徐卫林 彭晓春 韦雪明

（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004）

微电子专业模拟集成电路设计课程改革实践研究

徐卫林 彭晓春 韦雪明

（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004）

基于模拟集成电路设计课程教学改革的需要和微电子专业工程教育专业认证的迫切要求，笔者在十余年的教学过程中，对课程定位、教学大纲、教学内容、教材选择和教学方法等进行了不断的改革，以适应微电子技术快速发展的需要，提高课堂活力，激发学生的学习兴趣，突出该门课程的工程性和实践性，强调芯片设计中多个指标之间的折中与优化，教学中并不拘泥于教材，拓展学生们的知识面和知识深度，促进课堂教学质量的有效提高。

微电子；模拟集成电路设计；课程定位；课程改革

1 前言

微电子科学与工程专业是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多个学科和超净、超纯、超精细加工技术基础上发展起来的一门新兴学科。国内很多的微电子专业是在“半导体物理与器件”专业或者“电子材料与器件”专业上发展起来的，例如西安交通大学的微电子专业是源于1958年组建的“半导体物理与器件”专业。可以说，微电子专业是一个古老又年青的学科专业。桂林电子科技大学在2002年设立了微电子专业，是国内比较早设立该专业的大学。经过十余年的发展，已经建立起较为完善合理的培养方案和课程体系。

微电子专业基础课的内容往往变动非常小，例如电路分析、模拟电子技术、数字逻辑等，但专业限选课程却需要紧跟时代的发展，做出相应的调整。“模拟集成电路设计”课程在课程体系中的课程名是“现代模拟集成电路原理及应用”，依据专业发展和专业认证的需要，根据本课程的性质、内容对教学方法、教学手段和教学内容进行了自主改革，目的是以更适合微电子专业方向的教学内容改革为契机，提高课堂活力，激发学生的学习兴趣，促进课堂教学质量的有效提高。

2 课程改革的初衷与课程内容的演变

改革的初衷与缘由可以从课程演变的历史中找到答案。笔者从2006年开始担任此课程，对本课程的改革如图1所示。最初本课程是一门各个专业都可以选修的任选课程，课程名是“电流模电路”，所采用的教材是赵玉山的《电流模式电子电路》［1］，后来教材改为秦世才的《现代模拟集成电子学》［2］，适用专业是通信工程、电子信息工程、电子科学与技术和微电子学等电类各专业，教材和教学内容是以电流模系统模块的应用介绍为主，涵盖了跨导放大器、电流传送器、电流反馈运放、电流模滤波器和开关电流等，内容上以这些模块的端口电压与电流传输函数特性研究为主，虽然捎带介绍了这些模块的晶体管电路构成，但是并不涉及晶体管电路的具体设计，对于非微电子专业的学生来说比较合适，但是对微电子专业的学生来说有点浅尝辄止。

图1 课程的历史演变和改革

为了解决上述问题，2008年专门针对微电子专业做了教学大纲的修订，提出要建设一门适合微电子专业模拟集成电路设计方向的专业限选课程。课程名字修改为“现代模拟集成电路原理及应用”，以王卫东的《现代模拟集成电路原理及应用》［3］为教材，这本教材实质上是继承了赵玉山和秦世才教材的内容，并进行了适度的拓展，融入了较多的CMOS晶体管电路的原理介绍和典型应用分析，但总体来说还是一本电流模方向的教材，以模块应用为主而不是以模块设计为主展开。基于此，2015年，再次修改教材，选定Razavi的全美经典教材《模拟CMOS集成电路设计》［4］，内容上也有了翻天覆地的变化，完全切合了微电子方向的培养需要。

3 培养目标、主线脉络和课程定位

本课程的内容体系与其他相关课程如模拟电子技术、电路分析等保持着紧密的衔接与交融，是工程性、实践性非常强的课程。课程目的和任务是让学生掌握模拟集成电路设计的基本理论与应用技术，既介绍模拟集成电路的基本原理、小信号分析、频率响应与稳定性等，更强调各个设计指标之间的折中与优化。2015年，为更好的实现这一培养目标，采用了Behzad Razavi的《模拟CMOS集成电路设计》作为教材，本教材从集成电路设计的角度出发，系统地介绍了IC设计所需要了解的器件和工艺基础，并系统地介绍了基本组态的放大电路、电流镜、带隙基准电压源、折叠和套筒运放、频响与稳定性及其补偿等，特别强调各个设计指标（如增益、摆幅、功耗、芯片面积等）之间的折中与优化。总体来说，选择这本从国外引入的优秀的经典教材更适合作为微电子科学与工程专业的培养教材。

图2 专业培养的主线、脉络和本课程的定位

专业培养的脉络、主线和本课程的定位可以借助图 2进行诠释。五角星处是现代模拟集成电路原理及应用，图中清晰的体现了本课程和前续两条主线课程的关系。课程一开始，就借助这样的图片和思路向学生们展现了本课程的定位和性质。

4 第一堂课与本课程的主线及其外延

第一堂课的重要任务是激发学生兴趣；让学生把握课程定位和课程内容；了解行业情况；了解设计任务和所面临的挑战。因此课程一开始，就向学生们介绍了本课程的定位和培养目标，在当今的数字世界中为什么需要学习模拟集成电路设计，主要内容又是什么？并向他们介绍了芯片设计在桂电和国内外的发展情况，以及全球在IC设计领域的大牛们，教学思路如图 3所示。从课堂的反应来看，的确强烈地激发了学生们的学习兴趣。

