集成电路与应用篇1

电子标签是时下最为先进的非接触感应技术。RI－R6C－001A芯片是美国德州仪器（TI）和荷兰飞利浦公司（Philips）开发出的一种廉价的非接触感应芯片。这种芯片的无源最大读写距离可达1．2米以上。它与条形码相比，无须直线对准扫描，而且读写速度快，可多目标识别和运动识别，每秒最多可同时识别50个，频率为13．56MHz ±7kHz（国际通用）的目标。它采用国际统一且不重复的8字节（64bit）唯一识别内码（Unique identifier，简称UID），其中第1～48bit共6字节为生产厂商的产品编码，第49～56bit 1个字节为厂商代码（ISO／IEC7816－6／AM1），最高字节固定为“EO”。其使用寿命大于10年或读写10万次，无机械磨损、机械故障，可在恶劣环境下使用，工作温度为－25～＋70℃可反复读写且扇区可以独立一次锁定，并能根据用户需要锁定重要信息；现有的产品一般采用4字节扇区，内存从512bit～2048bit不等。

RI－R6C－001A芯片采用柔性封装，它的超薄和多种大小不一的外型，使它可封装在纸张和塑胶制品（PVC、PET）中，既可应用于不同安防场合，也可再层压制卡。国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入国际标准ISO15693中。其主要原因是因为该芯片具有封装任意、内存量大、可读可写、防冲撞等独特的功能。

2　引脚排列与功能

图1所示为（RI－RRC－001A芯片和引脚排列）。

3　内部结构

收发器需要5V外加电源，在实际操作中最小电压为3V，最大电压为5．5V，典型电压为5V。电损耗取决于天线阻抗和输出网络的配置。由于电源纹波和噪声会严重影响整个系统的性能，因此，德州仪器推荐使用标准电源。

射频收发器内部的输出晶体管是一个低阻场效应管，电耗直接在TX＿OUT脚消耗，推荐用5V电源供电，最好驱动50Ω天线。在输出端连接一个简单的谐振电路或者匹配网络可以降低谐波抑制，用选通方波驱动输出晶体管能达到100％的调制度。调整连接输出晶体管的电阻（典型电路中的R2）能获得10％的调制度，增大这个电阻，调制度也随之增加。通过发射编码器变换的数据可按照事先选择好的射频协议进行传输，通信速率应为5～120kB，而且至少要有一个速率满足已选择感应器协议的要求。

接收器通过外部电阻连接到天线后可将来自电子标签的调制信号通过二极管包络检波进行解调，接收解码器输出到控制器的数据是二进制数据格式，通信速率和射频协议由已选择的模式确定。在输出数据时，接收的数据串中已检测并标志了启动、停止、错误位。

该系统的正常时钟频率为13．56MHz，但是振荡器的工作频率范围为4MHz～16MHz。

在电源被重新启动后，设备为默认配置。RI－R6C－001A系统有三个有效电源模式。主要模式是满载模式，而空载模式仅出现在与电路有关的标准振荡器和最小系统工作中的标准振荡器停振时，掉电模式则完全关断设备内部的偏置系统。当SCLOCK保持高电平时，可在DIN端的输出脉冲上升沿唤醒电路。

RI－R6C－001A芯片的串行通信接口通常使用三根线，其中的SCLOCK为串行双向时钟；DIN为数据输入，DOUT为数据输出。参见图2所示的RI－R6C－001A内部结构图。

4　典型电路应用

图3所示是RI－R6C－001A的典型应用电路，该电路可驱动50Ω的天线，当电源电压为5V时，输出射频的功率为200mW，而当电源电压为3V时，输出射频功率为80mW。

图3

集成电路与应用篇2

中图分类号:TN702文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成电路测试仪可用来测量集成电路的好坏,在电子实验室中应用广泛。在实际使用中,发现部分厂家生产的测试仪存在一些问题,如电网电压波动或负载加重后容易出现死机或复位不正常现象,这对实验进程和实验室管理有很大影响,也是困扰实验指导老师的常见问题,必须予以解决。本文通过某一种测试仪电源电路的改进的试验,会给实验室管理者以借鉴。

在电路设计中用到EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术。在进行电路改进前,从电路参数设计,电路功能仿真验证等都在计算机上先用EDA软件完成,不但缩短了电路设计时间,而且大大地节约了成本。

EDA 技术是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。它经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design,CAD)、计算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design,CAE)和电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)三个发展阶段[1]。利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点[2]:用软件的方式设计硬件;用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;对设计电路功能是否正确可进行仿真分析。

目前流行的EDA软件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等几种[3]。本文运用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能对所改进的电路进行仿真和应用。

1 EDA仿真在测试仪电源电路设计中的应用

学校电工电子实验室有多台LM-800C数字集成电路测试仪,在使用中有时会出现死机,复位不正常现象。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力弱。笔者根据其PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)绘制出其电源电路原理图,如图1所示。

图1 LM-800C数字集成电路测试仪电源电路图

图1中,78M05为5 V三端稳压器[4],RL为测试仪负载,实际上是待测集成电路。

限于篇幅,只绘制主要部分,电源线路滤波器在图中未画出。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力不强,有时会出现死机、无法复位现象。通过对其电源电路的改进,增加了扩流电路,从而解决了实际使用中存在的问题。

1.1测试仪电源电路的扩流设计

为了节约成本,不能对原来电路进行全新设计,只能在原来电源电路基础上,通过增加部分电路来增强其带负载能力。

改进中需要考虑的问题[5]:

(1) 选择合适的滤波电容。电源输出直流电压要稳定,纹波小。

(2) 增加了扩流电路,当电源电压不稳定或测试系统负载增大时,电源带负载能力强,输出电压稳定。

图2为经过改进的带扩流功能的电路,带负载能力较强,能扩大电路的输出电流。Q1为外接扩流功率三极管,R1为Q1的偏置电阻。该电路带负载能力与Q1的参数有关。C1,C4为滤波电容,C2为0.33 μF,可抵消输入接线的电感效应,C3可防止高频自激,消除高频噪声,改善负载的瞬态响应[6,7]。

图2 带扩流功能的电路

电源电路扩展输出电流的工作原理:

二极管D1用于消除三极管Q1的发射结Ube对输出电压的影响(相当于发射结的导通电压0.7 V),并提供电容C4的放电回路。设三端稳压器78M05的最大输出电流为Imax,则晶体管的最大基极电流Ib=Imax-IRL,因而负载RL上电流的最大值I可表示为:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三极管的基极电流Ib很小,与Imax相比可忽略不计,I比Imax大许多,可见输出电流提高了,从而可提高电源的带负载能力。

