Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων
Αγγελική Αραπογιάννη
Το μάθημα αποτελεί μία εισαγωγή στις διαδικασίες κατασκευής και τις αρχές σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ώστε να προετοιμάσει τους σπουδαστές στην αντιμετώπιση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των VLSI κυκλωμάτων. Περιγράφεται ολόκληρος ο κύκλος των διεργασιών που απαιτούνται για την κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και αναπτύσσονται συνοπτικά οι βασικές επί μέρους διαδικασίες (οξείδωση, εισαγωγή προσμίξεων, φωτολιθογραφία, απόθεση στιβάδων). Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στον φυσικό σχεδιασμό και τους κανόνες σχεδίασης και γίνεται εργαστηριακή εφαρμογή τους. Τέλος, δίνονται οι βασικές αρχές σχεδίασης σε επίπεδο ηλεκτρονικού κυκλώματος, τόσο για ψηφιακές όσο και για αναλογικές εφαρμογές.
Λιγότερα
Το μάθημα αποτελεί μία εισαγωγή στις διαδικασίες κατασκευής και τις αρχές σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ώστε να προετοιμάσει τους σπουδαστές στην αντιμετώπιση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των VLSI κυκλωμάτων. Περιγράφεται ολόκληρος ο κύκλος των διεργασιών που απαιτούνται για την κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και αναπτύσσονται συνοπτικά οι βασικές επί μέρους διαδικασίες (οξείδωση, εισαγωγή προσμίξεων, φωτολιθογραφία, απόθεση στιβάδων). Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στον φυσικό σχεδιασμό και τους κανόνες σχεδίασης και γίνεται εργαστηριακή εφαρμογή τους. Τέλος, δίνονται οι βασικές αρχές σχεδίασης σε επίπεδο ηλεκτρονικού κυκλώματος, τόσο για ψηφιακές όσο και για αναλογικές εφαρμογές.
Το μάθημα αποτελεί μία εισαγωγή στις διαδικασίες κατασκευής και τις αρχές σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ώστε να προετοιμάσει τους σπουδαστές στην αντιμετώπιση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των VLSI κυκλωμάτων. Περιγράφεται ολόκληρος ο κύκλος των διεργασιών που απαιτούνται για την κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και αναπτύσσονται συνοπτικά οι βασικές επί μέρους διαδικασίες (οξείδωση, εισαγωγή προσμίξεων, φωτολιθογραφία, απόθεση στιβάδων). Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στον φυσικό σχεδιασμό και τους κανόνες σχεδίασης και γίνεται εργαστηριακή εφαρμογή τους. Τέλος, δίνονται οι βασικές αρχές σχεδίασης σε επίπεδο ηλεκτρονικού κυκλώματος, τόσο για ψηφιακές όσο και για αναλογικές εφαρμογές.
Περίγραμμα
Περιεχόμενο μαθήματος
Τεχνολογία κατασκευής Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (Ο.Κ.) (ανάπτυξη κρυστάλλων, κατασκευή δισκιδίων, επιταξία, οξείδωση, διάχυση, εμφύτευση ιόντων, απόθεση στιβάδων), μέθοδοι σχεδίασης φυσικού αναπτύγματος (layout) Ο.Κ., κανόνες φυσικής σχεδίασης nMOS και CMOS, μικρολιθογραφία. Μοντέλα DC λειτουργίας των MOSFET. Βασικά ψηφιακά Ο.Κ. MOSFET (αναστροφέας, πύλη διέλευσης, συνδυαστικά κυκλώματα, ακολουθιακά, μνήμες). Αρχές πόλωσης των MOSFET (κυκλώματα πόλωσης τάσης, πηγές ρεύματος και ενεργοί φόρτοι). Ενισχυτές με μία και περισσότερες βαθμίδες (μοντέλα μικρού σήματος, βασικές αναλογικές δομικές βαθμίδες ενισχυτών, διαφορικός ενισχυτής, τελεστικός ενισχυτής). Απόκριση κατά συχνότητα των κυκλωμάτων με MOSFET (ισοδύναμα κυκλώματα Υ.Σ., αντιστάθμιση συχνότητας). Κυκλώματα διακοπτόμενων πυκνωτών (switched - capacitor circuits) (αρχή λειτουργίας, εφαρμογές). Πρακτική εξάσκηση στη σχεδίαση φυσικού αναπτύγματος και στη σχεδίαση και προσομοίωση Ο.Κ. σε επίπεδο ηλεκτρονικού κυκλώματος.
Διδάσκοντες
Αραπογιάννη Αγγελική
Καθηγήτρια, Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Σπουδές
Πτυχιούχος του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών (1973)
Κάτοχος των Μεταπτυχιακών Ηλεκτρονικής και Ραδιοηλεκτρολογίας (1975) και Ηλεκτρονικού Αυτοματισμού (1976)
Διδάκτωρ του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών (1983)
Επαγγελματική Σταδιοδρομία
2011 - Σήμερα: Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
2002 - 2011: Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
1989 - 2002: Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
1988 - 1989: Επίκουρη Καθηγήτρια Οπτικοηλεκτρονικής του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών
1983 - 1988: Λέκτορας του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών
1974 – 1983: Βοηθός του Εργαστηρίου Ηλεκτρονικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
Προτεινόμενα συγγράμματα
1) Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα, J.M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nicolic, Κλειδάριθμος, 2006.
