模擬集成電路設計課程改革研究

李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術大學 電子與信息工程學院，遼寧 葫蘆島 125105)

模擬集成電路設計課程改革研究

李 蕾，南敬昌， 李國金

(遼寧工程技術大學 電子與信息工程學院，遼寧 葫蘆島 125105)

針對遼寧工程技術大學電子與信息工程學院模擬集成電路設計課程授課方法、考核方式和實踐教學方法3個教學環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，該文結合大學本科模擬集成電路設計的教學經驗，分析了該課程的知識體系結構及教學現(xiàn)狀，提出了多媒體結合、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過程得到了應用，取得了顯著的效果。

模擬集成電路設計；課程改革；階段性考核；設計平臺

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科，并很快成為信息技術領域的核心內容之一。集成電路的產業(yè)規(guī)模和技術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，我國集成電路產業(yè)發(fā)展迅速，應用領域廣泛，設計水平不斷提升，對集成電路設計人員的能力要求日益提高[3-4]。對高校該學科人才的培養(yǎng)提出了新的要求，因此對該領域專業(yè)課程進行適當?shù)母母镆赃m應市場人才需求成為教學領域的研究熱點。

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

1 集成電路設計課程結構

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

圖1 模擬集成電路設計課程知識體系結構

由知識結構可知，模擬集成電路設計先修基礎知識較多，是一門知識綜合性很強的課程。同時，與實際應用緊密結合，因此授課的關鍵點為：1)使學生理解綜合性較強的基礎理論知識，在此基礎上理解電路基本原理，掌握設計規(guī)律；2)在理論基礎扎實的基礎上注重實際設計能力培養(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 課程教學現(xiàn)狀

2.1 授課方法

模擬集成電路設計的課程內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理論知識，經典模塊原理的分析，分析過程涉及較多的電路等效及公式推導。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，不能使學生直觀、深入地掌握知識，增大了學習難度，削弱了學習熱情。

2.2 考核方法

2.3 實踐教學

電子設計自動化(electronic design automatic，EDA)是集成電路設計技術的必備基礎手段，要求集成電路設計專業(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課后，學生在授課過程中對EDA工具的使用時間較少，實驗室的軟硬件設備在授課過程中難以充分發(fā)揮作用，實踐與課程講授結合不夠緊密，學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，學生面對綜合性強的理論知識缺乏學習興趣，造成理論知識不扎實，從而影響實際設計能力，而單一的考核方式又不能起到對學習過程的督促作用。由于實驗課過于集中，授課過程中相應的實際操作能力訓練不足，不能有效地彌補實際設計能力的不足。因此，需從以下3方面對模擬集成電路設計課程進行改革。

3 課程改革內容

3.1 教學方法改革

針對目前授課情況，結合課程特點，制作多媒體形式課件，調整授課方法。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容，講授過程中重視程度不夠，但是該部分內容通俗易懂，與實際生活結合，如果加以生動地授課，可以極大地提高學生的聽課興趣，有效地引導學生入門。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，抓住學生眼球，提高學生的聽課興趣。在重點內容的講解中，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，每周定時向學生開放實驗室，配合階段考核鼓勵學生充分利用設計平臺增強設計能力。通常為配合結課后集中實驗，實驗題目均為綜合能力較強的設計題目。在有限的實驗時間內，學生需要熟悉設計平臺軟件，同時要完成設計任務，工作量較大，實驗效果不理想，學生對實驗理解不深刻。增加實驗室開放時間后，可結合授課進程將綜合性強的設計題目分解為若干簡單題目，分階段布置學生完成，并將完成情況列入階段考核范圍。這使學生有時間熟悉掌握開發(fā)平臺軟件，同時循序漸進完成設計，加深對設計的理解掌握。如此一來學生在結課后開設的實驗課程中，有精力完成電路參數(shù)對指標影響的總結、思考后續(xù)版圖設計等深層次的設計問題。在此基礎上，鼓勵學生以科技小論文的形式提交實驗報告，達到挖掘學生的科研潛力，培養(yǎng)學生科研素養(yǎng)的教學目的。

4 改革效果

課程改革的內容在教學過程中進行了實踐，取得了明顯的效果。按照改革方案改進了課件內容，在課件中插入了動畫、flash及視頻輔助講解相關知識點。課上聽課效果反映出學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習興趣和理解力。

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

5 結束語

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

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[9] 郭勇.EDA技術基礎[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社, 2005.

[10] 宋偉, 朱幼蓮.“數(shù)字電路”課程設計教學改革探索[J].江蘇理工學院學報, 2011, 17(8): 70-73.

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

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

李蕾(1981-)，女，博士，講師，主要從事射頻集成電路設計方面的研究。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.031