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數(shù)字集成電路范文第1篇

關鍵詞：數(shù)字集成電路；應用；前景

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4476-02

集成電路從60年代開始發(fā)展至今，其規(guī)模大致上遵照摩爾定律發(fā)展[1]，即芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個月就翻一番或每三年翻兩番。目前單個的芯片上已能夠制作上百萬個晶體管的一個完整數(shù)字系統(tǒng)或數(shù)/模混合的電子系統(tǒng)。集成電路的特征尺寸已發(fā)展至納米水平。伴隨著數(shù)字集成電路技術的越來越成熟，它于人們的生產(chǎn)以及生活中的應用也越來越廣泛，對數(shù)字集成電路在生活應用中的進一步探究也就越來越有必要。該文將從數(shù)字集成電路的基本結構和分類這些方面對其原理進行比較詳細的介紹，然后重點討論和探究它的實際應用，最后將結合數(shù)字集成電路在生活當中的實際應用設計出一個利用數(shù)字集成電路原理制成的流水燈。

1 數(shù)字集成電路的基本原理

數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)[2]。

數(shù)字集成電路基本電路符號如圖1所示，它有輸入、輸出、電源和接地四個端口。數(shù)字集成電路具有靜態(tài)特性以及開關特性，表示靜態(tài)特性的參數(shù)有輸入電壓、輸出電壓、輸入電流和輸出電流等。

圖1 數(shù)字集成電路基本電路符號

集成電路正常工作的時候，輸入電壓有高電平輸入電壓和低電平輸入電壓，使用最小值表示，表示能判斷高電平的最低輸入電壓，因此，在高電平給定時，需高于的電壓，用最大值表示，表示能判斷低電平時的最大輸入電壓，因此，在低電平輸入電壓給定時，需低于的電壓。

輸入電流有高電平輸入電流和低電平輸入電流，都是表示集成電路輸入端加上電壓時，流經(jīng)輸入端的電流。其中表示輸入端加上最大輸入電壓時的電流，表示輸入端加上規(guī)定高電平輸入電壓時的電流，表示輸入端加上規(guī)定低電平輸入電壓時的電流。CMOS輸入電流幾乎等于0，因此，只用表示。集成電路的輸入電流隨類型不同而不同。

2 數(shù)字集成電路應用

2.1 多路自動巡檢控制器

在一些電子儀表較密集的工業(yè)控制和自動檢測系統(tǒng)中，經(jīng)常會使用多臺同種檢測控制儀表，對不同的處所和位置進行檢測和控制。為了達到對這些儀表的集中監(jiān)測的目的，通常會采用一臺多路自動巡檢控制器。它能對被控通道自動巡檢，并將被控通道用數(shù)字顯示器顯示出來。它既可以作為自動巡檢，又可以轉(zhuǎn)換為手動巡檢，使用起來相當?shù)姆奖恪?/p>

電路組成，它主要由脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、通道轉(zhuǎn)換器和通道顯示器等組成。

2.2 繞線機電子計數(shù)器

普通的繞線機一般采用機械傳動的指針式計算器來進行計數(shù)，由于存在傳動齒輪的磨損和固有機械間隙，有時很難做得到準確計數(shù)。接下來要介紹的電子計數(shù)式繞線機，則采用了接觸式的光電傳感器來觸發(fā)電子計數(shù)器進行計數(shù)，所以準確度比較高。此外，由于使用了具有加減功能的電子計數(shù)器，所以在繞線過程中出現(xiàn)糾錯重繞的時侯，計數(shù)器仍然能夠?qū)嶋H繞組數(shù)進行加減，它的計數(shù)精確度高，使用方便。

在繞線軸加裝的圓盤上有一個長孔，該孔與光電傳感器對應，當繞線機旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)一周，光電傳感器就被觸發(fā)一次。先被觸發(fā)的傳感器進行加減識別功能，后被觸發(fā)的傳感器則輸出計數(shù)脈沖。

2.3 數(shù)字集成電路在軍事方面的應用

自從20世紀60年代第一塊集成電路問世以來，以集成電路為核心的微電子技術發(fā)展迅速，并促進了通信技術、計算機技術和其他電子信息技術的快速發(fā)展，對人類社會的經(jīng)濟繁榮、社會進步、國防建設及日常生活都產(chǎn)生巨大影響[3]。

戰(zhàn)術通信指在作戰(zhàn)地域內(nèi)指揮一個戰(zhàn)役或戰(zhàn)斗所使用的通信，主要是無線通信。目前，新軍革以信息化為核心的，作為各作戰(zhàn)分隊的連接紐帶，戰(zhàn)術通信的關鍵性作用日漸彰顯。和其他的電子設備相同，微電子器件也大量應用在戰(zhàn)術通信裝備中，微電子技術在戰(zhàn)術通信的發(fā)展過程中發(fā)揮著至關重要的推動作用[4]。在戰(zhàn)術通信裝備里，嵌入式微處理器、數(shù)字信號處理器和可編程邏輯器件是一種重要的數(shù)字集成電路。嵌入式微處理器用來完成整機的主控和運行各種應用軟件，數(shù)字信號處理器用來完成運算流程復雜的基帶數(shù)字信號處理，可編程邏輯器件用來完成對運算能力要求較高的中頻數(shù)字信號處理。

