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教育部工程教育專業認證專家委員會在2011年頒布的工程教育專業認證標準（試行），對機械、化工、電子信息等10大類工程專業進行了詳細的認證標準規定[1]。這些標準涵蓋整個培養過程的各個方面，包括專業目標、課程體系、師資隊伍、支持條件、學生發展、管理制度、質量評價、專業特殊要求等等。對于電子信息與電氣工程類專業，該標準給出了詳細的專業分類以及每個細分專業的具體要求進行了規定。其中電路理論課，包含直流電路、正弦交流電路、一階和二階動態電路、電路的頻率分析、電網絡矩陣分析、分布參數電路等內容，是重要的工程基礎類課程。在多數高等院校中，承擔這部分教學內容的課程是《電路分析基礎》，如何結合該課程目前存在的一些問題，以工程教育為目標改革課程教學方法，以適應新形勢下的滿足工程認證標準的要求，是從事“電路分析基礎”教學研究的教育工作者亟待解決的問題。
2.電路分析課程教學方法現狀與問題
電路分析基礎課程的教學目的是要通過學習使學生掌握電路的基本理論和基本分析方法，建立一般電路系統的數學模型，訓練必要的實驗技能，為后續課程的學習打下基礎[2]。通過分析后續課程對電路分析基礎課程知識點的要求，我們發現該課程是90%以上專業課的基礎，也是電氣信息類多個學科考研的必考課程，在整個專業教學體系中起到承上啟下的重要作用，教學效果的好壞將直接影響學生的專業發展。近年來，電路分析基礎的教學方式有了一些創新，多媒體教學、啟發式教學等都大大改善了教學效果，但依然沒有脫離“灌輸式”的教學模式，學了的不會用、有用的沒有學、理論與生產實踐脫節、對具體問題分析能力不足、教學中學生的參與性和主動性不夠等問題仍然存在。
電路分析基礎課程是一門理論性和實踐性較強的學科基礎課程，既強調知識的綜合性、實用性，又強調創新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力，這也是“工程教育”培養計劃所要求的。但現有的教學存在一些問題亟待解決，一切都是由教師決定，學生只能被動的參與。同時教師不注意采取先進的教學手段來充實自己的教學活動，忽視案例教學、問題教學等方式的運用，導致教學信息量太小，無法傳授更多的知識。課程教學中只是理論知識的簡單講解，沒有結合工程實際進行教學。
3.面向工程教育的教學方法研究
實現從單一傳授知識的觀念向綜合能力培養的觀念轉變，積極推行啟發式教學、討論式教學、研究型教學、案例式教學等先進教學方法。在教學過程中加強與后續課程和相關業的的聯系，要充分體現出課程的工程性和實踐性，調動學生的學習興趣和學習積極性，樹立理論聯系實際的工程觀念，提高分析問題和解決問題的能力。
啟發式教學：在設計一些知識點的課堂組織時注重為學生營造一定的氛圍，引導學生如何運用已有的知識和技能解決新的矛盾和問題，從而發現并創造新的知識。例如，通過習題總結規律引導出疊加定理和替代定理等。在教學中再現一些知識點的相關來源，為學生營造良好的創新性思維環境。例如，諾頓定理可由戴維南定理和等效變換推斷出，節點電壓法可由回路電流及對偶原理得出[3]。
討論式教學：討論式教學針對某一問題組織討論。比如通過討論正弦交流電路時域分析的缺陷和復數計算的特點引出相量法，使學生對相量法的理解更透徹。通過討論幾種特殊聯接方式的耦合電感去耦等效方法[3]，總結出耦合電感去耦等效的規律性，完善耦合電感去耦等效方法。
研究型教學：課程教學質量中的“質”涉及諸多內容，其核心是根據課程的實際特點，將以“授課、考核”為主要特征的“傳授型”教學轉變為以“六個環節和六個融合”為基本特征的“研究型”課程。“六個環節”是：教――加強基礎理論與基礎知識的教學；學――引導學生養成良好學習習慣和思維習慣從而達到自學能力的提高；訓――強化基本技能、工程實踐能力及創新能力和人文與科學精神的訓練；研――引導學生參加開發應用研究和提高學習效果的研究；管――通過嚴格的教學過程管理促進優良學風建設；考――將考核過程轉化為促進學生深入學習和實踐與提高的過程。“六個融合”是：課內環節與課外環節相融合，教與學相融合，理論與實踐相融合，知識傳授與素質能力培養相融合，統一要求與個性培養相融合，專業教育與科學精神培養相融合。
案例式教學：案例教學法是根據教學大綱規定的教學目的和要求，以代表性、典型性和新穎性的案例為基本素材，運用多種形式啟發學生獨立思考，對案例進行分析研究，并在課堂教學中注重體現學生的主體地位、實踐技能和創新精神，使學生從知識的被灌輸者變成學習的主動建構者，教師也從知識的傳授者與灌輸者轉變成知識建構的幫助者和促進者。案例教學法是一種具有啟發性、實踐性，理論聯系實際的新型教學方法，能夠開發學生智力，提高學生綜合素質和分析問題、解決問題的能力。
在講授電路特性時從現實生活中的實例切入，可有效引發學生的興趣。如講解 RC 基本電路[3]時，課堂引入了照相機閃光燈電路的例子，引導學生先從照相機實物的閃光燈物理系統建立閃光燈電路模型，進而與學生一起分析電路的充放電過程，總結出這種簡單的 RC 電路具有可以提供瞬間大電流脈沖的特點，并告知學生此特性在電子點焊、雷達發射管等場合都得到應用。
4.合理利用多媒體技術提高教學質量
多媒體電子課件主要應用的軟件為微軟Office辦公軟件所含的Word、PowerPoint等，通過自帶的畫圖軟件、繪圖工具以及公式編輯器等基本上可以完成電路課的教學任務[4]。尤其是PPT的動畫效果利用，可以極大的豐富教學內容，在課堂上吸引學生的目光，而且它比較有條理，順序性很強，便于學生學習。
課堂以多媒體電子課件為主，黑板為輔。我校電路分析基礎課程自2000年以來就開始使用多媒體課件，在應用過程中不斷完善，課堂信息量不斷增大。課件符合學生的認知規律，深受學生好評。經過多年改進，現已基本實現課件內容與教師講授同步。針對公式推導較多的內容，則采用交互性很強的“黑板+粉筆”這種傳統方式，以有效地抓住學生的思路。由于授課內容多，信息量大，為避免學生疲于抄筆記，影響聽課效果，我們制作了學生版課件作為課堂筆記的基礎，課件留有適當的空白，這樣，既不必用大量時間抄筆記，又可敦促學生認真聽課，緊跟主線，記錄要點。
5.結論
在工程教育認證背景下，以往電路分析課程教學方法與工程教育要求存在一定的脫節。改革教學方法，實現從單一傳授知識的觀念向綜合能力培養的觀念轉變，在教學過程中要充分體現出課程的工程性和實踐性，調動學生的學習興趣和學習積極性，樹立理論聯系實際的工程觀念，提高分析問題和解決問題的能力。
參考文獻：
[1] 全國工程教育專業認證專家委員會秘書處. 工程教育專業認證標準（試行）. 2011.
[2] 龐勇偉. 電路分析課程教學探究[J]. 才智，2012，（31）：134.
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長期以來復旦大學微電子學教學形成了“基礎與專業結合，研究與應用并重，創新人才培養國際化”特色。近年來，在教育部第二批高等學校特色專業建設中，我們根據國家和工業界對集成電路人才的要求，貫徹“國際接軌、應用牽引、注重質量”的教學理念，制定了復旦大學“微電子教學工作三年計劃大綱”并加以實施，在高端創新人才培養方面對專業教學的特色開展了深層的挖掘和拓展。
一、課程體系的完善和課程建設
微電子技術的高速發展要求微電子專業課程體系在相對固定的框架下不斷加以更新和完善。
我們設計了“復旦大學微電子學專業本科課程設置調查表”，根據對于目前工作在企業、大學和研究機構的專業人士的調查結果，制定了新的微電子學本科培養方案。主要修改包括：
（1）加強物理基礎、電路理論和通信系統課程。微電子學科，特別是系統芯片集成技術，是融合物理、數學、電路理論和信息系統的綜合性應用學科。因此，在原有課程基礎上，增加了有關近代物理、信號與通信系統、數字信號處理等課程，使微電子學生的知識覆蓋面更寬。
（2）面向研究、應用和學科交叉的需要，增加專業選修課程。如增加了電子材料薄膜測試表征方法、射頻微電子學、鐵電材料與器件、Perl語言、計算微電子學、實驗設計及數據分析等課程，為本科生將來進一步從事研究和應用開發打下基礎。
（3）強調能力和素質訓練，高度重視實驗教學。開設了集成電路工藝實驗、集成電路器件測試實驗、集成電路可測性設計分析實驗及專用集成電路設計實驗等從專業基礎到專業的多門實驗課。
在課程體系調整完善的同時，還對于微電子專業基礎課和專業必修課開展了新一輪的課程建設。包括：
（1）精品課程的建設。幾年來，半導體物理、集成電路工藝原理、數字集成電路設計經過建設已經獲得復旦大學校級精品課程。其中半導體物理和集成電路工藝原理課程獲得學校的重點資助，正在建設上海市精品課程。另有半導體器件原理和模擬集成電路設計正在復旦大學校級精品課程建設之中，有望明年獲得稱號。
（2）增加全英語教學和雙語教學課程。為了滿足微電子技術的高速發展和學生盡快吸收、學習最新知識的需求，貫徹落實教育部“為適應經濟全球化和科技革命的挑戰，本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”的要求，在本科生專業課的教學中新增全英語教學課程3門，雙語教學課程4門。該類專業課程的開設也為微電子專業的國際交流學生提供了選課機會。
（3）教材建設。為了配合課程體系的完善和補充更新專業知識，除了選用一些國際頂級高校的教材之外，還依據我們的課程體系組織編寫了一系列專業教材和論著。有已經出版的《深亞微米FPGA結構與CAD設計》、《Modern Thermodynamics》、《現代熱力學－基于擴展卡諾定理》，列入出版計劃的《半導體器件原理》、《超大規模集成電路工藝技術》和《計算機軟件技術基礎》。另外根據課程體系的要求對實驗用書也進行了更新。
為了傳承復旦微電子學的豐富教學經驗和保證教學質量，建立了完備的教學輔導制度，如課前試講、課中聽課及聘請經驗豐富的退休老教師與青年教師結對子輔導等。每學期聽課總量和被聽課教師分別均超過所授課程和任課教師人數的50%以上。對所有聽課結果進行了數據分析，并反饋給任課教師，為教師改進教學提供了有益的幫助。在保證教學內容的情況下，鼓勵教師嘗試新的教學手段，實現所有必修課程的電子化，建立主要必修課程的網頁，完全公開提供所有課件信息，部分課件獲得超過15000次的下載量。青年教師還獨創了“移動課堂”的授課新方法，該方法能夠完整復制課堂教學，既能高清晰展示教學課件的內容，又能把教師課上講解的聲音、動作及臨時板書全部包含在內，能夠使用大眾化的多媒體終端進行播放，隨時隨地完美重現課堂講解全過程。
通過國際合作的研究生項目及教師出國交流，復旦大學微電子學專業教師的教學水平得到進一步提升。在研究生的聯合培養項目（如復旦-TU Delft碩士生項目、復旦-KTH碩士生/博士生項目等）中海外高校教師來到復旦全程教授所有課程，復旦配備青年教師跟班聽課和擔任課程輔導。這使得青年教師的授課理念、授課方式及授課水平都有大幅提高。同時，由于聯合培養項目及其他合作項目，復旦的青年教師也被邀請參與海外高校的教學，擔任對方課程的主講，青年教師利用交流的機會，引進海外高校的一些課程用于補充復旦微電子的培養方案。這些都為集成電路專業特色的挖掘和拓展起到重要的作用。
經過幾年的努力，微電子專業的教學水平普遍得到提升，在教學評估中得到各個方面的好評。
二、培養方法的改進和創新
培養適應時代要求的微電子專業創新人才也需要在培養方法上加以改進和創新。
針對微電子工程的特點，在堅持扎實的理論的基礎上，強調理論聯系實際，開展實踐能力訓練。在學校的支持下，教學實驗室環境得到及時更新，幾個方面的實驗教學在國內形成特色。
（1）本科的集成電路工藝實驗可以在學校自己的工藝線上完成芯片的清洗、氧化、擴散、光刻、蒸發、腐蝕等基本工藝制作步驟，為學生完整掌握集成電路制造的基本能力提供了很好的實際訓練。
（2）在集成電路測試方面，結合自動化測試機臺（安捷倫SoC93000ATE），開設了可測性設計課程，附帶實驗。
（3）集成電路設計課程都附帶課程項目實踐，培養了學生實際設計能力和素質，取得很好效果。
通過課程教學訓練學生創新思維和分析問題的能力。嘗試開設了部分本科生和研究生同時共同選修的研討型課程。在課程學習的過程中，本科生不僅可以得到研究生的指導，在課堂上就某些課程內容進行探究，還可以在開展課程設計時在小組內和研究生同學共同開展小型項目研究，對于提高本科生進一步學習微電子專業的興趣和培養他們發現問題解決問題的能力有很大的幫助。
參加科研無疑是培養學生創新能力的一個最為有效的途徑。配合復旦大學的要求，微電子學專業在本科階段，持續設置多種科研計劃，給予本科生進實驗室開展科研以支持。
（1）大一的“啟航”學術體驗計劃。計劃鼓勵大一學生在感興趣的領域進行探究式學習和實踐，為學生打造一個培養創新意識，鍛煉學術能力的資源平臺。“啟航”學術體驗計劃的所有學術實踐項目均來自各個微電子專業的導師，學生通過對感興趣的項目進行申報與自薦的形式申請加入各學術實踐小組。引導學生領略學科前沿，體驗研究樂趣。
（2）二、三年級曦源項目。項目建立在學生自主學習和創新思想的基礎上，鼓勵志同道合的同學組成研究團隊，獨立提出研究方向，尋找合適的指導教師。加入自己感興趣的研究方向的團隊。在開放課題列表中尋找合適的課題方向，并向該課題指導教師進行申請。還有更多的學生在大三甚至更早就進入各個研究小組，參與教授領導的各類國家級、省部級項目及來自企業、海外等的合作項目的研究。在完成的計劃和項目成果之外，學生們還在收集文獻資料、獲取信息的能力，發現問題、獨立思考的能力，運用理論知識解決實際問題的能力，設計和推導論證、分析與綜合的能力，科學實驗、發明創造的能力，寫作和表說的能力等方面，都有不同的收獲。
通過學生參加國際交流活動及外籍教師講授課程給學生提供國際化的培養，提供層次更高、路徑多元的培養方案，培養了學生的國際化眼光，開拓了學生的培養渠道。
幾年來，微電子學專業學生的出國交流人數逐年增長，從2008年起，共有20位本科生赴國外多個高校交流學習。交流的項目包括雙學位、長學期和暑期項目等，交流時間從3個月到2年不等，交流學校包括美國（耶魯、UCLA等）、歐洲（伯明翰、赫爾辛基等）、日本（早稻田、慶應等）及我國港臺高校。大多數同學在交流期間的學習成績達到交流學校的優秀等級，同時積極參加交流學校教授小組的科研工作，得到了很好的評價。個別同學由于表現優異在交流結束回國后被對方教授邀請再次前去完成畢業論文；也有同學交流期間）參加國際級大師的科研小組工作，獲益匪淺，直研后表現出強于一般研究生的科研能力。可以看到，國際交流不僅為同學們提供了專業知識和研究能力的不同培養模式，也為他們提供了更加廣闊的視野和體驗多種文化的機會，為他們今后的發展和進步打下了很好的基礎。自特色專業建設以來，每學期均新開設“前沿講座”課程，課程內容不固定，授課人為聘請的海外教師，有的來自海外高校，有的來自海外企業，課程均為全英語課程或雙語教學課程。這類課程直接引進了海外高校的課程和教學方式，不僅學生受益，同時也培養了復旦微電子專業的青年教師。企業還提供與課程內容直接相關的軟件，在改善教學環境的同時，還為學生參加科研提供了培訓。
篇3
目前，集成電路設計公司在招聘新版圖設計員工時，都希望找到已經具備一定工作經驗的，并且熟悉本行業規范的設計師。但是，IC設計這個行業圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業挖人才或通過獵頭公司。企業不得不付出很高的薪資，設計師才會考慮跳槽，于是一些企業將招聘新員工目標轉向了應屆畢業生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或實習方式來培養適合本公司的版圖師。一些具備版圖設計知識的即將畢業學生就進入了IC設計行業。但是，企業通常在招聘時或是畢業生進入企業一段時間后發現，即使是懂點版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強人意，再就是行業術語與設計軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學時滲入電路與工藝等知識，使學生明確其中緊密關聯關系，樹立電路、工藝以及設計軟件為版圖設計服務的理念。
一、企業對IC版圖設計的要求分析
集成電路設計公司在招聘版圖設計員工時，除了對員工的個人素質和英語的應用能力等要求之外，大部分是考查專業應用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數字、模擬）設計，了解電路原理，設計關鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數、設計規則；掌握主流版圖設計和版圖驗證相關EDA工具；完成手工版圖設計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設計人員除了懂得IC設計、版圖設計方面的專業知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內學校開設這方面專業比較晚，IC版圖設計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經驗的設計工程師，就成為各設計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。
二、針對企業要求的版圖設計教學規劃
1.數字版圖設計。數字集成電路版圖設計是由自動布局布線工具結合版圖驗證工具實現的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經過DC綜合后的網表文件與Foundry提供的數字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數字版圖設計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學校開設這門課程，可以推薦學生自學或是參加專業培訓。二是數字邏輯標準單元版圖庫的設計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學者而言設計好標準單元版圖使其符合行業規范至關重要。
2.模擬版圖設計。在模擬集成電路設計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設計者，更關心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關系，應當知道為什么差分對需要匹配，應當知道有關信號流、降低寄生參數、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎上去優化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設計師作為前端電路設計師的助手，經常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導線是否有大電流流過等，這就要求版圖設計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。
3.逆向版圖設計。集成電路逆向設計其實就是芯片反向設計。它是通過對芯片內部電路的提取與分析、整理，實現對芯片技術原理、設計思路、工藝制造、結構機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設計公司對反向版圖設計的要求較高，版圖設計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數字標準單元電路工作原理。
三、教學實現
1.數字版圖。數字集成電路版圖在教學時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數字邏輯單元版圖的設計，目前數字集成電路設計大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學習CMOS工藝流程。在教學時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強，使學生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學方法應當采用上機操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設計規則、畫版圖步驟、注意事項，學生跟著一步一步緊隨教師演示學習如何畫版圖，同時教師可適當調整教學速度，適時停下來檢查學生的學習情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學生實驗以鞏固所學。邏輯單元版圖教學內容安排應當采用目前常用的單元，并具有代表性、擴展性，使學生可以舉一反三，擴展到整個單元庫。具體單元內容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業規范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發器等常使用傳輸門實現，繪制版圖時注意晶體管源漏區的合并；大尺寸晶體管的串并聯安排合理等。
2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設計更注重電路的性能實現，經常需要與前端電路設計工程師交流。因此，版圖教學時教師須要求學生掌握模擬集成電路的基本原理，學生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運用模擬版圖的晶體管匹配、保護環、Dummy晶體管等關鍵技術。在教學方法上，依然采用數字集成電路版圖的教學過程，實現教與學的同步。在內容安排上，一是以運算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機理，版圖匹配時結構采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護環與dummy管版圖繪制技術。二是以帶隙基準電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術。在教學時需注意晶體管與電阻并聯拆分的合理性、電阻與電容的類型與計算方法以及布線的規范性。
3.逆向版圖設計。逆向集成電路版圖設計需要學生掌握數字標準單元的命名規范、所有標準單元電路結構、常用模擬電路的結構以及芯片的工藝，要求學生熟悉模擬和數字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準確無誤。教學方法同樣還是采用數字集成電路版圖教學流程，達到學以致用。教學內容當以一個既含數字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數字單元電路，需講解foundry提供的標準單元庫里的單元電路與命名規范。在提取單元電路教學時，說明數字電路需要歸并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發器等，同樣的圖形不要分析多次。強調學生注意電路的共性、版圖布局與布線的規律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學要求學生掌握模擬集成電路常用電路結構與工作原理，因為逆向設計軟件提出的元器件符號應該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準確通用規范性。
集成電路版圖設計教學應面向企業，按照企業對設計工程師的要求來安排教學，做到教學與實踐的緊密結合。從教學開始就向學生灌輸IC行業知識，定位準確，學生明確自己應該掌握哪些相關知識。本文從集成電路數字版圖、模擬版圖和逆向設計版圖這三個方面就如何開展教學可以滿足企業對版圖工程師的要求展開探討，安排教學有針對性。在教學方法與內容上做了分析探討，力求讓學生在畢業后可以順利進入IC行業做出努力。
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篇4
隨著集成電路工藝的迅猛發展，也促使集成電路測試技術不斷更新，以提高半導體行業的生產效益。其中晶圓測試對整個集成電路生產過程的良品率及成本控制起著重要的作用。
2 晶圓測試概述
2.1 晶圓測試介紹
晶圓測試是半導體后段區分良品與不良品的第一道工序，主要目的是對晶圓中獨立的晶粒（die）進行測試，通過探針卡接觸晶粒上的觸點（bond pad），測試其電氣功能特性，把不良片篩選出來，同時按照電性不良類型把不合格的產品分類（bin）， 提供給晶圓制造廠進行數據分析，改進工藝。不合格的晶粒會被標上記號，而后當芯片依晶粒為單位切割成獨立的晶粒時，標有記號的不合格晶粒會被洮汰，不再進行下一個制程，以免徒增制造成本。
2.2 晶圓測試分類
通常情況下，晶圓測試是對一片晶圓上每一個獨立完整的芯片進行測試，逐一執行程序中設定的所有測試項（Full Probe），即完全測試，它主要針對研發階段及設計生產逐步走向成熟的產品。但隨著晶圓生產工藝的不斷完善，測試環節的成本控制就會顯得尤為重要。更重要的一個因素是，隨著電子行業的飛速發展，半導體廠需要以更快更優的方式把產品提供給客戶。這就決定了測試工程師必須進一步分析測試程序，研究什么需要被測試以及以何種方式滿足這些測試。因此晶圓的快速測試方法應運而生，它是一個既滿足成本控制，又能提高測試效率的最佳解決方案。
3 晶圓的快速測試方法
在晶圓快速測試（speed probe）中，首先把整片晶圓按照良品率分為兩個區域。良品率低的區域進行完全測試，所有程序中涉及的測試項都會逐一被測試。但針對良品率高的區域采取縮減測試項的快速測試方法，只進行關鍵電性參數的測試，這樣就能大大縮短整片晶圓的測試時間。
快速測試優點和風險分析：
?在關鍵性電參數都被測試的情況下，極大的縮短了測試時間。
?通過大量歷史測試數據分析來劃分良品率高的區域和良品率低的區域，能最大限度的規避快速測試帶來的質量風險。
?晶圓上每一個獨立完整的晶粒都會被測試。
?關鍵的電性參數在快速測試中都會被測試到，如激光修復，ECID，HVST，以及客戶特別要求的測試參數。
?在實際測試中，如果抽樣測試的良品率高于預先設定的閾值，則晶圓上其余的晶粒將執行縮減測試項的程序流程，只進行關鍵參數的測試；如果抽樣測試的良品率低于預先設定的閾值，則晶圓上其余的晶粒將執行程序中規定的所有測試項。
?晶圓快速測試既能提高晶圓測試廠的產能，又能大大降低測試成本。
4 產品A快速測試解決方案
4.1 分析晶圓歷史測試圖（wafer map），確立每一顆晶粒所在位置的歷史良品率，劃分良品率高的區域和良品率低的區域，計算分析觸發快速測試的良品率閾值。
4.2 由測試工程師和產品工程師分析確立關鍵電性參數測試列表（CTL），分析每個測試項的測試時間，在程序中設定縮減的測試流程。
4.3 進行成本分析，包括晶圓測試時間/成本，封裝及最終測試（Finial Test）成本。
5 產品A快速測試結果驗證及結論
使用完全測試和快速測試的方式分別測試三片同樣的晶圓，分bin和良品率（yield）對比結果偏差均符合規格（Bin Kappa Bias < limit 6%， Yield Kappa Bias
通過在產品A執行快速測試，有效的降低了測試成本，縮減了測試時間，同時提高了晶圓測試的產能。
參考文獻
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篇5
2015年北京工業大學碩士研究生擬招生學科目錄已公布，具體內容請各位考生查看如下：
院（所）、學科代碼、名稱 學科方向 招生人數 考試科目 備注 001 機械工程與應用電子技術學院 223 0801 力學 _ 01動力學與控制 _ 02固體力學 _ 03流體力學 _ 04工程力學 27 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④811理論力學或812材料力學I 080200 機械工程 _ 01數字化設計與制造技術 _ 02精密數控加工與自動化裝備 _ 03現代焊接技術與自動化裝備 _ 04機電系統控制及自動化 _ 05機構及機器人系統分析與控制 _ 06機械及微機電系統結構設計 78 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④811理論力學或812材料力學I或813電工學 0804 儀器科學與技術 _ 01精密測試技術與儀器 _ 02現代測控技術及方法 _ 03計算機測試與控制技術 _ 04智能儀器與虛擬儀器技術 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④803電子技術I或812材料力學I或813電工學 085201 機械工程（專業學位） _01數字化設計與制造及裝備 _02現代機械系統設計 _03機電液一體化設計與制造 _04現代測控技術與儀器 _05高端裝備強度與動態分析 95 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④809工程力學或813電工學 002 電子信息與控制工程學院 232 0809 電子科學與技術 _ 01信號處理與電路 _ 02數字多媒體信息技術 _ 03信息光電子學與光通信 _ 04超大規模集成電路設計與系統集成 _ 05電子器件、射頻和功率集成電路及可靠性 58 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④822信號與系統或823半導體物理 1、01-02方向選822； 2、03-05方向選823。 0810 信息與通信工程 _ 01語音與音頻信號處理 _ 02多媒體通信技術 _ 03信號處理理論與通信技術 _ 04圖像與視頻信號處理 30 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④822信號與系統 0811 控制科學與工程 _ 01自動控制理論及其應用 _ 02測控技術與自動化系統 _ 03智能系統與智能信息處理 _ 04信息融合與自主導航 _ 05計算機控制技術及其應用 63 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④821自動控制原理 085208 電子與通信工程（專業學位） _ 01信號與信息處理及其應用技術 _ 02圖像處理與模式識別技術 _ 03多媒體通信技術 _ 04無線通信技術 _ 05嵌入式系統技術 35 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④822信號與系統 085210 控制工程（專業學位） _ 01工業過程的建模、控制與優化 _ 02系統工程（系統優化與決策） _ 03信息管理系統 _04生產過程綜合自動化 _ 05智能控制與智能系統 30 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④821自動控制原理 085209 集成電路工程（專業學位） _ 01集成電路設計 _02集成電路制備工藝及相關技術研究 _03微電子器件檢測與可靠性評價技術 16 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④823半導體物理 004 建筑工程學院 246 0814 土木工程 _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結構新體系與高性能材料 _03結構全壽命設計、健康監測與可持續發展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06水環境恢復工程及水質處理保障技術 _07建筑環境控制及能源利用技術 119 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數學一 ④841結構力學 或833土力學與地基基礎 或843鋼筋混凝土結構 或 845水分析化學與水力學；或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業考生報考方向可選01～05，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業考生報考方向可選06，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業考生報考方向可選07，考試科目應選846或867。 0823 交通運輸工程 _ 01道路與鐵道工程 _ 02交通運輸規劃與管理 _ 03交通信息工程及控制 4 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 0815 水利工程 _ 01水文學及水資源 _ 02水力學及河流動力學 _ 03水工結構工程 _ 04水利水電工程 _ 05港口、海岸及近海工程 10 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數學一 ④841結構力學或844水力學Ⅱ 085213 建筑與土木工程（專業學位） _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結構新體系與高性能材料 _03結構全壽命設計、健康監測與可持續發展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06工程項目管理及信息化 _07水環境恢復工程及水質處理保障技術 _08建筑環境與能源利用技術 100 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④841結構力學或833土力學與地基基礎或845水分析化學與水力學 或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業考生報考方向可選01～06，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業考生報考方向可選07，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業考生報考方向可選08，考試科目應選846或867。 085222 交通運輸工程（專業學位） _01道路交通安全理論與道路工程技術 _02交通規劃與交通控制理論及方法 _03智能交通、仿真與可持續發展整合體系 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 1256 工程管理（專業學位） _ 00不區分研究方向 8 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二 005 環境與能源工程學院 152 070304 物理化學 _01能源材料物理化學 _02催化化學 _03納米材料物理化學 _04界面物理化學與分離技術 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③684物理化學I ④887無機化學II · 0807 動力工程及工程熱物理 _ 01可再生能源利用及先進環境能源理論與技術 _ 02強化傳熱傳質理論與工程應用 _ 03制冷低溫系統及其環保節能理論與技術 _ 04車輛及動力系統節能、凈化與控制 23 · ①101思想政治理論 · ②201英語一 · ③301數學一 · ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學 0817 化學工程與技術 _ 01綠色化學與精細有機化工 _ 02工業催化與納米科學 _ 03膜科學與化工分離技術 _ 04材料化學理論與應用 _ 05先進材料合成及催化應用 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③302數學二 ④814物理化學Ⅲ或820有機化學I或878化工原理 0830 環境科學與工程 _ 01環境規劃與污染防治 _ 02污染控制化學 _ 03環境分析與監測 _ 04環境規劃與管理 _ 05水污染控制工程 _ 06大氣污染控制工程 28 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、只有05方向招日語考生； 2、01-04方向，選856； 3、05方向選857； 4、06方向選858。 085206 動力工程（專業學位） _01可再生能源利用與先進環境能源技術 _02能源動力系統優化及工程應用 _03制冷低溫系統及其節能環保技術 _04動力機械及車輛動力系統節能、凈化與控制 32 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學 085229 環境工程（專業學位） _01水污染控制工程 _02大氣污染控制工程 _03環境規劃與管理 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、01方向選857； 2、02方向選858； 3、03方向選856。 006 應用數理學院 98 0701 數學 _ 01基礎數學 _ 02應用數學 _ 03運籌學與控制論 _ 04科學計算 35 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663數學分析 ④865高等代數 0714 統計學 _ 01非參數統計與數據分析 _ 02應用統計 _ 03生物統計 _ 04金融工程與應用概率 _ 05經濟統計 14 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663 數學分析 ④865 高等代數 0702 物理學 _ 01理論物理 _ 02凝聚態物理 _ 03光學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④861量子力學或863光學 1、01方向選861； 2、02方向選861或863； 3、03方向選863。 0803 光學工程 _ 01脈沖激光技術與應用 _ 02信息光學與應用 _ 03微納光學 _ 04光電傳感與檢測技術 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④828激光原理 0252 應用統計（專業學位） _01生物醫學統計 _02精算統計 _03數量金融 _04質量管理統計 17 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③303數學三 ④432統計學 007 計算機學院 151 0812 計算機科學與技術 _ 01 計算機系統結構 _ 02 計算機軟件與理論 _ 03計算機應用技術 _ 04 信息安全 68 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎 085211 計算機技術（專業學位） _ 01計算機網絡技術 _ 02計算機軟件技術 _ 03計算機應用技術 _ 04信息安全技術 83 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構 009材料科學與工程學院 140 0805 材料科學與工程 _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 80 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎 085204 材料工程（專業學位） _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 60 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎 011 經濟與管理學院 182 1201 管理科學與工程 _ 01技術與項目管理 _ 02戰略管理與社會網絡 _ 03信息管理與信息系統 _ 04城市管理 _ 05運作管理與質量管理 _ 06金融工程 25 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理或805數據庫技術與應用 0202 應用經濟學 _01金融學 _02國際貿易學 _03產業經濟學 _04區域經濟學 _05數量經濟學 _06統計學 _07勞動經濟學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數學三 ④804經濟學原理 1202 工商管理 _ 01會計學 _ 02企業管理 _ 03旅游管理 _ 04技術經濟及管理 13 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理 1251 工商管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 99 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二 1252 公共管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 20 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二 012 建筑與城市規劃學院 60 0833 城鄉規劃學 _ 01城鄉規劃理論與方法 _ 02居住區規劃與設計 _ 03城市設計與景觀規劃 _ 04歷史城市與街區保護規劃 _ 05城市防災減災規劃 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③633城市規劃原理 ④503城市規劃與設計 接收建筑學、城市規劃學(含園林景觀)專業的考生報考。 0851 建筑學（專業學位） _01都市建筑設計及理論 _02歷史建筑的保護與更新 _03建筑與城市綠色環境技術 _04城市設計方法及理論 40 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③355建筑學基礎 ④504建筑快速設計 接收建筑學、城市規劃學專業的考生報考。 085237 工業設計工程（專業學位） _ 00不區分研究方向 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 接收工業設計、產品設計、藝術設計專業等相關專業考生報考。
