[摘要]隨著市場經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路及系統(tǒng)設(shè)計突飛猛進。本文針對集成電路設(shè)計的發(fā)展對實踐教學提出新的要求，對集成電路設(shè)計實踐教學進行了一些探索和實踐。

[關(guān)鍵詞]集成電路 系統(tǒng)設(shè)計實踐教學

集成電路設(shè)計的發(fā)展非常迅速，新的設(shè)計工具和設(shè)計方法層出不窮，如何利用最新的EDA工具，合理設(shè)置集成電路設(shè)計實踐教學內(nèi)容，使學生掌握最新的集成電路設(shè)計工具和設(shè)計理念，成為我們現(xiàn)階段集成電路及系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)實踐教學的重要課題和挑戰(zhàn)。

一、集成電路設(shè)計的發(fā)展對實踐教學提出新的要求

目前集成電路設(shè)計已經(jīng)進入超深亞微米階段，集成電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也越來越大，已進入了SOC(片上系統(tǒng))設(shè)計時代。集成電路設(shè)計EDA工具的種類越來越多，掌握的難度也越來越大。而現(xiàn)代集成電路設(shè)計流程都是以集成電路設(shè)計EDA工具為核心，離開了EDA工具的支撐也就談不上集成電路設(shè)計。

隨著集成電路設(shè)計進入SOC設(shè)計階段，芯片設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計逐漸融合交叉在一起，芯片設(shè)計者不但要掌握集成電路基礎(chǔ)知識和設(shè)計原理，還必須了解通信、計算機、圖像處理等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的知識。對于更高層次的設(shè)計者還應(yīng)該具備通過選擇正確的EDA工具和設(shè)計流程，把系統(tǒng)設(shè)計和集成電路設(shè)計融合在一起的能力。

我們除了繼續(xù)提高理論教學水平外，還必須高度重視以EDA工具和設(shè)計流程為核心的實踐教學環(huán)節(jié)。努力把課堂教學和實際設(shè)計應(yīng)用緊密結(jié)合在一起，培養(yǎng)學生的實際設(shè)計能力，開闊學生的視野，同時也可以極大的提高學生專業(yè)課程學習的主觀能動性。

二、集成電路設(shè)計實踐教學的探索和實踐

1.EDA工具和參考設(shè)計流程的選擇

EDA工具和設(shè)計方法學在集成電路設(shè)計中的地位越來越重要，學生在掌握集成電路設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計理論知識的基礎(chǔ)上，還必須牢固樹立理論知識、設(shè)計工具和設(shè)計方法學三位一體的現(xiàn)代集成電路設(shè)計工程理念。

隨著集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計和芯片實現(xiàn)已經(jīng)有機的交叉在一起，我們平常在教學中雖然把系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計和后端物理層設(shè)計由不同的課程來講授，但是在實踐教學中，應(yīng)該把這三部分的內(nèi)容通過一個統(tǒng)一的設(shè)計流程和設(shè)計平臺有機的聯(lián)系在一起。

我們根據(jù)現(xiàn)階段集成電路設(shè)計的EDA工具和工程界最廣泛采用的設(shè)計方法，把實踐教學主要分為數(shù)字集成電路系統(tǒng)FPGA設(shè)計實現(xiàn)、數(shù)字集成電路系統(tǒng)ASIC設(shè)計實現(xiàn)、模擬集成電路設(shè)計實現(xiàn)三個大類。這些參考設(shè)計流程同時和我們的集成電路設(shè)計專業(yè)課程緊密結(jié)合，有些專業(yè)實踐需要走完整個設(shè)計流程，而有些專業(yè)實踐則可能只要完成整個設(shè)計流程的一個或幾個階段。在EDA工具的選擇上既要保證一定的先進性，同時也要考慮學生掌握的難易程度，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)界的使用情況。

2.實驗內(nèi)容和方法的確定

要掌握集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)理論、設(shè)計工具和設(shè)計方法最有效的手段就是進行大量集成電路設(shè)計實例的訓(xùn)練。集成電路前端設(shè)計(系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計)和后端設(shè)計(物理設(shè)計)存在著比較大的差異，所需要的EDA工具、設(shè)計環(huán)境、驗證測試手段和實現(xiàn)的難易程度也不一樣，為了充分利用EDA設(shè)計資源，設(shè)計實例的數(shù)量我們安排為前端設(shè)計、FPGA實現(xiàn)、后端實現(xiàn)(物理實現(xiàn))的比例分別為6∶2∶2。