1.2 两种电路带负载能力的仿真对比验证

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]对原电路(图1)和改进后的电路(图2)进行仿真分析,以验证二者的带负载能力。

(1) 仿真参数设置

首先进行仿真参数设置,进行瞬态分析与傅里叶分析[8,9],仿真参数设置对话框如图3所示。

图3 仿真参数设置对话框

为了突出显示,显示器上只显示两个波形,其中in为输入端,out为输出端。

(2) 仿真波形对比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99对图1所示电路进行仿真,发现当负载变重,超过78M05最大输出电流(0.7 A)时[10],将使输出电压的纹波增大,输出电压(out)下降且不稳定,out波形有明显的波动,5 V下降为4 V左右,且输出(out)波形不平滑,纹波大。负载变重后的仿真波形如图4所示。

图4 负载变重后的波形

为了增大电源的带负载能力,在原电路的基础上加扩展电流三极管Q1后,带同样的负载,输出电压很稳定(5 V),仿真波形如图5所示。

图5 加扩流三极管后仿真波形

从输出波形(out)可以看出,电压很稳定,没有纹波。

1.3 设计电路的应用效果

经改进后的电源电路,在实验室的实际使用中,再未发现死机或不能正常复位现象,证明通过EDA仿真所设计的电路在使用中获得成功。

2 结 语

用EDA仿真技术能方便电路设计,并可验证电路

设计的正确性。通过对两种电路的仿真对比,说明改进后电源电路带负载能力强,这在实际使用中得到验证。

参考文献

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[2]National Instruments.The Measurement and Automation Catalog 2004[Z].2004.

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[7]陈松.电子设计自动化[M].南京:东南大学出版社,2005.

集成电路与应用篇3

1.背景介绍

超导现象的发现是二十世纪科学界的最伟大的发现之一。当材料的温度降到临界温度Tc以下时，它的电阻会变为零。零电阻现象的产生具有很大的实用意义，当材料达到超导态之后，它所传导的电流的能量损失变为零，如果远距离输电采用超导材料作为导线的话，可以采用较低的输电电压以避免高压输电所带来的安全隐患[1]。

目前超导材料的转变温度已经从金属汞的4.2K提高到了钇钡铜氧超导材料的液氮温度附近，但是对于实际应用来说，这个温度还是很低。对于超导现象的机理来说，目前被认可最多的是1957年由Bardeen，Cooper和Schrieffrer等提出的BCS理论[2]，该理论在一定程度上揭示了超导现象的产生机理，但是该理论也有较大的局限性，目前尚有许多关于超导材料的问题不能利用BCS理论来解释。

2.理论分析

与温度相关的材料的物理参数除了电阻之外，热膨胀系数也是一个常见的参数，当温度升高时，材料晶格内的点阵振动幅度增大，材料的体积增大。同时，由于点阵振动幅度的增大，载流子在电场的驱动下的运动受到更大程度的影响，所以材料的电阻增大。

按照以上理论推断，当温度达到0K时，晶格中点阵的振动完全停止，此时晶格振动对载流子传递的影响减弱为零，此时电阻的大小变为零。但是这与超导材料临界温度存在的现象并不一致，因为按照晶格振动影响载流子传递所产生电阻的理论，电阻应该会随着温度的下降而下降，直到温度降为0K时才降为0。但是材料的超导态是在温度降到低于临界温度之后突然达到的，所以说，材料超导的临界温度的达到并不能完全利用晶格振动对材料中电子传播的阻碍作用来解释。

3.结果与讨论

对于普通的金属材料来说，它内部的载流子是金属电子层外部自由电子所形成的电子气。相对来说，金属原子的最外层电子受到原子核的束缚最小，在电场存在的条件下容易被电场驱动。大量的外层电子在电场的驱动作用下附加了一个平行于电场的漂移运动，这样体现在宏观上是金属外层自由电子所形成的电子气整体上附加了一个漂移运动，这样电流产生[3]。我们对金属外层的单个自由电子进行分析可以发现，当电子在电场的作用下进行漂移运动时，总会出现电子在不同金属原子之间的传递。金属原子的最外层电子是金属核外电子中具有最高能量的，当单个电子在彻底离开一个金属原子核的束缚进入另外一个金属原子核的束缚范围内，需要吸收能量来脱离上一个金属原子，这些能量来源于电场能[4]。当这个电子进入到下一个金属原子核的束缚范围之内后，落入下一个金属原子的最外层电子轨道。此时这个电子所吸收的多余能量会释放出去，释放的能量会变为热能传递给晶格。这样消耗电场能转变为热能的过程是电阻的产生机理。如果按照晶格振动干扰电子传播的的理论，随着温度的升高，晶格之中点阵之间的距离减小，在电场的作用下，外层自由电子与晶格之中的点阵碰撞的几率会大大的减小，温度升高，电阻应该下降，但是这与实际情况相反。如果按照金属外层电子脱离外层轨道在原子间迁移的理论来解释温度与电阻的关系可以避免这一理论与事实不符的现象。

当温度足够低时，相邻的两个金属原子之间的距离减小，两个金属原子之间的外层轨道可能会无限接近以致重叠，此时在电场的作用下，最外层电子在两个金属原子之间迁移不存在电子吸收能量再释放能量的过程，没有能量损失，体现在宏观上是电阻为零。

一般来说，化合物比单质金属具有更高的临界温度，而对于具有较高的临界温度的高温超导体来说，它们一般是具有类似钙钛矿的化合物结构[5]。相对于金属离子来说，氧离子要小很多，并且在高温超导材料中，至少含有两种金属元素，这些金属元素可能存在于正八面体晶格的顶点或者正八面体晶格的中心，而氧离子处于晶面上[6]。这样的话，各原子的外层轨道得失电子的情况比较复杂，最外层电子的分布排列已经完全变化。氧离子的存在，填充了金属离子之间的间隙，这样的话，各离子最外层电子之间的能量差距变小，电子从一个金属原子到另外一个金属原子所需要的能量会减小。这样体现在宏观上，体系电阻变小。当温度足够低，各离子的最外层轨道相重合的时候，电子在离子之间迁移消耗的能量减为零，此时体现在宏观上电阻为零。

总结上文所述的理论，超导现象产生的原因是随着温度的下降，晶格的振动频率与幅度减小，同时金属原子之间的距离变小，原子的最外层参与导电的电子之间的最外层轨道重合，这样电子在两个原子之间迁移的能量损失为零。如图1所示，在临界温度以上时，在电场的作用下，A原子的最外层电子a从A原子迁移向B原子，电子a首先吸收电场能脱离原子A的束缚，而当电子a到达原子B时，由于电子a所具有的能量要大于B原子的最外层电子所具有的能量，电子a进入原子B的束缚范围，首先要释放出多余的能量，这些多余的能量会以热能的形式传递给点阵，这就是电阻的的产生。当温度下降到临界温度以下后，两个相邻的原子之间的距离下降，原子的最外层电子之间的间隙变为零，此时在电场的作用下，电子在两个原子之间的迁移不存在能量的吸收与释放，此时电场能的损失为零，体现在宏观上为零电阻态。

