集成電路的設計方法及步驟范文

導語：如何才能寫好一篇集成電路的設計方法及步驟，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：集成電路工藝原理；教學內(nèi)容；教學方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學院電子科學與技術系，副教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海自然科學基金（B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設項目（10110502200）資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）29-0046-01

微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展急需大量的高質(zhì)量集成電路人才。優(yōu)秀的集成電路設計工程師需要具備一定工藝基礎，集成電路工藝設計和操作人員更需要熟悉工藝原理及技術，以便獲得性能優(yōu)越、良率高的集成電路芯片。因此“集成電路工藝原理”是微電子專業(yè)、電子科學與技術專業(yè)和其他相關專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其主要內(nèi)容是介紹VLSI制造的主要工藝方法與原理，培養(yǎng)學生掌握半導體關鍵工藝方法及其原理，熟悉集成電路芯片制作的工藝流程，并具有一定工藝設計及分析、解決工藝問題的能力。課程的實踐性、技術性很強，需要大量的實踐課程作為補充。但是超大規(guī)模集成電路的制造設備價格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，運轉(zhuǎn)與維護費用很大，國內(nèi)僅有幾所大學擁有供科研、教學用的集成電路工藝線或工藝試驗線，很多高校開設的實驗課程僅為最基本的半導體平面工藝實驗，僅可以實現(xiàn)氧化、擴散、光刻和淀積等單步工藝，而部分學校僅能開設工藝原理理論課程。所以，如何在理論教學的模式下，理論聯(lián)系實踐、提高教學質(zhì)量，通過課程建設和教學改革，改善集成電路工藝原理課程的教學效果是必要的。如何利用多種可能的方法開展工藝實驗的教學、加強對本專業(yè)學生科學實驗能力和實際工作能力以及專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)、提高微電子工藝課程的教學質(zhì)量，是教師所面臨的緊迫問題。

一、循序漸進，有增有減，科學安排教學內(nèi)容

1.選擇優(yōu)秀教材

集成電路的復雜性一直以指數(shù)增長的速度不斷增加，同時國內(nèi)的集成電路工藝技術與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，故首先考慮選用引進的優(yōu)秀國外教材。本課程首選教材是國外電子與通信教材系列中美國James D.Plummer著的《硅超大規(guī)模集成電路工藝技術—理論、實踐與模型》中文翻譯本。這本教材的內(nèi)容豐富、全面介紹了集成電路制造過程中的各工藝步驟；同時技術先進，該書包含了集成電路工藝中一些前沿技術，如用于亞0.125μm工藝的最新技術、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝。另外，該書與其他硅集成電路工藝技術的教科書相比，具有顯著的兩個優(yōu)點：其一是在書中第一章就介紹了一個完整的工藝過程。在教學過程中，一開始就對整個芯片的全部制造過程進行全面的介紹，有且與學生正確建立有關后續(xù)章節(jié)中將要討論的各個不同的特定工藝步驟之間的相互聯(lián)系；其二是貫穿全書的從實際工藝中提取的“活性”成分及工藝設計模擬實例。這些模擬實例有助于清楚地顯示如氧化層的生長過程、摻雜劑的濃度分布情況或薄膜淀積的厚度等工藝參數(shù)隨著時間推進的發(fā)展變化，有助于學生真正認識和理解各種不同工藝步驟之間極其復雜的相互作用和影響。同時通過對這些模擬工具的學習和使用，有助于理論聯(lián)系實際，提高實踐教學效果。因而本教材是一本全面、先進和可讀性強的專業(yè)書籍。

2.科學安排教學內(nèi)容

如前所述，本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設計和分析能力。本課程僅32學時，而教材分11章，共602頁，所以課堂授課內(nèi)容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內(nèi)容。對非關鍵工藝，如第1章的半導體器件，如PN二極管、雙極型晶體管等知識已經(jīng)在前續(xù)基礎課程“半導體物理2”和“半導體器件3”中詳細介紹，所以在課堂上不進行講授。另一方面，合理安排教材內(nèi)容的講授次序。教材在講授晶片清洗后即進入光刻內(nèi)容，考慮工藝流程的順序進行教學更有利于學生理解，沒有按照教條的章節(jié)順序，教學內(nèi)容改變?yōu)榘凑涨逑础⒀趸U散、離子注入、光刻、薄膜淀積、刻蝕、后端工藝、工藝集成等順序進行。

另一方面，關注集成電路工藝的最新進展，及時將目前先進、主流的工藝技術融入課程教學中，如在課堂教學中介紹INTEL公司即將投產(chǎn)的采用了22nm工藝的代號為“Ivy Bridge”的處理器等。同時，積極邀請企業(yè)工程師或?qū)＜议_展專題報告，將課程教學和行業(yè)工藝技術緊密結(jié)合，提高學生的積極性及主動性，提高教學效果。

3.引導自主學習

半導體產(chǎn)業(yè)正飛速發(fā)展，需要隨時跟蹤集成電路制造工藝的發(fā)展動態(tài)、技術前沿以及遇到的挑戰(zhàn)，給學生布置若干集成電路工藝發(fā)展前沿與技術動態(tài)相關的專題，讓學生自行查閱、整理資料，每一專題選派同學在課堂上給大家講解。例如，在第一章講解集成電路工藝發(fā)展歷史時，要求同學前往國際半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)劃網(wǎng)站，閱讀最新年份的國際半導體技術發(fā)展路線圖，完成如最小特征指標、工作電壓等相關技術指數(shù)的整理并作圖說明發(fā)展趨勢等。這樣一方面激發(fā)了學生的求知欲，另一方面培養(yǎng)學生自我學習提高專業(yè)知識的能力。

二、豐富教學手段，進行多樣化、形象化教學

篇2

一、EDA技術的定義及構(gòu)成

所謂EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)。它是以計算機為工作平臺，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以EDA工具軟件為開發(fā)環(huán)境，以大規(guī)模可編程邏輯器件PLD(ProgrammableLogicDevice)為設計載體，以專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、單片電子系統(tǒng)SOC(SystemOnaChip)芯片為目標器件，以電子系統(tǒng)設計為應用方向的電子產(chǎn)品自動化設計過程[J]。在此過程中，設計者只需利用硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionlanguage)，在EDA工具軟件中完成對系統(tǒng)硬件功能的描述，EDA工具便會自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒１M管目標系統(tǒng)是硬件，但整個設計和修改過程如同完成軟件設計一樣方便和高效。

現(xiàn)代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。EDA技術研究的對象是電子設計的全過程，有系統(tǒng)級、電路級和物理級各個層次的設計。EDA技術研究的范疇相當廣泛，從ASIC開發(fā)與應用角度看，包含以下子模塊：設計輸入子模塊、設計數(shù)據(jù)庫子模塊、分析驗證子模塊、綜合仿真子模塊和布局布線子模塊等。EDA主要采用并行工程和“自頂向下”的設計方法，然后從系統(tǒng)設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用VHDL等硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，其對應的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐贰?/p>

二、EDA技術的發(fā)展

EDA技術的發(fā)展至今經(jīng)歷了三個階段：電子線路的CAD是EDA發(fā)展的初級階段，是高級EDA系統(tǒng)的重要組成部分。它利用計算機的圖形編輯、分析和存儲等能力，協(xié)助工程師設計電子系統(tǒng)的電路圖、印制電路板和集成電路板圖。它可以減少設計人員的繁瑣重復勞動，但自動化程度低，需要人工干預整個設計過程。

EDA技術中級階段已具備了設計自動化的功能。其主要特征是具備了自動布局布線和電路的計算機仿真、分析和驗證功能。其作用已不僅僅是輔助設計，而且可以代替人進行某種思維。

高級EDA階段，又稱為ESDA(電子系統(tǒng)設計自動化)系統(tǒng)。過去傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)電子產(chǎn)品的設計方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，設計者先對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分塊，直接進行電路級的設計。EDA技術高級階段采用一種新的設計概念：自頂而下(TOP-Down)的設計程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的設計方法，設計者的精力主要集中在所設計電子產(chǎn)品的準確定義上，EDA系統(tǒng)去完成電子產(chǎn)品的系統(tǒng)級至物理級的設計。此階段EDA技術的主要特征是支持高級語言對系統(tǒng)進行描述。可進行系統(tǒng)級的仿真和綜合。

三、基于EDA技術的電子系統(tǒng)設計方法

1.電子系統(tǒng)電路級設計

首先確定設計方案，同時要選擇能實現(xiàn)該方案的合適元器件，然后根據(jù)具體的元器件設計電路原理圖。接著進行第一次仿真，包括數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析和瞬態(tài)分析。系統(tǒng)在進行仿真時，必須要有元件模型庫的支持，計算機上模擬的輸入輸出波形代替了實際電路調(diào)試中的信號源和示波器。這一次仿真主要是檢驗設計方案在功能方面的正確性。仿真通過后，根據(jù)原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡表進行PCB板的自動布局布線。在制作PCB板之前還可以進行后分析，包括熱分析、噪聲及竄擾分析、電磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以將分析后的結(jié)果參數(shù)反標回電路圖，進行第二次仿真，也稱為后仿真，這一次仿真主要是檢驗PCB板在實際工作環(huán)境中的可行性。

可見，電路級的EDA技術使電子工程師在實際的電子系統(tǒng)產(chǎn)生之前，就可以全面了解系統(tǒng)的功能特性和物理特性，從而將開發(fā)過程中出現(xiàn)的缺陷消滅在設計階段，不僅縮短了開發(fā)時間，也降低了開發(fā)成本。

2.系統(tǒng)級設計

系統(tǒng)級設計是一種“概念驅(qū)動式”設計，設計人員無須通過門級原理圖描述電路，而是針對設計目標進行功能描述。由于擺脫了電路細節(jié)的束縛，設計人員可以把精力集中于創(chuàng)造性概念構(gòu)思與方案上，一旦這些概念構(gòu)思以高層次描述的形式輸入計算機后，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅(qū)動的方式自動完成整個設計。

系統(tǒng)級設計的步驟如下：

第一步：按照“自頂向下”的設計方法進行系統(tǒng)劃分。

第二步：輸入VHDL代碼，這是系統(tǒng)級設計中最為普遍的輸入方式。此外，還可以采用圖形輸入方式(框圖、狀態(tài)圖等)，這種輸入方式具有直觀、容易理解的優(yōu)點。

