Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Projektowanie układów scalonych
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
IEL-1-511-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika
Semestr:
5
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Kos Andrzej (kos@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
dr inż. Bratek Piotr (bratek@agh.edu.pl)
dr inż. Ireneusz Brzozowski (brzoza@agh.edu.pl)
Dziurdzia Piotr (dziurdzi@agh.edu.pl)
Jasielski Jacek (jasielsk@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Kos Andrzej (kos@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie projektowania topografii układów scalonych najnowszych generacji metodą full custom, czyli od szczegółu do ogółu. Zna różne typy technologii uwzględniające możliwości różnych zastosowań. EL1A_W13 Egzamin
M_W002 Student posiada wiedzę w zakresie zależności parametrów fizycznych tranzystora MOS i bipolarnego od jego topografii. Rozumie jak zmiana poszczególnych parametrów geometrycznych wpłynie na zmianę mierzalnych parametrów fizycznych: częstotliwość graniczna, pobór energii, szumy, współczynnik 'Deley-Power Product'. EL1A_W12 Egzamin
M_W003 Student posiada wiedzę i rozumie jak fizycznie współpracują ze sobą komplementarne tranzystory MOS i bipolarne na wspólnym podłożu i w jaki sposób asymetria parametrów poszczególnych tranzystorów wpływa na parametry fizyczne takiej pary pracującej w układach analogowych lub cyfrowych.Student posiada wiedzę i rozumie budowę elementów zapewniających doprowadzanie oraz wyprowadzanie sygnałów i zasilania do i z układu scalonego, tzw. padów oraz ich rolę w stratach energii zasilania. EL1A_W02 Egzamin
M_W004 Student posiada wiedzę na temat fabrykacji krzemowych układów scalonych CMOS. Wie czym różni się budowa i parametry dyskretnego tranzystora w odniesieniu do tranzystora pracującego w układzie scalonym. EL1A_W05, EL1A_W18 Egzamin
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować topografię prostego układu scalonego CMOS analogowego i cyfrowego, sprawdzić spełnienie reguł projektowych oraz dokonać zamiany parametrów geometrycznych na parametry elektryczne przy użyciu pakietu programowego CADENCE. EL1A_U14, EL1A_U03, EL1A_U06 Egzamin
M_U002 Student potrafi przeprowadzić kompletny test zaprojektowanego układu. Potrafi powiązać poszczególne parametry testowe, takie jak częstotliwość, pobór energii, wzmocnienie itd. z topografią poszczególnych elementów układu. EL1A_U06 Egzamin
M_U003 Student potrafi dobrać właściwą technologię stosownie do przeznaczenie projektowanego układu analogowego lub cyfrowego z uwzględnieniem parametrów fizycznych, kosztów produkcji, niezawodności. EL1A_U11, EL1A_U19, EL1A_U07, EL1A_U12 Egzamin
M_U004 Student umie dokonać właściwego wyboru technologii produkcji i techniki projektowania stosownie do rozwiązywanego problemu analogowego, cyfrowego lub mieszanego. Student umie wyjaśnić przyczynę powstałych w trakcie projektowania błędów i potrafi je usunąć na każdym etapie projektowania. EL1A_U03 Egzamin
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości permanentnego dokształcania się, podnoszenia swojej wiedzy i kompetencji zawodowych. EL1A_K01 Egzamin
M_K002 Student rozumie ważność aspektu pozatechnicznej odpowiedzialności pracy inżyniera elektronika, w szczególności odnoszenie się z szacunkiem do ludzi, zwierząt i całego środowiska naturalnego. EL1A_K02 Egzamin
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej i poszanowania różnorodności poglądów i kultur. EL1A_K03
M_K004 Student ma świadomość, że jako przyszła inteligencja techniczna ma dawać przykład moralności, etyki zawodowej i kultury osobistej, w szczególności wie, że powinien dokładać starań dla wzbogacania kultury języka ojczystego. EL1A_K06 Egzamin
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie projektowania topografii układów scalonych najnowszych generacji metodą full custom, czyli od szczegółu do ogółu. Zna różne typy technologii uwzględniające możliwości różnych zastosowań. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę w zakresie zależności parametrów fizycznych tranzystora MOS i bipolarnego od jego topografii. Rozumie jak zmiana poszczególnych parametrów geometrycznych wpłynie na zmianę mierzalnych parametrów fizycznych: częstotliwość graniczna, pobór energii, szumy, współczynnik 'Deley-Power Product'. + - - - - - - - - - -
M_W003 Student posiada wiedzę i rozumie jak fizycznie współpracują ze sobą komplementarne tranzystory MOS i bipolarne na wspólnym podłożu i w jaki sposób asymetria parametrów poszczególnych tranzystorów wpływa na parametry fizyczne takiej pary pracującej w układach analogowych lub cyfrowych.Student posiada wiedzę i rozumie budowę elementów zapewniających doprowadzanie oraz wyprowadzanie sygnałów i zasilania do i z układu scalonego, tzw. padów oraz ich rolę w stratach energii zasilania. + - - - - - - - - - -
M_W004 Student posiada wiedzę na temat fabrykacji krzemowych układów scalonych CMOS. Wie czym różni się budowa i parametry dyskretnego tranzystora w odniesieniu do tranzystora pracującego w układzie scalonym. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować topografię prostego układu scalonego CMOS analogowego i cyfrowego, sprawdzić spełnienie reguł projektowych oraz dokonać zamiany parametrów geometrycznych na parametry elektryczne przy użyciu pakietu programowego CADENCE. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi przeprowadzić kompletny test zaprojektowanego układu. Potrafi powiązać poszczególne parametry testowe, takie jak częstotliwość, pobór energii, wzmocnienie itd. z topografią poszczególnych elementów układu. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi dobrać właściwą technologię stosownie do przeznaczenie projektowanego układu analogowego lub cyfrowego z uwzględnieniem parametrów fizycznych, kosztów produkcji, niezawodności. + - + - - - - - - - -
M_U004 Student umie dokonać właściwego wyboru technologii produkcji i techniki projektowania stosownie do rozwiązywanego problemu analogowego, cyfrowego lub mieszanego. Student umie wyjaśnić przyczynę powstałych w trakcie projektowania błędów i potrafi je usunąć na każdym etapie projektowania. + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości permanentnego dokształcania się, podnoszenia swojej wiedzy i kompetencji zawodowych. + - + - - - - - - - -
M_K002 Student rozumie ważność aspektu pozatechnicznej odpowiedzialności pracy inżyniera elektronika, w szczególności odnoszenie się z szacunkiem do ludzi, zwierząt i całego środowiska naturalnego. + - + - - - - - - - -
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej i poszanowania różnorodności poglądów i kultur. + - + - - - - - - - -
M_K004 Student ma świadomość, że jako przyszła inteligencja techniczna ma dawać przykład moralności, etyki zawodowej i kultury osobistej, w szczególności wie, że powinien dokładać starań dla wzbogacania kultury języka ojczystego. + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w formie wykładu – 30 godzin akademickich oraz ćwiczeń laboratoryjnych – 30 godzin akademickich.

