集成电路的设计范文

导语：如何才能写好一篇集成电路的设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：集成电路布图设计；知识；保护

前言：

当今世界，随着科学技术的迅速发展，电子科技迎来了蓬勃的发展机遇，在短短的几十年时间内，电子行业发展到了一个前所未有的高度。尤其是计算机行业，更是电子行业中的领导者。但是，在这些电子行业中，最离不开的，便是集成电路系统，即集成电路系统行业的发展影响着电子行业的发展。由于集成电路产业的迅速发展，在其知识产权保护方面存在的问题也逐渐的暴露了出来。本文便着重于集成电路布局设计的知识及知识产权保护方面进行研究，从而为我国的集成电路事业的健康发展指出一条清晰明确的道路，顺应时展的潮流。

1 集成电路布图设计概述

1.1 集成电路布图设计的概念

集成电路系统的基础是半导体，即由半导体材料作为集成电路的基本元件，经由多个元件进行合并连接，共同置于由半导体组成的基片上，最终组装好的集成电路在电子器械或电子系统中控制电流，进而发挥其电子功能的部件。在计算机技术并不发达的初级阶段，由于材料学以及电子工程学的发展比较落后，使得计算机内部的电子元件是经由导线进行彼此之间的连接，这种搭设方式不但增加了电流流动的时间，减缓了信息传输的速度，还极大的增加了计算机内部的集成电路所占用的空间，使得计算机的体积极大，且信息处理缓慢，功能缺乏。但随着时代的发展，材料科学的不断进步，人们找到了良好的电子材料进行集成电路的搭建，因此，在集成电路的布局设计上能否取得进步便成为了计算机事业能否发展的关键所在。所谓的计算机部件设计，是经由软件或者图纸进行电路布局的3D模型规划，其就与土木工程中的建筑设计图纸相似，能够为产品的制造进行技术支持与步骤提供。可以说，集成电路布局设计在集成电路发展事业中所占的位置是最重要的，且在资金的投入上也是最高的。通常需要巨大的资金投入与人才投入才能设计出合理的集成电路布局。

1.2 集成电路布图设计的基本特征

集成电路布局设计的基本特征可以大体分为三个方面，依次为无形性，复制性以及表现形式的非任意性。在无形性上，由于计算机中的集成电路布局是由专业技术人员进行的智慧创造，仅仅能记录在图纸上以及电子储存设备中。可以说，这种思维创作的智慧结晶仅能通过有限的载体进行反映，进而被人了解知晓。这些都是集成电路布局设计的无形性的体现。在复制性上的体现更为明显，当集成电路的布局设计储存在电子储存设备当中时，通过计算机中的软件便可进行信息的复制，从而使得集成电路的布局设计被复制为多份。当不具备集成电路的布局规划信息与图纸时，想要了解某一电子设备中的集成电路布局状况，可以对该电子设备进行拆分处理，将内部的集成电路暴露出来，通过照相仪器或扫描仪器进行内部布局信息采集，便可以采集到集成电路的布局信息。这种信息的采集可以极大的降低集成电路设计者的工作难度与工作量。在表现形式的非任意性上，集成电路在原材料的使用，元件的基本参数，工艺技术要求等等方面都有极其严格的要求。在技术规范与原则上也有一定的套路，因此说，在集成电路的表现形式上，其具有非任意性。

1.3 以电磁炉为例的集成电路

此处以电磁炉的集成电路为例进行简单分析。SM16312集成电路主要控制电磁炉中的显示屏部分。通过中央处理器的控制将电信号转化为数据信号，进行编码转化显示在显示屏当中。且当电磁炉的集成电路出现问题进行更换时，需要注意的问题更多，首先便要保证维修环境的整洁，防止环境中污染物的影响使得电磁炉的显示屏部位出现问题。由集成电路控制的显示屏灯管比较脆弱，电路维修时操作手段的不当会使得灯管破碎或传输导线的断裂。进行导线焊接时，时间不可过长，否则容易导致电路控制的显示屏部位完全损坏。

2 集成电路布图设计的知识保护

2.1 对集成电路布图设计进行保护的意义

之所以对于集成电路布局设计进行保护，是因为布图设计是脑力劳动者脑力创作的成果与智慧的结晶。集成电路布图属于电子产业中专业要求较高的行业，如果不具备高端的专业知识与专业素养就无法进行集成电路的布图设计。在设计者进行布图设计的过程中，设计人员要对电路中的各个元件有详细而充分的了解，在进行布图设计时，既要考虑到固有的一些设计规定与功能布局，还要充分发挥设计者的创造力，只有将这两点进行有机的结合，才能够创造出优秀的集成电路布图。由于电路布图的这种设计是一种无形的资产，只能通过有形的载体进行信息承载才能够被人们了解。所以要对这种无形的设计进行产权保护，才能够在最大程度上保证布图设计者的权益不受到侵害。在创造性与实用性上，由于集成电路的布图需要脑力的劳动，一旦创造出独特的且信息处理迅速的电路布图设计则会产生巨大的经济效益，且有可能会对电子行业的进步与革新产生较大的影响，因此需要进行知识产权保护。

2.2 集成电路布图设计保护模式选择

对集成电路布图设计进行保护，就需要依靠法律的力量。国家制定了相应的《关于保护集成电路知识产权条约》。其中对于集成电路的保护就有明确的规定，既要求布局设计自身是由设计者自身进行独立的思维创造或与其他人共同合作进行创造进而得到的成果。对于那些根据别人的集成电路布局设计进行模仿或复制的布局设计，不但不对其进行法律保护，还要追究其法律责任。由于集成电路布图设计涉及到原创性，创造性与新颖性这三个方面，因此，知识产权在对其进行保护时，既要保护到成果作品自身，还要对其中蕴含的创新点与思维创造部分进行保护，这有这样，才能对与集成电路布图设计进行充分的保护，进而保护设计者的智力成果与财产安全。

2.3 集成电路布图设计专有权设计

对于集成电路布图设计的专有权进行保护，需要对主体，客体以及内容这三方面进行保护。在主体保护方面，涉及到布图设计的设计者，这既包括设计者自身与在思维创造过程中一同参与的合作者，还包括布图设计的相关法人与组织，另外，相关的可以享受该成果的权利委托人也是保护主体之一。而保护的客体，指的则是设计者创造出的具备思维创造性的布图设计。对于集成电路布图设计的内容保护既是对于设计专有权的具体权能进行保护。具体包括有复制权，商业利用权。

3 结语

当今世界，随着科学技术的迅速发展，电子科技迎来了蓬勃的发展机遇，在短短的几十年时间内，电子行业发展到了一个前所未有的高度。集成电路是以半导体材料为基础的，由多个元件进行线路连接，设置在基片之上，以达到一定功能的电子产品。本文通过对集成电路布图设计进行概述，并对集成电路布图设计的知识保护进行分析，从而促进我国的集成电路事业的发展，使我国的电子产业赶上时代潮流。

参考文献

[1]蒋黎.集成电路布图设计法律保护研究[D].吉林大学，2013.

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关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索

作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）

基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。

在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。

一、集成电路设计本科教学存在的主要问题

在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。

首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。

其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]

再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。

二、改革措施

鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。

1.增加实验教学量

现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。

在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。

2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导

“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。

对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。

3.增加就业相关基础知识含量

从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。

另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。

三、结论

集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。

参考文献：

[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).

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[3]http：//.cn/Info/html/n14730_1.htm.

[4]http：///info/20121026/227691.shtml.

[5]冯卫东.美科学家证实电路世界第四种基本元件存在[N/OL].科技日报，2008-05-06.

[6]李九生.“微波与射频技术”课程新式教学理念应用[J].科技信息，2010，（6）.

[7]李金凤，王健，刘欢.“射频集成电路设计”课程教学改革初探[J].考试周刊，2012，(15).

[8]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，（1）.

[9]王立华.虚拟网络分析仪在射频电路设计中的应用[J].电子测量技术，2012，（4）.

