導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇模擬集成電路設(shè)計(jì)的流程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】可編程模擬器件；整流電路；模擬

Abstract：A Design method of rectifier circuit with high precision implemented on in-system programmable analog circuit is introduced in the paper.All the parts are integrated in a single chip to improve the integration and reliability of the circuit.The goal chip can be programmed to realize new contents，which reduces the development cycle and cost.

Keywords：ispPAC；Rectifier Circuit；Analog

1.引言

在系統(tǒng)可編程模擬器件ispPAC（in-system Programmable Analog Circuit）是美國(guó)Lattice半導(dǎo)體公司推出的可編程產(chǎn)品，到目前為止已有5種芯片：ispPAC10，ispPAC20，

ispPAC30，ispPAC80和ispPAC81[1]。與數(shù)字在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成電路一樣，ispPAC同樣具有在系統(tǒng)可編程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，電路設(shè)計(jì)人員可通過(guò)開(kāi)發(fā)軟件在計(jì)算機(jī)上快速、便捷地進(jìn)行模擬電路設(shè)計(jì)與修改，對(duì)電路的特性可進(jìn)行仿真分析，然后用編程電纜將設(shè)計(jì)方案下載到芯片當(dāng)中。同時(shí)還可以對(duì)已經(jīng)裝配在印刷線路板上的ispPAC芯片進(jìn)行校驗(yàn)、修改或者重新設(shè)計(jì)。

把高集成度的精密模擬電路設(shè)計(jì)集成于單塊ispPAC芯片上，取代了由若干分立元件或傳統(tǒng)ASIC芯片所能實(shí)現(xiàn)的功能，具有開(kāi)發(fā)速度快，成本低，可靠性高與保密型強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。其開(kāi)發(fā)軟件是基于Windows平臺(tái)的PAC Designer，目前版本為6.0，提供完整的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證解決方案，支持ispPAC、ispClock和ispPower系列芯片開(kāi)發(fā)。

本文以PAC Designer為設(shè)計(jì)軟，以ispPAC20為目標(biāo)芯片，介紹了一種精密整流電路的設(shè)計(jì)方法。將電路設(shè)計(jì)方案以單芯片實(shí)現(xiàn)，提高了電路的集成度和可靠性；對(duì)目標(biāo)芯片可重新編程以升級(jí)電路結(jié)構(gòu)，縮短了研制周期，降低了設(shè)計(jì)成本。

2.ispPAC20芯片的結(jié)構(gòu)

ispPAC20芯片由兩個(gè)基本單元電路PAC塊、兩個(gè)比較器、一個(gè)8位的D/A轉(zhuǎn)換器、配置存儲(chǔ)器、參考電壓、自校正單元、模擬布線池和ISP接口所組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

ispPAC20中有兩個(gè)PAC塊，PACblock1由兩個(gè)儀用放大器和一個(gè)輸出放大器組成、配以電阻和電容構(gòu)成一個(gè)真正的差分輸入、差分輸出的基本單元電路，如2圖所示。其中，儀用放大器IA1的輸入端連接二選一輸入選擇器，通過(guò)芯片的外部引腳MSEL來(lái)控制。當(dāng)MSEL為0時(shí)，端口a連接至IA1；當(dāng)MSEL為1時(shí)，端口b連接至IA1。IA1和IA2的增益調(diào)范圍在-10～+10之間，電路輸入阻抗為109，共模抑制比為69dB。輸出放大器OA1中的電容CF有128種值可供選擇，反饋電阻RF可以編程為連同或斷開(kāi)狀態(tài)。芯片中各基本單元通過(guò)模擬布線池（Analog Routing Pool）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，以組成各種復(fù)雜電路。

PACblock2與PACblock1的結(jié)構(gòu)基本相同，但I(xiàn)A4的增益范圍為-10至-1，并為IA4增加了外部極性控制端PC。當(dāng)PC=1時(shí)，增益調(diào)整范圍為-10至-1，當(dāng)PC=0時(shí)，增益調(diào)整范圍為+10至+1。

DAC單元是一個(gè)8位電壓輸出的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。接口方式可自由選擇為8位的并行方式、串行JTAG尋址方式、串行SPI尋址方式。在串行方式中，數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度為8為，D0為數(shù)據(jù)的首位，D7處于數(shù)據(jù)的末位。DAC的輸出是完全差分形式，可以與芯片內(nèi)部的比較器或儀用放大器相連，也可以直接輸出。無(wú)論采用串行還是并行的方式，用戶都可以通過(guò)查詢芯片說(shuō)明的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行編程[3]。

在ispPAC20中有兩個(gè)可編程的雙差分比較器，當(dāng)同相輸入電壓相對(duì)反向輸入電壓為正時(shí)，比較器的輸出為高電平，否則為低電平。比較器CP1的輸出可編程為直接輸出或以PC為時(shí)鐘的寄存器輸出兩種模式，且CP1和CP2的輸出端可作異或運(yùn)算或觸發(fā)器操作后在WINDOW端輸出信號(hào)。

另外，配置存儲(chǔ)器用于存放編程數(shù)據(jù)，參考電壓和自校正模塊完成電壓的分配和校正功能。

3.基于ispPAC20的精密整流電路設(shè)計(jì)

