Kierunek: Elektronika i Telekomunikacja, Elektronika

Semestr: VI, VII

Rodzaj przedmiotu: podkierunkowy

Nazwa przedmiotu: Wprowadzenie do projektowania układów scalonych

Liczba godzin w semestrze: VI: 2---, VII: --3-

Cel przedmiotu:

Postęp w technologii wytwarzania układów scalonych wielkiej skali integracji (ang. VLSI and ULSI) jest wciąż wspaniały i fascynujący sam w sobie. Na rezultat ten składaja się najnowsze osiagnięcia wielu działów fizyki i różnych dziedzin techniki. Z drugiej jednak strony, ów postep stwarza warunki do powstawania lub dalszego rozwoju innych dziedzin. To właśnie dzięki mikroelektronice obserwujemy niezwykłą dynamikę w produkcji sprzętu komputerowego, w telekomunikacji, w elektronice medycznej, technice mikrofalowej etc.; na bazie technologii mikroelektronicznych wyłoniła sie nowa dziedzina techniki - mikromaszyny. Kolejny dowodem niesłabnacego od kilkudziesięciu lat postępu w mikroelektronice jestł powstanie nanoelektroniki - dziedziny, w ramach której wytwarzane są struktury, w których wymiary charakterystyczne elementów funkcjonalnych (aktywnych) są rzędu kilku nanometrów.

Szczegółowe opracowanie i wdrożenie nowej technologii wytwarzania u.sc. jest przedsięwzięciem kosztownym i wymagającym wielkiego wysiłku intelektualnego wielu badaczy.

Uwzględniając skalę trudności problemu i ogromne wymagania, które muszę spełniać procesy technologiczne, wiele firm półprzewodnikowych opracowało i udostępniło swoje technologie m.in. do celów kształcenia studentów. Dostęp do technologii uzyskała każda firma polska, która zajmuje się projektowaniem nowoczesnych rozwiązań układowych. Za stosunkowo niewielką opłatą można zlecić wykonanie układów scalonych w MOSIS (USA), AMS (Austria), CMP (Francja), IMEC (Belgia), Plessey (Anglia). Aby jednak możliwość tę wykorzystać należy opanować specyficzną wiedzę z zakresu albowiem konstruowanie układów scalonych, zarówno analogowych jak i cyfrowych: polega nie tylko na scaleni bramek, sieci połączeń i pamięci pojedyńczej strukturze, lecz wymaga zintegrowania wiedzy z bardzo różnych dziedzin. Doświadczenia wiodących uniwersytetów wykazały, że nabycie takich umiejętności, po wysłuchaniu specjalistycznych cykli wykładów z różnych dziedzin, jest dla studiujących niezmiernie trudne. Wynika to z odrębności i trudnych do uchwycenia zależności pomiędzy poszczególnymi dziedzinami wiedzy i konieczności kompromisowego uwzględniania różnych celów. Istnieje zatem potrzeba prowadzenia wykładów wiążących materiał poszczególnych przedmiotów specjalistycznych.

Celem przedmiotu jest zintegrowanie i zaprezentowanie w ogólnym zarysie niezbędnej wiedzy i reguł umożliwiających zaprojektowanie analogowego i/lub cyfrowego układu scalonego traktowanego jako konstrukcja zaprojektowana całkowicie indywidualnie (full-custom) bądź częściowo indywidualnie (semi-custom). Wykład ma odniesienia do technologii MOSIS i AMS.

Przebieg zajęć:

Przedmiot składa się z 2- godzinnego wykładu w semestrze 6, którego bezpośrednim następstwem są zajęcia laboratoryjne w semestrze 7. Zajęcia laboratoryjne polegają na nauce projektowania układów scalonych przy pomocy pakietu MAGIC. Bardziej zaawansowani studenci mogą otrzymać projekt, który realizowany jest przy pomocy pakietu ALLIANCE.

Zaliczenie:

Zaliczenie przedmiotu odbywa się w oparciu kolokwium końcowe. Zaliczenie zajęć laboratoryjnych następuje w oparciu o projekt topografii i rezultaty symulacji prostego układu zaprojektowanego przy pomocy pakietu MAGIC (projekt typu full-custom).

Treść wykładu:

1. Wstęp. Cele mikroelektronicznej realizacji układów i systemów: zagadnienia niezawodności, kosztów, mocy i inne czynniki.
2. Wytwarzanie układów scalonych, charakterystyka podstawowych procesów technologicznych: bipolarnych, CMOS i BiCMOS i inne. Ilustracja procesów technologii CMOS
3. Specyfikacja elementów dostępnych w układach scalonych, rodzaje układów i ich złożoność. Style projektowania: full custom, standard cell, układy programowalne. Języki opisu sprzętu.
4. Metodologie projektowania układów scalonych bipolarnych i CMOS. Dekompozycja układu na bloki funkcjonalne: źródła prądowe, źródła napięciowe, wzmacniacze różnicowe, lustra prądowe, obciążenia aktywne, inwertery , wzmacniacze prądowe, konwejery prądowe. klucze elektroniczne, układy we/wy.
5. Przedprogowy zakres pracy tranzystorów MOS w układach scalonych. Przełączanie tranzystorów MOS w cyfrowych układach scalonych.
6. Problemy termiczne, ograniczenia mocowe, rozrzuty technologiczne.
7. Mikroelektroniczna realizacja układów cyfrowych bipolarnych i CMOS. Podstawowe układy kombinacyjne i sekwencyjne. Logika statyczna i dynamiczna.
8. Zagadnienia ekstrakcji, symulacji i zabezpieczeń w układach scalonych
9. Weryfikacja projektów układów. Testowanie i testowalność. Projektowanie układów testowalnych i samotestowalnych.
10. Omówienie symulatora SPICEa (modeli przyrządów półprzewodnikowych) i pakietu projektowania full custom MAGIC

Podręczniki i skrypty:

1. Geiger, R.L., Allen, P.E., Strader, N. R.: VLSI Design Techniques for Analog and Digital Circuits, Mc-Graw Hill,Inc. 1990
2. Weste, N., Eshragian, K.: Principles of CMOS VLSI Design - A Systems Perspective, Addison-Wesley, 1988
3. Wilamowski, B.M.: Układy scalone. Budowa, działanie i technologia, WKŁ, Warszawa, 1989
4. Muroga, S.: Projektowanie układów VLSI, WNT, Warszawa, 1986

Niezbędne przedmioty poprzedzające:

1. Wybrane zagadnienia fizyki
2. Przyrządy półprzewodnikowe
3. Podstawy techniki cyfrowej

Autor programu: Wiesław Kordalski

Katedra: Układów Elektronicznych, pokój 311, telefon: 29 33