按照以上的理论，导体内的相邻的原子参与导电的外层电子之间的距离越小，则该导体的电阻越小。这一理论可以利用某些元素的在常压下难以获得超导态，而在高压的状态下可以获得超导态来解释[7]。当施加在材料上的压力足够大，相邻的原子之间的距离被压缩，这样的话，某些即使降低到很低的温度下依然不能得到超导态的材料才能够转变为超导态。

一般来说单质导体的临界转换温度不会太高，具有较高临界温度的超导体一定是化合物。这些化合物需要有如下的性质，在一定的温度下，参与导电的两个原子的最外层导电电子的轨道应该是重合的。已知氢负离子由于其核外电子数是核电荷数的两倍，具有比较大的半径[8]，如果有合适的化合物中具有氢正离子，氢离子可能成为两个相邻的参与导电的原子的外层电子之间的“桥梁”，使得两个相邻的外层电子轨道之间没有间隙，电子能够在不消耗能量的条件下从一个原子迁移向另外一个原子，这样就能够得到较高的临界温度。

超导材料的应用在集成电路方面的应用潜力是巨大的。随着集成电路产业的不断发展，单一的微电子器件的线宽已经变得越来越小。目前集成电路器件之间的互联一般采用金属铝或者金属铜，由于器件做的越来越小，单位面积内的器件密度也变得越来越大，金属互联的密度也变得越来越大，这样密集的金属互联具有极大的电阻，会产生大量的热量，限制器件的工作频率。如果采用超导材料的话，它的工作性能将大大的提高，线宽可以进一步的减小。■

【参考文献】

[1]裕恒.超导物理[M].中国科学技术大学出版社，2009.

[2]Bardeen J et al.Theory of superconductivity[J].Physical Review，1957，108（5）： 1175.

[3]王海东等.金属中的热质运动―电子气的热质状态方程[J].工程热物理学报，2010 （5）：817-820.

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[5]Tarascon J M，et al.3d-metal doping of the high-temperature superconducting perovskites La-Sr-Cu-Oand Y-Ba-Cu-O[J].Physical Review B， 1987，36（16）： 8393.

集成电路与应用篇4

《半导体集成电路原理与实践》是微电子技术专业的一门重要的专业课程，与前后课程联系紧密。学好这门课程对于学生掌握专业知识来说非常重要。

从学生的情况来说，有些学生的专业基础比较薄弱，特别是理科方面的基础。对于基础的数学计算和电路分析方法有一定的了解，却不能熟练掌握应用。

从课程来说，这门课程本身有一定的难度，理论性比较强，包含了很多分析。这就使得学生在理解和掌握上往往存在困难。传统教学方法是教师单向地讲授，这种单向的讲授只是枯燥地向学生灌输，重点在于老师而不是学生，缺乏让学生自己思考研究的过程，最终获得的学习效果肯定不是很理想。

因此在目前的授课过程中，普遍采用启发式的教学方法，这种教学方法更注重教与学的双向沟通，重点在于学生。在教学中，通过老师开其意，实现学生达其辞的目的，重视学生受启而发的过程。教学中，通过启发让学生展开研讨，使学生在教学的过程中能更多地发表自己的观点，更多地提出疑问。让学生能够主动思考，反复思考，加深理解。

课程中每个单元的教学过程都可以分为以下几个步骤。

（1）明确教学目的。

（2）教师讲授（启）。

（3）学生讨论，并自己完成相应的练习。（发）

（4）总结练习过程中存在的问题，并让学生再次通过讨论完成更深入的练习。（加深）

（5）最终由学生自己得出相应的结论，总结出适合自己的分析方法。

如在讲授COMS逻辑门电路这个单元的时候，首先明确这个单元的学习目标：掌握CMOS逻辑门电路的一般电路结构和设计分析方法。然后教师先讲授关于CMOS逻辑门电路的一些理论知识。如复习已经学过的关于CMOS互补对的知识，并根据CMOS互补对的特点提出CMOS逻辑门设计的一般方法。

图1 MOS逻辑规则

*对每个输入使用一个NMOS/PMOS互补对

*将输出节点通过PMOS与电源VDD相连

*将输出节点通过NMOS与地（0V）相连

*确保输出总是一个正确定义的高电平或低电平

根据这个方法，给学生演示常用的二输入与非门电路基本结构是如何得到的，并根据电路中器件的工作状态分析电路的功能与器件间连接方式之间的关系，进行验证。

图2 CMOS与非门

针对CMOS与非门电路，除了讨论其电路工作原理外，另外还在简单地讨论其开关特性。结合已经学过的CMOS反相器，引导学生发现为了保证良好的开关特性，二输入与非门中NMOS的尺寸应该对应CMOS反相器中NMOS尺寸的两倍。并进一步得到结论：为保证开关特性，多个晶体管串联时，晶体管的尺寸变大，芯片占用面积增加，因此电路设计中应尽量避免多个晶体管串联，特别是多个PMOS管串联。

教师对二输入与非门电路进行设计，分析过程的演示，让学生自己设计分析一些其他的CMOS逻辑门。

图3 CMOS或非门

集成电路与应用篇5

微电子学与集成电路是现代信息技术的基础，各类高新行业在具体发展中，均会对微电子学和集成电路进行应用。其中，集成电路选择半导体镜片作为基片，并结合相关工艺，将电阻、电容等元件与基片连接，最终形成一个具备完整电路功能的系统或是电路。较比集成电路微电子学是在集成电路的基础上，研究半导体和集成电路的相关物理现象，并有效的对其进行应用，满足各类电子器件需求的效果。基于此，本文对当前微电子学与集成电路展开分析，具体内容如下。

1 微电子学与集成电路解读

微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。

集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。

2 微电子发展状态与趋势分析

2.1 发展与现状

从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发以组件为基础的混合元件（锗集成电路）半导体场效应晶体管MOS电路微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。

现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：

（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8～1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。

（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。

（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。

2.2 发展趋势

微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多新型电子器件，为推动学科完善提供帮助。另外微电子技术与其他产业结合，可以极大的拉动产业的发展，推动国内生产总值的增加。微电子芯片的发展遵循摩尔定律，其CAGR累计平均增长可以达到每年58%。