基于ispPAC20的精密整流電路內(nèi)部編程結(jié)構(gòu)如圖2所示，電路工作時(shí)，需將輸入信號(hào)ui同時(shí)連接至IN2和IN3端，將比較器輸出CP1OUT由外部連接至極性控制端PC。

端口IN2編程為連接輸入儀用放大器IA4，IN3編程為連接比較器CP1，OUT2作為整流電路的輸出端。編程DAC編碼為80h，輸出模擬電壓0V，并編程連接至比較器CP1的反相輸入端作為閾值電壓，設(shè)置CP1為直接輸出模式（Direct）。編程IA4的增益為-1，OA2相關(guān)參數(shù)如圖2所示。

當(dāng)ui＞0時(shí)，比較器CP1的輸出CP1OUT為高電平，通過(guò)極性控制端PC的控制，則PAC block2輸出OUT2=-ui；當(dāng)ui＜0時(shí)，CP1OUT為低電平，則OUT2=+ui。即，OUT2=-|ui|，從而電路實(shí)現(xiàn)整流功能。

若將IA4的增益設(shè)置為K（調(diào)整范圍為-10至-1），按圖2的方式進(jìn)行編程，則整流輸出端信號(hào)為OUT2=K|ui|

在PAC-Designer設(shè)計(jì)軟件中，選擇菜單Tools/Download，即可將所設(shè)計(jì)的電路方案編程下載到目標(biāo)芯片ispPAC20中，并可進(jìn)行電路仿真和測(cè)試。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于在系統(tǒng)可編程模擬器件ispPAC的精密整流電路設(shè)計(jì)方法，在ispPAC20芯片上實(shí)現(xiàn)，將整個(gè)電路集成于一塊芯片中，提高了電路的集成度和可靠性。借助于開(kāi)發(fā)工具PAC-Designer，可隨時(shí)對(duì)芯片進(jìn)行重新編程以升級(jí)電路結(jié)構(gòu)，提高了電路設(shè)計(jì)的效率，降低了設(shè)計(jì)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]王成華,蔣愛(ài)民,呂勇.可編程模擬器件的應(yīng)用研究[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2002,17(3):345.

[2]高玉良.在系統(tǒng)可編程模擬器件(ispPAC)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2002,4:80-81.

[3]Lattice Semiconductor Co.ispPAC hand-

篇2

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；本科教學(xué)；改革探索

作者簡(jiǎn)介：殷樹(shù)娟（1981-），女，江蘇宿遷人，北京信息科技大學(xué)物理與電子科學(xué)系，講師；齊臣杰（1958-），男，河南扶溝人，北京信息科技大學(xué)物理與電子科學(xué)系，教授。（北京 100192）

基金項(xiàng)目：本文系北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：KM201110772018）、北京信息科技大學(xué)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2010JG40）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美國(guó)德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標(biāo)志著世界從此進(jìn)入到了集成電路的時(shí)代。在近50年的時(shí)間里，集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、通訊和遙控等各個(gè)領(lǐng)域。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成本也相對(duì)低廉，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)集成電路發(fā)展迅猛，21世紀(jì)第1個(gè)10年，我國(guó)集成電路產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率超過(guò)25%，集成電路銷售額的年均增長(zhǎng)率則達(dá)到23%。我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)由2001年不足世界集成電路產(chǎn)業(yè)總規(guī)模的2%提高到2010年的近9%。我國(guó)成為過(guò)去10年世界集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一。伴隨著國(guó)內(nèi)集成電路的發(fā)展，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)人員的需求也日益增加，正是在這種壓力驅(qū)動(dòng)下，政府從“十五”計(jì)劃開(kāi)始大力發(fā)展我國(guó)的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。

在20世紀(jì)末21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)課程都是在研究生階段開(kāi)設(shè)，本科階段很少涉及。不僅是因?yàn)槠潆y度相對(duì)本科生較難接受，而且集成電路設(shè)計(jì)人員的需求在我國(guó)還未進(jìn)入爆發(fā)期。我國(guó)的集成電路發(fā)展總體滯后國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的集成電路發(fā)展迅速，集成電路設(shè)計(jì)需求劇增。[1]為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，同時(shí)也為更好地推進(jìn)我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，國(guó)家開(kāi)始加大力度推廣集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)課程的本科教學(xué)工作。經(jīng)過(guò)十年多的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)取得了較大的成果，較好地推進(jìn)了集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，但凸顯出的問(wèn)題也日益明顯。本文將以已有的集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合對(duì)相關(guān)院校集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)的調(diào)研，詳細(xì)分析集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)探索集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)的改革。

一、集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)存在的主要問(wèn)題

在政府的大力扶持下，自“十五”計(jì)劃開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)開(kāi)始走向正軌。從最初的少數(shù)幾個(gè)重點(diǎn)高校到后來(lái)眾多相關(guān)院校紛紛設(shè)置了集成電路設(shè)計(jì)本科專業(yè)并開(kāi)設(shè)了相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。近幾年本科學(xué)歷的集成電路設(shè)計(jì)人員數(shù)量逐漸增加，經(jīng)歷本科教學(xué)后的本科生無(wú)論是選擇就業(yè)還是選擇繼續(xù)深造，都對(duì)國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)人員緊缺的現(xiàn)狀起到了一定的緩解作用。但從企業(yè)和相關(guān)院校的反饋來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)方向的本科教學(xué)仍然存在很多問(wèn)題，教學(xué)質(zhì)量有待進(jìn)一步提高，教學(xué)手段需做相應(yīng)調(diào)整，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)更多地適應(yīng)現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界發(fā)展需求。其主要存在以下幾方面問(wèn)題。