085229 環境工程（專業學位） _01水污染控制工程 _02大氣污染控制工程 _03環境規劃與管理 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、01方向選857； 2、02方向選858； 3、03方向選856。 006 應用數理學院 98 0701 數學 _ 01基礎數學 _ 02應用數學 _ 03運籌學與控制論 _ 04科學計算 35 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663數學分析 ④865高等代數 0714 統計學 _ 01非參數統計與數據分析 _ 02應用統計 _ 03生物統計 _ 04金融工程與應用概率 _ 05經濟統計 14 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663 數學分析 ④865 高等代數 0702 物理學 _ 01理論物理 _ 02凝聚態物理 _ 03光學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④861量子力學或863光學 1、01方向選861； 2、02方向選861或863； 3、03方向選863。 0803 光學工程 _ 01脈沖激光技術與應用 _ 02信息光學與應用 _ 03微納光學 _ 04光電傳感與檢測技術 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④828激光原理 0252 應用統計（專業學位） _01生物醫學統計 _02精算統計 _03數量金融 _04質量管理統計 17 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③303數學三 ④432統計學 007 計算機學院 151 0812 計算機科學與技術 _ 01 計算機系統結構 _ 02 計算機軟件與理論 _ 03計算機應用技術 _ 04 信息安全 68 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎 085211 計算機技術（專業學位） _ 01計算機網絡技術 _ 02計算機軟件技術 _ 03計算機應用技術 _ 04信息安全技術 83 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構 009材料科學與工程學院 140 0805 材料科學與工程 _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 80 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎 085204 材料工程（專業學位） _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 60 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎 011 經濟與管理學院 182 1201 管理科學與工程 _ 01技術與項目管理 _ 02戰略管理與社會網絡 _ 03信息管理與信息系統 _ 04城市管理 _ 05運作管理與質量管理 _ 06金融工程 25 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理或805數據庫技術與應用 0202 應用經濟學 _01金融學 _02國際貿易學 _03產業經濟學 _04區域經濟學 _05數量經濟學 _06統計學 _07勞動經濟學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數學三 ④804經濟學原理 1202 工商管理 _ 01會計學 _ 02企業管理 _ 03旅游管理 _ 04技術經濟及管理 13 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理 1251 工商管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 99 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二 1252 公共管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 20 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二 012 建筑與城市規劃學院 60 0833 城鄉規劃學 _ 01城鄉規劃理論與方法 _ 02居住區規劃與設計 _ 03城市設計與景觀規劃 _ 04歷史城市與街區保護規劃 _ 05城市防災減災規劃 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③633城市規劃原理 ④503城市規劃與設計 接收建筑學、城市規劃學(含園林景觀)專業的考生報考。 0851 建筑學（專業學位） _01都市建筑設計及理論 _02歷史建筑的保護與更新 _03建筑與城市綠色環境技術 _04城市設計方法及理論 40 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③355建筑學基礎 ④504建筑快速設計 接收建筑學、城市規劃學專業的考生報考。 085237 工業設計工程（專業學位） _ 00不區分研究方向 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 接收工業設計、產品設計、藝術設計專業等相關專業考生報考。 036 學院 10 010108 科學技術哲學 _ 01科學技術與社會研究 _ 02工程倫理學 _ 03生態哲學與可持續發展問題研究 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③620科學技術史 ④825哲學 0305 理論 _ 01基本原理 _ 02中國化研究 _ 03思想政治教育 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③651基本原理 ④883思想政治教育基本原理 035 藝術設計學院 22 1305 設計學 _ 01 產品設計 _ 02 環境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③622設計史論 ④505快題設計 505考試為6小時。 1351 藝術（專業學位） _ 01 產品設計 _ 02 環境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 _ 07 動畫 _ 08 繪畫 _ 09 雕塑 8 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③622設計史論 或 619美術史論 ④505快題設計 或 506專業創作 1、01-04方向選622和505。 2、05-09方向選619和506。 3、506和505考試時間為6小時。 085237 工業設計工程 _01 工業設計 _02 設計管理 _03 交互設計 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 報考02設計管理的考生須有兩年以上工作經驗，專業不限。 039 城市交通學院 87 0823 交通運輸工程 _ 01交通規劃理論與方法 _ 02道路與交通工程設計方法 _ 03交通安全理論與技術 _ 04智能交通控制與信息處理 _ 05路基路面結構與材料 _ 06道路養護與運營管理 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01-04方向選849或832； 2、05-06方向選848。 085222 交通運輸工程（專業學位） _01交通規劃技術 _02交通管理與工程設計 _03交通信息與控制技術 _04道路設施設計與施工技術 _05道路養護與管理 23 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01-03方向選849或832； 2、04-05方向選848。 0812 計算機科學與技術 _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現實與交通仿真 _ 03物聯網信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數據智能處理技術 21 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎 085211 計算機技術（專業學位） _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現實與交通仿真 _ 03物聯網信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數據智能處理技術 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構 0811 控制科學與工程 _ 01智能交通系統控制 _ 02自主車輛與車路協同 _ 03交通圖像與視頻信號處理與分析 _ 04交通信息智能化處理 8 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④821自動控制原理 085210 控制工程（專業學位） _ 01智能交通系統管理與控制技術 _ 02智能車輛與車路協同控制技術 _ 03交通信息處理方法與應用 _ 04交通圖像與視頻信號處理技術 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④821自動控制原理
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三維集成電路是指多層面構建集成電路，可進一步擴展布局空間，減少線路相互之間的干擾，解決信號擁堵問題，擴大頻寬，降低功耗，最終提高系統性能。3D封裝是三維集成電路關鍵技術，主要包括裸片堆疊封裝、疊層封裝與封裝內堆疊三種具體實現形式，各有優劣。貫穿硅通孔技術（TSV）是一種系統級架構技術，可實現層級間裸片互聯，是目前最先進、應用最廣泛的互聯方式之一。本次研究就基于硅通孔技術的三維集成電路基本設計進行概述與分析。
1 TSV制備
TSV制備工藝據通孔制作工藝順序可分為先通孔與后通孔兩種，先通孔是指在制備IC時同時通孔，后者是指在制備IC后通孔。
前通孔主要特征包括：（1）工藝在CMOS或BEOL制備前應用；（2）在元件設計階段即介入應用；（3）需嚴格的CD控制；（4）通孔寬度為5-20μm；（5）深寬比AR3：1-10：1。而后通孔主要特征為：（1）工藝在BEOL或TSV鍵合（Bonding）制備后應用；（2）在設計階段后期介入；（3）CD控制較寬松；（4）通孔寬度20-50μm；（5）深寬比AR3：1-15：1。
通孔刻蝕技術是TSV技術的核心，強調通孔尺寸一致性，無殘渣，形成需達到一定速度，規格設計具有一定靈活性，目前僅有IBM及其部分代工廠掌握該核心技術。通孔刻蝕技術主要可分為博世工藝技術、激光刻蝕技術，兩者各有優劣。博士工藝孔徑大小、數目、深度無特殊要求，但孔徑側面較粗糙，材料成本高，需要光刻。激光刻蝕僅適用于>10μm孔徑通孔，孔徑數目也受吞吐量影響，但通孔側壁表明光滑，耗材低，無需光刻。
通孔后，TSV需進行填充，涉及通孔絕緣、淀積與電鍍多個工藝步驟，使用材料包括硅烷、正硅酸丁酯等。填充時需要考慮填充絕緣、沉積溫度等多個方面因素，一個細節的疏忽都可能影響通孔性能，進而影響系統穩定性與功效。目前，主要填充技術包括濺射沉積、均勻淀積，但考慮到成本因素，電鍍銅是目前應用最廣泛的硅通孔填充方式。
最后為實現晶體TSV互聯，需應用TSV鍵合技術，目前最常用的鍵合技術包括金屬-金屬鍵合、氧化物共熔鍵合與高分子黏結鍵合。三種鍵合技術各有優劣，應用均十分廣泛，但均只適用于滿足電學特性的光滑鍵合表面，不能進行機械表面與電學特性表面鍵合，金屬-金屬鍵合有望打破這種限制。
2 反映TSV性能的參數及其意義
2.1 互聯延時
全局互聯普遍被認為是集成系統性能提升的設計瓶頸，全局互聯產生的連線延時決定系統時鐘頻率與速度傳輸限，創造一種更有效的互聯策略已成為當今電路設計中研究熱點。緩沖器插入式目前應用最廣泛的一種縮短全局互聯延時的設計，使用靈活，有助于減少硅通孔數目與集成密度，進而降低互聯延時效應，提高系統性能，降低誤差。
2.2 互聯功耗
互聯功耗與系統電路規模與集成密度有關，目前，互聯電容已取代門電路成為片上功耗與動態功耗主導因素，插入緩沖器后功耗與全局互聯規模有關。應用硅通孔三維互聯構架，可減少互聯需要，但卻需要更多的緩沖器，增加片上功耗，在設計PSV時，需充分考慮PSV功耗。
3 TSV三維集成具體設計主要思路
3.1 阻抗特性差異
三維集成雖然可緩解不同材料、工藝差異所產生的串擾噪聲，降低混合技術同化復雜度與電路模塊電磁干擾，最終降低成本，提高效效能，但與此同時，三維設計也增加了阻抗差異。阻抗差異后是源層互聯固有缺陷，應用TSV技術互聯則增加了阻抗差異，進一步放大了這種缺陷。因此將TSV應用三維集成系統構架中，需綜合考慮阻抗差異，盡力減少阻抗差異對互聯信號的影響，避免信號發生反射或失真。
3.2 熱管理與優化
電路工作之中不可避免的發散熱量，熱效應已成為影響集成電路功效、元件可靠性的重要因素之一。三維集成技術增加了芯片物理層數，頂端物理層與散熱片距離顯著增加；三維集成技術縮短了物理尺寸，芯片功耗密度顯著增加，熱效應增加，芯片內溫度上升，可能造成元件性能下降，電遷移失敗，甚至可能造成物理損毀。應用TSV技術，可能影響整個芯片熱擴散效果、途徑，因此在設計TSV系統構架時，需對熱擴散進行預測，分析芯片內外溫度分布，并提出熱優化技術與策略，降低消熱阻。目前常采用的熱優化技術策略為減薄襯底厚度，降低散熱片等效熱阻，熱驅動優化，布局優化，熱通孔插入，等。
4 碳納米管TSV設計
碳納米管具有優良的電熱傳輸特性，平均自由程較長，耐高溫，是一種較理想的互聯材料，具有較大的發展潛力。碳納米管電流承載密度極限遠高于銅，電子遷移穩定，有助于克服承載不穩定性TSV技術這一固有缺陷。碳納米管具有一維導體特性，熱特性較高，熱傳導率極高，可達到3000～8000W/m-K，將碳納米管應用于TSV集成可極大的提高系統散熱能力。
5 小結
硅通孔技術是三維集成電路制造核心技術之一，其技術水平直接影響系統性能、穩定性。電路設計工作者，在應用TSV技術過程中，應盡量采用時下成熟的TSV制備技術，把握具體設計思路，從提升系統整體性能出發，提升設計水平。同時，應具有創新、探索精神，積極嘗試引入新材料、技術與理念，大膽嘗試，開闊設計思路，以探索更優的設計方案。
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作者簡介
篇7
An Overview of Regularity Extraction Algorithms in Integrated Circuits
ZHANG Hou-jun, ZHOU Zhou
(Department of Computer Science and Technology, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: Data-path dominated integrated circuits always have a good amount of regularity in them. Regularity of integrated circuits has the merits for predigesting design, shortening the period of design, reducing the design cost, and improving the performance of the system. This paper is a literature review. It introduces the recent study of graph-theory based regularity extraction algorithms in summary. Meanwhile the solving idea and time-complexity of some classical algorithms, such as TREE and SPOG, are introduced. The advantages and disadvantages are analyzed too. Moreover, some important properties are summarized and compared. Last, this paper provides a referenced direction for the study of regularity extraction.
