集成电路总结（通用6篇）
集成电路总结 篇1
曹飞 个人版总结
引言
第一只晶体管 •第一只晶体管, AT&T Bell Lab, 1947 •第一片单晶锗, 1952 •第一片单晶硅, 1954(25mm，1英寸)•第一只集成电路（IC）, TI, 1958 •第一只IC商品, Fairchild, 1961 摩尔定律晶体管最小尺寸的极限 •价格保持不变的情况下晶体管数每12月翻一番，1980s后下降为每18月翻一番；
•最小特征尺寸每3年减小70% •价格每2年下降50%；
IC的极限
•硅原子直径: 2.35 Å；
•形成一个器件至少需要20个原子；
•估计晶体管最小尺寸极限大约为50 Å或0.005um，或5nm。
电子级多晶硅的纯度
一般要求含si>99.9999以上，提高纯度达到99.9999999—99.999999999%（9-11个9）。其导电性介于10-4-1010 /cm。电子级高纯多晶硅以9N以上为宜。
1980s以前半导体行业的模式
1980s以前：大多数半导体公司自己设计、制造和测试IC芯片，如 Intel，IBM
1990s以后半导体行业的模式
F&F模式，即Foundry(代工)+Fabless(无生产线芯片设计), 什么是Foundry
有晶圆生产线，但没有设计部门；接受客户订单，为客户制造芯片；
IC流程图:
接受设计订单→芯片设计→EDA编辑版图→将版图交给掩膜版制造商→制造晶圆→芯片测试→芯片封装
硅片制备与高温工艺单晶生长：直拉法 区熔法 高温工艺:氧化，扩散，退火。Si集成电路芯片元素组成
■半导体（衬底与有源区）：单晶Si ■杂质（N型和P型）：P(As)、B ■导体（电极及引线）：Al、Wu（Cu、Ti）、poly-Si ■绝缘体（栅介质、多层互连介质）：SiO2、Si3N4 硅的重要性 ■储量丰富，便宜；（27.6％）
■SiO2性质很稳定、良好介质，易于热氧化生长；
■较大的禁带宽度（1.12eV），较宽工作温度范围
硅提纯 I的工艺步骤、化学反应式及纯度
从石英砂到硅锭
■石英砂（SiO2)→冶金级硅(MGS)
■HCl与MGS粉反应形成TCS■（trichlorosilane：氯硅烷）■利用汽化和冷凝提纯TCS ■TCS与H2反应形成多晶硅(EGS)■熔融EGS和拉单晶硅锭 从硅锭到硅片
单晶硅锭→整型→切片→磨片倒角→刻蚀→抛光→清洗→检查→包装 化学反应式
硅提纯I
多晶硅淀积
直拉法的拉晶过程
拉晶过程
①熔硅②引晶（下种）③收颈④放肩
直拉法的拉晶过程中收颈的作用 目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸
直拉法与区熔法的对比
直拉法，更为常用(占75％以上)⑴便宜⑵更大的圆片尺寸(300mm已生产)⑶剩余原材料可重复使用⑷位错密度：0～104cm2 区熔法
⑴高纯度的硅单晶(不使用坩锅)（电阻率2000Ω-mm）⑵成本高，可生产圆片尺寸较小(150mm)⑶主要用于功率器件⑷位错密度：103～105cm2 定位边或定位槽的作用 ①识别晶向、导电类型及划片方向 ②硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；
③硅片装架的接触位置
外延的定义：外延、外延层、外延片、同质外延、异质外延
外延层：单晶衬底上单晶薄膜层 外延：同质外延和异质外延
同质外延：衬底与外延层为相同晶体，晶格完全匹配 异质外延：衬底与外延层为不同晶体，晶格不匹配
双极晶体管（电路）和CMOS器件（电路）中外延层的应用
双极晶体管（电路）中外延层的应用
高阻的外延层可提高集电结的击穿电压
■低阻的衬底（或埋层）可降低集电极的串联电阻
CMOS器件（电路）中外延层的应用
■ 减小pnpn寄生闸流管效应降低漏电流
Si外延的源材料
■Si源气体：SiH4(硅烷), SiH2Cl2(二氯硅烷)，SiHCl3(三氯硅烷), SiCl4(四氯硅烷)■ 掺杂剂 N型掺杂剂：PH3, AsH3 P型掺杂剂：B2H6 分子束外延（MBE）的特点 高温工艺设备小结
■高温工艺通常使用炉管反应室；
■反应炉通常由控制系统、气体输运系统、反应腔、装卸片系统和尾气处理系统构成
■立式炉管使用最广泛，因为其占地面积小、污染控制好、维护量小 ■温度控制的精确性和均匀性对于高温工艺的成功至关重要
氧化膜在IC中的应用 ■掺杂阻挡层■表面钝化(保护)■隔离层■栅氧化层■MOS电容的介质材料
各种氧化层在工艺中的应用、厚度及工艺 掺杂阻挡氧化层应用
■Much lower B and P diffusion rates in SiO2than that in S
■SiO2can be used as diffusion mask
表面钝化(保护)氧化层应用
■Pad Oxide衬垫（缓冲）氧化层, Screen Oxide屏蔽氧化层 Sacrificial Oxide牺牲氧化层, Barrier Oxide阻挡氧化层 ■Normally thin oxide layer(~150Å)to protect silicon defects from contamination and over-stress
器件隔离氧化层应用
■Electronic isolation of neighboring devices ■Blanket field oxide ■Local oxidation of silicon(LOCOS)■Thick oxide, usually 3,000 to 10,000 Å
栅氧化层应用
■Gate oxide: thinnest and most critical layer ■Capacitor dielectric
1号液和2号液的配方及作用 ■SC-1－NH4OH:H2O2:H2O with 1:1:5 to 1:2:7 ratio at 70 to 80℃to remove organic contaminants.(1号液)■SC-2--HCl:H2O2:H2Owith 1:1:6 to 1:2:8 ratio at 70 to 80 ℃to remove inorganic contaminates.(2号液)
颗粒、有机粘污、无机粘污及本征氧化层的清洗 Pre-oxidation（预氧化）Wafer Clean Organic（有机）Removal ■Strong oxidants remove organic residues ■H2SO4:H2O2or NH3OH:H2O2followed by DI H2O rinse.■ High pressure scrub or immersion in heated dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake(100 to 125 °C).Pre-oxidation Wafer Clean Inorganic（无机）Removal ■HCl:H2O ■Immersion(浸入)in dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake(100 to 125℃)Pre-oxidation Wafer Clean Native Oxide Removal（本征氧化层）
■HF:H2O ■Immersion(浸入)in dunk tank or single wafer vapor etcher followed by rinse, spin dry and/or dry bake(100 to 125℃)
SiO2生长的迪尔-格罗夫模型
干氧氧化和湿氧氧化的特点与应用 干（氧）氧化