首先，課程設(shè)置及課程內(nèi)容不合理，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情降低?，F(xiàn)階段，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)的多數(shù)院校在本科階段主要開(kāi)設(shè)有如下課程：“固體物理”、“晶體管理”、“模擬集成電路設(shè)計(jì)”和“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”（各校命名方式可能有所不同）等。固體物理和晶體管原理是方向基礎(chǔ)課程，理論性較強(qiáng)，公式推導(dǎo)較多，同時(shí)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高。一方面，復(fù)雜的理論分析和繁瑣的公式推導(dǎo)嚴(yán)重降低了本科生的學(xué)習(xí)興趣，尤其是對(duì)于很多總體水平相對(duì)較差的學(xué)生。而另外一方面，較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求又進(jìn)一步打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。另外，還有一些高等院校在設(shè)置課程教學(xué)時(shí)間上也存在很多問(wèn)題。例如：有些高等院校將“固體物理”課程和“半導(dǎo)體器件物理”課程放在同一個(gè)學(xué)期進(jìn)行教學(xué)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，沒(méi)有固體物理的基礎(chǔ)就直接進(jìn)入“晶體管原理”課程的學(xué)習(xí)會(huì)讓學(xué)生很長(zhǎng)一段時(shí)間都難以進(jìn)入狀態(tài)，將極大打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而直接導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)甚至放棄相關(guān)方向的學(xué)習(xí)。而這兩門課是集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè)基礎(chǔ)課，集成電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)課程“模擬集成電路設(shè)計(jì)”和“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)需要這兩門課的相關(guān)知識(shí)作為基礎(chǔ)，如果前面的基礎(chǔ)沒(méi)有打好，很難想象學(xué)生如何進(jìn)行后續(xù)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的的學(xué)習(xí)，從而直接導(dǎo)致學(xué)業(yè)的荒廢。

其次，學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)量較少，學(xué)生動(dòng)手能力差。隨著IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)中電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic design automatic，EDA）無(wú)論是在工業(yè)界還是學(xué)術(shù)界都已經(jīng)成為必備的基礎(chǔ)手段，一系列的設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究成果在其中得以體現(xiàn)并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮作用。因此，作為集成電路設(shè)計(jì)方向的本科生，無(wú)論是選擇就業(yè)還是選擇繼續(xù)深造，熟悉并掌握一些常用的集成電路設(shè)計(jì)EDA工具是必備的本領(lǐng)，也是促進(jìn)工作和學(xué)習(xí)的重要方式。為了推進(jìn)EDA工具的使用，很多EDA公司有專門的大學(xué)計(jì)劃，高校購(gòu)買相關(guān)軟件的價(jià)格相對(duì)便宜得多。國(guó)家在推進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面也投入了大量的資金，現(xiàn)在也有很多高等院校已經(jīng)具備購(gòu)買相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)軟件的條件，但學(xué)生的實(shí)際使用情況卻喜憂參半。有些高校在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力方面確實(shí)下足功夫，學(xué)生有公用機(jī)房可以自由上機(jī)，只要有興趣學(xué)生可以利用課余時(shí)間摸索各種EDA軟件的使用，這對(duì)他們以后的工作和學(xué)習(xí)奠定了很好的基礎(chǔ)。但仍然還有很多高校難以實(shí)現(xiàn)軟件使用的最大化，購(gòu)買的軟件主要供學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上使用，平時(shí)學(xué)生很少使用，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)到的一點(diǎn)知識(shí)大都是教師填鴨式灌輸進(jìn)去的，學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)自己的摸索，畢業(yè)后實(shí)驗(yàn)課上學(xué)到的知識(shí)已經(jīng)忘得差不多了，在后續(xù)的工作或?qū)W習(xí)中再用到相關(guān)工具時(shí)還得從頭再來(lái)學(xué)習(xí)。動(dòng)手能力差在學(xué)生擇業(yè)時(shí)成為一個(gè)很大的不足。[2]

再者，理工分科紊亂，屬性不一致。集成電路設(shè)計(jì)方向從專業(yè)內(nèi)容及專業(yè)性質(zhì)上分應(yīng)該屬于工科性質(zhì)，但很多高校在專業(yè)劃分時(shí)卻將該專業(yè)劃歸理科專業(yè)。這就使得很多學(xué)生在就業(yè)時(shí)遇到問(wèn)題。很多招聘單位一看是理科就片面認(rèn)為是偏理論的內(nèi)容，從而讓很多學(xué)生錯(cuò)失了進(jìn)一步就業(yè)的好機(jī)會(huì)。而這樣的結(jié)果直接導(dǎo)致后面報(bào)考該專業(yè)的學(xué)生越來(lái)越少，最后只能靠調(diào)劑維持正常教學(xué)。其實(shí)，很多高校即使是理科性質(zhì)的集成電路設(shè)計(jì)方向?qū)W習(xí)的課程和內(nèi)容，與工科性質(zhì)的集成電路設(shè)計(jì)方向是基本一致的，只是定位屬性不一致，結(jié)果卻大相徑庭。

二、改革措施

鑒于目前國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)方向的本科教學(xué)現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面改進(jìn)，從而更好地推進(jìn)集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)。