收稿日期：2013-09-10

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当今世界，计算机的发展已成为领导工业现代化进程的潮头军，自1946年世界第一台电子计算机诞生以来，短短的五十多年间，计算机作为一种现代化的高级工具以惊人的速度迅速地渗透到了社会生活的各个领域，引起了全球的技术革命。计算机技术的飞速发展离不开另一门产业的发展，即集成电路产业。因为集成电路的出现才使计算机摆脱了电子管、晶体管等原材料构件的束缚，逐步走向小型化，轻型化，高智能化，迅速走向了社会，走入了家庭。

集成电路产业的飞速发展，产生了许多新的法律问题，由于传统知识产权法的局限性以及集成电路及其布图设计本身存在着的特殊性，集成电路布图设计的法律保护问题也引起了法学界的极大关注。各国也纷纷就集成电路布图设计进行立法，以保护此种特殊性质的知识产权不受侵害。

我国早在1991年国务院就已将《半导体集成电路布图设计保护条例》列入了立法计划，经过10年的酝酿，我国的《集成电路布图设计保护条例》终于于2001年3月28日由国务院第36次会议通过，并于2001年10月1日起施行。这是目前我国保护集成电路布图设计知识产权的一部重要法规。虽然它是一部行政法规，但经过试行一段时间到条件成熟后，将之上升为法律的形式是必然的趋势。我国采用专门立法的形式保护集成电路布图设计既尊重了国际知识产权保护的原则，又便于与国际法律接轨，而且这部条例既保护了集成电路布图设计专有权人的权益，又考虑到了国家和公众的利益，使技术进步不受到人为的限制。这一条例初步建立了我国集成电路布图设计的知识产权保护的理论体系，进一步完善了我国的知识产权法律制度。

一、集成电路和布图设计的概念与特点

集成电路是指半导体集成电路，即以半导体材料为基片，将至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路集成在基片之中或基片之上，以执行某种电子功能的中间产品或者最终产品。一块集成电路通过控制电流在其电路中的流动来实现其功效。在计算机发展的初期，每个电路元件（如晶体管、电阻、电容等）都是用引线同电路中的其它元件相连接的。这种做法须耗费大量的劳动力与工时，且计算机制作成本很高，大量连线的存在使电流的流动距离增长，不仅影响了计算机工作的速度和可靠性，还引起电路功耗的增加，从而带来电路的散热以及要求有较高电压的电源等一系列的问题。这也正是最初计算机体积庞大、耗电量大、速度慢的根本原因。采用集成电路以后，这些问题就得到了解决：由于电路元件及连线实质上已成为一体，作为一块电路板上的不同元件，它们之间的电流交换速度大大增强，且电路的功耗亦大幅度降低，不仅提高了计算机的性能，还大大降低了计算机的成本。由于生产集成电路的主要原材料硅、铝、水等一些化合物并不昂贵，但经过加工以后得到的集成电路产品的价值往往可以达到其材料价值的几十倍，几百倍甚至上千倍。在其价值成本中，大部分都是知识、技术与信息所增加的附加价值。这种附加价值主要集中在以集成电路为载体而体现出来的人类智慧的结晶-布图设计的价值上。就象相同的磁带因为录制不同的歌曲其价值就会不同一样，用相同的技术工艺在同样的芯片上依不同的布图设计所制作出的集成电路，其价值也是不同的。好的布图设计制作出的芯片往往能具备更高的性能和工作速度。因此，集成电路的法律保护问题，归根结底在于对其布图设计的保护。

对布图设计，世界各国的称呼各有不同：美国称之为掩膜作品，（Mask Work），日本称之为电路布局（Circuit Layout），欧洲国家采用的是另一个英文单词Topography（拓朴图），而世界知识产权组织（WIPO）于1987年2月通过的《关于集成电路知识产权保护条约》（简称《WIPO条约》或《华盛顿条约》）中则采用了Layout-design（布图设计）一词。这些词语字面上的表示虽各不相同，但其真正的含义都是相同的，即指集成电路中各种元件的三维配置。许多人认为布图设计只是一种设计图，就象建筑工程设计图一样。事实上布图设计与建筑工程设计图这种一般的二维设计图是不同的，它是一种有许多不同层面的三维设计，每一层面上又有许多复杂的电路布图装置图，而且最重要的是，真正可以用于实践的布图设计是经过了特殊的工艺按实物尺寸复制在玻璃板上，可以直接加工在芯片上的模本，即掩膜版。现在世界上虽已有一些更先进的模本技术，但是最终布图设计还是必须做成与集成电路产品实物一般大小的模本，才可算是完成了布图设计的制作。在生产过程中，这些模本是直接被“做”到产品中去成为产品的一部分，而不是象建筑设计图那样本身与实际的建造结果之间并无联系。一个小小的掩膜作品中所包含的电路设计图往往可以是几十张上千张甚至上万张。设计一组布图设计，需要付出巨大的创造性劳动，它代表着芯片开发中的主要投资，可占其成本的50%以上。布图设计作为人类智力劳动的成果，具有知识产权客体的许多共性特征，应当成为知识产权法保护的对象，其特点主要表现在：

（一）无形性。

布图设计作为一种元件的“三维配置”，这种配置方式本身是无形的、抽象的，是人类智慧的体现，但它可以通过有形的载体表现出来而为人所感知。当它被制作成芯片时，表现为一定的构形；当它被制成掩膜版时，表现为一定的图形；当它被输入计算机时，则以一定的数据代码的方式存储在磁盘之中。

（二）可复制性。

布图设计具有可复制性，但其可复制性与一般著作权客体的可复制性不同。当布图设计的载体为掩膜版时，它以图形方式存在，这时只要对全套掩膜版加以翻拍，即可复制出全部的布图设计。当布图设计以磁盘为载体时，同样可用通常的拷贝方法复制。当布图设计的载体为集成电路芯片时，它同样可以被复制，只是复制过程相对要复杂一些。复制者要先把芯片的塑料或陶瓷外壳打开，利用一台高分辨率的照相机，把顶上的金属联接层照下来，再用酸把这层金属腐蚀掉，对下面那层半导体材料照相，获得该层的掩膜作品。照完后利用相同的方法再照下一层，如此一步一步做下去，就可以得到这一芯片的全套掩膜，依靠这套掩膜就可以模仿生产该芯片。这种从集成电路成品着手，利用特殊技术手段了解其布图设计的方法被称为“反向工程”方法。这种方法虽需一定的技术要求，但是比起原开发者漫长艰辛的开发过程，其所花费的时间和精力都只是后者的若干分之一。

（三）表现形式的非任意性。

布图设计是与集成电路的功能相对应的。布图设计的表现形式要受到电路参数、实物产品尺寸、工艺技术水平、半导体材料结构和杂质分布等技术因素和物理规律的限制，因此开发新的功能相同或相似的集成电路，其布图设计不得不遵循共同的技术原则和设计原则，有时还要采用相同的线宽，甚至采用相同的电路单元。这就造成了对布图设计侵权认定难度的加大，有关这一点，笔者将在后文论述。

由以上特点可以看出，布图设计的无形性是知识产权客体的共性，可复制性是著作权客体的一个必要特征，表现形式的非任意性则是工业产权客体的特性，因此，布图设计成为了一种兼有著作权和工业产权客体双重属性的特殊知识产权客体，很难在传统的知识产权法律保护体系中得到完善的保护。因此要想求取良好适当的法律保护模式，就必须突破传统的界限。针对布图设计自身的特征，制定出专门的单行法律加以保护，这是世界上大多数国家的共识。我国也正是采用了此种立法方式。

二、我国集成电路布图设计知识产权保护的理论体系

我国集成电路布图设计的知识产权保护体系是在传统知识产权法理论的基础上，借鉴国外的一些理论和实践建立起来的。这一理论体系的核心概念即布图设计专有权。

（一）布图设计专有权的概念和要素

1、概念

布图设计专有权就是布图设计的创作人或者其他权利人对布图设计所享有的权利，具体来说，就是指国家依据有关集成电路的法律规定，对于符合一定手续和条件的布图设计，授予其创作人或其他人在一定期间内对布图设计进行复制和商业利用的权利。布图设计专有权作为一种独立的知识产权，既不属于专利权，也不属于著作权。而且，布图设计专有权是以布图设计为权利客体的，权利人对与布图设计有关的集成电路或其中所含的信息并不享有权利。

2、要素

布图设计专有权的要素包括三个，即布图设计专有权的主体、客体和内容。

（1）布图设计专有权的主体。

布图设计专有权的主体，即布图设计权利人，是指依照集成电路布图设计保护法的规定，对布图设计享有专有权的自然人、法人或其他组织。根据我国《集成电路布图设计保护条例》的规定，能够享有布图设计专有权的人主要有以下几类：