■氧化剂：干燥的O2■Si+O2→SiO2■O来源于提供的氧气；Si来源于衬底硅圆片■O2通过表面已有的氧化层向内扩散并与Si反应生长SiO2■氧化膜越厚，生长速率越低■干氧化速率最低
湿（氧）氧化
■氧化剂：O2携带H2O■Si+O2→SiO2■Si+ 2H2O →SiO2+ 2H2 ■湿氧化的生长速率介于水汽氧化与干氧化之间■实际氧化工艺：干氧+湿氧+干氧
氧化工艺应用 干氧化，薄氧化层（<1000A）
－■MOS栅氧化层（30～120A）-■衬垫氧化层（100～200A），--■屏蔽氧化层（～200A），■牺牲氧化层（<1000A），等等
湿氧化，厚氧化层
■场氧化层（3000～5000A）■扩散掩膜氧化层（400～1200A）
掺氯氧化的作用
■Cl 可以减少氧化层中的可动离子（如Na+）■MOS栅极氧化中广泛采用 ■氧化速率提高（1～5）％
影响氧化速率的因素
■温度■湿氧化或干氧化■厚度■压力■硅片晶向(<100>或<111>)■硅中杂质
氧化速率与温度
■氧化速率对温度很敏感，指数规律■温度升高会引起更大的氧化速率升高
氧化速率与圆片晶向
■<111>表面的氧化速率高于<100>表面■原因：<111>表面的Si原子密度高
氧化速率与杂质浓度
■掺杂浓度越高，氧化层生长速率越高
Si-SiO2界面特性替位式扩散、间隙式扩散、扩散系数
在Si-SiO2界面有四种不同类型的电荷：（1）可动离子电荷（2）氧化层固定电荷（3）界面陷阱电荷（4）氧化层陷阱电荷
杂质再硅晶体中的主要扩散机构有：间隙式扩散、替位式扩散。替位式扩散：杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置上称为替位式扩散
间隙式扩散：杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置上的运动称为间隙式扩散
两步扩散工艺
两步法扩散分预淀积和再分布两步进行，第一步称为预扩散或预淀积，在较低的温度下，采用恒定表面浓度扩散方式在硅片便面扩散一薄层杂质原子，目的在于确定进入硅片的杂质总量。第二步称为主扩散或再分布或推进扩散，在较高的温度下，采用很定杂质总量扩散方式，让淀积在表面的杂质继续往硅片中扩散，目的在于控制扩散深度和表面浓度。
扩散的局限性与应用
扩散技术的主要缺陷
■扩散是各向同性的，掩膜下方也会有杂质横向扩散 ■不能独立控制结深和掺杂浓度 扩散应用
■主要用在阱注入后的推进工艺
离子注入后为什么要退火 ■高能离子损伤晶体结构■非晶硅有很高的电阻率
■需要外部能量如热使其恢复单晶结构■只有在单晶结构中杂质才能被激活
RTP（快速热退火）的优点 ■快速升温(75 to 150 °C/sec)■更高温度(up to 1200 °C)■过程快速■使杂质扩散最小化■热预算的更好控制（节约能源）■更好的圆片间均匀性控制 薄膜淀积
真空蒸发法蒸发源加热方式
■电阻加热■电子束加热■激光加热■高频感应加热
溅射的工作原理与特点
原理；具有一定能量的入射离子对固体表面轰击时，入射离子与固体表面原子碰撞发生能量和动量的转移，将固体表面的原子溅射出来 直流溅射特点：只适于金属靶材。磁控溅射特点：淀积速率最高。
RF溅射特点：适于各种金属与非金属靶材。
PVD 与 CVD对比 ■CVD：衬底表面发生化学反应 ■PVD：衬底表面不发生化学反应
■CVD: 更好的台阶覆盖性(50% to ~100%)和空隙填充能力 ■PVD: 台阶覆盖性差(~ 15%)和空隙填充能力差 ■PVD 源: 固态材料 ■CVD 源: 气体或蒸汽
CVD氧化硅与热生长氧化硅对比 ■热生长氧化硅
•O来源于气源，Si来源于衬底•氧化物生长消耗硅衬底•高质量 ■CVD 氧化硅
•O和Si都来自气态源•淀积在衬底表面•生长温度低（如PECVD）•生长速率高
CVD介质薄膜的应用 ■浅槽隔离(STI):undopedsilicon dioxide glass, USG■侧墙隔离：USG ■金属前介质(PMD）：PSG or BPSG■金属层间介质(IMD/ILD）：USG or FSG■钝化介质(PD）：Oxide/Nitride CVD的基本过程
① 传输②吸附③化学反应④淀积⑤脱吸⑥逸出
CVD生长的两种极限：表面反应控制与质量输运（传输）控制
表面反应控制型
■化学反应速率不能满足反应剂扩散和吸附的速率，反应剂堆积在衬底表面等待反应；■淀积速率＝反应速率■淀积速率对温度很敏感 质量输运控制型
■表面化学反应速率足够高，当反应剂被吸附在衬底表面时会立即反应■淀积速率＝D dn/dx■淀积速率对温度不敏感■淀积速率主要受到气体流速的控制
CVD 的三种类型及各自的应用
■APCVD 常压化学气相淀积■LPCVD 低压化学气相淀积 ■PECVD 等离子体增强化学气相淀积
CVD淀积速率G与温度T的关系
■低温下，hg>>ks，反应控制过程，故G与T呈指数关系； ■高温下，hg< 离子注入 离子注入与热扩散的对比 离子注入的两种阻挡机制 核碰撞和电子碰撞 避免沟道效应的方法 ■倾斜硅片, 7°最常用■屏蔽氧化层（无定形）■注入前预先无定型处理 离子注入机的原理 离子注入工艺的应用及技术趋势 离子注入工艺 ■CMOS工艺应用■CMOS离子注入的工艺要求■离子注入工艺的评价。 技术趋势 ■超浅结(USJ)■绝缘体上硅(SOI)■等离子体沉浸离子注入(PIII)SOI的优势 ■芯片速度更快，耗电更少■电路密度提高 ■SOI尤其在RF与SoC方面表现出色 SOI圆片的制造：智能剥离与注氧隔离 离子注入特点： ⑴注入温度低⑵掺杂数目受控⑶横向扩散小⑷不受固溶度限制⑸注入深度随离子能量增加而增加⑹适合化合物掺杂 光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀） 光刻的需要及光刻三要素 ■高分辨率■光刻胶高光敏性■精确对准 正胶与负胶的比较 光刻工艺的10个步骤（1）硅片清洗（2）预烘和底膜涂覆（3）涂光刻胶（4）前烘（5）对准（6）曝光（7）后烘（8）显影（9）坚膜（10）图形检测 前烘、后烘及坚膜工艺目的（作用）的比较 前烘作用: 促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥； 增加胶膜与SiO2（Al膜等）的粘附性及耐磨性 后烘作用：平衡驻波效应，提高分辨率。坚膜的作用 ■蒸发PR中所有有机溶剂■提高刻蚀和注入的抵抗力■提高光刻胶和表面的黏附性■聚合和使得PR更加稳定■PR流动填充针孔 4种曝光机 ■接触式曝光机■接近式曝光机■投影式曝光机■步进式曝光机 分辨率与波长及NA的关系（最小线宽）R由曝光系统的光波长λ和数值孔径NA决定，R=K1λ/NA K1为系统常数, λ光波长, NA = 2r0/D； ■NA: 凸镜收集衍射光的能力 如何提高分辨率？ ■提高NA 更大的凸镜, 可能很昂贵而不实际 减小DOF（焦深），会引起制造困难 ■减小光波长 开发新光源, PR和设备 波长减小的极限：UV到DUV, 到EUV, 到X-Ray ■减小K1 相移掩膜 移相掩模的原理与应用 移相掩模是一种双层设计结构,通过利用干涉技术抵消某些衍射效应,可使光刻分辨率的改进达到25%～100% 两种紫外线和三种深紫外线的名称、波长及对应的最小特征尺寸 ■汞灯i-line, 365 nm：–常用在0.35 μm光刻 ■DUV KrF受激准分子激光器, 248 nm：应用0.25 μm, 0.18 μm and 0.13 μm光刻 ■ArF受激准分子激光器,193 nm：–应用: < 0.13 μm ■F2受激准分子激光器：157 nm：–仍处于研发阶段, < 0.10 μm应用 ■157 nm F2激光器光刻 ：使用相移掩膜, 即使0.035 μm 都是可以的 下一代光刻 ■超紫外■X射线■电子束 干法刻蚀与湿法刻蚀的对比 湿法刻蚀的优点 ■高选择性■设备成本较低■批处理, 高产量 湿法刻蚀的缺点 ■各向同性■不能刻蚀3μm以下图形■化学品使用量高■化学品危险 干法刻蚀优点： ■各向异性腐蚀强；■分辨率高；■刻蚀3μm以下线条 湿法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si及Si3N4的配方及反应式 湿法刻蚀SiO2 常用配方(KPR胶）：HF: NH4F: H2O=3ml:6g:10ml (HF溶液浓度为48％)SiO2+ 6HF →H2SiF6 + 2H2O 湿法刻蚀Si、Poly-Si HNO3-HF-H2O(HAC)混合液 湿法刻蚀Silicon Nitride 热(150 to 200 °C)磷酸H3PO4溶液 干法刻蚀的原理与种类 ① 等离子体刻蚀：化学性刻蚀②溅射刻蚀：纯物理刻蚀③反应离子刻蚀（RIE）：结合①、② 干法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si及Si3N4的腐蚀剂 刻蚀气体：CF4、BCl3、CCl4、CHCl3、SF6 金属化与多层互连 金属化的应用、三种最常用的金属及三种不同的金属化方法 应用 ■栅电极材料■金半接触电极材料■互连材料 常用的金属性材料 ■掺杂的poly-Si■金属硅化物■金属合金 金属化方法 多晶硅－重掺杂，LPCVD淀积 金属硅化物-淀积 合金=淀积（PVD,CVD）集成电路对金属化的基本要求 1.形成低阻欧姆接触；2.提供低阻互连线；3.抗电迁移；4.良好的附着性；5.耐腐蚀；6.易于淀积和刻蚀；7.易键合；8.层与层之间绝缘要好 90年代CMOS标准金属化：栅材料，接触孔（通孔）填充材料，阻挡层（势垒层）、黏附层、焊接层、及防反射层材料，互连材料，金半接触电极材料及工艺 Al-Si接触的尖楔现象、影响及抑制 Al/Si接触的尖楔现象：Si在Al中的溶解度及快速扩散 影响：PN结穿刺 –Al刺穿过掺杂PN结，使源/漏与衬底短路 抑制：400 ℃热退火在Si-Al界面形成Si-Al合金 Al的电迁移现象、影响及抑制 电迁移：大电流密度下发生质量（离子/晶粒）输运 现象：在阳极端堆积形成小丘或须晶，造成电极间短路； 在阴极端形成空洞，导致电极开路 影响； ■电迁移使金属线变窄变薄■残留引线中电流密度更高■电迁移影响IC的可靠性 电迁移抑制 ■少量铜与铝形成的合金将大大提供Al对电迁移的抵抗，铜作为Al晶粒间的粘合剂，防止Al晶粒因电子轰击而迁移 ■Al-Cu(0.5%)最常用■使用Al-Si-Cu 合金 TiN的作用 TiN：阻挡层，防止W扩散 TiN：粘合层，帮助W与SiO2表面粘合在一起 TiN：防反射涂层ARC（Anti-reflection coating），防止反射提高光刻分辨率 Cu淀积的大马士革镶嵌工艺 ① 在低K介质层上刻蚀出Cu互连线用的沟槽； ② ②CVD淀积一层薄的金属势垒层：防止Cu的扩散 ③ ③溅射淀积Cu的籽晶层：电镀或化学镀Cu需要 ④ ④沟槽和通孔淀积Cu：电镀或化学镀； ⑤400℃下退火； ⑤ Cu的CMP。 工艺集成 MOS IC与双极IC的隔离 MOS集成电路的隔离：LOCOS隔离工艺；侧墙掩蔽的隔离工艺；浅槽隔离等.双极集成电路的隔离：pn结隔离工艺；深槽隔离工艺.防止寄生场效应晶体管开启及提高寄生晶体管阈值电压的工艺方法 防止寄生场效应晶体管开启的方法 提高寄生场效应晶体管的阈值电压使寄生场效应晶体管的阈值电压高于集成电路的工作电压 4．提高寄生晶体管阈值电压的方法 1）、增加场区SiO2的厚度；（但是过厚的氧化层将产生过高的台阶，从而引起台阶覆盖的问题） 2）、增大氧化层下沟道的掺杂浓度，即形成沟道阻挡层 局部氧化（LOCOS）、侧墙掩蔽的隔离（SWAMI）及浅槽隔离（STI，Shallow Trench Isolation）工艺的特点、工艺流程及示意图 局部氧化工艺 优点： 1.可以减小表面的台阶高度；2.和高浓度杂质注入是一次光刻完成的 缺点： 1、鸟嘴侵蚀有源区； 2、不利于后序工艺中的平坦化； 3、杂质重新分布。 P阱、N阱工艺特点 P阱工艺：易实现nMOS和pMOS的性能匹配，适于静态逻辑电路 n阱工艺：易获得高性能的nMOS，适于微处理器、DRAM 熟悉双阱CMOS IC工艺流程 1）硅片准备2）阱的制备3）场区隔离：4）CMOS器件形成5）多层金属互联6）后部封装工艺 熟悉标准埋层双极集成电路工艺流程 标准埋层双极集成电路工艺流程 1）、衬底准备2）、埋层的制备3）、外延层生长4）、隔离区的形成（第二次光刻）5）、收集极接触的制备（第三次光刻）6）、基区的形成（第四次光刻）7）、发射区的形成（第五次光刻）8）、金属接触和互联（第六、七次光刻）9）、后续封装工艺 CMOS工艺流程 了解1960s、1970s和1980s集成电路工艺的特点 熟悉1990sCMOS工艺的特点：特征尺寸、衬底、隔离、光刻、刻蚀、退火、W塞及平整化 1990’s CMOS Technology Photolithography – G-line, I-line(365 nm), and DUV 248 nm – Positive photoresist – Steppers replaced projection printer – Track-stepper integrated systems • Plasma etches for patterned etch • Wet etches for blanket film stripping • Vertical furnaces – smaller footprints, better contamination control.• RTP systems – post-implantation annealing – silicide formation, – faster, better process and thermal budget control.• DC magnetron sputtering replaced evaporation • Multi-layer metal interconnection • W CVD and CMP(or etch back)to form plugs • Ti and TiN barrier/adhesion layer for W • Ti welding layer for Al-Cu to reduce contact resistance • TiN ARC • BPSG was popularly used as PMD.• DCVD: PE-TEOS and O3-TEOS – STI, sidewall spacer, PMD, and IMD • DCVD: PE-silane – PMD barrier nitride, dielectric ARC, and PD nitride • Tungsten CMP to form plug • Dielectric CMP for planarization • Cluster tools became very popular • Single wafer processing systems improve wafer-to-wafer uniformity control • Batch systems is still commonly employed in many non-critical processes for their high throughput. 电路中局部的变化会引起整个电路电流、电压、电功率的变化, “牵一发而动全身”是动态电路问题的一个特点.