集成电路研究方向
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集成电路研究方向范文第1篇
【关键词】集成电路版图；SN7400；逆向解析
1.引言
随着我国微电子产业的蓬勃发展，集成电路自主设计需求迅速增加[1][2]。集成电路设计分为正向设计和逆向设计[3]。正向设计是根据芯片的功能要求设计电路，仿真验证后进行版图设计，再进行设计规则检验、电路和版图比较检验，最后进行后仿真检验。逆向设计是首先对已有的芯片采用化学方法进行分层拍照和提取纵向参数。从版图照片上提取电路，仿真验证后，根据现有的工艺条件，借鉴解析版图进行版图设计，最终达到指标要求[4]。集成电路版图设计是科学性和艺术性的结合，需要长期的实践才能设计出优秀产品，为了节约成本和学习先进经验，经常需要研究性能优良芯片的版图结构，相互借鉴，提高产品质量。
本文对SN7400芯片进行了逆向解析，通过研究掌握了该芯片的设计思想和单元器件结构，对于双极型集成电路设计是十分有益的。
2.芯片分层拍照
本文解析的SN7400芯片是双列直插式塑料封装，共14个管脚，包含四个二输入与非门。根据芯片编号规则判断为双极工艺制造。
首先将芯片放到浓硝酸中加热去掉封装，用去离子水冲洗、吹干后在显微镜下拍照铝层照片。再将芯片放到盐酸溶液中漂洗去掉铝层，用去离子水冲洗、吹干后放到氢氟酸溶液中去掉二氧化硅层，经去离子水冲洗、吹干后用染色剂染色，杂质浓度高部分颜色变深，冲洗、吹干后在显微镜下对去铝层（有源层）芯片拍照[5]。
采用图形编辑软件分别对两层照片进行拼接，获得版图照片。
3.单元结构
有铝层和去铝层照片表明芯片四个二输入与非门结构相同，只要分析一个与非门即可。该芯片一个二输入与非门无铝版图照片如图1所示。其中1A和1B为输入端，1Y为输出端。
该芯片是P衬底和N外延层，与非门主要由NPN晶体管、电阻和二极管构成。NPN晶体管结构如图2所示。
图2（a）和（b）分别为纵向NPN晶体管版图和剖面图。纵向NPN晶体管由于性能比PNP晶体管好，因此是双极工艺的主要使用晶体管。隔离区为P+注入，采用结隔离技术，隔离区接低电平，保证隔离区反偏[6]。图2（c）为二发射极NPN晶体管版图，作为与非门的输入端，这种设计既减少了面积又提高了输入晶体管匹配度。图2（d）为隔离岛合并器件版图，是由一个NPN晶体管、一个二极管和一个基区电阻构成，该设计减少了版图面积和寄生参数。
图3为电阻和二极管版图。图3（a）为基区电阻的版图，集成电路电阻的阻值是通过方块电阻计算的，基区方块电阻典型值为100～200Ω/，电阻越长阻值越大，电阻越宽阻值越小。图3（b）为二极管版图，外延层隔离岛为N区，隔离区为P区。
4.电路图和仿真
根据SN7400芯片的铝层和去铝层版图照片提取了一个二输入与非门电路如图4（a）所示。采用Pspice软件对电路图进行瞬态仿真，其中电源电压为5V，输入信号高电平为3.5V，低电平为0.2V，仿真结果如图4（b）所示。结果表明该电路实现了与非门的逻辑功能，电路提取正确。
5.结论
本文采用化学方法对SN7400芯片进行了分层拍照，提取了电路图，仿真验证正确。从芯片的版图分析，该芯片采用NPN晶体管、PN结二极管和基区电阻等器件单元，四个与非门版图一致且对称布局。该芯片采用典型的双极工艺，为了节省面积采用共用隔离区方法，为提高匹配度采用多发射极晶体管。电路为典型的TTL与非门电路。该芯片的版图布局体现了设计的合理性和科学性。
参考文献
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[6]Hastings，A.模拟电路版图的艺术[M].北京：电子工业出版社，2008.
作者简介：
王健（1965—），男，辽宁沈阳人，硕士，沈阳化工大学信息工程学院副教授，研究方向：微机电系统设计。
集成电路研究方向范文第2篇
关键词：低噪声放大器；热噪声
Abstract: A low-noise-amplifier is designed with low thermal noise, its thermal noiseis calculated theoretically and validated with HSPICE . This circuit is optimized effectively to decrease the thermal noise.
Key words: low-noise-amplifier；thermal noise
噪声限制了一个电路能够正确处理的最小电平信号.由于噪声会严重影响电路的功耗、速度以及线性, 当代模拟电路设计者经常要解决噪声的问题.