第三步：將以上的設計輸入編譯成標準的VHDL文件。對于大型設計，還要進行代碼級的功能仿真，主要是檢驗系統(tǒng)功能設計的正確性，因為對于大型設計，綜合、適配要花費數(shù)小時，在綜合前對源代碼仿真，就可以大大減少設計重復的次數(shù)和時間，一般情況下，可略去這一仿真步驟。

第四步：利用綜合器對VHDL源代碼進行綜合優(yōu)化處理，生成門級描述的網(wǎng)表文件，這是將高層次描述轉(zhuǎn)化為硬件電路的關鍵步驟。綜合優(yōu)化是針對ASIC芯片供應商的某一產(chǎn)品系列進行的，所以綜合的過程要在相應的廠家綜合庫支持下才能完成。綜合后，可利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行適配前的時序仿真，仿真過程不涉及具體器件的硬件特性，較為粗略。一般設計，這一仿真步驟也可略去。

第五步：利用適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化和布局布線。:

第六步：將適配器產(chǎn)生的器件編程文件通過編程器或下載電纜載入到目標芯片F(xiàn)PGA或CPLD中。如果是大批量產(chǎn)品開發(fā)，通過更換相應的廠家綜合庫，可以很容易轉(zhuǎn)由ASIC形式實現(xiàn)。

四、前景展望

21世紀將是EDA技術的高速發(fā)展時期，EDA技術是現(xiàn)代電子設計技術的發(fā)展方向，并著眼于數(shù)字邏輯向模擬電路和數(shù)模混合電路的方向發(fā)展。EDA將會超越電子設計的范疇進入其他領域隨著集成電路技術的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)正朝著更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系統(tǒng)級芯片(SoC，SystemonChip)方向發(fā)展，借助于硬件描述語言的國際標準VHDL和強大的EDA工具，可減少設計風險并縮短周期，隨著VHDL語言使用范圍的日益擴大，必將給硬件設計領域帶來巨大的變革。

參考文獻：

[1]譚會生，張昌凡.EDA技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.

篇3

關鍵詞： 硬件木馬； 防御； 迷惑電路； 密鑰

中圖分類號： TN495?34； TN918 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）20?0001?03

Abstract： Hardware Trojans draw more and more attention of the academia and industrial community because of its huge potential threat in recent years. Trojans may be inserted in all the current main IC design process. Considering the Trojans inserting mechanism， a hardware Trojan prevention method based on secret keys is proposed， which is realized by adding initial sequence （secret keys）， confusing circuit and redundant circuit， and hiding the original circuit with correct function. The result based on a large number of test vectors shows that the optimized prevention circuit can effectively prevent the normal circuit to be attacked by the Trojans in the case of not spending more extra circuit resources.

Keywords： hardware Trojan； prevention； confusing circuit； secret key

0 引 言

在過去幾十年里，集成電路已經(jīng)滲透到人類社會活動現(xiàn)代科技的各個領域，包括在金融、軍事、工業(yè)、交通等關乎國家命脈的領域，因此確保集成電路的安全性與可靠性變得尤為重要。如何確保集成電路中不含硬件木馬是一個非常困難的問題[1]。隨著電路節(jié)點數(shù)目成指數(shù)增長，并且ASIC的門電路規(guī)模越來越大，這使得無論是窮舉測試還是形式驗證都逐漸失效。傳統(tǒng)的集成電路測試和驗證的主要目標是檢測集成電路的實際運行狀態(tài)和預期的是否一致。一般情況下，很難檢測到電路是否增加了額外的功能單元，而且隨著電路的門規(guī)模越來越大，創(chuàng)建足夠小并且高故障覆蓋率的測試向量集愈加困難。如果在測試階段，硬件木馬沒有被激活，木馬就幾乎不會被檢測到。至今還沒有一種方法可以檢測出所有的硬件木馬。雖然目前已經(jīng)有了多種多樣的檢測技術，但是這些檢測方法只能檢測出已知的一種或者一類硬件木馬。硬件木馬設計者會避開已有的木馬檢測機制，設計出用目前檢測方法不能檢測出來的硬件木馬。因此對硬件木馬的預防就很有必要。Potkonjak等人在硬件木馬防御方面做出了有意義的研究[2]――可以使用不可信的EDA工具設計出可信的集成電路。他主要是通過在任意時刻都充分利用所有的硬件資源，從而使木馬由于缺少硬件資源而無法植入，片上的硬件資源要全部被用來實現(xiàn)集成電路的正確功能。Baumgarten等人提出了通過使用可重構(gòu)邏輯防御木馬的攻擊[3]。Makris等人在一定程度上解決了關于集成電路制造過程中的不可信問題[4]，他們提出了一個系統(tǒng)，IP消費者提供硬件規(guī)格和與安全相關的屬性。IP消費者和IP制造商必須都同意把這些屬性轉(zhuǎn)化為用定理證明語言編寫的形式數(shù)學編碼。

基于Baumgarten等人提出的電路模糊技術的思想，本文提出了一種基于密鑰的電路預防技術，在電路設計階段考慮到木馬一般是在受到一些罕見狀態(tài)觸發(fā)后才會激活起來，通過加入迷惑電路模塊[5]，或者增加電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的復雜度，隱藏電路相關信息，使入侵者無法正確分析出正常電路信息，從而進行錯誤的植入，把木馬植入到迷惑電路，插入的木馬電路無法正常工作，從而達到預防木馬保護電路的目的。

1 硬件木馬的隱藏插入設計原理

硬件木馬的組成包括觸發(fā)模塊和有效載荷兩部分，觸發(fā)模塊通過巧妙設置觸發(fā)條件來激活木馬電路，而有效載荷是木馬觸發(fā)后發(fā)揮攻擊功能的電路模塊[6]。圖1所示為一個簡單的組合電路硬件木馬示例，示例中木馬侵入了正常電路的ER節(jié)點，將觸發(fā)模塊的輸出與原始的ER模塊輸入進行異或操作，異或結(jié)果ER*取代了原始的ER。一般情況下，ER*的值和ER的值是一樣的，由正常電路F（x1，x2，…，xn）決定，這時硬件木馬是潛伏的并不會改變原始電路的功能。當節(jié)點[a，b，c，d，e，f]的值為101011時，木馬的Payload部分起作用，篡改ER值為ER*值，影響了電路的正常功能，對電路造成了影響。本例子所給的硬件木馬觸發(fā)條件非常簡單，節(jié)點[a，b，c，d，e，f]的值只有64種排列組合情況，在常規(guī)的功能驗證測試過程中，可以比較容易地遍歷到節(jié)點[a，b，c，d，e，f]的101011這個值，從而發(fā)現(xiàn)木馬。實際的硬件木馬設計過程中，會更加注意木馬的隱藏性，避免在常規(guī)的功能驗證過程中硬件木馬就被發(fā)現(xiàn)。

2 基于密鑰的硬件木馬預防機制

2.1 增加迷惑電路和密鑰

考慮到第1節(jié)中提到的硬件木馬的觸發(fā)設計機制，硬件木馬設計者喜歡使用一些低翻轉(zhuǎn)概率的信號作為觸發(fā)條件，因此在所設計的正常電路的基礎上，增加了迷惑電路模塊和初始序列模塊來預防硬件木馬[7]。如圖2所示。同時，增加迷惑電路模塊中低概率能到達的狀態(tài)，而在正常電路模塊里增加了不影響正常功能的測試過程中可以到達的實際正常功能不會到達的冗余狀態(tài)。

如圖2所示，在測試階段，不用正確的初始序列（K1，K2，K3），則狀態(tài)轉(zhuǎn)移進入迷惑電路模塊。攻擊者在分析電路的時候，由于電路大部分情況都在迷惑電路中運轉(zhuǎn)，攻擊者就有很大的可能性將木馬插入到迷惑電路中的罕見狀態(tài)里，如圖2中木馬1所示。由于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件使然，迷惑電路的每個狀態(tài)都會到達。所以木馬在測試階段就會激發(fā)。不過，由在正常使用過程中，并不會進入迷惑電路，所以被攻擊者插入到迷惑電路中的硬件木馬并不會起作用。

2.2 增加正常電路模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移的復雜度

考慮到攻擊者在電路分析過程中仍然會有一定可能性將硬件木馬插入到圖3中正常電路的狀態(tài)（0～5）中，為此，在正常電路中也額外增加了冗余狀態(tài)（6～9），如圖3所示。而冗余狀態(tài)不影響正常功能，且在測試過程中可以到達但實際正常功能不會到達。

在正常使用時，通過正確的初始序列，狀態(tài)轉(zhuǎn)移進入正確電路模塊。但是，冗余狀態(tài)在測試過程中相比正常電路也是一種罕見到達的狀態(tài)，所以冗余電路也會受到攻擊者的“青睞”從而將木馬插入到冗余狀態(tài)中。如圖3中的冗余狀態(tài)（6～9），只有在狀態(tài)1的情況下，有著合適的條件（精心設計的條件，測試的時候滿足，正常電路運轉(zhuǎn)時永遠不滿足），才進入冗余狀態(tài)6，從而經(jīng)過其他冗余狀態(tài)（7～9）。如果到達狀態(tài)1，一直都不出現(xiàn)合適的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，那么即使在狀態(tài)（6～9）中入了木馬2，木馬2也不會在芯片正常使用的時候被激活。

加入迷惑電路模塊和初始序列模塊，還有冗余狀態(tài)后，電路能夠從那些不能到達的狀態(tài)或者一定到達的狀態(tài)獲得益處。如果根據(jù)下面的步驟，不能到達的狀態(tài)的獲取趨向最優(yōu)。首先，從所給的電路可以得S個狀態(tài)元素，則枚舉出2S 種所有可能的狀態(tài)。然后，這些狀態(tài)經(jīng)過軟件進行調(diào)整[8]。調(diào)整后的狀態(tài)就是失效的，這就組成了一系列的不能到達的狀態(tài)。