处理这类问题常规思维过程是:首先对电路进行分析, 然后从阻值变化的部分入手, 由串、并联规律判断电路总电阻变化情况, 再由闭合电路欧姆定律判断电路总电流、路端电压变化情况, 最后再根据电路特点和电路中电压、电流分配原则判断各部分电流、电压、电功率的变化情况.动态电路问题分析是电学的常考点之一, 几乎每年都有该类试题出现.该类试题能考查考生对闭合电路欧姆定律的理解, 电路的结构分析及对串并联特点的应用能力, 兼顾考查学生的逻辑推理能力.本文总结的“恒定电流中动态电路”一些重要规律, 希望能对同学们求解此类问题有所帮助. 规律一:串“反”并“同”. 串“反”并“同”是指:当电路中只有一个电阻增大时, 与它串联的电阻上的电压、电流和功率都减小;与它并联的电阻上的电压、电流和功率都增大.当电路中只有一个电阻减小时, 与它串联的电阻上的电压、电流和功率都增大;与它并联的电阻上的电压、电流和功率都减小.这句话可以用四个字概括:串“反”并“同”. 特别注意这里的串联和并联是广泛意义上“串联”和“并联”. 【例1】如图1所示, L1、L2、L3为三个相同的灯泡.在变阻器R的滑片P向上移动过程中, 下列判断中正确的是 () A.L1 变亮, L3变暗 B.L2 变暗, L3变亮 C.L1 中电流变化量大于L3中电流变化量 D.L1 中电流变化量小于L2中电流变化量 【点拨】变阻器R的阻值减小, 灯泡L1、L3上的电压、电流和功率都增大, 此种情况相当于串“反”;灯泡L2上的电压、电流和功率都减小, 此种情况相当于并“同”.若同学们记住这个重要规律, 可以大大提高解题速度, 节省做题时间. 规律二:外电压随外电阻的增大而增大;外电压随外电阻的减小而减小. 如图2所示, 电源的电动势为E, 电源的内阻为r, 外电阻为R, 则:电路的总电流为I=E/ (R+r) , 外电压U=EIr. (E、r都为定值) ①若R增大, 则I减小, U增大.所以:外电压随外电阻的增大而增大. 当R=∞时, I=0, U=E. ②若R减小, 则I增大, U减小.所以:外电压随外电阻的减小而减小. 当R=0时, I=E/r, U=0V.此种情况, 电源被短路是不允许的. 规律三:当外电路的任何一个电阻增大 (或减小) 时, 电路的总电阻一定增大 (或减小) . 若R1、R2…Rn串联, 则总电阻, 若只增加 (或减小) R1, 则总电阻R总增大 (或减小) ;若R1、R2…Rn并联, 则总电阻, 若只增加 (或减小) R1, 则总电阻R总增大 (或减小) . 【例2】如图3所示, 电源电动势为E, 内阻为r, 不计电压表和电流表内阻对电路的影响, 当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时, 下列说法正确的是 A.电压表示数变大, 电流表示数变小 B.电压表示数变小, 电流表示数变大 C.电压表示数变大, 电流表示数变大 D.电压表示数变小, 电流表示数变小 解析:解法一 (程序法) R3 的滑动触头向下滑动, 所以R3接入电路的阻值变大, 导致并联电路的阻值变大, 电路的总电阻变大, 干路电流变小;并联电路的电阻变大, 则并联电路的分压增大, 即R2、R4串联电路的电压变大, 所以流过这一支路的电流变大, 由于干路电流变小, 所以电流表的示数变小;因为R2、R4串联电路的总电压变大, R2和R4 的阻值不变, 使得R2两端分压变大, 电压表示数变大, 本题答案为A. 解法二 (串“反”并“同”) 根据串“反”并“同”规律, R3的滑动触头向下滑动, 所以R3接入电路的阻值变大, 与它串联的电流表示数减小, 与它“并联”的电压表示数变大, 选项A正确. 解法三 (等效电源) 把R1等效成电源的一部分, 电源变成一个新的电源, 此时新电源的电动势为E, 新电源的内阻为 (R1+r) .R3的滑动触头向下滑动, 所以R3接入电路的阻值变大, 外电阻增大, 由重要规律二知外电压增大, 即R2、R4串联电路的总电压变大, 由于R2和R4的阻值不变, 使得R2 两端分压变大, 电压表示数变大;同理把R1、R2和R4等效成电源的一部分, 电源又变成一个新的电源, R3变成外电阻, R3的滑动触头向下滑动, 所以R3接入电路的阻值变大, 外电阻增大, 总电流减小, 即电流表示数减小.综合上面分析可得:本题答案为A. 规律四:电路中某个电阻短路, 相当于该电阻减小;某个电阻断路, 相当于该电阻增大. 【例3】如图4所示的电路中, 开关S闭合后, 灯泡A和B都正常发光.由于电路故障, 灯泡B变暗 (没有熄灭) , 灯泡A变亮, 则电路中可能发生的故障是 () A.R1 短路B.R1断路 C.R2 短路D.R2断路 解析:由串“反”并“同”可得:R1短路, 相当于R1减小, 与它并联的灯泡A熄灭, 与它“串联”的灯泡B变亮, 不符合题意, 选项A错误;R1 断路, 相当于R1增大, 与它并联的灯泡A变亮, 与它“串联”的灯泡B变暗, 符合题意, 选项B正确;R2短路, 相当于R2减小, 与它并联的灯泡B熄灭, 与它“串联”的灯泡A变亮, 不符合题意, 选项C错误;R2断路, 相当于R2增大, 与它并联的灯泡B变亮, 与它“串联”的灯泡A变暗, 不符合题意, 选项D错误.综合上面分析可得:本题答案选B. 规律五:并联电路中, 并联支路增多, 总电阻变小, 反之增大. 【例4】为什么晚上七、八点钟, 各家各户的灯泡比较暗, 深夜十一点钟灯泡比较亮? 解析:各家各户灯泡都是并联关系, 设并联部分的总电阻为R并, 输电线的总电阻为R线, 电路中的总电流为I, 我们国家照明电路的总电压为U=220V.晚上七、八点钟, 各家各户的灯泡都在工作, R并变小, 由可得I变大, 灯泡上的电压由可得U灯变小, 灯泡暗.深夜十一点钟, 大部分用户都关灯, R并变大, 由可得I变小, 灯泡上的电压由可得U灯变大, 灯泡亮.所以晚上七、八点钟, 各家各户的灯泡比较暗, 深夜十一点钟灯泡比较亮. 规律六:如图5所示的分压电路, 电路总电阻RAB等于AP段并联电阻RAp与PB段电阻RbP的串联, 当P点由a滑至b时, 虽然RaP与RbP变化相反, 但电路的总电阻RAB持续减小;若P点反向移动, 则RAB持续增大. 证明:设滑动变阻器的总阻值为R2, R2为一定值. 所以, 当RaP增大时, RAB减小;当RaP减小时, RAB增大. 滑动头P在a点时, RAB取最大值R2;滑动头P在b点时, RAB取最小值R1R2/ (R1+R2) . 【例5】如图6所示的电路中, 开关闭合后, 滑片P从a端移动到b端的过程中, 流过R1的电流怎样变化?电源的路端电压怎样变化? 解析:由规律六可得滑片P从a端移动b端的过程中, 电路中的外电阻R外减小, 由规律二可得电源的路端电压减小. 由规律六可得滑片P从a端移动b端的过程中, 电路中的总电阻RR总减小, 电路中的总电流为I=E/R总, 可得I增大. 由规律三可得R1所在的并联电路的总电阻R并增大, 由U并 =IR并得R1所在的并联电路的总电压U并增大, 由I1=U并/R并得流过R1的电流I1增大. 规律七:如图7所示的并联电路, 若两并联支路的电阻之和为定值, 则两支路的并联总电阻随两支路电阻阻值之差的绝对值的增大而减小;随两支路电阻阻值之差的绝对值的减小而增大, 且支路阻值相差最小时有最大值, 相差最大时有最小值. 则AB间的总电阻为 可见RAB的阻值随Ra与Rb之差的绝对值的增大而减小, 随Ra与Rb之差的绝对值的减小而增大, 且当相差最小时, RAB有最大值, 相差最大时, RAB有最小值. 此外, 若两支路阻值相差可小至零, 则RAB有最大值R0/4. 【例6】如图8所示, 滑动变阻器的总阻值R0>R1≠0.当滑动变阻器的触头位于它的中点时, 电压表的读数为U, 电流表的读数为I, 则滑动变阻器的触头继续向上移动的过程中 () A.电压表的读数总小于U B.