在未来一段时间内，微电子技术将按照提升集团系统的性能和性价比，如下为当前微电子的发展方向。

2.2.1 硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）

CMOS电路将成为微电子的主流工艺，主要是借助MOS技术，完成对沟道程度的缩小，达到提升电路的集成度和速度的效果。运用CMOS电路，改善芯片的信号延迟、提升电路的稳定性，再改善电路生产成本，从而使得整个系统得到提升，具有极高研究和应用价值。可以将CMOS电路将成为未来一段时间的主要研究对象，且不断对CMOS电路进行缩小和优化，满足更多设备的需求。

2.2.2 集成电路是当前微电子技术的发展重点

微电子芯片是建立在的集成电路的基础上，所以微电子学的研究中，要重视对集成电路研究和分析。为了迎合信息系统的发展趋势，对于集成电路暴露出的延时、可靠性等因素，需要及时的进行处理。在未来一段时间内对于集成电路的研究和转变势在必行。

2.2.3 微电子技术与其他技术结合

借助微电子技术与其他技术结合，可以衍生出诸多新型技术类型。当前与微电子技术结合的技术实例较多，积极为社会经济发展奠定基础。例如：微光机电系统和DNA生物芯片，微光机电系统是将微电子技术与光学理论、机械技术等结合，可以发挥三者的综合性能，可以实现光开关、扫描和成像等功能。DNA生物芯片是将微电子技术与生物技术相结合，能有效完成对DNA、RNA和蛋白质等的高通量快速分析。借助微电子技术与其他技术结合衍生的新技术，能够更为有效推动相关产业的发展，为经济发展奠定基础。

3 微电子技术的应用解读

微电子学与集成电路的研究不断深入，微电子技术逐渐的应用到人们的日常生活中，对于改变人们的生活品质具有积极的作用。且微电子技术逐渐成为一个国家科学技术水平和综合国力的指标。

在实际的微电子技术应用中，借助微电子技术和微加工技术可以完成对微机电系统的构建，在完成信息采集、处理、传递等功能的基础上，还可以自主或是被动的执行相关操作，具有极高的应用价值。对于DNA生物芯片可以用于生物学研究和相关医疗中，效果显著，对改善人类生活具有积极的作用和意义。

4 结束语

微电子学与集成电路均为信息技术的基础，其中微电子学中囊括集成电路。在对微电子学和集成电路的解析中，需要对集成电路和微电子技术展开综合解读，分析微电子技术的现状和发展趋势，再结合具体情况对微电子技术的当前应用展开解读，为微电子学与集成电路的创新和完善提供参考，进而推动微电子技术的发展，创造更大的产值，实现国家的持续健康发展。

参考文献

[1]张明文.当前微电子学与集成电路分析[J].无线互联科技，2016（17）：15-16.

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[3]柏正香.集成电路测试数据的处理[J].微电子学，2010，40（01）：149-152.

[4]可卿.微电子学和集成电路打交道[J].大学指南，2010（07）：42-45.

作者简介

集成电路与应用篇6

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0049-03

一、引言

集成电路产业是信息产业的基础和核心，是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（18号）》，大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下，我国集成电路设计业发展迅猛，伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业，2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求，截止2014年，全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（新18号）》，要求高校要进一步深化改革，加强集成电路设计相关专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用型人才。

“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现，是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养，着力发展芯片设计业，2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出，要着力发展集成电路设计业，加大人才培养力度。因此，研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系，培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。

二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点

集成电路是推动当前经济发展的重要技术，由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷，多学科交叉融合，毕业生就业具有国际性，要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求，才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。

1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业，国内还没有形成该专业的人才培养规范，目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差，还没有形成完整的知识体系。

2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务，从注重单一知识和能力的培养，要转变到注重综合知识和能力的培养。

3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业，根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业，需要针对企业对该类人才的需求，将企业需求融入课程体系，与企业联合制定培养方案，建立核心课程体系，实时调整专业课程教学内容。

4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性，不仅要具有较强理论知识基础，而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力，需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系，保障四年工程实践训练不断线，逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。

三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建

根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点，按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律，结合我校学科专业优势特色，确立了本专业人才培养的课程体系。

（一）人才培养目标

2006年全国科技大会上提出，到2020年，我国将建成创新型国家，使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一，只有培养具创新精神和创新能力的人才，才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。

因此，本专业旨在培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识，具备工程实践能力和创新能力，具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力，能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才，为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。

（二）人才培养规格

集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，如图1所示。其中，图1中①就是通信算法（应用）的直接IC（实现）化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法（应用）的指令集合（体系结构）化的目标程序;③就是指令集合（体系结构）的IC（实现）化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。

根据多学科融合发展和人才培养目标定位，确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。

1.知识结构要求。（1）具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。（2）具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。（3）掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。（4）掌握集成电路与集成系统电子设计自动化（EDA）技术。

2.能力结构要求。（1）具有使用电子设计自动化（EDA）工具进行集成电路与集成系统设计的能力。（2）具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。（3）具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。（4）具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。

3.素质结构要求。（1）具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。（2）具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。（3）具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。（4）具有一定的国际化视野、求实创新意识。

（三）课程体系

集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次，课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点，各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性，通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业，课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点，各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域，知识和技术更新速度非常快，课程体系应该体现先进性，使得学生能够接近先进的技术前沿，同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程，进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。

因此，根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性，结合我校自身优势特色，构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向，集中实践环节为支撑，核心课程为基础，一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时，设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块，提升学生的工程素质和创新能力。

课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力，第二学年主要培养学生的电子技术应用能力，第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力，第四学年主要培养学生的工程创新能力，通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块，实现人才的个性化培养。

通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置，将集成电路设计与通信/计算机相结合，体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养，“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中，通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养，实现了课程体系的系统性和完备性，通过教学内容的组织实现知识的连贯性。

课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验（集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践）以及课内实验，在教学内容的组织上将软件无线电（SDR）系统（包括算法、体系结构、集成电路）设计与实现的科研成果融入教学过程，实现四年工程实践训练不断线，体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引，设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程，采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计，实现课程体系的先进性和实用性。

（四）教学内容组织思路

以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成（CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元）计算机部件设计计算机部件（FPGA和专用集成电路）实现整机（FPGA或专用集成电路）实现面向通信、信号处理领域系统（嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路）设计与应用”为主线组织教学内容，体现知识的连贯性，培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践（包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等），将软件无线电（SDR）系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学，贯彻我校“教研统一”办学理念，突显我校信息通信行业优势特色，培养学生的工程创新能力。

四、结论

课程体系设置是专业建设中的关键核心问题，对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点，结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色，形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向，以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容，培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计（计算机应用、电子技术应用、微系统设计）能力，通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践，提高学生的工程创新能力。