設(shè)計實例內(nèi)容知識面的選擇上要盡可能寬，并且盡可能和產(chǎn)業(yè)界緊密結(jié)合。當然，設(shè)計實例的廣度和難度要考慮到學生的知識面和安排的時間，并且要有相應(yīng)的梯度，由易及難、由簡單到復(fù)雜、由小規(guī)模到大規(guī)?！，F(xiàn)階段我們確定的實踐內(nèi)容主要涵蓋以下幾個方面：運放電路、顯示驅(qū)動(LED、LCD)、接口通信(I2C、SPI、USB)、編碼和解碼、數(shù)學運算單元、頻率合成、數(shù)字信號處理專用算法實現(xiàn)、數(shù)據(jù)通路等。

對于FPGA實現(xiàn)的設(shè)計實例可以利用本校的FPGA實驗箱進行測試驗證。而對于ASIC實現(xiàn)的設(shè)計實例可以安排一次學生MPW流片，流片工藝采用國內(nèi)華潤上華CSMC-0.6um硅柵工藝，一般流片需要幾個月的時間，學生可在下一個實驗學期或在工程實踐階段對自己的設(shè)計進行測試。

在設(shè)計實踐訓(xùn)練中，既要強調(diào)獨立完成設(shè)計的必要性，同時也要注重培養(yǎng)學生協(xié)調(diào)合作完成設(shè)計的能力。在實驗安排中有70%的實驗學生可以自己獨立完成，另有30%的設(shè)計實驗需要一個設(shè)計小組才能完成，每個設(shè)計小組可由35人組成，學生在設(shè)計小組中必須相互合作，這也有助于培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。

三、集成電路及系統(tǒng)設(shè)計實踐教學的軟硬件環(huán)境建設(shè)

集成電路設(shè)計EDA工具要根據(jù)設(shè)計流程來進行配置，集成電路設(shè)計EDA工具種類多、涉及面廣，有些運行在PC環(huán)境，有些運行在UNIX環(huán)境下，種類不一樣，價格也有很大的差異。軟件選擇策略是高、中、低端結(jié)合，合理搭配，PC環(huán)境和UNIX環(huán)境同時使用。

目前國際上最主流的集成電路設(shè)計工具提供商有:Cadence、Synopsys、Mentor-Graphics等。這些主流廠商提供的EDA工具是目前產(chǎn)業(yè)界最廣泛使用的，但同時價格也非常昂貴。為了使學生能學習和使用先進的EDA工具，我們在UNIX工作站上安裝少量這些主流廠商的高端軟件，包括綜合工具、版圖設(shè)計、版圖驗證工具等。而在PC上主要安裝使用頻繁價格適中的軟件，主要包括設(shè)計輸入、功能仿真、時序驗證、邏輯綜合器、FPGA仿真和綜合器等。有了這些EDA工具的支撐，學生就可以完成符合參考設(shè)計流程規(guī)定的所有集成電路設(shè)計實踐課題。

集成電路設(shè)計流程、設(shè)計工具和設(shè)計基礎(chǔ)理論結(jié)合在一起，通過大量的集成電路設(shè)計實例訓(xùn)練，學生的學習主觀性大大加強了，同時綜合實踐能力也有了極大的提高。學生在使用了大量的設(shè)計工具后，知識面也得到了拓展，為以后從事更復(fù)雜的工程設(shè)計和科研打下了一個良好的基礎(chǔ)。

參考文獻:

[1]李玉山.電子系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002.

[2]畢耕，譚敏利.工程訓(xùn)練課程體系的改革和探索[J].中國高教研究，2001，(11):94-95.

[3]田亮，曹國鋼.一種日用定時器ASIC的設(shè)計[J].電氣電子教學學報，2001，(8):15-18.

（作者單位：四川廣元信息職業(yè)技術(shù)學院）