李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

模擬集成電路設(shè)計課程改革研究

李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

針對遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院模擬集成電路設(shè)計課程授課方法、考核方式和實踐教學(xué)方法3個教學(xué)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，該文結(jié)合大學(xué)本科模擬集成電路設(shè)計的教學(xué)經(jīng)驗，分析了該課程的知識體系結(jié)構(gòu)及教學(xué)現(xiàn)狀，提出了多媒體結(jié)合、理論實踐融合及分階段考核等改革方案。實踐表明，該改革方案在實際教學(xué)過程得到了應(yīng)用，取得了顯著的效果。

模擬集成電路設(shè)計；課程改革；階段性考核；設(shè)計平臺

集成電路的概念最早誕生于20世紀50年代，在70年代發(fā)展成為相對獨立的學(xué)科，并很快成為信息技術(shù)領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一。集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為一個國家綜合國力的重要標志之一[1-2]。近年來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，設(shè)計水平不斷提升，對集成電路設(shè)計人員的能力要求日益提高[3-4]。對高校該學(xué)科人才的培養(yǎng)提出了新的要求，因此對該領(lǐng)域?qū)I(yè)課程進行適當?shù)母母镆赃m應(yīng)市場人才需求成為教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。

模擬集成電路設(shè)計是電子科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)核心課程之一，主要講授模擬集成電路基本原理、設(shè)計和分析方法，為學(xué)生今后從事該方面研究工作奠定基礎(chǔ)。分析該課程教學(xué)現(xiàn)狀，有針對性地進行改革，具有較強的實際意義。

1 集成電路設(shè)計課程結(jié)構(gòu)

模擬集成電路設(shè)計所需的知識體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，可劃分為基礎(chǔ)理論知識、專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)課3個層次，由5門主要課程組成[5-6]。

圖1 模擬集成電路設(shè)計課程知識體系結(jié)構(gòu)

由知識結(jié)構(gòu)可知，模擬集成電路設(shè)計先修基礎(chǔ)知識較多，是一門知識綜合性很強的課程。同時，與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，因此授課的關(guān)鍵點為：1)使學(xué)生理解綜合性較強的基礎(chǔ)理論知識，在此基礎(chǔ)上理解電路基本原理，掌握設(shè)計規(guī)律；2)在理論基礎(chǔ)扎實的基礎(chǔ)上注重實際設(shè)計能力培養(yǎng)。然而授課實際情況卻不能夠很好地滿足以上培養(yǎng)目標。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 授課方法

模擬集成電路設(shè)計的課程內(nèi)容既包含對集成電路發(fā)展簡史、集成電路制造工藝、晶體管原理的介紹，也包含集成電路的基礎(chǔ)理論知識，經(jīng)典模塊原理的分析，分析過程涉及較多的電路等效及公式推導(dǎo)。而目前講授方法中，無論板書還是課件都以文字敘述過多，動畫、flash及視頻等多媒體手段不足，不夠生動形象，不能使學(xué)生直觀、深入地掌握知識，增大了學(xué)習難度，削弱了學(xué)習熱情。

2.2 考核方法

2.3 實踐教學(xué)

電子設(shè)計自動化(electronic design automatic，EDA)是集成電路設(shè)計技術(shù)的必備基礎(chǔ)手段，要求集成電路設(shè)計專業(yè)的本科畢業(yè)生須掌握常用的EDA工具[8-9]。由于實驗課時安排過于集中并且時間安排在結(jié)課后，學(xué)生在授課過程中對EDA工具的使用時間較少，實驗室的軟硬件設(shè)備在授課過程中難以充分發(fā)揮作用，實踐與課程講授結(jié)合不夠緊密，學(xué)生的動手能力不能得到充分鍛煉[10]。

根據(jù)以上敘述的實際授課情況，學(xué)生面對綜合性強的理論知識缺乏學(xué)習興趣，造成理論知識不扎實，從而影響實際設(shè)計能力，而單一的考核方式又不能起到對學(xué)習過程的督促作用。由于實驗課過于集中，授課過程中相應(yīng)的實際操作能力訓(xùn)練不足，不能有效地彌補實際設(shè)計能力的不足。因此，需從以下3方面對模擬集成電路設(shè)計課程進行改革。

3 課程改革內(nèi)容

3.1 教學(xué)方法改革

針對目前授課情況，結(jié)合課程特點，制作多媒體形式課件，調(diào)整授課方法。如課程前兩章，主要介紹集成電路發(fā)展歷史、前沿，基本概念、工藝、晶體管基本原理。這些知識點不屬于重點內(nèi)容，講授過程中重視程度不夠，但是該部分內(nèi)容通俗易懂，與實際生活結(jié)合，如果加以生動地授課，可以極大地提高學(xué)生的聽課興趣，有效地引導(dǎo)學(xué)生入門。按照知識點固有邏輯順序，制作風格簡潔幽默的flash、視頻插入課件中輔助講解，可以充分利用較短的課時，抓住學(xué)生眼球，提高學(xué)生的聽課興趣。在重點內(nèi)容的講解中，也可以充分利用動畫描述電路電流流動方向、電路等效、米勒原理等需要形象思維的知識點，使枯燥的理論知識更加直觀。