①布图设计创作者或合作创作者

布图设计的创作者或合作创作者即以自己的智力劳动单独或共同完成布图设计的人。由于布图设计的各个部分是密不可分的，具有整体性，缺少任何一部分布图设计都将无法完成预先希望达到的功能，因此，由多人共同创作完成的布图设计其权利只能作为一个整体由各创作人共同享有，即使各创作人所创作的部分能够与他人的部分相区分，他也不可能就这一部分设计单独享有权利。但是法律允许合作者就布图设计专有权的归属作出约定。

②主持创作布图设计的法人或组织

根据我国《集成电路布图设计保护条例》第9条第二款的规定：“由法人或者其他组织主持，依据法人或者其他组织的意志而创作，并由法人或者其他组织承担责任的布图设计，该法人或者其他组织是创作者。”由法人或组织主持创作的布图设计类似于版权法中的职务作品，其权利不由直接完成创作的人享有而由有关的单位享有。

③经约定可以享有权利的委托人

对于委托创作布图设计的情形，我国的规定是：“受委托创作的布图设计，其专有权的归属由委托人和受托人双方约定，未作约定或者约定不明的其专有权由受托人享有。”所以因受委托而完成的布图设计的专有权归属，首先依委托人与受托人的约定，双方未约定或约定不明的，由受托人也就是直接完成创作行为的人享有布图设计专有权。

④以上主体的权利继受人

布图设计权利人是自然人的，自然死亡之后，其专有权在法律规定的保护期内可依照继承法的规定转移。布图设计专有权属于法人或者其他组织的，法人或者其他组织变更、终止后，其专有权在法律规定的保护期内由承继其权利、义务的法人或者其他组织享有，没有承继其权利、义务的法人或者其他组织的，则布图设计进入公有领域。

另外，我国法律还规定外国人创作的布图设计首先在中国境内投入商业利用的，依照我国的法律可享有布图设计专有权。外国人创作的布图设计其他作者所属国同中国签订有关布图设计保护协议或与中国共同参加有关布图设计保护的国际条约的，也可依我国法享有布图设计专有权。

（2）布图设计专有权的客体。

《集成电路布图设计保护条例》中规定，布图设计专有权的客体是具有独创性的布图设计。这一规定与《WIPO条约》①中的规定是一致的，我国已是该条约的正式签字国。布图设计的独创性是指该布图设计是创作者自己的智力劳动成果，并且在其创作时该布图设计在布图设计创作者和集成电路制造者中不是公认的常规设计。但如由常规设计组成的布图设计，其组合作为整体符合前述条件的，也是受到保护的客体。这一规定是为保护集成电路进一步发展而作的特别规定。我国法对布图设计的保护，不延及思想、处理过程、操作方法或者数学概念等。具体来说，一项布图设计要取得专有权，必须具备以下的条件：

①实质要件：申请保护的布图设计必须具有原创性。

具有原创性包括两层含义，一是指该布图设计必须是创作人自己智力劳动的成果，而非简单复制他人的布图设计。二是指该布图设计应具备一定的先进性，即它在创作完成时不能是当时集成电路产业中常用的，显而易见的或为人所熟知的。

对原创性的规定，大多数国家都大致相同，《WIPO条约》中对此亦作出了详细的规定，我国作为集成电路技术较为落后的发展中国家，作出这样的规定有利于鼓励有关技术人员的积极性和主动性，以促进集成电路产业的发展。

②形式要件：即取得保护的布图设计在形式上必须具备的条件。

我国以登记作为布图设计取得权利保护的形式要件。

我国已规定了一套类似计算机软件版权登记的布图设计权登记制度。如果不进行登记，权利人将很难证明其布图设计在创作完成时是非显而易见的，因为布图设计的发展十分迅速，等到侵权纠纷出现时，举证已相当困难，建立一套登记制度即可在很大程度上解决这一难题。

（3）布图设计专有权的内容

布图设计专有权的内容即指布图设计专有权的具体权能。根据《集成电路布图设计保护条例》的规定，我国的布图设计专有权的权能主要包括：

①复制权，即权利人有权通过光学的、电子学的方式或其他方式来复制其受保护的布图设计或者含有该布图设计的集成电路。这种复制（reproduce）与版权法中的复制（copy）是不同的，它必须通过特殊的方法实现，实际上是一种重新制作。所以，我国《条例》中明确规定：“复制，是指重复制作布图设计或者含有该布图设计的集成电路的行为。”

②商业利用权，即布图设计权人享有的将受保护布图设计以及含有该受保护的布图设计的集成电路或含此种集成电路的产品进行商业利用的权利。各国立法对此权利内容的规定不完全相同，但一般都包括出售权、出租权、展览陈列权以及为商业目的或其他方式的利用而进口的权利等。我国法所规定的商业利用，是指为商业目的进口、销售或者以其他方式提供受保护的布图设计，含有该布图设计的集成电路或者含有该集成电路的物品的行为。

值得注意的是，从各国现有的集成电路法规定看，布图设计权均不包括任何精神权利，且布图设计权不影响权利人根据其他法律而对布图设计所享有的权利。

（二）布图设计专有权的权利限制

作为一种知识产权，和专利权及版权一样，布图设计权的行使也存在一定的限制。从各国立法的情况来看，对布图设计权利的限制主要有以下几种：

1.合理使用。这与版权中的合理使用相类似，主要包括为个人目的而复制或利用和为教学研究而复制或利用。

2.合理的反向工程。反向工程是现代集成电路工业发展的主要手段之一，但是反向工程也具有一定的特殊性，因为在复制他人布图设计时也可能会用到反向工程的技术，以科学研究为目的的反向工程是合法的，而单纯为获取他人布图设计而进行的反向工程则是非法的，这又涉及到一个侵权认定的问题。

3.权利穷竭。布图设计权人或经其受权的人将受保护的布图设计或含有该布图设计的集成电路产品投入市场以后，对与该布图设计或该集成电路产品有关的任何商业利用行为，不再享有权利。

4.善意买主。即基于善意，不知道有关半导体芯片产品的保护的存在而购买了该半导体芯片产品的人。这些人的行为是不能构成布图设计侵权的。

5.强制许可。即在一定条件下，一国政府可以不经布图设计权利人的同意强制作可他人或有关的组织使用其布图设计。这一做法主要由一些发展中国家采用，一些发达国家如美国对此持反对意见。《WIPO条约》对强制许可采取了肯定的态度，允许缔约各国根据自己实际情况在法律上规定强制许可制度。

根据我国《集成电路布图设计条例》第四章的规定，我国对布图设计专有权行使的限制主要体现在以下这几个方面：

（1）为个人目的或者单纯为评价、分析、研究、教学等目的而复制受保护的布图设计的。

（2）在依据前项评价、分析受保护的布图设计的基础上，创作出具有独创性的布图设计的。

（3）对自己独立创作的与他人相同的布图设计进行复制或者将其投入商业利用的。

（4）受保护的布图设计、含有该布图设计的集成电路或者含有该集成电路的物品，由布图设计权利人或者经其许可投放市场后，他人再次商业利用的。

（5）在国家出现紧急状态或者非常情况时，或者为了公共利益的目的，或者经人民法院、不正当竞争行为监督检查部门依法认定布图设计权利人有不正当竞争行为而需要给予补救时，国务院知识产权行政部门可以给予使用其布图设计的非自愿许可。但是取得非自愿许可的自然人，法人或其他组织应向布图设计权利人支付合理的报酬，其数额由双方协商；双方不能达成协议的，由国务院知识产权行政部门裁决。

由以上这些规定可以看出，我国基本上采用了与《WIPO条约》相似的规定，这有利于我国的集成电路布图设计与国际法律规定的接轨。

（三）布图设计侵权及其认定

所谓布图设计侵权，即指侵犯了布图设计权利人的权利，依法应承担法律责任的行为。它主要包括非法复制与非法进行商业利用两种。其中非法进行商业利用的行为比较容易认定，也易取证，但对非法复制的认定却存在一定的难度。非法复制主要有两种：

1.完全复制，即将原布图设计原封不动照搬下来。这种情况比较好认定，因为开发一种布图设计是一项艰巨复杂的脑力劳动，两个相互独立的开发人在互不接触的情况下独立开发的两种功能相同的布图设计，虽然在电路原理上有可能相似，但是表现在掩膜版上的具体元件布置、连线等布局完全一模一样的可能性几乎为零，因此在实践中如发现两种完全一样的布图设计，那么必定是后一布图设计人复制了前一设计人的布图设计，举证责任主要集中在开发时间先后上，如果规定有布图设计的登记制度，这就比较容易认定。