2) Ανάλυση και Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων CMOS, SUNG- MO KANG, Υ. LΕBLEBICI, Τζιόλας, 2007.
Μέθοδοι διδασκαλίας
Διδασκαλία καθ΄ έδρας και συμπληρωματική-ενισχυτική εκπαίδευση μέσω ασύγχρονης πλατφόρμα.
Εργαστήριο.
Μέθοδοι αξιολόγησης
Στο τέλος του εξαμήνου γίνονται γραπτές εξετάσεις και ο βαθμός του μαθήματος βασίζεται κυρίως σε αυτές.
Οι φοιτητές που παρακολουθούν ανελλιπώς το εργαστήριο και παραδίδουν τις αντίστοιχες εργασίες έχουν έναν πρόσθετο βαθμό γύρω στο 20%.
Επίσης ένα 10% ακόμη μπορούν να πάρουν οι φοιτητές που παραδίδουν τις ασκήσεις που δίνονται στο μάθημα.
Προαπαιτούμενα
- Ηλεκτρονική (Κ19) - http://eclass.uoa.gr/courses/D15/
- Ηλεκτρομαγνητισμός – οπτική (Κ12) - http://eclass.uoa.gr/courses/D17/
Βιβλιογραφία
Οι φοιτητές μπορούν να ανατρέξουν στη βιβλιογραφία που ακολουθεί, εφόσον επιθυμούν να εμβαθύνουν περισσότερο στην:
Α) Τεχνολογία κατασκευής VLSI κυκλωμάτων
“Silicon VLSI Technology, Fundamentals, Practice and Modeling”, J. Plummer, M. Deal, P. Griffin, Prentice Hall.
B) Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων
“CMOS Analog Circuit Design”, P. Allen, D. Holberg, Oxford Press.
Γ) Σχεδίαση Ψηφιακών Κυκλωμάτων
“CMOS VLSI Design, a circuits and systems perspective”, N. Weste, D. Harris.
Μαθησιακοί στόχοι
Στόχος του μαθήματος είναι να φέρει τον φοιτητή σε επαφή με τον ηλεκτρονικό κόσμο που τον περιβάλλει.
Η ανάπτυξη όλο και πιο σύνθετων εφαρμογών στα συστήματα Η/Υ, τις τηλεπικοινωνίες και τις ηλεκτρονικές συσκευές ευρείας χρήσης είναι εφικτή μόνο χάρη στη χρήση των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και τη συνεχώς εξελισσόμενη τεχνολογία κατασκευής και σχεδίασής τους.
Το μάθημα αυτό έρχεται να απομυθοποιήσει την έννοια του Ολοκληρωμένου Κυκλώματος. Ο φοιτητής δεν το βλέπει πια σαν ένα μυστηριώδες «μαύρο κουτί». Κατανοεί τη δομή, τη λειτουργία και τη χρήση του.
Ακόμη και αν πολλοί φοιτητές μπορεί να μην ασχοληθούν τελικά με τη σχεδίαση των ίδιων των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων, μία εμπεριστατωμένη γνώση της εσωτερικής δομής των κυκλωμάτων θα τους είναι απαραίτητη για την αποφυγή πολλών παγίδων που εμποδίζουν την αποτελεσματική και αξιόπιστη χρήση των Ο.Κ. μέσα σε ένα σύστημα.
Τεχνολογία κατασκευής Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (Ο.Κ.) (ανάπτυξη κρυστάλλων, κατασκευή δισκιδίων, επιταξία, οξείδωση, διάχυση, εμφύτευση ιόντων, απόθεση στιβάδων), μέθοδοι σχεδίασης φυσικού αναπτύγματος (layout) Ο.Κ., κανόνες φυσικής σχεδίασης nMOS και CMOS, μικρολιθογραφία. Μοντέλα DC λειτουργίας των MOSFET. Βασικά ψηφιακά Ο.Κ. MOSFET (αναστροφέας, πύλη διέλευσης, συνδυαστικά κυκλώματα, ακολουθιακά, μνήμες). Αρχές πόλωσης των MOSFET (κυκλώματα πόλωσης τάσης, πηγές ρεύματος και ενεργοί φόρτοι). Ενισχυτές με μία και περισσότερες βαθμίδες (μοντέλα μικρού σήματος, βασικές αναλογικές δομικές βαθμίδες ενισχυτών, διαφορικός ενισχυτής, τελεστικός ενισχυτής). Απόκριση κατά συχνότητα των κυκλωμάτων με MOSFET (ισοδύναμα κυκλώματα Υ.Σ., αντιστάθμιση συχνότητας). Κυκλώματα διακοπτόμενων πυκνωτών (switched - capacitor circuits) (αρχή λειτουργίας, εφαρμογές). Πρακτική εξάσκηση στη σχεδίαση φυσικού αναπτύγματος και στη σχεδίαση και προσομοίωση Ο.Κ. σε επίπεδο ηλεκτρονικού κυκλώματος.
