國家對IC卡設計人才培養也很重視。據北京半導體協會卓洪俊部長說，到2010年，全國IC產量要達到500億塊，銷售額達到2000億元左右，將近占世界市場份額的5％，滿足國內市場50％的需求。同時，國務院頒布《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》的18號文件，支持和鼓勵軟件和IC產業加速發展，加快IC設計人才培養。
IC人才需求問題的解決首先還是從高校開始，2001年，清華大學微電子研究所開設了“集成電路設計與制造技術專業”第二學士學位班，2001年的IC專業二學位班已經有64名學員在讀。清華大學還分別與宏力半導體、有研硅、首鋼合作培養IC人才。2002年，成都電子科大也開始招收“微電子技術專業”的二學位學員，同時擴招微電子專業的本科生。為了更好地實施學校加速IC人才培養的戰略，電子科大還成立了微電子與固體電子學院，并建立了面積為1500平米的IC設計中心。同濟大學開始實施IC人才培養規劃，提出了“研究生、本科生、高職生”的多層次培養體系。
作為人才培養的搖籃，高校在這一方面應進一步加快改革，制定可行的、新的人才培養計劃，以社會需求為導向，加強教學、實驗和實訓投入，多渠道、多方式地進行應用型IC設計人才的培養。
參考文獻
關鍵詞應用型人才IC設計需求分析
隨著我國IC產業的迅速發展，相應人才的需求量也日益增加。根據上海半導體和IC研討會公布的數據，08年中國IC產業對設計工程師的需求將達到25萬人，但目前國內人才數量短缺這個數字不止幾十倍。例如我們熟知的威盛雖然號稱IC設計人才大戶，但相對于其在內地業務發展的需要還是捉襟見肘，其關聯企業每年至少需要吸納數百名IC設計人才，而目前培養規模無法滿足。而在人才的需求中，應用型IC設計人才更加受到歡迎。
一、IC設計人才短缺
2008年，全國集成電路（IC）人才需求將達到25萬人，按照目前IC人才的培養速度，今后10年，IC人才仍然還有20多萬人的缺口。這是08年4月21日在沈陽師范大學軟件學院舉行的國家信息技術緊缺人才培養工程——CSIP-AMD集成電路專項培訓開班儀式上了解到的。同樣有數據表明，近日，從清華大學、電子科技大學、北京航空航天大學了解到，目前全國高校設有微電子專業總共只有10余個，每年從IC卡設計和微電子專業畢業的碩士生也只有二三百人。在國內大約僅有不足4000名設計師，而2008年，IC產業對IC設計工程師的需求量達到25萬－30萬人。有專家預測，到2008年底僅北京市IC及微電子產業就將超過2000億元人民幣，而到了2010年我國可能需要30萬名IC卡設計師[1]。未來我國IC卡設計人才需求巨大。目前中國每年從IC設計和微電子專業畢業的高學歷的碩士生只有數百人。中國現有400多所高校設置了計算機系，新近又特批了51所商業化運做的軟件學院。但這些軟件學院和計算機系培養的是程序員。中國目前只有十來所大學能夠培養IC設計專業的學生。因此IC設計專業人才處于極其供不應求的狀態?？梢赃@樣說，這是因為我國很大程度上是沒有足夠的IC設計人才。
專家指出，我國IC設計人員不足的一個重要的原因是IC設計是新興學科，國內在此之前很少有大專院校開設IC設計專業，現在從事IC設計專業的人才，大部分是微電子、半導體或計算機、自動控制等相鄰領域的理工專業畢業生，但是和實際的IC工作比起來，還是有差距，學校并不了解企業需要的是什么樣的人才。所以，許多IC設計企業只能經常從應屆畢業生中直接招聘人才再進行培訓。此外，IC設計的實驗環境要求，恐怕所有的高校都沒有能力搭建。據了解，建一個供30人使用的IC實驗室，光是購買硬件設備就需要15萬美元。
最新研究指出：到2010年中國半導體市場將占世界總需求量的6％，位居全球第四。未來幾年內中國芯片生產有望每年以42％的速度遞增，這大大高于全球10％的平均增長速度。僅就IC卡一項來看，我國IC卡設計前景廣闊。身份證IC卡的正式應用，將是十億計的數量，百億計的銷售額，此外讀卡機及其系統將有成倍的產值。半導體理事長俞忠鈺說，2002年全國的IC設計單位已達到了240家，根據北京市發展微電子產業的建設規劃，到2010年，北京市要逐步建成20條左右大規模高水平的芯片生產線，200家高水平的IC卡專業設計公司。據預測，北京市IC產業將超過2000億元。巨大的商機也同時帶來了市場對IC卡設計人才的巨大需求。
二、應用型IC設計技術人才需求日切
IC產業飛速發展，現在的焦點已經移到了IT產業的核心技術IC設計上。據北京半導體協會負責人董秀琴表示，IC卡設計工程師在軟件行業是現在公認的高收入階層。目前我國IC卡人才缺口巨大，在我國的高等教育里，這一塊發展十分緩慢。按照中國現在的市場行情，一個剛畢業、沒有任何工作經驗的IC設計工程師的年薪最少也要在8萬元左右。為什么會出現這樣的情況呢？董秀琴講，這是因為一方面是現有IC設計人才的嚴重缺乏；另一方面是國內外市場對IC卡設計人才尤其是合格的IC設計師的大量需求。
由此我們可以看出，對于應用型的設計人員來講，是備受集成電路行業歡迎的。例如常見的EDA公司、IC設計服務公司、IC設計公司和IDM或Fundry4種類型的公司需要那些IC設計人才呢？他們需要的是熟悉IC設計的技術支持工程師,涵蓋IC設計的所有方面,通常包括:系統設計、算法設計、數字IC前端邏輯設計與驗證、FPGA設計、版圖設計、數字IC后端物理設計、數字后端驗證、庫開發，甚至還有EDA軟件的開發與測試,嵌入式軟件開發等，其中對IC物理設計工程師的需求量會多一些[2]。
目前，需求量最大、人才缺口最大的主要有模擬設計工程師、數字設計工程師和版圖設計工程師三類。另外，設計環節還需要工藝接口工程師、應用工程師、驗證工程師等。IC版圖設計師的主要職責是通過EDA設計工具，進行集成電路后端的版圖設計和驗證，最終產生送交供集成電路制造用的GDSII數據。版圖設計師通常需要與數字設計工程師和模擬設計工程師隨時溝通和合作才能完成工作。一個優秀的版圖設計師，即要有電路的設計和理解能力，也要具備過硬的工藝知識。模擬設計工程師作為設計環節的關鍵人物，模擬設計工程師的工作是完成芯片的電路設計。由于各個設計企業所采用的設計平臺有所不同，不同材料、產品對電路設計的要求也千差萬別，模擬設計工程師最核心的技能是必須具備企業所需的電路設計知識和經驗，并有豐富的模擬電路理論知識。同時還需指導版圖設計工程師實現模擬電路的版圖設計。