1.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)量

現(xiàn)階段的集成電路本科教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)量太少，以“模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程為例，多媒體教學(xué)量40個(gè)學(xué)時(shí)但實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅8個(gè)學(xué)時(shí)。相對(duì)于40個(gè)學(xué)時(shí)的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容，8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生學(xué)以致用或?qū)⒗碚撊谌雽?shí)踐的需求。40個(gè)學(xué)時(shí)的理論課囊括了單級(jí)預(yù)算放大器、全差分運(yùn)算放大器、多級(jí)級(jí)聯(lián)運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源電流源電路、開(kāi)關(guān)電路等多種電路結(jié)構(gòu)，而8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課除去1至2學(xué)時(shí)的工具學(xué)習(xí)，留給學(xué)生電路設(shè)計(jì)的課時(shí)量太少。

在本科階段就教會(huì)學(xué)生使用各種常用EDA軟件，對(duì)于增加學(xué)生的就業(yè)及繼續(xù)深造機(jī)會(huì)是非常必要的。一方面，現(xiàn)在社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)是非常激烈的，很少有單位愿意招收入職后還要花比較長(zhǎng)的時(shí)間專門充電的新員工，能夠一入職就工作那是最好不過(guò)的。另一方面，實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比純理論的學(xué)習(xí)更容易接受，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程除了可以增加學(xué)生的動(dòng)手操作能力，同樣會(huì)深化學(xué)生對(duì)已有理論知識(shí)的理解。因此，在實(shí)踐教學(xué)工作中，增加本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)量可以有效促進(jìn)教學(xué)和增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.降低理論課難度尤其是復(fù)雜的公式推導(dǎo)

“教師的任務(wù)是授之以漁，而不是授之以魚(yú)”，這句話對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)老師來(lái)說(shuō)恰如其分。對(duì)于相同的電路結(jié)構(gòu)，任何一個(gè)電路參數(shù)的變化都可能會(huì)導(dǎo)致電路性能發(fā)生翻天覆地的變化。在國(guó)際國(guó)內(nèi)，每年都會(huì)有數(shù)百個(gè)新電路結(jié)構(gòu)專利產(chǎn)生，而這些電路的設(shè)計(jì)人員多是研究生或以上學(xué)歷人員，幾乎沒(méi)有一個(gè)新的電路結(jié)構(gòu)是由本科生提出的。

對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)，他們只是剛剛涉足集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容是最基礎(chǔ)的集成電路相關(guān)理論知識(shí)、電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。在創(chuàng)新方面對(duì)他們沒(méi)有過(guò)多的要求，因此他們不需要非常深刻地理解電路的各種公式尤其是復(fù)雜的公式及公式推導(dǎo)，其學(xué)習(xí)重點(diǎn)應(yīng)該是掌握基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)、電路分析基本方法等，而不是糾結(jié)于電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)。例如，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的本科必修課程――“固體物理”和“晶體管原理”，冗長(zhǎng)的公式及繁瑣的推導(dǎo)極大地削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)對(duì)于專業(yè)知識(shí)的理解也沒(méi)有太多的益處。[3]另外，從專業(yè)需要方面出發(fā)，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)更多的是需要學(xué)生掌握各種半導(dǎo)體器件的基本工作原理及特性，而并非是具體的公式。因此，減少理論教學(xué)中繁瑣的公式推導(dǎo)，轉(zhuǎn)而側(cè)重于基本原理及特性的物理意義的介紹，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)更加容易接受，也有益于之后“模擬集成電路”、“數(shù)字集成電路”的教學(xué)。

3.增加就業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)含量

從集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)入本科教學(xué)后的近十年間本科生就業(yè)情況看，集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的本科生畢業(yè)后直接從事集成電路設(shè)計(jì)方向相關(guān)工作的非常少，多數(shù)選擇繼續(xù)深造或改行另謀生路。這方面的原因除了因?yàn)楸究粕诨局R(shí)儲(chǔ)備方面還不能達(dá)到集成電路設(shè)計(jì)人員的要求外，更主要的原因是隨著國(guó)家對(duì)集成電路的大力扶持，現(xiàn)在開(kāi)設(shè)集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的高等院校越來(lái)越多，很多都是具有研究生辦學(xué)能力的高校，也就是說(shuō)有更多的更高層次的集成電路設(shè)計(jì)人才在競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)原本就不是很多的集成電路設(shè)計(jì)崗位。

另外一方面，集成電路的版圖、集成電路的工藝以及集成電路的測(cè)試等方面也都是與集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的工作，而且這些崗位相對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)崗位來(lái)說(shuō)對(duì)電路設(shè)計(jì)知識(shí)的要求要低很多。而從事集成電路版圖、集成電路工藝或集成電路測(cè)試相關(guān)工作若干年的知識(shí)積累將極大地有利于其由相關(guān)崗位跳槽至集成電路設(shè)計(jì)的相關(guān)崗位。因此，從長(zhǎng)期的發(fā)展目標(biāo)考慮，集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)本科畢業(yè)生從事版圖、工藝、測(cè)試相關(guān)方向的工作可能更有競(jìng)爭(zhēng)力，也更為符合本科生知識(shí)儲(chǔ)備及長(zhǎng)期發(fā)展的需求。這就對(duì)集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)內(nèi)容提出了更多的要求。為了能更好地貼近學(xué)生就業(yè)，在集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)內(nèi)容方面，教師應(yīng)該更多地側(cè)重于基本的電路版圖知識(shí)、硅片工藝流程、芯片測(cè)試等相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。