2.部分复制，即仿制，这是目前存在的布图设计侵权行为中占比重最大，而且也是最难认定的一种侵权行为。它之所以难以认定的主要原因是布图设计中有许多共同遵循的基本电路原理和技术原则，再加上新旧布图设计之间需有兼容性的要求，在功能相类似的布图设计中不可避免地会有一些相同或相似的地方。因此许多布图设计侵权人在获取他人布图设计作品以后，将一些无关紧要的元件位置作一定的改动，在电路设计连线上再作一些调整，就会使新的布局与原有的布局很不相同，尤其在制作成集成电路产品以后，肉眼无法观察，必须借助机器进行复杂的技术处理后才能认定，这就更增加了对此种侵权行为认定的难度。

笔者认为，在认定这种侵权行为时必须抓住两个关键：一是两种布图设计是否实质相似，二是另一布图设计创作人是否曾接触过受保护的布图设计。确定了这两点，侵权的判定即可成立。对是否实质相似的认定，主要可从两个方面着手：（1）从设计组成上看，首先在量上确定，两种布图设计相同的部分有多少，占全部布图设计的比重有多大，一般而言，相同的越多，是复制的可能性就越大，另外在质上可考察相同的部分在整个设计中所起的作用是否相同，如果起的都是核心的作用，那么就很容易构成实质相似。（2）从功能上看，两种布图设计的功能是否相同是二者是否实质相似的根本要件，如果两种功能完全不同的布图设计，即使其元件布局、线路布置绝大部分相同，也不可能构成实质相似。抓住了这两个关键，对于仿制的侵权认定就相对容易了。

总之，我国的《集成电路布图设计条例》已初步建立了我国的集成电路布图设计的知识产权保护理论体系，对布图设计侵权作了规定，并且规定了侵权人应当承担的法律责任。但我们仍需要在今后的布图设计权利保护实践中进一步改善我国的保护制度，使布图设计专有权的保护更全面更完善，从而促进我国集成电路产业的进一步发展。

[注   释]：

①即《关于集成电路的知识产权条约》（Treaty on the Intellectual Property in Respect of Integrated Circuits），是世界知识产权组织（WIPO）于1989年5月在华盛顿通过的一部国际条约，简称《WIPO条约》。现在已在这个条约上签字的国家有埃及、加纳、利比里亚、危地马拉、南斯拉夫、赞比亚、印度和中国等。

[参考书目]

1. 郑成思著《计算机软件与数据的法律保护》，法律出版社，1987版。

2. 郑成思著，《信息、新兴技术与知识产权》，中国人大出版社，1986版。

3. 英明初著，《计算机软件的版权保护》，北京大学出版社，1991年8月版。

4. 唐光良、董炳和、刘广三著，《计算机法》，中国社会科学出版社，1993年11月版。

5. 刘江彬著，《计算机法律概论》，北京大学出版社，1992年7月版。

6. 赵震江主编，《科技法学》，北京大学出版社，1991版。

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关键词：集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0049-03

一、引言

集成电路产业是信息产业的基础和核心，是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（18号）》，大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下，我国集成电路设计业发展迅猛，伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业，2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求，截止2014年，全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（新18号）》，要求高校要进一步深化改革，加强集成电路设计相关专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用型人才。

“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现，是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养，着力发展芯片设计业，2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出，要着力发展集成电路设计业，加大人才培养力度。因此，研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系，培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。

二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点

集成电路是推动当前经济发展的重要技术，由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷，多学科交叉融合，毕业生就业具有国际性，要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求，才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。

1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业，国内还没有形成该专业的人才培养规范，目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差，还没有形成完整的知识体系。

2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务，从注重单一知识和能力的培养，要转变到注重综合知识和能力的培养。

3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业，根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业，需要针对企业对该类人才的需求，将企业需求融入课程体系，与企业联合制定培养方案，建立核心课程体系，实时调整专业课程教学内容。

4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性，不仅要具有较强理论知识基础，而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力，需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系，保障四年工程实践训练不断线，逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。

三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建

根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点，按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律，结合我校学科专业优势特色，确立了本专业人才培养的课程体系。

（一）人才培养目标

2006年全国科技大会上提出，到2020年，我国将建成创新型国家，使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一，只有培养具创新精神和创新能力的人才，才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。

因此，本专业旨在培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识，具备工程实践能力和创新能力，具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力，能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才，为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。

（二）人才培养规格

集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，如图1所示。其中，图1中①就是通信算法（应用）的直接IC（实现）化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法（应用）的指令集合（体系结构）化的目标程序;③就是指令集合（体系结构）的IC（实现）化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。

根据多学科融合发展和人才培养目标定位，确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。

1.知识结构要求。（1）具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。（2）具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。（3）掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。（4）掌握集成电路与集成系统电子设计自动化（EDA）技术。

2.能力结构要求。（1）具有使用电子设计自动化（EDA）工具进行集成电路与集成系统设计的能力。（2）具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。（3）具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。（4）具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。

3.素质结构要求。（1）具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。（2）具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。（3）具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。（4）具有一定的国际化视野、求实创新意识。

（三）课程体系

集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次，课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点，各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性，通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业，课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点，各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域，知识和技术更新速度非常快，课程体系应该体现先进性，使得学生能够接近先进的技术前沿，同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程，进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。

因此，根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性，结合我校自身优势特色，构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向，集中实践环节为支撑，核心课程为基础，一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时，设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块，提升学生的工程素质和创新能力。

课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力，第二学年主要培养学生的电子技术应用能力，第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力，第四学年主要培养学生的工程创新能力，通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块，实现人才的个性化培养。

通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置，将集成电路设计与通信/计算机相结合，体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养，“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中，通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养，实现了课程体系的系统性和完备性，通过教学内容的组织实现知识的连贯性。

课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验（集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践）以及课内实验，在教学内容的组织上将软件无线电（SDR）系统（包括算法、体系结构、集成电路）设计与实现的科研成果融入教学过程，实现四年工程实践训练不断线，体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引，设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程，采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计，实现课程体系的先进性和实用性。

（四）教学内容组织思路

以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成（CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元）计算机部件设计计算机部件（FPGA和专用集成电路）实现整机（FPGA或专用集成电路）实现面向通信、信号处理领域系统（嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路）设计与应用”为主线组织教学内容，体现知识的连贯性，培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践（包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等），将软件无线电（SDR）系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学，贯彻我校“教研统一”办学理念，突显我校信息通信行业优势特色，培养学生的工程创新能力。

四、结论

课程体系设置是专业建设中的关键核心问题，对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点，结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色，形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向，以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容，培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计（计算机应用、电子技术应用、微系统设计）能力，通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践，提高学生的工程创新能力。

参考文献：

[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程，2011，（2）.

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关键词：集成电路；噪声问题；探讨处理

中图分类号：TP212 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 17-0000-01

The Noise Problem Study in Integrated Circuit Design

Tuo Yunfeng

(Wuhan University,Institute of Microelectronics and Information Technology,Wuhan430070,China)

Abstract:The development of integrated circuits in convenience to our lives,while also constantly improve their own.In integrated circuit design,noise has become an urgent need to address the problem.This article analyzes several common integrated circuit design in the form of noise problems and treatment for the relevant parties for reference.