由此我們可以看出，在IC人才的需求中，應用型IC設計人才的需求更大，而且他們也是推動集成電路產業迅速發展的生力軍。
三、以社會需求為導向，培養應用型IC設計人才
國家對IC卡設計人才培養也很重視。據北京半導體協會卓洪俊部長說，到2010年，全國IC產量要達到500億塊，銷售額達到2000億元左右，將近占世界市場份額的5％，滿足國內市場50％的需求。同時，國務院頒布《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》的18號文件，支持和鼓勵軟件和IC產業加速發展，加快IC設計人才培養。
IC人才需求問題的解決首先還是從高校開始，2001年，清華大學微電子研究所開設了“集成電路設計與制造技術專業”第二學士學位班，2001年的IC專業二學位班已經有64名學員在讀。清華大學還分別與宏力半導體、有研硅、首鋼合作培養IC人才。2002年，成都電子科大也開始招收“微電子技術專業”的二學位學員，同時擴招微電子專業的本科生。為了更好地實施學校加速IC人才培養的戰略，電子科大還成立了微電子與固體電子學院，并建立了面積為1500平米的IC設計中心。同濟大學開始實施IC人才培養規劃，提出了“研究生、本科生、高職生”的多層次培養體系。
作為人才培養的搖籃，高校在這一方面應進一步加快改革，制定可行的、新的人才培養計劃，以社會需求為導向，加強教學、實驗和實訓投入，多渠道、多方式地進行應用型IC設計人才的培養。
參考文獻
一、集成電路布圖設計的概念
集成電路的布圖設計是指一種體現了集成電路中各種電子元件的配置方式的圖形。集成 電路的設計過程通常分為兩個部分：版圖設計和工藝。所謂版圖設計是將電子線路中的各個 元器件及其相互連線轉化為一層或多層的平面圖形，將這些多層圖形按一定的順序逐次排列 構成三維圖形結構；這種圖形結構即為布圖設計。制造集成電路就是把這種圖形結構通過特 定的工藝方法，“固化”在硅片之中，使之實現一定的電子功能。所以，集成電路是根據要實現的功能而設計的。不同的功能對應不同的布圖設計。從這個意義上說，對布圖設計的保護也就實現了對集成電路的保護。
集成電路作為一種工業產品，應當受到專利法的保護。但是，人們在實踐中發現，由于集成電路本身的特性，大部分集成電路產品不能達到專利法所要求的創造性高度，所以得不到專利法的保護。于是，在一九七九年，美國眾議院議員愛德華（Edward）首次提出了以著作權法來保護集成電路的議案。但由于依照著們法將禁止以任何方式復制他人作品，這樣實施 反向工程也將成為非法，因此，這一議案在當時被議會否決。盡管如此，它對后來集成電路保護的立法仍然有著重要意義，因為它提出了以保護布圖設計的方式來保護集成電路的思想；在這基礎上，美國于1984年頒布了《半導體芯。片保護法》；世界知識產權組織曾多次召集專家會議和政府間外交會議研究集成電路保護問題，逐漸形成了以保護布圖設計方式實現對集成電路保護的一致觀點，終于在一九八九年締結了《關于保護集成電路知識產權條約》。在此期間，其他一些國家頒布的集成電路保護法都采用了這一方式。
雖然世界各國的立法均通過保護布圖設計來保護集成電路，但關于布圖設計的名稱卻各不相同。美國在它的《半導體芯片保護法，）中稱之為“掩模作品”（maskwork）；在日本的《半導體集成電路布局法》中稱之為“線路布局”（cir— cuitlayout）；而歐共體及其成員國在其立法中稱布圖設計為“形貌結構”（topography）；世界知識產權組織在《關于集成電路知識產權條約》中將其定名為布圖設計。筆者以為，在這所有的名稱中以“布圖設計”一詞為最佳。“掩模作品”一詞取意于集成電路生產中的掩模。“掩模作品”一詞已有過時落后之嫌，而“線路布局”一詞又難免與電子線路中印刷線路版的布線、設計混淆。“形貌結構”一詞原意為地貌、地形，并非電子學術語。相比之下，還是世界知識產權組織采用的“布圖設計”一詞較為妥當。它不僅避免了其他名詞的缺陷，同時這一名詞本身已在產業界及有關學術界廣泛使用?！吨袊蟀倏迫珪分幸嘤小安紙D設計”的專門詞條‘
二、布圖設計的特征
布圖設計有著與其他客體相同的共性，同時也存在著自己所特有的個性。下面將分別加以論述。
1.集成電路布圖設計具有無形性
無形性是各種知識產權客體的基本特性，，因此也是布圖設計作為知識產權客體的必要條件。布圖設計是集成電路中所有元器件的配置方式，這種“配置方式”本身是抽象的、無形的，它沒有具體的形體，是以一種信息狀態存在于世的，不象其他有形物體占據一定空間。
布圖設計本身是無形的，但是當它附著在一定的載體上時，就可以為人所感知。前面提到布圖設計在集成電路芯片中表現為一定的圖形，這種圖形是可見的。同樣，在掩模版上布圖設計也是以圖形方式存在的。計算機輔助設計技術的發展，使得布圖設計可以數據代碼的方式存儲在磁盤或磁帶中。在計算機控制的離子注入機或者電子束曝光裝置中，布圖設計也是以一系列的代碼方式存在。人們可通過一定方式感知這些代碼信息。布圖設計是無形的，但是其載體，如掩模版、磁帶或磁盤等等卻可以是有形的。
2.布圖設計具有可復制性
通常，我們說著作權客體具有可復制性，布圖設計同樣也具有著作權客體的這一特征。當載體為掩模版時，布圖設計以圖形方式存在。這時，只需對全套掩模版加以翻拍，即可復制出全部的布圖設計。當布圖設計以磁盤或磁帶為載體時，同樣可以用通常的磁帶或磁盤拷貝方法復制布圖設計。當布圖設計被“固化”到已制成的集成電路產品之中時，復制過程相對復雜一些。復制者首先需要去除集成電路的外封裝；再去掉芯片表面的鈍化層；然后采用不同的腐蝕液逐層剝蝕芯片，并隨時拍下各層圖形的照片，經過一定處理后便可獲得這種集成電路的全部布圖設計。這種從集成電路成品著手，利用特殊技術手段了解集成電路功能、設計特點，獲得其布圖設計的方法被稱為“反向工程”。
