分层次引入EDA技术,提高电子信息类专业学生创新能力

1、分层次引入EDA技术，提高电子信息类专业学生创新能力摘要：本文分析了当前EDA技术的特点和信息时代对电子工程师的要求，提出了分层次引入EDA技术改革电子信息类专业电子技术类课程的设想和思路，具体内容包括电子技术类课程的课程体系的设置以及课程内容的改革以及EDA实验室的建设，最后总结了改革的初步成效。关键词：EDA技术 电子技术 课程体系 教学内容一 引言随着人类的步伐跨入21世纪，信息经济时代已经来临。在信息经济时代，只有掌握最先进的信息技术才能把握时代经济命脉，国家才能繁荣富强。而要掌握先进的信息技术，人才是最关键的因素。高等院校电子信息类专业担负着为国家培养高素质信息技术人才的重任1。近几

2、年来我国信息产业发展迅速，但我们必须正视这样的事实：由于缺乏对核心技术的掌握，我国信息产业的发展一直受制于国外掌握核心技术的IT公司。我们的处境非常尴尬：几乎是世界PC最大市场的我国却没有自己的CPU；拥有核心技术的Motorola、Nokia、Samsung等国外公司占据了我国移动通信终端的大部分市场，在我国移动通信市场赚取了高额利润；彩电、DVD等家电行业也必须向掌握核心芯片技术的国外公司支付昂贵的专利使用费。缺乏高素质信息技术人才成为制约我国经济健康发展的重要因素之一，如何迅速改变目前的被动局面，培养大批适应社会发展需求的高素质信息技术人才，成为高等院校电子信息类专业改革迫在眉睫的问题。

3、以微电子技术为基础、以计算机技术为载体、以软件技术为核心的EDA技术飞速发展改变了传统电子系统的结构和设计开发方法，对21世纪新一代电子系统设计人员提出了新的要求。他们必须既具备坚实的电子技术理论基础，也必须掌握先进的电子系统设计技术和方法EDA技术，具备开发电子系统的综合设计能力和创新能力2,3。电子技术类课程是电类工科专业的专业基础课程，涵括模拟电子技术和数字电子技术。其教学目标是让本科学生掌握电子技术基本理论和电子系统分析、设计方法和技术，具备分析和维护电子系统与设备的能力和设计开发电子系统的创新能力4。随着电子技术的飞速发展，电子技术类课程的内容不断增长膨胀，新知识的飞速增长与教学时数

4、减少的矛盾日渐尖锐，改革是唯一的出路。可是改革到底该如何进行？在20世纪九十年代后期，国内许多知名高校尤其是工科电类专业进行了许多有益的探索与实践，总结了许多经验5,6。近几年来，我们在借鉴兄弟院校的成功经验的基础上，结合我校的实际情况，通过采用EDA技术软实验辅助电子技术理论课程，以便加强学生对电路理论基础知识的掌握，通过采用EDA技术完成电子系统设计，提高学生理论与实际相结合的综合设计能力，通过完成综合电路设计调试的硬实验来培养学生的实际动手能力。实践证明这种理论与实践相结合、软实验与硬实验相结合的培养方式对于培养学生的创新意识和提高学生的综合设计能力是非常有益的。二 分层次引进EDA技术

5、，改革电子技术类课程的课程体系和教学内容目前EDA技术可分为三个层次，以PSPICE、EWB、MATLAB、System View为软件平台的仿真分析类辅助设计技术为第一层次，以MaxPlus II、Express、Foundation、NC Simulator等为软件平台、以FPGA/CPLD为硬件系统目标芯片的电子系统设计EDA技术为第二层次，以NC Simulator、Virtuso、Diva等为软件设计开发平台、以集成电路芯片版图设计并最终流片为目标的ASIC芯片设计第三层次。在我们的教学改革实施过程中，EDA技术在电子技术类课程设置中也是分三个层次引入的：1 第一层次是在“电路分析基

6、础”、“电子电路基础”课程中分别增加18学时的EDA技术软实验，采用的EDA软件平台为我系教师自主研发的“电子电路仿真平台”。目的是让学生能利用计算机和EDA软件深入学习和理解电子技术基础理论知识，建立电子电路基础知识体系，掌握电路系统的分析方法，通过电路特性曲线和数据来分析电路功能和特性，并完成传统实验课程中的原理性的验证实验。利用“电子电路仿真平台”可以方便地进行电路的交直流分析、频率响应分析、瞬态分析、温度扫描分析以及噪声分析等。采用EDA软件的优点是能将教学中的难点用直观的图形、曲线说明，降低了数学难度，但却形象地说明了电路系统的基本理论和概念。再开设18学时的“EDA技术基础”的软实

7、验课程，采用EWB、PROTEL等EDA软件，使学生能利用EWB软件提供的丰富的虚拟电子元器件和仪器进行复杂电路的设计分析，设计的电路不受实验室元器件资源的限制。同时这些软件在教育资源网上非常容易下载和升级，在PC机上就可以运行，学生可以在课余时间根据自己的兴趣学习和完成设计，既可以充分调动学生学习的积极性，也可以减少实验经费和教师准备实验室的时间，在目前高校实验室经费紧张和缺少的现实情况下，不失为一种好的权宜之计。然后利用PROTEL将用EWB设计的电路进行PCB的设计，对于优秀作品鼓励学生制作成电路板，可以充分调动学生学习和设计制作的积极性，达到良好的学习激励作用。这一层次的EDA技术的学

