EDA技術(shù)與微電子專業(yè)課程內(nèi)容的整合

張振娟 施 敏

南通大學(xué)電子信息學(xué)院 江蘇南通 226019

EDA技術(shù)與微電子專業(yè)課程內(nèi)容的整合

張振娟 施 敏

南通大學(xué)電子信息學(xué)院 江蘇南通 226019

EDA技術(shù)集電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)等多種應(yīng)用學(xué)科的成果，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)能力、綜合能力的有機(jī)結(jié)合。結(jié)合微電子專業(yè)課程特點(diǎn)，闡述了在微電子專業(yè)課程中引入先進(jìn)EDA工具的重要性，介紹了EDA技術(shù)與課程內(nèi)容整合的教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施。

微電子；EDA；整合；實(shí)踐教學(xué)

Abstract: EDA integrate electronic technology, computer technology, intelligent technology and so on many kinds of applying subject. EDA is the combination of the practice, electronic technology, computer ability and comprehensive ability. This paper introduces the importance of introducing advanced EDA tools in microelectronics professional course according to its feature.The teaching design and implementation is presented in the combination of EDA and the courses of microelectronics.

Key words: microelectronics; EDA; combination; practice

進(jìn)入21世紀(jì)，信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展方興未艾，依然是經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的主導(dǎo)力量。微電子技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展最快的技術(shù)之一，是信息化產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與核心技術(shù)。而EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種高級(jí)、快速、有效的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具，它利用軟件來(lái)仿真系統(tǒng)的硬件工作過(guò)程，使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期大為縮短，性能價(jià)格比大幅度提高。我校在第二屆教職工代表大會(huì)上提出了著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。作為高校，教育的基本方針是“提高教育質(zhì)量,培養(yǎng)創(chuàng)新人才”，要為社會(huì)培養(yǎng)知識(shí)、能力、素質(zhì)全面發(fā)展的綜合型創(chuàng)新人才。微電子專業(yè)是一個(gè)工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，這就要求教學(xué)應(yīng)定位于使本專業(yè)畢業(yè)生具有較高的工程素質(zhì)、較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手實(shí)踐能力，這些素質(zhì)和能力需要通過(guò)實(shí)踐教學(xué)體系來(lái)培養(yǎng)。但是，一方面學(xué)生實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限，一方面又要提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，這就形成了矛盾，并且從企業(yè)反饋的信息來(lái)看，我們培養(yǎng)的微電子專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力弱，一些EDA工具軟件不會(huì)使用。將EDA技術(shù)引入到微電子專業(yè)教學(xué)中能很好解決這兩者之間的矛盾，將傳統(tǒng)經(jīng)典理論與新知識(shí)、新技術(shù)很好地融會(huì)貫通，加強(qiáng)應(yīng)用技能的培養(yǎng)和使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，引入現(xiàn)代化的教學(xué)手段，開(kāi)辟具有現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)室，增加反映最新電子技術(shù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生適應(yīng)信息社會(huì)對(duì)人才的新要求，并和企業(yè)最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。

1 在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中引入EDA技術(shù)的重要性

1.1 提高學(xué)生的知識(shí)層次和技能水平

EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)發(fā)展中必不可少的，EDA技術(shù)廣泛應(yīng)用于科研工作和企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)中，并廣泛用于專用集成電路的開(kāi)發(fā)，同時(shí)，全國(guó)各種電子技術(shù)設(shè)計(jì)競(jìng)賽將EDA技術(shù)作為選手必須掌握的基本技能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入EDA有利于學(xué)生掌握EDA這種工具，拓寬知識(shí)面，提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，提高知識(shí)層次，提高學(xué)生就業(yè)率，為今后較快勝任工作打下基礎(chǔ)。

1.2 緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和經(jīng)費(fèi)不足的壓力

EDA技術(shù)是用軟件的方式來(lái)設(shè)計(jì)硬件，這種硬件設(shè)計(jì)軟件化可以大大簡(jiǎn)化電子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，并可根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)不受限制地開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn)，既可實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的硬件系統(tǒng)又可達(dá)到課程的教學(xué)目的。這樣，學(xué)校無(wú)形中增加了許多實(shí)驗(yàn)設(shè)備，大大緩解了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和經(jīng)費(fèi)不足的壓力。

