做精电路中的“门闩”

——记“中国研究生电子设计竞赛集成电路专项赛”特等奖团队

■学生记者  卢少娟 查晓雪 谭志敏

2017年8月7日至9日，第十二届中国研究生电子设计竞赛集成电路专项赛在中国科学院大学雁栖湖校区举行。由西安电子科技大学微电子学院刘帘曦教授指导的参赛队凭借其作品“应用于自供电物联网设备的超低功耗高精度带隙基准源”一举夺得全国特等奖。

贴近行业热点，设计“高精 低耗”基准源

具有查看运动量、检测睡眠质量等功能的各类智能运动手环风行一时，由于使用体验和体积限制，它们的电池必须很小，因此待机时间和使用时间都受到极大限制。低电压物联网自供电设备，往往需要自身从环境中获取能量，但可以收集的环境能量非常有限，因此低电压、低功耗就成为可穿戴电子设备非常重要的性能指标。通常来说电源电压只有几百毫伏，功耗在微瓦量级。

如何做到这样的低电压、低功耗？

作为电路中最基础也是必不可少的单元，基准电压源的设计成为了关键。对于自供电系统来说，一个低电压、低功耗、高精度的基准源不仅能够保障系统良好的性能，还可以延长系统运行的时间。因此，如何设计高精度、超低功耗基准电压源成为可穿戴智能设备行业所关注的热点问题。针对这个热点问题，团队设计了一种应用于自供电物联网设备的超低功耗高精度带隙基准源。

在设计带隙基准源时，低电压、低功耗、高精度三大性能，每一个点都必不可少。用队长、微电子学院2016级硕士黄文斌的话来说，“既然做，就要做到极致”。单元电路的面积很小，单边长度都只有零点几毫米，里面的线最窄只到180纳米。如此一来，里面可以有成千上万根线，而且容错率极低，连错一根线整个电路就报废了。

面对如此难度的考验，他们却不降低对精度以及性能的要求。团队核心成员微电子学院2016级博士沐俊超坦言在优化这个模块时，花费了很多心血：“我们查阅了大量国际最前沿的文献资料，对比电路结构，改进设计中存在的缺陷。在设计过程中，某个电路的某一性能达不到设计要求，这个电路可能整个就废掉了，需要重新设计一个新的结构；在画版图的时候，每个模块的性能都要做到精益求精，如果做到最后发现性能不行，这个模块就得重新画版图。”

“工艺的偏差很容易达到20%，温度的偏差能达到150，而我们对它的精度的要求是千分之一，这是非常具有挑战性的。”黄文斌补充道。

回顾整个项目的历程，沐俊超博士作为团队的技术大牛表示这个项目的难度非常大：“首先，要产生一个恒定的电压源很难。虽然现在已经有很多电路可以产生恒定的电压源，但是功耗都比较大，当温度变化的时候它们的温度系数比较差。其次，要实现低功耗也是一个很难的点。目前国际上已经有很多人做出低功耗的基准源，但都不具有很好的实用价值。项目里面有很多问题是其他人、其他团队乃至国际上都是没有解决的，必须要靠我们自己解决。所以在这个项目里，有些模块是在已有电路的基础上改进的，有些技术是借鉴了之前的成果，有些电路是首创。整个电路的主要结构在专业领域内，属于首创。”

从容应对比赛中的“惊心动魄”

竞赛不仅要求研发出具有创新性的产品，还需要在其它方面表现优异，如：提前做好准备、关注细节、答辩出色、冷静处理突发事件等等，哪怕是队伍的名字都要细细琢磨，单从名字来看，团体的命名“名字好听很难”就令评委们耳目一新，记忆深刻。

经过线上报名、专家评审的层层选拔，“名字好听很难”团队顺利得到决赛邀请函。

决赛分为上机答题、答辩和路演三个环节，并且只有经过上机答题环节筛选的队伍有资格进入答辩环节。决赛开始前，他们早已分工明确，然而天有不测风云，答题环节开始后，系统却迟迟登不上去，直到与工作人员沟通后才得以解决，此时却已耽误了将近一个小时，距离规定的时间已经过去了五分之一，留给他们设计电路的时间也变得非常紧张。这种情况下，沐俊超带领队员们争分夺秒、相互配合完成电路设计部分，却也将编写word版技术文档的时间缩减至30分钟，形势紧迫，团队当机立断，分别在两台电脑上编写文档，为比赛赢得了时间。整场比赛，团队的每一位成员从容淡定，分工协作，即便到了最后一刻仍在调整电路，追求精益求精。