图3 第一堂课与本课程的主线及其外延

图4 折叠式Cascode运放相对于套筒式结构的多维参数折中与优化

此外，专业限选课程与专业基础课程有很大的不同。这一点，在课程一开始的时候也必须向学生交待清楚。专业基础课程历经几十年的发展和积淀，所涉及的内容基本上是固定的。而专业限选课程必须紧跟行业的发展，往往一两本教材很难体现学科的内容和前沿发展，因此在教学中，跟学生强调在专业限选课程的学习上，应当多参考几本教材，充分利用IEEE LIBRARY，Web of Science等数字图书馆，跟踪最前沿的芯片技术的发展还可以进一步了解全球顶尖的 IC期刊，例如JSSC，MTT和T-CAS等。

5 贯穿整个教学的多维参数折中与设计优化

模拟集成电路设计的挑战实际上是多维参数的折中与优化，包括了速度、功耗、增益、噪声、芯片面积等等。这一思想，实际上不仅仅在第一堂课就明确的提出来了，而且在后续的各个章节中都实实在在的进行了阐释和分析计算，例如图4就是在第七章教学过程中，折叠式Cascode运放相对于套筒式结构所体现出来的多维参数折中与优化思想。

6 总结

总体来说，本门课程改革的突出特征可以归纳为以下几个方面。第一，课程改革不断深入，首次引入更适合微电子科学与工程专业的美国Razavi经典教材。第二，融合IC业界知识和工程实践案例，强烈地激发了学生兴趣。黑板和多媒体结合，黑板为主。第三，进一步明确课程的培养目标，更好地体现了本课程在整个课程体系中的定位。第四，上好第一堂课，把握本课程的主线脉络及其知识外延，拓展学生们的知识面和知识深度。第五，整个教学过程中，始终突出模拟集成电路设计的多维参数折中与优化。课程改革不仅仅取得了较好的课堂教学效果，对提升微电子专业学生的课程设计与毕业设计水平乃至毕业后的职业生涯都起到了很好的促进作用。

［1］ 赵玉山，周跃庆，王萍.电流模式电子电路［M］.天津:天津大学出版社，2001.

［2］ 秦世才，高清运.现代模拟集成电子学［M］.北京:科学出版社，2003.

［3］ 王卫东.现代模拟集成电路原理及应用［M］.北京:电子工业出版社，2008.

［4］ ［美］Behzad Razavi.模拟 CMOS集成电路设计（简编版）［M］.陈贵灿，程军，张瑞智，译.西安:西安交通大学出版社，2013.［5］ 吴文华.埋线治疗单纯性肥胖60例的临床观察［J］.卫生职业教育，2006，24（6）:147-148.

［6］ 沈永勤.浅论手足同名经上下相应交叉取穴法［J］.陕西中医，2002，22（8）:730-731.

［7］ 黄海涛，郑盛惠.靳三针微创埋线治疗单纯性肥胖症38例临床观察［J］.中医药导报，2012，18（3）:52-53.

［8］ 潘文宇，刘醒如，周昭辉.脐周八穴为主治疗单纯性肥胖症及其对胰岛素抵抗调节作用的临床研究［J］.时珍国医国药，2010，21（4）:945-947.

［9］ 潘展恒.薄氏腹针穴位埋线治疗单纯性肥胖症的临床观察［D］.广州:南方医科大学，2008.

［10］ 汪泓，秦黎虹，马文明.俞募配穴针刺治疗单纯性肥胖症 35例［J］.中国医药指南，2011，9（13）:301-302.

［11］ 阮志忠，陆瑾.俞募配穴法穴位埋线治疗单纯性肥胖症 35例［J］.陕西中医，2009（12）:1650-1651.

［12］ 任媛媛.背俞穴为主埋线治疗单纯性肥胖 130例［J］.陕西中医，2011，32（10）: 1370-1371.

［13］ 崔瑾.多针刺法探讨［J］.中国中医基础医学杂志，2004，10（5）:66-68.

［14］ 冯斌，熊芳丽.腰腹群针埋线法治疗单纯性肥胖临床观察［J］.中医临床研究，2012，4（20）:32-33.

Research on the curriculum reform practice of analog integrated circuit design in Micro-electronics Major

Based on the curriculum reform requirements of analog integrated circuit design and the urgent requirement of microelectronics engineering education professional certification， the reform of curriculum orientation， teaching outline， teaching content，teaching material selection and teaching methods has been carried by authors in the past ten years. It can meet the needs of the rapid development of microelectronic technology， can encourage students' study interest and stimulate life vigor of classroom. Meanwhile， the curriculum reform highlight the engineering and practice of this course and emphasize the chip design specifications' compromise and optimization. Teaching process do not rigidly adhere to textbooks and expand students' knowledge and depth of knowledge. These reform promote effective improvement of the quality of classroom teaching.

Micro-electronics； analog integrated circuit design； curriculum orientation； curriculum reform

G642.0

A

1008-1151（2016）08-0111-03

2016-07-10

广西教育厅广西高校青年教师教学业务能力提升计划和2016年广西创优计划项目资助。

徐卫林（1976-），男，湖南邵阳人，桂林电子科技大学博士，副教授，研究方向为集成电路设计。