本文主要分析各种噪声机制产生的白噪声以及计算这些噪声的方法，同时引入一种低噪声放大器的结构，并对该电路的各个功能模块的噪声进行计算，利用HSPICE仿真软件对计算结果进行验证，并提出了优化电路结构以减小噪声的方案。
1 噪声源
1.1 冲击噪声[1]
冲击噪声又称为散弹噪声，它总是出现在二极管、MOS晶体管和双极型晶体管中。三极管中每个通过节点的载流子都可视为随机事件，所以，稳定的外部电流I事实上是由大量的随机独立的电流脉冲组成的。I的波动称为冲击噪声，如果电流I由一系列平均值为ID的随机独立脉冲组成，则产生的噪声电流的均方差值为
其中q是电子电荷（1.6×10-19C）,Δf为带宽，单位为Hz，ID由产生噪声的电路决定。
1.2 热噪声
热噪声由与冲击噪声完全不同的机制产生。在一般的电阻中，是由电子的随机热运动引起的，并不受直流电流的影响。导体中电子的随机运动尽管平均电流为零，但是它会引起导体两端电压的波动。因此，热噪声谱与绝对温度成正比。
1.2.1 集成电路中元件的热噪声
（1） 电阻的热噪声
如图1.1所示，电阻R上的热噪声可以用一个串联的电压源或并联的电流源来模拟，频谱密度的形式为
其中k是波尔兹曼常数，在室温下4kT=1.66×10-20VC
（2）双极型晶体管的热噪声
晶体管基极电阻rb是物理电阻所以产生热噪声。集电极串联电阻rc同样有热噪声，但是因为它与集电结串联，所以噪声可忽略掉，模型中通常不包含这个噪声。
包括噪声的双极型晶体管完整的小信号等效电路图如图1.2。因为他们由独立分开的物理机制引起，所以噪声源互相独立，白噪声的均方值各为
（3）MOS晶体管的热噪声[2]
MOS晶体管也有热噪声，最大的噪声源是在沟道中产生的。对于工作在饱和区的长沟道MOS器件的沟道噪声可以用一个连接在源漏两端的电流源来模拟，如图1.3，其频谱密度为
其中的系数γ对于长沟道晶体管可由推导得到，为2/3；而对于亚微米MOS晶体管，γ可能需要一个更大的值来代替。
2低噪声放大器的功能及噪声计算
2.1 低噪声放大器的功能介绍
如图2.1所示，低噪声放大器（LNA）处于射频接收机的最前端。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，在克服噪声的条件下为后级提供足够高的增益，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。本文中的低噪声放大器工作频率范围为76MHz至108MHz。
双极型放大器是低噪声放大器中最常见的选择。在射频范围内，MOS管的主要噪声源为沟道热噪声、栅感应噪声与栅分布电阻热噪声。由于MOS晶体管的沟道电阻产生比较大的热噪声，所以选择双极输入会得到一个相对好的噪声系数。低噪声双极型放大器，可提供极低的输入电压噪声密度和相对较高的输入电流噪声密度。本文主要研究双极型低噪声放大器的热噪声。
2.2 低噪声放大器的噪声计算
低噪声放大器主要放大部分如图2.2所示，VCCA和RFGND分别为2.5V的电源和0V的地。整个电路的增益主要靠第一级由Q3、Q4组成的共基输入放大器，射频信号RFI1和RFI2分别为Q3和Q4的射极输入。第二级为由Q5和Q6组成的射随驱动电路，Q3和Q4的在集电极的输出信号分别由Q5和Q6的基极输入，由OUT1和OUT2输出。射随器具有高输入电阻，低输出电阻和近似为单位1的电压增益，对增益基本没有贡献。下面主要以低噪声放大器电路的输入电阻和输出电阻来估算电路的热噪声。
（1） 输入电阻及输入噪声
通过对电路仿真，可知流过输入端晶体管Q3、Q4的集电极电流为340μA。β0为晶体管小信号电流增益，本电路中β0值为187。
第一级共基放大结构中由RFI1和RFI2看进去的输入电阻为
其中，gm为晶体管小信号跨导，表达式为
rπ为晶体管小信号输入电阻，表达式为
将式（2.2）和式（2.3）代入式（2.1）中，得
则电路输入端在带宽为76MHz至108MHz之间的总热噪声电压为
即
（2） 输出电阻及输出噪声
Rs为前一级的共基极放大器等效输出的电阻,由电路可知, Rs为1.9044 kΩ，根据式（2.8）可得
则电路输出端在带宽为76MHz至108MHz之间的总热噪声电压为
