張振娟 施 敏

南通大學電子信息學院 江蘇南通 226019

EDA技術與微電子專業(yè)課程內(nèi)容的整合

張振娟 施 敏

南通大學電子信息學院 江蘇南通 226019

EDA技術集電子技術、計算機技術、智能化技術等多種應用學科的成果，實現(xiàn)了實踐、電子技術、計算機能力、綜合能力的有機結合。結合微電子專業(yè)課程特點，闡述了在微電子專業(yè)課程中引入先進EDA工具的重要性，介紹了EDA技術與課程內(nèi)容整合的教學設計及實施。

微電子；EDA；整合；實踐教學

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

進入21世紀，信息科學和技術發(fā)展方興未艾，依然是經(jīng)濟持續(xù)增長的主導力量。微電子技術是當今世界發(fā)展最快的技術之一，是信息化產(chǎn)業(yè)的基礎與核心技術。而EDA(Electronics Design Automation)技術是隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具，它利用軟件來仿真系統(tǒng)的硬件工作過程，使產(chǎn)品的開發(fā)周期大為縮短，性能價格比大幅度提高。我校在第二屆教職工代表大會上提出了著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。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”，要為社會培養(yǎng)知識、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)是一個工程性和實踐性很強的專業(yè)，這就要求教學應定位于使本專業(yè)畢業(yè)生具有較高的工程素質(zhì)、較強的實驗技能和動手實踐能力，這些素質(zhì)和能力需要通過實踐教學體系來培養(yǎng)。但是，一方面學生實驗經(jīng)費有限，一方面又要提高學生的實驗技能，這就形成了矛盾，并且從企業(yè)反饋的信息來看，我們培養(yǎng)的微電子專業(yè)學生的動手能力弱，一些EDA工具軟件不會使用。將EDA技術引入到微電子專業(yè)教學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、新技術很好地融會貫通，加強應用技能的培養(yǎng)和使用現(xiàn)代設計方法，引入現(xiàn)代化的教學手段，開辟具有現(xiàn)代化實驗條件的實驗室，增加反映最新電子技術發(fā)展的實驗內(nèi)容，幫助學生適應信息社會對人才的新要求，并和企業(yè)最新技術實現(xiàn)無縫對接。

1 在實驗實踐教學中引入EDA技術的重要性

1.1 提高學生的知識層次和技能水平

EDA技術是現(xiàn)代電子設計發(fā)展中必不可少的，EDA技術廣泛應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發(fā)，同時，全國各種電子技術設計競賽將EDA技術作為選手必須掌握的基本技能。在實驗教學中引入EDA有利于學生掌握EDA這種工具，拓寬知識面，提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和計算機應用能力，提高知識層次，提高學生就業(yè)率，為今后較快勝任工作打下基礎。

1.2 緩解實驗設備和經(jīng)費不足的壓力

EDA技術是用軟件的方式來設計硬件，這種硬件設計軟件化可以大大簡化電子系統(tǒng)的實驗，并可根據(jù)學生的設計不受限制地開展各種實驗，既可實現(xiàn)規(guī)定功能的硬件系統(tǒng)又可達到課程的教學目的。這樣，學校無形中增加了許多實驗設備，大大緩解了實驗設備和經(jīng)費不足的壓力。

1.3 有利于教師自身素質(zhì)的提高和教學、科研水平的提高

EDA涉及電子、通信、計算機、自動化等電子信息類專業(yè)課，輻射面很寬，同時它又是一門發(fā)展迅速、工程性強、須緊密結合技術發(fā)展前沿的現(xiàn)代電子設計技術課程。這就要求教師有寬廣的知識面和工程項目經(jīng)驗，并能結合當前與今后的發(fā)展趨勢編寫相應的EDA教材包括實驗教材，提高教師的教學水平。同時引入EDA到電子技術實驗實踐教學中，將促進教師對該項新技術的學習和掌握，有利于教師在不斷的學習過程中提高科研水平。

2 EDA技術與課程內(nèi)容整合的教學設計

將EDA技術全面與微電子專業(yè)課程緊密結合，設計的EDA實踐教學首先應做到系統(tǒng)全面性，同時兼顧集成電路工藝仿真和器件仿真，在實踐教學體系中兼顧專業(yè)基礎、工藝制造、集成電路設計，強化理論基礎、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學生經(jīng)受了融合理論、實驗、技能和設計的系統(tǒng)技術訓練。與此同時提高EDA工具的先進性，集成電路設計的發(fā)展依賴于先進的EDA工具，摒棄目前高校實驗室中舊的EDA設計工具，采用新的和產(chǎn)業(yè)接近的集成電路設計工具，才能從根本上解決高校實踐教學環(huán)節(jié)與當今IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)的問題。

