導語：集成電路計算機輔助設計教學方法一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：集成電路設計是一項理論基礎要求高、綜合性和系統性強、涉及面較廣的任務，離不開計算機軟件的輔助。開設《集成電路CAD》課程，有利于提高學生的實踐能力、加深對專業課程的理解，是系統培養集成電路人才的有效手段之一。針對課程內容抽象的特點，在課堂教學時需通過融入行業前沿信息、設計案例，合理設置隨堂練習題、討論題以及課后習題等一系列內容，豐富教學內容、創造直觀生動的課堂氛圍，充分調動學生的學習積極性。針對實踐性強的特點，通過分組進行課題設計、逐一開展設計報告、加重實踐環節的考核比重等方法，可以培養學生的設計思維、提高學生的設計能力。

關鍵詞：集成電路；計算機輔助設計；教學方法；實踐訓練

一、引言

隨著集成電路技術的不斷發展，信息的存儲和處理能力得到了爆炸式提升，使得信息技術（IT，Infor-mationTechnology）時代已升級到數據技術（DT，DateTechnology）時代。進入21世紀的第二個十年，信息技術已深入人們生產、生活中的方方面面，其在國民經濟中的支柱作用愈發凸顯。作為信息產業基礎和關鍵的集成電路產業，在這個階段也迎來了快速發展。從芯片特征尺寸的角度來看，從2010年的65nm發展到了2018年的7nm；從芯片功能和性能的角度來看，越來越多的電路模塊被集成到芯片中，片上系統（SoC，SystemonChip）越來越智能，自2017年起，蘋果公司和華為公司的SoC都集成有神經處理單元（NPU，NeuralProcessingUnit）；從市場分布的角度來看，亞太地區（尤其是中國）是全球規模最大的集成電路市場，市場需求將繼續保持快速增長[1]，但市場份額主要被美、歐、日、韓等國家或地區的少數跨國公司所占有。芯片是一個國家綜合國力的象征，沒有芯片就沒有電子世界，更沒有21世紀的制造設計大國[2]。我國雖然擁有龐大的集成電路市場，但尖端核心技術均掌握在少數發達國家手上，隨時有被“卡脖子”的風險，2018年初的“中興事件”就是一個典型的例子。產業的振興首先要從培養人才開始，集成電路設計是知識密集型行業，需要培養專門的設計人才。集成電路的CAD（ComputerAidedDesign，計算機輔助設計）技術幾乎是伴隨著集成電路產品的產生而出現的，雖然數字集成電路的設計方法已從CAD演進到EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化），但是模擬和數模混合集成電路的設計目前還是采用CAD技術。在高等教育院校的相關專業中開設“集成電路CAD”課程，加強設計思維培養和設計實例訓練，是系統培養集成電路人才的有效手段之一，有利于提高學生的實踐能力、加深對專業課程的理解。

二、教學內容安排

《集成電路CAD》是“電子科學與技術”專業高年級本科生的關鍵專業課程之一，主要覆蓋模擬及數模混合集成電路領域。在學習該門課程之前學生需具備《模擬電子技術》《數字電子技術》《半導體器件物理》《微電子工藝》《集成電路分析與設計》等專業課程基礎。本課程的教學內容有兩個部分：一是課堂教學，共16學時。其中概論部分2學時，主要講述集成電路的概念、發展歷史及現狀、集成電路的計算機輔助設計技術發展歷史及現狀、集成電路的設計方法及設計流程、集成電路CAD的主要內容等；用2個學時溫習集成電路制造技術；專用集成電路的CAD設計方法及設計實例講解共安排4個學時；CAD電路分析基礎、電路元/器件模型各占2個學時；集成電路的版圖設計、版圖驗證及后仿真各占2個學時。二是課程設計報告，共16學時。在開學第一課上做出安排，由班長或學習委員組織學生分組，5—7人一組，指定一名組長。每個小組從集成運算放大器、電壓基準源、集成電壓比較器、振蕩器、低壓差線性穩壓器、開關電容電路、全定制邏輯電路（50門以上）以及其他方面選擇一個設計課題，從開學第一周開始利用課余時間查閱資料，開展電路設計和仿真、版圖設計和驗證工作。同一小組中的同學在選定應用領域和設定電路指標參數時要體現出差異。從9—16周，各個小組陸續開展課程設計報告，每次課（2個學時）匯報一個課題。首先由組長介紹所選課題的基本情況，每一位同學補充介紹自己的設計和組內其他同學的差異，采用“PPT展示+CAD軟件操作”的組合匯報模式。