3 實驗驗證

3.1 測試流程

以下是測試的步驟：

已知輸入：正常電路的網(wǎng)表，全部電路的網(wǎng)表，面積增量閾值，電路的狀態(tài)數(shù)量，初始化序列的長度；

（1） 假設額外增加的狀態(tài)元素為N，正常電路的狀態(tài)元素為S，其中S是從電路隨機選取的；

（2） 通過調(diào)整狀態(tài)序列，找出正常電路中不能到達的狀態(tài)；

（3） 對額外添加的狀態(tài)元素進行加密，讓其變得復雜；

（4） 產(chǎn)生額外電路的隨機轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖；

（5） 產(chǎn)生長度為K的初始化序列；

（6） 產(chǎn)生整個電路的寄存器級電路，產(chǎn)生正常電路的寄存器級電路；

（7） 得出面積的增量；

（8） 回到步驟1，將N減1，S減1，直到面積增量小于面積增量閾值，滿足條件。

以上步驟能夠通過仿真工具自動完成。測試電路和激勵都可以用狀態(tài)機代碼自動生成器來實現(xiàn)[9]。在大量的隨機測試矢量激勵的條件下，利用仿真工具統(tǒng)計電路中間節(jié)點信號的翻轉(zhuǎn)概率。

3.2 結(jié)果分析

如圖4所示，設置N=100，S的值在0～N中變化（S均分到迷惑電路和冗余電路），密鑰為3位初始序列，通過modelsim代碼覆蓋率[10]的功能，分別得到測試電路迷惑模塊（迷惑電路+冗余電路）和正常電路模塊的信號翻轉(zhuǎn)覆蓋率Toggle比值，以評估預防電路的效果。迷惑模塊和正常電路的硬件開銷通過Quartus Ⅱ軟件綜合后的compilation report獲得。圖4中硬件開銷單位LE為Logic Element的縮寫。由圖4可看出，在S=60左右時，迷惑模塊的硬件開銷已經(jīng)堪比正常電路的開銷，并且隨著S的繼續(xù)增大，迷惑模塊的硬件開銷會繼續(xù)增大，但是實際上是有硬件開銷增量（面積增量開銷）的限制。而Toggle比值大概在S=47時達到1，并且隨著S的繼續(xù)增大，Toggle比值也會繼續(xù)增大，要想迷惑模塊能夠有效起到迷惑作用，顯然在仿真的時候宏觀上迷惑電路的活躍度（即Toggle統(tǒng)計值）不能大于正常電路的活躍度。由圖4可知迷惑功能的最具效率值和硬件開銷增量不是在一個點達到最優(yōu)的，在有面積增量開銷的限制條件下，需要在兩者之間權衡，以取得一個最優(yōu)的N值。另外從圖4也可看出，在S>47時，迷惑/正常Toggle比值大于1，此時迷惑電路吸引木馬的能力下降，但是冗余/正常Toggle比值仍然遠小于1，冗余電路吸引木馬的能力依然很強。綜上，在面積開銷限制的條件下，迷惑電路和冗余電路迷惑木馬的能力還是可以預見的。

4 結(jié) 論

如果在龐大的集成電路芯片中，不可信賴的制造廠商已經(jīng)植入具有嚴重安全威脅的木馬。傳統(tǒng)的邏輯測試和檢測應用技術也不能完全檢測所以木馬，保證芯片的安全。但提出利用少有的迷惑電路設計方法卻達到有效保護電路避免被木馬侵害的目的。迷惑設計使得攻擊者很難去分析電路的功能，導致木馬的植入失效。實驗結(jié)果也充分驗證了本方法的可行性和有效性。當然，硬件木馬有很多種，本方法做RTL級硬件木馬預防的研究有一定局限性，并不能預防所有的硬件木馬，更全面的硬件木馬預防技術仍然需要進一步研究。

參考文獻

[1] MIRON A， PAUL B， KUMAR D K， et al. Rccongurable design?for?debug in?frastructure for SoCs [J]. IEEE electron device letters， 2009， 21 （3）： 123?126.

[2] POTKONJAK M. Synthesis of trustable ICS using untrusted cad tools [C]// proceedings of the 47th Design Automation Conference. Austin TX， USA： ACM Press， 2010： 633?634.

[3] BAUMGARTEN A， STE?EN M， CLAUSMAN M， et al. A case study in hardware Trojan design and implementation [J]. International journal of information security， 2011， 10 （1）： 1?14.

[4] LOVE E， JIN Y， MAKRIS Y. Enhancing security via provably trustworthy hardware intellectual property [C]// IEEE International Symposium on Hardware?Oriented Security and Trust. San Diego， CA， USA： IEEE， 2011： 12?17.

[5] CHAKRABORTY R S， BHUNIA S. Security against hardware Trojan through a novel application of design obfuscation [C]// IEEE/ACM International Conference on Computer?aided Design. San Jose， CA， USA： ACM Press， 2009： 113?116.

[6] WOLFF F， PAPACHRISTOU C， BHUNIA S， et al. Towards Trojan?free trusted ICs：problem analysis and detection scheme [C]// Design， Automation and Test in Europe （DATE`2008）. Dresden， Germany： German Press， 2008： 1362?1365.

[7] XAKELLIS M G， NAJM F N. Statistical estimation of the switching activity in digital circuitsy [C]// 31st Design Automation Conference. Austin TX， USA： ACM Press， 1994： 728?733.

[8] BRUNVAND Erik.數(shù)字VLSI 芯片設計：使用Cadence和SynopsysCAD工具[M].周潤德，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

篇4

當今社會是信息化發(fā)展迅猛的社會，各種高新技術不斷涌現(xiàn)出來，通信系統(tǒng)顯得尤為重要，通信系統(tǒng)與集成電路已經(jīng)密不可分了。如何利用集成電路工藝設計出高性能的集成電路是電子信息技術產(chǎn)業(yè)急需解決的問題。該文將要簡要介紹光纖通信光電集成電路工藝設計分析。

關鍵詞：

現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設計分析

隨著國家的發(fā)展，社會的進步，人類的生活已經(jīng)離不開通信方式了，各種各樣的交流活動都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對來說特別落后，時間也會非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應用最廣泛的一種。

1什么是光纖通信

近幾年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導纖維作為信號傳輸介質(zhì)的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點。如今社會我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，同時它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動中。光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復原信息。隨著信息技術傳輸速度日益更新，光纖技術已得到廣泛的重視和應用。在多微機電梯系統(tǒng)中，光纖的應用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術在電梯上的應用，大大提高了整個控制系統(tǒng)的反應速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。

2集成電路的實現(xiàn)

集成工藝技術也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。當下，利用光電集成電路實現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個實驗室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了，這就是光電集成電路速度越來越快的原因。

3光纖通信現(xiàn)狀

光纖通信技術的發(fā)展帶動了光纖產(chǎn)業(yè)的進步。想要實現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來實現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來設計集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅(qū)動、時鐘恢復、數(shù)據(jù)判決、復接、光接收放大等各種類型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實現(xiàn)，這是因為電路也可以設計成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實現(xiàn)高速光發(fā)射機與接收機的真正困難所在是激光二極管和光檢測器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無法進行混合集成的。沒有合適的匹配網(wǎng)絡將基帶數(shù)據(jù)信號從激光二極管連接到驅(qū)動器或者從光檢測器連接到前置放大器上，就會大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來實現(xiàn)是十分簡便的。利用光集成電路實現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的。現(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個設計工藝的難點在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設計出光電集成電路。現(xiàn)實很殘酷，大家仍需努力。

4光電集成電路

光發(fā)射機光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅(qū)動電路構(gòu)成的。集成電路其中包括了電子元器件結(jié)構(gòu)的生長、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長的襯底上，大概需要三個工序來集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機構(gòu)和激光結(jié)構(gòu)，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實現(xiàn)了一個量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術尚未成熟，只能用解離的方法來完成，所以說集成激光驅(qū)動器電路還有很大的空間有待開發(fā)。光電集成電路分別是由光檢測器、前置放大器以及主放大器構(gòu)成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時鐘恢復和分接電路。光檢測器的集成是光電集成電路中最重要的一個部分，而金屬-半導體-金屬光檢測器（MSM）因為只需要少步驟的追加工藝，和如名字一般較為實惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測器和p-i-n被廣泛運用的同時也被單片集成光接收機廣泛的使用著。在設計中第一級為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇撦d，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負反饋，電平位移級使用的是兩級源級跟隨器，它被接入到后面，與此同時，又需要引進一個肖特基二極管，這樣就起到了一個降低反饋點的直流電平所特需的水平的作用，達到了這樣一個效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。

5主要工藝流程

第一步，我們要準備好充足的材料，對材料進行結(jié)構(gòu)和參數(shù)方面的設計計算，并確定材料的外延生長，來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對PD臺面進行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過把PD臺面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進行器件的隔離工作，仍然使用臺面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來，想要實現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質(zhì)，這樣不僅保護了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質(zhì)。

6結(jié)束語

光纖通信技術作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會當中，光纖通信技術得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來越多的新技術涌現(xiàn)出來，我國的通信技術水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價值也在悄悄地擴張。但是光纖通信技術為了迎合網(wǎng)絡時代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場的主流地位。我相信隨著光通信技術更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會對整個通信行業(yè)甚至社會的進步起到舉足輕重的作用。

參考文獻：

[1]付雪濤.集成電路工藝化學品標準體系探討[J].信息技術與標準化,2013(Z1).

[2]白晉軍,李鴻強.淺談多媒體技術在集成電路工藝教學過程中的利與弊[J].教育教學論壇,2013(42).

[3]湯乃云.“集成電路工藝原理”課程建設與教學改革探討[J].中國電力教育,2012(29).

[4]李琦,趙秋明,段吉海.工程教育背景下“集成電路工藝”的教學探索[J].中國電子教育,2011(01).