Wykłady

1. Projektowanie i fabrykacja układów scalonych – od pomysłu do testów – 10 godz.
Pomysł. Schemat i symulacje wstępne prostego układu analogowego lub cyfrowego. Projektowanie topografii i sprawdzanie reguł geometrycznych. Ekstrakcja elementów podstawowych i porównanie ze schematem. Ekstrakcja elementów podstawowych i pasożytniczych oraz przeprowadzenie symulacji. Fabrykacja i testy gotowej struktury. Podsumowanie. Zadania i przykłady.

2. Układy scalone CMOS – 8 godz.
Tranzystor MOS. Różnice pomiędzy tranzystorem dyskretnym, a tranzystorem jako elementem układu scalonego. Podłoże aktywne. Pasożytnicze tranzystory w układach CMOC. Pasożytnicze pojemności. Parametry projektowanych układów, np.: impedancja wejściowa, wzmocnienie, pobór energii itp.
Podstawowe układy CMOS: Inwerter, lustro prądowe itp.

3. Oprogramowanie wspierające hierarchiczne projektowanie układów scalonych – 2 godz.

4. Projektowanie układów scalonych metodą od szczegółu do ogółu – 10 godz.
Schemat układu – od tranzystorów i połączeń do układu. Weryfikacja funkcjonalna. Tworzenie topografii:
- Reguły projektowe, czyli kompromis uzysku produkcji i wydajności systemu,
- Parametry fizyczne warstw.
- Połączenia układu scalonego ze światem zewnętrznym.
- Przykładowe topografie.
Weryfikacja topografii i wysłanie projektu do produkcji.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Ćwiczenia laboratoryjne

1. Zapoznanie się z pełnym cyklem projektowania układów scalonych CMOS techniką bottom-up (od szczegółu do ogółu) w środowisku CADENCE na podstawie projektu inwertera – 6 godz.
Tworzenie schematu. Weryfikacja schematu przez symulacje. Rysowanie topografii, weryfikacja spełnienia reguł projektowych i elektrycznych, weryfikacja poprawności topografii poprzez porównanie ze schematem. Ekstrakcja elementów podstawowych oraz pasożytniczych i symulacja działania układu w warunkach bliskich rzeczywistości.

2. Projektowanie prostych układów cyfrowych – 8 godz.
Opracowanie schematu dobór parametrów elementów w celu osiągnięcia określonych założeń projektowych (np.: margines zakłóceń, częstotliwość pracy, pobór energii, powierzchnia układu, sterowanie magistralą, sygnał zegarowy itp.). Dobór właściwej techniki rysowania topografii. Weryfikacja końcowa.

3. Projektowanie podstawowych elementów scalonych układów analogowych – 6 godz.
Projektowanie rezystorów, kondensatorów, cewek i tranzystorów dla układów analogowych – zasady rysowania topografii, analiza parametrów, optymalizacja.

4. Projekt scalonych bloków funkcjonalnych – 10 godz.
Projektowanie układu cyfrowego i/lub analogowego o zadanych własnościach funkcjonalnych z wykorzystaniem hierarchii w środowisku Cadence.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 90 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 60 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 5 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz egzaminu z wykładu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (40%) i egzaminu (60%).
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3
4. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i egzaminu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

- Podstawy fizyki,
- Elementy elektroniczne,
- Znajomość podstawowych układów elektronicznych analogowych i cyfrowych

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. A. Gołda, A. Kos, Projektowanie układów scalonych CMOS, WKiŁ, Warszawa, 2010
2. M. Patyra,, Projektowanie układów MOS w technice VLSI, WNT, Warszawa, 1993
3. N.H.E. Weste, K. Eshranghian, Principlies of CMOS VLSI Design, Addison-Wesley Publishing Company,
Santa Clara, CA, 1998
4. R.L. Geiger, P.E. Allen, N.R. Strader, VLSI Design Techniques for Analog and Digital Circuits, McGraw- Hill Publishing Company, New York, 1990.
5. N.H.E. Weste, D.M. Harris, Integrated Circuit Design, Fourth Edition, Pearson, Boston, 2011.
6. R. J. Baker, CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, Third Edition, Wiley-IEEE Press, 2010.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak