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浅谈仿真软件在集成电路教学中的应用

作者：张强

摘要：集成电路是微电子技术专业的一门必须课程，它是一门涉及学科知识面广、理论分析比较复杂、逻辑性较强、实践性很强的学科。集成电路教学的主要任务是为学生学习专业知识和从事微电子技术工作打好强大的理论基础，并通过实验使学生对集成电路的设计和分析产生浓厚的兴趣。本课程在教学过程中由于存在教学学时较少且社会产品更新速度快等原因，普遍存在理论与实践不能完美的结合。EDA计算机仿真软件的出现，给集成电路教学提供了一个可靠的理论与实践联系的平台。通过EDA教学试验让学生加深理解知识并提高学习兴趣。

关键词：集成电路教学；EDA；Protel；集成模拟乘法器

1序言

随着微电子技术技术的不断发展，半导体（芯片或集成电路）越来越便宜，越来越普遍。笔者经过调查发现，由于学生在集成电路的学习过程中，理论学习完成后不能及时的对对应的集成电路进行实验以加深对集成线路的进一步了解，学生在学习过程中不能系统的了解自己所学的是什么、能干什么，以致对集成线路产生不了浓厚的兴趣。

电子设计自动化EDA技术的发展，开创了利用“虚拟仪器”、“虚拟器件”通过计算机对电子线路进行设计和实验验证的新方法，是电子线路教学改革的一各新高潮。Protel是近年比较流行的仿真软件之一，它在计算机上虚拟出一个元件、设备齐备的硬件工作台。在教学过程中，合理的引用Protel进行教学，不仅可以加深学生对电子线路结构、原理的认识与理解更好地掌握教学内容，还可以训练学生使用仪器动手能力，进一步培养学生的综合能力和创新能力，提高对电子线路设计的兴趣。

2计算机仿真

仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。

2.1仿真概念

仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。它利用物理或数学方法来建立模型，类比模拟现实过程或者建立假想系统，以寻求过程的规律，研究系统的动态特性，从而达到认识和改造实际系统的目的。它是一种描述性技术，是一种方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。

2.2计算机仿真步骤

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计算机仿真的一般过程可以表述如下：

(1)描述仿真问题，明确仿真目的。

(2)项目计划、方案设计与系统定义。根据仿真目的确定相应的仿真结构(实时仿真还是非实时仿真，纯数学仿真还是半物理仿真等)，规定相应仿真系统的边界条件与约束条件。

(3)数学建模：根据系统的先验知识、实验数据及其机理研究，按照物理原理或者采取系统辨识的方法，确定模型的类型、结构及参数。注意要确保模型的有效性和经济性。

(4)仿真建模：根据数学模型的形式、计算机类型、采用的高级语言或其它仿真工具，将数学模型转换成能在计算机上运行的程序或其他模型，也即获得系统的仿真模型

(5)试验：设定实验环境/条件和记录数据，进行实验，并记录数据。

(6)仿真结果分析：根据实验要求和仿真目的对实验结果进行分析处理(整理及文档化)。

4.3集成电路工作方式

静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。

当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即：

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当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即

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