Návrh analogových integrovaných obvodů

Garant předmětu:

Jiří Jakovenko

Přednášející:

Dalibor Barri, Jiří Jakovenko

Cvičící:

Dalibor Barri

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Cílem předmětu je seznámit studenty s moderními trendy v oblasti analogových a mix-signal integrovaných obvodů a čipů. Studenti se postupně seznámí srolí návrhářů analogových čipů, jednotlivými návrhovými metodami, tak i potřebnými integrovanými strukturami a jejich metodami návrhu. Bude probrán význam počítačového modelování i tvorby topologie samotného čipu.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Úloha a význam návrháře analogových a digitálních integrovaných systémů; metodologie návrhu IO (top down, bottom up), úrovně abstrakce návrhu -Y diagram.

2.Analogové integrované struktury, proudová zrcadla, zesilovací stupně, diferenční pár.

3.Návrh integrovaného dvoustupňového operačního zesilovače, určení specifikací, stability, zesílení, doby přeběhu.

4.Integrovaný operační zesilovač, postup návrhu, výpočet jednotlivých parametrů tranzistorů, návrh kmitočtové kompenzace, možnosti změn jednotlivých parametrů návrhu.

5.Plně zákaznické integrované systémy, studie proveditelnosti, definování specifikací, kritéria výběru vhodné technologie.

6.CAD prostředky a standardy pro návrh analogových a smíšených integrovaných obvodů, návrhy RF systémů, integrovaných systémů s nízkou spotřebou.

7.Prostředky pro automatické generování analogových behaviorálních modelů, metodologie návrhu „zdola nahoru“, makrobloky.

8.Prostředky pro návrh IO, simulace a testování mikroelektronických systémů. Metodologie návrhu digitálních, analogových a smíšených integrovaných systémů. Druhy analýz (DC, Transient, AC, Noise, PSS, PAC?)

9.Aspekty návrhu vysokofrekvenčních a radiových integrovaných obvodů (RFIC WLAN), metody návrhu, architektury; technologie, simulátor Spectre RF.

10.Principy návrhu smíšených analogově číslicových integrovaných systémů, význam hierarchického členění návrhu, rozhraní mezi číslicovým a analogovým blokem, prostředky automatizovaného návrhu CAD; funkční a časové simulace, formální verifikace; jazyky Verilog-A, Verilog-AMS, VHDL-A.

11.Návrh analogového integrovaného systému -technologické požadavky, abstrakce analogového návrhu a hierarchické členění (Hierarchy editor), modely a knihovny pro analogové bloky; Návrh topologie, návrhová pravidla, parazitní struktury, extrakce parazitních analogových struktur, tvorba analogových knihoven.

12.Specifika smíšeného návrhu (mix-signal), technologické požadavky, specifikace návrhu, hierarchické členění, knihovny modely pro analogové a digitální bloky. Metody spojení analogových a digitálních bloků.

13.Finalizace návrhu a technologická realizace, verifikace integrovaných systémů, problematika převodu návrhu systému mezi jednotlivými technologiemi.

14.Finalizace návrhu a technologická realizace, verifikace integrovaných systémů, problematika převodu návrhu systému mezi jednotlivými technologiem

Osnova cvičení:

Týden / Popis

1 Úvod do jazyka CDN-SKILL

2 Poloideální obvod Bandgap (teorie + ideální OZ + BJT + rezistor)

3 Úvod do operačních zesilovačů (specifikace + metodika gm/Id)

4 Proudové zrcadlo (návrh + vlivy více faktorů + výstupní odpor Rout)

5 Diferenciální dvojice (návrh + simulace)

6 Dvoustupňový operační zesilovač (teorie + návrh 1. stupně)

7 Dvoustupňový operační zesilovač (teorie + návrh 2. stupně)

8 Návrh obvodu BGR (teorie + návrh + simulace)

9 Návrh fyzické realizace (layout) BGR (párování, WPE, proudové zrcadlo)

10 Návrh fyzické realizace (layout) BGR (anténní dioda, diferenciální dvojice)

11 Návrh fyzické realizace (layout) BGR (zátěž + 2. stupeň)

12 Návrh fyzické realizace (layout) BGR (BJT + rezistor + OZ)

13 Kontrola úkolů, závěrečné hodnocení.

14 Rezervní týden (výuka neprobíhá)

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit studenty s moderními trendy v oblasti analogových a mix-signal integrovaných obvodů a čipů. Studenti se postupně seznámí srolí návrhářů analogových čipů, jednotlivými návrhovými metodami, tak i potřebnými integrovanými strukturami a jejich metodami návrhu. Bude probrán význam počítačového modelování i tvorby topologie samotného čipu.

Studijní materiály:

Kompletní prezentace kpřednáškám, prezentace a návody klaboratorním cvičením (Moodle FEL ČVUT).

Doporučená literatura:

Yang, Xiaokun: Integrated Circuit Design IC Design Flow and Project-Based Learning, Taylor & Francis Ltd, ISBN: 9781032030791, 2024

Adel S. Sedra, P Smith: Microelectronic Circuits, 8th Edition, Oxford University Press, ISBN: 9780190853501, 2020

Behzad Razavi :Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill Education, 2016

James D. Plummer, Peter B. Griffin: Integrated Circuit Fabrication: Science and Technology, 1st Edition, Cambridge University Press, ISBN: 978-1009303583, 2024

J. Vobecký, V. Záhlava: Elektronika součástky obvody principy a příklady, Grada, 2010

David J. Kinniment: Synchronization and Arbitration in Digital Systems., Wiley 200

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2026/2027:

	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 T2:C3-s143 Barri D. 09:15–10:45 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice POČ. UČEBNAmístnost T2:C3-340 Jakovenko J. Barri D. 14:30–16:00 (přednášková par. 1) Dejvice T2:C3-340 místnost T2:C3-s143 Barri D. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 102) Dejvice POČ. UČEBNAmístnost T2:C3-s143 Barri D. 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 103) Dejvice POČ. UČEBNA
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2026/2027:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Elektronika a integrované systémy (povinný předmět programu)