Key words: reconfigurable; regularity extraction; graph isomorphism; sub-graph extension; data-flow graph
1 概述
隨著集成電路制造技術的進步和應用需求的增長，整個系統現在已經可以集成在單個芯片之中，片上系統(system on a chip，SoC)已成為集成電路系統設計的重要形式和熱點研究內容。然而，當前集成電路設計能力不足已成為制約集成電路工業進一步發展的重要因素。因此必須盡快改進設計方法，不斷提高設計能力[12]。
傳統的設計方法中忽略了系統描述本身所包含的結構特性。在以數據處理為主的應用描述中往往具有高度的規律性，存在著大量的相似結構，利用其規律性可以實現規則的布圖以提高芯片的性能及可制造性。因此，如果能夠將基于模板的技術用在集成電路的設計當中，分析和提取電路中相似結構以實現規則性的布圖，那么芯片在性能和集成度方面將會有大大改善。
電路模板技術是指將電路中重復出現的子電路抽象出來作為模板，它在電路性能的提高、電路的驗證、設計重用、電路劃分等領域以及處理高層次綜合領域中的調度和分配問題都具有重要的作用[12]。因此對集成電路的規則性提取問題的研究在VLSI 自動化設計領域具有深遠的意義。
此外，嵌入式多媒體應用程序的一個顯著特點也是規則運算很多，運算時間復雜度很高，因此也迫切需要提高性能，降低功耗。
從輸入數據流圖(data-flow graph, DFG)中提取出圖中頻繁運用的子圖集合或相似子圖集合，通過后續模板覆蓋、任務劃分和調度階段對原始DFG進行模板覆蓋，將相似子程序調度到相同的PE陣列上去，這使得程序的調度更有效，最大可能地復用模塊單元實現系統的功能，提高重用性，減少系統的面積。因此，基于模板的技術也是可重構系統任務編譯器前端設計中一種較有效的方法。如果能在可重構系統的編譯器當中使用模板技術，那么對系統的并行處理及邏輯優化等將會有很大幫助。
無論是對數據通路型集成電路還是對嵌入式多媒體應用程序進行規律性提取時，通常都是將電路的門級網表或者程序轉化為對應的DFG表示。因此，本文主要討論基于圖論的模板提取。
2 問題定義
對于一個DFG，結點表示一個簡單的操作（比如ADD，SUB等），有向邊表示數據流的方向。設G(V，E)表示一個DFG，V為其頂點集，E為其邊集，有如下定義。
定義1 若圖SG(SV，SE) 滿足SV∈V 及SE∈E，則稱SG是G 子圖[16]。
定義2 對于G(V，E)中的兩個子圖G1(V1，E1)，G2(V2，E2)，如果V1和V2之間存在一一對應的映射關系f：V1V2，對于vi，vj∈V1，∈E1當且僅當∈E2，并且與的重數相同，那么稱G(V，E)的兩個子圖G1(V1，E1)，G2(V2，E2)是同構的[16]。
定義3 模板T就是DFG中頻繁出現的子圖結構，而與此模板結構相同的子圖稱為該模板的實例，這種子圖的個數稱為該模板的頻數[13]。
定義4 若SG(SV，SE)是G(V，E)的一個子圖，將SV記為有序的結點集，則SV的第一個結點稱為SV或子圖SG的起點[12]。
定義5 圖G(V，E)的頂點平均度，記作
其中，deg(vi)為頂點vi的度，表示與vi相鄰頂點的個數[11]。
3 現有模板提取算法分析
目前，國外有些學者提出了一些模板提取的算法，并取得了一定的研究成果，國內研究尚處于初級階段。下面對一些典型的模板提取算法的思想作一下介紹。
3.1 模板提取算法
3.1.1 TREE和SPOG算法[8]
由Chowdhary等人提出的TREE算法能夠提取出單輸出和內部沒有匯聚的模板。而且其通過兩個假設（假設1：把圖G的子圖集S限制在只包括某些子圖，這些子圖滿足不再是S中任一圖的子圖，且在S中其頻數大于1。假設2：對于G中每一個有入邊的結點v，假設其有f條入邊，前驅結點分別為u1,u2…uf，每一條邊都被賦予一個唯一的索引號，k[ui, v]=i, 1≤i≤f）將樹形模板的數量減少到v(v-1)/2。算法的基本思想如下：
1）對G的所有結點進行拓撲排序v1,v2…vn。
2）對于任意兩個編號的結點vi, vj(1≤i,j≤n)，生成以這兩個結點為根的功能上相同的最大子圖作為一個模板Sm。
3）判斷模板庫中是否存在于Sm功能上等價的模板。如果不存在，將Sm加入到模板庫當中；否則，舍棄Sm。
SPOG算法則是在TREE算法基礎上的擴展和改進，將生成的模板擴展到多輸出模板。此時SPOG子圖的數量可以被限制在v(v-1)。
TREE算法和SPOG算法是典型的模板提取算法，它能夠提取出基于兩個假設以及各自限制條件之內的所有模板，這對于后續的模板覆蓋有很大的幫助，覆蓋率較高。但同時此算法也有著很大的不足之處，都適用于分散圖，且生成的模板限制在tree形或spog形，算法的復雜度也很高，為O(v5)，不適合實際工程的需要。
3.1.2 FAN算法[15]
潘偉濤等人提出的FAN算法通過邊權值編碼，先生成小規模模板，然后再逐級擴展生成較大規模模板，產生扇形頻繁子電路。算法的基本思想如下：
1）統計電路中每種標準單元出現的頻率。依據最小支持度確定為各標準單元作標記還是刪除它，并計算所有頂點的有效輸入權值。
2）搜索所有同構實例，對于每一個同構實例在最左頂點擴展一條邊。
3）統計擴展后的扇形子電路的種類和頻數。依據最小支持度確定將此子電路標記為模板并進行下一輪的擴展還是將它刪除。
FAN算法采用最小支持度對每次擴展生成的子圖進行限制，通過比較子電路的出現的頻數，有效地避免了子圖擴展時一些不必要的冗余擴展，并且此算法采用逐級擴大規模的方法，得到的模板層次化較強，可以對電路進行更好的覆蓋實用性較強。
3.1.3 其他算法
Rao and Kurdahi [3]最早關注于數據通路型集成電路的模板提取，它將基于模板的聚類思想應用到數據通路的綜合上，這里的模板提取過程也就是基于不同子圖（它們可以被復制來覆蓋整個DFG）的識別過程。文獻[4]在解決模板提取問題時，假設子模塊已經生成，主要解決子模塊分類問題，但是一般情況下需要自動生成模塊。文獻[5-6]提出了一些模塊生成算法，但均是先選擇某一頂點作為一個模塊，然后在此模塊內不斷加入其它的頂點形成新的模塊。這幾種算法對模塊的形式沒有限制，但也有其固有的缺點，就是所生成的模塊形式依賴于起始模塊的選擇。文獻[11]提出了一種基于頂點的輻射路特征的門級到功能模塊級的快速子電路提取算法，解決了宏單元模板自動匹配，通過單個頂點的相似度特征，將子圖同構問題轉化為頂點之間的匹配問題，算法最差時間復雜度為■（其中，n和k為兩圖結點數，d為原始電路的直徑）。文獻[12]中算法對DFG的整體結構以及模塊的結構沒有要求，增強了算法的健壯性，而且生成的模板的層次化較強，模板覆蓋率較高，但在同構判斷時無針對性，需對所有模板進行一一判斷，導致程序復雜性的提高。
3.2 模板提取算法的比較與分析
模板提取算法有以下一些重要性質：1）輸入DFG的類型，如連通圖、有向圖和無環圖等；2）遍歷策略，如深度優先或者廣度優先等；3）候選子圖的產生策略，如逐級擴展還是其他；4）對重復圖的消除策略，如主動地或被動地；5）生成模板的層次化，如較好或較差。表1詳細列出了一些模板提取算法的重要性質，并進行了比較。
4 總結和展望
隨著集成電路產業的發展，迫切地需要提高芯片的性能，而利用集成電路自身的規律性可以實現規則的布圖。因此，基于模板的技術將會對提高芯片的性能及可制造性有很大的幫助。本文歸納了基于圖論的模板提取的各種算法，目前在這方面的研究已經取得了很大成績，并被應用到一些實際的系統中。本文重點介紹了TREE、SPOG和FAN等典型的模板提取算法，并對其他算法進行了簡要介紹。歸納出模板提取算法的一些重要性質，并對現有各算法進行了比較。
雖然目前存在的算法較多，且執行效率較高，但我們覺得還可以在以下方面加以改進或做進一步的研究：
1）現實生活中有各種各樣的圖形：有向圖，無向圖，加權圖，無連通圖等，但目前的算法大部分都是針對連通圖的提取，對加權圖有環圖等的提取算法很少，因此對加權圖有環圖等的提取算法的研究也是一個重要的研究方向。
2）現有方法優勢還主要集中在對小規模集成電路的提取上，集成電路產業的發展要求我們能夠對大規模甚至超大規模集成電路進行提取，因此需要研究大規模集成電路的提取方法。
3）模板提取評測方法的研究。目前主要是靠算法復雜度的評估以及模板覆蓋率等，在模板覆蓋階段，現有最大模板優先和最頻繁模板優先的方法，但這樣不能達到對系統最好覆蓋，因此我們應該考慮如何在模板的規模和頻數之間進行權衡，以利用所提取的模板達到對系統的最完美覆蓋，最大程度地減小系統面積開銷。
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篇8
on a PLL Technology
Abstract: The paper is based on Phase-Locked Loops technology with the analysis to Local Oscillator tuning of RF signal digital receiver. A method for BICMOS digital frequency tuning circuit with very low power dissipation is presented. The theory of the tuning system is demonstrated in detail, on its circuits and curves and data of simulation. The circuit adopts a programmable divider to decide a divide ratio which is needed. Consequently, the Phase-Locked Loops system will be locked on a concerned frequency. Accordingly, the Voltage Controlled Oscillator is operated to give a Local Oscillation frequency within a closed loop by a frequency divider, phase detector and a charge pump.