3.2 考核方法改革

3.3 實驗課程改革

針對結(jié)課后集中實驗的現(xiàn)狀，增加授課過程中實驗室開放時間，每周定時向?qū)W生開放實驗室，配合階段考核鼓勵學(xué)生充分利用設(shè)計平臺增強設(shè)計能力。通常為配合結(jié)課后集中實驗，實驗題目均為綜合能力較強的設(shè)計題目。在有限的實驗時間內(nèi)，學(xué)生需要熟悉設(shè)計平臺軟件，同時要完成設(shè)計任務(wù)，工作量較大，實驗效果不理想，學(xué)生對實驗理解不深刻。增加實驗室開放時間后，可結(jié)合授課進程將綜合性強的設(shè)計題目分解為若干簡單題目，分階段布置學(xué)生完成，并將完成情況列入階段考核范圍。這使學(xué)生有時間熟悉掌握開發(fā)平臺軟件，同時循序漸進完成設(shè)計，加深對設(shè)計的理解掌握。如此一來學(xué)生在結(jié)課后開設(shè)的實驗課程中，有精力完成電路參數(shù)對指標影響的總結(jié)、思考后續(xù)版圖設(shè)計等深層次的設(shè)計問題。在此基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生以科技小論文的形式提交實驗報告，達到挖掘?qū)W生的科研潛力，培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)的教學(xué)目的。

4 改革效果

課程改革的內(nèi)容在教學(xué)過程中進行了實踐，取得了明顯的效果。按照改革方案改進了課件內(nèi)容，在課件中插入了動畫、flash及視頻輔助講解相關(guān)知識點。課上聽課效果反映出學(xué)生充分認可該種授課方式，課上互動積極主動性提高，增強了對較抽象概念的學(xué)習興趣和理解力。

通過實驗改革，結(jié)合階段考核增加了授課過程中的實驗設(shè)置。該項改革使學(xué)生熟悉模擬集成電路設(shè)計流程及相對應(yīng)的設(shè)計軟件，為后續(xù)實驗課打下良好的基礎(chǔ)。加快實驗進度，使部分學(xué)生有機會接觸甚至完成后續(xù)設(shè)計。促進了對基礎(chǔ)理論知識的理解。在畢業(yè)設(shè)計階段體現(xiàn)尤為明顯，由于先前對開發(fā)軟件學(xué)習基礎(chǔ)較好，節(jié)省了畢業(yè)實習階段的軟件學(xué)習時間，對基本電路模塊的設(shè)計理解較深刻，能夠快速完成基本模塊電路設(shè)計調(diào)試，進入到系統(tǒng)搭建、難點解決的階段，縮短畢業(yè)設(shè)計周期，提高完成質(zhì)量。

5 結(jié)束語

本文研究了目前模擬集成電路設(shè)計教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合我校實際情況提出了幾項改革措施，并在實際應(yīng)用中取得了明顯的效果。雖然沒有涉及電子與科學(xué)技術(shù)本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的諸多方面，但在此改革措施基礎(chǔ)上，有學(xué)院的扶持和相關(guān)教師及學(xué)生的共同努力，模擬集成電路設(shè)計的教學(xué)定會逐步走向成熟，最終建立完善的集成電路設(shè)計本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

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Curriculum Reform Research on Design of Analog Integrated Circuit

LI Lei, NAN Jingchang, LI Guojin

(School of Electronic and Information Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)

Aiming at the problems of teaching methods, assessment methods and practical teaching methods in the course of Analog Integrated Circuit Design in School of Electronic and Information Engineering, Liaoning Technical University, Combining with the teaching experience of the undergraduate Simulation IC Design, this paper analyzes the knowledge architecture and the present teaching situation of the course.and proposes the reform programs, including multimedia combination, theory and practice combination and phased examination.Practice shows that the reform program in the actual teaching process has been applied and achieved remarkable results.

design of analog integrated circuit; curriculum reform; phased examination; design platform

2015-09-06；修改日期:2016-11-25

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目(L2014130)；遼寧工程技術(shù)大學(xué)電信學(xué)院本科教學(xué)改革研究項目(DXJG2014-1)。

李蕾(1981-)，女，博士，講師，主要從事射頻集成電路設(shè)計方面的研究。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.031