三、結(jié)論

集成電路產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的重要基礎(chǔ)。大力推進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須強(qiáng)化集成電路設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)的本科教學(xué)質(zhì)量和水平，而國(guó)內(nèi)的集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)還處在孕育發(fā)展的嶄新階段，它是適應(yīng)現(xiàn)代IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展及本科就業(yè)形勢(shì)的，但目前還存在很多問(wèn)題亟待解決。本文從已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及調(diào)研情況做了一些分析，但這遠(yuǎn)沒(méi)有涉及集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)本科教學(xué)的方方面面。不過(guò)，可以預(yù)測(cè)，在國(guó)家大力扶持下，在相關(guān)教師及學(xué)生的共同努力下，我國(guó)的集成電路設(shè)計(jì)本科教學(xué)定會(huì)逐步走向成熟，更加完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]王為慶.高職高專《Protel電路設(shè)計(jì)》教學(xué)改革思路探索[J].考試周刊,2011,(23).

篇3

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；微電子人才

作者簡(jiǎn)介：周遠(yuǎn)明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授。（湖北 武漢 430068）

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）29-0089-02

電子科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)理論和應(yīng)用性都很強(qiáng)的專業(yè)，因此人才培養(yǎng)必須堅(jiān)持“理論聯(lián)系實(shí)際”的原則。專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有不可替代的作用，是高等學(xué)校培養(yǎng)人才這一系統(tǒng)工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。[1，2]

一、學(xué)科背景及問(wèn)題分析

1.學(xué)科背景

21世紀(jì)被稱為信息時(shí)代，信息科學(xué)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，它屬于教育部本科專業(yè)目錄中的一級(jí)學(xué)科“電子科學(xué)與技術(shù)”。微電子技術(shù)一般是指以集成電路技術(shù)為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的新型技術(shù)學(xué)科，主要涉及研究集成電路的設(shè)計(jì)、制造、封裝相關(guān)的技術(shù)與工藝。[3]由于實(shí)現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和各種電子設(shè)備的基礎(chǔ)是集成電路，因此微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的核心技術(shù)和戰(zhàn)略性技術(shù)，是信息社會(huì)的基石。此外，從地方發(fā)展來(lái)看，武漢東湖高新區(qū)正在全力推進(jìn)國(guó)家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，形成了以光通信、移動(dòng)通信為主導(dǎo)，激光、光電顯示、光伏及半導(dǎo)體照明、集成電路等競(jìng)相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局，電子信息產(chǎn)業(yè)在湖北省經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位日益突出，而區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的素質(zhì)也提出了更高的要求。

湖北工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成立于2007年，完全適應(yīng)國(guó)家、地區(qū)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中對(duì)人才的需求，建設(shè)專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮蛹夹g(shù)，畢業(yè)生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統(tǒng)（激光器、太能電池、發(fā)光二極管等）的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試以及相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究與開(kāi)發(fā)等相關(guān)工作。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自成立以來(lái)，始終堅(jiān)持以微電子產(chǎn)業(yè)的人才需求為牽引，遵循微電子科學(xué)的內(nèi)在客觀規(guī)律和發(fā)展脈絡(luò)，堅(jiān)持理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，致力于培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的微電子專門人才，以滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)微電子人才的迫切需求。

2.存在的問(wèn)題與影響分析

電子科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)理論和應(yīng)用性都很強(qiáng)的專業(yè)，因此培養(yǎng)創(chuàng)新型和實(shí)用型人才必須堅(jiān)持“理論聯(lián)系實(shí)際”的原則。要想培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才，就必須建設(shè)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。然而目前人才培養(yǎng)有“產(chǎn)學(xué)研”脫節(jié)的趨勢(shì)，學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)不論是在時(shí)間上還是在空間上都較少。建立完善的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀前提。

二、建設(shè)思路

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系包括基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?；A(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、電子實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)；專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)即微電子實(shí)驗(yàn)中心，是本文要重點(diǎn)介紹的部分。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索過(guò)程中重點(diǎn)考慮到以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

第一，突出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用、強(qiáng)創(chuàng)新”的微電子人才培養(yǎng)理念。微電子人才既要求具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)（包括基礎(chǔ)物理、固體物理、器件物理、集成電路設(shè)計(jì)、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統(tǒng)知識(shí)（包括計(jì)算機(jī)、通信、信息處理等基礎(chǔ)知識(shí)），同時(shí)還要具備較強(qiáng)的實(shí)踐創(chuàng)新能力。因此微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論與實(shí)踐能力的緊密結(jié)合，同時(shí)兼顧本學(xué)科實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的協(xié)同訓(xùn)練，將培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)人才作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)。

第二，構(gòu)建科學(xué)合理的微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將“物理實(shí)驗(yàn)”、“計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)”、“專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導(dǎo)體器件課程設(shè)計(jì)”、“集成電路課程設(shè)計(jì)”、“微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)”、“集成電路專業(yè)實(shí)驗(yàn)”、“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”和“畢業(yè)設(shè)計(jì)”等實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，相互貫通，有機(jī)銜接，搭建以提高實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為主體的“基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練實(shí)踐應(yīng)用能力訓(xùn)練創(chuàng)新能力訓(xùn)練”實(shí)踐教學(xué)體系。