Key words: Phase-Locked Loops; Local Oscillator; Voltage Controlled Oscillator; frequency tuning; divide ratio
1引言
頻率調諧系統作為信號接收機對信號篩選過程中重要的一部分，在便攜式通信電子產品中得到廣泛應用,。本文是基于PLL技術，分析設計射頻信號接收機中的數字調諧部分。PLL的基本作用是把時鐘頻率調制到所需的頻率上，并使這個頻率鎖定以達到穩定的輸出。本篇文章分析的重點是在調諧系統內部，通過PLL控制外部振蕩器的頻率；難點是數字調諧部分中的可編程分頻器，要根據設計要求計算分頻比的理論值，然后推算分頻器輸入到輸出的算法函數，根據算法函數設計出電路。
2電路的原理與技術分析
2.1 電路工作原理
如圖1所示，射頻信號接收機數字調諧系統由壓控振蕩器（VCO），數字調諧部分和一個二分頻器組成，而VCO與數字調諧部分又組成了鎖相環結構，可以根據鎖相環理論來設計電路。整個數字調諧系統結構如圖2所示，VCO輸出的振蕩頻率經過可編程分頻器處理，與外部晶振提供的基準參考頻率一同送入鑒頻鑒相器進行比較。出于對功耗的考慮，本文選用32.768KHz晶體振蕩電路設計，作為頻率調諧系統的參考頻率。
鑒頻鑒相器輸出驅動電荷泵，通過環路濾波器向壓控振蕩器提供調諧電流，用以調整變容二極管的電容值，修正壓控振蕩器輸出頻率。當可編程分頻器輸出頻率與參考頻率完全一致時，環路處于鎖定狀態，使壓控振蕩器輸出頻率固定，最終得到的頻率再經2分頻電路送入混頻器。本設計使用兩個不同時間常數的濾波器，在第一個階段，環路必須快速響應，但后一個環路要有窄的帶寬來限制噪聲以達到好的信噪比。
2.2 壓控振蕩器
振蕩器就是在直流電源供電的情況下，產生周期性變化的電壓信號的電路。任何振蕩器都可看作是一個在振蕩頻率處呈正反饋的環路。如圖所示，Ha（w）為前向電路的傳輸函數，Hf（w）為反饋網絡的傳輸函數。振蕩器的起振條件為T（w）=Hf（w）Ha（w）>1
2.2.1負阻特性振蕩器
本文中壓控振蕩器使用負阻LC振蕩器結構。負阻LC振蕩器可看作是一個能量補償系統。可將振蕩器看作一個LC諧振回路與呈現負阻特性的有源電路相接。使振蕩器獲得穩定輸出，
阻抗匹配分析法常用于負阻LC振蕩器。當信號源所驅動電路的輸入阻抗和信號源阻抗共軛時，從信號源吸收的功率才能達到最大值，這時達到了輸入阻抗匹配條件；同理，只有當電路的輸出阻抗與該電路的負載阻抗共軛時，負載從電路吸收的功率才能最大，電路達到了輸出阻抗匹配條件。
如圖4，VG為信號源電壓，ZS為信號源阻抗，ZIN為信號源所驅動電路的輸入阻抗。ZS＝RS+jXS, ZIN＝ZS*是阻抗匹配的條件。負阻LC振蕩器是把一個呈現負阻特性的有源器件（或電路）直接與LC諧振回路相接，以產的關系如下所示。
A、當Rn>Rp時，振蕩器輸出呈現衰減振蕩，如圖6所示。
B、當rn
C、當rn=Rp時，振蕩器輸出呈現等幅振蕩，如圖8所示。
2.2.省略 v（vcotank2） va
.plot ac zin（r） zin（i） zin（m） zin（p）
.ac dec 1000 1meg 1000meg
仿真的結果波形為：
通過變容二極管，調整回路的品質因子，來改進振蕩器的性能。主要是分析外部LC部分負載阻抗與差分電路部分輸出阻抗的阻抗匹配。圖11為本設計VCO諧振回路的電路。諧振部分以外的電路是為了提高穩定性而采取的濾波電路。
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2.2.3跨導與阻抗的匹配
Rp是諧振回路的等效阻抗，電感Lp的作用是給差分結構晶體管提供偏置電流。為了保證振蕩，使負阻和平均阻抗絕對值等于Rp，一般將晶體管的跨導gm取為1/Rp的五到六倍之間，即設計余量因子為2.5－3。可以根據gm=i/u, 計算不同溫度時的跨導。通過對其直流分量的測量而確定振蕩器起振時的偏置電流。其典型值如下表1所示。
從結果中發現，25℃左右溫度下跨導值相對穩定，而在-40℃以下或40℃以上時跨導值有1mA/v左右的變化；體現在直流分量上就是10uA左右。說明在-40℃以下或40℃以上條件下，振蕩器的起振電流條件不穩定。本電路的振蕩器部分采用雙極晶體管工藝，電路對溫度有明顯的反映，直接導致的結果就是在75℃高溫時的振蕩器不能起振。因此，應慎重從設計及工藝角度來優化設計。
2.3調諧部分的設計
調諧部分的難點是可編程分頻器，分頻器是鎖相環電路中的基本單元．是鎖相環中工作在最高頻率的單元電路。按照設計的要求，本電路采用13位可編程分頻器。分析結果表明它的分頻值是在要求范圍之內變化的。
2.3.1理論要求
在FM廣播波段中，接收頻率范圍是76MHz－108MHz，而每個電臺的波段為200K，最大保持頻段為150K。所以每隔200K的頻率就會有一個可能的電臺波段。射頻信號經低噪聲放大器后，和LO信號一同進入混頻器進行差頻，得到中頻225K，中頻作為新的載波攜帶音頻信號進入到下一級進行聲頻信號調制。
在PLL頻率調諧系統中，為了調節VCO的振蕩頻率，通過一個可編程分頻器來實現調節的第一步。13位可編程分頻器分頻值的十進制表示可由下式給出。
FVCO, PLL值表示的是分頻器實際需要的十進制分頻值，這個值得到后要進行四舍五入的處理，然后根據這個分頻值對分頻器進行設計。表2為調諧系統中有關數值的傳輸過程。
2.3.2分析設計過程
可編程分頻器
頻率調諧部分的設計首先要從可編程分頻器開始，VCO的輸出直接與分頻器第1級÷2/3電路相連，這是整個分頻器中頻率最高的部分，接著信號進入÷4/6雙模前置分頻器，該部分電路的頻率仍然較高，依次類推，這些單個模塊的分頻器要受輸入控制端D端的控制來確定與之對應的分頻值，分頻后和我們需要的基準頻率32768Hz來進行比較。
選取標準頻道76MHz來進行分析，把76MHz時的十進制分頻值4652換算成二進制值為上邊頻，則D0-D12這13個二進制值就是控制分頻器分頻值的控制端，可以完成調節不同分頻值來鎖定我們所需要的收音頻道。完成這個設計，首先要找到分頻器各模塊之間與D0-D12數值之間的關系，提出分頻值的算法。
因為所有的分頻模塊中都可能有兩種分頻值（因為D值存在高電平1和低點平0兩個輸入模式）我們可以先得到各模塊的一個基本分頻規律，就是2的n次方，在不考慮D值的情況下，分頻模塊要基本保證2分頻。而根據76M到108M的頻率范圍，可以確定分頻器的分頻值在4000到6700的范圍內，這樣就能確定n的具體數值為12（2的12次方為4096），所以我們至少要采用12個分頻模塊來完成設計要求。
其次我們要找到分頻模塊的具體算法：
因為是否是3分頻是由D端的數值來確定，所以我們需要用D值來表示是否是3分頻，可以假設當D值等于1時，單個模塊的分頻值應是3分頻，當D值等于0時，單個模塊的分頻值應是2分頻，這樣我們就可以根據二進制轉換十進制的邏輯寫出可編程分頻器分頻比的基本算法：
通過以上的基本算法，我們就可以采用具體的分頻器來搭配13位可編程分頻器，本文設計的可編程分頻器由雙模分頻器構成，如圖12。
CK和CKB是差分時鐘信號，CTRL是分頻控制信號，CTRL=1時電路作2分頻；CTRL=0時作3分頻；
電路的仿真結果如下：
根據我們所設計的需要采用12個分頻模塊，則由雙模分頻器組成的可編程分頻器電路結構可設計為圖14所表示電路圖。
電荷泵
在PLL電路中，電荷泵的主要功能是把PFD輸出的數字信號轉換為用來控制VCO輸出頻率的模擬信號。傳統的電荷泵為了達到高速，往往以犧牲精度為代價。
本文設計的電荷泵采用兩種調節，大大縮短了響應時間，既提高了鎖相環的速度，又保證了鎖相環的精度。電路原理如圖15所示。
采用雙電荷泵結構，上面用于微調，下面用于粗調。實際電路結構如圖16所示，為降低噪聲影響采用差分方式輸入，通過對A,AN;B,BN兩組差分信號對進行放大，為電荷泵的有源負載提供偏置。Q2、Q3、Q6、Q8、Q9根據鑒相器的輸出信號來決定它們的開啟或關閉，實現電荷泵的充電或放電功能。
對電壓和電流特性的仿真結果如圖17所示。
從仿真圖可以看出，當PFD有信號輸出時，電荷泵是逐級對VCO進行調整，在開始階段之前的9ms，粗調和微調兩電路同時工作，之后粗調電路開啟，細調電路關閉，粗調電路的拉電流和灌電流很大，約為40uA，電荷泵輸出電壓控制VCO到所需的大概頻率段上；當PFD輸出信號減弱后，電荷泵微調電路開啟，拉電流和灌電流降低約為1uA左右，微調輸出控制VCO在較精準的頻率上，直到PFD沒有信號輸出，電荷泵粗調和細調都被關閉。系統就會鎖定我們需要的頻率。電荷泵的設計是整個電路低功耗設計的重點。
3結論
本文設計了一個應用于數字調頻接收機頻率調諧系統的電路，解決了對可編程分頻器設計和改進電荷泵的問題。根據設計的電路，測試數字調諧系統的理論計算值與實際仿真值并作比較，如圖18所示。
本設計LO輸出的誤差范圍在8Hz－8.5KHz之間，符合誤差小于10KHz的設計要求。對本設計而言，基準頻率32.768KHz的選取，是因為這個頻率的晶振功耗小，但對系統的精度有影響，要尋求更高的精度，需要在功耗和精度之間做優化。電路功耗的檢測從對整體數字調諧系統的實際仿真得出，仿真的結果是：2.5V電源下，在76MHz到108MHz的頻率范圍內，系統的平均功耗為 5.5mw，符合設計的要求。
射頻電路的設計，主要是通過對網絡匹配的分析，來滿足系統的設計要求。
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作者簡介
王鴻鵬，碩士研究生，研究方向：集成電路設計研究；
郭宇，北京美新華微電子技術有限公司技術工程師，研究方向：集成電路設計研究；
篇9
一 調試的目的
調試的目的主要有兩個方面，一發現設計的缺陷和安裝的錯誤，并改進與糾正，或提出改進意見；通過調整電路參數，避免因元器件參數或裝配工藝不一致，而造成電路性能的 不一致或功能和技術指標達不到設計要求的情況發生，確保產品的各項功能和性能指標均達到設計要求。
二 調試要點
電子產品是由眾多的元器件組成的，由于各元器件性能參數具有很大的離散性（允許誤差），電路設計的近似性，再加上生產過程中其他隨時因素（如存在分布參數等）的影響，使得裝配完的產品在性能方面有較大的差異，通常達不到設計規定的功能和性能指標，這就是整機裝配完畢后必須進行調試（測試與調整）的原因。
三 調試技術方法
調試技術包括調整和測試（檢驗）兩部分內容。調整：主要是對電路參數的調整。一般是對電路中可調元器件，如可調電阻、可調電容、可調電感等以及機械部分進行調整，使電路達到預定的功能和性能要求；測試：主要是對電路的各項技術指標和功能進行測試和試驗，并同設計的性能指標進行比較，以確定電路是否合格。它是電路調整的依據，又是檢驗結論的判斷依據。實際上，電子產品的調整和測試是同時進行的，要經過反復的調整和測試，產品的性能才能達到預期的目標。
調試的過程分為通電前的檢查（調試準備）和通電調試兩大階段。對于較復雜的產品，還可進一步分為單元部件（單板）調試和整機調試兩大階段。
通電前的檢查（調試準備）。在電路板安裝完畢進行測試前，必須在不通電的情況下，對電路板進行認真細致的檢查，以便發現和糾正比較明顯的安裝錯誤，避免盲目通電可能造成的電路損壞。重點檢查的項目有：電源的正、負極是否接反，有、無短路現象，電源線、地線是否接觸可靠。（可以萬用表進行檢查）；元器件的型號（參數）是否有誤、引腳之間有、無短路現象。有極性的元器件，如二極管、晶體管、電解電容、集成電路等的極性或方向是否正確；連接導線有無接錯、漏接、短線等現象；電路板各焊接點有無漏焊、橋接短路等現象；用萬用表的歐姆擋，測量電源的正、負極之間的正、反向電阻值，以判斷是否存在嚴重的短路現象。
通電調試，通電調試包括測試和調整兩個方面。測試的目的是了解電路實際工作狀態，獲得電路各項主要性能指標的數據，提供調整電路的依據。調整的目的是：使電路性能達到設計要求。較復雜的電路調試通常采用先分塊調試，然后進行總調試。通電調試一般包括通電觀察、靜態調試和動態調試。通電觀察。將符合要求的電源正確地接入被測電路，觀察有無異常現象，如發現電路冒煙、有異常氣味以及元器件發燙等現象，應立即切斷電源，檢查電路。排除故障后，方可重新接通電源進行測試；靜態調試。靜態調試是指在不加輸入信號（或輸入信號為零）的情況下，進行電路直流工作狀態的測量和調整。模擬電路的靜態測試就是測量電路的靜態直流工作點；數字電路的靜態測試就是輸入端設置成符合要求的高（或低）電平，測量電路各點的電位值及邏輯關系等。通過靜態測試，可以及時發現一損壞的元器件，判斷電路工作情況并及時調整電路參數，使電路工作狀態符合設計要求；動態調試。動態調試就是在電路的輸入端接入適當頻率和幅度的信號，循者信號的流向逐級檢測電路個測點的信號波形和有關參數，并通過計算測量的結果來估算電路性能指標，必要時進行適當的調整，使指標達到要求。若發現工作不正常，應先排除故障，然后再進行動態測試和調整。
動態調整必須在靜態調試合格的情況下進行；整機調試。整機調試是在單元部件調試的基礎上進行的。各單元部件的綜合測試合格后，裝配成整機或系統。整機調試的過程包括：外觀檢查、結構調試、通電堅持、電源調試、整機統調、整機技術指標綜合測試及例行試驗等。
四 整機調試過程中的故障分析
電子產品調試過程中，經常會遇到調試失敗的情況，甚至可能出現一些致命故障，如通電后，燒熔斷絲、冒煙、打火、漏電等。造成電路無法正常工作。故電子線路故障的分析與處理也是電子產品調試工作中經常會遇到的問題，通過對所遇到的實際問題的分析與處理，可培養我們獨立分析問題和解決問題的能力。
調試過程中所遇到的故障有其自身的特點：由于故障機是新裝配的整機產品，或沒有使用過，或是還不成熟的新產品樣機等原因，故障以焊接和裝配故障為主；一般都是機內故障，基本上不會出現幾外及使用不當造成的人為故障，更不會有元器件老化故障。對于新產品樣機，則可能存在特有的設計缺陷或元器件參數不合理的故障。故障的出現有一定的規律性，找出故障出現的規律，便能有效、快捷地檢找和排除故障。
一般來說故障的原因主要有以下幾種，焊接故障：如漏焊、虛焊、錯焊、橋接等；裝配故障：機械安裝位置不當、錯位、卡死等；電氣連接錯誤：如集成塊裝反、二極管、晶體管的電極裝錯，其它有極性的元件（如電解電容）極性裝反；元器件位置錯誤；漏裝等；元器件失效：如集成電路損壞、晶體管擊穿或元器件參數達不到要求；電路設計不當或元器件參數不合理造成的故障，這是樣機特有的故障。這類故障查找出原因后，采用臨時應急措施使產品的各項性能指標達到要求，并將結果寫成樣機調試報告，供設計生產部門參考。
五 整機調試過程中的故障處理的步驟
故障處理的步驟是先查找、分析出故障的原因，判斷故障發生的部位，然后排除故障，最后對修復的整機的各項功能和性能進行全面檢驗。
故障處理一般可分為四步：觀察，首先對被檢查電路表面狀況進行直接觀察，從而發現問題，找出故障點。直接觀察可在不通電和通電兩種情況下進行。對于新安裝的電路，首先要在不通電的情況下，認真檢查電路是否有元件用錯、元件引腳接錯、元器件損壞、掉線、斷線，有沒有接觸不良等現象。對于不能正常工作的電路，應在不通電的情況下觀察被檢修電路的表面，可能會發現變壓器、電阻燒焦，晶體管斷極，電容漏油，元器件脫焊，插件接觸不良等。
參考文獻
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篇10
文章編號：1004-373X(2011)20-0181-03
Design for Circuit of 5 Frequency Divider in USB3.0
ZHAO Guang, GONG Yu-bin
(School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)
Abstract： A new divided-by-5 frequency divider based on current mode logic (CML) and true single phase clock (TSPC) are designed and implemented by using 65 nm CMOS process technology. The divider is applied to the clock frequency conversion in physical layer of USB3.0, and the output signal has a 50% duty cycle. Simulation result show the divider based on CML can work in 8 GHz frequency steadily and it's power dissipation is 1.9 mW; the divider based on TSPC can work in 10 GHz frequency steadily and it's power dissipation is 0.2 mW. Both dividers can satisfy the standard of USB3.0.