2.4 基于數(shù)字集成電路的交通燈

隨著經(jīng)濟社會的到來，各國的車輛數(shù)量也不斷上漲，這就勢必帶給城市交通不少難題，例如：交通堵塞日益嚴重，交通事故不斷增加，交警任務更加繁重等等。為了解決這些的困難，我國以及國外都加快了在交通事業(yè)方面的研究步伐，尤其是在控制交通信號燈方面。下面將介紹的就是數(shù)字集成電路在交通燈中的使用。

數(shù)字集成電路在交通信號燈控制器中的使用原理：

交通燈控制器主要包括顯示器、上控制器、計數(shù)器、信號發(fā)生器、譯碼電路和置數(shù)器，首先上控制器接收特殊狀態(tài)命令或者接收清零命令，一方面顯示在顯示器上，一方面發(fā)出信號至信號燈譯碼驅(qū)動電路，即南北大道信號或者東西大道信號，一方面發(fā)出信號至置數(shù)器，接著計數(shù)器綜合考慮置數(shù)器的信號和時鐘信號發(fā)生器發(fā)出的信號，把信號傳送給譯碼器，最后顯示在顯示器上。

一般十字路口的交通情況和主控制器的設計關系為：

1）當東西大道通行時，綠燈亮，南北大道禁行，紅燈亮，時間延遲為40秒：

2）當東西南北大道都禁行時，東西大道黃燈亮，時間延遲為5秒；

3）當東西大道禁行時，紅燈亮，南北大道通行，綠燈亮，時間延遲為30秒：

4）當東西南北大道都禁行時，南北大道黃燈亮，時間延遲為5秒。

然后就是回到第一種情況開始循環(huán)執(zhí)行。我們可以把這四種狀態(tài)分別設為：S=000，S=001，S=010，S=011，另若有特殊情況，如遇到交通事故，警車或者救護車通過，其對應狀態(tài)設為S=l00，根據(jù)以上的狀態(tài)分析，我們可以用兩片74LSl92來實現(xiàn)這樣的功能。

3 總結

本文首先對數(shù)字集成電路意義和原理進行了介紹，接著重點闡述了許多在我們的工、農(nóng)業(yè)以及生活上基于數(shù)字集成電路的一些應用，例如繞線機電子計數(shù)器、交通燈等。隨著社會的不斷進步，科技的不斷騰飛，越來越多的先進設備將會運用到我們的生活當中，未來我們將會見到更多數(shù)字集成電路產(chǎn)品在我們生活當中的應用，便利我們的生活。數(shù)字集成電路雖然只是一個元件，但是將他創(chuàng)造性地應用于產(chǎn)品制作時，它將變成又一件便利我們生活的新產(chǎn)品。因此，想為我們的生活設計一些新穎舒適的產(chǎn)品，那么我們也必須首先懂得它的內(nèi)在含義和廣泛應用。

參考文獻：

[1] Moore G E.Cramming more components onto integrated circuits[J]. Electronics，1965，38（8）：114-117.

[2] 王紅.集成電路技術發(fā)展動態(tài)[J].微電子學，2007，37（4）：515-522.

數(shù)字集成電路范文第2篇

關鍵詞 集成電路設計 教學方法 教學探索

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美國德州儀器公司的基爾比發(fā)明了第一塊集成電路，隨著半導體工藝和集成電路設計技術的發(fā)展，集成電路的規(guī)?？梢赃_上億個晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點，廣泛應用于汽車、醫(yī)療設備、手機和其他消費電子，其2012年集成電路設計市場應用結構如圖1所示。

自2006年以來，我國集成電路的產(chǎn)值為126億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的5.1%，2013年我國集成電路的產(chǎn)值為405億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的13.3%。2006年到2013年的年復合增長率達到18%，遠超過全球集成電路產(chǎn)業(yè)整體增速。我國集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如表1所示。

近年來，半導體集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策支持下發(fā)展迅速，因此對集成電路設計人才的需求劇增。為了滿足社會日益發(fā)展的需要，國家在高校內(nèi)大力推廣集成電路設計相關的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿足國內(nèi)對集成電路設計人才實際數(shù)量的需求。為了更好地加快集成電路設計人才的的培養(yǎng)，本文針對《數(shù)字集成電路原理》教學中存在的問題，并且根據(jù)教學的現(xiàn)狀，探索出集成電路設計的教學改革。

一、數(shù)字集成電路設計原理教學中的現(xiàn)狀

集成電路設計相對于以分立器件設計的傳統(tǒng)的電子類專業(yè)而言，偏向于系統(tǒng)級的大規(guī)模集成電路設計，因此，微電子專業(yè)和集成電路設計專業(yè)的學生注重設計方法的形成，避免只懂理論、不懂設計的現(xiàn)象。即使學生掌握了設計的方法，能夠進行一些小規(guī)模的集成電路設計，但是設計出來的產(chǎn)品不能用，不能滿足用戶的需求。這就成了數(shù)字集成電路設計原理面臨的問題。

