基于工程教育认证的射频集成电路设计课程教学改革

陈昌明 王天宝 陈功 邹兴平

[摘 要] 文章以工程教育认证为背景，针对目前射频集成电路设计课程工程教育的一些突出问题，结合国际工程教育认证标准提出了课程教学改革的内容及方法。从课程教学改革目标、教学方法实施和课程考核三个方面简明扼要地介绍了课程工程教育教学改革的思路。

[关键词] 工程教育认证;射频集成电路;教学改革

[基金项目] 2018—2020年四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目：面向工程教育认证的《射频集成电路设计》课程建设与实践（JG2018-550）;2019年第一批产学合作协同育人项目（201901292007）

[作者简介] 陈昌明（1971—），男，四川绵阳人，博士，教授，硕导，研究方向为射频微波集成电路设计;王天宝（1967—），男，四川广元人，硕士，教授，硕导，研究方向为通信集成电路设计。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）42-0165-02    [收稿日期] 2020-08-27

一、引言

射频或微波集成电路作为无线通信、雷达以及物联网等行业的关键器件之一，已经成为国家发展信息产业核心的重要部分。目前国内产业对射频集成电路设计人才需求日益增加。射频集成电路设计课程作为国内许多高校工程教育专业认证的课程之一，其课程建设与教学改革对保证和提高工程教育质量具有重要作用。相比欧美一流大学的工程教育，过去较长一段时间该门课程工程教育面临如下突出问题：（1）由于射频集成电路设计涵盖知识面广，涉及工艺、电路设计布局以及电磁场等理论，对学生基础要求高，学生在短时间内难以掌握，大部分学生处于被动学习状态;（2）单一的理论讲授模式，导致学生缺乏对课程的学习兴趣;（3）实践环节空缺直接影响到学生工程实践能力的培养。因此，对课程进行建设和教学改革，注重学生实践创新能力培养，将射频集成电路工程实际项目与课程教学内容融合，达到国际工程教育培养目标[1-2]，采用先进的教学理念和人才培养模式，培养当前行业急需的高素质专业人才具有重要意义。

二、改革内容

（一）课程教学改革目标

课程改革的目标定位为“夯实基础，突出工程实践”，即课程实际教学内容做到与国内外著名大学的同类课程接轨。认真研究该门课程工程教育的“产出”质量，在课程结业时细化学生的学习收获，即评估学生所掌握的知识，并对学生在毕业后几年内从事射频集成电路设计方面的学识和技能预期达到的程度进行评价。

（二）教学方法改革

射频集成电路设计具有很强的专业性、技术性、实践性。与传统的模拟和数字集成电路不同，射频集成电路设计涵盖知识面广，涉及厂商工艺、器件模型、原理图设计、版图布局等理论知识及工程经验。为引导学生主动分析和解决工程实际问题，充分运用现代先进教学手段和方法，势在必行。

1.采用启发式互动教学法，以“成果导向的工程教育”理念为目标，突出学生在教学互动过程中的主体地位。课堂上教师提问来引导学生积极思考，逐步培养学生分析和解决实际工程问题的能力。例如，讲解CMOS集成低噪声放大器时，可以首先向学生提问“射频集成低噪声放大器设计的核心技术是什么？”，逐步引导学生按照以下思路进行电路设计：第一，需要仔细选择电路拓扑结构;第二，根据电路的功耗以及增益来确定管子的静态偏置电流，以此确定MOS管的宽长比尺寸;第三，以获得的最小噪声系数为主设计输入匹配电路;第四，兼顾增益和噪声完成输出匹配电路设计;第五，根据仿真结果适当进行调整和优化输入输出匹配电路。经过这样一系列的引导和训练，使学生了解了集成低噪声放大器设计的关键技术。

2.充分利用视频动画、实物照片以及声音等现代教学手段改进和丰富多媒体课件，突出工程实践应用内容，增加学生对射频集成电路设计的感性认识。例如：在讲解Gilbert混频器时，可以通过视频动画介绍混频的镜频干扰，引导学生如何在电路设计中抑制和解决问题，使学生能够更充分地结合理论知识认识实际工程问题，从而提高学习主动性。

3.仿真软件的应用。学生能熟练运用工程软件进行仿真和设计，是工程教育要求学生必备的工程能力之一[3]。因此，在教学过程中，要求学生使用Cadence软件中的Specture RF工具，使用TSMC 0.18μm工艺来完成射频集成收发机的仿真设计。这样既可以使学生掌握低噪声放大器、振荡器、功率放大器和混频器的基本理论知识，又使学生掌握整个射频收发机前端单片集成电路设计的电路及版图仿真分析方法。教师在课堂上可以使用Cadence软件进行现场实例仿真演示，将电路设计的关键环节对参数的影响直观展示出来，加深学生对基础理论知识的理解和吸收，同时师生互动讨论，活跃课堂氛围。

4.基于校企合作模式[4]，强化与IC设计公司之间的关系，搭建研学型、创新型和系统性的专业实践平台。在工程实践教学中可以根据IC设计公司的需求，让学生参与IC设计公司的项目，设计结果经过公司评估可以交付公司流片，或者申请MPW项目（multi-project wafer，MPW）。通过这样一个平台大大提升了学生的工程实践水平。

（三）课程考核

传统的课程考核方式主要以笔试为主，重在理论基础。对于射频集成电路设计这门工程实践性很强的课程来说，这种考核方式不能全面考查学生的综合能力。为此，本课程成績采用笔试、平时作业、工程实践项目设计、项目答辩及项目报告共同计入该门课程的总成绩。

三、结语

本文基于工程教育专业认证背景，结合笔者近几年参与的专业建设和课程教学改革经验，探讨了工程背景较强的射频集成电路设计课程教学改革框架和考核方式，希望能为当前国内集成电路设计的工程教育认证提供有价值的参考。

參考文献

[1]方峥.中国工程教育认证国际化之路——成为《华盛顿协议》预备成员之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[2]林健.工程教育认证与工程教育改革与发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[3]蒋宗礼.工程专业认证引导高校工程教育改革之路[J].工业和信息化教育，2014（1）：1-5.

[4]虞致国，赵琳娜.基于校企合作提高集成电路设计类课程教学质量的研究[J].大学教育，2016（5）：106-107.

Teaching Reform of Radio Frequency Integrated Circuits Design Course Based on Engineering Education Certification

CHEN Chang-ming，WANG Tian Bao，CHEN Gong，ZOU Xing-ping

（College of Communication Engineering，Chengdu University of Information Technology，Chengdu，Sichuan 610225，China）

Abstract：Under the background of engineering education certification，some problems existing in engineering education of Radio Frequency Integrated Circuit （RFIC） Design course are introduced.Based on the international engineering education certification standards，the content and methods of the course teaching reform are also proposed.This paper briefly introduces the ideas of engineering education and teaching reform of the course from three aspects：the goal of course teaching reform，the implementation of teaching methods and course examination.

Key words：engineering education certification;Radio Frequency Integrated Circuit;teaching reform