参考文献：

集成电路与应用篇7

中图分类号：O434文献标识码： A

一、磁组件建模的方法

磁组件建模的理论依据是磁路的基本定律与电磁感应定律。目前主要有两种磁组件等效电路模型：电感--变压器表征的等效电路及回转器、电容表征的等效电路。

推导电感、变压器表征的等效电路的方法主要是对偶变换方法，即依据磁组件的磁路模型，进行对偶变换从而导出磁组件的电路模型。

建模过程可分为四步：首先根据磁路欧姆定律，画出磁组件等效磁路；然后运用对偶原理，得到等效磁路的对偶图；对对偶图进行尺度变换，得到电流及磁链关系图；最后，应用法拉第电磁感应定律与变压器的阻抗变换关系，由电流、磁链关系图变换得到等效电路。对偶变换的目的是将磁动势包含的i与电路的电流i、磁通φ与电路中的电压v(v=Nφ)，建立联系，以完成磁路向电路的转换。也可以依据电感的定义式L=φ/i推导各端口的等效电感，与表达式及变压器阻抗变换关系、电路串并联关系相结合画出等效电路图，其实这两种方法的本质是相同的。

磁组件的电感--变压器等效电路模型与常用电路相同，便于电路的直接比较、解析分析等，应用广泛，但推导过程繁琐，因此，对磁组件按照磁柱划分，得到磁组件的电感--变压器等效电路通用模型，解决了这一问题。但是，建立复杂磁芯结构磁组件的电感--变压器等效电路很困难，而且电感--变压器等效电路未能直接反映磁组件的磁路参数。为此，David C．Hamill在1993年提出另一种磁组件等效电路模型：回转器--电容等效模型。

回转器--电容等效模型是根据Buntenbach 1968年提出的磁路与电路的模拟关系而得出的磁组件等效电路。根据所采用的模拟关系称其建模方法为磁导电容模拟法，下面用图l(a)所示的电感为例进行说明。图中φ为磁通、Λm为铁心磁导、Λ为气除磁导，v，i为磁件绕组的电压、电流，N为绕组匝数，F为绕组电流产生的磁势。该磁件可分为两部分：①连接磁路与电路的绕组；②磁路部分。其中绕组连接电路和磁路，可被看作二端口组件。根据法拉第电磁感应定律及磁动势的定义，对于该绕组有式(1)成立，即

由于φ和F，分别模拟于电路中的电流和电压，式(1)给出的函数关系与电路中的二端口组件一回转器的特性一致，因此，可用回转器作为绕组的等效电路模型，如图1(b)所示。其中，绕组匝数N相当于回转电阻，成为有量纲参数，单位为Ω。在绕组的回转器模型包含了F、φ等磁路参数，因此，磁路部分的模型只需要表征磁路的特性参数。根据模拟关系，可以直接用电容替代铁心和气隙磁导，磁路中各种关系不变。这样就可以得到图1(b)。显然，对于任意磁组件，用回转器模型表示磁组件绕组、电容模型表示磁导，就能得到磁组件的等效电路模型。

该建模方法简便、直接，并同时反映磁组件的电路和磁路特性。用电流控制电压源代替回转器，如图l(c)所示，就可进行电路仿真。此外，该模型中磁芯的特性参数相对独立，磁芯的饱和、滞环等特性可以较方便地加入其中，而用电感--变压器等效模型则需要折算为电感。因而回转器--电容模型既能同时仿真得到电和磁的参数，又有利于磁组件的精确仿真，还使得建立标准化、系列化的磁芯仿真模型库具有强的实用价值，在磁组件仿真分析上具有明显优势，吸引了人们的研究兴趣。

D.C.Hamill提出用压控电匿源等效磁芯的饱和；M．Eaton用受控源进一步等效了磁芯的滞环特性，并提出回转器-电容-电阻磁芯等效模型，其中电阻用来表示磁芯损耗。

图1 电感的回转器―电容模型和相应的仿真模型

二、磁组件集成通用方法――解耦集成

分立的磁组件集成后互相没有耦合作用则为解耦集成，解耦集成主要影响磁组件的体积和损耗，对电压、电流影响很小。解耦集成是磁集成的通用方法，目前有两种解耦集成的方法。

提供低磁阻磁路实现解耦是常规的解耦方法。图2说明如何运用该方法实现两电感的解耦集成。图2中N1、N2为电感绕组，绕在磁芯两侧柱上。磁芯中柱无气隙，其磁阻远小于有气隙的侧柱，所以N1、N2产生的磁通经中柱形成回路，互相之间基本无耦合。该方法可以推广到多个磁组件的解耦集成。由于需要一条独立、低磁阻的公共磁路，n个磁组件解耦集成要求磁芯至少有n+1个磁支路。从该解耦思路出发，也可以得到变换器电感解耦集成的通用方法。

图2解耦集成方法l用于两电感集成

另一种通过抵消耦合作用实现解耦集成的方法。用图3来说明如何运用到两电感的解耦集成。图3中，电感l绕在磁芯中柱，匝数为N1,磁通经两侧柱闭合。如图3所示，为了抵消电感1产生的磁通，电感2被拆成N21、N22两个绕组串联绕在侧柱上，使电感l产生的磁通在磁芯左侧柱与N21，产生的磁通方向相反，而在右侧柱与N22的方向相同。进一步合理设计磁阻，就可抵消磁通耦合作用实现解耦。该方法推广到电感与变压器、变压器与变压器的集成。由图3可以看出，中柱绕组对两个侧柱磁通的作用相反，两侧柱最大磁通密度差别明显。对此，将心移到磁芯中柱、电感1移到磁芯右柱，使磁通尽量均分，提高磁芯的利用率。这种方法除了存在磁通分布不均的问题，还有不易于推广到多个磁组件的解耦集成。

电感与电感集成得到通常讲的耦合电感，根据电感绕组电压的关系可分为两类。一类是绕组与电压成比例，另一类是电感绕组电压有相位差。

绕组与电压成比例意味着与绕组匝链的交变磁通相同，因此，可用单磁路磁芯进行磁集成。这类磁集成被用于减小电流脉动甚至获得零纹波，应用非常广泛。这类磁组件集成在实际应用方法简单、通用。对于电感绕组电压存在比例关系的电路拓扑，如Cuk变换器、电压型多路输出电源，可直接将分立电感集成。对于一般变换器，Gordon Bloom早就提出可以外加电感和电容，实现纹波抑制。图4说明如何在Buck变换器应用该方法，图中Lo为输出滤波电感，La为外加电感，Ca为外加电容。稳态时，不考虑电容电压脉动，Ca上电压与输出电压相等，所以La与Lo上的电压满足电压成比例的条件，电感集成能减小输出电流脉动，合理设计参数可实现输出零纹波。此类磁组件的应用极其广泛。

