孙 静，周细凤，田 莉，李延平，张向华，李 立

（湖南工程学院 电气信息学院，湖南 湘潭 411101）

随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展.集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1].因此，对集成电路相关人员的需求也日益增加.目前国内不仅“985”、“211”等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了这些课程.课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装和集成电路测试等[2].随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型本科人才显得日益重要.然而，从目前我国各高校集成电路的课程设置来看，存在着重理论轻实践、重讲授轻考核等问题，导致学生被动接受，学习积极性不高，动手能力差，不能适应企业的要求.

本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了当前“集成电路原理与应用”课程实践教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高电子科学与技术专业学生的专业兴趣，将理论与实际相结合，培养学生的创新意识和实践能力.

1 “集成电路原理与应用”课程实践教学存在的主要问题

1.1 实验教学课时少，学生动手能力差

集成电路是电子科学与技术专业的培养方向之一.学生无论是选择就业还是继续深造，熟练掌握一些常用的集成电路EDA软件是必不可少的，这也是毕业后能够尽快融入工作或攻读研究生的基础.但本课程没有单独开设实验课程，只有10课时实验，远远不能满足课程的要求，学生得到训练的机会比较少，动手能力很差.另外，对于集成电路来说，大量的理论基础，如固体物理、半导体物理、晶体管原理，均要求学生的数学功底要好.这对于数学基础较差的学生来说，则产生畏难心理.而实验课作为引起学生学习兴趣的重要手段，较少的课时也不能提高学生的学习兴趣.

1.2 理论与实验不能很好地结合

图1 (a)含有二极管的仿真电路图，(b)二极管的I-V特性曲线

在当今的集成电路设计中，电路仿真是必不可少的.但是学生不善于对电路进行简单、直观的分析，不深入理解电路的工作原理，因此就不能准确的解释仿真结果.在实验过程中，学生按照实验指导书按部就班的进行操作，出了结果则万事大吉，对于仿真出来的结果有什么物理含义，其影响因素是什么则一无所知.如，本课程的第一次实验是Cadence入门，其目的在于学会用Cadence观察二极管的I-V特性，如图1所示.其中图1(a)为含有二极管的仿真电路图，图1(b)为二极管的I-V特性曲线，为Cadence仿真图.在实验的过程中，很多同学按照实验指导书，得出了二极管的I-V特性曲线.但是当老师检查结果时，问仿真出来的是什么？学生则一脸茫然，不能与“模拟电子技术”课程上所学的理论知识联系起来.

2 “集成电路原理与应用”课程实践教学改革

2.1 明确目标，强化实验环节考核

目前，“集成电路原理与应用”课程的实验仅有10学时，这10学时还包括1-2学时的Cadence软件以及操作系统的熟悉时间，远远不能满足学生将理论融入实践的需求.因此，建议实验学时应从原来的10学时，增加到32学时.实验内容包括Cadence入门、基本半导体器件的电学性能测试及仿真、基本门电路的设计与仿真、BJT管的版图设计、MOS管的版图设计、CMOS反相器的版图设计、触发器、存储器设计等.

为了提高实验教学效果，在实验过程中，要不断进行考核.下面以全定制模拟集成电路的典型设计流程[3]（图2所示）为例，来说明强化实验环节考核的方式.在集成电路的整个设计流程中，由于流片费用很高，导致这一步无法实现.另外，对于刚刚接触集成电路设计的本科生来说，尤其是我校电子科学与技术专业的学生，一个实验不可能包括这些所有步骤.因此，在实验过程中，我们将这些步骤分别展开成一个个独立的实验目标，并对实验的每一步骤制订了相应的考核内容，使得学生在实验的每一步骤都有一个明确的目标，进而提高学生学习目的性和动手的积极性，见表1所示.通过在多个实验中对集成电路的设计流程进行重复操作、考核，加深了学生对Cadence软件的熟悉程度，使学生可以熟练掌握集成电路的设计方法和流程.当学生对相关内容融会贯通以后，就可以独立的进行集成电路的设计，动手能力得到了提高.

图2 全定制模拟集成电路的典型设计流程图

表1 集成电路的设计流程及考核内容表

2.2 解释实验现象，加深对理论知识的理解

目前，学生认为学习理论知识无用，而做实验，又觉得一无所获.归其原因，是理论知识和实验现象不能很好地结合起来.针对此现象，我们在实验中引导学生观察实验结果来解释抽象的理论知识，并使用理论知识来解决实验过程中所遇到的问题和故障，取得了很好的效果.图3(a)所示是一个电阻R0做负载的共源级放大器，利用Cadence软件仿真研究了不同负载电阻R0对共源级放大电路输出电压的影响，如图3(b)所示.通过仿真，发现该电路的增益（图中斜线的斜率）随负载电阻R0的增大而增大，而输入输出摆幅则随着负载电阻R0的增大而减小.在教学过程中，就需要引导学生将直观的仿真结果与理论联系起来.在理论课堂上，我们对图3(a)这个电路进行了大信号和小信号分析.对于该电路的小信号模型，理论推导了它的增益为[4]

并对该结果进行了讨论，讨论结果如下：（1）增大电阻负载R0可以提高增益；（2）较大的电阻负载R0会限制电路的最大电压摆幅.当时，学生对于这个讨论结果，在大脑中一带而过，没有什么印象.通过实验与理论进行联系，学生有了直观的认识，加深了对枯燥的理论知识的理解.

图3 (a)电阻做负载的共源级放大器，(b)不同电阻负载下，共源级放大器的输入-输出电压曲线

2.3 参加竞赛，参与项目，校企联合培养

鼓励学生积极参加国家级、省级的各类电子设计大赛，通过赛前培训以及比赛的实战训练，提高学生的实践能力和创新能力.鼓励学生参与教师的科研项目，利用所学的理论知识，深入研究解决复杂的实际问题，进而提高学生的综合能力.

积极联系与集成电路相关的设计公司、制造企业以及代工厂，邀请企业的工程师来学校讲学.一是通过举办讲座，使学生对集成电路行业有更多的了解，知道自己需要掌握哪些知识，毕业后可以从事哪方面的工作，进而鞭策自己为达到目标，主动学习.另外，和企业工程师一起制定一些适合学生实际的项目，解决学校培养与企业用人之间的脱节问题，让学生毕业后，在很短的时间内就能参与到企业的生产实践中.

3 结语

集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段.虽然集成电路的发展日新月异，但集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距.因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓.基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程实践教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程实践教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义.

〔1〕杨媛，余宁梅，高勇.半导体集成电路课程改革的探索和思考[J].中国科教创新导刊，2008（3）：78-79.

〔2〕殷树娟.集成电路设计专业的本科实践教学探索[J].实验室研究与探索，2013,32（12）：148-151.

〔3〕韩雁.集成电路设计CAD/EDA工具实用教程[M].北京：机械工业出版社，2010.

〔4〕毕查德·拉扎维著，陈贵灿，程军，张瑞智等译.模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2003.