篇5

 

近年來，我國高等職業(yè)技術教育發(fā)展迅猛，規(guī)模迅速擴大。另一方面，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)對技能型勞動人才的需求大幅增加，對技能型勞動人才的綜合能力亦提出了更高的要求。雖然對高等教育大眾化和社會經(jīng)濟的發(fā)展作出了突出的貢獻，但也帶來了突出的問題。課程體系是一個專業(yè)所設置的課程相互間的分工與配合，課程體系是否合理直接關系到培養(yǎng)人才的質(zhì)量。高等學校課程體系主要反映在基礎課與專業(yè)課、理論課與實踐課、必修課與選修課之間的比例關系上。課程改革是高職教學改革的核心和難點。由于高職開設微電子技術專業(yè)的時間較短、學校較少，形成半導體產(chǎn)業(yè)鏈的區(qū)域還比較少，因此對微電子技術專業(yè)的人才定位、課程體系等都還不很完善，從而給本專業(yè)的人才培養(yǎng)帶來不確定因素，不利于專業(yè)的發(fā)展，也難以滿足微電子技術行業(yè)企業(yè)對人才的需求。本文即針對以上問題展開一些有益的探討與實踐。

 

一、構(gòu)建課程體系的總體思路

 

構(gòu)建微電子技術專業(yè)課程體系的總體思路是以微電子行業(yè)職業(yè)崗位需求為依據(jù)，以素質(zhì)培養(yǎng)為基礎，以技術應用能力為核心，構(gòu)建基于工作過程的課程體系。實施學院“四環(huán)相扣”的工學結(jié)合人才培養(yǎng)模式，將“能力標準、模塊課程、工學交替、職場鑒定”的四個環(huán)節(jié)完整統(tǒng)一，環(huán)環(huán)相扣，充分體現(xiàn)了高職教育工學結(jié)合的人才培養(yǎng)思想，努力為社會培養(yǎng)優(yōu)秀高端技能型人才。

 

1.基于工作過程的課程體系的理論基礎。基于工作過程的課程體系的理論基礎，主要從德國“雙元制”職業(yè)教育學習論和教學論的角度闡述構(gòu)建基于工作過程的課程體系的理論依據(jù)。工作過程系統(tǒng)化的課程體系必須針對職業(yè)崗位進行分析，整理出具體的、能夠涵蓋職業(yè)崗位全部工作任務的若干典型工作過程，按照人的職業(yè)能力的形成規(guī)律進行序列化，從中找出符合職業(yè)崗位要求的技術知識和破譯出隱性的工作過程知識，并以工作任務為核心，組織技術知識和工作過程知識[2]。通過完全打破原有學科體系，按照企業(yè)實際的工作任務、工作過程和工作情境組織課程，形成圍繞工作過程的新型教學項目的“綜合性”課程開發(fā)。

 

2.行業(yè)、企業(yè)等用人單位調(diào)研。通過調(diào)研國內(nèi)(“成渝經(jīng)濟區(qū)”為主)微電子技術行業(yè)、企業(yè)等用人需求和要求，了解現(xiàn)有高職微電子技術專業(yè)學生就業(yè)情況、用人單位反饋意見及人才供需中存在的問題。電子信息產(chǎn)業(yè)是重慶市國民經(jīng)濟的第一支柱產(chǎn)業(yè)。重慶市“十二五”規(guī)劃建議提出，培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。把新一代信息產(chǎn)業(yè)建設為重要支柱產(chǎn)業(yè)，建設全球最大的筆記本電腦加工基地、建設通信設備、高性能集成電路、光伏組件及系統(tǒng)、新材料等重點產(chǎn)業(yè)鏈(集群)，建成國家重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)基地。以集成電路產(chǎn)業(yè)的重點項目為牽引，建成包括芯片制造、封裝、測試、模擬及混合集成電路設計和制造等項目的產(chǎn)業(yè)集群，形成較為完善的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈;四川電子信息產(chǎn)業(yè)未來5年將邁萬億元，成渝經(jīng)濟區(qū)將打造成西部集成電路的產(chǎn)業(yè)高地。隨著惠普、富士康、英業(yè)達、廣達集團等世界級的IT巨頭進入成渝，未來幾年IT人才需求在20萬以上，而現(xiàn)在成渝地區(qū)每年培養(yǎng)的相關人才不過2萬人左右，遠遠不能滿足社會需求。市場需求的調(diào)查表明，近年來成渝地區(qū)IC制造、IC封裝及測試、IC版圖設計等崗位的微電子技術應用型人才緊缺。同時調(diào)研表明半導體行業(yè)企業(yè)卻難以招到滿意的人才，學生在校學非所用，用非所學，實踐動手能力、社會適應能力、責任意識、職業(yè)素養(yǎng)難以滿足企業(yè)要求。

 

3.形成專業(yè)定位，確定培養(yǎng)目標。根據(jù)存在的問題及半導體產(chǎn)業(yè)鏈過程：集成電路設計裸芯片精細加工封裝測試芯片應用PCB設計制造，充分掌握現(xiàn)有微電子技術專業(yè)課程體系建設的基礎及存在的問題，形成重慶電子工程職業(yè)學院微電子技術專業(yè)定位，確定培養(yǎng)目標：培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展;掌握微電子技術專業(yè)領域必備的基礎知識、專業(yè)知識;有較強的崗位職業(yè)技能和職業(yè)能力;面向集成電路設計、芯片制造及其相關電子行業(yè)企業(yè)，滿足生產(chǎn)、建設、服務和管理第一線的優(yōu)秀高端技能型專門人才。畢業(yè)生應該既掌握微電子方面的基本技術，又具有很強的實際操作能力。具體可從事崗位：集成電路版圖設計;半導體器件制造;IC制造、測試、封裝;電子工藝(半導體)設備運行、維護與管理;簡單電子產(chǎn)品的設計與開發(fā);電子產(chǎn)品的銷售與售后服務，并為技術負責人、項目經(jīng)理等后續(xù)提升崗位奠定良好基礎。

 

二、構(gòu)建基于工作過程的學習領域課程體系

 

對專業(yè)核心課程的構(gòu)建采用“微電子行業(yè)專家確定典型工作任務學校專家歸并行動領域微電子行業(yè)專家論證行動領域?qū)W校專家開發(fā)學習領域校企專家論證課程體系”的“五步工作機制”，實現(xiàn)校企專家共同參與課程體系設計。通過工作任務歸并法，實現(xiàn)典型工作任務到行動領域轉(zhuǎn)換，通過工作過程分析法，實現(xiàn)從行動領域到學習領域轉(zhuǎn)換，通過工作任務還原法，實現(xiàn)從學習領域到學習情境轉(zhuǎn)換的“三階段分析法”，構(gòu)建基于工作過程的微電子技術專業(yè)課程體系和教學內(nèi)容，獲得人才培養(yǎng)目標、課程體系、課程教學方案“三項主要成果”。即“533”課程設計方法。

 

1.確定典型工作任務。所謂典型工作任務是指一個復雜的職業(yè)活動中具有結(jié)構(gòu)完整的工作過程，它是職業(yè)工作中同類工作任務的歸類，能表現(xiàn)出職業(yè)工作的內(nèi)容和形式，并具有該職業(yè)的典型意義。我院召集企業(yè)專家和工作在一線的工程師、技術員，與學院的微電子技術專業(yè)教師一起，召開課程開發(fā)座談會，進行微電子技術課程體系開發(fā)：以“集成電路(版圖)設計晶圓制造封裝測試表面貼裝”工作過程為主線，與行業(yè)企業(yè)一線技術骨干、專家解析微電子技術專業(yè)崗位中版圖設計師、半導體芯片制造工、IC測試助理工程師、SMT工程師、FPGA助理工程師等典型崗位，得出行動領域所具有的專業(yè)素質(zhì)、知識與能力。

 

2.確定行動領域。工作過程系統(tǒng)化課程是按照工作過程要求序化知識、能力和素質(zhì)，是以工作過程為參照物，將陳述性知識與過程知識整合、理論知識與實踐知識整合，在陳述性知識總量沒有變化的情況下，增加經(jīng)驗以及策略方面的“過程性知識”[3]。對典型工作任務進行歸納，確定行動領域。將本專業(yè)52個典型工作任務歸納為6個行動領域，即集成電路版圖設計、晶圓制造、集成電路芯片制造技術、芯片封裝、芯片測試、SMT技術。

 

3.將行動領域轉(zhuǎn)化成學習領域。對完成典型工作任務必須具備的基本職業(yè)能力(包括社會能力、方法能力、專業(yè)能力)進行分析。通過歸納形成專業(yè)職業(yè)能力一覽表。這些職業(yè)能力就是學習領域(即課程)中學習目標制定的依據(jù)。打破原有16門專業(yè)理論課程和9門實踐課程組成的課程體系，按照以工作過程為導向，進行課程的解構(gòu)與重構(gòu)，將6個行動領域轉(zhuǎn)換為9個學習領域，即集成電路版圖設計、集成電路芯片制造技術、微電子封裝與測試、表面貼裝工藝與實施、電子線路板實用技術、電子測量儀器使用與維護、C語言、單片機應用技術、FPGA應用技術及實踐。根據(jù)微電子技術專業(yè)崗位群的職業(yè)能力和工作過程要求，重新構(gòu)建基于工作過程的課程體系。第一、二學期：電路分析、電子技術等基礎課程;第三、四、五學期：集成電路制造技術、電子測量儀器使用與維護、FPGA應用開發(fā)實用技術、微電子封裝與測試、 SMT技術、集成電路版圖設計等專業(yè)核心課程。

 

4.形成學習情境模式。學習情境是實施基于工作過程系統(tǒng)化的行動導向課程的教學設計，由教師根據(jù)學校教學計劃，結(jié)合學校的教學設施條件、教師執(zhí)教能力和專長，由教師按照“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”的行動方式來組織教學，從而促進學生對職業(yè)實踐的整體性把握[4]。微電子技術專業(yè)核心課程形成的學習情境模式為：①集成電路版圖設計課程以任務為載體形成6個學習情境：N/PMOS晶體管版圖設計、反相器、與非門、或非門版圖設計、觸發(fā)器版圖設計、電壓取樣電路版圖設計、比較器版圖設計、DC-DC版圖設計;②集成電路芯片制造技術課程以設備為載體形成8個學習情境：集成電路芯片制造技術工藝流程、硅晶圓制程、硅晶薄膜制備、氧化工藝、摻雜技術、光刻工藝、刻蝕工藝、集成電路芯片品檢;③微電子封裝與測試課程以工藝為載體形成4個學習情境：DIP封裝、BGA封裝、CSP封裝、MCM封裝;④表面貼裝工藝與實施課程以工藝流程為載體形成5個學習情境：SMT工藝流程的基本認知、表面貼裝生產(chǎn)準備、表面貼裝設備操作與編程、表面貼裝品質(zhì)控制、SMT生產(chǎn)線運行及工藝優(yōu)化5個學習情境;⑤電子線路板實用技術課程以項目為載體形成3個學習情境：單面板的制圖與制板、簡單雙面板的制圖與制板、復雜雙面板的制圖與制板;⑥電子測量儀器使用與維護課程以電路設備為載體形成9個學習情境：收音機元件準備、收音機電路測試、收音機電路工作狀態(tài)檢測、收音機整機調(diào)整、收音機裝調(diào)使用儀器的保養(yǎng)與維護、電視機元件檢測、電視機電路檢測、電視機的質(zhì)量檢查、電視機裝調(diào)使用儀器的保養(yǎng)與維護;⑦C語言課程以項目為載體形成6個學習情境：編程的基本概念、C語言上機步驟C語言上機步驟、算法的概念、基本數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)化程序設計、函數(shù)的概念;⑧單片機技術及應用課程以任務為載體形成6個學習情境：“跑馬燈”電路分析與實踐、單片機做算術、邏輯運算并顯示、開關信號狀態(tài)讀取與顯示電路的制作、交通信號燈電路的設計與制作、產(chǎn)品數(shù)量統(tǒng)計電路的設計與制作、兩臺單片機數(shù)據(jù)互傳;⑨FPGA應用技術及實踐課程以項目為載體形成6個學習情境：課程概述、基于QuartusII的原理圖輸入設計、宏功能模塊應用、基于 QuartusII軟件的VHDL文本輸入設計、VHDL設計、實用狀態(tài)機設計。