即
3低噪声放大器热噪声的仿真分析
3.1输入噪声仿真分析[4]
用HSPICE仿真软件对低噪声放大电路的噪声进行仿真，对电路进行交流小信号分析，同时进行噪声分析。由仿真结果可知，如图3.1，低噪声放大器的在频率为76MHz时的输入噪声谱密度的均方根值为1.3934，频率为108MHz时的输入噪声谱密度的均方根值1.3935。
在76MHz～108MHz带宽范围内，利用仿真得出频率为76MHz和频率为108MHz时的输入噪声谱密度均方根值，利用两个值求平均值可得出频带内的平均噪声谱密度均方根值，则计算得出频带内低噪声放大器的输入噪声为
×（108-76）×106=6.18×10-11V2（ 3.1）[5]
viN =7.86μV rms （3.2）
所得到的输入噪声7.86μV rms与利用输入电阻估算的输入噪声6.36μV rms基本一致。
3.2 输出噪声仿真分析
如图3.1由仿真结果得，低噪声放大器在频率为76MHz时输入噪声谱密度的均方根值为2.486，频率为108MHz时输入噪声谱密度的均方根值为2.365。
可以计算得出频带内低噪声放大器的输出噪声为[6]
×（108-76）×106＝18.83×10-11V2（3.1）
voN =13.72μV rms （3.2）[6]
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所得到的输出噪声13.72μV rms与利用输出电阻估算出的输入噪声10.89uV rms基本一致。
由以上分析可以得出，计算得到的低噪声放大器的输入热噪声和输出热噪声基本上与仿真得到的结果一致，由于HSPICE测得的噪声中除了热噪声还包括闪烁噪声，散弹噪声等其他的噪声，所以计算的热噪声小于测得的总噪声值，基本符合电路特性。
4 本设计中采用的降低热噪声方法
及电路设计的优化
本设计中主要采用了共基极输入及射随器作为输出端的方法来降低热噪声。
低噪声放大器模块采用两级放大，第一级为共基极输入放大器，共基极有时用作低输入阻抗的电流放大器，低输入阻抗与输入的热噪声成正比，所以决定了电路的输入热噪声较小。除此之外双极型LNA共基极结构相对于共射极电路还具有三个优点：更为简单的输入匹配、更高的放大线性度和更大的逆向隔离[7]。
射随器具有近似的单位电压增益，跟随级的等价输入噪声电压不改变地传入到输入端，但是由于跟随级的输出是在射极输出的，而射极是低阻抗的，由射极的负载电阻产生的噪声相对于其他结构的输出热噪声明显减小。
通过对以上结构的热噪声特性的分析，对电路进行了优化设计。如果要进一步降低电路的热噪声，则需要采用增大晶体管β值以降低电路的输入、输出电阻的方法来优化电路，但此方法并不是减小热噪声的主要方法[8]。如在仿真中将晶体管的β值由187增大为300，则可以得出，电路的输入噪声为7.858 μV rms，输出噪声为13.65μV rms，输入噪声与输出噪声都有所减小，但变化的幅度很小。减小热噪声的主要方法可以通过在版图上增大晶体管的发射区面积来实现。比如，仿真中将两个输入管的发射区面积增加一倍，则可以得出电路的输入噪声减小为7.265 μV rms，输出噪声减小为10.45 μV rms，热噪声减小的幅度为7%。
5结论
本设计基于Jazz Semiconductor 0.35μm双极工艺SPICE模型对一种低噪声放大器电路进行仿真。通过对本设计电路结构的理论估算和利用HSPICE仿真软件的仿真验证，可以看到共基极输入结构与射随的输出结构可以有效地降低电路的热噪声。本文采用的低噪声放大器的结构能够降低低噪声放大器的输入和输出热噪声，达到无线调频接收机中低噪声放大器的电路设计要求。
参考文献
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[8]A. A. Abidi. High-Frequency Noise Measurements on FETs with Small Dimensions. IEEE Tran. Electron Devices, vol.33, pp.1801-1805, Nov. 1986.
