2021年山東省集成電路開(kāi)發(fā)及應(yīng)用賽項(xiàng)樣題

集成電路開(kāi)發(fā)及應(yīng)用賽項(xiàng)來(lái)源于集成電路行業(yè)真實(shí)工作任務(wù)，由“集成電路設(shè)計(jì)與仿真”、“集成電路工藝仿真”、“集成電路測(cè)試”、“集成電路應(yīng)用”四部分組成。第一部分集成電路設(shè)計(jì)與仿真根據(jù)表1的真值表（輸出信號(hào)Y0~Y15的邏輯值隨機(jī)抽取），使用Multisim14.1EducationEdition設(shè)計(jì)集成電路，進(jìn)行功能仿真。電路設(shè)計(jì)要求如下：（1）只能選用PMOS和NMOS兩種元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)（分別對(duì)應(yīng)于Multisim14.1EducationEdition中的VP0808M（PMOS）和VN0808M（NMOS））。（2）添加好電源、信號(hào)源、儀表，標(biāo)好A、B、C、D、Y信號(hào)標(biāo)號(hào)，能直接運(yùn)行并展示出包含全部輸入狀態(tài)的完整的數(shù)字分析時(shí)序圖。表1集成電路設(shè)計(jì)真值表輸入輸出ABCDY0000Y00001Y10010Y20011Y30100Y40101Y50110Y60111Y71000Y81001Y91010Y101011Y111100Y121101Y131110Y141111Y15說(shuō)明：（1）本設(shè)計(jì)采用Multisim14.1EducationEdition進(jìn)行設(shè)計(jì)。Multisim14.1EducationEdition版本推薦官方下載地址如下：/zh-cn/shop/electronic-test-instrumentation/application-software-for-electronic-test-and-instrumentation-category/what-is-multisim/multisim-education.html。（2）時(shí)序圖樣例示意圖如附圖1所示：（此樣例抽取Y1、Y4、Y7為0，其余為1）。附圖1時(shí)序圖樣例示意圖（3）電路設(shè)計(jì)樣例示意圖如附圖2所示如下：（此樣例抽取Y1、Y4、Y7為0，其余為1）附圖3電路設(shè)計(jì)樣例示意圖（4）最終設(shè)計(jì)的集成電路輸出包含不少于一個(gè)信號(hào)輸出端，每個(gè)信號(hào)輸出端為表1中的Y0~Y15中的多項(xiàng)組合輸出，具體由比賽現(xiàn)場(chǎng)裁判長(zhǎng)抽取的任務(wù)參數(shù)確定。（5）現(xiàn)場(chǎng)評(píng)判時(shí)：=1\*GB3①僅展示已完成的電路圖.=2\*GB3②現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行并展示出包含全部輸入狀態(tài)的完整的時(shí)序圖.=3\*GB3③現(xiàn)場(chǎng)生成并展示元件清單，不能進(jìn)行增加、刪除、修改、連線等操作。第二部分集成電路工藝仿真一、選擇、填寫(xiě)正確的集成電路制造工藝步驟。所涉及的典型集成電路制造工藝流程和典型工藝方法包含但不限于以下表述：集成電路設(shè)計(jì)流程、硅片制備流程、熱氧化工藝流程、光刻工藝流程、CMOS工藝流程等集成電路典型制造工藝流程，SiO2制備工藝方法、薄膜淀積方法等典型集成電路制造工藝方法，數(shù)字、模擬集成電路基本設(shè)計(jì)步驟等。賽題以選擇題（單項(xiàng)選擇及多項(xiàng)選擇）及填充題形式呈現(xiàn)，總計(jì)5題。二、集成電路晶圓MAP圖標(biāo)定所涉及芯片類(lèi)型僅限于以下表述：74HC系列、74LS系列、CD40系列、CD45系列、LM系列運(yùn)算放大器、TL系列運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、直流穩(wěn)壓電路、功率集成電路及時(shí)基電路。（1）芯片測(cè)試環(huán)境設(shè)置：在軟件上進(jìn)行給定芯片測(cè)試前軟硬件環(huán)境的主要操作。=1\*GB3①選擇給定芯片標(biāo)定所需探針臺(tái)；=2\*GB3②選擇合適的探針臺(tái)運(yùn)行步進(jìn)值；=3\*GB3③選擇正確的測(cè)試運(yùn)行程序。（2）芯片電參數(shù)測(cè)試：通過(guò)軟件對(duì)晶圓上各芯片逐個(gè)進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試，選手需根據(jù)屏幕上出現(xiàn)的電參數(shù)表判斷并在MAP圖中標(biāo)定對(duì)應(yīng)芯片的好壞，電參數(shù)符合要求則標(biāo)定為Pass片，電參數(shù)不符合要求則標(biāo)定為Fail片。（3）芯片外觀檢查：通過(guò)軟件對(duì)經(jīng)過(guò)電參數(shù)測(cè)試后的Pass片逐個(gè)進(jìn)行外觀檢查，若芯片外觀有瑕疵，在MAP圖中標(biāo)定對(duì)應(yīng)芯片為Fail片。（4）提交MAP圖。