 

三、試點實施效果分析

 

在教學實施上，重點是加強教師執(zhí)教能力：教師在教學中的角色應由主宰者轉(zhuǎn)化為引導者。教師應該主動地引導、疏導和指導學生，學生可以根據(jù)自己的興趣愛好，在教師的指導下，充分利用各種資源，相互協(xié)作開展對某一問題的學習探討，從而獲得新知識，得到探索的體驗及情感，促進能力全面發(fā)展。經(jīng)過我院近3年的教學實踐，課程教學效果得到顯著提高，學生專業(yè)核心能力、崗位適應能力、社會能力顯著提高，“雙證書”提高到100%，專業(yè)對口率從原來的48%上升到92%，用人單位滿意度達90%以上。

 

高職院校在辦學過程中要形成特色鮮明的高職辦學模式，課程體系是重要的載體。辦學特色正是通過課程體系的實施來實現(xiàn)的。基于工作過程系統(tǒng)化的課程體系，跟隨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，調(diào)整專業(yè)的課程設置，符合職業(yè)崗位要求，學生技能顯著提升，同時結(jié)合我院的辦學特色，努力探索基于工作過程的高職微電子技術專業(yè)課程體系的構(gòu)建思路和構(gòu)建策略。

篇6

筆者所在學院也開設了該門課程，原來的教學方案是先學習相關電子電路知識，介紹使用的設備，設計了幾個實驗，讓學生完成幾個實驗的焊接、調(diào)試。在目前全國均在推行一體化課程改革過程中，筆者通過設計一個整體項目，分模塊實施，讓學生按照一個項目的模式來學習。在具體教學中，分拆了一個個任務，采用任務引領型課程的方式，讓學生逐步掌握課程知識和技能。這里采用了“多功能數(shù)字鐘”的設計與制作為項目總目標。

一、整體設計思路

以綜合實訓多功能項目數(shù)字鐘為任務引領，將項目分成6個模塊，每個模塊都以實訓內(nèi)容帶動相關理論知識的學習。前期采用化整為零的方式，將綜合實訓項目分成6個模塊來實施，分別進行制作、調(diào)試、測試，并將相關理論知識融合在實訓項目中，使學生在實訓中感悟理論。6個模塊分別包括：振蕩器電路、分頻器電路、分秒計數(shù)器電路、小時計數(shù)器電路、顯示譯碼電路、校時電路。6個模塊分別調(diào)試完成后，就要采用積零為整的方式，將6種模塊合在一起，完成數(shù)字鐘主體電路的制作與調(diào)試，最后設計并組裝一個多功能數(shù)字鐘電子產(chǎn)品。

二、材料工具準備

預計用到的集成電路包括：（1）74LS48：BCD―7段譯碼驅(qū)動器，用來驅(qū)動共陰極的數(shù)碼管顯示器；（2）74LS74：雙D觸發(fā)器；（3）74LS191：單時鐘4位同步加/減可逆計數(shù)器，是BCD碼十進制計數(shù)器；（4）74LS92：二―六―十二進制計數(shù)器異步計數(shù)器；（5）74LS90：二―五―十進制計數(shù)器異步計數(shù)器；（6）555：集成定時器，因內(nèi)部有三個5千歐電阻而得名；（7）BS202：7段發(fā)光共陰數(shù)碼管，每段的驅(qū)動電流最大為15mA。

其他常用的電阻、二極管、三極管若干。

主要工具設備有示波器、萬用表、數(shù)字實驗臺和直流穩(wěn)壓電源等電子儀器設備。

三、項目實施要點

首先是檢查各元件。電阻、電容、各集成芯片，檢查各邏輯功能。在插接安裝階段，要注意以下幾點：（1）集成電路的插接應認清方向，不要倒插，所有集成電路的插入方向要保持一致，注意引腳不要彎曲；（2）元器件的位置要根據(jù)電路的各部分功能確定元器件在PCB板上的位置，相互有影響或產(chǎn)生干擾的元器件應盡可能分開或屏蔽，輸入級與輸出級之間要盡量安排遠一些；（3）連接用的導線要緊貼電路板，避免接觸不良，連線不允許跨接在集成電路器件上，一般從集成電路器件周圍通過，盡量做到橫平豎直，導線就盡可能短一些，避免交織混雜在一起；（4）接地的處理，線路組裝時，電路之間要共地。

其次是調(diào)試。要對照電路圖檢查電路元器件連接是否正確，器件引腳、二極管方向、電容極性、電源線、地線是否接對，焊接是否牢固。要按功能模塊分別調(diào)試，步驟可分為：（1）首先調(diào)整振蕩電路部分，以為其他電路提供標準的時鐘脈沖信號；（2）然后調(diào)整控制電路的分頻器；（3）調(diào)整信號處理電路、計數(shù)、譯碼、顯示；（4）調(diào)整按時電路。

最后是產(chǎn)品組裝。主體電路安裝調(diào)試完成后，將其放置在一個外殼盒里，在此可以讓學生自己動手設計這個外殼盒并將其組裝好，最終完成一個DIY數(shù)字鐘電子產(chǎn)品。

四、技能考核方案

直接采用一體化考核方式，在每個模塊設置考核環(huán)節(jié)，占50%，最后整體設備制作及答辯占50%。其中，模塊考核主要包括以下幾項：（1）元件的檢查與選擇；（2）按照給出的線路正確接線；（3）電路的調(diào)試，主要考核主要工具設備（如示波器、萬用表、數(shù)字實驗臺和直流穩(wěn)壓電源）的使用；（4）電路測試，主要檢查模塊功能是否滿足要求；（5）簡述電路的工作原理，考核對相關知識的掌握程度。每個任務模塊按ABC等級評定，A是指能高質(zhì)、高效地完成此能力目標的全部內(nèi)容，并能解決遇到的特殊問題；B指能按時完成此能力目標的全部內(nèi)容； C指能在老師或同學的幫助下完成此能力目標的全部內(nèi)容。

五、教學過程

篇7

關鍵詞:PC機;C語言;單片機;硬件;集成塊;數(shù)字集成電路測試儀

中圖分類號:TN431文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0035-02

在數(shù)字電路實驗室,集成塊是常見的,由于它的體積較小,性能的好壞很難判斷。因此,這里提出運用了單片機原理、C語言、通信原理、低頻電路、數(shù)字電路等基本知識,設計了一臺基于PC機的數(shù)字集成電路通用測試儀。這里主要探討硬件電路構(gòu)思與設計。

該測試儀主要是運用單片機的接口與顯示程序和C語言的串行通訊程序來測試14管腳、16管腳的74Ls系列的集成塊好壞。主要用到單片機CPU集成塊89C51、驅(qū)動器集成塊164、通信集成塊232。該測試儀運用發(fā)光二極管實測燈與標準燈的發(fā)光情況相比較,來判斷其好壞。該方法簡單方便,是實驗室不可缺少的工具之一。

一、想法的來源

一塊小小的集成塊,如何才能判斷它的好壞呢?當然,有一些集成塊在工作時是可以用萬用表測量其管腳電壓來判斷它的好壞,但是比較麻煩。

“數(shù)字集成電路通用測試儀”,目的是能夠簡單而且方便地測試集成塊的好壞。它主要是運用單片機的匯編語言和C語言來編程,還要用到通信原理、數(shù)字電路等知識。

該測試儀可以單拍測試,也可以連續(xù)測試,通過串行通訊送過來的數(shù)據(jù),用發(fā)光二極管的發(fā)光情況來判斷。用實測燈(綠色二極管)與標準燈(紅色二極管)的亮暗來比較,如果兩者發(fā)光情況一致,則表示通過,說明集成塊是好的;如果不一致,則表示通不過,說明有管腳壞了。

有了這種測試儀,我們可以很方便地判斷集成塊的好壞,減少了實驗室人員的工作量,具有很強的實用性。

二、總體設計

(一)技術指標

1.測試管腳數(shù)≤16PIN;

2.測試速度

3.測試品種可任意更換。

(二)技術要求

1.能對各種數(shù)字集成電路進行功能測試。

2.可連續(xù)測試,連續(xù)測試時,每按一次按鈕,可全部測完,發(fā)光二極管上給出合格(失敗)判斷,并將測試結(jié)果在PC機上顯示。

3.也可單拍測試,單拍測試時,每按一次按鈕,進行一個節(jié)拍的測試并在顯示器顯示節(jié)拍號。

4.通過鍵盤操作,可將盤上的品種程序調(diào)入測試儀,測試結(jié)果通過串口回送PC機,PC機在屏幕上能顯示合格管腳圖形及實測管腳圖形。

(三)硬件設計

對于生活在現(xiàn)代科技發(fā)達的社會技術人員來說,軟件已經(jīng)成為一種時尚,有了軟件,提高了現(xiàn)代人生存的速度,但是,有些軟件的應用必須在硬件的基礎上才能夠使用。對硬件電路的設計不但要熟練掌握低頻電路原理、高頻電路原理、數(shù)字電路原理、還得熟練掌握電子設計自動化(EDA)的技術。