Keywords： frequency divider;trigger; current mode logic (CML); logic of single phase clock (TSPC)
0 引 言
USB 3.0是通用串行總線（Universal Serial Bus）的最新規范，該規范由英特爾等大公司發起，其最高傳輸速度可達5 Gb/s［1］，并且兼容USB 2.0及以下接口標準。物理層的并串/串并轉換電路是USB 3.0的重要組成部分，在發送端將經過8 b/10 b編碼的10位并行數據轉換成串行數據并傳輸到驅動電路，在接收端將經過CDR（Clock and Data Recovery）恢復出來的串行數據轉換成10位并行數據。在并串/串并轉換過程中，同時存在著時鐘頻率的轉換，若串行數據采用時鐘上下沿雙沿輸出［2］，則串行數據傳輸頻率降低一半，并行傳輸時鐘為串行傳輸時鐘的1/5，即五分頻。
本文設計了基于65 nm工藝的五分頻器，產生┮桓穌伎氈任50%的五分頻信號。對該電路的設計不以追求高速度為惟一目標［3］，而是在滿足USB 3.0協議所要求的頻率范圍基礎上，盡可能的降低功耗。
1 電路原理與結構
采用基于D觸發器結構的五分頻器邏輯框圖如┩1所示。圖1由3個D觸發器和少量邏輯門構成，采用了同步工作模式，其原理是由吞脈沖計數原理產生2個占空比不同的五分頻信號A和B，然后對時鐘信號CLK，A和B進行邏輯運算得到占空比為50%的五分頻信號CLK/5，其計數過程如表1所示，從表1的計數過程可知，分頻后的時鐘CLK/5的周期是輸入時鐘CLK的5倍，由此實現了五分頻并且其占空比為50%。
圖1 5分頻電路邏輯結構
2 分頻器基本電路的設計
觸發器是整個分頻器中最基本的結構，只有設計好一個快速的觸發器，才能實現一個高頻率的分頻器［4］，目前用于分頻電路的觸發器電路主要有3種。第1種是CML（Current Mode logic）電路，是由ECL（Emitter Couple Logic）電路演變來的，相比傳統的靜態分頻器，由于電路的擺幅較小，因而電路的工作速度快；第2種是TSPC（True Single Phase Clock）電路，采用單相時鐘，大大減少了電路的元件數目，從而提高電路工作速度，同時這種電路功耗極低；第3種是注鎖式（Injected-Locked）電路，由于要使用電感，因而它的體積過大且工藝難度高，成本較高，很少被廣泛采用。本文分別采用CML電路和TSPC電路構成分頻電路，并對兩者的速度和功耗等進行比較。
CML電路構成的觸發器如圖2所示，由圖中可以看出，該觸發器由2個CML結構鎖存器組成，它們構成主從型結構，每個鎖存器都要經過2個階段：跟蹤階段和保持階段。當主鎖存器跟蹤輸入信號時，從鎖存器處于鎖存保持階段，然后交替。其中N13，N14為尾電流管，偏置電壓V_bias使N13，N14管工作在飽和狀態，充當恒流源的作用。dp和dn是由輸入信號d經傳輸門和反相器產生的一對互補差分信號，ck_m和ck_p是由輸入時鐘信號clk經傳輸門和反相器產生的一對互補時鐘差分信號。主鎖存器工作狀態為：當ck_m為高電平時，N5管導通，N6管關閉，此時N1，N2管工作在差分狀態，將輸入信號dp，dn采入。當ck_p為高電平時，N6管導通，N5管關閉，此時N3，N4使電路維持在鎖存狀態，從鎖存器工作狀態恰好與主鎖存器工作狀態相反。設計中在觸發器輸出端q，qn之間加了2個反相器從而在q，qn之間形成正反饋，增強了電路的輸出驅動能力。工作時，電路的尾電流應當足夠大，有利于提高電路工作頻率和輸出信號的擺幅。
TSPC電路構成的觸發器如圖3所示，由圖中可以看出，該電路由四級反相器構成，上升沿觸發，當CK為低電平，輸入反相器在節點X上采樣反向d輸入，┑2級反相器處于保持狀態，節點Y預充電至Vdd，第三級反相器處于保持狀態，時鐘上升沿來時，第二級反相器求值，Y的電平值發生變化，時鐘ck為高電平時，節點Y的值傳送到輸出q，該觸發器的延時為4個反相器的傳播延時，由于電路中元件數目很少，而且采用動態邏輯，因此功耗極低。
3 仿真結果與分析
采用Cadence 公司的spectre 仿真器對設計的分頻器分別仿真，仿真電源電壓為1 V，結果表明：在典型工藝參數條件下［5］，基于CML電路結構的五分頻器最大工作頻率是8 GHz，最小工作頻率是1 kHz，當工作在8 GHz時，功耗為1.7 mW，輸出信號占空比為49.76%；基于TSPC電路結構的五分頻器最大工作頻率是10 GHz，最小工作頻率是10 MHz，當工作在10 GHz時，功耗采用10 ns內的平均功耗，功耗為0.2 mW，輸出信號占空比為49.92%。由于是單端輸入輸出，基于TSPC電路結構的分頻器抗噪聲能力較弱。最高工作頻率下的仿真結果如圖4，圖5所示。
對于不同頻率的分頻器。通常采用FOM值來比較其性能，分頻器的FOM值定義為：
ИFOM=fmax/PИ
式中：fmax是分頻器的最高工作頻率；P是分頻器在最高工作頻率下的功耗，表2為本文設計的分頻器和其他文獻中介紹的分頻器作對比，所有的分頻器均采用CMOS工藝，對比表明本文設計的5分頻器性能較優，在65 nm工藝下具有明顯的功耗低優勢，尤其是采用TSPC電路結構的分頻器，功耗極低。
4 結 語
本文基于65 nm工藝分別采用CML電路結構和TSPC電路結構設計了1個五分頻器，采用spectre仿真表明，采用CML結構的分頻器最高工作頻率8 GHz，功耗1.7 mW，輸出信號占空比49.76%；采用TSPC電路結構分頻器最高工作頻率10 GHz，功耗為0.2 mW，輸出信號占空比49.91%， 由于采用單端輸入輸出， 所以采用TSPC結構的分頻器抗噪聲能力較弱。輸出信號占空比為50%是本文一大特點，2種結構的分頻器工作頻率完全覆蓋了USB 3.0協議所要求的頻率范圍，滿足協議要求。
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篇11
Li yan
Anhui vocational and technical college
Abstract: Aim: According to EWB's main features, function and electrical and electronic courses teaching on the current characteristics of China's vocational education classes conducted in-depth investigation and for EWB in the teaching experiment, obtained over the application EWB software in teaching conclusion of the traditional teaching methods. Through teaching practice shows, teaching courses in power in the importance of the introduction of computer-assisted instruction.