在集成電路產業中，這種反向工程被世界各國的廠商廣泛采用。集成電路作為現代信息工業的基礎產品，已滲透到電子工業的各個領域，其通用性或兼容性對技術的發展有著非常重要的意義。因此，而反向工程為生產廠商了解其他廠商的產品狀況提供了可能。如果實施反向工程不是單純地為復制他人布圖設計以便仿制他人產品，而是通過反向工程方法了解他人品功能、參數等特性，以便設計出與之兼容的其他電路產品，或者在別人設計的基礎上加以改進，制造出更先進的集成電路，都應當認為是合理的。著作權法中有合理使用的規定，但這種反向工程的特許還不完全等同于合理使用。比如，合理使用一般只限于復制原作的一部分，而這里的反向工程則可能復制全套布圖設計。改編權是著作權的權能之一，他人未經著作權人同意而擅自修改其作品的行為是侵權行為，但這里對原布圖設計的改進則不應視為侵權。
綜之，無論何種載體，布圖設計是具有可復制性的。
3.布圖設計的表觀形式具有非任意性著作權客體的表現形式一般是沒有限制的。同一思想，作者可隨意采取各種形式來表達，因此著作權法對其表現形式的保護并不會導致對思想的壟斷。布圖設計雖然在集成電路芯片中或掩模版上以圖形的方式存在，具備著作權客體的外在特性，但是其表現形式因受諸多客觀因素的限制，卻是有限的或者非任意的。
首先，布圖設計圖形的形狀及其大小受著集成電路參數要求的限制。如果要求集成電路 具有較高的擊穿電壓，設計人在完成布圖設計時就必須將晶體管的基區圖形設計為圓形，以 克服結面曲率半徑較小處電場過于集中的影響。對于用于功率放大的集成電路，其功放管圖 形的面積必須較大，使之得以承受大電流的沖擊。
其次，布圖設計還受著生產工藝水平的限制。為了提高集成電路的集成度或者追求高頻 特性，常常需將集成電路中各元件的面積減小。這樣，布圖設計的線條寬度也相對較細。目前國。外已達到亞微米的數量級。但如果將線條設計得太細，以致工藝難度太大將會大大地降低集成電路成品率和可靠性，這是極不經濟的；同樣地，如果一味，地追求功率參數，將芯片面積增大，也會降低集成電路的成品率。
此外，布圖設計還受著一些物理定律以及材料類及其特性等多種因素的限制。比如，晶體管可能因為基區自偏壓效應而導致發射極間的電位不等。為克服基區自偏壓效應，則需在加上均壓圖形。
雖然從理論上講，突破這些限制條件的圖形也可以受到著作權的保護，但由于布圖設計的價值僅僅體現在工業生產中，所以對那些完全沒有實用價值的、由設計人自由揮灑出來的所謂“布圖設計”實施保護是沒有任何意義的。這些圖形不是真正意義上的布圖設計，稱其為一種“抽象作品”或許更為恰當。布圖設計在表現形式的有限性方面，與工業產權客體相似。
三、布圖設計權的特性
從上面的分析可知，集成電路布圖設計有其自身的特征，并同時兼備著作權客體和工業產權客體的特性。在立法保護布圖設計、規定創作人的布圖設計權時，應當考慮這一特點。
首先，布圖設計權應具備知識產權的共同特性，即專有性；時間性和地域性。布圖設計具有無形性，同一布圖設計可能同時為多數人占有或使用。為保障布圖設計創作人的利益，布圖設計權應當是一項專有權利。另一方面，布圖設計的價值畢竟是通過其工業應用才得以實現。僅就一特定的布圖設計而言，使用它的人越多，為社會創造的價值就越大。如果布圖設計權在時間上是無限的，則不利于充分發揮其對社會的作用，也不利于集成電路技術的發展。所以布圖設計權應有一定時間期限。當然，對時間期限的具體規定應當既考慮公共利益，又照顧到創作人的個人權益。只有找到二者的平衡點，才是利益分配的最佳狀態。地域性作為知識產權的共性之一，同樣為布圖設計權所具備，在世界知識產權組織的《關于集成電路的知識產權條約》第三條；第四條和第五條的內容都涉地域問題，這實際上肯定了布圖設計權的地域性。
其次，布圖設計權還具有其獨特的個性。下面將其分別與著作權和工業產權相對照，從而分析其特點。
1.布圖設計權的產生方式與著作權不同，只有在履行一定的法律程序后才能產生。集成電路作為一種工業產品，一旦投放市場將被應用于各個領域，性能優良的集成電路可能會因其商業價值引來一些不法廠商的仿冒。另一方面，由于集成電路布圖設計受到諸多因素的限 制，其表現形式是有限的，這就可能存在不同人完全獨立地設計出具有相同實質性特點的布圖設計的情況。這就是說，布圖設計具有一定的客觀自然屬性，其人身性遠不及普通著作權客體那樣強。所以法律在規定布圖設計權的產生時，必須對權利產生方式作出專門規定，否則便無法確認布圖設計在原創人和仿冒人之間，以及不同的獨立原創人之間的權利歸屬。
2.布圖設計權中的復制權，與著作權中的復制權相比，受到更多的限制。翻開各國集成電路技術的發展史，反向工程在技術的發展中有著不可取代的作用。如果照搬著作權法中關于復制權地規定，實施反向工程將被認為是侵權行為。為了電子工業和集成電路技術的發展，應當對復制權加以一定的限制，允許在一定條件下或合理范圍內實施反向工程，美國《半導體芯片保護法》第906條第一款中規定，“僅為了教學、分析或評價掩模作品中的概念或技術，或掩模作品中所采用的電路、邏輯流和圖及元件的布局而復制該掩模作品者”；或進行上述的“分析或評價，以便將這些工作的結果用于為銷售而制造的具有原創性的掩模作品之中者”均不構成侵犯掩模作品專有權。與此相反，單純地為復制布圖設計而實施反向工程仍為侵權。反向工程是對復制權的一種限制。
3.與工業產權相比，布圖設計權產生的實質性條件也有所不同。專利法中“創造性”條件要求申請專利的技術方案具備“實質性特點”，而大多數集成電路達不到這一要求。比如，在設計專用集成電路時，常將一些已為人所熟知的單元電路加以組合，這種拼揍而成的集成電路大多難以滿足專利法的創造性要求，這使得大量集成電路得不到專利法的保護，這正是傳統專利制度與集成電路這一新型客體之間不協調的一面。所以集成電路保護法在創造性方面的要求不應象專利法要要求那么嚴，但也不能象著作權法完全不要求任何創造高度要求，因為布圖設計的價值畢竟體現在工業應用上。
關鍵詞：電子科學與技術；實驗教學體系；微電子人才
作者簡介：周遠明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，副教授。（湖北 武漢 430068）