作者简介
刘峻，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究。
卢剑，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究。
郭宇，高级工程师，研究方向：集成电路的设计与研究。
苏建华，硕士研究生，研究方向：集成电路的设计与研究。
李新，教授，硕士生导师，主要从事集成电路及微机电系统的教学与研究。
集成电路研究方向范文第3篇
关键词:功率MOSFET;线性高压;运算放大器;功率驱动
中图分类号:TN722.7文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2010)02-010-02
Design of Linear High Voltage Amplifier Based on Power MOSFET
ZHANG Hao1,WANG Lixin1,LU Jiang1,LIU Su2
(1.The Institute of Microelectronics,Chinese Academiy of Sciences,Beijing,100029,China;
2.School of Physical Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou,730000,China)
Abstract:In order to achieve the linear control of high_voltage output in operational amplifier,based on the electrical properties of power MOSFET,a high_voltage operational amplifier is designed with new structure with power NMOS.Through simulation and experimental results,the linear output voltage is 0~50 V can be achieved,when the range of the input voltage is 0～5 V.And with the further improvement by utilizing power PMOS,the output voltage is -140～+140 V can be acquired,which indicates the high linearity,and with low cost,the needs of high voltage operational amplifier can be met.There is significance in the high power driving of modern communication.
Keywords:power MOSFET;linear high voltage;operational amplifier;power drive
0 引 言
高电压放大器已经广泛应用于通信、信号检测、功率驱动等方面\,并且已成为下一代无线通信系统的关键技术之一。采用各种手段和方法实现放大器高效率且高线性度的工作,对于未来无线移动通信技术的发展和实现有着十分重大的实际意义。
功率场效应晶体管具有跨导高,漏极电流大,工作频率高和速度快等特点,线性放大的动态范围大,在有较大的输出功率时也能有较高的线性增益。这里成功应用功率场效应晶体管设计出一种高压运算放大器。该放大器的制作成本低廉,输出线性可控,适用范围广。
1 功率MOS器件结构与分析
功率MOS场效应晶体管是在MOS集成电路工艺基础上发展起来的新一代电力开关器件,具有输入阻抗高,驱动电路简单,安全工作区宽等优点\。图1给出功率MOS晶体管的结构剖面图及其电学特性曲线。采用双扩散结构\制作适合用作功率器件的短沟道高压晶体管,需要短的重掺杂背栅和宽的轻掺杂漂移区。由于外延层厚度决定了漂移区的宽度,因此也决定了晶体管的工作电压,其漏源电压公式为\:
VDS=(RJEFT+RACC+RFP)IMOS+Vf(1)
式中:RJFET为结型场效应管电阻;RACC为N-层表面电子积累层电阻;RFP为外延层电阻;IMOS为反型沟道电流;Vf为沟道压降。
图1 功率MOS结构图及电学特性
2 电路设计
高压运算放大器电路主要由运算放大器和功率场效应晶体管组成\,其结构原理图如图2所示。
图2 高压运算放大器电路图
所设计的电路中使用价格低廉的运放LM358和NMOS功率管IRF630构成负反馈回路\,双极晶体管C8050和电阻R4实现过载保护\,防止流过IRF630的电流过大,整个电路为反比例放大电路,R2为反馈电阻,其输入和输出的关系式为:
Vout=-(VinR2)/R1(2)
3 实验结果及分析
根据图2制作试验电路板如图3所示。供应电压为60 V,R11.963 kΩ,R220 kΩ,放大倍数约为10.19。当输入电压为0～5 V时,先用EDA软件对电路进行模拟仿真,然后对电路板进行测量,并进行比较,结果如表1所示。
图3 实验电路板
表1 输出电压的模拟结果与测量结果V
输入电压值仿真输出测量输出输入电压值仿真输出测量输出
0- 0.18- 1.52.5 -25.51-26.4
0.1 - 1.05- 2.13.0 -30.60-31.6
0.5 - 5.13- 6.23.5 -35.69-36.7
1.0 -10.22-10.94.0 -40.79-41.8
1.5 -15.32-16.14.5 -45.88-47.5
2.0 -20.41-21.35.0 -50.98-52.8
由表1可画出输入/输出关系变化图形,如图4所示。从表1和图4中可以看出,模拟结果和测量结果存在误差,误差ε=-1.095,这是因为测量精度和器件自身精度的误差所引起的。当输入电压从0 V扫描到5 V时,得到等比例的放大输出电压,且呈线性变化,能够实现输入电压对输出电压的线性控制,具有很好的驱动能力。
图4 电路输入/输出变化图
根据以上分析,用PMOS功率管进一步改进电路,和用NMOS管构成一种推挽结构\的输出电路,可以满足输入正负电压的要求,如图5所示。若选用耐压350 V的NMOS功率管IRF713和耐压300 V的PMOS功率管IRF9631,以及晶体管Q1,Q2和电阻R4,R5构成过载保护电路,则选取R2=280 kΩ,R1=10 kΩ,对电路进行仿真,输入电压范围是-5～+5 V。当输入电压为负压时,PMOS管导通,NMOS管截止,输出为正电压;当输入电压为正压时,NMOS管导通,PMOS管截止,输出为负电压。输入/输出的线性关系如图6所示,电压输出为+140～-140 V,可实现高压的双极性线性等比例放大输出。
图5 改进的线性高压运算放大器
图6 输入/输出线性关系图
4 结 语
利用功率场效应晶体管的电学特性,并运用反馈运放的基本原理成功设计了高压运算放大器。实验结果和模拟结果验证了所设计的电路输出电压线性度高,能够对高压进行有效的线性控制。选择耐压高的功率管,可以实现更高电压的线性输出,达到高压驱动的要求,电路结构简单,制作成本低,可以满足不同领域的要求,且具有很高的实用价值。
参考文献
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[10]谢书珊.功率集成电路技术的进展\.电力电子,2005,3(1):4_10.