二、數(shù)字集成電路設計原理教學改善的方法

（1）針對上述的問題，在多年教學的基礎上，在教學方法上進行改進，改變傳統(tǒng)的以教師為中心，以課堂講授為主的教學方式，采用項目化教學來解決數(shù)字集成電路設計中只懂理論、不懂設計的現(xiàn)狀。注重數(shù)字集成電路設計原理與相關課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，提高學生的學習興趣，通過將一個項目拆分成幾個小項目，使學生在項目中逐漸加深了對知識點理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的集成電路設計概念。學生分成5-8人一組，通過小組的方式加強了學生的相互合作能力，讓學生更有責任感和成就感。學生應用相關的EDA軟件來完成項目的設計，能夠掌握硬件描述語言、綜合應用等數(shù)字集成電路設計工具。

（2）通過PDCA戴明環(huán)的方式改善了集成電路設計的產(chǎn)品可用度不高的問題。在集成電路設計過程中，通過跟蹤課內(nèi)外學生設計中反應的問題，對項目難易度的進行調(diào)整，提高學生計劃、分析、協(xié)作等多方面的能力。結合新的技術或者領域，對項目進行適當?shù)恼{(diào)整。通過PDCA戴明環(huán)的方式來持續(xù)改進教學內(nèi)容和方法，使其滿足社會對數(shù)字集成電路設計人才的需求。PDCA戴明環(huán)如圖2所示。

（3）開展校企合作的方式，進一步提高教學質(zhì)量和學生的綜合素質(zhì)，促進企業(yè)和學校的共同發(fā)展。這種方式實現(xiàn)了學校與企業(yè)的優(yōu)勢互補，資源共享，培養(yǎng)出更加適合社會所需要的集成電路設計人才，也能夠讓學校和企業(yè)形成無縫對接。

三、小結

隨著大規(guī)模集成電路設計的發(fā)展，更多的設計工具和設計方法出現(xiàn)，因此，使用最新的設計工具，合理設置《數(shù)字集成電路設計原理》的教學內(nèi)容，可以提高學生的設計能力和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。通過對《數(shù)字集成電路設計原理》課程教學的探索，改變了以教師為中心的傳統(tǒng)采理論課教學方式，充分發(fā)揮了學生的能動性和協(xié)作能力，使學生理論與實踐都能夠滿足集成電路設計人才的要求。

參考文獻：

[1]殷樹娟，齊巨杰. 集成電路設計的本科教學現(xiàn)狀及探索[J].中國電力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王銘斐，王民，楊放.集成電路設計類EDA技術教學改革的探討[J].電腦知識與技術， 2012，8（9）：4671-4672.

數(shù)字集成電路范文第3篇

【摘 要】 本文在分析《士官大專數(shù)字電路》學員具體情況、教學內(nèi)容和課程目標的基礎上，論述了該課程的教學目標設計、教學策略設計等問題，主張整合教學內(nèi)容，增大課堂信息量，改革教學方法，注重素質(zhì)教育，以期全面提高教學質(zhì)量。

【關鍵詞】 士官大專；數(shù)字電路；課程目標；教學目標；教學設計

《數(shù)字電子技術》課程是電類的專業(yè)基礎課，具有很強的理論性和實踐性，傳統(tǒng)的教學方式重視理論而忽略實踐，因此在教學設計中應突出實驗在學習過程中的作用；使學員形成一定的分析和解決簡單實際問題的能力。為專業(yè)知識的學習和崗位任職的需要打下一定的基礎。

一、教學起點分析

1、學員情況

該教學班是有線通信技術、視訊通信專業(yè)，士官大專層次，總體基礎比較差，少數(shù)學員初中畢業(yè)，大部分學員高中畢業(yè)，學習態(tài)度和成績都較差。依據(jù)人才培養(yǎng)目標的要求，數(shù)字電子技術是一門必修的專業(yè)基礎課，是基礎課程和專業(yè)課程之間的橋梁。通過本課程的學習建立認識和分析一般電子電路的能力，養(yǎng)成自主學習和勤于動手的良好習慣，為專業(yè)課程的學習打下良好的基礎。

2、教學內(nèi)容及教學目標

《數(shù)字電子技術》是士官大專學員一門必修的專業(yè)基礎課程，是學員知識體系的重要組成部分。學習本課程的目的是培養(yǎng)學員的邏輯思維方式，養(yǎng)成學員自主學習、獨立思考和實際動手的能力，為后繼專業(yè)課程的學習打下相應的基礎。

（1）教學內(nèi)容及教學目標。 教學內(nèi)容主要包括七部分：數(shù)字邏輯基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、小規(guī)模時序電路及其應用、中規(guī)模集成（MSI）時序模塊及其應用、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理與應用以及存儲器與可編程邏輯器件。

教學目標：通過本課程的學習，學會數(shù)字電路的基本原理和基本分析方法；感受實驗在學習過程中的作用；形成分析和解決實際問題的能力；為專業(yè)知識的學習和適應崗位任職的實際需要打下基礎。養(yǎng)成獨立思考、刻苦鉆研、善于質(zhì)疑等良好習慣，形成嚴謹求實、一絲不茍的優(yōu)良作風。

（2）對教學內(nèi)容的理解。 數(shù)字電子技術在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的實用方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化。但是，在數(shù)字電子技術中作為理論基礎的基本原理并沒有改變，理解大規(guī)模集成電路中的基本模塊結構仍然需要基本單元電路的有關概念。因此，作為數(shù)字電子技術基礎課程，介紹數(shù)字系統(tǒng)中常用的基本單元電路、基本功能模塊及基本的分析方法仍然是其基本內(nèi)容。