电感绕组电压有相位差，这一类电感集成主要应用于多路交错并联工作的变换器，根据磁通作用的不同可将磁集成方式分为两种：正向耦合和反向耦合方式。当绕组产生的磁通互相增强，就是正向耦合方式；反之，为反向耦合方式。研究结果表明，磁通反向作用集成方式相对更优。

电感与变压器集成被应用于多种隔离型变换器，如正激变换器、推挽变换器、CDR电路、单级功率因子校正电路，以及谐振变换器。其中，磁集成的CDR电路一直是研究热点。

图5IM-CDR电路的改进和完善

图6 不对称半桥倍流同步整流电路及其IM变压器

图5(a)是分立组件的CDR电路，图5(b)为C．Peng提出的最早的磁集成CDR电路，这种电路虽然减小了磁组件数量，但较多的绕组和连接端限制了磁集成技术的应用。将图5(b)--次绕组拆分，并与电感绕组合并就得到Wei Chen提出的磁集成方案，见图5(c)。这种方案减少了连接端子和绕组数量，非常适用于大电流场合。但该磁组件中，绕组分别位于三个磁柱，存在较大的漏感，会降低变换器性能。此外，为了减小一次侧电流脉动，气隙集中在侧柱而中柱无气隙，一方面不利于生产、安装，而且气隙处的散磁还会增加铜损。为此，Peng Xu拆分图5(c)磁集成的一次侧绕组、改变绕组连接方式，并将气隙集中到磁芯中柱，得到图6(d)所示的磁组件。改进的磁组件不仅减小了漏感，结构更便于生产，还有利于减小铁心损耗和电流脉动。

可以看出，一种分立组件的电路对应有多种磁集成电路和结构，磁组件的变换(如绕组拆分法)是磁集成技术改进、完善的基础，结合电路对磁集成组件进行比较、改进、完善是充分发挥磁集成作用的关键。

三、实验与模拟结果

以磁集成技术在低压大电流输出的DC／DC变换器中的应用为例，介绍电感和变压器的集成方法和原理。并对拓扑进行了模拟。图6为不对称半桥倍流同步整流电路及其IM变压器图。瑚变压器是Wei Chen提出的CDRIM(IM―CDR)电路圆，包括了变压器T和两个电感L。、L2的集成。采用了一种新的建立磁件模型的方法：磁导--电容模拟建模法，建立了磁件的回转器一电容模型，对整个电路参数进行了详细计算，用MULTISIM2001进行了模拟，得到了与理论相符的结果。

图7所示的是材质为N一2H的扁平型EE22 磁芯用于计算磁导的几何图。而磁导的计算结果则由表1给出

图6所示的IM-CDR回转器―电容模型如图8所示

Λ4是原副边的漏感，当D=0.5时，A近似为零，然而实际模拟时，漏感要考虑。

电路基本参数：额定输出电流30A；输入电压48V；额定输出电压：3.3V(±0．03V)；开关频率300kHz；匝比3：l。根据图6进行模拟，模拟波形如图9所示。模拟中，S1和S2都是开关器件，两个同步整流管由双肖特基二极管MBR20035CT替代，输出滤波电容为330μF0假设Λ4=0，则模拟结果见图9(a)和(b)；如果考虑漏感的情况，假设Λ4=10nF，那么模拟波形如图9(c)所示。再假设Λ4=0，而增加Λl=Λ3=300nF，即把磁芯两侧柱气隙开大，使三柱绕组电感量增大，最终仿真得到输出电压纹波如图9(d)所示。

分析图9可知，漏感的增加会影响效率的提高和整体的性能。其次，IM变压器侧柱绕组电感增加，使得输出电压纹波减小，而效率下降了，这说明IM变压器中的侧柱绕组和输出滤波电容组成了LC滤波电路，IM变换器和DM变换器基本性能相同。整个模拟很好地验证了磁集成的应用。

总之，磁集成技术在开关电源中的应用其优势是十分显著的，是非常值得推广的。

集成电路与应用篇8

当今世界电子技术飞速发展，集成电路正在逐步取代某些具有特定功能的分立元件电路。在目前使用的电子技术教材中，集成运算放大器的应用电路所占的分量也越来越大，由它们主要构成了信号运算电路、信号处理电路和信号发生器等。

1 集成运放应用的特点及其判断

集成运放的应用分为线性应用和非线性应用，

（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，即闭环电压放大倍数Auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom。

运放工作在哪个区域的判断标准是看集成运放应用电路中是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，即在单元运放的输出端与反相输入端之间跨接负反馈网络，只要电路中有负反馈网络，则电路工作在线性区，即电压传输特性的斜线区域；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。

2 集成运放应用电路基本分析方法

运放的基本分析方法实际是指两个概念——“虚短”、“虚断”，它们是集成运放十分重要的特性。“虚短”、“虚断”是指集成运放的同相输入端和反相输入端即好像是短路，又像是断路的。

由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB 以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。把这种两输入端视为等电位的特性称为虚假短路，简称“虚短”，显然不能将两输入端真正短路。

由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ 以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。把这种两输入端视为等效开路的特性称为虚假开路，简称“虚断”，显然不能将两输入端真正断路。

集成运放两输入端的输入电流近似为0，相当于断路一样，但它们和内部电路又不是真正的断开，所以称为“虚断”。

我们利用“虚短”“虚断”的概念来分析电路，可以大大简化集成运放应用电路的分析过程。但集成运放工作在不同区域时，分析方法不尽相同。集成运放的线性应用电路可以使用“虚短”、“虚断”两个概念进行分析，而集成运放的非线性应用中，“虚短” 不再成立，仅能用“虚断”的概念进行分析。

3 两种应用的实例及分析

3.1 集成运放线性应用电路

以同相比例运算电路为例，电路结构如图1，具体说明分析步骤：

（1）判断电路中含有负反馈网络，以确定集成运放工作在线性区；此电路含有电压串联负反馈网络；

（2）使用“虚短”、“虚断”和“虚地”的概念分析输入信号与输出之间的比例关系；

集成电路与应用篇9

2微电子发展状态与趋势分析

2.1发展与现状

从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发以组件为基础的混合元件（锗集成电路）半导体场效应晶体管MOS电路微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8~1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。

2.2发展趋势

微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多新型电子器件，为推动学科完善提供帮助。另外微电子技术与其他产业结合，可以极大的拉动产业的发展，推动国内生产总值的增加。微电子芯片的发展遵循摩尔定律，其CAGR累计平均增长可以达到每年58%。在未来一段时间内，微电子技术将按照提升集团系统的性能和性价比，如下为当前微电子的发展方向。