集成电路研究方向范文第4篇
关键词：可重构；模板提取；图同构；子图扩展；数据流图
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)01-0251-03
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
随着集成电路制造技术的进步和应用需求的增长，整个系统现在已经可以集成在单个芯片之中，片上系统(system on a chip，SoC)已成为集成电路系统设计的重要形式和热点研究内容。然而，当前集成电路设计能力不足已成为制约集成电路工业进一步发展的重要因素。因此必须尽快改进设计方法，不断提高设计能力[12]。
传统的设计方法中忽略了系统描述本身所包含的结构特性。在以数据处理为主的应用描述中往往具有高度的规律性，存在着大量的相似结构，利用其规律性可以实现规则的布图以提高芯片的性能及可制造性。因此，如果能够将基于模板的技术用在集成电路的设计当中，分析和提取电路中相似结构以实现规则性的布图，那么芯片在性能和集成度方面将会有大大改善。
电路模板技术是指将电路中重复出现的子电路抽象出来作为模板，它在电路性能的提高、电路的验证、设计重用、电路划分等领域以及处理高层次综合领域中的调度和分配问题都具有重要的作用[12]。因此对集成电路的规则性提取问题的研究在VLSI 自动化设计领域具有深远的意义。
此外，嵌入式多媒体应用程序的一个显著特点也是规则运算很多，运算时间复杂度很高，因此也迫切需要提高性能，降低功耗。
从输入数据流图(data-flow graph, DFG)中提取出图中频繁运用的子图集合或相似子图集合，通过后续模板覆盖、任务划分和调度阶段对原始DFG进行模板覆盖，将相似子程序调度到相同的PE阵列上去，这使得程序的调度更有效，最大可能地复用模块单元实现系统的功能，提高重用性，减少系统的面积。因此，基于模板的技术也是可重构系统任务编译器前端设计中一种较有效的方法。如果能在可重构系统的编译器当中使用模板技术，那么对系统的并行处理及逻辑优化等将会有很大帮助。
无论是对数据通路型集成电路还是对嵌入式多媒体应用程序进行规律性提取时，通常都是将电路的门级网表或者程序转化为对应的DFG表示。因此，本文主要讨论基于图论的模板提取。
2 问题定义
对于一个DFG，结点表示一个简单的操作（比如ADD，SUB等），有向边表示数据流的方向。设G(V，E)表示一个DFG，V为其顶点集，E为其边集，有如下定义。
定义1 若图SG(SV，SE) 满足SV∈V 及SE∈E，则称SG是G 子图[16]。
定义2 对于G(V，E)中的两个子图G1(V1，E1)，G2(V2，E2)，如果V1和V2之间存在一一对应的映射关系f：V1V2，对于vi，vj∈V1，∈E1当且仅当∈E2，并且与的重数相同，那么称G(V，E)的两个子图G1(V1，E1)，G2(V2，E2)是同构的[16]。
定义3 模板T就是DFG中频繁出现的子图结构，而与此模板结构相同的子图称为该模板的实例，这种子图的个数称为该模板的频数[13]。
定义4 若SG(SV，SE)是G(V，E)的一个子图，将SV记为有序的结点集，则SV的第一个结点称为SV或子图SG的起点[12]。
定义5 图G(V，E)的顶点平均度，记作
其中，deg(vi)为顶点vi的度，表示与vi相邻顶点的个数[11]。
3 现有模板提取算法分析
目前，国外有些学者提出了一些模板提取的算法，并取得了一定的研究成果，国内研究尚处于初级阶段。下面对一些典型的模板提取算法的思想作一下介绍。
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算法能够提取出单输出和内部没有汇聚的模板。而且其通过两个假设（假设1：把图G的子图集S限制在只包括某些子图，这些子图满足不再是S中任一图的子图，且在S中其频数大于1。假设2：对于G中每一个有入边的结点v，假设其有f条入边，前驱结点分别为u1,u2…uf，每一条边都被赋予一个唯一的索引号，k[ui, v]=i, 1≤i≤f）将树形模板的数量减少到v(v-1)/2。算法的基本思想如下：
1）对G的所有结点进行拓扑排序v1,v2…vn。
2）对于任意两个编号的结点vi, vj(1≤i,j≤n)，生成以这两个结点为根的功能上相同的最大子图作为一个模板Sm。
3）判断模板库中是否存在于Sm功能上等价的模板。如果不存在，将Sm加入到模板库当中；否则，舍弃Sm。
SPOG算法则是在TREE算法基础上的扩展和改进，将生成的模板扩展到多输出模板。此时SPOG子图的数量可以被限制在v(v-1)。