1.3 有利于教師自身素質(zhì)的提高和教學(xué)、科研水平的提高

EDA涉及電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等電子信息類專業(yè)課，輻射面很寬，同時(shí)它又是一門發(fā)展迅速、工程性強(qiáng)、須緊密結(jié)合技術(shù)發(fā)展前沿的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程。這就要求教師有寬廣的知識(shí)面和工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并能結(jié)合當(dāng)前與今后的發(fā)展趨勢(shì)編寫相應(yīng)的EDA教材包括實(shí)驗(yàn)教材，提高教師的教學(xué)水平。同時(shí)引入EDA到電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中，將促進(jìn)教師對(duì)該項(xiàng)新技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握，有利于教師在不斷的學(xué)習(xí)過(guò)程中提高科研水平。

2 EDA技術(shù)與課程內(nèi)容整合的教學(xué)設(shè)計(jì)

將EDA技術(shù)全面與微電子專業(yè)課程緊密結(jié)合，設(shè)計(jì)的EDA實(shí)踐教學(xué)首先應(yīng)做到系統(tǒng)全面性，同時(shí)兼顧集成電路工藝仿真和器件仿真，在實(shí)踐教學(xué)體系中兼顧專業(yè)基礎(chǔ)、工藝制造、集成電路設(shè)計(jì)，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生經(jīng)受了融合理論、實(shí)驗(yàn)、技能和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)技術(shù)訓(xùn)練。與此同時(shí)提高EDA工具的先進(jìn)性，集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展依賴于先進(jìn)的EDA工具，摒棄目前高校實(shí)驗(yàn)室中舊的EDA設(shè)計(jì)工具，采用新的和產(chǎn)業(yè)接近的集成電路設(shè)計(jì)工具，才能從根本上解決高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與當(dāng)今IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)的問(wèn)題。

2.1 EDA技術(shù)與微電子專業(yè)課程內(nèi)容的整合

根據(jù)我校人才的培養(yǎng)目標(biāo)，電子信息學(xué)院對(duì)微電子專業(yè)課程體系進(jìn)行了改革，解決基礎(chǔ)與發(fā)展、基礎(chǔ)與應(yīng)用、理論與實(shí)踐、重點(diǎn)內(nèi)容和知識(shí)面的矛盾。現(xiàn)已整合為專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，每門課都配置了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課、實(shí)踐課，其中的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容設(shè)置系統(tǒng)規(guī)劃，各有側(cè)重。在專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中，主要安排對(duì)模擬和數(shù)字基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本應(yīng)用方法以及實(shí)驗(yàn)技能。在理論課程和實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后安排1～2周的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提出設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，運(yùn)用EDA軟件進(jìn)行系統(tǒng)的集成。在專業(yè)課程中，為使學(xué)生更好地接近工程設(shè)計(jì)，專業(yè)課程基本上都設(shè)置了一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，這些實(shí)驗(yàn)課采用了EDA的一系列軟件進(jìn)行仿真，鞏固理論知識(shí)。同樣在課程結(jié)束后開(kāi)設(shè)了實(shí)踐環(huán)節(jié)，與專業(yè)基礎(chǔ)課相對(duì)應(yīng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)著重實(shí)戰(zhàn)演練，真槍實(shí)彈進(jìn)行相應(yīng)的練習(xí)，例如針對(duì)集成電路工藝這門課，在32總學(xué)時(shí)中設(shè)置了6個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，課程結(jié)束后開(kāi)設(shè)了微電子工藝課程設(shè)計(jì)，這樣既學(xué)習(xí)了理論知識(shí)又掌握了EDA軟件和實(shí)踐技能。

2.2 EDA課時(shí)與理論課時(shí)的整合

電子工程系近2年由學(xué)院帶隊(duì)去兄弟院校，如山東大學(xué)、蘇州大學(xué)實(shí)地調(diào)研，調(diào)研他們微電子專業(yè)在課程設(shè)置、教學(xué)計(jì)劃修訂、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等諸多方面的情況，調(diào)研他們?cè)O(shè)定這些內(nèi)容的可行性及合理性，結(jié)合我院的實(shí)際情況合理地配置每一課程的EDA課時(shí)與理論課時(shí)，例如硬件描述語(yǔ)言這門課程總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)與EDA課時(shí)各占一半，這是基于語(yǔ)言課程要以具體操作為主的考慮。

