從大學生集成電路設計大賽談模擬集成電路課程教學改革

南通大學杏林學院 張 威 陸小飛 楊玲玲

南通大學電子信息學院 施 敏 孫 玲

從大學生集成電路設計大賽談模擬集成電路課程教學改革

南通大學杏林學院 張 威 陸小飛 楊玲玲

南通大學電子信息學院 施 敏 孫 玲

從學生參加大學生集成電路設計大賽所具備的能力要求出發，對模擬集成電路課程教學進行改革，主要包括課程體系、教學方法、實踐環節和雙師型教學團隊建設。通過課程學習和參加設計競賽培養學生集成電路設計能力，對學生就業和深造具有積極的意義。

集成電路設計大賽；模擬集成電路設計；教學改革

0 引言

大學生集成電路設計大賽到目前為止已成功舉辦5屆，2011年舉辦的首屆大學生集成電路設計大賽以“全定制集成電路版圖設計”為主題，分筆試和上機操作兩個部分。筆試部分涉及半導體器件原理、集成電路工藝、集成電路版圖CAD和模擬集成電路設計等專業基礎知識，對學生的知識面要求比較廣；上機部分，由主辦方給出題目，參賽小組根據要求設計出電路和對應的版圖[1]，現場進行集成電路版圖設計能力的測試。第二屆大賽主題與第一屆相同，但上機部分則給出三個難度相當的備選題目，參賽小組任選一題。第三屆和第四屆大賽主題為“使用EDA軟件平臺設計自擬題目的芯片”，其中上機操作部分則由參賽隊在各自學校完成，作品完成后提交給主辦方。與以往不同，2015年舉辦的第五屆大學生集成電路設計大賽開展了企業命題的多項杯賽活動，讓學校先進的設計理念和產業界的實際需求相結合，考核內容的難度逐年增加，對參賽學生的專業素質要求也越來越高。我校從最初選派教師觀摩比賽，到2013年組織學生積極參加大賽，近三年取得成績見表1。

表1 我校學生參加集成電路設計大賽取得的成績

通過參加大學生集成電路大賽，學生的綜合設計能力得到提高。首先熟悉了模擬集成電路整個設計流程。其次熟練掌握了華大Aether EDA工具。第三，提高了學生的電路與版圖設計和解決問題的能力。針對大賽對學生能力提出的要求，近年來我校模擬集成電路設計教學團隊做了相應的教學研究和改革。

1 競賽促進了模擬集成電路課程改革

1.1 課程體系的改革

針對大學生集成電路設計大賽對學生綜合設計能力的要求，教學團隊重新設計了模擬集成電路設計課程體系。原教學大綱中，該課程總學時為48，其中理論課時36，上機實踐12學時，還有1周的課程設計。新的課程體系將模擬集成電路與集成電路版圖CAD合成一門課，總學時96，理論教學48學時，上機實踐48學時，課程設計增加到2周。

1.2 教學方法的改革

在理論教學部分，以往的教學是教師根據教學大綱和教材從前到后依次講解知識點，學生在一定程度上了解和掌握基本理論知識。整個教學過程，是以教師的教為主，學生被動地學，不利于培養學生的工程實踐能力。目前，采用項目式教學[2]。第一堂課給出本課程的教學目標和該課程在專業課程中的地位和作用，讓學生明白為什么學習該課程、學什么、有何用。在選擇具體的項目時，考慮到在實際的模擬電路中，許多應用都需要穩定的電壓模塊，特別是與溫度關系很小的電壓基準在一些電路應用中是必不可少的，所以本課程選取低功耗帶隙基準電壓源作為項目化教學的典型實例之一。

如圖1所示的帯隙基準電壓源電路，首先介紹電路的結構和原理，其次劃分出電路子模塊，包括基準電壓參考源的核心電路、曲率補償電路和PTAT電流產生電路，然后針對每個電路單元再深入研究其原理和參數。在此過程中，教師主要以啟發式教學，引導學生自主學習。通過項目式教學，提高了學生分析和設計電路模塊的能力并樹立了課題研究意識。

