“數?；旌霞呻娐贰闭n程研究生教學實踐研究

李晉文，曹躍勝，郭 陽

(國防科技大學計算機學院，湖南長沙410073)

0 引言

近年來，我國的集成電路產業得到了迅速發展，在一些產業方向和應用領域內取得了突破性進展。然而不難發現，這些進展和突破主要集中在數字集成電路方面。我國在模擬及數?；旌霞呻娐贩矫?，包括設計能力和制造工藝上都與國際上先進水平有較大差距。因此，培養合格、優秀和具有創新精神的模擬與數?；旌霞呻娐吩O計人才一直是我們面臨的艱巨而迫切的任務。

2003年以來，國家出臺了一系列鼓勵政策推動了相關高校采取有力的舉措確實培養了一大批集成電路設計人才[1]。然而，除少數高校、研究所和企業之外，模擬和數?；旌霞呻娐返脑O計水平和能力都還是主要的技術軟肋;在大多數高校，“數?；旌霞呻娐贰闭n程也是教學軟肋之一。

結合多年的教學實踐經驗，本文針對“數?；旌霞呻娐贰闭n程的一些特點，提出在教學內容方面以模擬為中心，注意兼顧深度和廣度等原則;在教學方法上，采取教學對象細分，理論結合工程實踐以及分析與設計并重等思路，取得了良好的教學效果和課堂評價。

1 課程體系與設置

在國內主要綜合性大學，電子科學與技術學科的碩士研究生課程體系中，絕大部分都開設了數字集成電路設計方面的課程，其中大約60%左右的高校開設了模擬集成電路設計方面的課程，只有少數高校開設了“模擬與數?；旌霞呻娐吩O計”，也有極少數高校將其細分為“模擬集成電路設計”、“數?；旌霞呻娐吩O計”和“模擬集成電路設計實踐”三門課。

根據大多數研究所和企業的市場需求，以及研究生畢業后實際工作的情況，大部分做數字，小部分做模擬是比較正常穩定的狀況。因此，對于大多數高校專業課程設置，開設“數?；旌霞呻娐贰闭n程，以模擬集成電路為主要教學內容，兼顧數?；旌霞呻娐穬热?，應該是比較合適的。

2 教學內容優化

2.1 兼顧深度和廣度

模擬和數?；旌霞呻娐贩矫娴慕虒W內容中，知識點多，即深又廣，從底層的基本器件物理基礎，到基本的多種形態單級和多級放大器、電壓電流基準、濾波器、開關電容網絡、有源和無源電流鏡，再到比較復雜的運放、比較器、鎖相環、振蕩器和混頻器，更復雜的有數模/模數轉換以及并串變換(SerDes)等數?；旌霞呻娐?。而深度和廣度是矛盾的，在有限的教學時間內兼顧教學內容的深度和廣度，難度確實比較大。

本文的解決思路是:教學內容盡可能注意寬廣一些，只在局部幾個關鍵知識點上，進行比較深入的講授。具體辦法是選擇經典國外教材作為主教材，比如文獻[2]，并推薦其它幾本書作為輔助教材，比如文獻[3]和[4]，再推薦文獻[5]和[6]作為補充教材。模擬集成電路的主要內容，從基本的器件原理到復雜的模擬和數?；旌霞呻娐啡鏟LL、ADC甚至SerDes等，在教學中都講授到，避免學生知識面過窄。另一方面，選取幾個關鍵知識點，包括放大器的分析與設計、負反饋的分析與設計以及放大器的頻率特性，設立專題研究，加強深度，從電路設計到電路圖仿真以及版圖設計的綜合實驗，提高學生的參與度和實際動手能力，避免學生僅僅浮在面上，對模擬電路設計的認識不夠深刻。

2.2 以模擬電路為中心

考慮到在微電子學科碩士研究生課程體系設置中已經有比較多的數字相關課程，而且數?；旌霞呻娐返碾y點主要是在模擬部分，因此雖然課程名字設置為“數?；旌霞呻娐贰?，實際在教學內容的選擇上，仍然堅持以模擬電路為中心。我們應該注意專門講授幾個重點問題:模擬與數字電路的分析與設計方法差異;模擬與數字電路工藝和版圖的差異;數?；旌吓c純數字和純模擬集成電路在設計方法、工藝及版圖方面的差異。

2.3 兼顧CMOS與非CMOS工藝

近年來，由于成本方面的優勢，模擬集成電路越來越多地使用了CMOS工藝，甚至在越來越多的經典教科書，比如文獻[2]的標題都加上了“CMOS”作為限定詞，只介紹基于CMOS工藝的模擬電路設計。事實上，在實際教學中只講CMOS工藝是不合理也是不完備的，會導致部分學生不了解更多的模擬集成電路仍然并將繼續使用雙極型、BiCMOS和砷化鎵和鍺硅等多種工藝，而且這些工藝有著很多CMOS無法比擬和超越的特點和性能，在分析和設計方法上也有著不同之處。因此，在堅持以CMOS工藝為中心，補充其它工藝，并進行橫向比較，無疑是有益的。

2.4 注重銜接與層次提升

需要注意的是，絕大多數的微電子學科碩士研究生，在本科階段或多或少地都會學習模擬電路課程，比如經典教材[7]，他們大部分都是具備一定模擬電路基礎的。在教學內容的選擇上，需要注意與本科相關內容的繼承與銜接。本科階段主要以雙極工藝為主，而研究生以CMOS為主。實際教學中發現，以并列比較法進行銜接和過渡的效果會比較好。