Key words: EWB；Computer-Aided Instruction；Simulation；Teaching methods；
1、引言
目前，計算機輔助教學正逐步走進學校，走進課堂，以其鮮明的教學特點，豐富的教學內容，形象生動的教學形式，促進教育技術的信息化，并逐步打破‘一塊黑板、一支粉筆’的傳統教法，改變了以往那種以教師為中心的傳統教育模式，將教師與學生的主觀能動性充分調動起來，構建起新型的教學模式。《電子技術基礎》是一門實踐性很強的技術基礎課，若在學習理論知識的同時，輔助實驗演示或實驗，可以起到事半功倍的效果。傳統的教學方式是：先由老師傳授理論知識，然后安排一定數量的實驗讓學生實踐鞏固，雖然也能達到教學目的，但效率較低。隨著計算機技術的發展，EWB軟件的出現，使實驗室進入課堂成為可能。利用EWB輔助電子技術課程的實驗教學，不僅可以彌補實驗儀器、元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素，可以幫助學生更快、更好地掌握課堂講述的內容，加深對概念、原理的理解，彌補課堂理論教學的不足，而且通過電路仿真，可以熟悉常用電子儀器的測量方法，進一步培養學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發、創新能力。課堂上可以隨時演示各種實驗，展示實驗結果，根據需要隨意控制，使實驗結果反復重現；也可以由學生自己動手，通過實驗得到結果，大家一起討論。這樣的教學模式生動形象，激發學生的學習興趣，加深學生的理解和記憶，提高教學效率。
2、EWB軟件功能與特點
電子工作平臺是一種在國內外高校和電子技術界廣為應用的優秀計算機仿真設計軟件，被譽為“計算機里的電子實驗室”。該軟件以Pspice內核，由加拿大:Interactive Image Technologies 公司研制開發。具有界面直觀、操作方便等優點，創建電路、選用元件和測試儀器等均可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器與實物外形基本相似。電子工作平臺 EWB的設計試驗工作區好像一塊“面包板”（如圖1），在上面可建立各種電路進行仿真實驗。平臺上存放著7種虛擬儀器：數字萬用表、示波器、函數信號發生器、波特圖儀、邏輯分析儀、字信號發生器，還有可進行邏輯表達式和邏輯電路圖相互轉換的邏輯轉換儀。這些虛擬儀器隨時可以拖放到工作區對電路進行測試，并直接顯示有關數據或波形。EWB有數十個元器件庫，可為用戶提供常用的信號源、電阻電容、門電路、各種集成電路和一些
指示部件、控制部件等。基本EWB的元器件庫不僅提供了數千種電路元器件供選用，而且還提供了各種元器件的理想值，因此，仿真的結果就是該電路的理論值，這對于驗證電路的原理和電子類課程的教學與實驗極為方便。
電子工作平臺為用戶造就了一個集成一體化的設計試驗環境，建立電路、實驗分析和結果輸出在一個集成菜單系統中可全部完成。該軟件的分析功能十分強大，可進行直流工作點分析、暫態和穩態分析，還可以進行傅立葉變換分析、噪聲及失真度分析、參數掃描和溫度掃描分析、直流和交流靈敏度分析、零極點和蒙特卡羅等多項分析。
3、EWB在教學中的應用
3.1、進行教學演示，加深理論理解
在電子類課程的教學中，有了EWB仿真工作平臺，在多媒體教室里結合PPT課件，老師就可以稻方便地進行教學演示，使學生能清楚地觀察到電路工作情況，了解不同結構的電路功能、元件參數改變對電路工作性能的影響及方便地改變測試點。例如，一個簡單的RC橋式振蕩電路（如圖2），電路振蕩的條件無外乎兩個：一要保證相位平衡；二要保證幅值平衡。其中第一個條件容易滿足，只要電路構成正反饋即可，電路直觀，學生較易理解。但是第二個條件（AF≥1,即電路要求電阻R2和R1的取值應滿足R2≥2R1的關系）要想解釋清楚，必須要進行繁瑣的公式推導，也很難從理論上講清楚振蕩電路中放大器的要求、電路參數的變化對輸出振蕩信號的性能的影響。只要通過改變圖中R1和R2的值，在面板中觀察信號波形，將這些不易理解的內容形象地展現在學生面前，教學效果大大增強。
3.2、先做仿真實驗，再做傳統實驗
目前大多數學校現有實驗室的管理基本上是封閉式的，實驗室僅僅是在開實驗課時使用，其余時間基本處于閑置狀態，學生不能自由地進入實驗室。加上實驗室投入不夠，實驗設備老化，實驗技術落后，跟不上專業發展的需求。實驗仍處于驗證性階段，造成的結果只能是從書本到書本，做幾個簡單的實驗只不過是應付教學的需要，把書本上抽象符號物理化、實物化而已，這對培養學生的實際動手能力十分不利。
為了解決這種現狀，我們利用EWB對電工電子課程實驗進行了改革，學生在實際動手進入真實環境實驗之前，先進入計算中心的EDA機房，在EWB仿真環境中先模擬實驗，要求自己搭建電路、調試電路、改變參數、假想故障、觀察結果并進行分析，之后再去做實物實驗，盡管與模擬仿真有所差別，但學生無論是從理論上，還是對故障的分析上都有了質的飛躍，實驗成功的效率比以往高出許多，實驗損耗大大降低。
3.3、應用于課程設計
在實際教學中，為了加強學生的綜合實踐能力，有不少專業都有一周的課程設計。課程設計要求學生根據課題的要求自行設計電路，再進行實際制作和調試。在實際操作中，往往因為元器件有限，給了學生諸多的限制。而且，學生設計出自己的電路后，只有制作出電路板后才能知道自己設計的電路是否可行。甚至要經過多次調試才有可能成功，既浪費了時間，又浪費了材料。如果運用EWB軟件進行課程設計，一直到時調試完畢都在計算機上進行，待調試成功后（圖3給出的是電子技術課程設計中的交通燈電路），再制作出電路板。即使方案有誤，也可推倒重來，非常方便。這樣的訓練有助于提高學生的動手、觀察、思維、創新等諸多方面的能力。
圖3 交通燈仿真電路設計
4、結束語
4.1.由于EWB的電路形式、測試方法都十分貼近真實的實驗,形象直觀,學得容易且有興趣,學生真正地感受到現代計算機技術帶給人們的鼓舞和激勵。確實是一種行之有效的現代化教學輔助手段。
4.2.使用EWB,即可克服實驗元器件、品種、規格、數量上不足的限制,避免了使用中元件、儀器損壞的不利因素,又可通過驗證、測試、設計、糾錯和創新等不同形式的針對性訓練,培養學生分析、應用和創新能力,可以實現實驗以學生為中心的開放模式。
4.3.EWB不能完全代替實驗教學,因此要精心策劃好哪些內容用計算機仿真解決,哪些內容由實驗室完成,將各個環節統一規劃,合理安排,奇妙配合,才能取得最佳的教學效果。
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篇12
電工學是一門非電專業的技術基礎課程，其基本內容是電工技術和電子技術，主要任務是為學生學習專業知識和從事工程技術工作打好基礎，并使他們受到必要的基本技能的訓練。集成運算放大器（簡稱集成運放）是模擬電子技術中的重要器件，是幾乎目前所有的電子設備中都要用到的基本器件。集成運放是電工學中的重點知識，且種類繁多，從而對課堂教學提出了較高的要求。本文結合電工學課程教學實踐，探討基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）在集成運放課程教學中的應用。
一、集成運放
運算放大器（簡稱運放）是一種直流耦合、差模（差動模式）輸入、通常為單端輸出的高增益電壓放大器，因為剛開始主要用于加法、減法等模擬運算電路中，因而得名。集成運算放大器（簡稱集成運放）是用集成電路工藝制成的運算放大器，與分立元件組成的放大電路相比，集成運放具有體積小、質量輕、功耗低、工作可靠、安裝方便、價格便宜等眾多優勢，因而在模擬運算、信號處理等領域都有著廣泛的用途。虛短、虛斷是模擬電路中理想集成運放的兩個重要概念。集成運放工作在線性區時，由于運放的開環電壓放大倍數很大，運放的差模輸入電壓通常不足1mV，可以認為兩個輸入端的電位相等u+=u-，即反相與同相輸入端之間相當于短路，但事實上并沒有短路，稱為“虛短”；由于運放的差模輸入電阻很大，一般集成運放的輸入電阻都在1MΩ以上，因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小于輸入端外電路的電流，故通常認為反相與同相輸入端之間相當于斷路，i+=i-≈0，但事實上并沒有斷路，稱為“虛斷”。
二、基爾霍夫電流定律
基爾霍夫定律概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規律，是分析和計算電路的基本依據。基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）是用來確定連接在同一結點上的各支路電流間關系的。由于電流的連續性，電路中任何一點（包括結點在內）均不能堆積電荷。因此，在任一瞬間，流入某一結點的電流之和應該等于由該結點流出的電流之和。
三、利用基爾霍夫電流定律分析運算電路
本論文基于秦曾煌主編的第七版《電工學》教材[1]，從基爾霍夫電流定律（KCL）出發，分析了反相比例、同相比例、加法、減法等四種由集成運放組成的運算電路，均采用相同的電路分析步驟：（1）應用KCL和虛斷條件i+=i-≈0列結點電流方程；（2）應用歐姆定律將電流方程轉換成電壓方程；（3）應用虛短條件u+=u-簡化電壓方程；（4）得到輸出電壓u■和輸入電壓u1二者之間的關系。
（一）反相比例運算電路
反相比例運算電路如圖1所示，輸入信號u1經輸入端電阻R1接到反相輸入端，而同相輸入端通過電阻R2接地，反饋電阻RF連接在輸出端和反相輸入端之間。
根據i+=i-≈0，可以得到結點a處的電流關系：iI=iF，根據歐姆定律可以得到：
■=■，
上式中除了輸入電壓u■和輸出電壓u■之外，還有一個未知量u■，根據u■=u+=-i+R2=0，可以將上式簡化為：
■=■，
即可得到輸出電壓u■和輸入電壓u■二者之間的關系：
u■=-■uI。
（二）同相比例運算電路
同相比例運算電路如圖2所示，輸入信號u■經電阻R2接到同相輸入端u+，而反相輸入端通過輸入端電阻R1接地，反饋電阻RF連接在輸出端和反相輸入端之間。
根據i+=i-≈0，可以得到結點a處的電流關系：iI=iF，根據歐姆定律可以得到：
■=■，
上式中除了輸出電壓u■之外，還有一個未知量u■，根據u■=u+=u■-i+R2=u■，可以將上式簡化為：
■=■，
即可得到輸出電壓u■和輸入電壓u■二者之間的關系：
u■=1+■u■。
（三）加法運算電路
反相加法運算電路如圖3所示，輸入信號u■1、u■2分別經輸入端電阻R11、R12接到反相輸入端，而同相輸入端通過R2接地，反饋電阻RF連接在輸出端和反相輸入端之間。
根據i+=i-≈0，可以得到結點a處的電流關系：i■1+i■2=iF，根據歐姆定律可以得到：
■+■=■，
上式中除了輸入電壓u■1、u■2和輸出電壓u■之外，還有一個未知量u■，根據u■=u+=-i+R2=0，可以將上式簡化為：
■+■=■，
即可得到輸出電壓u■和輸入電壓u■1、u■2二者之間的關系：
u■=-■u■+■u■。
（四）減法運算電路
減法運算電路如圖4所示，輸入信號u■經輸入端電阻R1接到反相輸入端，u■經電阻R2、R3接到同相輸入端，反饋電阻RF連接在輸出端和反相輸入端之間。
根據i+=i-≈0，可以得到結點a處的電流關系：iI=iF，根據歐姆定律可以得到：
■=■，
上式中除了輸入電壓u■1和輸出電壓u■之外，還有一個未知量u■，u■和u■之間滿足關系：u■=u+=■u■，
即可得到輸出電壓u■和輸入電壓u■1、u■二者之間的關系：u■=-■u■+1+■u■。
四、結論
綜上所述，本文從基爾霍夫電流定律（KCL）出發，分析了反相比例、同相比例、加法、減法等四種由集成運放組成的運算電路，該方法具有簡單可行、可操作性強等優點。此外，KCL還可以應用在基本放大電路的動態分析中，例如輸入、輸出電阻。實踐證明，該方法可以提高課堂教學效果和學生的學習興趣，調動學生的主觀能動性，學生評價較好。
參考文獻：
篇13
電子產品裝配完成之后，必須通過調試才能達到規定的技術要求。裝配工作僅僅是把電子元器件按照電路要求連接起來，由于電路設計的近似性、元器件的離散性，在裝配過程中產生的各種參數的影響，使整機電路的各項技術指標達不到設計要求，因此，在電子產品的生產過程中，調試是一個非常重要的環節。調試既是保證并實現電子設備功能和質量的重要工序，又是發現電子設備的設計、工藝缺陷和不足的重要環節。
2.電子產品調試設備與內容
2.1 電子產品調試的儀器選用原則
（1）在保證產品調整、測試性能指標范圍前提下，應選用要求低、結構簡單、通用性強的儀器儀表，這樣既可以降低生產成本，又可操作簡單，提高調整、測試效率。
（2）測量儀器的工作誤差應遠小于被測參數所要求的誤差，一般誤差要求儀器誤差小于被測參數要求的1/10。
（3）儀器的測量范圍和靈敏度，應符合被測電量的數值范圍。
（4）調試儀器量程的選擇，應滿足測量精度的要求。指針式儀表選擇量程時，應使被測量值指在滿刻度的2/3以上的位置；數字式儀表選擇量程時，應使其測量值的有效數字位數盡量等于所指示的數字位數。
（5）測試儀器輸入阻抗的選擇，要求在接入被測電路后，應不改變被測電路的工作狀態，或者接入電路后所產生的測量誤差在允許范圍內。
（6）測試儀器的測量頻率范圍（或頻率響應），應符合被測電量的頻率范圍（或頻率響應）。
2.2 電子產品的調試設備配置方案
常規的電子產品調試可配置下列儀器設備：
（1）信號發生器，用于各種測試信號，根據工作性質選頻率及檔次。
（2）電壓測量儀器，用電壓表進行電壓測量時，要根據被測信號的特點和被測電路的狀態正確選擇電壓表。
（3）示波器，通過將被測信號的時間波形顯示出來的同時，實現對被測信號的時間參數和電平參數的測量，具有直觀性。
（4）頻率測量儀器，如掃頻測量儀，用于測量網絡（電路）的頻率特性。
（5）信號分析儀器，用于測量信號非線性失真度、信號頻譜特性等的儀器。
2.3 特定電子產品所需要的檢測儀器
對于特定電子產品的調試，又可分為兩種情況：