电压表的读数先增大后减小 C.电流表的读数总大于I D.电流表的读数先增大后减小 解析:先简化电路, 除去两电表, 相当于两个并联电阻与R2串联, 滑动变阻器位于中点时, 上、下两并联支路电阻不等 (滑动变阻器的总阻值R0>R1≠0) , 由上面的重要规律得:滑动变阻器的滑动触头移到两支路电阻相等时, 总电阻最大.当滑动变阻器的触头从它的中点继续向上移动的过程中, 总电阻R总先增大后减小, 总电流I总=E/R总先减小后增大, 电压表的读数即外电压为U=E-I总r, 电压表的读数先增大后减小, 所以选项B正确, 选项A错误. 设触头把滑动变阻器分成上下两部分, 滑动变阻器上面部分的电阻的阻值为Rx, 滑动变阻器下面部分的电阻的阻值为Ry.由题意得Rx减小, Ry增大.当滑动变阻器的触头从它的中点继续向上移动的过程中, 并联电路的两支路电阻相等前, 总电阻R总增大, 总电流I总=ER总减小.并联电路的电压U并=E-I总 (R2+r) 增大, 安培表所在支路电阻减小, 安培表读数IA=U并R1+Rx增大.并联电路的两支路电阻相等后, 总电阻R总减小, 总电流I总=E/R总增大, 并联电路的电压U并=E-I总 (R2+r) 减小, 安培表读数IA=I总-U并/Ry增大.所以选项C正确, 选项D错误. 综合上面分析得本题答案选BC. 规律八:有关闭合电路中电源的输出功率和外电阻之间的变化规律. 如图9所示, 电源的电动势为E, 电源的内阻为r, 外电阻为R, 则电源的输出功率为: 画出电源的输出功率随外电阻的变化图像如图10所示.从图像上可以总结下列规律: 设外电阻的最大阻值为Rm, 外电阻是可以变化的. ①当Rm>r, 外电阻从最大阻值开始减小时, 随着外电阻的减小, 电源的输出功率先增大后减小. ②当Rm≤r, 外电阻从最大阻值开始减小时, 随着外电阻的减小, 电源的输出功率一直减小. 【例10】某同学设计了如图11 (a) 所示电路研究电源输出功率变化情况.电源电动势E、内电阻r恒定, R1为滑动变阻器, R2、R3为定值电阻, A、V为理想电表. (1) 若滑动片P由a滑至b时A示数一直变小, 则R1和R2必须满足的关系是________. (2) 若R1=6Ω, R2=12Ω, 电源内电阻r=6Ω, 当滑动片P由a滑至b时, 电源E的输出功率P随外电路总电阻R的变化关系如图11 (b) 所示, 则R3的阻值应该选择 () A.2Ω B.4Ω C.6Ω D.8Ω 解析: (1) 若滑动片P由a滑至b时A示数一直变小, 电路中的总电阻一直变大, 则由总电阻的变化规律可得:R1≤R2. 由于当外电阻等于内电阻时, 电源的输出功率最大.再结合图11 (b) 可得: 综合上面分析可得:2Ω<R3<6Ω, 选项B正确. 规律九:如图12所示的电路中, R1、R2、R3是定值电阻, R4是可变电阻. 证明:由于在恒定电路中, 导线被认为是理想导线, 理想导线的电阻为零, 所以导线上各个点的电势相等, 导线上各个点可以用一个点等效替代.如图13所示, 标出a、b、c和d四个点.设流过R1和R2的电流为I1, 流过R3和R4的电流为I3, 由于电阻上的电压等于电阻两端对应的两点间的电势差, 所以: 【例11】如图14所示的电 路中, R1、R2、R3是定值电阻, R4是光敏电阻, 其阻值随光照的强度增强而减小.开关S闭合且无光照射, 电容器C不带电.当用强光照射R4, 待电路稳定后, 与无光照射时比较 () A.通过R4的电流变小 B.电源提供的总功率变小 C.电源的路端电压增大 D.电容器C的下极板带正电 解析:由于电容器“隔直流, 通交流”, 所以当电路稳定后, 电容器所在的支路相当于断路, 与电容器串联的电阻相当于一根导线, 画等效电路时, 电容器可以直接摘掉, 即电路稳定后, 电容器对电路不起作用.电路稳定后, 外电路R1 和R2串联, R3和R4串联, 然后并联. 开关S闭合且无光照射, 电容器C不带电, 此时电容器两端的电势相等, 设此时R4对应的电阻为R41, 由规律九可得R3/R1=R41/R2;当用强光照射R4, 待电路稳定后, 设此时R4对应的电阻为R42, 由于R4是光敏电阻, 其阻值随光照的强度增强而减小, 所以R41>R42, 可得R3/R1>R42R2, 由规律九可得电容器C的下极板的电势高, 电容器C的下极板带正电, 选项D正确;当用强光照射R4, R4减小, 电路中的总电阻减小, 由闭合电路的欧姆定律I=E/R总可得电路中的总电流I增大, 电源提供的总功率P=EI增大, 选项B错误;由于电源的路端电压U=E-Ir, 所以电源的路端电压U减小, 选项C错误;流过R1的电流为I1=U/ (R1+R2) 减小, 流过R3的电流为I3=I-I1增大, 即通过R4的电流增大, 选项A错误.综合上面分析可得本题答案选D. 【例12】用图15所示的电路可以测量电阻的阻值.图中Rx是待测电阻, R0是定值, G是灵敏度很高的电流表, MN是一段均匀的电阻丝.闭合开关, 改变滑动头P的位置, 当通过电流表G的电流为零时, 测得MP=l1, PN=l2, 则Rx的阻值为 () 解析:设电阻丝P、M两点的电阻值为RPM, 则由电阻定律得RPM=ρlS1, 设电阻丝P、N两点的电阻值为RPN, 则由电阻定律得RPN=ρlS2.当通过电流表G的电流为零时, 电流表G处的电压为零, 电流表G两端的电势为零, 由规律九可得, 进一步得, 解得, 选项C正确. 本文是笔者结合自己的教学体会, 总结出的求解电路动态问题的九条重要规律, 希望同学们仔细研读, 相信会对你们有所帮助. 主要功能是实现各种应用软件在本系统中的集成及调用，由于需要集成软件的开发软件，运行环境各有不同，所以在系统集成时调用的相关技术也不尽相同。本系统软件的集成主要应用了一下三种技术：Java Applet技术，Exe软件的调用方法，Matlab软件的调用方法。相关技术 2.1 Java Applet技术 Applet可以翻译为小应用程序，Java Applet就是用Java语言编写的这样的一些小应用程序，它们可以直接嵌入到网页或者其他特定的容器中，并能够产生特殊的效果。 Applet必须运行于某个特定的“容器”，这个容器可以是浏览器本身，也可以是通过各种插件，或者包括支持Applet的移动设备在内的其他各种程序来运行。与一般的Java应用程序不同，Applet不是通过main方法来运行的。在运行时Applet通常会与用户进行互动，显示动态的画面，并且还会遵循严格的安全检查，阻止潜在的不安全因素（例如根据安全策略，限Applet对客户端文件系统的访问）。 在Java Applet中，可以实现图形绘制，字体和颜色控制，动画和声音的插入，人机交互及网络交流等功能。Applet还提供了名为抽象窗口工具箱（Abstract Window Toolkit，AWT）的窗口环境开发工具。AWT利用用户计算机的GUI元素，可以建立标准的图形用户界面，如窗口、按钮、滚动条等等。目前，在网络上有非常多的Applet范例来生动地展现这些功能，读者可以去调阅相应的网页以观看它们的效果。 在Java Applet的生命周期中，共有四种状态（初始态、运行态、停止态和消亡态）和四个方法：init()、start()、stop()和destroy()。a init()当创建Java Applet且第一次使用支持Java的浏览器载入时，就会执行init()方法。在Java Applet生命周期中，该方法只执行一次，因此可以利用这一点在init()方法中进行一些只需执行一次的初始化操作，例如对变量的初始化等。b start()调用完init()方法后，系统将自动调用start()方法。当用户离开包含Applet的主页后又再返回时，或者当浏览器从图标状态恢复为窗口时，系统都会自动再执行一遍start()方法。 