TREE算法和SPOG算法是典型的模板提取算法，它能够提取出基于两个假设以及各自限制条件之内的所有模板，这对于后续的模板覆盖有很大的帮助，覆盖率较高。但同时此算法也有着很大的不足之处，都适用于分散图，且生成的模板限制在tree形或spog形，算法的复杂度也很高，为O(v5)，不适合实际工程的需要。
3.1.2 FAN算法[15]
潘伟涛等人提出的FAN算法通过边权值编码，先生成小规模模板，然后再逐级扩展生成较大规模模板，产生扇形频繁子电路。算法的基本思想如下：
1）统计电路中每种标准单元出现的频率。依据最小支持度确定为各标准单元作标记还是删除它，并计算所有顶点的有效输入权值。
2）搜索所有同构实例，对于每一个同构实例在最左顶点扩展一条边。
3）统计扩展后的扇形子电路的种类和频数。依据最小支持度确定将此子电路标记为模板并进行下一轮的扩展还是将它删除。
FAN算法采用最小支持度对每次扩展生成的子图进行限制，通过比较子电路的出现的频数，有效地避免了子图扩展时一些不必要的冗余扩展，并且此算法采用逐级扩大规模的方法，得到的模板层次化较强，可以对电路进行更好的覆盖实用性较强。
3.1.3 其他算法
Rao and Kurdahi [3]最早关注于数据通路型集成电路的模板提取，它将基于模板的聚类思想应用到数据通路的综合上，这里的模板提取过程也就是基于不同子图（它们可以被复制来覆盖整个DFG）的识别过程。文献[4]在解决模板提取问题时，假设子模块已经生成，主要解决子模块分类问题，但是一般情况下需要自动生成模块。文献[5-6]提出了一些模块生成算法，但均是先选择某一顶点作为一个模块，然后在此模块内不断加入其它的顶点形成新的模块。这几种算法对模块的形式没有限制，但也有其固有的缺点，就是所生成的模块形式依赖于起始模块的选择。文献[11]提出了一种基于顶点的辐射路特征的门级到功能模块级的快速子电路提取算法，解决了宏单元模板自动匹配，通过单个顶点的相似度特征，将子图同构问题转化为顶点之间的匹配问题，算法最差时间复杂度为■（其中，n和k为两图结点数，d为原始电路的直径）。文献[12]中算法对DFG的整体结构以及模块的结构没有要求，增强了算法的健壮性，而且生成的模板的层次化较强，模板覆盖率较高，但在同构判断时无针对性，需对所有模板进行一一判断，导致程序复杂性的提高。
3.2 模板提取算法的比较与分析
模板提取算法有以下一些重要性质：1）输入DFG的类型，如连通图、有向图和无环图等；2）遍历策略，如深度优先或者广度优先等；3）候选子图的产生策略，如逐级扩展还是其他；4）对重复图的消除策略，如主动地或被动地；5）生成模板的层次化，如较好或较差。表1详细列出了一些模板提取算法的重要性质，并进行了比较。
4 总结和展望
随着集成电路产业的发展，迫切地需要提高芯片的性能，而利用集成电路自身的规律性可以实现规则的布图。因此，基于模板的技术将会对提高芯片的性能及可制造性有很大的帮助。本文归纳了基于图论的模板提取的各种算法，目前在这方面的研究已经取得了很大成绩，并被应用到一些实际的系统中。本文重点介绍了TREE、SPOG和FAN等典型的模板提取算法，并对其他算法进行了简要介绍。归纳出模板提取算法的一些重要性质，并对现有各算法进行了比较。
虽然目前存在的算法较多，且执行效率较高，但我们觉得还可以在以下方面加以改进或做进一步的研究：
1）现实生活中有各种各样的图形：有向图，无向图，加权图，无连通图等，但目前的算法大部分都是针对连通图的提取，对加权图有环图等的提取算法很少，因此对加权图有环图等的提取算法的研究也是一个重要的研究方向。
2）现有方法优势还主要集中在对小规模集成电路的提取上，集成电路产业的发展要求我们能够对大规模甚至超大规模集成电路进行提取，因此需要研究大规模集成电路的提取方法。
3）模板提取评测方法的研究。目前主要是靠算法复杂度的评估以及模板覆盖率等，在模板覆盖阶段，现有最大模板优先和最频繁模板优先的方法，但这样不能达到对系统最好覆盖，因此我们应该考虑如何在模板的规模和频数之间进行权衡，以利用所提取的模板达到对系统的最完美覆盖，最大程度地减小系统面积开销。
参考文献：
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[2] Yuanqing Guo,Gerard J M,Smit Hajo,et al.Template Generation and Selection Algorithms[C].Proceedings of The 3rd IEEE International Workshop on System-on-Chip for Real-Time Applications,2003.