第三，兼顧半導(dǎo)體工藝與集成電路設(shè)計(jì)對(duì)人才的不同要求。半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈涉及到設(shè)計(jì)、材料、工藝、封裝、測(cè)試等不同領(lǐng)域，各個(gè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊蠹扔泄残?，也有個(gè)性。為了擴(kuò)展大學(xué)生知識(shí)和技能的適應(yīng)范圍，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須涵蓋微電子技術(shù)的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體工藝兩個(gè)領(lǐng)域。

第四，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究緊密結(jié)合，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和形式與國(guó)內(nèi)外科技同步發(fā)展。倡導(dǎo)教學(xué)與科研協(xié)調(diào)發(fā)展，教研相長(zhǎng)，鼓勵(lì)教師將科研成果及時(shí)融化到教學(xué)內(nèi)容之中，以此提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

三、建設(shè)內(nèi)容

微電子是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基石，是我國(guó)高新技術(shù)發(fā)展的重中之重，但我國(guó)微電子技術(shù)人才緊缺，尤其是集成電路相關(guān)人才嚴(yán)重不足，培養(yǎng)高質(zhì)量的微電子技術(shù)人才是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的迫切需要。微電子學(xué)科實(shí)踐性強(qiáng)，培養(yǎng)的人才需要具備相關(guān)的測(cè)試分析技能和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計(jì)、制造等綜合性的實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識(shí)。

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將利用經(jīng)費(fèi)支持建設(shè)一個(gè)微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，具體包括四個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室：半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)室、微電子器件和集成電路性能參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室、集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、科技創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室。使學(xué)生具備半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測(cè)試分析、微電子器件、光電器件參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用、集成電路設(shè)計(jì)、LED封裝測(cè)試等方面的實(shí)踐動(dòng)手和設(shè)計(jì)能力，鞏固和強(qiáng)化現(xiàn)代微電子技術(shù)和集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，提升學(xué)生在微電子技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)學(xué)生具備半導(dǎo)體材料、器件、集成電路等基本物理與電學(xué)屬性的測(cè)試分析能力。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要服務(wù)的本科專業(yè)為“電子科學(xué)與技術(shù)”，同時(shí)可以承擔(dān)“通信工程”、“電子信息工程”、“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”、“電子信息科學(xué)與技術(shù)”、“材料科學(xué)與工程”、“光信息科學(xué)與技術(shù)”等10余個(gè)本科專業(yè)的部分實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。

（1）半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于半導(dǎo)體材料基本屬性的測(cè)試與分析方法，目的是加深學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體基本理論的理解，掌握相關(guān)的測(cè)試方法與技能，包括半導(dǎo)體材料層錯(cuò)位錯(cuò)觀測(cè)、半導(dǎo)體材料電阻率的四探針?lè)y(cè)量及其EXCEL數(shù)據(jù)處理、半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)測(cè)試、半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命測(cè)量、高頻MOS C-V特性測(cè)試、PN結(jié)顯示與結(jié)深測(cè)量、橢偏法測(cè)量薄膜厚度、PN結(jié)正向壓降溫度特性實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實(shí)驗(yàn)課、理論課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)等。

（2）微電子器件和集成電路性能參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于半導(dǎo)體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數(shù)等的測(cè)試與分析方法，目的是加深學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體基本理論、器件參數(shù)與性能、工藝等的理解，掌握相關(guān)的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測(cè)量晶體管的交（直）流參數(shù)、MOS場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)的測(cè)量、晶體管參數(shù)的測(cè)量、集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試、晶體管特征頻率的測(cè)量、半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)、光伏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、光電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、光電探測(cè)原理綜合實(shí)驗(yàn)、光電倍增管綜合實(shí)驗(yàn)、LD/LED光源特性實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體激光器實(shí)驗(yàn)、電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)、聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實(shí)驗(yàn)課、理論課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)、課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

（3）集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生初步掌握集成電路設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設(shè)計(jì)軟件的使用方法、設(shè)計(jì)流程等，并通過(guò)半導(dǎo)體器件、模擬集成電路、數(shù)字集成電路的仿真、驗(yàn)證和版圖設(shè)計(jì)等實(shí)踐過(guò)程具備集成電路設(shè)計(jì)的能力，目的是培養(yǎng)學(xué)生半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計(jì)能力。以美國(guó)Cadence公司專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)軟件為載體，完成集成電路的電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等訓(xùn)練課程。完成形式包括理論課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)、集成電路設(shè)計(jì)類課程和理論課程的上機(jī)實(shí)踐等。

（4）科技創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室則向?qū)W生提供發(fā)揮他們才智的空間，為他們提供驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)自由命題或進(jìn)行科研的軟硬件條件，充分發(fā)揮他們的想象力，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與能力，包括LED封裝、測(cè)試與設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)和光電技術(shù)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)。要求學(xué)生自己動(dòng)手完成所設(shè)計(jì)器件或電路的研制并通過(guò)測(cè)試分析，制造出滿足指標(biāo)要求的器件或電路。目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的系統(tǒng)訓(xùn)練，加深對(duì)所需知識(shí)的接收與理解，初步掌握半導(dǎo)體器件與集成電路的設(shè)計(jì)方法和對(duì)工藝技術(shù)及流程的認(rèn)知與感知。完成形式包括理論課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)、創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)、生產(chǎn)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)、參與教師科研課題和國(guó)家級(jí)、省級(jí)和校級(jí)的各類科技競(jìng)賽及課外科技學(xué)術(shù)活動(dòng)等。

四、總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)室以我國(guó)微電子科學(xué)與技術(shù)的人才需求為指引，遵循微電子科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)，系統(tǒng)了解與掌握半導(dǎo)體材料、器件、集成電路的測(cè)試分析和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)等技能，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)范圍廣的具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的微電子專門人才的目標(biāo)，以滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)微電子人才的迫切需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瑞，伍登學(xué).創(chuàng)建培養(yǎng)微電子人才教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2004，（5）：6-9.