三、課程教學方法改革

課堂教學部分：1.以多媒體教學為主，輔以必要的板書，在教學課件中融入大量的行業前沿信息和集成電路設計案例，豐富教學內容、力求給學生創造直觀生動的課堂氛圍。2.在教育過程中嵌入科研項目、實際產品以及生產生活中的應用實例講解，充分激發學生的學習興趣、調動學生的積極性。3.摒棄傳統的“老師講、學生聽”的課堂教學模式，在每一個教學內容的關鍵節點上設置隨堂練習題和討論題，建立討論式和參與式課堂環境。4.設置課后思考題，要求學生查閱和綜述文獻資料、關注行業信息和前沿動態，促使學生自主學習，鍛煉他們發現問題、分析問題的能力。課程設計報告部分：1.創建探究式、啟發式和討論式教學模式，安排具體設計任務引導學生探究集成電路設計方法、利用相關CAD工具，啟發學生運用《模擬電子技術》《數字電子技術》《半導體器件物理》《微電子工藝》《集成電路分析與設計》等專業課程的相關知識，在報告環節鼓勵學生積極參與討論和互動。2.翻轉課堂，課程設計報告環節由每個小組的學生主講、其他小組的同學參與討論、老師輔助補充。目的是讓學生展示和介紹自己的設計，鍛煉學生的分析總結能力和語言表達能力。3.加強實踐教學，《集成電路CAD》本就是一門實踐性較強的課程，光靠老師講解是遠遠不夠的，必須加強實踐訓練來幫助學生理解和掌握集成電路的設計方法和流程、學會運用集成電路CAD工具。4.以設計實例展開對課程教學內容的總結，在每個小組進行課題匯報之后，留出一定的時間給老師針對相應課題的總結和拓展，同時也對課程教學內容進行總結。

四、課程考核方式改革

傳統的“一張試卷”的考核方式不適用于實踐性和綜合性較強的《集成電路CAD》課程，只通過期末“課程論文”來進行考核也顯得比較單調。因此，為了能夠充分體現課程教學效果和學生學習水平，該門課程的考核方式做了如下幾個方面的改革。1.加強課堂教學過程中隨堂練習、課堂討論和課后作業考核，加重該部分考核所占的比例。這部分主要是激發學生的學習積極性、參與課程教學過程、督促學生做好平時預習和復習，加大對學生學習過程的考核。2.強化課題設計實踐，加重課程設計報告所占的考核比例。《集成電路CAD》是一門實踐性和綜合性較強的課程，教學內容中光有理論不行，考核時光考核理論知識也不行。通過設計課題來考核學生運用前序課程以及本科課程基礎知識的能力、加強過程考核，突出對學生分析問題和解決問題的能力以及動手能力的考查。3.降低期末“課程論文”所占的考核比例。期末“課程論文”主要包含集成電路設計基礎知識和課題設計主要內容兩個部分，主要考核學習的總結能力和文字表達能力。課程考核方式及要求：隨堂練習、課堂討論、回答問題、課后作業及考勤等情況由任課教師做好相關記錄，依據打分；每位同學的課程設計報告用10分鐘左右進行PPT展示，PPT連同課程論文一起上交，任課教師對設計的正確性及完整性、口頭匯報的質量等做好記錄，依據打分；每位同學在期末提交一份課程論文，內容主要就是描述設計課題，任課教師根據課程論文質量給分。最終考核成績分配：平時成績（涵蓋隨堂練習、課堂討論和課后作業）占30%，課程設計幻燈片報告占30%，期末課程論文占40%。

五、加強鍛煉學生設計思維

CAD只是一種輔助分析手段，集成電路的設計關鍵還是在于設計人員。因此，在《集成電路CAD》課程教學過程中注重培養學生的設計思維也是很有必要的。在課堂教學和課程設計報告兩個部分，可以從如下幾個方面鍛煉學生的設計思維和設計能力。1.將學生分組，5—7人組成一個小組，每個小組選定一名組長。在理論教學和設計實踐部分，由組長組織小組成員開展基礎知識學習和鞏固、設計方案擬定和執行設計等工作，鍛煉學生的團隊協作能力。2.在課堂教學部分，在講解每部分內容時都和設計掛鉤，告訴學生在設計過程中應該怎樣運用該部分知識，并設置一些啟發性的討論題和思考題，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。3.在設計實踐中鼓勵學生靈活運用基礎知識、勇于打破常規，充分發揮自己的主觀能動性，培養學生的設計能力和創新意識。4.在課程考核時，注重評價學生設計思維和設計能力的體現，對有創新、設計思路可行、且能夠借助理論或CAD工具軟件進行分析驗證的設計成果應該給予高分。

六、總結

集成電路的應用涉及人們生產生活的各個方面，《集成電路CAD》課程教學內容抽象、涉及面廣、實踐性強，其教學必須借助多媒體和CAD分析等手段向學生進行可視化展示、通過設計實例向教授學生設計方法和思路、通過設計課題訓練學生的設計能力。文章在課堂教學、課程設計報告以及考核方式幾個方面均提出了改革建議，目的是創建啟發式、探究式、討論式、參與式的生動課堂氛圍，通過翻轉課堂鍛煉學生的分析總結能力和語言表達能力，以考核方式的改革來幫助學生抓住課程要點。另外，還提出了幾點加強鍛煉學生設計思維和設計能力的建議。

參考文獻：

[1]國家集成電路產業發展推進綱要[J].中國集成電路,2014,(7):14-16.

[2]向舜然.集成電路CAD課程問題分析及解決[J].信息化建設,2015,(6):112-113.

作者:馬奎 單位:貴州大學電子科學系