2.2.1硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）

CMOS电路将成为微电子的主流工艺，主要是借助MOS技术，完成对沟道程度的缩小，达到提升电路的集成度和速度的效果。运用CMOS电路，改善芯片的信号延迟、提升电路的稳定性，再改善电路生产成本，从而使得整个系统得到提升，具有极高研究和应用价值。可以将CMOS电路将成为未来一段时间的主要研究对象，且不断对CMOS电路进行缩小和优化，满足更多设备的需求。

2.2.2集成电路是当前微电子技术的发展重点

微电子芯片是建立在的集成电路的基础上，所以微电子学的研究中，要重视对集成电路研究和分析。为了迎合信息系统的发展趋势，对于集成电路暴露出的延时、可靠性等因素，需要及时的进行处理。在未来一段时间内对于集成电路的研究和转变势在必行。

2.2.3微电子技术与其他技术结合

借助微电子技术与其他技术结合，可以衍生出诸多新型技术类型。当前与微电子技术结合的技术实例较多，积极为社会经济发展奠定基础。例如：微光机电系统和DNA生物芯片，微光机电系统是将微电子技术与光学理论、机械技术等结合，可以发挥三者的综合性能，可以实现光开关、扫描和成像等功能。DNA生物芯片是将微电子技术与生物技术相结合，能有效完成对DNA、RNA和蛋白质等的高通量快速分析。借助微电子技术与其他技术结合衍生的新技术，能够更为有效推动相关产业的发展，为经济发展奠定基础。

3微电子技术的应用解读

微电子学与集成电路的研究不断深入，微电子技术逐渐的应用到人们的日常生活中，对于改变人们的生活品质具有积极的作用。且微电子技术逐渐成为一个国家科学技术水平和综合国力的指标。在实际的微电子技术应用中，借助微电子技术和微加工技术可以完成对微机电系统的构建，在完成信息采集、处理、传递等功能的基础上，还可以自主或是被动的执行相关操作，具有极高的应用价值。对于DNA生物芯片可以用于生物学研究和相关医疗中，效果显著，对改善人类生活具有积极的作用和意义。

4结束语

微电子学与集成电路均为信息技术的基础，其中微电子学中囊括集成电路。在对微电子学和集成电路的解析中，需要对集成电路和微电子技术展开综合解读，分析微电子技术的现状和发展趋势，再结合具体情况对微电子技术的当前应用展开解读，为微电子学与集成电路的创新和完善提供参考，进而推动微电子技术的发展，创造更大的产值，实现国家的持续健康发展。

作者:胥亦实 单位:吉林大学

参考文献

[1]张明文.当前微电子学与集成电路分析[J].无线互联科技,2016(17):15-16.

集成电路与应用篇10

从目前微电子科学技术和集成电路产业发展基础条件来说，我国成为世界上经济发展和进步最快的国家之一，加上现阶段我国集成电路产业的核心发展水平得到了不断提升和优化，能够进一步为我国微电子科学技术和集成电路产业的发展提供了良好环境。

一、微电子与集成电路技术特点

（一）集成电路特点

集成电路技术又被稱为微电路系统、微芯片系统以及芯片系统等，并且在电子技术应用过程中，主要将电路结构，比如：半导体装置等小型设备化装置，所以该电子元件一般应用和制造在半导体元件的表面结构上。电路集成板在生产和制造过程中，其半导体芯片表面结构上的电路模式又被称为薄膜集成电路。而另外结构板的厚膜将混合成为集成电路结构，进而由相对独立的半导体结构设备以及被动生产元件共同构成，最终集合成小型化电路模式。其中集成电路设备和系统自身具备体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等相关优势，除此之外，由于集成电路自身经济支出成本相对较低，有利于大面积生产，所以其设备不仅在工业生产、民用电子设备等，比如：收录机、电视机、计算机等相关设备的到了广泛的应用和技术操作。

（二）微电子技术特点

与传统电子生产技术相比较，微电子技术自身具有显著特点，其主要特点表现为以下几个方面。

第一，现代化微电子技术主要利用自身设备固态结构体内部的微电子设备运作，进而实现信息处理和系统加工。其中信号在实际传输过程中，能够在绩效尺寸内开展一系列设备生产[1]。第二，微电子技术在实际应用过程中，能够将子系统以及电子零部件集成为统一芯片内部结构中，所以其设备普遍具备较高的集成性和功能性特点。

二、微电子与集成电路发展现状

现阶段我国微电子科学技术和集成电路产业发展起步相对较晚，并且经过长时间的技术研究和发展，我国电子科学技术行业已经从初级自主创业环节转变为系统化、规模化的环境建设。同时随着科学技术的不断发展和优化，我国在集成电路生产行业中始终保持优质的的发展趋势和方向，同时从销售经济角度来看，自动进入90年代后，集成化电路生产产业的始终保证在经济前端，其中集成电路生产产业的基础集中程度同样的到了有效提升，但是由于我国经济得到了不断提升，企业在集成电路生产过程中，同样无法有效满足市场的基础要求，逐渐出现了产业与经济无法平衡现状。

根据现阶段我国经营实际情况进行综合分析，无论是国家发展还是社会进步，始终重视集成电路以及微电子经营发展，因此在国家的大力发展和支持条件下，我国在集成电路研究和探索领域中开始培养和引进高精尖技术人才，许多高校同样开设相关的课程内容和技术培训，进而为我国微电子以及集成电力培养大量人才。然而与发达国家相比较，我国微电子和集成电路产业上仍然存在着较大的技术和经济差距。

第一，我国微电子以及集成电路行业起步相对较晚，最终导致市场技术拓展能力较差，致使整体行业出现了记性问题[2]。除此之外，我国在集成电路产业以及微电子科学技术方面上，极少能够进入世界范围内的平台中，因此大多数电子产品属于自产自销，严重缺少国际方面的竞争能力，第二，现阶段我国大多数集成电路在研究过程中普遍属于初级阶段，但是由于集成电路以及微电子产品生产过程中明显缺少基础技术，最终造成集成电路产业明显缺少核心竞争能力，致使研究技术人员以及技术水平明显落后，一定程度上限制和约束了我国集成电路产业的创新和进步，最终无法构成一定良性循环。

