Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (VLSI) Ι (ΑΜ)
Οδυσσέας Κουφοπαύλου, Γεώργιος Θεοδωρίδης
Το μάθημα "Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (VLSI) I" περιλαμβάνει τη θεωρία που αφορά τη CMOS τεχνολογία, το σχεδιασμό και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αναλύει τα κύρια χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης τεχνολογίας και παρουσιάζει διαφορετικές οικογένειες κυκλωμάτων και τις ιδιαιτερότητές τους. Περιλαμβάνει τις μεθόδους εκτίμησης της καθυστέρησης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και τις τεχνικές για τη σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος. Επίσης, μέσα από τις εργαστηριακές ασκήσεις γίνεται εξοικείωση με τα βασικά εργαλεία σχεδιασμού σε χαμηλό επίπεδο με αποτέλεσμα την απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας στα παραπάνω θέματα μέσω των CAD εργαλείων.
ΛιγότεραΤο μάθημα "Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (VLSI) I" περιλαμβάνει τη θεωρία που αφορά τη CMOS τεχνολογία, το σχεδιασμό και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αναλύει τα κύρια χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης τεχνολογίας και παρουσιάζει διαφορετικές οικογένειες κυκλωμάτων και τις ιδιαιτερότητές τους. Περιλαμβάνει τις μεθόδους εκτίμησης της καθυστέρησης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και τις τεχνικές για τη σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος. Επίσης, μέσα από τις εργαστηριακές ασκήσεις γίνεται εξοικείωση με τα βασικά εργαλεία σχεδιασμού σε χαμηλό επίπεδο με αποτέλεσμα την απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας στα παραπάνω θέματα μέσω των CAD εργαλείων.
Το μάθημα "Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (VLSI) I" περιλαμβάνει τη θεωρία που αφορά τη CMOS τεχνολογία, το σχεδιασμό και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αναλύει τα κύρια χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης τεχνολογίας και παρουσιάζει διαφορετικές οικογένειες κυκλωμάτων και τις ιδιαιτερότητές τους. Περιλαμβάνει τις μεθόδους εκτίμησης της καθυστέρησης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και τις τεχνικές για τη σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος. Επίσης, μέσα από τις εργαστηριακές ασκήσεις γίνεται εξοικείωση με τα βασικά εργαλεία σχεδιασμού σε χαμηλό επίπεδο με αποτέλεσμα την απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας στα παραπάνω θέματα μέσω των CAD εργαλείων.
Πληροφορίες
Περιεχόμενο μαθήματος
Τεχνολογία CMOS: Τεχνολογίες ημιαγωγών πυριτίου και CMOS τρανζίστορ, Κανόνες φυσικού σχεδιασμού, Θετικές επιπτώσεις της τεχνολογίας CMOS, Θέματα σχεδιασμού με υπολογιστή, Κατασκευαστικά θέματα.
Χαρακτηρισμός Κυκλωμάτων και Εκτίμηση Απόδοσης: Εκτίμηση καθυστέρησης, Logical effort και κλιμάκωση μεγεθών MOS τρανζίστορ, Διασυνδέσεις, Περιθώρια σχεδίασης, Κατανάλωση ισχύος, Βαθμονόμηση MOS τρανζίστορ, Σχεδιαστικές ανοχές, Αξιοπιστία, και Επιπτώσεις νανοκλίμακας.
Σχεδίαση Συνδυαστικής Λογικής: Οικογένειες κυκλωμάτων, Ελλοχεύοντες κίνδυνοι, Ειδικές οικογένειες κυκλωμάτων, Σχεδιασμός για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, Σύγκριση οικογενειών κυκλωμάτων.
Σχεδίασης Ακολουθιακής Λογικής: Στατικά ακολουθιακά κυκλώματα, Σχεδίαση μανδαλωτών και flip-flops, Δυναμικά ακολουθιακά κυκλώματα, Συγχρονιστές , Διοχέτευση κύματος (wave pipelining).
Τεχνικές Εξομοίωσης Κυκλωμάτων: Μοντέλα στοιχείων και κυκλωμάτων, Χαρακτηρισμός στοιχείων και κυκλωμάτων με εξομοίωση, εξομοιώσεις διασυνδέσεων.
Μαθησιακοί στόχοι
Οι βασικοί στόχοι του μαθήματος είναι:
- Η κατανόηση σε βάθος της θεωρίας που αφορούν τη CMOS τεχνολογία, το σχεδιασμό και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
- Η εκτίμηση της καθυστέρησης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και η σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας
- Ο σχεδιασμός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων χαμηλής κατανάλωσης ισχύος
- Η σχεδίαση βασικών συνδυαστικών και ακολουθιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
- Η απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας μέσω της εργαστηριακής εκπαίδευσης στα παραπάνω θέματα
Προαπαιτούμενα
Βασική γνώση ηλεκτρονικής και σχεδίασης ψηφιακών κυκλωμάτων.