篇4

關(guān)鍵詞:CMOS;帶隙基準(zhǔn);掉電檢測(cè)保護(hù)

Abstract: A low-power protect circuit is presented. The circuit is composed of resistive division, bandgap, comparator and output buffer. The paper has provided the design of circuit and layout. The simulation results prove the circuit can work well. The low-power protect circuit is implemented in SMIC 0.18?m Mixed-signal technology. The whole structure is simple and the circuit is easy to implement. It can be integrated in singlechip.

Key Words: CMOS ,bandgap, low-power protect circuit

1引言

在單片機(jī)系統(tǒng)中,時(shí)常會(huì)遇到系統(tǒng)電源電壓瞬時(shí)欠壓和意外掉電的情況,前者可能會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)程序“跑飛”,而令系統(tǒng)無(wú)法正常工作,后者將丟失重要數(shù)據(jù)而不能恢復(fù)。監(jiān)視定時(shí)器偵測(cè)到異常狀態(tài)就會(huì)使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位,讓程序重新回到正確流程。但是在某些場(chǎng)合,當(dāng)電源電壓本身的原因,致使電源電壓下降,當(dāng)下降到一定程度時(shí),會(huì)使驅(qū)動(dòng)能力下降,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂甚至數(shù)據(jù)丟失無(wú)法恢復(fù)。為了盡量避免這些情況的出現(xiàn),需要加上掉電檢測(cè)和保護(hù)電路,以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。掉電檢測(cè)和保護(hù)電路對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控,一旦電源電壓下降某一下限閾值時(shí),掉電保護(hù)電路輸出復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài),待電源電壓恢復(fù)正常值時(shí),單片機(jī)恢復(fù)正常工作。本文設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)的電源電壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路,該電路工作可靠,可集成在單片機(jī)及微處理器系統(tǒng)內(nèi),減少系統(tǒng)的器件,降低成本。同時(shí),該電路結(jié)構(gòu)還可以作為高壓或功率集成電路等的電源保護(hù)電路。

2掉電檢測(cè)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)

電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,取樣電阻R1、R2對(duì)電源電壓分壓后輸入至比較器一端,比較器另一端接1.2 V參考電壓。當(dāng)電源電壓經(jīng)分壓后低于1.2 V,則比較器輸出低電平復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí),輸出高電平信號(hào),單片機(jī)恢復(fù)正常工作。輸出緩沖驅(qū)動(dòng)電路對(duì)比較器輸出的信號(hào)進(jìn)行整形,增加輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。

2.1 參考電壓源

檢測(cè)保護(hù)電路中,需要檢測(cè)的是電源電壓,故參考電壓源的輸出需與電源電壓無(wú)關(guān),同時(shí)考慮到工作環(huán)境的影響,參考源的輸出還應(yīng)該與溫度無(wú)關(guān)。在CMOS電路中利用帶隙基準(zhǔn)源實(shí)現(xiàn)這樣的基準(zhǔn)電壓是我們常用的方法[1]。本文采用的帶隙基準(zhǔn)源電路如圖2所示,由運(yùn)算放大器、帶隙基準(zhǔn)核心電路及啟動(dòng)電路三部分構(gòu)成。其中Q1~Q3雙極晶體管,在CMOS工藝可由寄生的管子得到,將N阱中的P+區(qū)作為發(fā)射區(qū),N阱本身作為基區(qū),P型襯底作為集電區(qū),則可以構(gòu)成一個(gè)PNP管。其中襯底形成的集電區(qū)必然連接到最低電位,以確保襯底和MOS源漏構(gòu)成的二極管反偏。晶體管Q2發(fā)射結(jié)的面積是Q1發(fā)射結(jié)面積的N倍,電阻R2的阻值是R1的K倍。 運(yùn)算放大器具有很高的增益使得節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的電位相等,又由于PM5、PM6、PM7尺寸相同,故迫使流過(guò)三極管Q1、Q2、Q3電流相等,則可得到輸出的參考電壓:是一個(gè)正溫度系數(shù)的電壓,在室溫下溫度系數(shù)為0.087 mV/℃,VBE是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的電壓,室溫下溫度系數(shù)為-1.5 mV/℃。[1]所以選取合適N值和電阻比例K就可以在輸出端得到零溫度系數(shù)的電壓。在本設(shè)計(jì)中取N = 24,K = 5.18,經(jīng)過(guò)仿真可以得到該電路在輸出為1.2 V時(shí),溫度系數(shù)最小,溫度在0-80℃變化時(shí),輸出電壓變化為5 mV,完全可以滿足檢測(cè)電路的需求?？紤]匹配性,R1和R2電阻要選取相同材料的電阻,CMOS工藝中POLY電阻是控制比好的電阻,故選擇POLY電阻。同時(shí)Q1、Q2、Q3也要求較好的匹配性,可以從版圖設(shè)計(jì)上來(lái)考慮,這在本文第3節(jié)中有詳細(xì)說(shuō)明。PM5~PM7的設(shè)計(jì)尺寸如圖2中所標(biāo)出,W、L的單位為μm。