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此人才培養必須堅持“理論聯系實際”的原則。專業實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要教學環節，對于學生綜合素質的培養具有不可替代的作用，是高等學校培養人才這一系統工程中的一個重要環節。[1，2]
一、學科背景及問題分析
1.學科背景
21世紀被稱為信息時代，信息科學的基礎是微電子技術，它屬于教育部本科專業目錄中的一級學科“電子科學與技術”。微電子技術一般是指以集成電路技術為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現電子系統功能的新型技術學科，主要涉及研究集成電路的設計、制造、封裝相關的技術與工藝。[3]由于實現信息化的網絡、計算機和各種電子設備的基礎是集成電路，因此微電子技術是電子信息技術的核心技術和戰略性技術，是信息社會的基石。此外，從地方發展來看，武漢東湖高新區正在全力推進國家光電子信息產業基地建設，形成了以光通信、移動通信為主導，激光、光電顯示、光伏及半導體照明、集成電路等競相發展的產業格局，電子信息產業在湖北省經濟建設中的地位日益突出，而區域經濟發展對人才的素質也提出了更高的要求。
湖北工業大學電子科學與技術專業成立于2007年，完全適應國家、地區經濟和產業發展過程中對人才的需求，建設專業方向為微電子技術，畢業生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統（激光器、太能電池、發光二極管等）的設計、制造、封裝、測試以及相應的新產品、新技術、新工藝的研究與開發等相關工作。電子科學與技術專業自成立以來，始終堅持以微電子產業的人才需求為牽引，遵循微電子科學的內在客觀規律和發展脈絡，堅持理論教學與實驗教學緊密結合，致力于培養基礎扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質高的微電子專門人才，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
2.存在的問題與影響分析
電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此培養創新型和實用型人才必須堅持“理論聯系實際”的原則。要想培養合格的應用型人才，就必須建設配套的實驗教學平臺。然而目前人才培養有“產學研”脫節的趨勢，學生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業實驗教學體系是電子科學與技術專業可持續發展的客觀前提。
二、建設思路
電子科學與技術專業實驗教學體系包括基礎課程實驗平臺和專業課程實驗平臺?；A課程實驗平臺主要包括大學物理實驗、電子實驗和計算機類實驗；專業課程實驗平臺即微電子實驗中心，是本文要重點介紹的部分。在實驗教學體系探索過程中重點考慮到以下幾個方面的問題：
第一，突出“厚基礎、寬口徑、重應用、強創新”的微電子人才培養理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎（包括基礎物理、固體物理、器件物理、集成電路設計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統知識（包括計算機、通信、信息處理等基礎知識），同時還要具備較強的實踐創新能力。因此微電子實驗教學環節強調基礎理論與實踐能力的緊密結合，同時兼顧本學科實踐能力與創新能力的協同訓練，將培養具有創新能力和競爭力的高素質人才作為實驗教學改革的目標。
第二，構建科學合理的微電子實驗教學體系，將“物理實驗”、“計算機類實驗”、“專業基礎實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導體器件課程設計”、“集成電路課程設計”、“微電子專業實驗”、“集成電路專業實驗”、“生產實習”和“畢業設計”等實驗實踐環節緊密結合，相互貫通，有機銜接，搭建以提高實踐應用能力和創新能力為主體的“基本實驗技能訓練實踐應用能力訓練創新能力訓練”實踐教學體系。
第三，兼顧半導體工藝與集成電路設計對人才的不同要求。半導體的產業鏈涉及到設計、材料、工藝、封裝、測試等不同領域，各個領域對人才的要求既有共性，也有個性。為了擴展大學生知識和技能的適應范圍，實驗教學必須涵蓋微電子技術的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設計和半導體工藝兩個領域。
第四，實驗教學與科學研究緊密結合，推動實驗教學的內容和形式與國內外科技同步發展。倡導教學與科研協調發展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學內容之中，以此提升實驗教學質量。
三、建設內容
微電子是現代電子信息產業的基石，是我國高新技術發展的重中之重，但我國微電子技術人才緊缺，尤其是集成電路相關人才嚴重不足，培養高質量的微電子技術人才是我國現代化建設的迫切需要。微電子學科實踐性強，培養的人才需要具備相關的測試分析技能和半導體器件、集成電路的設計、制造等綜合性的實踐能力及創新意識。
電子科學與技術專業將利用經費支持建設一個微電子實驗教學中心，具體包括四個教學實驗室：半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室、集成電路設計實驗室、科技創新實踐實驗室。使學生具備半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析、微電子器件、光電器件參數測試與應用、集成電路設計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設計能力，鞏固和強化現代微電子技術和集成電路設計相關知識，提升學生在微電子技術領域的競爭力，培養學生具備半導體材料、器件、集成電路等基本物理與電學屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務的本科專業為“電子科學與技術”，同時可以承擔“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機科學與技術”、“電子信息科學與技術”、“材料科學與工程”、“光信息科學與技術”等10余個本科專業的部分實踐教學任務。
