从大学生集成电路设计大赛谈模拟集成电路课程教学改革

南通大学杏林学院 张 威 陆小飞 杨玲玲

南通大学电子信息学院 施 敏 孙 玲

从大学生集成电路设计大赛谈模拟集成电路课程教学改革

南通大学杏林学院 张 威 陆小飞 杨玲玲

南通大学电子信息学院 施 敏 孙 玲

从学生参加大学生集成电路设计大赛所具备的能力要求出发，对模拟集成电路课程教学进行改革，主要包括课程体系、教学方法、实践环节和双师型教学团队建设。通过课程学习和参加设计竞赛培养学生集成电路设计能力，对学生就业和深造具有积极的意义。

集成电路设计大赛；模拟集成电路设计；教学改革

0 引言

大学生集成电路设计大赛到目前为止已成功举办5届，2011年举办的首届大学生集成电路设计大赛以“全定制集成电路版图设计”为主题，分笔试和上机操作两个部分。笔试部分涉及半导体器件原理、集成电路工艺、集成电路版图CAD和模拟集成电路设计等专业基础知识，对学生的知识面要求比较广；上机部分，由主办方给出题目，参赛小组根据要求设计出电路和对应的版图[1]，现场进行集成电路版图设计能力的测试。第二届大赛主题与第一届相同，但上机部分则给出三个难度相当的备选题目，参赛小组任选一题。第三届和第四届大赛主题为“使用EDA软件平台设计自拟题目的芯片”，其中上机操作部分则由参赛队在各自学校完成，作品完成后提交给主办方。与以往不同，2015年举办的第五届大学生集成电路设计大赛开展了企业命题的多项杯赛活动，让学校先进的设计理念和产业界的实际需求相结合，考核内容的难度逐年增加，对参赛学生的专业素质要求也越来越高。我校从最初选派教师观摩比赛，到2013年组织学生积极参加大赛，近三年取得成绩见表1。

表1 我校学生参加集成电路设计大赛取得的成绩

通过参加大学生集成电路大赛，学生的综合设计能力得到提高。首先熟悉了模拟集成电路整个设计流程。其次熟练掌握了华大Aether EDA工具。第三，提高了学生的电路与版图设计和解决问题的能力。针对大赛对学生能力提出的要求，近年来我校模拟集成电路设计教学团队做了相应的教学研究和改革。

1 竞赛促进了模拟集成电路课程改革

1.1 课程体系的改革

针对大学生集成电路设计大赛对学生综合设计能力的要求，教学团队重新设计了模拟集成电路设计课程体系。原教学大纲中，该课程总学时为48，其中理论课时36，上机实践12学时，还有1周的课程设计。新的课程体系将模拟集成电路与集成电路版图CAD合成一门课，总学时96，理论教学48学时，上机实践48学时，课程设计增加到2周。

1.2 教学方法的改革

在理论教学部分，以往的教学是教师根据教学大纲和教材从前到后依次讲解知识点，学生在一定程度上了解和掌握基本理论知识。整个教学过程，是以教师的教为主，学生被动地学，不利于培养学生的工程实践能力。目前，采用项目式教学[2]。第一堂课给出本课程的教学目标和该课程在专业课程中的地位和作用，让学生明白为什么学习该课程、学什么、有何用。在选择具体的项目时，考虑到在实际的模拟电路中，许多应用都需要稳定的电压模块，特别是与温度关系很小的电压基准在一些电路应用中是必不可少的，所以本课程选取低功耗带隙基准电压源作为项目化教学的典型实例之一。

如图1所示的帯隙基准电压源电路，首先介绍电路的结构和原理，其次划分出电路子模块，包括基准电压参考源的核心电路、曲率补偿电路和PTAT电流产生电路，然后针对每个电路单元再深入研究其原理和参数。在此过程中，教师主要以启发式教学，引导学生自主学习。通过项目式教学，提高了学生分析和设计电路模块的能力并树立了课题研究意识。