本課程的重點為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。對于重點內(nèi)容，要以板書講解為主，盡可能結合工程實際多舉例題，講習題課，以達到強化基本概念、基本原理的目的。難點為：小、中規(guī)模時序電路及其應用。對于難點內(nèi)容，要以板書和多媒體相結合來講解，便于學員理解，同時要通過多舉例題，講習題課、適當增加學生習題量等來鞏固。

3、經(jīng)驗提醒

（1）為了增加學員的學習興趣，教學中內(nèi)容應減少理論部分增加應用實例。在教學方法的處理上精講多練，運用仿真工具演示電路的工作過程提高學習的趣味性、可視性和效能性；加強課堂練習提高課堂的利用率。學員在學習過程中應注意學習方法，提高自信心、主動性，多看書，多做練習、多做實驗。（2）數(shù)字電路是一門實踐性很強的課程，應重點強調(diào)理論與實驗相結合。特別是本課程的重點內(nèi)容及難點內(nèi)容。通過實驗學員不僅可以加深理論知識的理解.而且還能鍛煉學生的動手能力。（3）總結歸納，在教學中要善于歸納，每次上完課應對所講內(nèi)容進行歸納總結，使學員更加明確本次課的重點及難點內(nèi)容。（4）利用現(xiàn)代多媒體手段將一些不好理解的內(nèi)容形象地顯示出來。（5）要求學員通過做大量習題，掌握理論知識。

二、課程目標設計

1、總體目標

通過本課程的學習，熟悉數(shù)字電路的基本知識和基本分析方法；感受實驗在學習過程中的作用；形成一定的分析和解決簡單實際問題的能力。為專業(yè)知識的學習和崗位任職的需要打下一定的基礎。

2、課程目標

依據(jù)課程標準并結合本教學班的情況，確定各單元（章節(jié)）教學目標如下：

（1）知識與技能。①說出邏輯代數(shù)的基本公式。②知道常用組合邏輯電路的特點，歸納分析方法。③描述時序邏輯電路的工作原理和功能，歸納常用時序電路的分析方法。 ④說出PLD的工作原理和功能。

（2）過程與方法。①學會簡單邏輯函數(shù)的化簡方法。②學會常用的組合電路的分析方法。③學會同步時序電路的分析方法。④感受PLD器件的發(fā)展動態(tài)，了解科學前沿。⑤通過查找和閱讀數(shù)字集成電路芯片的資料，學會資料的查找和閱讀方法。⑥通過課堂演示Multisim2001軟件仿真數(shù)字邏輯電路工作過程，感受仿真軟件的基本使用方法。

（3）情感態(tài)度價值觀。養(yǎng)成獨立思考、刻苦鉆研、不斷學習、善于質(zhì)疑等良好習慣；形成嚴謹求實、一絲不茍的優(yōu)良作風。

三、教學策略設計

1、整合教學內(nèi)容，增大課堂信息量

隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，新理論、新技術、新成果的不斷涌現(xiàn)，教學內(nèi)容在不斷增加，使原教學課時數(shù)相對減少，要保證有線通信、視訊通信專業(yè)對《電子技術基礎Ⅲ》課程的教學要求，就必須在課程體系、教學內(nèi)容和教學方法上加以改進，提高教學起點，增大課堂信息量，不斷提高課堂教學質(zhì)量，在有限的學時內(nèi)實現(xiàn)加強基礎、強化應用、拓寬專業(yè)知識面的目標。

（1）根據(jù)課程標準精選教學內(nèi)容。根據(jù)《數(shù)字電子技術》課程的課程標準要求和學時，精選教材中的教學內(nèi)容，其中的組合邏輯電路、小規(guī)模時序電路及其應用、中規(guī)模時序模塊及其應用應作為主要講授內(nèi)容，同時適當介紹擴大知識面的內(nèi)容和學科前沿發(fā)展的趨勢，并融入一些具有工程實踐應用的實例。

（2）根據(jù)學員的實際情況及課程標準，確定每節(jié)課的內(nèi)容。主要講述基本概念、基本原理及基本的分析方法等，同時適當擴大知識面并融入一些具有工程實踐應用的實例；并通過課堂練習、課后作業(yè)加深對所學知識的理解。

（3）理論與實驗相結合，通過實驗使學生加深理論知識的理解同時鍛煉學生的動手能力。

（4）組織課堂討論，激發(fā)學員的學習興趣；了解學員學習過程中的疑難問題并及時講解，促進教學互動。

（5）板書與現(xiàn)代化教學手段相結合。根據(jù)教學內(nèi)容采用板書與多媒體技術相結合的教學方法。對于重難點知識可以采用板書具體講解，再結合多媒體技術講解，使用現(xiàn)代化教學手段能夠?qū)⒊橄蟮膬?nèi)容形象化、直觀化，提高學生的學習興趣和效率，便于學員理解。

（6） 鼓勵學員樹立自信心。士官學員，部分學員基礎差，膽子小，不善于參與課堂交際。教員應對這類學員暗含期望，多給他們一次表現(xiàn)的機會，及時表揚、肯定與鼓勵，來激發(fā)他們學習的興趣。