（1）半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室側重于半導體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論的理解，掌握相關的測試方法與技能，包括半導體材料層錯位錯觀測、半導體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數據處理、半導體材料的霍爾效應測試、半導體少數載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結顯示與結深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時等。
（2）微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室側重于半導體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數等的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論、器件參數與性能、工藝等的理解，掌握相關的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數、MOS場效應管參數的測量、晶體管參數的測量、集成運算放大器參數的測試、晶體管特征頻率的測量、半導體器件實驗、光伏效應實驗、光電導實驗、光電探測原理綜合實驗、光電倍增管綜合實驗、LD/LED光源特性實驗、半導體激光器實驗、電光調制實驗、聲光調制實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時、課程設計、創新實踐、畢業設計等。
（3）集成電路設計實驗室側重于培養學生初步掌握集成電路設計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設計軟件的使用方法、設計流程等，并通過半導體器件、模擬集成電路、數字集成電路的仿真、驗證和版圖設計等實踐過程具備集成電路設計的能力，目的是培養學生半導體器件、集成電路的設計能力。以美國Cadence公司專業集成電路設計軟件為載體，完成集成電路的電路設計、版圖設計、工藝設計等訓練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設計類課程和理論課程的上機實踐等。
（4）科技創新實踐實驗室則向學生提供發揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現自由命題或進行科研的軟硬件條件，充分發揮他們的想象力，目的是培養學生的創新意識與能力，包括LED封裝、測試與設計應用實訓和光電技術創新實訓。要求學生自己動手完成所設計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標要求的器件或電路。目的是對學生進行理論聯系實際的系統訓練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導體器件與集成電路的設計方法和對工藝技術及流程的認知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創新實踐環節、生產實踐、畢業設計、參與教師科研課題和國家級、省級和校級的各類科技競賽及課外科技學術活動等。
四、總結
本實驗室以我國微電子科學與技術的人才需求為指引，遵循微電子科學的發展規律，通過實驗教學來促進理論聯系實際，培養學生的科學思維和創新意識，系統了解與掌握半導體材料、器件、集成電路的測試分析和半導體器件、集成電路的設計、工藝技術等技能，最終實現培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質高、適應范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。
參考文獻：
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1非微電子專業開設集成電路設計課程的原則
在非微電子專業如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業的知識，可以從本專業的系統角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環節。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術；另一方面，學員了解了該項技術的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術的繼續研究和學習。基礎理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現技術上，這樣非微電子專業的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。
2非微電子專業集成電路設計課程實踐
