基于工程教育認證的射頻集成電路設計課程教學改革

陳昌明 王天寶 陳功 鄒興平

[摘 要] 文章以工程教育認證為背景，針對目前射頻集成電路設計課程工程教育的一些突出問題，結合國際工程教育認證標準提出了課程教學改革的內容及方法。從課程教學改革目標、教學方法實施和課程考核三個方面簡明扼要地介紹了課程工程教育教學改革的思路。

[關鍵詞] 工程教育認證;射頻集成電路;教學改革

[基金項目] 2018—2020年四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目：面向工程教育認證的《射頻集成電路設計》課程建設與實踐（JG2018-550）;2019年第一批產學合作協同育人項目（201901292007）

[作者簡介] 陳昌明（1971—），男，四川綿陽人，博士，教授，碩導，研究方向為射頻微波集成電路設計;王天寶（1967—），男，四川廣元人，碩士，教授，碩導，研究方向為通信集成電路設計。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）42-0165-02? ? [收稿日期] 2020-08-27

一、引言

射頻或微波集成電路作為無線通信、雷達以及物聯網等行業的關鍵器件之一，已經成為國家發展信息產業核心的重要部分。目前國內產業對射頻集成電路設計人才需求日益增加。射頻集成電路設計課程作為國內許多高校工程教育專業認證的課程之一，其課程建設與教學改革對保證和提高工程教育質量具有重要作用。相比歐美一流大學的工程教育，過去較長一段時間該門課程工程教育面臨如下突出問題：（1）由于射頻集成電路設計涵蓋知識面廣，涉及工藝、電路設計布局以及電磁場等理論，對學生基礎要求高，學生在短時間內難以掌握，大部分學生處于被動學習狀態;（2）單一的理論講授模式，導致學生缺乏對課程的學習興趣;（3）實踐環節空缺直接影響到學生工程實踐能力的培養。因此，對課程進行建設和教學改革，注重學生實踐創新能力培養，將射頻集成電路工程實際項目與課程教學內容融合，達到國際工程教育培養目標[1-2]，采用先進的教學理念和人才培養模式，培養當前行業急需的高素質專業人才具有重要意義。

二、改革內容

（一）課程教學改革目標

課程改革的目標定位為“夯實基礎，突出工程實踐”，即課程實際教學內容做到與國內外著名大學的同類課程接軌。認真研究該門課程工程教育的“產出”質量，在課程結業時細化學生的學習收獲，即評估學生所掌握的知識，并對學生在畢業后幾年內從事射頻集成電路設計方面的學識和技能預期達到的程度進行評價。

（二）教學方法改革

射頻集成電路設計具有很強的專業性、技術性、實踐性。與傳統的模擬和數字集成電路不同，射頻集成電路設計涵蓋知識面廣，涉及廠商工藝、器件模型、原理圖設計、版圖布局等理論知識及工程經驗。為引導學生主動分析和解決工程實際問題，充分運用現代先進教學手段和方法，勢在必行。

1.采用啟發式互動教學法，以“成果導向的工程教育”理念為目標，突出學生在教學互動過程中的主體地位。課堂上教師提問來引導學生積極思考，逐步培養學生分析和解決實際工程問題的能力。例如，講解CMOS集成低噪聲放大器時，可以首先向學生提問“射頻集成低噪聲放大器設計的核心技術是什么？”，逐步引導學生按照以下思路進行電路設計：第一，需要仔細選擇電路拓撲結構;第二，根據電路的功耗以及增益來確定管子的靜態偏置電流，以此確定MOS管的寬長比尺寸;第三，以獲得的最小噪聲系數為主設計輸入匹配電路;第四，兼顧增益和噪聲完成輸出匹配電路設計;第五，根據仿真結果適當進行調整和優化輸入輸出匹配電路。經過這樣一系列的引導和訓練，使學生了解了集成低噪聲放大器設計的關鍵技術。

2.充分利用視頻動畫、實物照片以及聲音等現代教學手段改進和豐富多媒體課件，突出工程實踐應用內容，增加學生對射頻集成電路設計的感性認識。例如：在講解Gilbert混頻器時，可以通過視頻動畫介紹混頻的鏡頻干擾，引導學生如何在電路設計中抑制和解決問題，使學生能夠更充分地結合理論知識認識實際工程問題，從而提高學習主動性。

3.仿真軟件的應用。學生能熟練運用工程軟件進行仿真和設計，是工程教育要求學生必備的工程能力之一[3]。因此，在教學過程中，要求學生使用Cadence軟件中的Specture RF工具，使用TSMC 0.18μm工藝來完成射頻集成收發機的仿真設計。這樣既可以使學生掌握低噪聲放大器、振蕩器、功率放大器和混頻器的基本理論知識，又使學生掌握整個射頻收發機前端單片集成電路設計的電路及版圖仿真分析方法。教師在課堂上可以使用Cadence軟件進行現場實例仿真演示，將電路設計的關鍵環節對參數的影響直觀展示出來，加深學生對基礎理論知識的理解和吸收，同時師生互動討論，活躍課堂氛圍。

4.基于校企合作模式[4]，強化與IC設計公司之間的關系，搭建研學型、創新型和系統性的專業實踐平臺。在工程實踐教學中可以根據IC設計公司的需求，讓學生參與IC設計公司的項目，設計結果經過公司評估可以交付公司流片，或者申請MPW項目（multi-project wafer，MPW）。通過這樣一個平臺大大提升了學生的工程實踐水平。

（三）課程考核

傳統的課程考核方式主要以筆試為主，重在理論基礎。對于射頻集成電路設計這門工程實踐性很強的課程來說，這種考核方式不能全面考查學生的綜合能力。為此，本課程成績采用筆試、平時作業、工程實踐項目設計、項目答辯及項目報告共同計入該門課程的總成績。

三、結語

本文基于工程教育專業認證背景，結合筆者近幾年參與的專業建設和課程教學改革經驗，探討了工程背景較強的射頻集成電路設計課程教學改革框架和考核方式，希望能為當前國內集成電路設計的工程教育認證提供有價值的參考。

參考文獻

[1]方崢.中國工程教育認證國際化之路——成為《華盛頓協議》預備成員之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[2]林健.工程教育認證與工程教育改革與發展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[3]蔣宗禮.工程專業認證引導高校工程教育改革之路[J].工業和信息化教育，2014（1）：1-5.

[4]虞致國，趙琳娜.基于校企合作提高集成電路設計類課程教學質量的研究[J].大學教育，2016（5）：106-107.

Teaching Reform of Radio Frequency Integrated Circuits Design Course Based on Engineering Education Certification

CHEN Chang-ming，WANG Tian Bao，CHEN Gong，ZOU Xing-ping

（College of Communication Engineering，Chengdu University of Information Technology，Chengdu，Sichuan 610225，China）

Abstract：Under the background of engineering education certification，some problems existing in engineering education of Radio Frequency Integrated Circuit （RFIC） Design course are introduced.Based on the international engineering education certification standards，the content and methods of the course teaching reform are also proposed.This paper briefly introduces the ideas of engineering education and teaching reform of the course from three aspects：the goal of course teaching reform，the implementation of teaching methods and course examination.

Key words：engineering education certification;Radio Frequency Integrated Circuit;teaching reform