（7）幫助學員學習，充分利用課余時間進行輔導。及時了解學員在學習本課程時遇到的問題，利用課余時間加強對輔導。鼓勵學員互相幫助，通過“小老師”推動學員進步。

2、改革教學方法，注重素質(zhì)教育

目前在高等教育中還存在著偏重理論學習忽視實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)象。不少學生處于被動學習的狀態(tài)，缺乏主動性和創(chuàng)新精神，教員教得很辛苦，但教學效果卻不理想。原因是課堂教學中強調(diào)了教員的主導作用，而學生的主體作用卻未能體現(xiàn)。因此要把學生培養(yǎng)成具有創(chuàng)新精神和較強實踐能力的高素質(zhì)人才，必須改革教學方法，注重素質(zhì)教育和學習能力的培養(yǎng)。

（1）探索課堂教學方法。課堂教學方法應貫徹由簡到繁、循序漸進、深入淺出的原則，并給學生留下思考的空間。在應用知識解題方面，一般是學生最薄弱的環(huán)節(jié)，如組合邏輯電路的分析和時序邏輯電路的分析，學生普遍感到不易掌握，教學時應通過典型例題著重講清分析思路，讓學生學會舉一反三，能夠觸類旁通。引導學員開展積極的發(fā)散思維活動，師生之間應不斷進行情感交流，保持心靈上的溝通，營造平等、寬松的課堂氛圍，使學生處于心情舒暢、思維活躍的心理狀態(tài)，從而獲得較好的教學效果。

（2）采用啟發(fā)式教學，啟迪學生思維。人的思維活動常常是由提出問題開始的，因此，在教學過程中，教員要善于提出問題，引導和鼓勵學生去發(fā)現(xiàn)疑難，提出問題，啟迪學生去積極思考，尋求答案。教員要善于啟發(fā)引導，調(diào)動學員的學習主動性，重視培養(yǎng)學員的參與意識。在講課中應注意體現(xiàn)本課程的工程性和實踐性，結合教學內(nèi)容介紹一些生活中的典型應用實例，從而激發(fā)學生對本課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣。

（3）運用討論式教學，培養(yǎng)分析能力。在教學進行了幾個單元后，可以組織學員開展課堂討論，以提高學員學習的主動性。由教員和學生共同分析作業(yè)中出現(xiàn)的概念問題，鼓勵學員積極參與，充分發(fā)表自己的觀點，大膽地提出疑問。并通過精選的典型例題，引導學員積極思維，引導學員尋求解題思路，最后由教員講評。通過課堂討論既可啟迪學生的智慧，又能提高學員的分析問題的能力。

數(shù)字集成電路范文第4篇

關鍵詞：模擬 集成電路 設計 自動化綜合流程

中圖分類號：TN431 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0062-02

隨著超大規(guī)模集成電路設計技術及微電子技術的迅速發(fā)展，集成電路系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。根據(jù)美國半導體工業(yè)協(xié)會（SIA）的預測，到2005年，微電子工藝將完全有能力生產(chǎn)工作頻率為3.S GHz，晶體管數(shù)目達1.4億的系統(tǒng)芯片。到2014年芯片將達到13.5 GHz的工作頻率和43億個晶體管的規(guī)模。集成電路在先后經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、甚大規(guī)模等歷程之后，ASIC已向系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，這類系統(tǒng)在單一芯片上集成了數(shù)字電路和模擬電路，其設計是一項非常復雜、繁重的工作，需要使用計算機輔助設計（CAD）工具以縮短設計時間，降低設計成本。

目前集成電路自動化設計的研究和開發(fā)工作主要集中在數(shù)字電路領域，產(chǎn)生了一些優(yōu)秀的數(shù)字集成電路高級綜合系統(tǒng)，有相當成熟的電子設計自動化（EDA）軟件工具來完成高層次綜合到低層次版圖布局布線，出現(xiàn)了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等國際上著名的EDA公司。相反，模擬集成電路自動化設計方法的研究遠沒有數(shù)字集成電路自動化設計技術成熟，模擬集成電路CAD發(fā)展還處于相當滯后的水平，而且離實用還比較遙遠。目前絕大部分的模擬集成電路是由模擬集成電路設計專家手工設計完成，即采用簡化的電路模型，使用仿真器對電路進行反復模擬和修正，并手工繪制其物理版圖。傳統(tǒng)手工設計方式效率極低，無法適應微電子工業(yè)的迅速發(fā)展。由于受數(shù)/?；旌霞哨厔莸耐苿?，模擬集成電路自動化設計方法的研究正逐漸興起，成為集成電路設計領域的一個重要課題。工業(yè)界急需有效的模擬集成電路和數(shù)?；旌想娐吩O計的CAD工具，落后的模擬集成電路自動化設計方法和模擬CAD工具的缺乏已成為制約未來集成電路工業(yè)發(fā)展的瓶頸。

1 模擬集成電路的設計特征

為了縮短設計時間，模擬電路的設計有人提出仿效數(shù)字集成電路標準單元庫的思想，建立一個模擬標準單元庫，但是最終是行不通的。模擬集成電路設計比數(shù)字集成電路設計要復雜的得多，模擬集成電路設計主要特征如下。