根據以上原則，信息工程大學根據具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關專業開設集成電路芯片設計技術課程，根據近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優化的理論授課內容1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發展和趨勢等內容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發展趨勢和新技術，包括軟硬件協同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。2）IC產業鏈及設計流程：介紹集成電路產業的歷史變革、目前形成的“四業分工”，以及數字IC設計流程等內容。使學員了解集成電路產業的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環節的一些基本情況，了解數字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內容。3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調試能力。4）系統集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統（SoC）、片上網絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規模系統級芯片架構設計的基礎方法及主要片內嵌入式處理器核。
豐富的實踐操作內容1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優化、可測性設計等內容。3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規劃與電源規劃、物理綜合與全局優化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優化等內容。靈活的考核評價機制1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。3）IC設計相關領域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領域的相關技術文獻，包括該領域的前沿研究技術、設計流程中相關技術點的深入研究、集成電路設計領域的發展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。
3結語
隨著傳統集成電路設計和生產流程的改變，大多數芯片設計可以采用無生產線設計和代工廠生產的方式完成[2]，這種流程為高校集成電路設計人才的培養提供了低成本的硬件環境[3]。此外，隨著我國對集成電路設計人才需求的逐年提高，在高校非微電子專業開設集成電路設計技術課程已經成為培養相關專業合格畢業生的必須。信息工程大學根據自身軟硬件條件和學生具體專業情況，開設了集成電路設計技術相關理論和實踐課程，經過兩年的教學實踐，取得良好的教學效果，培養了一批有著豐富專業技術知識的集成電路設計人才。
作者：宋克張帆沈劍良單位：信息工程大學信息技術研究所講師
【關鍵詞】帶隙基準;同步降壓;軟啟動
1.引言
近幾年來，便攜式電子產品的迅速增長是電源管理技術發展的最主要推動力，不僅帶動了電源管理芯片市場成為電子領域持續關注的熱點之一，而且要求電源具有更高的效率、更大的功率密度，還要求電源占有更小的體積，并具有更高的可靠性和更低的成本。在高性能、高功率的轉換器中使用同步整流的好處是可以獲得更高的效率、更低的功耗、更佳的熱性能、更好的品質[1]。同步降壓式轉換器芯片內部包含誤差放大器、振蕩器、內部穩壓器、PWM比較器、MOS驅動、過溫過流保護等電路。其中內部穩壓器的性能對整個芯片具有重要影響，而內部穩壓器的核心是帶隙基準電壓源電路。
2.等效架構和基本原理
在當前的模擬電路應用上常常需要一個能夠不因電源電壓以及溫度的變化而產生太大變動的穩定參考電壓，以提高整體電路的精確度、可靠度及良率，或是提供一參考電壓以利監督電源或是其他電路的工作正確性等等，是應用極為廣泛的重要電路。帶隙參考電壓源電路的工作原理為利用電路中產生的電壓或電流，設計出具有正溫度系數與負溫度系數的相關物理量，將其加以適當處理，使其溫度效應相互抵銷，已得到不隨溫度變化的電壓。
圖1 帶隙基準源的基本原理圖
當前CMOS工藝中最常用的帶隙基準電壓電路是利用工藝中寄生的雙極型晶體管中的VEB是一個負溫度系數的物理量（約為-2.2mV/℃），而再利用與溫度成正比的物理量VT=kT/q作為我們所需的正溫度系數（PTAT，與絕對溫度成正比）發生器，其對溫度的變化約為0.085mV/℃，再加以乘上適當的比例系數K以相互抵銷溫度效應，如圖1所示。即：
（1）
其中。VT由兩個晶體管之間的VEB差值VEB產生。由雙極型晶體管的電流電壓關系可得到如下關系式[2-3]：
（2）
圖2 帶隙基準電壓源等效架構圖
圖2是常見的帶隙基準的等效架構電路。利用運算放大器的高增益特性，在負反饋時其輸入端電壓差幾乎為零，即達到虛短的特性，即V1=V2。利用公式（2），可以導出在電阻R2上的壓降為：
（3）
式中，A1、A2是Q1、Q2管的發射區面積，取Q1的面積是Q2的N倍。由于V1=V2=VEB2，則VR1=VR3，I1R1=I2R3，代入（3）式得：
（4）
于是：
（5）
（6）
故VREF為：
（7）
從公式（7）可得到基準電壓只與PN結的正向壓降、電阻比值以及Q1和Q2的發射區面積比有關，當基準建立之后，基準電壓與輸入電壓無關。無論對于正的或負的溫度系數的量，我們推導出的與溫度無關的電壓都是依賴于雙極型器件的指數特性。在CMOS工藝中一般采用圖1所示的縱向PNP管結構得到所需PN結[4]。N阱中的P+區（與PMOS的源漏區相同）作為發射區，N阱本身作為基區，p型襯底作為PNP管的集電區，因此該晶體管集電極必然接到最負的電源。
3.具體電路實現
