Struktury integrovaných obvodů

Garant předmětu:

Jiří Jakovenko

Přednášející:

Jiří Jakovenko, Vladimír Janíček

Cvičící:

Jiří Jakovenko, Vladimír Janíček

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Předmět seznamuje s metodologiemi návrhu analogových, číslicových a smíšených integrovaných systémů. Zabývá se

detailním popisem technologických procesů pro výrobu IO; technologií CMOS a moderními trendy; pravidly a zásady

tvorby topologie aktivních i pasivních komponent. Seznamuje s metodologií číslicových a smíšených IO.

Požadavky:

Student musí dobře rozumět principu funkce elektronických součástek (unipolární, bipolární tranzistor) a obvodové analýze. Předpokládá se znalost modelování a simulace elektronických obvodů.

Osnova přednášek:

1. Historický přehled vývoje Mikroelektroniky a integrovaných obvodů, Moorovy zákony, současné trendy.

2. Metodologie návrhu analogových, digitálních a smíšených integrovaných systémů (top down, bottom up),

úrovně abstrakce návrhu, Aplikačně specifické integrované systémy, typy, zásady hierarchie, porovnání

vlastností, ekonomika návrhu

3. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - materiály, výroba monokrystalu, příprava substrátů,

druhy litografie, leptání

4. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - iontová implantace, difúze, epitaxní růst, metody

nanášení vrstev CVD, PVD, zapouzdření integrovaných obvodů

5. Základní CMOS proces, technologický postup výroby, topologické masky, metody izolací, druhy CMOS

procesů, technologie propojování

6. Moderní technologie IO, submikronové technologie, SOI technologie, technologie „Strained silicon“, RF IO,

víceúrovňová metalizace (dual Damascene).

7. Návrh a plánování topologie IO, návrhová pravidla a jejich kontrola, parazitní struktury, extrakce parazitních

analogových struktur, topologie aktivních a pasivních komponent.

8. Metodologie a prostředky pro návrh číslicových, analogových a smíšených integrovaných systémů. Druhy

analýz (DC, Transientní, AC, šumová, PSS, PAC). Význam a tvorba testů IO.

9. Specifika analogového návrhu, technologické požadavky, hierarchické členění, modely a knihovny pro

analogové bloky, analogové systémy s nízkou spotřebou.

10. Specifika a postup návrhu číslicového IO, volba technologie, metody abstrakce digitálního návrhu, verifikace.

Jazyky pro návrh (VHDL, Verolog), RTL úroveň, syntéza.

11. Návrh topologie číslicového IO: Návrh rozmístění, propojení, kontrolní a optimalizační mechanismy, kontrola

návrhových pravidel, extrakce parazitních vlivů. Rozmisťování funkčních bloků, zásady, rozvod napájení a

hodin, druhy verifikace.

12. Specifika smíšeného návrhu (mix-signal), technologické požadavky, hierarchické členění, modely pro

analogové a číslicové bloky. Metody propojení analogových a číslicových bloků.

13. Význam a metodologie systémového návrhu rozsáhlých integrovaných obvodů, role behaviorálních modelů a

jejich použití.

14. Návrh a technologie mikro-elektro-mechanických integrovaných systémů MEMS, technologie, aplikace.

Osnova cvičení:

1. Úvod do Unixu a návrhového systému CADENCE. (PC Lab)

2. Knihovny technologií CMOS, Simulace analogových IO, Simulátor Spectre. (PC Lab)

3. Vlastnosti logických hradel a přenosového hradla CMOS. (PC Lab)

4. Ukázka analogového návrhu, tvotba testů. (PC Lab)

5. Vliv technologického rozprylu, Simulace v rozích (Corner analysis), Simulace Monte Carlo. (PC Lab)

6. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)

7. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)

8. Kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních kapacit. (PC Lab)

9. Ukázka Digitálního návrhu, simulace. (PC Lab)

10. Syntéza a verifikace digitálního návrhu. (PC Lab)

11. Návrh struktur optických součástek pro informatiku a optické senzory. (PC Lab)

12. Návrh struktur optoelektronických součástek pro informatiku a optoelektronické senzory, náhradní elektrické obvody optoelektronických součástek. (PC Lab)

13. Základní principy návrhu optických a optoelektronických integrovaných obvodů. (PC Lab)

14. Presentace prací, zápočet. (PC Lab)

Cíle studia:

Student bude rozumět problematice návrhu integrovaných obvodů a integrovaných systémů.

Studijní materiály:

1. Michael Smith: Application-Specific Integrated Circuits, Addison-Wesley, 1998

2. P. Gray, P Hurst, S. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons,

2000

3. E. Sinencio, A. Andreou: Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems, John Wiley and Sons,

1998

4. Mark Zwolinski : Digital System Design and VHDL , Prentice-Hall, 2000

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/A8M34ICS

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost T4:D2-256 Jakovenko J. Janíček V. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Posluchárna 256místnost T2:C3-s143 Janíček V. 18:00–19:30 (přednášková par. 1) Dejvice POČ. UČEBNA místnost T4:D2-256 Jakovenko J. Janíček V. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Posluchárna 256
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřené elektronické systémy - Integrované elektronické systémy (povinný předmět oboru)