（1）性能及結構的抽象表述困難。數(shù)字集成電路只需處理僅有0和1邏輯變量，可以很方便地抽象出不同類型的邏輯單元，并可將這些單元用于不同層次的電路設計。數(shù)字集成電路設計可以劃分為六個層次：系統(tǒng)級、芯片級（算法級），RTL級、門級、電路級和版圖級，電路這種抽象極大地促進了數(shù)字集成電路的設計過程，而模擬集成電路很難做出這類抽象。模擬集成電路的性能及結構的抽象表述相對困難是目前模擬電路自動化工具發(fā)展相對緩慢，缺乏高層次綜合的一個重要原因。

（2）對干擾十分敏感。模擬信號處理過程中要求速度和精度的同時，模擬電路對器件的失配效應、信號的耦合效應、噪聲和版圖寄生干擾比數(shù)字集成電路要敏感得多。設計過程中必須充分考慮偏置條件、溫度、工藝漲落及寄生參數(shù)對電路特性能影響，否則這些因素的存在將降低模擬電路性能，甚至會改變電路功能。與數(shù)字集成電路的版圖設計不同，模擬集成電路的版圖設計將不僅是關心如何獲得最小的芯片面積，還必須精心設計匹配器件的對稱性、細心處理連線所產(chǎn)生的各種寄生效應。在系統(tǒng)集成芯片中，公共的電源線、芯片的襯底、數(shù)字部分的開關切換將會使電源信號出現(xiàn)毛刺并影響模擬電路的工作，同時通過襯底禍合作用波及到模擬部分，從而降低模擬電路性能指標。

（3）性能指標繁雜。描述模擬集成電路行為的性能指標非常多，以運算放大器為例，其性能指標包括功耗、低頻增益、擺率、帶寬、單位增益頻率、相位余度、輸入輸出阻抗、輸入輸出范圍、共模信號輸入范圍、建立時間、電源電壓抑制比、失調(diào)電壓、噪聲、諧波失真等數(shù)十項，而且很難給出其完整的性能指標。在給定的一組性能指標的條件下，通常可能有多個模擬電路符合性能要求，但對其每一項符合指標的電路而言，它們僅僅是在一定的范圍內(nèi)對個別的指標而言是最佳的，沒有任何電路對所有指標在所有范圍內(nèi)是最佳的。

（4）建模和仿真困難。盡管模擬集成電路設計已經(jīng)有了巨大的發(fā)展，但是模擬集成電路的建模和仿真仍然存在難題，這迫使設計者利用經(jīng)驗和直覺來分析仿真結果。模擬集成電路的設計必須充分考慮工藝水平，需要非常精確的器件模型。器件的建模和仿真過程是一個復雜的工作，只有電路知識廣博和實踐經(jīng)驗豐富的專家才能勝任這一工作。目前的模擬系統(tǒng)驗證的主要工具是SPICE及基于SPICE的模擬器，缺乏具有高層次抽象能力的設計工具。模擬和數(shù)模混合信號電路與系統(tǒng)的建模和仿真是急需解決的問題，也是EDA研究的重點。VHDL-AMS已被IEEE定為標準語言，其去除了現(xiàn)有許多工具內(nèi)建模型的限制，為模擬集成電路開拓了新的建模和仿真領域。

（5）拓撲結構層出不窮。邏輯門單元可以組成任何的數(shù)字電路，這些單元的功能單一，結構規(guī)范。模擬電路的則不是這樣，沒有規(guī)范的模擬單元可以重復使用。

2 模擬IC的自動化綜合流程

模擬集成電路自動綜合是指根據(jù)電路的性能指標，利用計算機實現(xiàn)從系統(tǒng)行為級描述到生成物理版圖的設計過程。在模擬集成電路自動綜合領域，從理論上講，從行為級、結構級、功能級直至完成版圖級的層次的設計思想是模擬集成電路的設計中展現(xiàn)出最好的前景。將由模擬集成電路自動化綜合過程分為兩個過程。

模擬集成電路的高層綜合、物理綜合。在高層綜合中又可分為結構綜合和電路級綜合。由系統(tǒng)的數(shù)學或算法行為描述到生成抽象電路拓撲結構過程稱為結構級綜合，將確定電路具體的拓撲結構和確定器件尺寸的參數(shù)優(yōu)化過程稱為電路級綜合。而把器件尺寸優(yōu)化后的電路圖映射成與工藝相關和設計規(guī)則正確的版圖過程稱為物理綜合。模擬集成電路自動化設計流程如圖1所示。

2.1 模擬集成電路高層綜合

與傳統(tǒng)手工設計模擬電路采用自下而上（Bottom-up）設計方法不同，模擬集成電路CAD平臺努力面向從行為級、結構級、功能級、電路級、器件級和版圖級的（Top-down）的設計方法。在模擬電路的高層綜合中，首先將用戶要求的電路功能、性能指標、工藝條件和版圖約束條件等用數(shù)學或算法行為級的語言描述。目前應用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行為級建模，或者是專利語言，所建模型與模擬環(huán)境緊密結合，通用性差，沒有被廣泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工業(yè)標準的數(shù)/模硬件描述語言VHDL-AMS。VHDL-1076.1標準的出現(xiàn)為模擬電路和混合信號設計的高層綜合提供了基礎和可能。VHDL一AMS是VHDL語言的擴展，重點在模擬電路和混合信號的行為級描述，最終實現(xiàn)模擬信號和數(shù)?；旌闲盘柕慕Y構級描述、仿真和綜合125，28]。為實現(xiàn)高層次的混合信號模擬，采用的辦法是對現(xiàn)有數(shù)字HDL的擴展或創(chuàng)立新的語言，除VHDL.AMS以外，其它幾種模擬及數(shù)/?；旌闲盘栍布枋稣Z言的標準還有MHDL和Verilog-AMS。