Keywords:Integrated circuit;Noise problems;Treatment talking

大规模集成电路的不断兴起给人们带来的方便有目共睹，但同时其存在的噪声问题也是备受关注的。随着器件集成化缩小化的不断推进，噪声已成为一个不可忽视的问题。尤其近年来创新逻辑设计等先进技术的推进使得噪声问题从模拟混合信号领域延伸到纯模拟数字设计领域，导致噪音问题的进一步扩大化。因为当一个敏感电路接收比较弱的信号时，任何的数据都有可能跟其影响因素相关，而噪声恰恰是重要的一环，稍有不慎噪声可能影响整个敏感电路的工作和性能，更为严重的情况可能毁掉整个芯片。所以我们有必要对于集成电路设计中的噪声问题进行探讨，力争找到比较合适的办法避免噪声或者尽量将噪声降到不影响整个电路工作的范畴。虽然这是一个有挑战性的工作，但它却是一个非常有意义的工作。

一、关于衬底噪声问题的分析

一般而言，在设计混合信号集成电路中，不管是模拟电路还是数字电路，二者是处在同一个衬底上的。这种情况下衬底噪声将成为最大的问题。因为对于数字部分来讲，处在高频下将有大量的门电路呈周期性转换状态，而且从电源线上吸收尖刺电流，这些统统注入衬底将被比较敏感的模拟电路所吸收，最终可能会造成虚假信息，这就是衬底噪声的危害所在。

对于这个问题的解决方法可以从衬底的制作工艺和电路设计两方面来考虑。一方面，相对来讲低掺杂的衬底因为其电阻大，耦合小等优点更适合于混合信号芯片，降低其噪声影响。另一方面，现在工艺在外延层与衬底层之间嵌入薄的绝缘体，这样也减少了电路之间的耦合，解决衬底噪声的途径，最简单的方法就是在易受噪声影响的模块周围做一大圈姐弟的衬底接触，也就是在噪声路径上放上一些畅通的出口以消除噪声的随意传播，当噪声企图通过衬底从上面的模块离开时，首先遇到的是一个接地的衬底接触，由于这个接触是接地的，所以会把任何噪声电压和噪声电流都吸引到衬底接触那里。这种衬底接触也叫做保护环，保护环也可以防止一个器件注入的少子影响其他器件的工作。

二、关于连线引入噪声问题的分析

关于连接线引入噪声问题，笔者认为应该从版图设计和电路设计两方面努力。

（一）版图设计中的噪声问题处理

一般情况下，为避免噪声问题，我们在绘制匹配器件版图时往往要求不连接匹配器件的导线不穿过它们。如果非要背道而驰的话就要想办法用屏蔽层将走线跟匹配器隔开，并使得屏蔽线接地，这样可以避免内部敏感器件接收不必要的外部噪音。当然，如果一个敏感信号必须要屏蔽任何感染，那么它也可以选用这种方法。同时，这种接地方法的理念也是可以延伸的。假如有其他信号经由这个敏感信号，那么为了防止噪声可以在信号两边都做屏蔽线，甚至可以将其直接接地到一个金属屏蔽盒里，这样所有的干扰都不影响到这条信号线，噪声问题自然迎刃而解。

（二）电路设计中噪声问题的处理

首先，因为其供电信号线的传输信号比较频繁，所以噪声问题也较为常见。这就要求我们设计人员要注意在供电导线上接一些容值相对比较大的去耦电容，可以通过把电源线和地线交叠排列，形成寄生去耦电容，这么多电容合起来，完全可以实现降噪的目的。

其次，差分信号传输线也是一个比较受关注的话题。电路中常会出现这样一对导线，它们来自同一模块传递同样的信息，只是状态正好相反。在版图中通常把它们并行靠近着连接到另一个模块，当它们接近一条带有噪声的信号线时会同时耦合到噪声，每条导线上都会有噪声尖峰。而差分线会把这两个信号做差，就会减掉尖峰信号，得到清晰的高电平或低电平数据。事实证明这种设计方法有很强的抗噪声能力。

最后，在电路设计时还有一定的灵活性，我们可以设计时钟控制，让噪声模块和敏感电路模块在不同时间周期内进行各自的工作。这样也可以消除噪声对敏感电路的干扰，但是这样设计有一定的局限性，设计时要仔细考虑。

三、总结

综合全文，本文通过对集成电路中噪声问题的探讨，说明版图设计和电路具体设计对于整个集成电路降噪来讲是十分重要的。同时，作为一个工作人员，我们一定要重视电路中的噪声影响，在设计电路的过程中一定要把这一问题当作重要问题来考虑，只有这样我们在工作中才不会出现疏漏，设计出来的电路才具有实用性。

参考文献：

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【关键词】热敏电阻;集成运放;电压比较器;报警电路

引言

作为一种模拟集成电路，集成运算放大器结构简单、用途宽广，具有高灵敏度和功能灵活等多种优势。负温度系数（NTC）型热敏电阻的阻值随温度升高而减小，二者组合可组成温度报警电路。温度的检测与控制电路在实际应用中比较广泛，一般用晶体管制作而成的电路，测量误差大，且电路比较复杂。用热敏电阻和集成运放组成的温度报警电路可实现温度的检测及报警功能，可以克服此类问题。

此电路实验在教学中已经应用，由于电路简单，所用的元件较少，操作容易，实验效果直观、显著，学生很感兴趣，加深了学生对集成运放的理解，提高了实验动手能力。

1.NTC热敏电阻的介绍

NTC（Negative Temperature Coefficient） 的中文意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。而NTC热敏电阻器就是指负温度系数热敏电阻器，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺加工制造而成的。此类金属氧化物材料都具有半导体的性质，因为它们的导电方式完全类似锗、硅等半导体材料。在温度低时，此类氧化物材料的载流子（电子或空穴）数目较少，导致其电阻值较高;当温度升高时，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围一般在100～1000 000，温度系数在-2%～-6.5%[1]。可将NTC热敏电阻器广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。NTC热敏电阻RT的温度特性如图1所示。虽然它的电阻与温度变化曲线的线性度并不太好，但由于它是单值函数（即温度一定时，其阻值也是一定的单值。）如果设定100℃时电路自动报警，则这100℃即为阈值温度TTH，在特性曲线上可找到100℃对应的RT的电阻值。

图1 热敏电阻RT的温度特性曲线

2.集成运放组成的单限电压比较器

在自动化系统中，信号幅度的比较、信号幅度的选择、信号的采样和保持、信号的滤波等都是在信号处理方面经常遇到的问题。本设计需要应用由集成运放组成的比较信号幅度电路――电压比较器，集成运算放大器是电压比较器的核心器件[3]。电压比较器是集成运放在非线性工作状态下的一种具体应用。而电压比较器，是一种用来比较输入信号电压大小的电子电路。它可以将连续变化的模拟信号转换成仅有两个高、低状态的矩形波。集成运放工作在非线性区时，若，则运放输出正向电压;若，则运放输出负向电压。这是电压比较器的理论基础。图2为最基本的电压比较器和其电压传输特性图。两个输入端中的一个端子为参考端，参考电压为UR，另一个端子（比如同相端）作为信号输入端，比较信号电压与参考电压，当信号电压小于参考电压时，输出则为高电平，反之输出则为低电平。由此可得到电压传输特性曲线[4]。电压比较器通常用于越限报警、模数转换和波形变换等场合。

图2 基本电压比较器及电压传输特性曲线

3.电路原理图及其工作原理

3.1 电路原理图

电路原理图如图3所示。

图3 基于集成运放的温度报警电路图

3.2 电路工作原理

负温度系数热敏电阻RT用来检测功率器件温度（可将其粘在散热片上）或待测环境温度（如置于恒温箱），UCC为直流稳压电源，RT和R1串联，A点电位VA为电阻R1两端所分得的电压。电阻R1阻值近似不变。R2和组成分压器，调节RP可改变VB（电位器中心头的电压值）的电压。

VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。若希望100℃时电路自动报警，则VTH的值应等于100℃时的VA值。当，比较器输出低电平，二极管导通，三极管截止，电路不报警，为正常状态。当，比较器输出高电平，二极管截止，三极管导通，指示灯亮，同时扬声器发出尖锐的报警声。

3.3 电路的保护措施

3.3.1 输入保护

一般情况下，集成运放工作在开环（即未引反馈）状态时，易因差模电压过大而损坏;在闭环状态时，易因共模电压超出极限而损坏。本文设计的电路原理图中所加的二极管限幅电路就是为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，以免损坏运放。此外，该电路只要改变VTH值，就可以很方便地改变阈值温度，适合不同的工作要求。

3.3.2 输出保护

电路原理图中，在集成运放输出端，由限流电阻R和稳压管DZ组成输出端保护电路。限流电阻R和稳压管DZ构成限幅电路，它一方面将负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运放的输出电流，另一方面也限制了输出电压的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的，若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏，使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的性能。

4.结束语

热敏电阻的电阻率随温度变化而变化，本文以负温度系数（NTC）型热敏电阻来进行温度测量，将温度信号转化为电压信号，输送到由集成运放工作于非线性区构成的电压比较器中，与阈值电压进行比较。若高于阈值电压，则电压比较器输出为高电平，此时三极管导通，报警电路工作。该电路是热敏电阻和集成运放结合的具体应用实例，有助于加深学生对相关知识的理解和应用。

参考文献

[1]钱小君.温度报警器的设计与制作[J].物理通报，2010， 6：89.

