從大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽談模擬集成電路課程教學(xué)改革

南通大學(xué)杏林學(xué)院 張 威 陸小飛 楊玲玲

南通大學(xué)電子信息學(xué)院 施 敏 孫 玲

從大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽談模擬集成電路課程教學(xué)改革

南通大學(xué)杏林學(xué)院 張 威 陸小飛 楊玲玲

南通大學(xué)電子信息學(xué)院 施 敏 孫 玲

從學(xué)生參加大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽所具備的能力要求出發(fā)，對模擬集成電路課程教學(xué)進行改革，主要包括課程體系、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)和雙師型教學(xué)團隊建設(shè)。通過課程學(xué)習(xí)和參加設(shè)計競賽培養(yǎng)學(xué)生集成電路設(shè)計能力，對學(xué)生就業(yè)和深造具有積極的意義。

集成電路設(shè)計大賽；模擬集成電路設(shè)計；教學(xué)改革

0 引言

大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽到目前為止已成功舉辦5屆，2011年舉辦的首屆大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽以“全定制集成電路版圖設(shè)計”為主題，分筆試和上機操作兩個部分。筆試部分涉及半導(dǎo)體器件原理、集成電路工藝、集成電路版圖CAD和模擬集成電路設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)知識，對學(xué)生的知識面要求比較廣；上機部分，由主辦方給出題目，參賽小組根據(jù)要求設(shè)計出電路和對應(yīng)的版圖[1]，現(xiàn)場進行集成電路版圖設(shè)計能力的測試。第二屆大賽主題與第一屆相同，但上機部分則給出三個難度相當(dāng)?shù)膫溥x題目，參賽小組任選一題。第三屆和第四屆大賽主題為“使用EDA軟件平臺設(shè)計自擬題目的芯片”，其中上機操作部分則由參賽隊在各自學(xué)校完成，作品完成后提交給主辦方。與以往不同，2015年舉辦的第五屆大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽開展了企業(yè)命題的多項杯賽活動，讓學(xué)校先進的設(shè)計理念和產(chǎn)業(yè)界的實際需求相結(jié)合，考核內(nèi)容的難度逐年增加，對參賽學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)要求也越來越高。我校從最初選派教師觀摩比賽，到2013年組織學(xué)生積極參加大賽，近三年取得成績見表1。

表1 我校學(xué)生參加集成電路設(shè)計大賽取得的成績

通過參加大學(xué)生集成電路大賽，學(xué)生的綜合設(shè)計能力得到提高。首先熟悉了模擬集成電路整個設(shè)計流程。其次熟練掌握了華大Aether EDA工具。第三，提高了學(xué)生的電路與版圖設(shè)計和解決問題的能力。針對大賽對學(xué)生能力提出的要求，近年來我校模擬集成電路設(shè)計教學(xué)團隊做了相應(yīng)的教學(xué)研究和改革。

1 競賽促進了模擬集成電路課程改革

1.1 課程體系的改革

針對大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽對學(xué)生綜合設(shè)計能力的要求，教學(xué)團隊重新設(shè)計了模擬集成電路設(shè)計課程體系。原教學(xué)大綱中，該課程總學(xué)時為48，其中理論課時36，上機實踐12學(xué)時，還有1周的課程設(shè)計。新的課程體系將模擬集成電路與集成電路版圖CAD合成一門課，總學(xué)時96，理論教學(xué)48學(xué)時，上機實踐48學(xué)時，課程設(shè)計增加到2周。

1.2 教學(xué)方法的改革

在理論教學(xué)部分，以往的教學(xué)是教師根據(jù)教學(xué)大綱和教材從前到后依次講解知識點，學(xué)生在一定程度上了解和掌握基本理論知識。整個教學(xué)過程，是以教師的教為主，學(xué)生被動地學(xué)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。目前，采用項目式教學(xué)[2]。第一堂課給出本課程的教學(xué)目標(biāo)和該課程在專業(yè)課程中的地位和作用，讓學(xué)生明白為什么學(xué)習(xí)該課程、學(xué)什么、有何用。在選擇具體的項目時，考慮到在實際的模擬電路中，許多應(yīng)用都需要穩(wěn)定的電壓模塊，特別是與溫度關(guān)系很小的電壓基準(zhǔn)在一些電路應(yīng)用中是必不可少的，所以本課程選取低功耗帶隙基準(zhǔn)電壓源作為項目化教學(xué)的典型實例之一。

如圖1所示的帯隙基準(zhǔn)電壓源電路，首先介紹電路的結(jié)構(gòu)和原理，其次劃分出電路子模塊，包括基準(zhǔn)電壓參考源的核心電路、曲率補償電路和PTAT電流產(chǎn)生電路，然后針對每個電路單元再深入研究其原理和參數(shù)。在此過程中，教師主要以啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過項目式教學(xué)，提高了學(xué)生分析和設(shè)計電路模塊的能力并樹立了課題研究意識。

圖1 帶隙基準(zhǔn)電壓源

1.3 實踐環(huán)節(jié)的改革

該課程以前的上機實踐是讓學(xué)生利用Hspice軟件仿真教材上的一些電路模塊，如單級放大器、電流鏡、差分放大器等。課程設(shè)計時，全班同學(xué)完成一個課題，例如兩級運算放大器的設(shè)計與仿真。現(xiàn)在，上機實踐時先讓學(xué)生了解集成電路設(shè)計流程，接著掌握EDA軟件，然后仿真各單元電路，最后完成版圖設(shè)計。課程設(shè)計與集成電路設(shè)計大賽相結(jié)合，在大賽報名時，就告知學(xué)生課程設(shè)計內(nèi)容將和大賽同步進行，鼓勵學(xué)生積極參加大賽。將學(xué)生分成若干組，3人一組，每組選擇大賽給出的任意一個課題。小組中的每個人都有各自的分工，1人負責(zé)檢索資料和文檔的撰寫，1人負責(zé)電路設(shè)計，1人負責(zé)版圖設(shè)計。課程設(shè)計過程中，教師主要起指導(dǎo)作用，具體工作由學(xué)生完成。課程設(shè)計的成績視項目的完成情況而定，挑選完成較好的作品提交給大賽主辦方。學(xué)生在完成課程設(shè)計的同時也參加了大賽，一方面通過比賽增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、不斷探索和不斷創(chuàng)新，使所學(xué)知識得到進一步鞏固和升華，另一方面保證了課程設(shè)計的質(zhì)量。

2 競賽促進雙師型教學(xué)團隊建設(shè)

為了強化技能性和實踐性教學(xué)要求，學(xué)校提倡雙師型教學(xué)隊伍建設(shè)，注重提高教師的工程教育能力。學(xué)院一方面選拔優(yōu)秀青年教師到企業(yè)實習(xí)至少半年時間，期間學(xué)校提供各種優(yōu)惠政策，另一方面鼓勵青年教師積極參與到各種課外科技競賽的輔導(dǎo)中。實踐證明，通過指導(dǎo)學(xué)生參加集成電路設(shè)計大賽，青年教師的各方面能力得到了提高。

2.1 提高教師的教學(xué)能力

第五屆大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽由企業(yè)命題，設(shè)計題目與企業(yè)研究方向直接對接，與我校電子信息類專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)一致。實踐證明，學(xué)生參加集成電路設(shè)計大賽，可以有效的檢驗教師的教學(xué)方法、教學(xué)效果，并以此為契機來推進教學(xué)改革[3]。避免了教學(xué)過程中學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)的填鴨式教學(xué)，針對大賽給出的幾個設(shè)計題目，教師以探究式、啟發(fā)式和研討式為主的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)相關(guān)理論和仿真工具，讓學(xué)生將理論知識和課外實踐內(nèi)容結(jié)合起來，有助于提高學(xué)生的科研和創(chuàng)新意識[4]。

2.2 提高教師的科研水平

集成電路設(shè)計大賽對學(xué)生的理論知識和實踐能力有比較高的要求，這就需要指導(dǎo)教師在賽前為學(xué)生提供高效率的培訓(xùn)工作，甚至部分參與項目的研究過程，在具體的實踐中和學(xué)生一起發(fā)現(xiàn)并解決問題。大賽所涉及的題目，都是企業(yè)研究的熱點，具有一定的難度，需要指導(dǎo)教師具備很強的實踐和科研能力。這就要求科研經(jīng)驗不足的教師必須拓展自己的知識結(jié)構(gòu)，繼續(xù)學(xué)習(xí)更新知識，才能勝任指導(dǎo)任務(wù)，因此集成電路設(shè)計大賽的指導(dǎo)工作也促進了教師的實踐和科研能力的提高[5]。

3 結(jié)束語

大賽要求學(xué)生具備集成電路設(shè)計方面的知識和能力，促使我們推進相關(guān)課程的教學(xué)改革，同時提高了教師在教學(xué)和工程實踐方面的能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。由于大賽是企業(yè)直接參與命題和考核，參賽學(xué)生通過展示自己的優(yōu)秀作品，讓集成電路設(shè)計企業(yè)的同行認識并肯定自己，從而增加就業(yè)和深造的機會。

[1]胡小玲,袁穎,劉榿．結(jié)合集成電路設(shè)計大賽談創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]．電子世界2012．1,163-164．

[2]譚莉,方羽．《集成電路版圖設(shè)計》課程項目化教學(xué)改革與探索[J]．輕工科技,2013,170(1):140-141

[3]孫雷,占永寧,孫玉軒．電子設(shè)計競賽促進高校青年教師能力的培養(yǎng)[J]．《中國西部科技》2014, 13(9):106-106

[4]汪金輝,侯立剛,耿淑琴．集成電路設(shè)計大賽與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]．電子世界,2012．1,161-162

[5]田磊．大學(xué)生電子競賽對實踐教學(xué)的促進和革新[J]．西安郵電學(xué)院學(xué)報,2011．11, 16(S1):65-66

張威（1985-），女，江蘇沭陽人，南通大學(xué)杏林學(xué)院講師，主要從事模擬集成電路設(shè)計方向的教學(xué)和科研。

南通大學(xué)杏林學(xué)院教育教學(xué)研究項目（2014J228）；江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目。