图1 带隙基准电压源

1.3 实践环节的改革

该课程以前的上机实践是让学生利用Hspice软件仿真教材上的一些电路模块，如单级放大器、电流镜、差分放大器等。课程设计时，全班同学完成一个课题，例如两级运算放大器的设计与仿真。现在，上机实践时先让学生了解集成电路设计流程，接着掌握EDA软件，然后仿真各单元电路，最后完成版图设计。课程设计与集成电路设计大赛相结合，在大赛报名时，就告知学生课程设计内容将和大赛同步进行，鼓励学生积极参加大赛。将学生分成若干组，3人一组，每组选择大赛给出的任意一个课题。小组中的每个人都有各自的分工，1人负责检索资料和文档的撰写，1人负责电路设计，1人负责版图设计。课程设计过程中，教师主要起指导作用，具体工作由学生完成。课程设计的成绩视项目的完成情况而定，挑选完成较好的作品提交给大赛主办方。学生在完成课程设计的同时也参加了大赛，一方面通过比赛增加了学生学习的积极性，激发学生不断学习、不断探索和不断创新，使所学知识得到进一步巩固和升华，另一方面保证了课程设计的质量。

2 竞赛促进双师型教学团队建设

为了强化技能性和实践性教学要求，学校提倡双师型教学队伍建设，注重提高教师的工程教育能力。学院一方面选拔优秀青年教师到企业实习至少半年时间，期间学校提供各种优惠政策，另一方面鼓励青年教师积极参与到各种课外科技竞赛的辅导中。实践证明，通过指导学生参加集成电路设计大赛，青年教师的各方面能力得到了提高。

2.1 提高教师的教学能力

第五届大学生集成电路设计大赛由企业命题，设计题目与企业研究方向直接对接，与我校电子信息类专业培养应用型人才的目标一致。实践证明，学生参加集成电路设计大赛，可以有效的检验教师的教学方法、教学效果，并以此为契机来推进教学改革[3]。避免了教学过程中学生处于被动学习状态的填鸭式教学，针对大赛给出的几个设计题目，教师以探究式、启发式和研讨式为主的教学方式，引导学生主动学习相关理论和仿真工具，让学生将理论知识和课外实践内容结合起来，有助于提高学生的科研和创新意识[4]。

2.2 提高教师的科研水平

集成电路设计大赛对学生的理论知识和实践能力有比较高的要求，这就需要指导教师在赛前为学生提供高效率的培训工作，甚至部分参与项目的研究过程，在具体的实践中和学生一起发现并解决问题。大赛所涉及的题目，都是企业研究的热点，具有一定的难度，需要指导教师具备很强的实践和科研能力。这就要求科研经验不足的教师必须拓展自己的知识结构，继续学习更新知识，才能胜任指导任务，因此集成电路设计大赛的指导工作也促进了教师的实践和科研能力的提高[5]。

3 结束语

大赛要求学生具备集成电路设计方面的知识和能力，促使我们推进相关课程的教学改革，同时提高了教师在教学和工程实践方面的能力，更重要的是培养了学生的综合能力。由于大赛是企业直接参与命题和考核，参赛学生通过展示自己的优秀作品，让集成电路设计企业的同行认识并肯定自己，从而增加就业和深造的机会。

[1]胡小玲,袁颖,刘榿．结合集成电路设计大赛谈创新能力的培养[J]．电子世界2012．1,163-164．

[2]谭莉,方羽．《集成电路版图设计》课程项目化教学改革与探索[J]．轻工科技,2013,170(1):140-141

[3]孙雷,占永宁,孙玉轩．电子设计竞赛促进高校青年教师能力的培养[J]．《中国西部科技》2014, 13(9):106-106

[4]汪金辉,侯立刚,耿淑琴．集成电路设计大赛与创新能力培养[J]．电子世界,2012．1,161-162

[5]田磊．大学生电子竞赛对实践教学的促进和革新[J]．西安邮电学院学报,2011．11, 16(S1):65-66

张威（1985-），女，江苏沭阳人，南通大学杏林学院讲师，主要从事模拟集成电路设计方向的教学和科研。

南通大学杏林学院教育教学研究项目（2014J228）；江苏省高校品牌专业建设工程资助项目。