帶隙基準的實際電路如圖3所示。所有的電流偏置都采用共源共柵式結構，增大了輸出阻抗，減小了電源電壓的影響，提高穩定性。運算放大器AMP采用二級運算放大器結構，M0、M1為差分輸入級，M2、M3為有源負載，M22、M23，M33、M32為第二級放大。R1、R2、R3、R4、R5和Q1、Q2及運放構成了帶隙基準核心電路，R4的存在是為了得到輸出基準VREF理論上95%的分量VREFp95，該電壓用于保護電路。為了提高電路靈活性，減小電路的損耗，增加了使能控制信號ENCR，ENCR高電平時，使能管M4、M5、M34、M36、M29導通，電路關斷。ENCR為低電平時，使能管截止，電路正常工作。系統剛上電時，基準啟動模塊通過信號線SU對電容C0充電，當充電到使M32和M33導通時，電流偏置建立起來，運放開始工作，基準啟動。當基準電壓達到一定值，啟動模塊關閉，此時電容C0成為第一級與第二級放大器之間的頻率補償電容，適當調整其電容值，可調整運算放大器的相位裕度，保證整個電路的工作穩定性。
圖3 帶隙基準源實際電路圖
4.模擬仿真結果
使用華大九天的Aether集成電路設計平臺對所設計的電路進行了電路繪制和仿真，使用CSMC 0.35μm 1P4M混合CMOS工藝，在仿真中進行了工藝角corner分析，分別仿了tt，ff，ss三種情況。
4.1 輸出電壓隨輸入電壓變化
圖4 輸出電壓隨輸入電壓變化仿真結果
從仿真結果看，當輸入電壓大于1.5V時，模塊就能正常工作，輸出電壓穩定，在2V～5V范圍內輸出電壓變化小于0.5mv。三種情況下輸出電壓總偏差小于30mV，而這個偏差主要是因為VEB的離散性造成的，當對帶隙基準的精確性有較高要求時，可以添加修調電路，在芯片加工完成后根據實測情況調整電阻值從而調整輸出基準電壓達到所需要求。
4.2 溫度特性仿真
圖5 輸出電壓隨溫度變化仿真結果
在-40℃～120℃范圍內，tt情況下輸出電壓溫度系數為23ppm，ff情況下溫度系數為22ppm，ss情況溫度系數為30ppm，工作溫度范圍較寬，溫度系數較小。
4.3 瞬態仿真及使能端作用
從圖6的仿真結果可以看出，啟動時間小于30微秒。ss狀態下啟動最慢。當ENCR使能控制端為低電平時正常工作，為高電平時沒有輸出，進入關斷模式，圖7是正常工作與低功耗模式時電源電流的對比。
圖6 瞬態仿真結果
圖7 使能端的作用仿真結果
圖8 基準電壓源電路核心版圖
可以看到，正常工作電流幾十微安，而關斷模式電流只有幾nA，功耗很低。
5.版圖設計與流片結果
上述的仿真結果都是建立在理想起碼模型基礎上的，實際加工過程中由于加工得到的器件參數的偏差造成一定的誤差。MOS管不匹配會造成運算放大器輸入失調，而電阻和PNP管的影響由公式（7）可以得知其絕對值的變化不太會影響到電路特性，其相對比例關系影響較大。
圖9 基準電壓源電路芯片照片
器件的對稱性和匹配性要靠版圖布局加以改善，同時器件參數的選取也很關鍵，如選擇電壓系數和溫度系數較小的多晶硅電阻，使用較寬的電阻條寬度，在面積允許的條件下使用較大發射極面積的PNP管，適當增大運放輸入差分對管的溝道長度等。圖8為所設計的核心版圖，不包含I/O pad的面積大約為475×200μm2。圖9為加工后的芯片照片圖。
6.結束語
本文對同步降壓式轉換器芯片中的帶隙基準電壓源電路進行了設計，并用華大九天的Aether設計平臺進行了詳細的仿真分析，結果表明電路具有較好的電壓穩定性和溫度特性，并且電路有使能控制和軟啟動功能。該電路進行了版圖設計，參加了第三屆“華大九天杯”大學生集成電路設計大賽，并采用CSMC 0.35μm混合CMOS工藝流片。該電路適應性強，經過簡單修改就可作為其他模擬集成電路的基本模塊。本文受北京市大學生科學研究與創業行動計劃項目資助，特此致謝。
參考文獻
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關鍵詞： 微電子學專業微電子技術課程教學改革
在當今的信息時代，微電子學的應用已經深入國民經濟的各個領域。微電子技術的發展需要大量的多種多樣的人才，既需要設計和制造的人才，又需要科研和教學的人才，也需要管理和市場開發等方面的人才。因此，微電子學專業與其他專業一樣要培養高素質的專門人才，在業務素質方面，要培養出既具有扎實的理論基礎又具有很強的技術意識和技術能力的人才，培養出具有微電子背景的理工科復合型專業人才，以適應現代化建設和社會發展的需求。
一、課程現狀
由于受傳統辦學模式的影響很深，學生的學習能力、適應環境的能力還不強。
1.課程設置和教學內容在一定程度上脫離實際需要。許多課程的內容和實施計劃與其他本科專業有相當的雷同，這對基礎相對薄弱的學校學生來說可謂是難上加難，導致掌握的基礎知識不堅實。
2.工程教育的非工程化現象嚴重，學生能力的培養與當前電子技術實際需要的技能結合不緊密；教學內容重復，層次不分明，銜接不科學，注重每門課程理論體系的完整性，但輕視課程之間的橫向聯系。
3.重視教材的編寫，輕視專業建設和課程的開發。
4.授課方式單一，重視教師的主導作用，輕視學生學習的主動性、自主性，實施“以講為主”的教學方法仍然偏重，不利于學生能力的培養。
5.實踐性教學環節薄弱，許多學校對許多課程的教學實施手段與要求相距甚遠。
二、教學內容的改革
1.微電子學專業的學生必須掌握電子線路的基本概念理論和方法，必須系統地學習電路分析基礎、模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎等電子線路的基礎知識。但是這些基礎課程與微電子專業課程的內容有許多重復之處，比如：《電子線路》教材中的內容與微電子學專業的《集成電路設計原理》等課程中的內容有許多重復。為了避免重復，需要有合理的開課時間安排，如《電子線路》課程應安排在《集成電路設計原理》之前，這樣有利于合并課程中相互重疊的部分，既節約課時，又保證學生的系統學習。隨著大規模集成電路和電子計算機的迅速發展，電子電路分析與設計方法發生了重大的變革，以電子計算機輔助分析與設計為基礎的電子設計自動化技術已廣泛應用于電子電路、集成電路與系統的設計之中，它改變了以定量估算和電路實驗為基礎的傳統設計方法，成為現代電子系統設計中的關鍵技術之一，是必不可少的工具與手段。因此，微電子技術專業課程內容應該增加計算機輔助分析與設計，可以與集成電路課程緊密結合起來，以適應教學改革的需要。