2.2 物理版圖綜合

高層綜合之后進入物理版圖綜合階段。物理綜合的任務是從具有器件尺寸的電路原理圖得到與工藝條件有關和設計規(guī)則正確的物理版圖。由于模擬電路的功能和性能指標強烈地依賴于電路中每一個元件參數(shù)，版圖寄生參數(shù)的存在將使元件參數(shù)偏離其設計值，從而影響電路的性能。需要考慮電路的二次效應對電路性能的影響，對版圖進行評估以保證寄生參數(shù)、器件失配效應和信號間的禍合效應對電路特性能影響在允許的范圍內(nèi)?；趦?yōu)化的物理版圖綜合在系統(tǒng)實現(xiàn)時采用代價函數(shù)表示設計知識和各種約束條件，對制造成本和合格率進行評估，使用模擬退火法來獲取最佳的物理版圖?；谝?guī)則的物理版圖綜合系統(tǒng)將模擬電路設計專家的設計經(jīng)驗抽象為一組規(guī)則，并用這些規(guī)則來指導版圖的布線布局。在集成電路物理綜合過程中，在保證電路性能的前提下，盡量降低芯片面積和功耗是必要的。同時應當在電路級綜合進行拓撲選擇和優(yōu)化器件尺寸階段對電路中各器件之間的匹配關系應用明確的要求，以此在一定的拓撲約束條件下來指導模擬集成電路的版圖綜合。

模擬電路設計被認為是一項知識面廣，需多階段和重復多次設計，常常要求較長時間，而且設計要運用很多的技術。在模擬電路自動綜合設計中，從行為描述到最終的版圖過程中，還需要用專門的CAD工具從電路版圖的幾何描述中提取電路信息過程。除電路的固有器件外，提取還包括由版圖和芯片上互相連接所造成的寄生參數(shù)和電阻。附加的寄生成分將導致電路特性惡化，通常會帶來不期望的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，導致工作頻率范圍的縮減和速度性能的降低。因此投片制造前必須經(jīng)過電路性能驗證，即后模擬階段，以保證電路的設計符合用戶的性能要求。正式投片前還要進行測試和SPICE模擬，確定最終的設計是否滿足用戶期望的性能要求。高層綜合和物理綜合從不同角度闡述了模擬集成電路綜合的設計任務。電路的拓撲選擇和幾何尺寸可以看成電路的產(chǎn)生方面，物理版圖綜合得到模擬集成電路的電路版圖，可以認為電路的幾何設計方面。

參考文獻

數(shù)字集成電路范文第5篇

關鍵字:數(shù)字電路;組合邏輯電路;時序邏輯電路

中圖分類號:TN79文獻標識碼:A 文章編號:1673-0992(2010)06A-0042-01

眾所周知,近年,科學技術的不斷進步帶動許多行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化,電子信息行業(yè)走在了科學發(fā)展的前列,表現(xiàn)尤為突出的是數(shù)字電子技術,科學進步的浪潮中它迅速前進,已成為當前發(fā)展最快的學科之一,數(shù)字邏輯器件已從60年代的小規(guī)模集成電路(SSI)發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路(MSI、LSI)及超大規(guī)模集成電路(VLSI)。那么,邏輯器件的變化也會影響整個數(shù)字邏輯電路的發(fā)展。

一、數(shù)字電路的狀態(tài)

數(shù)字電路顧名思義就是對數(shù)字信號進行算術運算和邏輯運算的電路,它只有兩個狀態(tài)就是0和1。在數(shù)字電路中,低電平用0表示,高電平用1表示,有時低電位也用字母L(Light)表示,而高電位用字母H(High)表示。另外在對0和1理解時,還會有時間限制,因為數(shù)字0、1表示電路狀態(tài),結合時間看電路時,要明白電路工作時序。

二、數(shù)字邏輯電路的基本定律

數(shù)字電路的設計在生活中使用非常廣泛,但是怎樣設計出符合要求的電路,這就是一門技術活了。因此理解數(shù)字電路設計,重點在基本概念和基本方法上。數(shù)字設計中邏輯代數(shù)基本定律、組合邏輯和時序邏輯的概念是分析和設計數(shù)字系統(tǒng)的基礎,也是設計大規(guī)模集成芯片的基礎,所以我們在說數(shù)字電路設計之前就要先了解邏輯代數(shù)的基本知識定律。邏輯代數(shù)是英國數(shù)學家喬治.布爾(Geroge . Boole)于1847年首先進行系統(tǒng)論述的,也稱布爾代數(shù)。 所研究的是兩值變量的運算規(guī)律,即0,1表示兩種不同的邏輯狀態(tài),稱這種只有兩種對立邏輯狀態(tài)的邏輯關系為二值邏輯。在邏輯代數(shù)中我們最先了解的就是進制的轉(zhuǎn)換,計算機系統(tǒng)中一般二進制、八進制、十進制、十六進制是了解最多的,轉(zhuǎn)換這些進制也是最容易的,掌握其中的計算方法就能得到。

