中國計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院 韋 一 唐 瑩

“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”對于教學(xué)的影響

中國計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院 韋 一 唐 瑩

“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”不僅給學(xué)生提供了展示自我的平臺(tái)，也為教師的日常教學(xué)提供了幫助。本文探討將大賽推薦的IC設(shè)計(jì)軟件Aether引入半導(dǎo)體器件、模擬集成電路設(shè)計(jì)等微電子專業(yè)課程中。將知識(shí)點(diǎn)以圖形的方式展現(xiàn)，有利于學(xué)生深入理解器件和電路的工作原理、應(yīng)用特點(diǎn)及參數(shù)影響等內(nèi)容，在教學(xué)中取得了良好的效果。

教學(xué)改革；集成電路設(shè)計(jì)；Aether

1 概要

自第二屆“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”以來，我們就積極組織學(xué)生參加此項(xiàng)競賽。通過連續(xù)參與，逐漸熟悉并掌握了華大九天公司提供的數(shù)模混合信號(hào)IC設(shè)計(jì)平臺(tái)Aether。此設(shè)計(jì)軟件集成了SPICE仿真工具、波形查看工具、版圖驗(yàn)證工具及3D-RC提取工具等，使整個(gè)IC設(shè)計(jì)流程更加平滑、高效。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，Aether不但可以作為主流設(shè)計(jì)軟件在科研中使用，也能在教學(xué)中作為輔助工具并起到良好的作用。

將Aether應(yīng)用到微電子相關(guān)課程中，例如在半導(dǎo)體器件物理教學(xué)中，我們利用仿真軟件模擬金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）的轉(zhuǎn)移和輸出波形，與理論計(jì)算結(jié)果相對比，驗(yàn)證所講解的方程能夠很好反映器件的特性[1]；而在模擬集成電路設(shè)計(jì)課程中，我們突破以往的教學(xué)方式，利用Aether軟件強(qiáng)大的功能，將從電路設(shè)計(jì)-版圖設(shè)計(jì)-模擬仿真這一完整的設(shè)計(jì)過程用更為直觀的方式展現(xiàn)在學(xué)生面前[2]，增強(qiáng)學(xué)生對于書面知識(shí)的掌握和理解，并為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 電路設(shè)計(jì)

差分放大器電路是“模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程的核心內(nèi)容之一，然而由于其內(nèi)容涉及電路性能參數(shù)之間的折衷選擇，計(jì)算較多、過程復(fù)雜、難以驗(yàn)證等問題使得這一部分知識(shí)掌握起來較為困難[2]。將Aether軟件引入到差分放大器的講解中，讓學(xué)生更為直觀地認(rèn)識(shí)不同電路結(jié)構(gòu)、器件參數(shù)和輸入信號(hào)對于差分放大電路性能的影響。

圖1(a)顯示了在Aether中建立的差分放大電路圖，軟件提供了強(qiáng)大的功能，可以非常方便地繪制電路并修改相應(yīng)的器件參數(shù)。圖1(b)為電路的瞬態(tài)分析的輸出波形，軟件也同時(shí)提供分析方法，如直流分析、交流分析等。從瞬態(tài)分析圖中可以看出此差分放大器的電壓增益為600。

利用Aether軟件仿真“模擬集成電路設(shè)計(jì)”中的各類電路，將器件參數(shù)對電路性能的影響直觀地展現(xiàn)出來，有利于學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)，掌握電路設(shè)計(jì)流程。

圖1 差分放大器電路在Aether中的仿真結(jié)果

3 結(jié)論

“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”填補(bǔ)了在微電子領(lǐng)域缺乏全國性大學(xué)生競賽的空白，為學(xué)生提供了一個(gè)展現(xiàn)自身能力，與其他高校交流的平臺(tái)。通過參加大賽，學(xué)生加深了對專業(yè)知識(shí)的理解，明確了未來發(fā)展的目標(biāo)，為以后的學(xué)習(xí)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

同時(shí)，通過大賽我們將Aehter軟件引入到平時(shí)教學(xué)中，豐富了教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生對器件和電路工作原理、使用方法和特點(diǎn)的整體學(xué)習(xí)和融會(huì)貫通，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

[1]曾樹榮． 半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)[M]． 北京：北京大學(xué)出版社, 2002．

[2]Razavi, B．著, 陳貴燦等譯． 模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)[M]． 西安：西安交通大學(xué)出版社，2003．

韋一（1983-），男，浙江杭州人，博士，講師，研究方向?yàn)樾滦图{米器件電路設(shè)計(jì)和研制。

唐瑩（1981-），女，浙江杭州人，博士，副教授，研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體器件的理論研究和樣品研制。

本文受2013年浙江省高等教育教學(xué)改革和課堂教學(xué)改革項(xiàng)目資助（kg2013169）。