(四)軟件設計

軟件設計和硬件設計必須結(jié)合進行。在本次課題設計中,主要是運用LCAW軟件和C語言進行編程,用PROTEL軟件畫原理圖。

基于PC機的數(shù)字集成電路通用測試儀設計時所用到的元件比較多,設計時必須根據(jù)原理圖仔細安裝,熟練掌握有關軟件的使用,并且特別要注意軟、硬件的結(jié)合使用。

三、硬件電路的設計

如一般的計算機系統(tǒng)一樣,單片機的應用系統(tǒng)由硬件和軟件所組成。硬件由單片機、擴展的存儲器、輸入/輸出設備等硬部件組成的機器,軟件是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)一致,才能組成高性能的單片機應用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過程中,軟硬件的功能總是不斷地調(diào)整,以便于相互適應。硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求,在所選擇的機型的基礎上,具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件,設計出系統(tǒng)的電路原理圖,必要時做一些部件實驗,以驗證電路圖的正確性,以及工藝加工的設計加工、印制板的制作、樣機的組裝。

(一)硬件設計要點

一個設計確定后,經(jīng)過詳細調(diào)研,可能產(chǎn)生多種設計方案,在眾多的設計方案中怎樣選擇?為使硬件設計盡可能合理,應重點考慮以下幾點:

1.盡可能選擇功能強的芯片,以簡化電路。

2.留有余地。在設計硬件電路時,要考慮到將來修改、擴展的方便。ROM空間、RAM空間、I/O端口,在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時,往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽略的問題,而這些問題是不能單靠軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集,就必須增加輸入檢測端,有些物理量需要控制,就必須增加輸出端。如果在硬件設計之初就多設計出一些I/O端口,這個問題就會迎刃而解;A/D和D/A通道和I/O端口同樣的原因留出一些A/D和D/A通道,將來可能會解決大問題。

3.以軟代硬。單片機和數(shù)字電路本質(zhì)的區(qū)別就是它具有軟件系統(tǒng)。很多硬件電路能做到的,軟件也能做到。原則上,只要軟件能做到的就不用硬件。硬件多了不但增加成本,而且系統(tǒng)故障率也提高了。以軟代硬的實質(zhì)是以時間代空間,軟件執(zhí)行過程需要消耗時間,因此,這種代替帶來的不足就是實時性下降,在實時性不高的場合,以軟代硬是很合算的。

4.工藝設計。包括機箱、面板、配線、接插件等。必須考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。另外,硬件抗干擾措施也必須在硬件設計時一并考慮進去。

(二)所用芯片介紹

硬件設計的步驟中的第一步就是查找可能涉及的芯片的資料。這是一步非常重要的步驟。它是硬件電路設計正確性和可靠性的基礎。

1.89C51芯片的簡介。AT89C51是一種低功耗、高性能內(nèi)含4K字節(jié)閃電存儲(Flash memory)的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫入,亦可通過常規(guī)的編程器編程。AT89C51芯片內(nèi)部具有下列硬件資源:4K字節(jié)閃電存儲器,128字節(jié)RAM ,32條I/O線,兩個16位定時/計數(shù)器,五源兩級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)震蕩器及時鐘電路等。AT89C51片內(nèi)含三個封鎖位,若封鎖位LB1已被編程,則EA引腳上的邏輯電平在芯片復位時被采樣并鎖存。但如果該器件上電時無復位,那么相應鎖存器便被初始化為隨機值,此值將保持到復位時止。片內(nèi)閃電存儲器的編程,AT89C51片內(nèi)存儲器售后通常處于擦除狀態(tài),即每一地址單元內(nèi)容均為FFH,人們隨時可對其編程,編程電壓有高壓12V的,也有低壓5V的低壓編程方式為在用戶系統(tǒng)內(nèi)對AT89C51進行編程提供了方便;而高壓編程方式則與常規(guī)的閃電存儲器或EPROM編程器相兼容。

2.RS-232芯片的簡介。RS-232是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總線標準,是DCE(數(shù)據(jù)通信設備,如微機)和DTE(數(shù)據(jù)終端設備,如CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的總線。TC232內(nèi)部有兩個發(fā)送器和兩個接受器,還有一個電源變換器,是一種廉價RS232電平轉(zhuǎn)換器, RS232C雖共有25根信號線,但在近程通信不需要調(diào)制解調(diào)器的情況下,一般只用少量信號線。若采用直接通信,則通常只用TXD和RXD及地信號線。

3.164芯片的簡介。方式0是外接移位寄存器的工作方式,用以擴展I/O接口。輸出時將發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中的內(nèi)容串行地址到外部的移位寄存器,輸入時將外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部的移位寄存器,然后寫入內(nèi)部的接受數(shù)據(jù)緩沖器。在以方式0工作時,數(shù)據(jù)由RXD串行地輸入/輸出,TXD輸出移位脈沖,使外部的移位寄存器移位。方式0輸出時,串行口上外接74LS164串行輸入并行輸出移位寄存器的接口。TXD端輸出的移位脈沖將RXD端輸出的數(shù)據(jù)移入74LS164。CPU發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SPUF寫入一個數(shù)據(jù),就啟動串行口發(fā)送,對SBUF的寫信號在S6P2時把1寫入輸出移位寄存器的第9位,并使發(fā)送控制電路開始發(fā)送。內(nèi)部的定時邏輯在對SBUF寫和SEND被激活(高電平)之間有一個完整的機器周期。在SEND有效時,輸出移位寄存器中輸出位內(nèi)容送RXD端輸出,移位脈沖由TXD端輸出,它使RXD端的輸出數(shù)據(jù)移入到外部的移位寄存器。

(三)硬件電路的設計

硬件電路的設計如下圖所示:

參考文獻

[1]張友德,趙志英,涂時亮.單片微型機原理/應用與實驗[M].上海:復旦大學出版社,1996.

[2]周仲.國內(nèi)外常用集成電路互換手冊[M].上海:上海科學技術文獻出版社,2001.

篇8

【關鍵詞】組合邏輯電路；電路設計；解決方法

隨著數(shù)字電子技術的不斷發(fā)展，數(shù)字電路已被廣泛應用于現(xiàn)代數(shù)字通信、自動控制、數(shù)字計算機、數(shù)字測量等各個領域，并已深入我們的日常生活中。數(shù)字電路又稱邏輯電路，可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種。它們的區(qū)別在于時序邏輯電路有存儲單元，具有記憶功能。而組合邏輯電路沒有，它只由常用門電路組合而成，即沒有從輸出到輸入的反饋連接，它的輸出僅決定于該時刻的輸入狀態(tài)。在對組合邏輯電路原理進行設計時，可采用以下方法步驟：（1）分析設計要求，理清輸入與輸出的端口數(shù)和相互關系；（2）根據(jù)分析結(jié)果，設定變量并進行狀態(tài)賦值，再列出相應的真值表；（3）由真值表寫出邏輯電路的輸出表達式；（4）利用卡諾圖或邏輯公式將輸出表達式進行化簡；（5）根據(jù)最簡表達式畫出相應邏輯電路圖。按照上述方法步驟，組合邏輯電路原理設計就完成了，但實際設計工作除此之外，還包括電路器件的選擇，安裝和調(diào)試等過程。而往往就是在這些環(huán)節(jié)中容易遇到問題，現(xiàn)將常遇問題及解決方法歸納如下：

1.接口電路的電平轉(zhuǎn)換

在設計組合邏輯電路時，常常由于速度、功耗和帶負載能力等問題需要將TTL門電路和CMOS門電路混合使用。這兩種門電路的電源電壓、參數(shù)指標等均有所不同，因此不能直接連接，而需要借助于接口電路。接口電路是指不同類型邏輯門電路之間或邏輯門電路與外部電路之間有效連接的中間電路。接口電路的設計主要分以下兩種情況：第一，用TTL門電路驅(qū)動CMOS門電路。TTL門電路的電源電壓為+5V，而CMOS的電源電壓范圍是3～18V，因此需要將TTL輸出的高電平值升高來驅(qū)動CMOS門電路。方法是利用TTL門電路中的OC門做接口，適當選取OC門的外接電源和電阻來滿足CMOS門電路對電源電壓的要求。由OC門的功能分析可知，OC門輸出的低電平約等于0.3V，高電平約等于UCC。所以，改變電源電壓可以方便地改變其輸出高電平。圖1第二，用CMOS門電路驅(qū)動TTL門電路。方法是應用六反相緩沖器等專用接口器件直接驅(qū)動TTL負載電路，如圖1所示。這類專用接口器件使用電源為+5V電源，與TTL負載電路一致，輸入端允許超過電源電壓，可與CMOS門電路電源相配合使用。

2.扇入問題

扇入問題是指門電路輸入端口與實際電路輸入端口的關系，一般分以下兩種情況：（1）門電路多余輸入端的處理設計電路時，需要用到的集成門電路的輸入端多于實際電路需要的輸入端數(shù)時，就需要將多余的輸入端進行處理。在保證輸入正確邏輯電平的條件下，可將多余的輸入端接高電平或低電平。如果是與門或與非門，應將多余的輸入端接高電平；如果是或門或或非門，應將多余的輸入端接地或接低電平。為防止干擾，多余的輸入端一般不能懸空。接高、低電平的方法可通過限流電阻接正電源或地，也可直接和地相連接，如圖2所示。但要注意輸入端所接的電阻不能過大，否則將改變輸入邏輯狀態(tài)。（2）門電路輸入端少于實際電路需要輸入端的處理當用到的集成門電路的輸入端少于實際電路需要的輸入端數(shù)時，可采用分組的方法進行解決。例如，實際電路需要與非門輸入端口為A、B、C、D共4個，但集成門電路是2輸入端與非門，可按以下分組連接解決，輸出Y=，如圖3所示。

3.扇出問題

邏輯電路的扇出問題，主要是指它的帶負載能力，即在設計電路時，可能存在一個門電路的輸出端所帶的負載門太多，超出了它的帶負載能力。門電路的帶負載能力主要通過扇出系數(shù)N來說明，它代表電路能驅(qū)動同類型門電路的最大個數(shù)。當輸出高電平、帶拉電流負載時：如果NH≠NL，則把較小的個數(shù)定義為扇出系數(shù)。在設計電路時，可采用扇出系數(shù)大的門電路作為輸出門。在設計組合邏輯電路時，除了以上所分析的問題外，還有一些細節(jié)需要注意的。如：用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合函數(shù)會使電路連接簡單很多；對邏輯表達式的變換與化簡，是盡可能使其與給定的組合邏輯器件的形式一致，而不是單純簡化；設計時應考慮合理充分地應用組合器件的功能，應盡量選用結(jié)構(gòu)原理比較簡單的，但數(shù)量又少的器件來滿足設計要求。綜上所述，要成功設計出一個組合邏輯電路不容易，要設計一個結(jié)構(gòu)簡單、功能完整、參數(shù)合理的組合邏輯電路就更難，這需要設計者不斷地去嘗試、安裝和調(diào)試，從設計的過程去積累經(jīng)驗。

參考文獻

[1]余孟嘗.數(shù)字電子技術基礎簡明教程(第三版)[M].高等教育出版社,2007,01.