Αραπογιάννη Αγγελική
Καθηγήτρια, Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Σπουδές
Πτυχιούχος του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών (1973)
Κάτοχος των Μεταπτυχιακών Ηλεκτρονικής και Ραδιοηλεκτρολογίας (1975) και Ηλεκτρονικού Αυτοματισμού (1976)
Διδάκτωρ του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών (1983)
Επαγγελματική Σταδιοδρομία
2011 - Σήμερα: Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
2002 - 2011: Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
1989 - 2002: Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
1988 - 1989: Επίκουρη Καθηγήτρια Οπτικοηλεκτρονικής του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών
1983 - 1988: Λέκτορας του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών
1974 – 1983: Βοηθός του Εργαστηρίου Ηλεκτρονικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών
1) Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα, J.M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nicolic, Κλειδάριθμος, 2006.
2) Ανάλυση και Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων CMOS, SUNG- MO KANG, Υ. LΕBLEBICI, Τζιόλας, 2007.
Διδασκαλία καθ΄ έδρας και συμπληρωματική-ενισχυτική εκπαίδευση μέσω ασύγχρονης πλατφόρμα.
Εργαστήριο.
Στο τέλος του εξαμήνου γίνονται γραπτές εξετάσεις και ο βαθμός του μαθήματος βασίζεται κυρίως σε αυτές.
Οι φοιτητές που παρακολουθούν ανελλιπώς το εργαστήριο και παραδίδουν τις αντίστοιχες εργασίες έχουν έναν πρόσθετο βαθμό γύρω στο 20%.
Επίσης ένα 10% ακόμη μπορούν να πάρουν οι φοιτητές που παραδίδουν τις ασκήσεις που δίνονται στο μάθημα.
- Ηλεκτρονική (Κ19) - http://eclass.uoa.gr/courses/D15/
- Ηλεκτρομαγνητισμός – οπτική (Κ12) - http://eclass.uoa.gr/courses/D17/
Οι φοιτητές μπορούν να ανατρέξουν στη βιβλιογραφία που ακολουθεί, εφόσον επιθυμούν να εμβαθύνουν περισσότερο στην:
Α) Τεχνολογία κατασκευής VLSI κυκλωμάτων
“Silicon VLSI Technology, Fundamentals, Practice and Modeling”, J. Plummer, M. Deal, P. Griffin, Prentice Hall.
B) Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων
“CMOS Analog Circuit Design”, P. Allen, D. Holberg, Oxford Press.
Γ) Σχεδίαση Ψηφιακών Κυκλωμάτων
“CMOS VLSI Design, a circuits and systems perspective”, N. Weste, D. Harris.
Στόχος του μαθήματος είναι να φέρει τον φοιτητή σε επαφή με τον ηλεκτρονικό κόσμο που τον περιβάλλει.
Η ανάπτυξη όλο και πιο σύνθετων εφαρμογών στα συστήματα Η/Υ, τις τηλεπικοινωνίες και τις ηλεκτρονικές συσκευές ευρείας χρήσης είναι εφικτή μόνο χάρη στη χρήση των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και τη συνεχώς εξελισσόμενη τεχνολογία κατασκευής και σχεδίασής τους.
Το μάθημα αυτό έρχεται να απομυθοποιήσει την έννοια του Ολοκληρωμένου Κυκλώματος. Ο φοιτητής δεν το βλέπει πια σαν ένα μυστηριώδες «μαύρο κουτί». Κατανοεί τη δομή, τη λειτουργία και τη χρήση του.
Ακόμη και αν πολλοί φοιτητές μπορεί να μην ασχοληθούν τελικά με τη σχεδίαση των ίδιων των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων, μία εμπεριστατωμένη γνώση της εσωτερικής δομής των κυκλωμάτων θα τους είναι απαραίτητη για την αποφυγή πολλών παγίδων που εμποδίζουν την αποτελεσματική και αξιόπιστη χρήση των Ο.Κ. μέσα σε ένα σύστημα.
Αναπτύσ
σονται οι μεθοδολογίες και οι τεχνικές φυσικού σχεδιασμού και κατασκευής των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων.
Λέξεις Κλειδιά: Οξείδωση, διάχυση, εμφύτευση ιόντων, φωτολιθογραφία, απόθεση στιβάδων, φυσικό σχέδιο.
Αναλύεται η μεθοδολογία σχεδίασης των βασικών βαθμίδων των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (αναλογικών και ψηφιακών) σε επίπεδο τρανζίστορ.
Λέξεις Κλειδιά: Αναστροφέας, ψηφιακά κυκλώματα, λογικές πύλες, μνήμες, ενισχυτές, διαφορικός ενισχυτής, πηγές ρεύματος, απόκριση κατά συχνότητα.
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
Ημερολόγιο
Ανακοινώσεις
- - Δεν υπάρχουν ανακοινώσεις -