另外一方面，也要注意與本科層次模擬電路課程的區分與提升。一是要強調課程內容的深度?？梢钥紤]參照某些國外高校，將課程分為“初級數?；旌霞呻娐贰焙汀案呒墧的；旌霞呻娐贰眱蓚€層次[8，9];二是要擴展教學內容的廣度;三是要加強實踐性課程實驗在研究生教學中的地位和所占比例，強化綜合實驗設計的作用;四是在教學中，結合每年IEEE國際固體電路會議—ISSCC上的文章，介紹國外模擬集成電路方面的熱點和最新進展，做一些專題講座;介紹我校相關科研項目的背景情況，提升研究生對課程的興趣和熱情，提高研究性學習的能力。

3 教學方法優化

3.1 教學對象細分

我校研究生的來源不同，本科階段的專業也不盡相同，有電子類專業，有計算機專業，也有控制類專業，甚至還有數學物理類專業，在模擬包括數字電路方面的基礎有較大差別。

我們為此在實際教學中，采用細分教學對象的方法。具體作法是，在第一次上課時對選課研究生的基本情況進行摸底，包括本科學校及專業，本科模擬課程開設情況，研究生專業、類型和修課課目，以及碩士階段是否擬選擇混合集成電路設計作為研究方向等。然后對摸底情況進行統計和分類，并據此適當調整部分課程內容。在實際教學過程中，在以大多數教學對象為主要教學目標的同時，綜合兼顧各種不同情況的教學對象。在課程設計和綜合實驗上，采取過兩種策略，一是按學生類型分組，不同類型的組分配不同難度的題目;二是所有的組分配相同難度的題目，將不同類型的學生進行混編分組，基礎好的帶基礎差的，實現互相學習共同進步。

3.2 EDA結合工程實踐

EDA仿真和設計軟件在實際的模擬集成電路工程中具有十分重要的作用。在實際教學中，將EDA仿真軟件引入課堂教學，加強學生對模擬電路基本概念的感性和直觀認識，使用EDA軟件仿真驗證理論推導;增加物理設計專題課，結合EDA仿真、物理設計和驗證軟件，講授數?；旌霞呻娐返姆抡嬖O計和驗證流程;在課程設計和綜合實驗中，結合工程實踐，讓每個學生實際動手使用仿真和設計軟件實現一個小的電路模塊。

另一方面，我們也注意到，近年來在工業界甚至學術界都存在對于EDA仿真軟件過于依賴的趨勢，不少學生和工程技術人員甚至想完全由EDA軟件代替理論推導和人的思考，實際上是不科學的。因此，在強化EDA仿真軟件訓練的同時，要求學生堅持進行手工推導，強調EDA仿真軟件的主要功能是驗證人的設計思想。

3.3 MOOC 的探索

大規模開放在線課程MOOC的理念是借助于網絡信息技術提供優質教育資源，已成為美國高等教育界最熱門的話題。MOOC與國內多年前流行過的電視廣播教育和現代遠程教育有什么本質的區別，這值得大家仔細對比研究和深入思考。

“數?；旌霞呻娐贰闭n程在借鑒MOOC這些方面的優點進行了一些嘗試。一是以“短課程+交互式練習”為基本教學單元的知識點組織模式和學習模式，根據“數?；旌霞呻娐贰闭n程的內容，設計了“多級放大器”、“負反饋”和“模擬電路版圖設計”幾個典型的MOOC實例，實際嘗試表明，短小精煉的教學單元有助于學生保持課堂注意力，提高教學效果，強化知識點的掌握。二是“基于學習的個性化教學”，根據每個學生的課堂反應和反饋，包括作業、課程設計及綜合實驗的情況，為每個學生設立學習情況數據庫，從中提取教學效果評價，綜合調整“數?；旌霞呻娐贰苯虒W內容，定制個性化的練習、作業和思考題，嘗試實現因材施教。

4 結語

本文針對“數?；旌霞呻娐贰闭n程的特點，提出在教學內容方面注意兼顧深度和廣度、以模擬為中心等基本原則;在教學方法上，采取教學對象細分，理論結合工程實踐以及分析與設計并重等思路，借鑒MOOC做了一些有益的嘗試，在實際教學中取得了良好的教學效果和課堂評價。

[1]教高[2003]2號.教育部、科技部關于批準有關高等學校建設國家集成電路人才培養基地的通知[J].北京:中國現代教育裝備，2004(02):61-62.

[2]拉扎維著，陳貴燦等譯，模擬CMOS集成電路設計[M].西安:西安交通大學出版社，2003

[3]池保勇.模擬集成電路與系統[M].北京:清華大學出版社，2009

[4]何樂年等.模擬集成電路設計與仿真[M].北京:科學出版社，2008

[5]桑森著，陳瑩梅譯.模擬集成電路設計精粹[M].北京:清華大學出版社，2008

[6]貝克著，劉艷艷等譯.CMOS電路設計、布局與仿真(第二版)[M].北京:人民郵電出版社，2008

[7]康華光主編，模擬電路設計技術基礎(模擬部分)第五版[M].北京:高等教育出版社2008.

[8]粟濤等，“模擬集成電路”課程教學內容的探討[J].南京:電氣電子教學學報，2012，3(6):39-41

[9]王豪等，工程碩士“模擬集成電路設計”課程探索[J].南京:電氣電子教學學報，2013，12(6):1－3