2.1 EDA技術與微電子專業(yè)課程內(nèi)容的整合

根據(jù)我校人才的培養(yǎng)目標，電子信息學院對微電子專業(yè)課程體系進行了改革，解決基礎與發(fā)展、基礎與應用、理論與實踐、重點內(nèi)容和知識面的矛盾?，F(xiàn)已整合為專業(yè)基礎課程和專業(yè)課程，每門課都配置了相應的實驗課、實踐課，其中的實踐環(huán)節(jié)教學目的和教學內(nèi)容設置系統(tǒng)規(guī)劃，各有側(cè)重。在專業(yè)基礎實驗課程中，主要安排對模擬和數(shù)字基礎內(nèi)容進行驗證，掌握基礎知識和基本應用方法以及實驗技能。在理論課程和實驗課程結束后安排1～2周的實踐教學環(huán)節(jié)，提出設計任務和要求，運用EDA軟件進行系統(tǒng)的集成。在專業(yè)課程中，為使學生更好地接近工程設計，專業(yè)課程基本上都設置了一定學時的實驗課，這些實驗課采用了EDA的一系列軟件進行仿真，鞏固理論知識。同樣在課程結束后開設了實踐環(huán)節(jié)，與專業(yè)基礎課相對應，實踐環(huán)節(jié)著重實戰(zhàn)演練，真槍實彈進行相應的練習，例如針對集成電路工藝這門課，在32總學時中設置了6個學時的實驗課，課程結束后開設了微電子工藝課程設計，這樣既學習了理論知識又掌握了EDA軟件和實踐技能。

2.2 EDA課時與理論課時的整合

電子工程系近2年由學院帶隊去兄弟院校，如山東大學、蘇州大學實地調(diào)研，調(diào)研他們微電子專業(yè)在課程設置、教學計劃修訂、實踐實驗環(huán)節(jié)等諸多方面的情況，調(diào)研他們設定這些內(nèi)容的可行性及合理性，結合我院的實際情況合理地配置每一課程的EDA課時與理論課時，例如硬件描述語言這門課程總學時為32學時，其中理論課時與EDA課時各占一半，這是基于語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軟件和硬件開發(fā)系統(tǒng)種類繁多，如數(shù)字系統(tǒng)設計工具有Maxplus Ⅱ，QuartusⅡ等，模擬電路設計工具有Pspice，Hspice等，系統(tǒng)建模與分析工具有Matlab和Opnet等，版圖設計工具有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，將半導體器件與工藝技術(TCAD)納入微電子專業(yè)課程實踐體系中去，將SOC/SOPC等先進技術引入實驗課堂，提高學生的電子線路系統(tǒng)設計能力。這樣無論是在專業(yè)基礎課方面，包括電路、模擬電子技術及數(shù)字電子技術，還是專業(yè)課程方面，包括半導體物理實驗、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，這樣不僅可提高學生學習的興趣，同時也鞏固了學生的理論知識，也為今后同學們就業(yè)打下基礎。

2.4 EDA模塊整合及教材編寫

EDA技術涉及知識面較寬，應用領域廣泛。不同的課程可能運用了相同的EDA開發(fā)工具，例如數(shù)字電子技術與復雜數(shù)字系統(tǒng)這兩門課程都應用QuartusⅡ開發(fā)工具。我校電子工程系對每門專業(yè)課程都指定了課程負責人，要求課程負責人全程負責。課程負責人不僅負責本課程教學大綱的制訂、本課程教材的選訂、本課程的教學，而且負責本課程EDA實踐環(huán)節(jié)教學指導書的編寫、EDA教學內(nèi)容的設計。教師依托學校EDA實驗中心，要在科學技術的發(fā)展、市場的需求等多方面因素的影響下，及時修改不斷完善教材的內(nèi)容，同時系內(nèi)經(jīng)常組織課程負責人之間互相探討，以整合的方式進行整體教學設計，在相同的EDA模塊上體現(xiàn)各自課程的特點。

3 EDA在微電子課程體系中的實施

在微電子專業(yè)課程體系中，為提高學生對電子電路的分析和設計能力，在各時段各課程都整合了EDA開發(fā)工具。電子技術基礎及模擬集成電路設計課程運用了電路仿真軟件：CADENCE，HSPICE，SPECTRE-VERILOG，集成電路CAD、集成電路原理等課程運用了CADENCE，HSPICE，LAKER，數(shù)字電路及硬件描述語言、復雜數(shù)字系統(tǒng)設計等課程采用了MODELSIM，NC-VERILOG，半導體器件及集成電路工藝、微電子材料制造設備等課程運用了TCAD開發(fā)工具。通過對微電子專業(yè)課程體系的系統(tǒng)規(guī)劃，我們借助于EDA的系列工具和半導體專業(yè)實驗室，從專業(yè)基礎課到專業(yè)必修課、專業(yè)選修課，使學生經(jīng)受了融合理論、實驗、技能和設計的系統(tǒng)訓練，讓微電子專業(yè)學生掌握先進的EDA工具及集成電路設計的流程和基本的設計方法，培養(yǎng)一批綜合素質(zhì)高、專業(yè)基礎知識扎實、動手操作能力強、具有創(chuàng)新意識的合格人才。

[1] 李東生.電子設計自動化與IC設計[M].北京：高等教育出版社，2004

[2] 袁穎，董利民.集成電路設計實踐教學平臺建設的研究[J].電氣電子教學學報，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：1105066

張振娟，碩士，副教授。

江蘇省自然科學基金項目(編號：BK2010275)；南通市應用研究計劃項目(編號：K2010014)；江蘇省現(xiàn)代教育技術研究重點課題(編號：2011-R-19740)。