[2]方佩敏.电压比较器工作原理及应用（中）[J].无线电， 2005，1：63.

[3]张小梅.集成运放在烟雾报警器电路中的应用[J].信息通信，2013，2.

[4]乜国荃.集成运放和电压比较器[J].青海师范大学学报（自然科学版），2006，2：48.

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论文摘要：电子线路CAD技术在高职的电子信息工程技术专业中是非常重要的一门课程，在电子设计以及毕业设计中都讲用到该技术。电子线路CAD技术主要是用来绘制电路图，并在计算机上利用该绘图软件对电路进行排列，从而让设计出的电路更加的美观。本文主要是针对电子线路CAD技术在高职电子设计中的应用进行研究。

对于高职学生而言，要学习的不仅仅是专业知识，动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次，也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中，电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题，因此，在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索，说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。

1、电子线路CAD技术与电子设计的关系

随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用，电路在设计方面也越来越复杂与集成化，因此，对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求，在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以，就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。

2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用

电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件，然后结合学过的专业知识进行设计，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面：

2.1 绘制电路图

在进行电子设计的过程中，要实现电路的功能最重要的就是编程，但是只有编程并不能完善整个设计，还需要有一个完善的电路来承载这个程序，让它实现它本该实现的功能。在电子设计中，我们一般运用的软件是PROTEL，绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库，能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度，并且绘制过程也更为方便。比如：我们在画好一个元器件后，觉得它应该放在其他的位置，则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。

2.2 计算机仿真

电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能，检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能，并且能够对一些数据进行仿真，可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言，在它的MULTISIM中有很多种仿真功能，这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候，我们首先要进行一个功能仿真，大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能，然后进行数据仿真，对该电路进行具体的分析，并改正错误的地方。在进行仿真过后，分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。

2.3 PCB板的设计

PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前，首先要将电路原理图导入，而导入的电路原理图必须是通过仿真的，而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后，设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线，设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线，然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。

2.4 三维视图

在将PCB板设计好之后，在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单，只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。

3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术

如上所述，掌握了电子线路CAD技术对于学生而言，可以更好地进行电子线路方面的设计工作。但在学习这一项技术的过程中，我们往往会发现学生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL软件为蓝本，介绍软件的功能、菜单等，辅以一些应用的例子。学生学习后多呈现一种临时性的记忆，即在课程中会用，考核结束后在不长的时间后就不再掌握的现象。

解决这一问题的方法以，通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是：

(1)先整体后具体：在学习CAD技术时，先期进行总体介绍，让学生有全局的认识，打消畏难的情绪；而后开始进入各项目的的学习实践。

(2)先低频后高频：总体而言学生进入学习后应从简而繁，低频的一些电子产品其电路较之高频的简单，学习应从其中入手。

(3)先规范后异型：突出异型电路板的设计制做，其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力，在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。

(4)先单层后多层，先分立后贴片。此处不再缀言。

最后一点是，对于各个CAD制作的电路，不应仅停留于电脑的设计，在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观，并更有成就感，随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然，这种做法也会使教学的成本大幅上扬，但从人才培养的角度看，这样的投入是值得的。

4、结语

在电子设计中运用电子线路CAD技术，不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时，让学生通过在自主地进行一些电子设计，并在的过程中运用该技术，适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。

参考文献

[1]朱洁.电子线路CAD技术在高职电子信息工程专业毕业设计中的应用[J].中国现代教育装备，2010，(15):55～57.

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关键词：城市道路改扩建工程平面纵断面横断面

随着区域经济发展,由于道路交通量增长、旧路面老化、高度城市化难于选择新线路方案等诸多原因,利用道路改扩建提高道路的通行能力已成为区域道路网络升级的重要方式。然而，改扩建道路与新建道路存在诸多差异，依据工程实践经验和技术理论，本文将对道路改扩建工程的平面、纵断面、横断面、路面结构之设计要点和方法进行探讨。

一、 平面线形设计

在旧路调查及相关资料基础上，改扩建时需兼顾工程经济和道路运营安全， 灵活运用技术标准，尽量充分利用旧路。

旧路改扩建利用段落应遵循“单侧拼接(拓宽)为主，局部分离为辅”的原则。对于线形抬高段落，可采取完全拟合利用旧路平面线形，采用单侧拼接(拓宽)方式；对于平曲线半径过小，曲线间直线长度过短或者线形组合不良的段落，可进行线形优化调整，并针对旧路的不同现状，采取不同的平面线形调整方案。

1 消除老路几何线形的安全隐患

对于旧路交通事故多发地段，应研究分析其原因从而在改扩建中完全消除这些隐患。

(1)例如旧路为二级公路，其平面线形某处存在半径为R=1050m、R=250m右偏同向平曲线，中间夹直线长190 m。根据《公路路线设计规范》(JTGD20―2006) (以下简称《路规》)，此段同向平曲线夹直线最小长度不能满足6 (设计车速80 km／h，应为480m) 要求，故视线诱导不好，视距不良，同时半径R=250m路段内经常发生交通事故。根据《路规》及运行速度理念，把该路段线形改造为11 50、450m 的卵形曲线，经路线透视图及视距检验，视线诱导良好，并满足视距要求。线形改造详见图1、2。

图1 旧路原有线形(右偏同 图2 旧路改建后线形(卵形曲线)(单位：m)

向平曲线夹直线)(单位：m)

(2)例如旧路为二级公路，设计车速为40km／h，改建为高速公路，设计车速80km／h。通过对旧路平面线形核查，发现旧路多处曲线间的夹直线长度不满足现行规范要求。因此，在旧路改建利用段，对于夹直线长度较短的同向曲线，采用卵形曲线尽量拟合旧路；对于前后都比较顺直且直线长度达到240m(3v)的同向曲线，则可直接拟合利用；对于反向曲线间直线长度小于160 m( 2 v )的情况， 可通过加大两端缓和曲线的A值，用缓和曲线代替直线来拟合利用旧路线形。

2 局部困难路段采用分离式路基方案，同时适当降低路线平纵指标对于地形复杂的局部困难路段，旧路平面指标偏低。若单侧拼(拓)宽，导致线形标准太低或者工程量太大或存在安全隐患，经综合考虑采用分离式路基方案。在保证行车安全的前提下，可适当降低个别路段的平纵指标，改建利用老路作半幅，采用相对较高标准新建另外半幅。

3 注意相邻路段指标连续与均衡

道路的改扩建设计，其平面线形应以曲线为主，以适应复杂多变的山岭重丘地形。

(1)对于S形曲线，两圆曲线半径之比应尽量控制在1／2之内，使相邻路段的线形连续均匀变化，保证运行速度差异较小。

(2)对于多组S形 曲线，一方面应保证其半径变化连续，另一方面保证其曲线长度相对均衡，避免出现连续长度较短且对安全不利的多组S形曲线。

(3)对于半径小的平曲线，要避免出现小偏角且曲线长度较短的方案， 尽量加长曲线长度，避免C形和凸形平曲线，以利于行车安全。

二、路线纵断面设计

旧路纵断面设计应该是主要的设计内容，因为这直接关系到道路改造的经济效果与使用效果。换句话说就是如果纵断面设计标高高了则会加大投资，纵断设计标高低了则不能技术要求（既规范要求）。以前在旧路改造纵断面设计中通常是依据地形图提供的地面标高采集道路中线上的地面标高进行纵断面设计，但是实际施工时会发现原设计与现场实际情况不能很好的相符，设计纵断面与横坡对应后部分路段标高过高，导致投资增加：或者部分路段标高过底导致不能满足技术要求（罩面厚度不能满足设计要求）。

鉴于以上情况，现谈一点对这个问题的体会：首先我们应该确定纵断面设计的原则，这就需要调查现状路面的路况：如果是现状道路的纵断面及横坡路况不是很好（部分路段由于路基下沉引起路面凹凸不平），为改善行车条件、满足道路路面排水及罩面厚度要求则应该充分考虑路面纵横坡的协调设计。在确定设计原则的情况下，我们再讨论设计方法的问题。

笔者曾负责某段沥青罩面工程，道路路长2公里，路幅23米，设计为4cm厚AK-13A上面层和5cmAC-201下面层。沥青罩面前，在进行三方联测后发现路面纵坡、横坡与设计有较大出入，设计为15%的横破，结果基层横坡为1.2%-2.2%，横坡平均值为1.75%，另外纵断面凹凸不平。就本工程情况，制作了如下敏感性分析表，见表1。