三、微电子与集成电路优化途径

（一）优化产品方案设计

在微电子科学技术和集成电路产业发展过程中，应该不断优化和完善产品方案设计，进而将高经济收益、高生产效率作为产品发展和生产的主要方向目标。而在产品方案设计过程中，需要以芯片设计方案作为重点内容，进而有效符合经济生产的核心需求。加上现阶段集成化产品芯片在方案设计上，还需要具备较大得技术创新空间，并且在其他产品的投入上，由于产品芯片自身属于高收入、低投入的产品，所以从产品生产市场的总体需求量方面来看，集成芯片在行业应用过程中的基础需求不断增加，进而成为我国集成电路发展的主要优势和机遇。所以在产品方案设计上，还需要不断进行产业优化，进而成为微电子与集成电路的核心技术优势。近几年，我国产品在方案设计方面上，其发展力度和趋势已经远远超出了产品生产方案的预期水平，甚至部分公司已经具有较高的发展实力。但是及时我国集成电路技术发展不断提升，我国在行业内部工作核心效率以及质量水平仍然达到标准要求，致使我国的集成电路产业面临的巨大的压力。

（二）完善集成产业发展重点

在微电子科学技术和集成电路产业在实际发展和运转过程中，其外部环境因素同样成为重要环境因素之一，因此只有构建出优质的发展环境和条件，才能有利于我国集成电力产业的核心发展和技术进步[3]。

1.优惠政策

在我国集成产业以及微电子科学技术应用过程中，为了进一步推动集成电路行业的全面进步，我国相继出台了集成电路行业以及微电流技术发展文件，进而保证集成电路生产行业水平，其中政府在行业政策的优惠和支持对于整体产业发展来说，起到了激励作用和现实意义，从根本上强化了集成生产和制造企业技术水平，尤其是在生产以及应用方向，能够得到最大限度的优惠。比如：政府在行业发展政策中，对于税收方向的规定中，企业实际产生的税收一旦超过百分之六，就可以有效实现了即征即退发展目标，但是在实际操作过程中，对于芯片生产和制造厂家来说，企业实际产生的增值税最高已经达到60%左右，远远高于国际上其他国家的增值税收，因此实际操作过程中，其效果无法达到标准要求。

2.审批流程

集成电路与应用篇11

[3]http：//.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：///info/20121026/227691.shtml.

[5]冯卫东.美科学家证实电路世界第四种基本元件存在[N/OL].科技日报，2008-05-06.

[6]李九生.“微波与射频技术”课程新式教学理念应用[J].科技信息，2010，（6）.

[7]李金凤，王健，刘欢.“射频集成电路设计”课程教学改革初探[J].考试周刊，2012，(15).

[8]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，（1）.

[9]王立华.虚拟网络分析仪在射频电路设计中的应用[J].电子测量技术，2012，（4）.

集成电路与应用篇12

集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两部分：（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，称为闭环电压放大倍数Auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom：即当uid>0，则uo≈+Uom；当uid=0，则uo=0（转折点）；当uid

1 集成运放线性应用的判断

要分析一个运放应用电路能够实现什么功能，首先应该判断该集成运放工作在哪个区域，而判断集成运放工作区域的判断标准是看其是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，则电路工作在线性区；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。

使用“瞬时极性法”做具体判断。图1为反相比例运算放大电路为例的说明：

（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号 “？茌”表示；

（2）由于输入信号ui加在了集成运放的反相输入端，所以输出信号的瞬时极性为负，即“？苓”；

（3）反馈支路 Rf 将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？苓”；

（4）“？苓”与输入端的“？茌”叠加，消弱了输入信号的净输入量，所以此反馈属“负反馈”。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。

图2为同相比例运算放大电路为例的说明：

（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号 “？茌”表示；

（2）由于输入信号ui加在了集成运放的同相输入端，所以输出信号的瞬时极性为正，即“？茌”；（3）反馈支路Rf将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？茌”；

（4）净输入量为ui减去瞬时极性为“？茌”的uf，比加反馈之前原净输入量ui-0=ui小，所以此反馈属“负反馈”。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。

图1 反相比例运算电路 图2 同相比例运算电路

同理可判断“加法运算电路”、“减法运算电路”、“积分电路”和“微分电路”等，都是集成运放的线性应用电路。总结这些电路的电路结构特点，可得出：只要反馈支路接到集成运放的反相输入端，则此集成运放工作在线性区，当然这只适合于一级集成运放的反馈判断，两级及多级的集成运放电路则不可使用此方法判断。

2 集成运放线性应用电路的分析方法

2.1 基本分析方法

实际的集成运放的指标接近理想化条件，在分析电路引入理想化指标所引起的误差不大，这是允许的。“虚短”、“虚断”以及“虚地”是理想集成运放重要的几个概念，可以大大简化集成运放应用电路的分析过程。

（1）虚短：集成运放的同相输入端和反相输入端的电位近似相等，即u+≈u-。由于真正的“短路”是短路的两点直接用导线连接，而集成运放的这两个输入端是没有直接相连的，不是真正的短路，所以称之为“虚短”。

（2）虚地：如果集成运放其中一输入端接地（或通过电阻接地），即u+（或u-）=0，根据“虚短”，则u-（或u+）≈0，但这个输入端又不是直接接地，这种情况下称之为“虚地”。例如图1中，若u+=0，则u-≈u+=0。

（3）虚断：集成运放两输入端电流近似为0，即i+=i-≈0。由于真正的“断路”是断路的两点直接断开，而集成运放两输入端显然不能与内部电路真正断路，所以称为“虚断”。且输入电阻越大，两输入端越接近断路。

以反相比例运算电路为例，结合以上几个概念分析输入、输出信号的关系。

图3 反相比例运算放大电路

由“虚断”知，i+≈0，所以u+≈0；

根据“虚地”，得u-≈0；

根据欧姆定律， ；

由图知，i=i-+if；

根据“虚断”，i-≈0，所以i=if；得

即：

利用“虚短”“虚断”同样可以分析加法（ ）、减法运算电路（ ）。

2.2 利用叠加原理分析

用简洁、迅速的方法找出电路输出和输入之间的关系是非常重要的。对比反相加法运算电路和反相比例运算电路的电路结构，可以发现它们的电路结构基本一致，只是加法运算电路比比例运算电路多了几个输入信号而已。那么，我们可以将反相加法运算电路看作是多个反相比例运算电路叠加作用的结果。下面用公式推导，来证实这个结论。

将加法运算电路拆成三个反相比例运算放大电路，每个电路仅一个输入信号工作，如图4所示。（a）图得 ；（b）图得 ；（c）图得 ；

根据叠加原理，得 ，与利用“虚短”、“虚断”分析方法分析的结果一致。这样对不同电路采用不同的分析方法，能迅速找到其输入输出的关系。

3 线性应用电路应用场合

在实际中运放线性应用的场合远高于非线性应用的场合。除上文所涉及到的比例运算、加法运算和减法运算电路可以完成信号运算功能外，集成运放线性应用电路可以组成积分、微分电路，来完成信号变换功能；以及完成滤波功能，一阶低通滤波电路和一阶高通滤波电路。■

参考文献