[2]秀.電工電子學[M].高等教育出版社,2014,07.

篇9

關鍵詞：《電子線路》；課程改革；實踐教學

《電子線路》是一門技術基礎課，是為專業(yè)課學習打基礎的，起到承上啟下的作用。但是，高職院校《電子線路》課程教學普遍存在著以下幾個問題：（1）現(xiàn)行《電子線路》教材內(nèi)容落后，以分離元件電路分析為主，集成電路介紹為輔的課程體系遠不能適應目前電子設備中集成電路大量推廣使用的客觀現(xiàn)實。（2）高職院校《電子線路》教材理論水準定位偏高，給自學能力、理解能力和知識接受能力還不強的職校生帶來了困難。（3）教學過程中重理論、輕實踐，重系統(tǒng)知識、輕專業(yè)需要和知識應用的問題表現(xiàn)得十分突出，這和職業(yè)教育要從學科型轉(zhuǎn)到職業(yè)能力型的要求相矛盾。因此我們要從教學思想、教材體系、教學內(nèi)容、教學方法等各方面進行課程改革，以便建設《電子線路》新的課程體系。那么，如何使《電子線路》課程的教學更加符合培養(yǎng)學生職業(yè)能力的要求呢？下面結(jié)合教學實踐談談《電子線路》課程改革的基本思路。

適當降低理論深度，突出物理概念，理論聯(lián)系實際，使課程內(nèi)容和體系更好地為高職院校教育這一層次服務高職院校培養(yǎng)的是懂技術、懂管理、能操作的應用型高級人才。在知識結(jié)構(gòu)方面，基礎理論要少而精。然而就目前采用的全國統(tǒng)編《電子線路》教材來看，教材內(nèi)容和結(jié)構(gòu)基本上沒有擺脫大學教材的框架，某種意義上可以說是大學教材的濃縮，內(nèi)容一般都較深，理論水準定位偏高，使得很多學生對教學內(nèi)容難以理解消化。加之學生在前面課程的學習中形成了嚴格分析與計算的習慣，《電子線路》課上第一次碰到工程估算的概念，很不適應，于是學不懂《電子線路》的內(nèi)容，造成了被動局面。因此必須降低教材的理論深度，對內(nèi)容合理取舍、深入淺出，突出物理概念。對課程中有些較為復雜的公式，在講清物理意義的前提下可不作具體的推導，使教材內(nèi)容和學生的知識能力相適應。對傳統(tǒng)的分析方法應有取舍，如三極管的電流放大作用，統(tǒng)編教材上沿用大學教材模式，從三極管內(nèi)部載流子運動過程進行分析，學生很難理解。若采用三極管的電流分配關系進行分析，內(nèi)容篇幅少了很多，學生對三極管的電流放大作用的概念就很容易接受。再如適用于分離元件功放電路的圖解法，負反饋放大器的開閉環(huán)算法等，可不再作為主要的電路分析法。對于像二極管整流，調(diào)諧放大器，功率放大器等內(nèi)容，若能理論聯(lián)系實際，結(jié)合一些生產(chǎn)實例講授教學內(nèi)容及其應用，還能起到事半功倍的效果。

緊跟電子技術的發(fā)展，改革課程內(nèi)容和體系從教學法的觀點來看，課程體系恰當與否直接影響教學質(zhì)量的好壞。一個好的課程體系，不僅要符合初學者的認識規(guī)律，而且應當注意經(jīng)典理論與先進科技的適當結(jié)合。從上世紀60年代集成電路問世起，隨著電子技術的飛速發(fā)展，模擬集成電路塊的種類愈來愈多，功能愈來愈強，在許多電子設備中已經(jīng)改變了用分離元件組裝電子線路的傳統(tǒng)作法。這就給電子技術人員的培訓方法及要求帶來新的要求，過去要求技術人員根據(jù)輸入和輸出條件逐級分配指標、逐級設計的傳統(tǒng)方法，而現(xiàn)在取而代之的是正確選擇和使用集成電路塊及其附加電路和接口電路等。因此，《電子線路》課程應在確保基礎的前提下，跟蹤電子技術的發(fā)展，建立以集成電路為主干的新課程體系，例如在講好半導體基本知識和講清基本放大電路概念的基礎上，圍繞著模擬集成電路講分離元件電路。可以適當壓縮一些內(nèi)容，如多級放大器的分析與設計、放大器微變等效電路分析法等。像負反饋放大器的分析、功率放大器等內(nèi)容可以借助于集成電路進行討論。從而用較多的時間去培養(yǎng)和提高學生的實踐動手能力。

根據(jù)專業(yè)教學需要，專業(yè)工作需要和崗位職業(yè)能力的需要，確定課程教學內(nèi)容傳統(tǒng)的教學模式是先有教材，教師根據(jù)教材編寫授課計劃，講授學科內(nèi)容。編寫教材一方面要兼顧學科的系統(tǒng)性、完整性，同時又要考慮發(fā)行后教材使用的廣泛性，這樣的教材針對性自然不強。各專業(yè)對《電子線路》課程內(nèi)容及深淺程度要求不盡相同，兩者差異的存在使得授課內(nèi)容一定意義上脫離了專業(yè)需要，專業(yè)必需的內(nèi)容沒有講，客觀上造成人力、物力的浪費和一些必需知識的殘缺。畢業(yè)生常感到“在學校學習的某些知識在工作中根本用不上”。許多畢業(yè)生不能很快上崗操作，需要一個較長的適應期。這從一個側(cè)面反映教學與崗位工作相脫節(jié)，學生的專業(yè)能力不適應工作崗位的需求，甚至滯后于科技的發(fā)展，所以在《電子線路》的教改中，我們應瞄準崗位目標，實施能力教學，不要過多地考慮知識容量，而以學生學習專業(yè)課和畢業(yè)后直接從事崗位需求為準講授課程內(nèi)容。以下幾點在教學過程中值得考慮：（1）建立以職業(yè)能力為中心的課程體系，要針對培養(yǎng)職業(yè)能力的目標來定教學內(nèi)容和教學大綱，要深刻理解專業(yè)課培養(yǎng)學生職業(yè)能力目標。針對不同專業(yè)制定《電子線路》所需要掌握的內(nèi)容。（2）在給各專業(yè)班級分配任課教師時，一定要考慮該教師所學或者從事過的專業(yè)，盡可能做到專業(yè)與教學內(nèi)容對口。（3）積極創(chuàng)造條件，爭取在三到四年內(nèi)讓每位任課教師參加一定的專項生產(chǎn)實踐，以便更好地熟悉專業(yè)及其發(fā)展趨勢。（4）《電子線路》課程的各任課教師要經(jīng)常和與其他專業(yè)課教師座談，及時掌握專業(yè)課教學對《電子線路》的要求，并結(jié)合專業(yè)課的實例來充實教學內(nèi)容。

加強工程實踐訓練，實行三層次實踐教學《電子線路》課是實踐性很強的技術基礎課，對于培養(yǎng)和提高學生實踐動手能力，突出高職院校辦學特點具有顯著的作用，因此必須加強實踐教學環(huán)節(jié)。受過去學科型教育思想的影響，長期以來《電子線路》實驗依附于《電子線路》理論教學，實驗只是作為驗證理論的補充，而不是作為培養(yǎng)能力的重要途徑。實驗教學以二多（分離元件實驗多，驗證性實驗多）、二少（實驗課時少，實驗占本課程成績比例少）為主要特點。多數(shù)學生不重視實驗，往往是一看（看實驗指導書）、二抄（抄實驗數(shù)據(jù)）、三完成（完成實驗）。這幾年許多學校進行了實驗教學改革，適度增加了實驗課時，增多集成電路實驗次數(shù)，實驗單獨設課，這些都在一定程度上提高了實驗課的教學質(zhì)量，加強了對學生能力的培養(yǎng)。但要從根本上提高學生的實踐動手能力，還是要從實驗課內(nèi)容和教學方法上進行改革，其立足點是“學”而不是“教”，根本目的在于創(chuàng)造一個良好的教學環(huán)境，組織吸引學生積極主動地參與實驗教學過程，變被動實驗為主動實驗，激勵學生自主實驗學習，讓他們在實驗學習中學出興趣，獲得知識。三層次實踐教學正是基于這樣的考慮而設計的。所謂三層次實踐教學就是把實驗內(nèi)容分為基本實驗、提高性實驗、綜合練習三個層次，各層次的實驗內(nèi)容，要求及指導方法由淺入深，由易到難，以符合學生的認識規(guī)律，對基本技能、基本方法做到反復練習，做到“熟能生巧”。基本實驗是對學生實驗基本理論、基本方法、基本技能等“三基”進行初步訓練。可安排在前面驗證理論的五個實驗中，內(nèi)容包括常用儀表練習，常用元器件的識別、測試與應用，基本放大電路和運算放大電路的靜態(tài)、動態(tài)測試，測量數(shù)據(jù)的處理、誤差分析等。這樣安排便于學生入門，提高其實驗興趣，同時也為以后實驗打下基礎。電子儀表是電子實驗的工具，一定要熟練掌握其實驗方法，放大器的靜態(tài)、動態(tài)測試是電子實驗的基礎也要反復練習，掌握各種測試方法和技巧。提高性實驗安排在基本實驗之后的其他十個實驗中，內(nèi)容有研究特性指標、分析與排除故障、焊接與調(diào)試電路，目的是進一步加強和提高學生實驗的“三基”。這時實驗講義可根據(jù)需要寫得簡明扼要，對一些基本要求安排得多一些，并且反復練習。有些內(nèi)容如焊接實驗電路板、擬定實驗步驟、設計實驗記錄表格可在不同的實驗中讓學生完成其中的一項或兩項。綜合練習安排在期末，集中一段時間（三周或四周）進行，以培養(yǎng)技術人員應有的能力為主要任務，對學生進行綜合練習，在動手與動腦的協(xié)作中完成知識技能的結(jié)合，使之成為課程的綜合能力。具體有以下幾個方面：讀識繪制電路圖的能力；查閱技術資料的能力；選用器件和電路，分析估算電路的能力；搭接調(diào)試電路的能力；分析排除故障的能力；制作電路產(chǎn)品，解決工藝問題的能力。綜合練習教師只需給出練習課題和技術指標，其他具體工作如查資料、定方案、選擇電路、制作印刷電路板、選擇儀表、組織實驗、分析實驗結(jié)果等則是在教師的指導下由學生獨立完成。綜合練習課題選擇得是否適當直接關系到它的教學效果，在選題時既要考慮所選課題應能使學生綜合應用所學理論和技能，達到培養(yǎng)能力促進理論學習，促進技能訓練的目的，又要考慮學校的實際條件和學生的知識能力。注意不能脫離學生的原有實驗基礎，避免綜合性太強、太復雜，應使絕大多數(shù)學生經(jīng)過努力可以在規(guī)定的時間內(nèi)完成為標準。