（1）小批量多品種，一般以通用或專用儀器組合，再加上少量自制接口、輔助電路構成，即可以完成對產品的調試工作。
（2）大批量生產，應以專用和自制設備為主，強調高效和操作簡單。
專用調試儀器是為一個或幾個電子產品進行調試而專門設計的，其功能單一，可檢測產品的一項或幾項參數，如電冰箱測漏儀等。
通用調試儀器是針對電子設備的一項電參數或多項電參數的測試而設計的，可檢測多種產品的參數，例如示波器、函數發生器等。
2.4 電子產品的調試內容
調試工作包括調整和測試兩個部分。調整主要是指對電路參數的調整。即對整機內可調元、器件及電氣指標有關的調諧系統、機械傳動部分進行調整，使之達到預定的功能和性能要求。測試是在調整的基礎上，對整機的各項技術指標進行系統地測試，使電子產品各項技術指標符合規定的要求。調試工作的內容有以下幾點：
（1）明確電子產品調試的目的和要求。
（2）正確合理地選擇和使用測試儀器儀表。
（3）按照調試工藝對電子產品進行調整和測試。
（4）運用電路和元器件的基礎理論知識去分析和排隊調試中出現的故障。
（5）對調試數據進行分析和處理。
（6）編寫調試工作報告，提出改進意見。
調試是對裝配技術的總檢查，裝配質量越高，調試的直通率就越高，各種裝配缺陷和錯誤都會在調度中暴露。調試又是對設計工作的檢驗，凡是在設計時考慮不周或存在工藝缺陷的地方，都可以通過調試來發現，并為改進和完善產品質量提供依據。
簡單的小型整機，比如我們后續要調試的半導體收音機，調試工作簡便，一般在裝配完成之后，可直接進行整機調試。而復雜的整機，調試工作較為繁重，通常先對單元板或分機進行調試，達到要求后，進行總裝，最后進行整機總調。
調試工作一般在裝配車間進行，嚴格按照調試工藝文件進行調試。比較復雜的大型產品，根據設計要求，可在生產廠進行部分調試工作或粗調，然后，在安裝場地或試驗基地，按照技術的要求進行最后安裝及全面調試工作。
2.5 電子產品的調試程序
調試程序大致如下：
（1）通電前的檢查工作
對照原理圖對裝接好的整機再次進行檢查，檢查插件是否正確，焊接是否虛焊和短路，各儀器連接及工作狀態是否正確，從而有效地減小元件損壞，提高調試效率。首次調試，還要檢查各儀器能否正常工作，驗證其精確度。
（2）通電檢查
先置電源開關于“關”位置，檢查電源變換開關是否符合要求（是交流220V還是110V）、熔絲是否裝入，輸入電壓是否正確，然后插上電源開關插頭，打開電源開關通電。
接通電源后，電源指示燈亮，此時應注意有無放電、打火、冒煙現象，有無異常氣味，手摸電源變壓器有無過熱現象，若有這些異常現象，應立即停電檢查，直到排除故障后方能重新通電。另外，還應檢查各種保險、開關、控制系統是否起作用，各種風冷水準系統能否正常工作。
（3）電源調試
電子產品中大都具有電源電路，調試工作首先要進行電源部分的調試，才能順利進行其他項目的調試。電源調試通常分為兩個步驟：
（a）電源空載粗調。電源電路的調試，通常先在空載狀態下進行，切斷該電源的一切負載進行調試。其目的是避免因電源電路未經調試而加載，引起部分元器件的損壞。
（b）電源加負載時的細調。在粗調正常的情況下，加上額定負載，再測量各項性能指標，觀察是否符合額定的設計要求，當達到要求的最佳值時，選定有關調試元件，鎖定有關電位器等調整元器件，使電源電路具有加載時所需的最佳功能狀態。
3.電子產品的檢測方法
3.1 觀察法
觀察法是通過人感官的感覺對故障原因進行判斷的方法。這是一種最簡單、最安全的方法，也是各種儀器設備通用的檢測過程的第一步。觀察法又可分為靜態觀察法和動態觀察法兩種。
3.1.1 靜態觀察法
靜態觀察法又稱為不通電觀察法。靜態觀察，要先外后內，循序漸進。在不通電的情況下，儀器設備面板上的開關、旋鈕、刻度盤、插口、接線柱、探測器、指示電表、顯示裝置、電源插線和熔絲管插塞等都可以用觀察法來判斷有無故障。對儀器的內部元器件、零部件、插座、電路連線、電源變壓器和排氣風扇等也可以用觀察法來判斷有無故障。觀察元器件有無燒焦、變色、漏液、發霉、擊穿、松脫、開焊和短路等現象，一經發現，應立即予以排除，通常就能修復設備。
3.1.2 動態觀察法
動態觀察法也稱通電觀察法。即在設備通電的情況下憑感官的感覺對故障部位及原因進行判斷，是查找故障的重要檢測方法。通電觀察法特別適用于檢查元器件跳火、冒煙、有異味、燒熔絲等故障。為了防止故障的擴大，以及便于反復觀察，通常要采用逐步加壓法來進行通電觀察。
3.2 測量電阻法
測量電阻法是在設備不通電的情況下，利用萬用表的電阻檔對設備進行檢查，測量電子元器件或電路各點之間電阻值來判斷故障的方法。
對電路中的晶體管、場效應晶體管、開關、接插件、導線、印制板導電圖形的通斷及電阻器的變質，電容器短路，電感線圈斷路等故障都可以用測量電阻法進行判斷。維修時，先采用“測量電阻法”，對有疑問的電路元器件進行電阻檢測，可以直接發現損壞和變值的元器件，對元器件和導線虛焊等故障也是非常有效而且快捷的檢測方法。
采用“測量電阻法”時，可以用萬用表的Rx1檔檢測通路電阻，必要時應將被測點用小刀刮干凈后再進行檢測，以防止因接觸電阻過大造成錯誤判斷。
采用“測量電阻法”時應注意以下情況：
（1）不能在儀器設備接退電源的情況下檢測各種電阻。
（2）檢測電容器時應先對電容進行放電，然后脫開電容的一端再進行檢測。
（3）測量電阻元件時，如電阻和其他電路連通的情況下，應脫開被測電阻的一端，然后再進行檢測。
（4）對于電解電容和晶體管的檢測，應注意測試表筆的極性，不能搞錯。
（5）萬用表電阻檔的檔位選擇要適當，否則不但檢測結果不正確，甚至會損壞被測元器件。
3.3 測量電壓法
測量電壓法是指用萬用表的電壓檔測量被修儀器的各部分電路電壓、元器件的工作電壓并與設備正常運行時的電壓值進行比較，以判斷故障所在部位的檢測方法。
檢查電子設備的交流供電電源電壓和內部的直流電源電壓是否正常，是分析故障原因的基礎，所以在檢修電子儀器設備時，應先測量電源電壓，往往會發現問題，查出故障。
對于已確定電路故障的部位，也需要進一步測量應電路中的晶體管、集成電路等各管腳的工作電壓，或測量電路中主要節點的電壓，看數據是否正常，也有利于發現故障和分析故障原因。因此，當被修儀器設備的技術說明書呀，附有電路工作電壓數據表、電子元器件引腳的對地電壓值、電路上重要節點的電壓值等維修資料時，應先采用測量電壓法進行檢測。
3.4 波形觀察法
對于直流狀態正常而交流狀態不正常的電子設備，采用示波器觀察信號通路各點的波形，以此來判斷電路中各元器件是否損壞和變質是最直觀、最有效的故障檢測方法。
波形法能夠檢測電路的動態是否正常。用波形法檢測振蕩電路時不需要外加任何信號，而檢查放大、整形、變頻、調制和檢波等有源電路時，則需要把信號源的標準信號反饋到電路的輸入端。通過波形法檢查多級放大器的增益下降、波形失真、波形參數等找出故障原因。用掃頻儀來觀察頻率特性也可以歸屬為波形法。
應用波形觀察法要注意：
（1）對電路高壓和大幅度脈沖部位一定要注意不能超過示波器的允許電壓范圍，必要進采用高壓探頭或對電路觀測點采用分壓取樣等措施。
（2）示波器接入電路時本身輸入阻抗對電路也有一定的影響，特別在測量脈沖電路時，要采用有補償作用的10：1探頭，否則觀測的波形與實際不符。
3.5 替代法
替代法是指對可疑的元器件、部件、插板、插件等用同類型的部件通過替換來查找故障的檢測方法。
在檢修電子儀器設備時，如果懷疑某個元器件有問題但又不能通過檢測給出明確的判斷，就可以使用與被懷疑器件同型號的元器件，暫時替代有疑問的元器件。若設備的故障現象消失，說明被替代元器件有問題。若替換的是某一個部件或某一塊電路板，則需要再進一步檢查，以確定故障的原因和元器件。替代法對于縮小檢測范圍和確定元器件的好壞很有效果，特別是對于結構復雜的電子儀器設備進行檢查時最為有效。
替代法比較適用于電容器失效及參數下降、晶體管性能變壞、電阻器變值及電感線圈Q值下降等故障的排除。
隨著電子儀器設備所用元器件的集成度增大，智能化儀器設備迅速增多，使用替代法進行檢查越來越具有重要的地位。在進行具體操作時，要脫開有疑問的有源元器件，使用好的元器件來替代，然后開機觀察儀器的反應。對于開路有疑問的電阻和電容等元件，可使用好的元器件直接在板上進行并聯焊接，以確定該元件的好壞。
在進行元器件替代后，若故障現象仍存在，說明被替代的元器件或單元部件沒有問題，這也是確定某個元器件或某個部件正常的一種方法。
在進行替代元器件的過程中，要切斷儀器設備的電源，嚴禁帶電進行操作，以免發生危險。
3.6 信號注入法
信號注入法是將一定頻率和幅度的信號逐級輸入到被檢測的電路中，或注入儀器設備到可能存在故障的有關電路中，然后利用自身的指示器或外接示波器、電壓表等測出輸出的波形或數據，作出邏輯判斷的一種檢測方法。在檢測中哪一級沒有通過信號，故障就在該級單元電路中。
對于本身不帶信號產生電路或信號產生電路有故障的信號處理電器，采用信號注入法是有效的檢測方法。
用信號注入法檢測故障時有兩種檢測方法：
（1）順向注入法，它是將信號從電路的輸入端輸入，然后用示波器、電壓表逐級進行檢測，測量出各級電路的輸出波形和輸出電壓，從而判斷出故障部位。
（2）逆向注入法，它是將信號從后級逐級往前輸入，示波器、電壓表接在輸出端，從而查出故障部位。
在檢測故障的過程中，有時只用一種方法不能解決問題，要根據具體情況采用不同的檢測方法。無論采用哪種方法，都應遵循以下的順序原則：先外后內、先粗后細、先易后、先常見后稀少。
4.電子產品靜態調試
測量靜態工作點就是測量各級直流工作電壓和電流。
4.1 供電電源靜態電壓調試
電源電壓是各級電路靜態工作點是否正常的前提，若電源電壓偏高或偏低都不能測量出準確的靜態工作點。電源電壓若可能有較大起伏，最好先不要接入電路，測量其空載和接入假負載時的電壓，待電源電壓輸出正常后再接入電路。
4.2 晶體管靜態工作點的調整
調整晶體管的靜態工作點就是調整它的偏置電阻，使它的集電極電流達到電路設計要求的數值。調整一般是從最后一級開始，逐級往前進行。調試是要注意靜態工作點的調整應在無信號輸入時進行，特別是變頻級，為避免產生誤差，可采取臨時短路振蕩的措施。各級調整完畢后，接退所有各級的集電極電流檢測點，即可用電流表檢測整機靜態電流。
集電極靜態電流的測量方法有兩種：
（1）直接測量法
把集電極焊接銅皮斷開，然后串入萬用表，用電流檔測量其電流。
（2）間接測量法
通過測量晶體管集電極電阻或發射極電阻的電壓，然后根據歐姆定律I=U/R，計算出集電極靜態電流。
4.3 集成電路靜態的調整
由于集成電路本身的特點，其“靜態工作點”與晶體管不同，一般情況下，集成電路各腳對地電壓反映了其內部工作狀態是否正常，因此只要測量各腳對地電壓值，與正常數值進行比較，就可判斷其“工作點”是否正常。有時還需要對整個集成塊的功耗進行測試，除判斷其能否正常工作外，還能避免可能造成電路元器件的損壞，需要測量其靜態工作電流。測量時可斷開集成電路供電引腳銅皮，串入萬用表，使用電流檔來測量出電流值，計算所出耗散功率。若集成塊用雙電源供電（即正負電源），則應分別進行測量，得出總的耗散功率。
對于數字集成電路往往還要測量其輸出電平的大小，來判斷其性能的好壞。
模擬集成電路種類繁多，調整方法不一，以使用最廣泛的集成運放為例，除一般直流電壓測試外，使用中還要進行零位調整。
5.電子產品動態調試
5.1 測試電路動態工作電壓
測試晶體管b、e、c極和集成電路各引腳對地的動態工作電壓，動態電壓與靜態電壓同樣是判斷電路是否正常工作的重要依據，例如有些振蕩電路，當電路起振時測量Ube直流電壓，萬用表指針會出現反偏現象，利用這一點可判斷振蕩電路是否起振。
5.2 波形的觀察與測試
波形的測試與調整是電子產品調試工作的一項重要內容。各種整機電路中都有波形產生、變換和傳輸的電路。通過對波形的觀測來判斷電路工作是否正常，已成為測試與維修中的主要方法。觀察波形使用的儀器是示波器。通常觀測的波形是電壓波形，有時為了觀察電流波形，可通過測量其限流電阻的電壓，再轉成電流的方法來測量或使用電流探頭。
利用示波器進行調試的基本方法，是通過觀測各級電路的輸入端和輸出端或某些點的信號波形，來確定各級電路工作是否正常。若電路對信號變換處理不符合技術要求的，則要通過調整電路元器件的參數，使其達到預定的技術要求。
這里需要注意的是，電路在調整過程中，相互之間是有影響的。例如在調整靜態電流時，中點電位可能會發生變化，這就需要反復調整，以求達到最佳狀態。
示波器不僅可以觀察各種波形，而且還可以測試波形的各項參數，如幅度、周期、頻率、相位、肪沖信號的前后沿時間、脈沖寬度以及調幅信號的調制等。
用示波器觀測波形時，示波器上限頻率應高于測試波形的頻率。對于脈沖波形，示波器的上升時間還必須滿足要求。
5.3 頻率特性的測試與調整
頻率特性的測試是整機測試中的一項主要內容，如收音機中頻放大器頻率特性測試的結果反映收音機選擇性的好壞。電視機接收圖像質量的好壞主要取決于高頻調諧器及中放通道頻率特性。所謂頻率特性是指一個電路對于不同頻率、相同幅度的輸入信號（通常是電壓）在輸出端產生的響應。
測試電路頻率特性的方法一般有兩種：一是點頻法（又稱插點法），二是掃頻法。
5.3.1 點頻法
就是通過逐點測量一系列規定頻率點上的網絡增益（或衰減）來確定幅頻特性曲線的方法。測試時寶石輸入電壓不變，逐點改變信號發生器的頻率，并記錄個點對應輸出的數值。點頻法的優點是準確度高，缺點是繁瑣費時，而且可能因頻率間隔不夠密，兒漏掉被測頻率中某些細節。
5.3.2 掃頻法
利用一個掃頻信號發生器取代了點頻法中的正弦信號發生器，用示波器取代了點頻法中的電壓表而組成的。掃頻測量法簡單、速度快，可以實現頻率特性測量的自動化。由于掃頻信號的頻率變化是連續，不會象點頻法由于測量的頻率點不夠密而遺漏某些被測特性的細節。反映的是被測網絡的動態特性。測量的準確度比點頻法低。
6.結語
綜上所述，我們即可對于電子設備等進行調試，通過調試過程，使電路的各項性能指標達到要求，使系統能夠正常的工作。
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