和init()方法不同，start()方法在Applet的生命周期中被多次调用，该方法是Applet的主体。在start()方法中，可以执行一些任务，或者是启动相关的线程来执行任务，如循环播放歌曲等。c stop()和star()方法相对应，当用户离开Applet所在页面或者是浏览器变成图标时，系统都会调用stop()方法，因此该方法也是可以被多次调用的。 stop()方法起到这样的作用：当用户在当前时刻并不十分关注Applet时，停止一些耗用资源的工作，这样就可以提高系统的运行速度，而且系统会自动调用该方法，并不需要人为干预。倘若编写的Applet中不涉及动画等多媒体，一般不必重写该方法。51Testing软件测试网 d destroy()当用户关闭浏览器时，系统就会调用destroy()方法，应该注意stop()方法和destroy()方法的区别。 本系统中的Applet小程序调用流程：运行时，首先从服务器下载应用程序的ZIP压缩文件到本地，然后解压到本地，并在在本地运行，在Applet关闭时，停止exe运行，并删除已下载的ZIP文件和解压后的文件夹。 2.2 EXE软件的调用方法 使用Runtime.getRuntime().exec()方法可以在java程序里运行外部程序。 该方法有6个可访问版本： 1.exec(String command) 2.exec(String command，String envp[]，File dir) 3.exec(String cmd，String envp[]) 4.exec(String cmdarray[]) 5.exec(String cmdarray[]，String envp[]) 6.exec(String cmdarray[]，String envp[]，File dir) 一般的应用程序可以直接使用第一版本,当有环境变量传递的时候使用后面的版本。 其中2和6版本可以传递一个目录,标识当前目录,因为有些程序是使用相对目录的,所以就要使用这个版本.当要执行批处理的时候,不能直接传递批处理的文件名,而要使用： cmd.exe /C start 批处理文件名 使用dos命令(比如dir)时也要使用掉调用。 如果想与调用的程序进行交互,那么就要使用该方法的返回对象Process了,通过Process的getInputStream(),getOutputStream(),getErrorStream()方法可以得到输入输出流,然后通过InputStream可以得到程序对控制台的输出信息,通过OutputStream可以给程序输入指令,这样就达到了程序的交换功能。 使用Runtime类． try { Runtime rt = Runtime.getRuntime(); rt.exec(“C:WINDOWSNOTEPAD.exe”); } catch(Throwable t){ System.out.print(t.getMessage()); } 2.3 Matlab软件的调用方法 Matlab软件的调用分为三个步骤：一是在java里面调用matlab，matlab2006b以后的版本中都提供了java 调用matlab的接口matlab build for java；二是将调用matlab程序的java程序转换为exe程序；三是按照2.1所述的方法调用Matlab的exe程序。 关键技术是java调用matlab程序的方法，下面是一个相关的例子：(一)在MATLAB中编辑operation.m, %定义一个函数operation(a,b),求a与b的加减乘除运算，并返回结果 %函数定义function 输出变量列表[s,m,...] 函数名（输入变量列表）sum,sub,mul,div中 function [sum,sub,mul,div] = operation(a,b);sum = a + b;sub = a-b;mul = a * b;div = a / b;end(二)生成Java调用文件 Matlab命令中输入deploytool,新建一个matlab builder ja文件，在operationclass中添加operation.m文件，点击bulid the project,生成一个供java调用的文件夹结构如下： Operation-----|----distrib | |-----operation.jar | |-----readme.txt | -------src | |----operation | |----operationclass.java | |----operationMCRFactory.java |----operationclassRemote.java | |----classes | |----operation | |----operation.ctf | |----operationclass$1.class |----operationclass.class |----operationclassRemote.class |----operationMCRFactory.class |-------build.log |-------operation.ctf |-------operation.jar |-------mccExcludedFiles.log |-------readme.txt(三)Java中建立一个java project工程JavaTestMatlab，导入两个库文件javabuilder.jar（C:ProgramFilestoolboxjavabuilderjar）和operation.jar(D:My DocumentsMATLABoperationdistrib operation.jar)，编写java程序JavaTestMatlab.java程序如下： import operation.*;import java.util.Scanner;class JavaTestMatlab { public static void main(String[] args) { Object result[] = null; /* object是所有类的父类public Object[] operation(int nargout, Object...rhs)*/ operationclass myAdd = null; /* Stores myadd class instance */ try { int a,b; myAdd = new operationclass(); System.out.println(“从键盘输入两个操作数：”); System.out.print(“ 输入第一个操作数：”); Scanner scan = new Scanner(System.in); //从控制台读入输入的整数 a = scan.nextInt(); //从控制台输入第一个操作数 System.out.print(“ 输入第二个操作数: ”); b = scan.nextInt(); //从控制台输入第二个操作数 result = myAdd.operation(4,a,b);//operation(4,a,b)中第一个参数是返回值的个数，a是第一个输入参数,b是第二个输入参数 System.out.print(“The sum of ” + Integer.toString(a)+ “ and ” + Integer.toString(b)+ “ is: ”); System.out.println(result[0]); System.out.print(“The sub of ” + Integer.toString(a)+ “ and ” + Integer.toString(b)+ “ is: ”); System.out.println(result[1]); System.out.print(“The mul of ” + Integer.toString(a)+ “ and ” + Integer.toString(b)+ “ is: ”); System.out.println(result[2]); System.out.print(“The div of ” + Integer.toString(a)+ “ and ” + Integer.toString(b)+ “ is: ”); System.out.println(result[3]); } catch(Exception e) { System.out.println(e); } } } 测试结果如下： 从键盘输入两个操作数： 输入第一个操作数：55 输入第二个操作数: 22 The sum of 55 and 22 is: 77 The sub of 55 and 22 is: 33 The mul of 55 and 22 is: 1210 The div of 55 and 22 is: 3(四)错误调试 1.安装matlab不完整，没有toolboxjavabuilder下的文件 2.环境变量中classpath中添加两个jar文件的路径 已经集成的软件 ORDEM2000 空间碎片评估系统（DAS2.0）增阻型离轨气动分析及优化软件 索型离轨技术模拟软件TetherSim 卫星寿命计算软件 再入安全评估软件 第一章数制和编码 1． 能写出任意进制数的按权展开式； 2． 掌握二进制数与十进制数之间的相互转换； 3． 掌握二进制数与八进制、十六进制数之间的相互转换； 4． 掌握二进制数的原码、反码及补码的表示方法； 5． 熟悉自然二进制码、8421BCD码和余3 BCD码 6． 了解循环码的特点。 第二章 逻辑代数基础 1． 掌握逻辑代数的基本运算公式； 2．掌握代入规则，反演规则，对偶规则； 熟悉逻辑表达式类型之间的转换---“与或”表达式转化为“与非”表达式； 3． 熟悉逻辑函数的标准形式---积之和（最小项）表达式及和之积（最大项）式表达式。（最小项与最大项之间的关系，最小项表达式与最大项表达式之间的关系）。 4． 了解正逻辑和负逻辑的概念。 第三章：数字逻辑系统建模 1．熟悉代数法化简函数 （AABA,AABAB, ABACBCABAC, A+A=AAA=A） 2．掌握图解法化简函数 3．了解列表法化简函数（Q-M法的步骤） 4．能够解决逻辑函数简化中的几个实际问题。 a.无关项，任意项，约束项的处理； b.卡诺图之间的运算。 5．时序逻辑状态化简 掌握确定状态逻辑系统的状态化简； 了解不完全确定状态逻辑系统的状态化简。 第四章：集成逻辑门 1． 了解TTL“与非”门电路的简单工作原理； 2． 熟悉TTL“与非”门电路的外特性：电压传输特性及几个主要参数，输出高电平，输出低电平、噪声容限、输入短路电流、扇出系数和平均传输延迟时间。 3． 熟悉集电集开路“与非”门（OC门）和三态门逻辑概念，理解“线与”的概念； 4． 掌握CMOS“与非”门、“或非”门、“非”门电路的形式及其工作原理。 5． 熟练掌握与、或、非、异或、同或的逻辑关系。 7．掌握R-S、J-K、D、T触发器的逻辑功能、特征方程、状态转换图、状态转换真值表。不要求深入研究触发器的内部结构，只要求掌握它们的功能，能够正确地使用它们； 8．了解触发器直接置 “0”端RD和直接置“1”端SD的作用。 9．了解边沿触发器的特点； 10．熟悉触发器的功能转换。 11.了解施密特电路、单稳态电路的功能用途； 212．了解ROM、PROM、EPROM，EPROM有何不同； 13．能用PLD（与或阵列）实现函数 第五章: 组合逻辑电路 1、熟悉组合逻辑电路的定义； 2、掌握组合电路的分析方法：根据电路写出输出函数的逻辑表达式，列出真值表，根 据逻辑表达式和真值表分析出电路的路基功能。 3、掌握逻辑电路的设计方法：根据设计要求，确定输入和输出变量，列出真值表，利 用卡诺图法化简逻辑函数写出表达式，画出电路图。 4、掌握常用组合逻辑部件74LS283）、74LS85）、74LS138）、四选一数据选择器和八选 一数据选择器74151的应用（利用138译码器、八选一数据选择器实现组合逻辑函数等）。 5、了解组合电路的竞争与冒险。 第六章: 同步时序电路 1． 了解时序电路的特点（定义）； 2． 记住时序电路的分析步骤,掌握时序电路的分析方法,能够较熟练地分析同步时序 电路的逻辑功能。 3． 记住时序电路的设计步骤,掌握时序电路的设计方法,会同步时序电路的设计（含状 态化简）。 第七章: 常用时序逻辑部件 4． 了解常用的时序逻辑部件，如各种计数器（74LS161、74LS163、74LS193）、移位寄 存器（74LS194）及寄存器；不要求详尽的去研究其内部电路，但能够应用时序逻辑部件构成给定的逻辑功能。 5． 会看时序逻辑部件及组合逻辑部件的功能表，根据功能表掌握其逻辑功能、典型应 用及功能扩展 6． 掌握掌握连成任意模M同步计数器的三种方法：预置法，清0法，多次预置法； 7． 掌握序列码发生器的设计过程 第八章 了解A/D,D/A转换的基本原理。 思考题 1． BCD码的含义是什么？ 2． 数字电路的特点是什么？ 3． 三态门的特点是什么，说明其主要用途？ 4． OC门的特点是什么，说明其主要用途？ 5． TTL集成逻辑门的基本参数有哪几种？ 6． 什么是“与”逻辑关系、“或”逻辑关系、“非”逻辑关系？ 7． 什么是“同或”逻辑关系、“异或”逻辑关系？ 8． 简化逻辑函数的意义是什么？ 9． 几种数制如何进行相互转换？ 10． 怎样取得二进制数的原码、反码和补码？ 11． 将十进制数125编写成8421BCD码和余3BCD 码； 12． 什么是最小项及最小项表达式？ 13． 怎样用代数法化简逻辑函数？ 14． 怎样用卡诺图法化简逻辑函数？ 简化后的逻辑表达式是。 A.唯一B.不唯一 C.不确定D.任意。 15． 什么是组合电路？什么是时序电路？各自的特点是什么？ 16． 组合电路的表示形式有几种，是哪几种？ 17． 组合电路的分析步骤是什么？ 18． 组合电路的设计步骤是什么？ 19． 半加器与全加器的功能有何区别？ 20． 译码器、编码器、比较器如何进行级联？ 21． 如何用数据选择器实现逻辑函数？ 22． 竞争与冒险的起因是什么？ 23． D触发器与J-K触发器的特征方程和状态转换图是什么？ 24． 如何用J-K触发器实现T触发器？ 25． 什么是同步时序电路和异步时序电路？其特点是什么？ 26． 同步时序电路的分析步骤是什么？ 27． 同步时序电路的设计步骤是什么？ 28． 全面描述时序电路的方程有几个？是哪几个？ 29． 状态化简的意义是什么？怎样进行状态化简？ 30． 怎样用中规模同步集成计数器设计任意模值计数器？ 31． 怎样用移位寄存器构成环形计数器？ 32． 什么是ROM？什么是RAM？ 33． PLD、PLA、GAL、PAL，FPGA、CPLD的含义是什么？ 34． 画出ADC工作原理框图，写出三种ADC电路的名称。 35． 计算R-2R网络DAC的输出电压。 36． 欲将正弦信号转换成与之频率相同的脉冲信号，应用 首先，很高兴能够跟大家有这么一次一起探讨的机会。很幸运这次能够通过系统集成考试。说实在的，这次的考试我准备了至少有一个多月的时间，因此我并不觉得自己找到了什么事半功倍的方法，这可能使大家有些失望，但我仍愿将在这次考试中的一些体会、得失写给大家，希望能给下一次进行这类考试的同事们一些帮助和启发。 首先，先花1周左右的时间把教程泛泛地看了一遍，简单了解一下教程中都有些什么内容，每个章节具体在哪些位置，哪些章节比较重要，通过第一次看教程一定要知道这些。