為了使帶隙基準(zhǔn)源可以很好地工作,其中的運(yùn)算放大器,應(yīng)具有足夠高的增益,同時(shí)為了使整體電路工作穩(wěn)定運(yùn)算放大器的相位裕度必須大于45℃。運(yùn)放的失調(diào)電壓會(huì)使帶隙基準(zhǔn)輸出電壓產(chǎn)生誤差,所以運(yùn)放應(yīng)該具有很小的失調(diào)電壓[1]。為此在設(shè)計(jì)運(yùn)放時(shí),應(yīng)采用大尺寸器件。如圖2所示,運(yùn)算放大器采用全差分的結(jié)構(gòu),NM1-NM5、PM1-PM5構(gòu)成兩級(jí)運(yùn)放,該運(yùn)放的增益為60 dB,相位裕度為60°。

由于電路采用自偏置的結(jié)構(gòu),電路在開(kāi)始工作時(shí),運(yùn)算放大器的輸出電壓存在不定狀態(tài),一旦輸出電壓大于VDD-VTP,電路將無(wú)法正常工作。圖2中SM1-SM5組成啟動(dòng)電路,當(dāng)電源上電時(shí),運(yùn)放的輸出大于VDD-VTP時(shí)SM5導(dǎo)通將PM5-PM7的柵極電位拉低,PM5-PM7導(dǎo)通,電流注入帶隙基準(zhǔn)電路。電路正常工作后SM4導(dǎo)通,將SM5柵極電位拉低,SM5截止不影響帶隙電路的正常工作。

2.2 高精度比較器及輸出緩沖電路

高性能的比較器,首先要求有足夠的增益以達(dá)到所要求的精度。此外失調(diào)電壓和輸出擺幅也是衡量比較器性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。兩級(jí)差分比較器具有高精度,小失調(diào)電壓和大的輸出擺幅的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。圖3所示為本文采用的兩級(jí)差分比較器[2]。第一級(jí)為差分輸出級(jí),為了得到高增益,采用兩只PMOS管作為電流源負(fù)載,第二級(jí)采用共源級(jí)放大器,進(jìn)一步提高增益。

輸出緩沖級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)比較器輸出電壓進(jìn)行整形,電路結(jié)構(gòu)如圖3所示,采用的是簡(jiǎn)單的兩級(jí)反相器的結(jié)構(gòu),同時(shí)該電路可以提高輸出電路的驅(qū)動(dòng)能力。由于輸出采用了推挽式的結(jié)構(gòu),故可在輸出端得到滿幅度的輸出,VOH = VDD,VOL = GND。

3版圖設(shè)計(jì)

帶隙基準(zhǔn)中差分運(yùn)放的失調(diào)電壓會(huì)引起輸出電壓的誤差,故應(yīng)注意輸入對(duì)管的匹配性以及輸入信號(hào)的對(duì)稱性以減小失調(diào)電壓。輸入信號(hào)在可能的情況下可以采用差分布線,輸入對(duì)管采用四方交差的技術(shù)[3],運(yùn)放的兩個(gè)負(fù)載PMOS管放在同一個(gè)阱里。在2.1中我們提到電阻R1和R2要求有較好的匹配性,采用根器件的方法[3]和共質(zhì)心技術(shù)如圖4(b)所示,此外Q1、Q2也要求有較好的匹配性,也采用共質(zhì)心技術(shù)如圖4(a)所示。

本文設(shè)計(jì)的版圖如圖5所示,左半部及右上半部分為帶隙基準(zhǔn)源的電路。右下半部為比較器及輸出緩沖電路。

4仿真結(jié)果及結(jié)論

采用SMIC 0.18μm混合信號(hào)工藝,用Cadence的spectre進(jìn)行仿真,仿真波形如圖6所示。假設(shè)電源電壓是線性下降的,當(dāng)電源電壓由3.3 V下降到2.6 V時(shí),檢測(cè)保護(hù)電路輸出低電平,作為單片機(jī)的復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)電源電壓上升到2.6 V以上時(shí),電路輸出高電平,結(jié)束復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)恢復(fù)正常工作。

本文設(shè)計(jì)的掉電檢測(cè)保護(hù)電路,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),可集成于單片機(jī)內(nèi)部,提高單片機(jī)的可靠性。同時(shí)該電路也可以使用于其他需要電壓監(jiān)控和保護(hù)的場(chǎng)合,例如充電電路的充電指示等。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]畢查德?拉扎維著,陳貴燦 程軍 張瑞智等譯. 模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì). 西安:西安交通大學(xué)出版社,2003. 314~318

[2] Philip E. Allen,Douglas R. Holberg著,馮軍,李智群譯. CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì). 北京:電子工業(yè)出版社,2007. 363~375

[3] [美]Christopher Saint,Judy Saint著,周潤(rùn)德,金申美譯. 集成電路掩膜設(shè)計(jì)――版圖技術(shù)基礎(chǔ). 北京:清華大學(xué)出版社,2006. 101~110