[3] Rao D S,Kurdahi F J.Partitioning by regularity extraction. In: Proceedings of the ACM[C].IEEE Design Automation Conference,Anaheim,California,USA,1992:235-238.
[4] Rao D S,Kurdahi F J.An approach to scheduling and allocation using regularity extraction[C].Proceedings of the Europe Conference on Design Automation,Paris,France,1993:557-561.
[5] Arikati S R,Varadarajan R.A signature based approach to regularity extraction[C].Proceedings of the International Conference on Computer Aided Design,San Jose,California,USA,1997:542-545.
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[9] Rosiello A P E,Ferrandi F,Pandini D,et al.A Hash-based Approach for Functional Regularity Extraction During Logic Synthesis[C]//IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI.New York:IEEE, 2007:92-97.
[10] Chowdhary A,Kale S.Extraction of Functional Regularity in Datapath Circuits[J].IEEE Trans on Computer Aided Design,1999,18(9):1279-1296.
[11] 李长青,汪雪林,彭思龙.辐射路匹配：从门级到功能模块级的子电路提取算法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(9):1377-1382.
[12] 郎荣玲,秦红磊,路辉.集成电路中的规则性提取算法[J].计算机学报,2006,29(4):597-601.
[13] 潘伟涛,谢元斌,郝跃,等.二同构扩展集成电路规律性提取算法[J].西安电子科技大学学报:自然科学版,2009,36(3):452-457.
集成电路研究方向范文第5篇
关键词：高科技；医疗；维修
中图分类号：R197.39文献标识码：A文章编号：1003-5168（2015）09-0033-2
作者简介：刘健（1970.7-）男，本科，工程师，研究方向：医疗器械维修；张伟（1971.1-）男，本科，工程师，研究方向：计算机应用
面对新型复杂的医疗设备，医疗机械维修部门要保证医疗器械的正常运行，必须有高科技人才、高科技维修手段和工具。
1高科技在医疗器械维修中的应用
在医疗器械的使用中，难免会发生故障，帮助医疗器械恢复功能以及性能，是医疗器械维修的主要工作。但是，面对不断精进的医疗器械设备，维修的难度增高，技术性要求越来越高，对维修工作带来巨大挑战。
1.1高科技在医疗器械维修中的必要性
医院诊疗过程中，先进、精密的仪器越来越重要，不仅提高了临床会诊的效果，也提升了医院的竞争力，带来了可观的经济效益。但是，很多医院没有对医疗器械维修管理工作引起重视，对其投入不足，导致医疗器械维修水平低下。因此，提高医院医疗器械维修管理水平，不仅要引进现代化器械，还要将高科技运用到维修工作，真正成为高科技医疗器械正常运行的支撑。
1.2高科技的应用
1.2.1高科技人才
高科技人才无论在先进医疗器械的使用，还是故障维修中，均起着决定性作用。计算机系统、传感器、自动化控制等新兴技术越来越多地应用在医疗器械中。原有的维修知识和技能根本不能满足现代化需求，技术人员必须掌握一定的计算机软、硬件的知识，以及自动控制原理、模拟电路等知识，此外，技术人员必须有独立思考和解决问题的能力，才能对高科技医疗器械故障维修得心应手。