2.3 EDA資源整合

相同功能的EDA軟件和硬件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)種類繁多，如數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具有Maxplus Ⅱ，QuartusⅡ等，模擬電路設(shè)計(jì)工具有Pspice，Hspice等，系統(tǒng)建模與分析工具有Matlab和Opnet等，版圖設(shè)計(jì)工具有Cadence，Synopsys，Zeni和Laker，集成電路封裝與多芯片組件有Ansys，Autocad等。另外我們引入新技術(shù)，將半導(dǎo)體器件與工藝技術(shù)(TCAD)納入微電子專業(yè)課程實(shí)踐體系中去，將SOC/SOPC等先進(jìn)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)課堂，提高學(xué)生的電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。這樣無(wú)論是在專業(yè)基礎(chǔ)課方面，包括電路、模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)，還是專業(yè)課程方面，包括半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)、集成電路工藝、集成電路CAD、集成電路封裝等，這些課程都與EDA密切聯(lián)系，將EDA融入到微電子專業(yè)幾乎每一門課程中去，這樣不僅可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)，也為今后同學(xué)們就業(yè)打下基礎(chǔ)。

2.4 EDA模塊整合及教材編寫

EDA技術(shù)涉及知識(shí)面較寬，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。不同的課程可能運(yùn)用了相同的EDA開(kāi)發(fā)工具，例如數(shù)字電子技術(shù)與復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)這兩門課程都應(yīng)用QuartusⅡ開(kāi)發(fā)工具。我校電子工程系對(duì)每門專業(yè)課程都指定了課程負(fù)責(zé)人，要求課程負(fù)責(zé)人全程負(fù)責(zé)。課程負(fù)責(zé)人不僅負(fù)責(zé)本課程教學(xué)大綱的制訂、本課程教材的選訂、本課程的教學(xué)，而且負(fù)責(zé)本課程EDA實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)指導(dǎo)書(shū)的編寫、EDA教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。教師依托學(xué)校EDA實(shí)驗(yàn)中心，要在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)的需求等多方面因素的影響下，及時(shí)修改不斷完善教材的內(nèi)容，同時(shí)系內(nèi)經(jīng)常組織課程負(fù)責(zé)人之間互相探討，以整合的方式進(jìn)行整體教學(xué)設(shè)計(jì)，在相同的EDA模塊上體現(xiàn)各自課程的特點(diǎn)。

3 EDA在微電子課程體系中的實(shí)施

在微電子專業(yè)課程體系中，為提高學(xué)生對(duì)電子電路的分析和設(shè)計(jì)能力，在各時(shí)段各課程都整合了EDA開(kāi)發(fā)工具。電子技術(shù)基礎(chǔ)及模擬集成電路設(shè)計(jì)課程運(yùn)用了電路仿真軟件：CADENCE，HSPICE，SPECTRE-VERILOG，集成電路CAD、集成電路原理等課程運(yùn)用了CADENCE，HSPICE，LAKER，數(shù)字電路及硬件描述語(yǔ)言、復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程采用了MODELSIM，NC-VERILOG，半導(dǎo)體器件及集成電路工藝、微電子材料制造設(shè)備等課程運(yùn)用了TCAD開(kāi)發(fā)工具。通過(guò)對(duì)微電子專業(yè)課程體系的系統(tǒng)規(guī)劃，我們借助于EDA的系列工具和半導(dǎo)體專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，從專業(yè)基礎(chǔ)課到專業(yè)必修課、專業(yè)選修課，使學(xué)生經(jīng)受了融合理論、實(shí)驗(yàn)、技能和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)訓(xùn)練，讓微電子專業(yè)學(xué)生掌握先進(jìn)的EDA工具及集成電路設(shè)計(jì)的流程和基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)一批綜合素質(zhì)高、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、動(dòng)手操作能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)的合格人才。

[1] 李東生.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化與IC設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2004

[2] 袁穎，董利民.集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，10：84

The combination of EDA and the courses of microelectronics

Zhang Zhenjuan, Shi Min
Nantong university, Nantong, 226019, China

2011-05-10 稿件編號(hào)：1105066

張振娟，碩士，副教授。

江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：BK2010275)；南通市應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：K2010014)；江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點(diǎn)課題(編號(hào)：2011-R-19740)。