第三部分集成電路測(cè)試一、比賽要求比賽現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)比賽所需的集成電路芯片、配套的焊接套件及相關(guān)技術(shù)資料（芯片手冊(cè)、焊接套件清單等）。參賽選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按照相關(guān)電路原理與電子裝接工藝，設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試集成電路功能測(cè)試工裝板，借助于測(cè)試平臺(tái)完成相應(yīng)測(cè)試任務(wù)，填寫(xiě)測(cè)試報(bào)告。比賽現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)中提供一個(gè)測(cè)試程序示例，選手根據(jù)提供的示例程序編寫(xiě)符合賽題各任務(wù)要求的測(cè)試程序。二、比賽內(nèi)容（1）元器件核查參賽選手按照賽題所提供的焊接套件清單進(jìn)行元器件的辨識(shí)、清點(diǎn)和焊接。賽題所涉及的元器件種類(lèi)可能包括：電阻、電容、電感、二極管、三極管、電位器、LED發(fā)光二極管、MCU、晶振、74系列芯片、CMOS系列芯片、運(yùn)算放大器芯片等，包含DIP、SOP等常見(jiàn)集成電路封裝形式。（2）測(cè)試工裝焊接調(diào)試參賽選手針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)的芯片，按照給定的芯片資料和現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)的測(cè)試工裝DUT板、轉(zhuǎn)換板及綜合電路功能板上自行焊接測(cè)試工裝電路板并調(diào)試，自行完成測(cè)試工裝與測(cè)試平臺(tái)之間的信號(hào)接入。電路板焊接調(diào)試完成后，必須用萬(wàn)用表測(cè)量功能測(cè)試電路板VCC及GND之間是否存在短路，若存在短路現(xiàn)象，必須排除后方可使用測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，以免造成設(shè)備損壞。（3）集成電路測(cè)試程序的編寫(xiě)參賽選手在WindowsXP/WIN7（32位）操作系統(tǒng)的VisualStudio6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)基于C語(yǔ)言的測(cè)試程序，賽題提供測(cè)試所用的相應(yīng)函數(shù)，其余代碼由選手自行編寫(xiě)并完成調(diào)試。參賽選手根據(jù)任務(wù)書(shū)測(cè)試要求及被測(cè)集成電路的芯片資料，將需要測(cè)試的結(jié)果按照要求通過(guò)編寫(xiě)的上位機(jī)程序界面呈現(xiàn)。（4）芯片參數(shù)、基本功能及綜合應(yīng)用電路的測(cè)試參賽選手在完成規(guī)定測(cè)試任務(wù)后填寫(xiě)相關(guān)測(cè)試報(bào)告。1）任務(wù)一：數(shù)字集成電路測(cè)試比賽涉及到需要測(cè)試的數(shù)字集成電路類(lèi)型、型號(hào)、性能參數(shù)（包含芯片功能驗(yàn)證測(cè)試）如下：=1\*GB3①數(shù)字集成電路類(lèi)型?TTL、HCMOS、CMOS系列，如74LS**，74HC**，CD4***系列等。?基本數(shù)字門(mén)電路芯片、組合邏輯電路芯片（編碼器、譯碼器、傳輸門(mén)及數(shù)據(jù)選擇器等）及時(shí)序邏輯電路芯片（緩沖器、鎖存器及計(jì)數(shù)器等）=2\*GB3②數(shù)字集成電路型號(hào)：74LS00（或74HC00），74LS161（或74HC161），74LS393（或74HC393），74LS595（或74HC595），74LS138（或74HC138），CD4011，CD40193，CD4510，CD4511，CD4512，CD4514，CD4017，CD4022等。=3\*GB3③測(cè)試參數(shù)：競(jìng)賽測(cè)試的參數(shù)（均為常見(jiàn)參數(shù)）或者功能包括：?開(kāi)短路測(cè)試；?輸出高、低電平（VOH、VOL）；?輸入高低電流測(cè)試（IIH、IIL）；?電源電流；?噪聲容限；?芯片的功能。因芯片性能、制造工藝及功能存在差異，因此不同芯片測(cè)試的測(cè)試參數(shù)及要求可能存在差異，實(shí)際比賽時(shí)測(cè)試的參數(shù)可能是上述給出的參數(shù)中的一種或者多種組合，具體由裁判長(zhǎng)抽取的比賽參數(shù)確定。=4\*GB3④比賽賽題的示例如下：SN74HC245總線收發(fā)器，是典型的CMOS型三態(tài)緩沖門(mén)電路。主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。?測(cè)試芯片輸出的高電平、低電平（VOH、VOL）。?開(kāi)短路測(cè)試。?芯片功能測(cè)試要求（如附表2所示）：從輸入端輸入10101010和01010101電平。測(cè)得在兩種方向情況下的對(duì)應(yīng)輸出端電平值，將輸出端電平值在屏幕顯示并記錄至測(cè)試報(bào)告。