电计系电科专业《专业综合课程设计》课程作品展
专业综合课程设计是电子科学与技术专业完成《嵌入式系统设计》、《电子系统设计》、《数字集成电路设计》、《模拟集成电路设计》和《集成电路版图设计》等课程后进行的专业必修核心实践课程,通过本课程结合电子系统设计和集成电路的基本理论知识开展综合的实践训练,使学生深入掌握综合电子系统的实现方法,掌握集成电路的设计流程、培养学生关于电子电路的动手设计和调试能力,全面提高学生的工程实践创新能力。
本次专业综合课程设计与全国大学生集成电路创新创业大赛相结合,学生所有设计作品,全都是竞赛赛题,本次课程授课班级为2020级电子科学与技术专业,课程才用分组形式,学生1-3人为一组,课程设计题目主要来自第七届全国大学生集成电路创新创业大赛的半导体产业链赛道的曾益慧创杯、创业实践赛道的加速科技杯以及芯片设计与应用本科赛道的Robei杯和国家集创中心杯的赛题。
在授课教师的讲解和指导下,学生顺利完成了电子电路搭建、电路软件仿真测试、电路实物演示、PPT讲解答辩以及课程设计文档撰写工作。
具体课程设计题目和优秀学生作品内容展示如下:
题目1:数模混合信号芯片测试
优秀学生小组成员:杨浩、黄泽培、杜静怡
作品内容:
1、完成了功耗、基准源输出电压、最大输出电流、负载调整率、电源抑制比、输入电平与输出电平、ADC等功能的测试方案设计。
2、完成了实验箱实物测试。
3、完成了课程测试文档撰写。
学生实践过程如下:
(1)功耗测试图
(2)负载调整率和线性调整率测试图
(3)电源抑制比测试图
(4)学生实验箱实物测试过程图:
题目2:晶体管电路故障检测仪
优秀学生:崔文杰
作品内容:
设计了基于STM32F429的简易晶体管电路故障检测仪,以检测晶体管电路的各项测量数值和判断故障。该测试仪由开发板、信号发生模块、放大电路、衰减电路、有效值检测模块、模拟开关和电源单元组成。采用AD9833产生稳定的正弦交流信号源,并能够实现对被测网络的点频和线性扫频信号输出。该测试仪具有两个主要功能:一是实现电路的基本检测功能;二是检测电路故障问题并显示。测试仪能够自动测量出电路输入输出电压,并借此判断电路是否出现故障。
(1)硬件电路整体框图
(2)前端调理部分电路原理图
(3)后端调理电路部分原理图
(4)系统设计整体框图
题目3:可重构智能硬件及机器人设计
优秀学生:赵粤、廖成民、郑莉萍
作品内容:
该小组同学开发了一种基于Robei EDA工具的多功能可重构机器人,该机器人采用了FPGA芯片作为控制器,能够根据任务要求进行动态重构。该机器人具有灵活、多功能、易操作等特点可以进行各种工作,如拾取、搬运、测量等。
(1)系统框架图
(2)无刷电机模块程序流程图、
(3)系统顶层框架图
题目4:基于二级运算放大器的芯片验证全流程
优秀学生:曹家英、王豪杰、刘劲烽
题目内容:
该小组同学主要从五管运算放大器入手,用改良电路作实例,基于华大九天aether工具和公版0.18μm PDK 实现电路的搭建和仿真,以数模混合信号芯片中的运算放大器为对象,完成芯片设计验证的全流程,包括运算放大器的电路和版图设计、电路的前仿和后仿验证、以及对PDK的验证全流程实验。
(1)二级运放电路图
(2)标准工艺角仿真结果
指标 | 设计要求 | 测试结果 | 是否满足要求 |
负载电容 | =2 pF | =2PF | 是 |
共模输入电压 | 固定在(VDD + VSS)/2 | 0.9V | 是 |
输出动态范围 | 输出动态范围[0.1(VDD-VSS), 0.9(VDD-VSS)] | (0.0065V,1.75V) | 是 |
静态功耗 | ≤ 2mW | 47.49uW | 是 |
开环直流增益 | ≥ 80 dB | 90.45dB | 是 |
单位增益带宽 | 带宽最大化 | 21.92M | 是 |
相位裕度 | ≥ 60 degree | 65degree | 是 |
转换速率 | ≥ 30 V/μs | 31.235V/us | 是 |
共模抑制比 | ≥ 60dB | 62.90dB | 是 |
负电源抑制比 | ≥ 80dB | 90.42dB | 是 |
(3)整体电路版图
优秀学生:张丽平、唐志平
作品内容:
采用华大九天EDA工具0.18μm工艺进行运算放大电路的设计,实现了不同工艺角下的设计指标以及版图的绘制。
(1)电路设计原理图
(2)电路设计指标完成表
指标 | 设计要求 | 测试数据 | 是否满足 |
负载电容 | 2pF | 2pF | 是 |
共模输入电压 | 0.9V | 0.9V | 是 |
输出动态范围 | 0.18V-1.62V | 16.59mv-1.72V | 是 |
静态功耗 | <=2mW | 0.050mW | 是 |
开环直流增益 | ≥ 80 dB | 83.15dB | 是 |
单位增益带宽 | 带宽最大化 | 195.65k | 是 |
转换速率 | ≥ 30 V/μs | 163.13 V/μs | 是 |
共模抑制比 | ≥ 60dB | 92.02dB | 是 |
等效输入噪声 | ≤ 300 nV/√Hz@1KHz | 297.25nV/√Hz@1KHz | 是 |
负电源抑制比
| ≥80dB
| 85.7dB | 是 |
优秀小组:杨飞、何力
作品内容:
采用华大九天EDA工具0.18μm工艺进行运算放大电路的设计,实现了不同工艺角下的设计指标以及版图的绘制。
(1)电路设计原理图
(2)电路设计指标完成表
指标 | 设计要求 | 电路测试结果 | 完成程度 |
负载电容 | 2PF | 2PF | 完成 |
共模输入电压 | 固定在(VDD + VSS)/2 | 0.9V | 完成 |
输出动态范围 | [0.1(VDD-VSS), 0.9(VDD-VSS)] | 0.0087V-1.70V | 完成 |
静态功耗 | ≤ 2mW | 0.3mW | 完成 |
开环直流增益 | ≥ 80 dB | 82dB | 完成 |
单位增益带宽 | 带宽最大化 | 20.32M | 完成 |
相位裕度 | ≥ 60 degree | 68° | 完成 |
负电源抑制比 | ≥ 80dB | 84dB | 完成 |
等效输入噪声 | ≤ 300 nV/√Hz@1KHz | 154 nV/√Hz@1KHz | 完成 |
审核:孟照伟