表1 工程量对横坡的敏感性分析表

横坡变化情况 ±0.1% ±0.2% ±0.3% ±0.4%

增减工程量（m3） 264．5 529.0 793.5 1058.0

增减百分比 6．4% 12.8% 19.2% 25.6%

可见横坡变对工程量的影响是显著的，按上表分析可知，如果按设计1.5%横坡进行施工必将导致工程量增加660 m3,增加幅度达16%.另外因为现状路面纵断面凹凸起伏,如果纵断面的设计不作相应调整,其工程量也会大幅度增加。

在纵断面设计之前必须要对现状道路路面进行纵断面及横断面的测量，而且应该是按照确定的平面里程桩号测量，以确保设计成果能与实际情况很好的相符。该项工作要求设计人员提供准确的平面图及逐桩坐标给测量单位。在获得测量单位提供的测量成果后，先依据道路等级结合规范要求进行纵断面试拉坡，。在试拉坡完成后，依据拉坡成果进行横断面坡度检验，确定试拉坡的纵断面是否满足设计罩面厚度及设计横坡的要求。若不能满足则需要调整纵断面设计，然后再检验设计罩面厚度及设计横坡直至达到要求。该种做法虽然比较烦琐，但对施工时却能严格按照设计要求进行，做到施工有依有具；对改造的路面也有很好的行车条件；最重要的一点是能逐桩依据地面标高及设计标高计算出调平层工程数量，为投资预算提供比较准确的工程量数据。

纵断面设计中要求测量单位采用每10m一桩测量现状道路纵横坡。依据测量结果进行设计，设计最小纵坡0%，纵坡坡长满足相应道路等级要求，最小横坡采用1.0%，最大横坡采用1.5%，设计成果不仅方便施工需要，而且能较准确计算出调平层工程数量

三、路基横断面设计

旧路改扩建项 目主要是山岭重丘地区二级以下的公路，多为国道主干线的一部分。旧路交通量大多是过境车辆，其中重车、大型长车比例较大，并均超过65以上。因此，为减少交通事故，应结合“运行速度”对旧路横断面进行专项设计。

1超高设计

(1)对于长陡下坡坡底段，车辆在坡底运行速度较快，超高值应提高一级(1％)，以确保行车安全，而另一侧不设超高。

(2)对于硬路肩拱坡，考虑到载重汽车在横坡较大的硬路肩上停靠易失稳，因此当曲线超高>5％时，曲线内外侧硬路肩超高横坡均设置为5；当曲线超高≤5时，超高路段的硬路肩横坡与行车道保持一致，以便于施工。

(3)对于爬坡车道拱坡，按规范要求设置，最大不超过5。

(4)对于旧路个别平纵线形指标较高路段，需检查车辆实际运行速度是否超过设计车速80km／h。从车辆运营安全角度考虑，此时应将超高提高一级(1)设置，但不超过设计车速为100km／h的超高值标准。

2 视距保证

旧路改扩建过程中，平面布设应重新综合考虑视距的要求。例如旧路平曲线半径为250m，右侧边坡高15 m。若左侧加宽完全利用老路，则右侧需进行视距检查并考虑视距切除，但这样要破坏右侧边坡。因此，应根据实际情况并考虑其前后线形顺直，提高平面指标，为此， 在改扩建时将该平曲线半径值优化至40m，使该段内侧满足视距要求，同时使其前后平面指标更加均衡。

对于曲线内侧挖方段落(暗弯)，当平曲线半径较小且车辆在紧靠硬路肩行驶时，挖方边坡妨碍视线，需加宽碎落台以保证停车视距的要求。因货车在交通量中所占比例较大，为安全起见，采用货车的停车视距进行视距验算。具体验算过程，根据图3、4、5、6不同情

况，利用表2中相应的计算公式进行。

图3 不设回旋线时横净距计算图(L>S)图4不设回旋线时横净距计算图(L

图5 设回旋线时横净距计算图(L>S>L)图6 设回旋线时横净距计算图(L

表2 横净距计算表

不设回旋线 设回旋线

L＞S L＜S ＞S

L＞S＞

L＜S

注：h为最大横净距(m)；S为视距(m)；L为平曲线长度，11]指曲线内侧行驶轨迹的长度(m)；L为圆曲线长度(m)；l为回旋线长度(m)；R为曲线内侧行驶轨迹的半径(m)，其值为未加宽前路面内缘的半径加上1．5m，即Rs―R一孚+1．5；B为路面宽度(m)；a为曲线转角(。)；7为视距线所对应的圆心角(。)；口为道路中线缓和曲线全长所对应的回旋转角(。)

表3曲线内侧碎落台加宽验算表

平曲线半径R 视线距中心线距离 车辆行驶轨迹Rs 停车视距S 最大横净距h 视线至边沟外缘距离 碎落台宽度

250 7．50 242．50 125 8．01 5．10 2．91

300 7．50 292．50 125 6．65 5．10 1．55

325 7．50 317．50 125 6．13 5．10 1．03

400 7．50 392．50 125 4．97 5．10 -0.13

因全线挖方碎落台宽度至少1m，由表3可知，半径小于325m的平曲线才需要加宽碎落台。结合地形，平曲线半径为250in，左侧横断面需要通过设置3m宽碎落台来保证停车视距。

3回头弯加宽

山岭重丘区旧路，道路交通量主要是过境车辆，其中大货车所占比例较大，车重且较长。在越岭路段，为克服高差，在展线困难的狭窄且地形陡峻的地段设置回头弯，其半径较小，在回头弯前后经常因大货车在回头弯转弯困难而造成在该处塞车。因此，在旧路改扩建时，需调查货车所占比例和货车的长度，从而确定回头弯路段的加宽值(尽可能加宽3m)，以保证道路运营通畅。

四、结束语

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关键词：公路城市化改造；城市道路；交通工程

一、总论

近年来，随着社会经济的高速发展，我国的城市建设取得了飞速进展。公路经济的特点在我国体现尤为突出，老的国道、省道往往带动周边经济迅速发展，而在城市化进程不断推进的同时，许多城市在城市规模扩张的过程中都遇到了对原有老公路进行城市化改造的问题。改造工程中，原有公路往往设施简陋，不足以满足城市道路的要求，其城市化改造设计的过程中便涉及到诸多问题，加之不同城市具体情况的不同，需要有针对性地进行解决。本文拟结合深圳市龙岗区平吉大道（北段）改造项目，简要分析与探讨公路城市化改造工程的设计要点。

二、公路城市化改造工程概述

城市化不断加速加速，城市规模的也在不断扩大，曾经的城市边缘逐渐成为市区，进出城市的公路，由于周边环境的转变和功能的变化，也面临着城市化改造的现实需求。深圳市是我国珠三角地区重要的经济中心之一，也是我国成长速度极快的新兴城市。随着深圳城市化步伐加快，特区外的干线路网建设也逐渐成为了深圳市城市建设的重点，平吉大道（北段）工程正是这样的典型工程。平吉大道（北段）工程位于深圳市龙岗区，全长3.556千米，目前采用城市Ⅰ级主干道标准进行改造，设计车速50km/h，标准断面路幅宽度为60米，设计机动车道为双向六车道。全线建设中包括互通式立交1座，灯控平交路口7处，公交停靠站4对，人行天桥4座。同时，全线均敷设给水、雨水、污水、电力、通信、照明、燃气等市政配套设施等。

三、公路城市化改造工程的设计要点

老公路城市化改造工程的设计过程中，要点在于对旧有设施的改造和完善，补充现代化的城市公共设施。同时要合理预计未来交通状况的增长，在保证满足未来交通状况的同时控制工程规模，做到功能性与经济性相互协调。

（一）交通流量预测

城市道路的建设不仅要满足当前城市交通的需要，更要满足未来交通承载量的需求。交通量预测是城市道路投资和建设的基本依据，也是决定道路设施建设规模的重要前提。在平吉大道北段改造工程中，道路改造设计以现状调查和规划资料收集为基础，采用定性和定量相结合的分析方法，对道路本身及周边的路网在未来规划年限所分配的交通流量进行预测。

项目中利用了交通数学模型的预测方法，具体设计中采用了小区道路网络模型、出行生成模型、出行分布模型等方式，对整个道路沿线的交通状况做出了比较完整的预测，预测结果最远达2030年。