圖1 帶隙基準電壓源

1.3 實踐環節的改革

該課程以前的上機實踐是讓學生利用Hspice軟件仿真教材上的一些電路模塊，如單級放大器、電流鏡、差分放大器等。課程設計時，全班同學完成一個課題，例如兩級運算放大器的設計與仿真。現在，上機實踐時先讓學生了解集成電路設計流程，接著掌握EDA軟件，然后仿真各單元電路，最后完成版圖設計。課程設計與集成電路設計大賽相結合，在大賽報名時，就告知學生課程設計內容將和大賽同步進行，鼓勵學生積極參加大賽。將學生分成若干組，3人一組，每組選擇大賽給出的任意一個課題。小組中的每個人都有各自的分工，1人負責檢索資料和文檔的撰寫，1人負責電路設計，1人負責版圖設計。課程設計過程中，教師主要起指導作用，具體工作由學生完成。課程設計的成績視項目的完成情況而定，挑選完成較好的作品提交給大賽主辦方。學生在完成課程設計的同時也參加了大賽，一方面通過比賽增加了學生學習的積極性，激發學生不斷學習、不斷探索和不斷創新，使所學知識得到進一步鞏固和升華，另一方面保證了課程設計的質量。

2 競賽促進雙師型教學團隊建設

為了強化技能性和實踐性教學要求，學校提倡雙師型教學隊伍建設，注重提高教師的工程教育能力。學院一方面選拔優秀青年教師到企業實習至少半年時間，期間學校提供各種優惠政策，另一方面鼓勵青年教師積極參與到各種課外科技競賽的輔導中。實踐證明，通過指導學生參加集成電路設計大賽，青年教師的各方面能力得到了提高。

2.1 提高教師的教學能力

第五屆大學生集成電路設計大賽由企業命題，設計題目與企業研究方向直接對接，與我校電子信息類專業培養應用型人才的目標一致。實踐證明，學生參加集成電路設計大賽，可以有效的檢驗教師的教學方法、教學效果，并以此為契機來推進教學改革[3]。避免了教學過程中學生處于被動學習狀態的填鴨式教學，針對大賽給出的幾個設計題目，教師以探究式、啟發式和研討式為主的教學方式，引導學生主動學習相關理論和仿真工具，讓學生將理論知識和課外實踐內容結合起來，有助于提高學生的科研和創新意識[4]。

2.2 提高教師的科研水平

集成電路設計大賽對學生的理論知識和實踐能力有比較高的要求，這就需要指導教師在賽前為學生提供高效率的培訓工作，甚至部分參與項目的研究過程，在具體的實踐中和學生一起發現并解決問題。大賽所涉及的題目，都是企業研究的熱點，具有一定的難度，需要指導教師具備很強的實踐和科研能力。這就要求科研經驗不足的教師必須拓展自己的知識結構，繼續學習更新知識，才能勝任指導任務，因此集成電路設計大賽的指導工作也促進了教師的實踐和科研能力的提高[5]。

3 結束語

大賽要求學生具備集成電路設計方面的知識和能力，促使我們推進相關課程的教學改革，同時提高了教師在教學和工程實踐方面的能力，更重要的是培養了學生的綜合能力。由于大賽是企業直接參與命題和考核，參賽學生通過展示自己的優秀作品，讓集成電路設計企業的同行認識并肯定自己，從而增加就業和深造的機會。

[1]胡小玲,袁穎,劉榿．結合集成電路設計大賽談創新能力的培養[J]．電子世界2012．1,163-164．

[2]譚莉,方羽．《集成電路版圖設計》課程項目化教學改革與探索[J]．輕工科技,2013,170(1):140-141

[3]孫雷,占永寧,孫玉軒．電子設計競賽促進高校青年教師能力的培養[J]．《中國西部科技》2014, 13(9):106-106

[4]汪金輝,侯立剛,耿淑琴．集成電路設計大賽與創新能力培養[J]．電子世界,2012．1,161-162

[5]田磊．大學生電子競賽對實踐教學的促進和革新[J]．西安郵電學院學報,2011．11, 16(S1):65-66

張威（1985-），女，江蘇沭陽人，南通大學杏林學院講師，主要從事模擬集成電路設計方向的教學和科研。

南通大學杏林學院教育教學研究項目（2014J228）；江蘇省高校品牌專業建設工程資助項目。