8、习将与电子技术类硬件实验课程起到互补的作用。在我系电子信息工程和通信工程本科专业教学计划中，我们开设了“电工与电子工艺实验”、“模拟电路实验”、“数字逻辑与系统设计实验”、“高频电路实验”、“电子电路综合”等硬件电路实验。通过这些硬件实验课程，学生学习常用电子仪器设备的操作使用，学习硬件电路系统的参数测量与调试，培养分析问题解决问题的能力。同时结合前面掌握的EDA技术进行电路设计训练，大大减少简单原理性的验证实验，将综合设计性实验的比例提高到了70以上。2第二层次是专门开设“可编程逻辑器件”、“VHDL语言与数字系统设计”和“EDA提高型实验”等EDA技术课程，学习VHDL语言、Verilog

9、语言以及MaxPlus II、Xilinx Express、Foundation等EDA开发工具的使用，学习用硬件描述语言、状态机和电路原理图等多种方式在FPGA/CPLD芯片上设计综合电子系统。这些课程一般安排在第四六学期，学生已修读包括模拟电路和数字电路在内的电子技术基础课程和通信原理以及信号处理的专业课程，已具备电子系统设计所需的电子技术基础知识和电子与通信系统及信号处理的专业知识，通过学习掌握先进的电子系统设计方法和技术EDA技术，可以培养学生设计综合电子系统的能力。如设计I2C总线控制电路、CRC循环冗余编解码电路、FIR数字滤波器的设计等，并鼓励学生自选设计课题。这些课程非常有效地

10、提高了学生综合应用所学知识与开发电子系统的能力。3 第三层次是在“集成电路器件电子学”、“VLSI技术基础”、“专用集成电路设计”等课程的基础上开设相应的ASIC设计专题，采用的EDA软件有Cadence公司的NC Simulator、Virtuso、Diva等。目前这些课程只对研究生开设，等条件成熟后才向本科生开出。通过这一系列理论知识的学习、实验技能和EDA技术的训练，学生得到了从理论到实践、从理解到应用、从小系统到大系统设计制作的全方位的培养，既扎实掌握了电路基本理论，又掌握了先进高效的设计方法和技术，达到了培养学生电子系统设计能力和创新意识、提高综合素质的目的。三 改革的实施引进EDA

11、技术对电子技术类课程的改革涉及的面非常广，从基础理论课程到实验课程、专业选修课程，以及实验室的建设和改造，所以改革并不是一步到位的，而是经过多年时间逐步推进实施完成的。具体实施过程可以归结为以下三个方面：1 改变传统观念，树立EDA意识，着力培养学生的创新意识和设计能力改革实施，观念要先行。传统观念中，对于学生动手能力的培养片面地理解为学生自己焊接、调试电路。在这样的实验过程中，学生将大部分的时间用于处理连线、焊接操作这些琐碎的问题中，而真正用于设计和思考的时间却很少，因此在有限的实验课时里不能真正完成综合实验设计，学生的设计能力没有得到真正的培养。殊不知现在一些发达国家的IT公司正在将他们的

12、生产工厂从他们自己的国家搬到亚洲等一些经济不发达的国家，而他们在国内只保留设计中心。他们利用最新的设计方法和技术，设计拥有自主知识产权的科技含量高的SOC或ASIC芯片，引领IT潮流，获取最高额利润，而将属于劳动密集型产业、利润低且对环境污染大的电子产品整机生产制造逐步转移到发展中国家来。要缩小我国IT行业与其他先进国家的差距，培养具有创新意识和开发自主知识产权的ASIC和SOC的设计能力的电子工程师，是我国高等院校电类工科专业的当务之急。2 培养高素质教师队伍，深入推进电子技术类课程改革随着电子技术的飞速发展，一方面社会对电子技术类人才的要求提高了，另一方面，教师原有的知识已不能适应社会发展

13、的需求。我们通过选送相关教师到国内高校，如东南大学、西安交通大学等进行参观学习，通过举办EDA技术讲座、短训班等来达到更新教师观念，扩大视野和更新知识的目的，促使教师积极投入到教学改革中，改革教学内容、参与编写新教材，将创新意识融于课程建设中。只有教师队伍的观念改变了，知识更新了，教学改革才能落到实处。3 建设EDA实验室，搭建EDA技术软硬件实验平台针对EDA技术以计算机为平台、以EDA软件为核心、以硬件电路实现为目标的特点，我们建设了专门的EDA实验室，引入EWB、PROTEL、Max plus II、Xilinx ISE、Synplify等EDA软件开发工具和EDA硬件实验开发系统，对电

14、子信息工程和通信工程本科学生开设第一、第二层次EDA技术软硬件实验课程。同时我们也建设成立了“固体电子学与专用集成电路研究室”，引进Cadence公司的NC Simulator、Virtuso、Diva等ASIC设计开发平台，对研究生开设第三层次的EDA技术课程，进行ASIC、SOC等专题设计。但这些专题设计也吸引了一批优秀的高年级本科学生的参与，对他们来说既是一个学习机会，同时也给了他们以及其他本科同学一个努力的方向，引领他们到一个更高层次的学习中来经过近三年的改革探索与实践，我们在教学的各层次引入先进的EDA技术，在提高电子工程类学生的综合设计能力方面进行了有意义的尝试，取得了显著的成效。教师的改革意识增强了，学生的创造性思维激活了。学生的电子系统设计能力显著提高，他们勇于参与挑战杯、电子设计大赛等各种竞赛活动，并取得了很好的成绩。参考文献：1 黄正瑾.对全国大学生电子设计竞赛的思考，电气电子教学学报J，2002年,24(2)2 窦衡，加强EDA教学培养电子系统集成设计人才，电子科技大学学报（社科版）J, , 2005年, 7(Sl) 3 景为平，孙海燕，杨云霞，薛同莲. 用九天EDA软件培养集成电路设计人才的探索与实践，电气电子教学学报J，2002年,24(2)4 易清明，沈明发等，引进EDA技术改革电子技术类