然后就是比较仔细的看一遍教程，这个阶段我认为需要3周至一个月的时间，每看完一章，就做一些课后习题练习一下，考察一下本章节学习的情况。再然后就是直接做最近几年的考试真题，至少要做两遍。最好在考前的两个周左右时间久开始做真题。在做第一遍的时候，弄明白考试中哪些是重点，哪些是难点，然后不明白的地方再仔细查看一下教程的相关章节。做第二遍的时候你会发现，上一次会做的题目这一次可能不会，或自己原来理解得不对，经过这一轮的复习，你对知识点的理解又加深了一步，这一遍你可以将你认为自己没有完全吃透或重要的题目做标记，然后再重点看这部分题目。在考试之初，我认为下午的案例分析是比较困难的，最不容易得分的。但是，经过这次考试之后，我认为选择题可能更加困难一点，因为选择题的知识点比较杂，比较散，有些知识是书本上没有的，需要靠平时积累的知识去推理。上午的试题，我认为还是要多做一些真题，因为在考试中经常会碰到一些类似的题目甚至是原题。对于下午的试题，我采取的办法是，把历年的案例分析考试范围和频率做一个总结，比如成本管理和进度管理方面出题比较多，针对一些常见的案例情况归纳出通用的答案，分析历年的真题，可以发现案例分析题题型并不是很多，只要注意。归纳后标准答案，需要花时间记忆。 关键词：功能验证,基于覆盖率的方法,测试矢量 0 引言 随着半导体技术的发展, 芯片设计的规模和复杂度也不断增加。设计者在缩短设计周期同时, 还要尽可能保证芯片设计的正确性, 其关键的问题是设计验证问题。目前, 验证所花费的时间大约占集成电路设计周期的70%~80%。正确性验证已经逐渐成为大规模集成电路设计的主要瓶颈。当前验证面临的挑战主要有以下几个方面: 1) 巨大的验证空间; 2) 验证环境的可重用性; 3) 验证结果的数据一致性检查; 4) 验证工作结束的标志。 1 传统的功能验证 目前, 采用的验证测试方法主要有3类:基于参数的验证测试, 基于结构的验证测试, 和基于功能的验证测试。 功能验证不考虑电路的结构, 只考虑电路的功能流程, 在验证因果设计方案时是非常有用的。其仿真结果得到的测试向量还可以应用在检验生产厂家的产品上。目前针对微处理器的功能验证可分为基于形式验证的方法和基于仿真的验证方法。 1.1 基于仿真的验证 基于仿真的验证又称模拟验证, 其验证过程是将验证用的激励向量加载到待测系统上进行运行, 通过结果比较来验证待测系统的功能正确性。根据仿真结果检验方式的不同, 大致可分为协同仿真和自测检验两类[1]。 1) 协同仿真。协同仿真的方法是将激励信号同时赋给待测系统和参考模型, 并比较两个系统的输出是否一致, 判断待测系统的运作是否正确。理论上, 协同仿真的测试向量可以是任意代码。在实现时, 协同仿真的测试激励信号往往是系统以前版本积累下来的测试向量、应用程序或标准的Benchmark等。因此协同仿真的测试向量集更大, 可验证的逻辑更广。在获得待测系统响应输出的同时将待测系统的模拟运行状况记录下来, 通过覆盖率统计工具进行分析, 还可以获得验证的覆盖率[3]。 2) 自测检验。自测检验的方法是把带有自测性质的测试向量作为激励信号输入到设计方案中, 由运行结果体现系统行为。其测试向量包括两部分内容:执行某一特定功能的代码和对系统行为的判断。 1.2 基于形式的验证 基于形式的验证不采用传统的激励——响应机制, 是一种无向量的验证方法。形式验证主要通过数学分析的方法来判断某个设计是否在所有的输入或状态条件下能按预期的情况工作[3]。形式验证将需要检测的某个功能或设计缺陷抽象为一个公式或数学表达式, 然后将整个电路系统也用数学方法抽象为某个或某组数学表达式, 最后用数学的方法来证明前者是否满足后者。 1.3 基于断言的验证 基于断言的验证 (Assertion-Based Verification) 是一种半形式验证方法, 其中断言是一种主动性的注释, 能够监控信号、预测行为和禁止行为。在RTL级的验证中正确应用基于断言的验证方法最为有效。 目前, 形式验证的研究和开发应用还不完善, 尚不能作为一种验证方法独立使用。因此, 基于仿真的功能验证方法仍为当前普遍使用的验证技术。 2 提高功能验证效率的方法 基于仿真的功能验证的方法是在输入端将加载激励信号, 收集输出端的响应信号, 并对此做出分析。可见, 如何产生高质量的测试激励和如何判断待测系统验证程度成为功能验证的两个关键问题。 2.1 测试向量的生成 测试向量的生成主要有3种方法:手工编写、伪随机生成和针对流水线模型生成。手工编写测试向量的方法具有较强的针对性, 编写的测试向量较为精简, 对于系统中一些诸如边角情况等不易验证的功能点进行验证是十分有效的。但这种方法需要耗费大量人力和时间, 无法满足大规模集成电路验证的要求。 另一种生成测试向量的方法是伪随机方法。所谓的伪随机是指在给定的约束条件下, 大量生成任意组合的随机序列。该技术已成为当前研究的重点, 许多EDA厂商开发了相应的辅助工具集, 如Cadence公司开发的Test Builder等。通过伪随机的方法产生的激励既满足特定条件, 又可实现充分的随机性, 具有一定的可控性, 大大节省了编写测试激励的时间。但由于其随机性, 会产生冗余向量, 降低了验证的效率。 针对流水线模型生成激励的方式主要是在引起流水线冲突的条件下, 验证流水线冲突是否得到解决, 其针对性强, 效率较高。但无法验证由非流水线冲突引起的设计错误, 验证的完备性较差。 通过以上3种方法的比较可以看出, 对设计系统的验证单独使用某一种方法产生测试激励不能达到验证要求。所以在实际应用中, 应根据待测系统的具体情况合理运用3种方法生成高效的测试向量, 有效减少冗余向量, 达到提高验证效率的目的。 2.2 验证完备性的度量 基于仿真的功能验证方法由于受验证时间和电路复杂程度的限制, 无法穷举所有的激励向量, 因此验证程度是否完备成为验证的另一个关键问题。 传统的验证方法只能反映发现问题的数目, 无法体现验证程度, 因此验证人员无法把握验证进度, 这使得待测系统验证的目的性不明确。因此, 要想提高验证的有效性, 需要引入一个反馈环节来监视并提高验证的完备性。图1显示引入覆盖率作为反馈环节的验证流程。通过覆盖率的分析来确定是否需要增加或调整测试向量, 以达到理想的验证目的。 覆盖率技术按对验证充分性衡量的不同标准, 可分为:代码覆盖率, 分支覆盖率, 条件表达式覆盖率, 路径覆盖率, 信号翻转率, 功能点覆盖率等。各种评估准则各有优点和局限性, 很难给出每种评估准则与其发现错误能力之间的定性关系。而实际应用中, 单独使用某个覆盖率准则并不能充分体现验证程度。为了更有效地衡量验证的程度, 需要把几种覆盖率结合起来。如代码覆盖反映HDL代码被运行的彻底程度, 功能覆盖则从系统的角度来指示哪些功能被测试到, 哪些功能没测试到。几种覆盖率高度互补, 可以达到很好的验证效果。 3 结论 本文介绍了几种传统的功能验证方法并剖析了其优缺点, 并针对基于仿真的功能验证提出解决提高验证效率的方法。采用多种测试向量生成方式相结合和在验证过程中引入覆盖率作为衡量验证程度完备性的反馈, 从而大大提高验证过程的效率。 参考文献 [1]解咏梅, 张珩, 张福新.基于覆盖率的功能验证方法[J].计算机应用研究, 2005 (1) :23-28. [2]张蓓莉.微处理器基于功能覆盖率的伪随机验证方法[J].计算机与信息技术, 2006 (4) :59-60. [3]任宇, 王以伍.VLSI设计中一种新型的功能验证方法[J].微计算机信息, 2006. [4]刘卓军, 吴尽昭.集成电路验证技术[J].中国基础科学, 2007 (11) :11-13.集成电路总结 篇2
软件集成技术总结 篇3
数字电路总结 篇4
系统集成考试总结 篇5
集成电路功能验证方法 篇6