（二）确定道路改造等级和道路断面

根据道路交通量预测结果及路网规划，确定道路改造后技术标准、道路等级及车道数。以平吉大道北段工程为例，平吉大道北段原有道路才有二级公路标准于上世纪八十年代建设，最早采用边沟排水方式。后来由于周边地块的开发较迅速，曾分路段的进行过多次改造，各种管线施工也对路面不断进行重复开挖，造成路面破损严重，道路交通堵塞，市政配套严重不足。

根据路网规划，目前平吉大道的南北向干线交通的功能已由丹坪快速、清平高速等道路所代替，功能定位应该为生活性主干道，从交通量分析的成果计算确定本工程改造的技术标准，采用双向六车道，设计车速50 km/h。

（三）完善城市交通工程

完善的交通设施可以保障交通通畅，是诱导交通、规范机动车与行人的必要措施。在平吉大道北段项目中，城市交通工程的改造主要包括交通标志、标线和交通设施。其中，交通标志、标线依据国标《道路交通标志和标线》（GB5768―1999）进行设置。

在交通标线方面，该工程设计主要包括车行道边缘线、分界线、停车让行线、导向箭头、出入口标线、简化网状线、减速标线、导流线等，用以满足双向六车道改造设计的通行导引要求。同时，在材料的使用上，工程中交通标线均采用反光热熔型涂料。交通标志包括警告标志、禁令标志、指示标志，同时根据国际标准进行设置。

城市道路改造所添加的交通设施主要包括安全设施与监控设施。项目的安全设施方面，平吉大道北段普通路段机动车道与人行道之间均有绿化带隔离，路口处机动车道和人行道之间在机动车道与人行道之间设置甲型护栏进行隔离。改造工程中，相交道路等级为城市主干路的平交路口，均设置交通信号灯与监控设施，对交通状况进行监控与调节。

（四）给排水工程

给排水工程的设计是公路城市化改造设计中的另一个要点。在工程项目的设计中，应当充分考虑城市工程管线综合规划，根据城市建设远景发展，合理确定方案项目，同时要考虑近期建设的需要，满足城市的可持续发展。 具体来说，城市给排水工程管线规划应结合城市的发展合理布置，充分利用城市地上、地下空间因地制宜，合理规划。

在平吉大道北段的改造工程设计中，设计单位从给水工程、雨水工程、污水工程三方面入手，分解并解决问题。同时值得注意的是，项目位置位于热带，每年会有一定概率出现极端强降水天气，因此要考虑防洪问题。在项目中，采用了量化的雨水计算和防洪指标计算，得出了相对可信的数据，使得设计能够满足防洪要求，同时尽量保证环境友好。

（五）电力电信工程

电力电信工程好比城市道路的血管和神经，在公路城市化改造的设计过程中，也占有着非常重要的地位。在工程设计中，电力电信工程的设置往往和管线设置密切相关。在平吉大道北段改造工程的设计中，包括了电力电信工程，和电力照明工程。在具体工程设计中，平吉大道道路东侧靠近设计终点处规划有110KV变电站，在现状富安路相交路口西南侧已经有110KV变电站，考虑10kV电缆通道，十三号路至设计终点段动力电缆沟规格依据规划设计为2（1.2m×1.2m）；设计起点至十三号路段动力电缆沟规格为1.2m×1.2m。动力电缆沟为隐蔽式电缆沟，布置在道路东南侧，在规划路口处改为管群敷设。沿途路口均按规划设置不同规格的电缆沟。同时，电力系统的连接根据规定，电缆沟每隔200m左右设一组6Φ150砼包封动力横过管，管口末端设接力井。在改造方案中，原有沿途10KV架空线改为电缆落地。

在电信工程改造方面，根据规划于平吉大道与富安路相交路口的东北角规划设置平南电信局，通信管道按要求沿路设置通信横过管，通信横过管与动力横过管尽量集中统一过路，每隔150～200米设置一处。对于原有管线，在实际工程中尽量就地保护，不宜就地保护的，将迁移至新管内。

（六）燃气工程

在公路城市化改造的过程中，燃气工程的改造设计也非常重要。在平吉大道北段改造项目中，遵循深圳市市政管道布置原则，燃气管道均应布置在道路西侧或北侧的人行道内。另外，深圳市政燃气供应为天然气，因此燃气工程的设计也有其专有的设计要求与规定。在平吉大道北段改造项目中，根据《深圳市中部物流组团分区规划（2005－2020）[布吉、平湖、横岗]》的燃气工程规划图，道路全线设计一根主燃气管，相交道路管径DN150至DN200不等。设计道路根据在富安路至十号路之间现有的燃气管，结合规划，设计中对满足规划管径的管道予以保留，不满足的予以废除，充分展现了灵活实用的设计态度。另外，对燃气管道的保护应当提起设计者的注意。在本方案中，燃气管道上方均设可探警示带，在警示带上方铺设一层卷状塑料保护盖板，以加强对管道的保护；在管道各末端均设管帽封堵，确保管道供气安全可靠。

四、公路城市化改造工程设计中的常见问题及对策

在公路城市化改造工程的设计中，比较常见的问题主要集中围绕原有公路设施不够完善，改造项目沿线的限制，以及合理预测未来交通流量，制定合理的改造标准。另外，由于我国目前城市规划存在一定滞后性，因此在老公路城市化改造中管线设置的设计也常常出现一些问题，现结合平吉大道北段工程讨论上述问题并提出对策。

（一）工程沿线控制因素

工程沿线的控制因素主要指工程沿线的相互交错的道路以及重要的社会经济部门和设施。在平吉大道改造工程中，原有公路基础上主要控制性因素为：相交道路、平南学校、华南城、新木河、机荷高速修建中的互通式立交和10千伏架空线等。

在对工程沿线的控制性因素处理方面，道路改造设计中应当体现灵活的思维，同时充分考虑各个要素对于改造设计的限制。以本工程为例，在途经沿线学校的道路上，应设置保护步行学生的交通表现和交通标志等。另外，道路沿线有一条10KV的架空电线沿原有的平新北路西侧布置，但其位于改造规划中道路拓宽后机动车道及人行道上，需进行迁移和改造。

（二）管线设置

在公路城市化改造工程的设计中，管线的设置是比较常见的问题。总体来说，城市工程管线综合规划应根据城市建设远景发展规划合理确定容量，同时考虑近期建设的需要，满足城市的可持续发展的要求。结合具体工程，城市工程管线综合规划应结合城市的发展合理布置，充分利用城市地上、地下空间因地制宜，合理规划。另外城市工程管线综合规划应与城市道路交通、给排水工程、电力工程、燃气工程、电信工程、防洪工程、人防工程等专业规划相协调，使规划更趋科学合理。

在平吉大道北段的改造项目设计中，工程管线采用了地下敷设的方式。地下管线的走向，沿道路或与主体建筑平行布置，并力求线型顺直、短捷和适中，尽量减少转弯，同时使管线之间及管线与道路之间尽量减少交叉。另外，项目充分考虑到了对建筑物安全的保障，也注意防止管线受腐蚀、沉陷、震动及重压。同时在设计工程管线时，遵循了以下原则：

第一，压力管线让重力自流管线；

第二，可弯曲管线让不易弯曲管线；

第三，分支管线让主干管线；

第四，小管径管线让大管径管线；

第五，临时管线避让永久管线。

五、结语

在城市化进程不断加速的今天，对原有公路进行城市化改造是我国很多规模正在不断扩大的城市都将面对的问题。老公路所存在的问题不仅仅是不足以满足日渐增长的通行需求，更在城市辅助设施等方面存在着诸多的缺陷。对原有公路的改造，也不能仅仅停留在对原来道路的拓宽，增加绿化景观等表面文章之上。在路面以下，还隐藏着更加复杂的城市设施；在道路周边，还有着多样的城市环境，这都需要设计者认真调研并作出合理的规划。深圳市龙岗区的平吉大道（北段）改造工程是老公路城市化改造的一个典型范例。对其设计与施工过程的研究，对于日后相关工程的设计与实践都有着一定的借鉴意义。总结来说，公路城市化改造的设计要点主要在于，全面把握现有条件，找出主要矛盾并采用适当的方法加以解决。只有善于研究、总结与分析，才能抓住规律，解决问题，丰富公路城市化改造的理论与实践，为我国城市建设事业做出更多的贡献。

参考文献

[1]蒋新春．原国道改线后的道路城市化改造方案[J]．中国市政工程，2010，（4）．