2.加強計算機的訓練與應用，EDA設計技術是微電子技術的重要技術之一，集成電路的整個設計過程都普遍使用計算機輔助或電子自動化設計技術的工具，以計算機為基礎，因此培養的學生必須具有很強的計算機應用和電路開發能力。學生在本科四年學習過程中要結合不同時期的學習內容，不斷地進行計算機訓練。不僅在硬件方面，而且在軟件方面，都要進行嚴格的訓練。在學習《計算機基礎》、《B語言》、《微機原理及應用》、《算法與數據結構》等計算機基礎課程期間，要結合上機訓練和編寫基本的程序，使學生熟悉計算機的基本原理和基本軟件的使用。同時，要不斷地更新和補充教學內容，把最新的技術內容引入教學中，對學生進行培養訓練。
三、教學方法的改革
工程性、系統性和適用性強是該課程的顯著特點。大部分學生在學完這門課程后，只是了解了一些專業術語，掌握了一些基本原理及方法，但理論知識運用不夠靈活，稍微復雜的電路圖就看不懂了，也不會分析和調試電路，更談不上設計和制作電路。長期以來，學生對這門課程的學習普遍感到比較吃力，甚至一些學生由于在學習該課程時產生了畏懼感，在以后的學習中凡是遇到跟模擬電路有關聯的課程都不自覺地帶有畏難情緒，從而影響了后續相關專業課程的學習，許多老師反映難教，教學效果比較差。所以必須對傳統的教學手段進行改進。
1.授課。學生注意力的高低，是評判教學成功與否的一個重要指標。微電子技術課程知識點多、內容抽象，學習過程中困難大。傳統的教學手段以板書和理論分析講授為主。這樣的教學過程，學生在學習時聽起來、看起來枯燥乏味，注意力常常不集中，對于該課程中很多抽象的概念難以理解，講課效率低下。而多媒體課件融圖、文、聲為一體，動靜結合，把看、聽、說、寫、想結合在一起，圖文并茂、視聽結合，富有吸引力，能引起學生的無意注意，使學生的注意力穩定集中，可以更好地增強聽課效果。教師交替使用幾種授課方法可有效引導學生將注意力集中到教學中來，從而保證教學質量。
2.開展課堂討論。把時間留給學生，充分調動學生的學習自主性在教學過程中，專門抽出時間留作課堂討論，以學生獨立自主學習為前提，以課外文獻閱讀為討論內容，通過科研專題討論的形式，為學生提供充分自由的表達、質疑、探究、討論問題的機會，將自己所學知識應用于解決實際問題。這樣可調動學生的積極性，促使他們自己去獲取知識以及發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，從而開發學生的智力，培養自學能力及創新能力。
3.實驗和仿真。在集成電路設計及CAD技術教學內容中加入實踐環節，在講授理論知識的基礎上增加VHDL模擬、電路模擬、器件模擬、工藝模擬的實驗教學內容，充分利用學校的EDA實驗資源，在實驗中利用可視化的技術使原本抽象、實驗難度大、成本高或無法演示的內容形象化、可視化，使復雜、枯燥的內容變得直觀、有趣、容易理解，從而充分調動學生的積極性，增強實驗效果，適時進行簡練清晰的解說，給學生留下深刻的印象，使學習變得輕松而愉快，提高學生的學習興趣，深化理論學習，為后續課程的學習和走上工作崗位打下堅實的基礎。在集成電路制造工藝講授過程中，盡可能地組織學生參觀各類先進的半導體制作工藝相關實驗室，提高學生對制作工藝的感性認識，培養學生以后從事微電子行業的興趣。
隨著計算機硬件的飛速進步和軟件技術的迅猛發展，虛擬仿真技術成為當前流行的新型教學手段。傳統的實驗教學手段，由于實驗室購置的設備和儀器，特別是微電子專業的實驗設備價格高昂、操作復雜、容易損傷，同學們很難得到上機鍛煉的機會。而使用基于虛擬仿真技術的教學方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結果直觀明了，既能培養學生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學習興趣，激發學生的創造性。虛擬仿真技術在微電子專業教學中的應用主要體現在兩個方面：一是在電路設計方面，基于電子設計自動化EDA技術實現對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導體工藝和器件的計算機輔助技術TCAD實現對微電子制造工藝和半導體器件結構及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實驗中通過軟件設計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學概念清晰，內容生動，過程可視，還能夠大幅節省實驗設備的購置和維護費用，經濟高效。
4.課程設計。課程設計可以培養學生綜合分析、實際動手能力，同時能夠培養學生獨立解決問題、探索創新能力及組織所學知識的能力，更為重要的是這些設計能增加學生學習的趣味性。教師要組織帶有研制產品意義的綜合性應用課題，指導學生小組做設計。學生可以事先對自己的設計方案進行仿真研究，然后實施，從而節省設計時間，節約體力和精力。課程設計應激發學生的科研興趣，活躍學生的思維，開闊學生的知識面，促進學生對所學知識的綜合運用，培養學生獨研究的能力，提升實驗教學的整體質量和水平。例如以研制有新技術指標要求的集成溫度傳感器為課題，讓學生首先利用計算機做電路綜合、模擬調整、仿真、版圖設計與驗證并制備出掩模版，然后投片到芯片測試，根據測試結果分析問題，必要時返回進行第二次、第三次設計和投片。這個階段要增加工藝制備實踐的環節，注意工藝技術的培養。當然，要在畢業設計的有限時間中成功地研制出一個新的微電子產品是不大可能的，但是，把這種有創新意義的課題讓學生去實踐，對培養學生的創新能力會起很大的作用。
四、結語
目前，我國人才供求結構中存在著嚴重的“所供非所求，所教非所需”的不對稱現象：一方面，我國對集成電路設計師的需求達幾十萬，人才缺口很大，另一方面，我國每年卻有大批的大學生畢業后找不到工作，造成巨大的就業壓力。要解決這一問題，高校教育要針對我國集成電路制造和設計人才缺乏的現狀探索新型的高水平、復合型的集成電路人才培養模式，面向市場，及時了解微電子產業的人才需求情況，根據市場需要，及時調整教學體系，確定人才培養方向，探索新的教學模式，有效提高教學質量，培養適合時展需要的人才。
參考文獻：
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