他们出色的应变处理能力，使团队凭着优异的成绩进入答辩环节。答辩前，团队为了向评委展现出他们更好的一面，他们不仅连夜对PPT进行了数次修改，就连呈交给评委的技术论文的格式、内容也做了修改。作为答辩人，沐俊超务求将答辩时间精准控制在八分钟以内，他一遍遍地重复训练，皇天不负苦心人，终于将普通话、语速、语调以及与PPT的播放速度完美配合在一起，在答辩环节的40支队伍中取得了第二名的好成绩。

答辩的好成绩并没有让队员骄傲，他们更加全身心地投入到13支队伍的路演角逐中。黄文斌风趣地说：“学长还是非常有风采的，观众都被征服了。路演的结果是西交大第一名，西电第二，成电第三名，经过综合排名，最终我们团队荣获了特等奖。当时我们特别激动，投票的时候我们的心都提到了嗓子眼儿。获此殊荣，是各高校师生和业内人士对我们所做工作的认可和肯定。”

不忘初心，怀揣一颗包容的心

“当获知有‘研电赛-集成电路专项赛’时，电路都还没有做完，了解到比赛同我们专业相关，就选择报名参加了。纯属是奔着经历去参加这个比赛，获不获奖并不重要。”黄文斌说着比赛的初衷和感悟：“参加比赛目的一定要纯洁。就像习近平总书记说的‘不忘初心，方得始终’。抛去功利，抱着一颗纯洁的心，在自己能力的范围内做到极致，反而能得到意想不到的结果。正如这次参赛，我们团队不仅拿到了特等奖和优秀指导教师奖，咱们学校也获得优秀组织奖，一下子抱回这么多荣誉，这也属于意料之外情理之中吧！”

团队的密切合作在比赛中起着至关重要的作用。黄文斌分享了他的经验：“每个人的性格不同，生活习惯不同，说话方式不同，因此对每个人进行分工和协调是非常重要的一环，团队要保持一颗包容的心，不能说搞不定关系就撂挑子不干了。”

在团队每一个成员的配合下，遇到有争议的地方，都是有商有量。由于电路的工程属性，理论性很强，对就是对，错就是错。所以在遇到争议问题的时候，他们先聚到一起讨论，查询国际权威的资料，拿出论据，给出实际的理论推导，做到以理服人。如果团队内部无法得出结论，再寻求指导老师、学长的帮助与指导。

指导老师刘帘曦对团队成员要求严格，总能在关键时刻给出指导性建议。队员张怡道出对指导老师的感谢：“刘老师每周都要和我们开一次例会，对我们的项目给出宏观上的指导，并且经常找一些相关的文章给我们看，让我们对比两者的区别，尤其是在细节上，老师也一直要求我们要严谨慎微。”

千里之堤溃于蚁穴。电路设计中一旦有一些小差错残留下来，整个电路可能都要废掉，对细节的把握也是他们成功的一个必不可少的要素。黄文斌说：“把控住细节，秉承谨慎认真的态度很重要。比如说在电路设计中，遇到不经意间发现的一个小小的问题，就要多去想想为什么，而不是把它忽略掉。”尽管在设计电路的过程中遇到了很多的困难，他们不气馁不放弃，既定目标，全力以赴，共同商议，坚持到了最后，这种理念贯穿着他们比赛的始终。

大赛简介：

第十二届“中国研究生电子设计竞赛集成电路专项赛”由教育部学位与研究生教育发展中心、全国工程专业学位研究生教育指导委员会、中国电子学会联合主办。本次比赛为中国研究生电子设计竞赛首次单独设立集成电路专题赛，加强集成电路设计方向的组织力度旨在切实提升集成电路人才的创新精神、创新能力和工程素养，推动集成电路领域优秀人才的培养。

据悉，本次大赛中，微电子学院有6支队伍代表西电参加全国大赛，斩获特等奖1项以及二等奖5项，指导教师刘帘曦教授荣获大赛“优秀指导教师”称号，西电获得大赛“优秀组织奖”。