三、數(shù)字電路設計―組合邏輯和時序邏輯

在做數(shù)字電路設計時主要就是組合邏輯電路設計和時序邏輯電路設計。從一方面說,這兩種電路的設計是數(shù)字電路中的一個最基本的也是最重要的部分,只有會做這兩種電路的設計才算是對數(shù)字電路入門了。所以我們先對這兩種設計作下簡單的介紹。

如果說邏輯電路設計是數(shù)字電路的最基礎的組成部分,那么門電路就是帶動這些部分運轉(zhuǎn)的重要元素,就像是一部機器,門電路就是機器中的零件,大家都知道零件在機器的運轉(zhuǎn)中起著不容小覷的作用,如果在某個部位因為一個小零件的出錯,可能會導致整個機器出故障。邏輯電路中最基本的門電路通常是與門、或門、非門。與門是邏輯與運算的單元電路;或門是邏輯或運算的單元電路;非門,也叫反相器,是實現(xiàn)邏輯非運算的電路。在實際的應用中并不是把它們直接使用,而是將它們組合成復合邏輯運算與非、或非、與或非、異或、同或等常用的門來實現(xiàn)其功能。我們在日常生活中見得最多的就是交通燈的控制,就是用組合邏輯電路設計成的。在組合邏輯電路的設計中,利用門電路的組合完成的很多電路的設計,編碼器、譯碼器就是組合邏輯電路中的器件,組成的液晶顯示器LCD,數(shù)碼顯示器LED。

時序邏輯電路中,主要的零件就是集成觸發(fā)器,在各種復雜的數(shù)字電路中不但需要對二值信號進行算術運算和邏輯運算,還經(jīng)常需要將這些信號和運算結果保存起來,因此需要使用記憶功能的基本邏輯單元,而這種能儲存信號的基本單元電路就是觸發(fā)器。迄今為止,人們已經(jīng)研制出了很多種觸發(fā)器電路,根據(jù)電路結構形式的不同,可以分為基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。這些觸發(fā)器的研制都是在前一種觸發(fā)器的基礎上改進而來的,通俗的說是后人在前人的研究發(fā)明中不斷提煉出的新器件。因此同步觸發(fā)器是建立在基本RS觸發(fā)器的基礎上的,基本RS觸發(fā)器輸入信號可以直接控制觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn),而在實際應用中往往要求在約定脈沖信號到來時,觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn),所以才有同步RS觸發(fā)器的出現(xiàn)。但是同步RS觸發(fā)器有空翻現(xiàn)象,不能正常計數(shù),因此人們又研制了主從觸發(fā)器,同樣為了克服主從觸發(fā)器的一次性變化,就有了邊沿觸發(fā)器的產(chǎn)生。

四、數(shù)字集成電路

在很多人看來,數(shù)字集成電路是非?？斩吹臇|西,因為只是一塊芯片,卻能實現(xiàn)如此多的功能。那在數(shù)字集成電路中主要有哪些電路呢?常用的數(shù)字集成電路一般有CMOS電路和TTL電路兩種。CMOS電路有消耗功率低,工作電壓范圍廣和噪聲容限大的特點,雖然在CMOS電路的輸入端已經(jīng)設置了保護電路,但由于保護二極管和限流電阻的幾何尺寸有限,它們所能承受的靜電電壓和脈沖功率均有一定限度。CMOS集成電路在儲存運輸、組裝和調(diào)試過程中難免會接觸到某些帶靜電高壓的物體,所以一般要對輸入的靜電進行保護,另外CMOS還會出現(xiàn)電路鎖定效應,一般為了使用安全和方便,人們一直在研究從CMOS電路本身的設計和制造上克服鎖定效應方法。當然,集成電路一般的要求都非常高,它需要預先對芯片進行設計,編制一定的程序,而我們往往使用現(xiàn)成的電路,對它只做了一定的分析。

通過對數(shù)字電路的基本知識的解讀,當然這只是很淺的一方面。而數(shù)字電路涉及到的一些專用的集成電路。由于專用集成電路(ASIC)是近期迅速發(fā)展起來的新型邏輯器件,這些器件的靈活性和通用性使它們已成為研制和審計數(shù)字系統(tǒng)的最理想器件。因此數(shù)字電路的發(fā)展在今后還有很大的空間,但是在發(fā)展的同時,數(shù)字電路的基礎的知識是不會改變的,只會在原來的基礎上得到更大的改進,這需要新新的電子人來改進數(shù)字電路的不足地方,將它所存在的每一個缺點進行彌補,使各個部分它的作用發(fā)揮到最大。

數(shù)字電路在實際運用中將越來越廣泛,現(xiàn)在在要求普及的數(shù)字電視已經(jīng)進入了千家萬戶,數(shù)字化已經(jīng)成了必然的趨勢。但是任何技術知識,基礎都是最根本,最主要的,數(shù)字電路的組成剛好是是基礎。數(shù)字化的時代已經(jīng)到來,打好基礎知識是數(shù)字電路發(fā)展的前提條件。