1.2.2高科技维修工具
目前来看，大规模集成电路在高科技医疗器械中占主导地位。万能表、普通示波器已不能够满足高科技设备的维修要求，需要新型工具，如集成电路在线测试仪、智能示波器等。这些先进检修工具的运用，很大程度提升了医疗器械的维修水平。现在的电路板大多是多层板，原件焊下检测会损坏电路板，维修起来很麻烦。智能集成电路在线测试仪实现了集成芯片的在线测试。主要是通过计算机中存在的库文件，比较集成电路芯片的逻辑功能，并判断其工作有无异常。此外，集成电路在线监测仪还具有学习功能、LSI分析功能、离线测试功能等。在线测试仪最大化缩小了检修范围，极大地提高了维修效率。在近几年引用的大、中型医疗器械设备中，广泛运用了SMT表面贴装技术。这一类型的电路板，普通电烙铁无法拆装板上的原件。然而，“焊接工作站”，利用这种高科技产品，对SMT表面贴装技术线路板进行维修，可以简便很多。此种焊接工作站适用于拆装各种集成电路芯片、几十类其他元件拆装焊头。并且，焊头温度调节由电脑控制，精准到只有1℃以内的误差。仪器具有脉冲加热、电镀工能，操作方便，应用广泛［1］。
1.2.3高科技手段
高科技手段作为现代化医疗器械维修的支柱。计算机网络技术不仅在其他行业领域运用较多，在医疗器械应用中也非常重要。计算机光盘资料十分丰富，可以包含数十本工程技术人员手册以及大量电子元器件数据，放入计算机中对数据进行读取、查询都十分便捷。进口设备相较于国产设备，使用寿命更长，可靠性高。但进口医疗器械中有些元件是专用原件，具有专业性和特殊性。一旦出现故障，由于机器自带资料不足，不能够精确掌握设备的原理，加上损坏部件在国内市场上很难买到，商往往是不愿意兜售的，或者就算买到，精准度也常常不能达到设备要求，严重影响了设备的维修速度和维修质量。医院维修部技术人员可以通过网络搜索引擎，搜索国外的生产厂家和相关说明文，或者与生产厂家直接联系，购买时间短、价格低，极大提高了工作效率。另外，还可以下载共享软件，对设备的升级和维修都有很大帮助。此外，技术人员可以通过网络阅读最新的医疗设备咨询，获取更多国外最近医疗设备的信息，提高自身专业素养。由此可见，计算机网络技术在医疗器械维修工作中的地位。
2高科技管理
现代医院所使用的医疗设备资产保有量比较大，如果维修医疗设备采用手工做账，就会存在很大的误差，查阅起来也很麻烦。总之，花费了大量的人力和财力，却没有可观的实效。依靠计算机网络信息系统，既提高了医疗器械设备的维修效率，又增加了维修工作的透明度。医疗器械维修管理系统具有很实用的特点。采用SQL2000数据库平台，联机处理各种数据和电子商务各方面问题，扩大了医疗器械维修规模；合理监督医疗器械维修，通过计算机连接了各科室和各部门，医疗器械设备维修中所需要任何数据和记录都可以在计算机网络平台得到共享，拥有非常顺畅的数据流动性。医院领导能够实时掌握医疗设备的维护、检修情况，可以及时针对问题提出解决措施。此外，医疗器械维修管理系统能够分类管理医疗设备的使用时长和评估设备寿命，可以利用计算机网络资源，及时更新器械运用，和补充设备所需资料。医疗器械维修管理系统，还能够帮助维修技术人员查找设备维修所需资料。医院工程科室的领导通过计算机网络，及时了解设备维修技术人员的具体情况，并得到设备维修人员绩效考核的计算结果，以及医院其他科室的服务指数结果，有利于加强医院的管理，提高医院各方面的工作水准。
3几类高科技技术工具应用介绍
3.1医用计算机
计算机故障一般是软件和硬件两方面的问题，软件方面常见的故障是系统问题，解决途径也很简单，一般通过恢复系统和杀毒操作等。硬件出现问题的话，就需要修复和更换一些电子器件。
3.2触觉钳
触觉钳是医疗器械维修中机电一体化的应用之一，在医疗器械维修中应用广泛。主要根据医学钳子系统的触觉以及力的反馈能力，进行医疗机器人的开发、信息采集和传递，获取充分触觉信息，触觉钳的双边远程遥控操作的同步性和反馈性非常重要［2］。
3.3光学仪器
科研人员逐渐深入认识到光的本质，并极大地助力于现代光学研究，推动了光学仪器的开发应用，帮助医疗器械维修解决了很多难题，被广泛运用于仪器的检测和维修。
4结语
在今后，需要不断加强高科技在医疗器械维修中的研究和应用，不断创新和优化，推动医疗事业的发展。
参考文献：
［1］王军骅，李燕.几种新型工具及材料在医疗仪器维修中的应用［J］.医疗设备信息，2001（9）：66.