Βιβλιογραφία
Τεχνολογία CMOS: Τεχνολογίες ημιαγωγών πυριτίου και CMOS τρανζίστορ, Κανόνες φυσικού σχεδιασμού, Θετικές επιπτώσεις της τεχνολογίας CMOS, Θέματα σχεδιασμού με υπολογιστή, Κατασκευαστικά θέματα.
Χαρακτηρισμός Κυκλωμάτων και Εκτίμηση Απόδοσης: Εκτίμηση καθυστέρησης, Logical effort και κλιμάκωση μεγεθών MOS τρανζίστορ, Διασυνδέσεις, Περιθώρια σχεδίασης, Κατανάλωση ισχύος, Βαθμονόμηση MOS τρανζίστορ, Σχεδιαστικές ανοχές, Αξιοπιστία, και Επιπτώσεις νανοκλίμακας.
Σχεδίαση Συνδυαστικής Λογικής: Οικογένειες κυκλωμάτων, Ελλοχεύοντες κίνδυνοι, Ειδικές οικογένειες κυκλωμάτων, Σχεδιασμός για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, Σύγκριση οικογενειών κυκλωμάτων.
Σχεδίασης Ακολουθιακής Λογικής: Στατικά ακολουθιακά κυκλώματα, Σχεδίαση μανδαλωτών και flip-flops, Δυναμικά ακολουθιακά κυκλώματα, Συγχρονιστές , Διοχέτευση κύματος (wave pipelining).
Τεχνικές Εξομοίωσης Κυκλωμάτων: Μοντέλα στοιχείων και κυκλωμάτων, Χαρακτηρισμός στοιχείων και κυκλωμάτων με εξομοίωση, εξομοιώσεις διασυνδέσεων.
Οι βασικοί στόχοι του μαθήματος είναι:
- Η κατανόηση σε βάθος της θεωρίας που αφορούν τη CMOS τεχνολογία, το σχεδιασμό και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
- Η εκτίμηση της καθυστέρησης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και η σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας
- Ο σχεδιασμός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων χαμηλής κατανάλωσης ισχύος
- Η σχεδίαση βασικών συνδυαστικών και ακολουθιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
- Η απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας μέσω της εργαστηριακής εκπαίδευσης στα παραπάνω θέματα
Βασική γνώση ηλεκτρονικής και σχεδίασης ψηφιακών κυκλωμάτων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζεται ο τρόπος λειτουργίας των nMOS και pMOS στοιχείων και οι χαρακτηριστικές τάσεις και ρεύματος. Επίσης, παρουσιάζονται τα παρασιτικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τη λειτουργία τους και αναλύεται ο τρόπος υπολογισμού όλων των χωρητικοτήτων των στοιχείων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται οι παράμετροι που επηρεάζουν την καθυστέρηση ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος. Περιγράφονται οι διαφορετικές προσεγγιστικές μέθοδοι για την εκτίμηση της καθυστέρησης και αναλύεται η μεθοδολογία σχεδιασμού γρήγορων κυκλωμάτων μέσω της θεωρίας του λογικού φόρτου μονοπατιού.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται οι παράμετροι που επηρεάζουν τη συνολική ισχύ που καταναλώνεται από ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Περιγράφονται οι μέθοδοι εκτίμησης της στατική και δυναμικής ισχύος και τα φαινόμενα που πρέπει να αντιμετωπιστούν με σκοπό τη σχεδίαση κυκλωμάτων χαμηλής κατανάλωσης.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία των κυκλωμάτων τεχνολογίας CMOS και η αξιοποίησή τους κατά την κατασκευή σύνθετων λογικών πυλών. Εισάγονται οι πύλες με διαφορετικό λογικό φόρτο που ευνοούν τη μετάβαση μιας συγκεκριμένης εισόδου και αναλύεται η μεθοδολογία επιλογής των μεγεθών των στοιχείων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα εισάγονται διαφορετικές οικογένειες λογικών πυλών και αναλύονται τα χακτηριστικά τους. Παρουσιάζονται οι ψεύδο-nMOS λογική, η CVSL και η δυναμική λογική, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους και τονίζονται τα χαρακτηριστικά τους που επηρεάζουν τον τρόπο σχεδιασμού του κυκλώματος.
Ασκήσεις στο Σχεδιασμό Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων.
Στην πρώτη εργαστηριακή άσκηση γίνεται εισαγωγή στο εργαλείο σχεδιασμού Microwind και πραγματοποιείται σε αυτό ο σχεδιασμός και η προσομοίωση βασικών κυκλωμάτων τεχνολογίας CMOS.
Στη δεύτερη εργαστηριακή άσκηση πραγματοποιείται μελέτη των παρασιτικών χωρητικοτήτων και της καθυστέρησης στα κυκλώματα τεχνολογίας CMOS.
Στη δεύτερη εργαστηριακή άσκηση πραγματοποιείται μελέτη της κατανάλωσης ενέργειας και φυσικός σχεδιασμός πυλών CMOS πολύπλοκης λογικής.
Στην τέταρτη εργαστηριακή άσκηση πραγματοποιείται ο σχεδιασμός πολύπλοκων κυκλωμάτων CMOS και μελέτη της καθυστέρησης εξόδου (critical path delay).
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