測(cè)試電流設(shè)置為1mA（其中X代表任意電平，L代表低電平，H代表高電平）附表2功能測(cè)試要求ControlInputs控制輸入Operation運(yùn)行工作狀態(tài)GDIRLLB數(shù)據(jù)到A總線LHA數(shù)據(jù)到B總線HX隔離參賽選手根據(jù)以上測(cè)試條件編寫(xiě)測(cè)試程序，判斷SN74HC245的雙向功能是否正常，并將上述測(cè)試結(jié)果填入測(cè)試報(bào)告。以上為示例，具體要求由裁判長(zhǎng)根據(jù)參數(shù)要求現(xiàn)場(chǎng)確定。2）任務(wù)二、模擬集成電路測(cè)試比賽涉及到需要測(cè)試的模擬集成電路類(lèi)型、型號(hào)、性能參數(shù)、典型應(yīng)用電路功能如下：=1\*GB3①模擬集成電路類(lèi)型：?JFET輸入類(lèi)型、雙極型輸入類(lèi)型、MOS輸入類(lèi)型，BIMOS輸入類(lèi)型等。?運(yùn)算放大器（通用類(lèi)型、低電壓類(lèi)型及軌到軌輸出類(lèi)型等）。=2\*GB3②模擬集成電路型號(hào)：LM324（或者LMV324、LM324A）、LF353、TL072、TL074、TL084、LM358（或者LMV358），MCP6004、OPA365、TLV2316、NCS/V20081/20082/20084、NCS/V20091/20092/20094、FAN4174/FAN4274、TLV271/272/274、NCV272/274、TLV9061/9062/9064、TLV2451/2452/2453/2454、OPA703/OPA2703/OPA4703、OPA704/OPA2704/OPA4704、OPA347/OPA2347/OPA4347等。=3\*GB3③測(cè)試參數(shù)：競(jìng)賽可能測(cè)試的參數(shù)或者功能包括：?輸入失調(diào)電壓?電源供電電流?輸出短路電流?輸出電壓范圍?共模抑制比?開(kāi)環(huán)增益?芯片的典型應(yīng)用電路功能因芯片性能、制造工藝及功能存在差異，因此不同芯片測(cè)試的測(cè)試參數(shù)及要求可能存在差異，實(shí)際比賽時(shí)測(cè)試的參數(shù)是上述給出的參數(shù)中的一種或者多種組合，具體由裁判長(zhǎng)抽取的任務(wù)書(shū)確定。=4\*GB3④比賽賽題的示例如下：參賽選手利用LM358芯片按照下列要求，完成測(cè)試工裝板的設(shè)計(jì)及裝配，任務(wù)要求如下：?測(cè)試輸入失調(diào)電壓；?利用LM358和給定的其他元器件，設(shè)計(jì)一個(gè)輸入為1.5V，輸出為-3.5V的放大器，利用測(cè)試平臺(tái)測(cè)量相關(guān)參數(shù)并記錄至測(cè)試報(bào)告。以上為示例，具體要求由裁判長(zhǎng)根據(jù)參數(shù)要求現(xiàn)場(chǎng)確定。3）任務(wù)三：綜合應(yīng)用電路功能測(cè)試綜合應(yīng)用電路為典型的模擬和數(shù)字集成電路組成的綜合應(yīng)用電路，兩者功能相互獨(dú)立，所使用的芯片可能是集成電路分選任務(wù)所分選出的芯片。選手根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)的任務(wù)書(shū)中描述的要求，借助于測(cè)試平臺(tái)編寫(xiě)相關(guān)代碼，測(cè)試綜合應(yīng)用電路的相關(guān)功能參數(shù)，所需完成的任務(wù)要求如下：=1\*GB3①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)的元器件清單、套件及裝配圖完成綜合應(yīng)用電路的裝配；=2\*GB3②根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，制作測(cè)試工裝；=3\*GB3③根據(jù)任務(wù)參數(shù)設(shè)置及測(cè)試要求要求，完成相關(guān)參數(shù)的測(cè)試，填寫(xiě)測(cè)試報(bào)告。第四部分集成電路應(yīng)用一、比賽要求選手利用現(xiàn)場(chǎng)提供的集成電路應(yīng)用裝置，編寫(xiě)符合要求的測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)任務(wù)書(shū)要求的相關(guān)功能。二、比賽內(nèi)容1.本任務(wù)涉及的模塊可能包含:（1）主控板單元：基于Cortex-M0內(nèi)核（如LK32T102）或者Cortex-M3內(nèi)核（如STM32F103VET6）；從支持國(guó)產(chǎn)集成電路的角度出發(fā)，同等條件下，比賽考慮優(yōu)先支持使用國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片。（2）顯示單元：12864液晶模塊（串行接口），LED數(shù)碼管；（3）信號(hào)調(diào)理單元：模擬信號(hào)調(diào)理；（4）執(zhí)行對(duì)象：直流電機(jī)或者舵機(jī)（采用PWM方式控制）；（5）鍵盤(pán)單元：4*4鍵盤(pán)；（6）傳感器：電阻應(yīng)變片式壓力傳感器，溫度傳感器，超聲波傳感器，紅外測(cè)溫傳感器等；（7）比賽現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)相關(guān)資料。2.競(jìng)賽