當然，要保證課程改革順利進行，只有正確的改革思路還不夠，還需要一定的輔助條件作保證，如：（1）課時分配。目前高職院校《電子線路》課程中理論課時比較多，實踐課時比較少，在以能力為本位的新體系中，我們要在“必需、夠用”的前提下，精講理論，以便拿出更多的時間去加強實踐教學。（2）教師業(yè)務能力的提高。現(xiàn)在任教《電子線路》課程的教師大都是大學或研究生畢業(yè)后直接分配到高職院校的，他們理論水平較高，實踐動手能力較差，不利于培養(yǎng)學生的動手能力，需要學校創(chuàng)造條件，逐步提高教師的實踐動手能力。（3）課程改革與專業(yè)改革的相容性。要提高學生能力，滿足崗位需求，單靠改革《電子線路》一門課程是不可能實現(xiàn)的，只有把《電子線路》課程改革和專業(yè)結(jié)構(gòu)及專業(yè)課程改革結(jié)合起來同時進行，學生的專業(yè)能力才能提高，才能滿足崗位需求。

參考文獻

[1]康光華.電子技術基礎（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1995.

[2]任為民.電子技術基礎課程設計[M].北京：中央廣播電視大學出版社，1997.

篇10

傳感器應用課程是高職院校自動化、物聯(lián)網(wǎng)、機電等專業(yè)的專業(yè)基礎課，主要涉及傳感器的原理、特性參數(shù)、使用方法以及測量電路等重要知識內(nèi)容。學習傳感器課程后，學生掌握常見傳感器特點和使用方法，能解決實際測量所遇到的問題。傳感器應用是實踐性非常強的課程，因此在授課過程中，采用傳統(tǒng)的課堂教學方法很難取得較好的教學效果。

項目教學法能夠讓學生在老師的指導下以小組為單位完成項目方案設計、實施最終完成項目任務[1]。在整個教學過程中教師只是引導、輔助作用，學生才是項目的真正完成者。通過完成項目，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合，既實現(xiàn)知識理解和運用，又能提高技能，是一個合理的教學方法。因此，項目教學法是提高學生傳感器技能水平的有效的方法[2]。

二、項目教學方法實施

人類社會中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等等各個領域都與溫度密切相關，因此，在傳感器課程中溫度傳感器是必須要掌握的部分[3]。怎樣在溫度傳感器課程中實施項目教學方法呢？需要明確以下幾個步驟：確定項目、知識準備、方案確立、任務實施、實驗調(diào)試、項目報告撰寫、檢查評估等。

2.1 確定項目

項目的內(nèi)容確定是項目教學中最重要的一個環(huán)節(jié)，主要根據(jù)學生的培養(yǎng)計劃、教學大綱的相關資料確定[4]。項目設計要將理論知識與實踐內(nèi)容有機結(jié)合，要讓學生在項目中學習到傳感器相關知識，同時又具有工程實踐的可操作性。在溫度傳感器的章節(jié)中，學生應重點掌握幾種溫度傳感器的工作原理和使用方法，了解其工作特性和重要參數(shù)和測量電路，重點掌握熱電偶、熱敏電阻的典型應用，同時在實際的運用中集成電路芯片的使用方法也同樣需要學生能夠掌握。為了實現(xiàn)這一教學目標，我們以制作簡易溫度計作為課程的項目課題，讓學生親自選擇溫度傳感器，完成測量電路的搭接和系統(tǒng)整體設計。

項目確定好后，對項目任務進行分配：將學生分成4人一組，各小組內(nèi)成員共同合作完成項目要求。采用課堂知識講授2學時，項目任務布置0.5學時，學生方案確立1學時，項目任務實施與調(diào)試4學時，項目成果展示1學時，項目總結(jié)與評價1.5學時的課時分配。項目完成后，各組完成一個項目產(chǎn)品，每人提交1份項目總結(jié)。

2.2 知識準備

溫度傳感器是隨物體的熱膨脹相對變化而引起的體積變化。溫度傳感器就是利用物質(zhì)的不同物理性質(zhì)制成的。溫度傳感器的測量方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類。常用的測量方法是接觸式測溫方法，該類溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、集成溫度傳感器（例如AD590、DS18B20）等。在溫度傳感器選型時，教師向?qū)W生介紹熱電偶、熱電阻、集成溫度傳感器等的相關知識，主要包括各類溫度傳感器的測溫原理及各自特點。由學生們選擇合適的傳感器作為自己的溫度計所需的溫度傳感器，通過選型，鞏固課堂所了解的知識內(nèi)容。

根據(jù)前期的調(diào)研、相關資料查閱，學生討論等過程，了解每種傳感器測溫的典型電路。其中，熱電偶輸出信號非常小，輸出信號為0-10.356mV的微弱信號，其A/D轉(zhuǎn)換器所需電壓在0-5V范圍內(nèi)，因此對放大器要求很高。工業(yè)中熱電阻測量范圍一般在-200～500，熱電阻放大調(diào)理電路一般采用增益高、含有內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器配合恒流源電路來驅(qū)動熱電阻，將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并進行相關輸出。集成溫度傳感器是把半導體溫度傳感器與后續(xù)的放大電路、信號處理電路等，用集成電路工藝技術制作在同一芯片上的集成功能器件。經(jīng)過教師和小組討論，資料比較，確定傳感器芯片型號。

2.3方案確立

傳感器型號確定好后，由小組組長對各成員進行任務分配，確定系統(tǒng)方案設計、可行性分析、硬件搭建、系統(tǒng)調(diào)試、質(zhì)量評估等工作安排。通過分析討論，完成溫度計控制電路設計方案，由老師和學生共同討論方案的可行性，最終確立溫度計控制電路方案。圖1中是溫度計控制系統(tǒng)框圖。

2.4任務實施

溫度計的設計方案確定好后，小組成員開始著手設計控制方案中各個模塊所選擇的器件，基本的控制器選擇AT89C52型號的單片機，電源模塊由外部USB電源接口供電，溫度傳感器選擇集成電路芯片DS18B20作為感溫元件，顯示模塊由四個數(shù)碼管構(gòu)成。整個過程由學生自行選擇完成，教師給予相應的指導。各個模塊確定好后，通過對比選擇性價比最優(yōu)的元器件作為方案的實施元件。小組成員記錄采購的元件性價分析，作為項目整體評價的一部分。各組學生通過電路的搭建，電路設計和焊接完成溫度計電路。圖2-4為溫度計控制電路中的電源、傳感器和控制器電路。

2.5實驗調(diào)試

經(jīng)過前期的知識講授、資料查詢整理、方案確立、項目實施等過程后，溫度計的制作實物已經(jīng)完成，通過將程序下載，各個小組成員開始進行電路的裝調(diào)與測試，完成項目最后的實驗記錄。在整個調(diào)試過程，出現(xiàn)如下問題：

1）溫度傳感器的引腳接線錯誤；

2）電源供電開關接線問題；

3）顯示電路中出現(xiàn)紊亂；

4）溫度計記錄有偏差。

針對以上問題，指導老師及時糾正、適時指導，與學生共同完成故障排除。對于溫度傳感器引腳接線問題，進行單獨指導，讓學生真正明白溫度傳感器的原理。對于線路接線不仔細問題，要求學生認真檢查和互查，完成錯誤糾正。另外，溫度測量過程中產(chǎn)生誤差，通過查閱溫度傳感器的特性，分析誤差產(chǎn)生原因，利用溫度補償電路或更換誤差小的溫度傳感器來加以比較解決。通過親自制作調(diào)試，各小組最終完成溫度計的制作。

2.6 項目總結(jié)與評估

學生完成項目后，項目檢查評估尤為重要，教師要對各個小組所做項目進行檢查與評價。通過教師、小組之間以及小組內(nèi)部之間打分，最終給小組及每位小組成員確定成績。對優(yōu)秀作品加以表揚，并進行展示。由師生共同對整個項目進行總結(jié)，對項目中所涉及的知識進一步歸納，提出項目中出現(xiàn)的問題，給出解決辦法。

2.7 項目報告撰寫

溫度計制作好后，對項目的知識準備、元件清單、工具型號、實驗數(shù)據(jù)等進行記錄。對測量中產(chǎn)生的誤差加以分析、總結(jié)改進措施，做好項目總結(jié)。最后，學生提交一份項目總結(jié)報告，作為項目成績的一部分。

三、項目教學方法總結(jié)

通過簡單的溫度計制作，讓學生對傳感器課程產(chǎn)生更濃厚的興趣，便于以后教學工作的展開。在項目實施過程中，學生自己主動查閱資料、互助合作，提高了實踐能力、自主學習能力和與人溝通合作能力。同時，教師在項目實施過程中，從項目立項、實施過程到最終項目總結(jié)，都要精心查閱資料、調(diào)研，并及時參與項目中來。通過指導、引領、監(jiān)督、與學生共同合作等工作，改變以往教學思路，提高教學質(zhì)量和教學效果。